宽域氧传感器加热方法及其控制电路技术

本发明专利技术涉及一种宽域氧传感器加热方法及其控制电路，其控制电路包括：氧传感器、比较输出电路、微处理器、加热驱动电路，氧传感器的内阻一端接电源VCC，另一端接比较输出电路，氧传感器加热电阻的高端接氧传感器供电电压VPP，低端接加热驱动电路；比较输出电路的输出端接微处理器，微处理器向加热驱动电路输出驱动信号。加热过程中，氧传感器的内阻逐渐减小，使得比较器的输入电压逐渐增大，导致比较器翻转，微处理器根据比较器输出的脉冲信号来控制氧传感器加热的驱动信号，驱动信号为占空比可调的PWM波，通过加热驱动电路调整加热电阻上的电压，让氧传感器探头温度维持在恒定值。本发明专利技术电路结构简单，加热电阻的有效加热电压可由软件灵活调节。

【技术实现步骤摘要】
宽域氧传感器加热方法及其控制电路
本专利技术涉及一种宽域氧传感器加热方法及其控制电路，用于柴油机高压共轨系统中氧传感器内部温度加热。
技术介绍
在专利技术专利CN101976086A中，采用电桥电路，通过电压调整电路向电桥电路提供加热电压，并通过误差放大电路调节输出电压大小，从而控制氧传感器的内阻阻值恒定。该专利是通过硬件方式来调节氧传感器的加热电压，缺乏调节灵活性。另外，目前方案中，有采用专门的驱动芯片，把氧传感器的加热信号转化为电压值，再经A/D转换送入单片机系统，单片机据此判断氧传感器温度是否达到了标定值。这种方案不仅增加了测量误差的可能性和计算误差，还增加了成本。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种宽域氧传感器加热方法及其控制电路，使氧传感器在较短的时间内(小于20s)达到要求的最佳工作温度，并且保证氧传感器测量数据的准确性。按照本专利技术提供的技术方案，所述的宽域氧传感器加热控制电路包括：氧传感器、比较输出电路、微处理器、加热驱动电路，其中氧传感器的内阻Ri一端接电源VCC，内阻Ri的另一端接比较输出电路，氧传感器加热电阻Rh的高端接氧传感器供电电压VPP，加热电阻Rh的低端接加热驱动电路；所述比较输出电路的输出端接微处理器，微处理器向加热驱动电路输出驱动信号；根据氧传感器的标定电阻值，预先设定比较输出电路中比较器的阈值电压，加热过程中，氧传感器的内阻Ri逐渐减小，使得比较器的输入电压逐渐增大，导致比较器翻转，微处理器根据比较器输出的脉冲信号来控制氧传感器加热的驱动信号，所述驱动信号为占空比可调的PWM波，通过加热驱动电路调整加热电阻Rh上的电压，让氧传感器探头温度维持在恒定值。其中，所述的比较输出电路包括电阻R1、R2、R3，电容C1以及比较器U1，电阻R1的一端接电源VCC，电阻R1另一端连接比较器U1的反向输入端，并经过电阻R2接地，比较器U1的同向输入端连接氧传感器内阻Ri的另一端，并经过电阻R3接地；电容C1的一端接氧传感器供电电压VPP，另一端接地；比较器U1的输出端信号S1进入微处理器，微处理器根据逻辑判断，输出驱动信号S2；所述加热驱动电路包括MOS管Q1，MOS管Q1的栅极接驱动信号S2，MOS管Q1漏极接氧传感器加热电阻Rh的低端，MOS管Q1源极接地。电阻R1、R2、R3之间满足关系：其中，电阻R1、R2、R3为固定值，电阻RCAL为氧传感器的标定电阻值。上述电路的宽域氧传感器加热方法为：设比较器U1的同向输入端输入电压VA，比较器U1的反向输入端输入电压VB，加热过程如下：(a)电阻R1、R2、R3为固定值，Ri随着温度的升高而减小，在加热过程中，电压VA逐渐增大，在加热到目标值温度TCAL之前，比较器U1输出的信号S1为低电平，加热到目标温度时，信号S1由低电平跳变为高电平；(b)当微处理器检测到信号S1为低电平时，则输出信号S2，信号S2为PWM波，若微处理器检测到信号S1为高电平，则关闭信号S2的输出；(c)在信号S2的驱动下，MOS管Q1打开，加热电阻Rh工作，氧传感器温度升高。在加热过程中，信号S2的PWM波信号的占空比变化分为3个阶段：(1)预热阶段，占空比为一个较小值，且保持不变；(2)温度上升阶段，占空比按一定规律逐渐增大；(3)温度保持阶段，占空比的大小由PID调节得到。本专利技术的优点是：(1)电路结构简单，不需要专门的驱动芯片，简化控制逻辑；(2)初始工作时，采用软启动模式，氧传感器探头温度缓慢上升，可在20s左右时间达到标定值；(3)氧传感器的加热电阻的有效加热电压由软件控制，可灵活调节。(4)整个电路中使用普通元器件，实现成本低。附图说明图1是本专利技术的氧传感器加热控制电路图。图2是信号波形图。图3是氧传感器内阻与温度的关系曲线。图4是信号流程图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。如图1所示，一种宽域氧传感器加热控制电路包括：氧传感器、比较输出电路、微处理器、加热驱动电路，氧传感器部件包含加热电阻Rh以及传感器内阻Ri，其中氧传感器的内阻Ri一端接电源VCC，内阻Ri的另一端接比较输出电路，氧传感器加热电阻Rh的高端接氧传感器供电电压VPP，加热电阻Rh的低端接加热驱动电路。传感器内阻Ri被看作一可变电阻，参与外部电路的分压计算。微处理器接收比较输出电路的输出信号S1，控制加热驱动电路驱动信号S2的输出。信号S1为脉冲信号，微处理器根据信号S1的状态控制信号S2的输出。信号S2为可变占空比的PWM波信号。所述的比较输出电路包括电阻R1、R2、R3，电容C1以及比较器U1，电阻R1的一端接电源VCC，电阻R1另一端连接比较器U1的反向输入端，并经过电阻R2接地，电阻R2的分压值为VB，VB送入比较器U1的反向输入端。比较器U1的同向输入端连接氧传感器内阻Ri的另一端，并经过电阻R3接地；电阻R3的分压值为VA，VA送入比较器U1的同向输入端。电容C1的一端接氧传感器供电电压VPP，另一端接地；比较器U1的输出端信号S1进入微处理器，微处理器根据逻辑判断，输出驱动信号S2；所述加热驱动电路包括MOS管Q1，MOS管Q1的栅极接驱动信号S2，MOS管Q1漏极接氧传感器加热电阻Rh的低端，MOS管Q1源极接地。根据氧传感器的标定电阻值，预先设定比较输出电路中比较器的阈值电压，加热过程中，氧传感器的内阻Ri逐渐减小，使得比较器的输入电压逐渐增大，导致比较器翻转，微处理器根据比较器输出的脉冲信号来控制氧传感器加热的驱动信号，驱动信号为占空比可调的PWM波，通过加热驱动电路灵活调整加热电阻Rh上的电压，让氧传感器探头温度维持在恒定值。基于上述电路的氧传感器加热方法，包括如下步骤：(a)采样氧传感器内阻Ri与电阻R3组成的回路中的电压值VA，送入比较器U1的正向输入端，在电阻R1、R2组成的回路中，采样电压VB，送入比较器U1的反向输入端。其中，电阻R1、R2、R3为固定值，Ri随着温度的升高而减小，在加热过程中，VA处的电压值逐渐增大，在加热到目标值温度TCAL之前，比较器U1的输出信号S1为低电平，加热到目标温度时，信号S1由低电平跳变为高电平。(b)当微处理器检测到信号S1为低电平时，则输出加热信号S2，信号S2为PWM波。若微处理器检测到信号S1为高电平，则关闭信号S2的输出。(c)在信号S2的驱动下，MOS管Q1打开，加热电路工作，氧传感器温度升高。在加热过程中，PWM波信号的占空比变化分为3个阶段：(1)预热阶段，占空比为一个较小值，且保持不变；(2)温度上升阶段，占空比按一定规律逐渐增大；(3)温度保持阶段，占空比的大小由PID调节得到。以下对电路的具体工作方法进行更为详细的分析。VA、VB的计算公式如下：其中，电阻R1、R2、R3满足如下关系：式(1)中，电阻RCAL为宽域氧传感器的标定电阻，是已知量，不同型号的宽域氧传感器其标定电阻值不同。若VA<VB，那么信号S1为高电平，微处理器输出信号S2，MOS管Q1工作，对氧传感器进行加热；若VA>VB，那么信号S1为低电平，微处理器禁止输出信号S2，MOS管Q1不工作，停止对氧传感器的加热。所述的微处理器根据逻辑判断，输出加热驱动电路中MOS管本文档来自技高网...

【技术保护点】
宽域氧传感器加热控制电路，其特征是，包括：氧传感器、比较输出电路、微处理器、加热驱动电路，其中氧传感器的内阻Ri一端接电源VCC，内阻Ri的另一端接比较输出电路，氧传感器加热电阻Rh的高端接氧传感器供电电压VPP，加热电阻Rh的低端接加热驱动电路；所述比较输出电路的输出端接微处理器，微处理器向加热驱动电路输出驱动信号；根据氧传感器的标定电阻值，预先设定比较输出电路中比较器的阈值电压，加热过程中，氧传感器的内阻Ri逐渐减小，使得比较器的输入电压逐渐增大，导致比较器翻转，微处理器根据比较器输出的脉冲信号来控制氧传感器加热的驱动信号，所述驱动信号为占空比可调的PWM波，通过加热驱动电路调整加热电阻Rh上的电压，让氧传感器探头温度维持在恒定值。

【技术特征摘要】
1.宽域氧传感器加热方法，其特征是：采用的控制电路包括：氧传感器、比较输出电路、微处理器、加热驱动电路，其中氧传感器的内阻Ri一端接电源VCC，内阻Ri的另一端接比较输出电路，氧传感器加热电阻Rh的高端接氧传感器供电电压VPP，加热电阻Rh的低端接加热驱动电路；所述比较输出电路的输出端接微处理器，微处理器向加热驱动电路输出驱动信号；所述的比较输出电路包括电阻R1、R2、R3，电容C1以及比较器U1，电阻R1的一端接电源VCC，电阻R1另一端连接比较器U1的反向输入端，并经过电阻R2接地，比较器U1的同向输入端连接氧传感器内阻Ri的另一端，并经过电阻R3接地；电容C1的一端接氧传感器供电电压VPP，另一端接地；比较器U1的输出端信号S1进入微处理器，微处理器根据逻辑判断，输出驱动信号S2；所述加热驱动电路包括MOS管Q1，MOS管Q1的栅极接驱动信号S2，MOS管Q1漏极接氧传感器加热电阻Rh的低端，MOS管Q1源极接地；比较器U1的同向输入端输入电压VA，比较器U1的反向输入端输入电压VB；加热过程如下：(a)电阻R1、R2、R3为固定值，Ri随着温度的升高而减小，在加热过程中，电压VA逐渐增大，在加热到目标值温度TCAL之前，比较器U1输出的信号S1为低电平，加热到目标温度时，信号S1由低...

【专利技术属性】
技术研发人员：周树艳，陆召振，张雷，杨鹏翔，寇伟，杨源飞，
申请(专利权)人：中国第一汽车股份有限公司无锡油泵油嘴研究所，中国第一汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32