一种高速电磁阀的驱动控制电路及控制方法

技术领域

本发明涉及电磁阀控制技术领域，特别涉及一种高速电磁阀的驱动控制电路及控制方法。

背景技术

高速电磁阀为快速响应式开关电磁阀，在航空发动机燃油流量控制系统中是电子与机械液压机构间理想的接口元件。其基本工作状态包括阀全开或阀全关两种状态：通过改变“单位时间”内的阀全开时间与阀全关时间的比例，即可实现对“单位时间”内的介质通过量进行控制，从而实现对通过该阀介质流量的控制。

现有技术中，对高速电磁阀的驱动控制方式为：将高速电磁阀的频率固定为40Hz，通过调节占空比来驱动高速电磁阀。

上述现有技术存在的缺陷是：对于高速电磁阀的驱动仅通过占空比这一个因素控制，控制方式过于简单，导致高速电磁阀对燃油压力、流量控制的精度低。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种高速电磁阀的驱动控制电路及控制方法。

本发明实施例提供一种高速电磁阀的驱动控制电路及控制方法，包括：

电流采集电路，其包括：采集电阻R15连接放大电路，所述采集电阻R15采集电流，通过所述放大电路将采集到的电流放大后送入电压调整器LM325生成电流载波信号；所述电流载波信号由I_OUT1_V输出，经过电阻R103输入到控制单元的第一反向输入端INA-；

控制电路，其包括：所述控制单元的第二反向输入端INB-连接电阻R104的一端，所述电阻R104的另一端连接输入端口EN1，所述输入端口EN1的输入为TTL信号；所述控制单元的第二输出端OUTB连接NMOS管Q2，通过所述NMOS管Q2连接V1_OUTS端控制高速电磁阀的低边输出；

所述控制单元的第一反向输入端INA-通过所述电阻R103连接与门逻辑单元的PWM_D1AB引脚，所述控制单元的第一输出端OUTA连接PMOS管Q1，通过所述PMOS管Q1连接V1_OUTR端控制高速电磁阀的高边输出；

通过控制单元内部电平信号高低状态的变化控制所述PMOS管Q1和所述NMOS管Q2的闭合状态，分别对高速电磁阀的高边输出和低边输出进行控制，实现对高速电磁阀的驱动控制。

另外的，所述放大电路包括：放大单元、电阻R16、电阻R17、电容C21、电容C22、电容C23、电容C48、电容C49、VCC1+15V、VCC2+15V、VCC1-15V、VCC2-15V；所述放大单元的PIN1连接所述电阻R16的一端，所述电阻R16的另一端连接所述放大单元的PIN8；

所述放大单元的PIN7分别连接所述VCC1+15V、所述电容C48的一端，所述电容C48的另一端接地；所述放大单元的PIN4分别连接所述VCC1-15V、所述电容C49的一端，所述电容C49的另一端接地；

所述放大单元的PIN2与PIN5接地，所述放大单元的PIN3连接采集电阻R15；所述放大单元的PIN6连接所述电阻R17的一端，所述电阻R17的另一端分别连接电容C21的一端、所述电压调整器LM325的正输入端；

所述电容C21的另一端接地，所述电压调整器LM325的负输入端与其输出端相连，所述电压调整器LM325的输出端连接I_OUT1_V；所述电压调整器LM325的端口8分别连接所述VCC2+15V、所述电容C22的一端，所述电容C22的另一端接地；所述电压调整器LM325的端口4分别连接所述VCC2-15V、所述电容C23的一端，所述电容C23的另一端接地。

另外的，所述低边输出包括：所述NMOS管Q2的G极连接电阻R11的一端，所述电阻R11的另一端连接所述NMOS管Q2的S极；所述NMOS管Q2的D极分别连接V1_OUTS端、高频开关二极管D7一端；所述高频开关二极管D7的另一端连接电源VCC。

另外的，所述高边输出包括：所述PMOS管Q1的G极连接电阻R14的一端，所述电阻R14的另一端连接所述PMOS管Q1的S极；所述PMOS管Q1的D极分别连接整流二极管D6的一端、V1_OUTR端，所述整流二极管D6的另一端连接GND_S。

另外的，还包括电阻分压电路，其包括：电阻R101，电阻R102，+5V电源；所述电阻R101的一端连接所述+5V电源，所述电阻R101的另一端分别连接所述控制单元的正向输入端INA+与所述电阻R102一端，所述电阻R102另一端接地。

另外的，还包括载波逻辑运算模块电路，其包括：所述与门逻辑单元、电容C59、+5V电源；所述与门逻辑单元的VDD端分别连接所述电容C59的一端、所述+5V电源，所述电容C59的另一端接地。

另外的，一种控制方法包括：

输入端口EN1输入TTL信号，通过电阻R104输入到控制单元的第二反向输入端INB-，PMOS管Q1、NMOS管Q2均闭合，导致TTL信号变为高电平；

TTL信号变为高电平，控制单元的第二输出端OUTB输出低电平信号，驱动NMOS管Q2导通；

采集电阻R15采集电流，通过所述放大电路将采集到的电流放大后送到电压调整器LM325生成电流载波信号，电流载波信号由I_OUT1_V输出，经过电阻R103输入到控制单元的第一反向输入端INA-；电流载波信号为高电平，控制单元的第一输出端OUTA输出低电平信号，驱动PMOS管Q1导通；

NMOS管Q2与PMOS管Q1均导通，高速电磁阀线圈两端加载VCC电压，高速电磁阀的工作电流快速升到强击电流或维持电流以上，与门逻辑单元的PWM_D1AB引脚的输出电平变成低电平，PMOS管Q1闭合；

高速电磁阀内储存的电能电流进行续流，工作的电流会斜波下降，下降到低于维持电流时，与门逻辑单元的PWM_D1AB引脚的输出电平变成高电平，PMOS管Q1导通；

TTL信号占空比PVM极低时，PMOS管Q1与NMOS管Q2同时闭合，高速电磁阀会快速关断，等待下个周期执行。

另外的，与门逻辑单元的PWM_D1AB引脚的输出电平变成低电平，PMOS管Q1闭合后，高速电磁阀内储存的电流从低边输出电路的V1_OUTS端经过NMOS管Q2、采集电阻R15、GND_S、整流二极管D6、高边输出电路的V1_OUTR端引脚完成续流。

本发明实施例提供的上述一种高速电磁阀的驱动控制电路及控制方法，与现有技术相比，其有益效果如下：

控制单元的第一输出端OUTA连接PMOS管Q1，通过PMOS管Q1控制高速电磁阀的高边输出；所述控制单元的第二输出端OUTB连接NMOS管Q2，通过NMOS管Q2控制高速电磁阀的低边输出；通过控制单元内部电平信号高低状态的变化控制PMOS管Q1和NMOS管Q2的闭合状态，从而实现高速电磁阀快速通断，激励电流续流与快速关断，大大提高高速电磁阀对燃油压力、流量控制的精确性。

附图说明

图1为一个实施例中提供的一种高速电磁阀的驱动控制电路的高速电磁阀驱动电路；

图2为一个实施例中提供的一种控制方法的高速电磁阀工作波形图；

图3为一个实施例中提供的一种高速电磁阀的驱动控制电路的高速电磁阀与门逻辑电路图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

一个实施例中，提供的一种高速电磁阀的驱动控制电路，如图1所示，包括：

电流采集电路，其包括：采集电阻R15连接放大电路，采集电阻R15采集电流，通过放大电路将采集到的电流放大后送入电压调整器LM325生成电流载波信号；电流载波信号由I_OUT1_V输出，经过电阻R103输入到控制单元的第一反向输入端INA-。

放大电路，其包括：放大单元、电阻R16、电阻R17、电容C21、电容C22、电容C23、电容C48、电容C49、VCC1+15V、VCC2+15V、VCC1-15V、VCC2-15V；放大单元的PIN1连接电阻R16的一端，电阻R16的另一端连接放大单元的PIN8；放大单元的PIN7分别连接VCC1+15V、电容C48的一端，电容C48的另一端接地；放大单元的PIN4分别连接VCC1-15V、电容C49的一端，电容C49的另一端接地；放大单元的PIN2与PIN5接地，放大单元的PIN3连接采集电阻R15；放大单元的PIN6连接电阻R17的一端，电阻R17的另一端分别连接电容C21的一端、电压调整器LM325的正输入端；电容C21的另一端接地，电压调整器LM325的负输入端与其输出端相连，电压调整器LM325的输出端连接I_OUT1_V；电压调整器LM325的端口8分别连接VCC2+15V、电容C22的一端，电容C22的另一端接地；电压调整器LM325的端口4分别连接VCC2-15V、电容C23的一端，电容C23的另一端接地。

控制电路，其包括：控制单元的第二反向输入端INB-连接电阻R104的一端，电阻R104的另一端连接输入端口EN1，输入端口EN1的输入为TTL信号；控制单元的第二输出端OUTB连接NMOS管Q2的G极，通过NMOS管Q2通过V1_OUTS端控制高速电磁阀的低边输出；控制单元的第一反向输入端INA-通过电阻R103连接与门逻辑单元的PWM_D1AB引脚，控制单元的第一输出端OUTA连接PMOS管Q1的G极，通过PMOS管Q1通过V1_OUTR端控制高速电磁阀的高边输出。

低边输出包括：NMOS管Q2的G极连接电阻R11的一端，电阻R11的另一端连接NMOS管Q2的S极；NMOS管Q2的D极分别连接V1_OUTS端，高频开关二极管D7一端；高频开关二极管D7的另一端连接电源VCC。

高边输出包括：PMOS管Q1的G极连接电阻R14的一端，电阻R14的另一端连接PMOS管Q1的S极；PMOS管Q1的D极分别连接整流二极管D6的一端、V1_OUTR端，整流二极管D6的另一端连接GND_S。

控制单元采用低成本电压比较器LM393,LM393有二组比较器，可以分别控制PMOS管Q1与NMOS管Q2。电路采用高边输出和低边输出控制高速电磁阀的通断，其主要目的是电磁阀线圈中储存的能量在阀快速关断的情况下，储存的能量通过MOS管寄生的二极管快速释放，次要目的是驱动电路中不用自举抬升驱动电压，减少电路的元件和成本。

比较器LM393的同相输入端，设计了一个通过电阻分压电源电压的一个2.5V参考电源，目的是比较器LM393的反相输入端的电平电压为5V，反向端为高电平时比较器LM393输出低电平。输入端口EN1输入的是TTL信号，比较器LM393的第二输出端OUTB输出控制NMOS管Q2,NMOS管Q2,的G极和S极并联一个电阻R11,GS的电压大于NMOS管Q2,的开启电压，NMOS管Q2,饱和导通。PWM_D1AB引脚为电流载波信号，比较器LM393的第一输出端OUTA输出控制PMOS管Q1,PMOS管Q1的G极和S极并联一个电阻R14,GS的电压大于GD电压,PMOS管Q1饱和导通。这样的设计电路减少了自举电路。在阀工作在强击电流与维持电流工作情况在NMOS管Q2是导通的，而只有PMOS管Q1在随电流载波波形的电平变化进行通断工作，实现了如图2所示的高速工作波形。

电阻分压电路，其包括：电阻R101、电阻R102、+5V电源；电阻R101的一端连接+5V电源，电阻R101的另一端分别连接控制单元的正向输入端INA+与电阻R102一端，电阻R102另一端接地。

载波逻辑运算模块电路，其包括：与门逻辑单元、电容C59、+5V电源；与门逻辑单元的VDD端分别连接电容C59的一端、+5V电源，电容C59的另一端接地。与门逻辑单元采用CD4081，其与门控制变频变占空比的驱动波形下，载一个阀的驱动电流控制波形，限制阀的激励电流过分增加，实现了高速电磁阀驱动电流的精准控制。

电流载波波形是通过ARM控制器根据AD620采集的电流与设定的强击电流与维持电流比较控制输出GPIO脚，GPIO脚连接CD4081与门电路，与控制输出的变频变占空比的波形与逻辑控制，输出到PWM_D1AB引脚，其主要目的是硬件工作的快速性，在阀关时立刻让PMOS管Q1关断，设计电路如图3所示。在阀占空比关断下阀储能的电流直接通过高频开关二极管D7和整流二极管D6进行续流，加快了阀的关断时间，并且电流未流过MOS管寄生的二极管，极大的保护了MOS管的寿命。

一种控制方法，包括：

1)输入端口EN1输入一个40Hz的TTL信号，通过电阻R104输入到比较器LM393的第二反向输入端INB-。

2)比较器LM393的第二组比较放大器的第二正向输入端INB+,设计有一个2.5V的参考电压，此参考电压是通过二个同阻值的电阻将5V电压分压得到。

3)40Hz的TTL信号在高电平时，比较器LM393的第二输出端OUTB输出低电平信号，驱动NMOS管Q2导通。

4)采集电阻R15采集电流，将采集到的电流放大后送到电压调整器LM325生成电流载波信号。

5)在40Hz的TTL信号上叠加电流载波电平。

6)电流载波信号由I_OUT1_V输出，经过电阻R103输入到控制单元的第一反向输入端INA-。

7)比较器LM393的第一组比较放大器的正向输入端INA+，同比较器LM393第二组INB+一致，不再赘述。

8)载波电平信号在高电平，比较器LM393的第一输出端OUTA输出低电平信号，驱动PMOS管Q1导通。

9)比较器LM393的二组比较器的反向输入端都为高电平时，PMOS管Q1与NMOS管Q2都导通，高速电磁阀线圈两端加载VCC电压；此时高速电磁阀的工作电流快速升到强击电流或维持电流以上，超过此值时PWM_D1AB的输出电平变成低电平，PMOS管Q1关闭。

10)PMOS管Q1关闭，高速电磁阀内储存的电流从V1_OUTS端通过NMOS管Q2→采集电阻R15→GND_S→整流二极管D6→V1_OUTR端完成续流。

11)工作的电流会斜波下降，下降到低于维持电流，PWM_D1AB的输出电平变成高电平，PMOS管Q1继续打开，低占空比时PMOS管Q1与NMOS管Q2同时关闭，阀不在工作在维持电流阶段，电磁阀会快速关断，等待下个周期执行操作。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。