压电喷油器的驱动结构制造技术

本发明专利技术涉及一种压电喷油器的驱动结构，其特征是：包括执行器驱动电路模块、处理器MCU、电压差值斜率监控电路和短路保护电路。通过同时对执行器高低端充放电，利用电容的电压不可突变特性，形成驱动压差，即以执行器高端电压为参考电压，控制低端放电，形成压差；建立驱动过程中通过外部电容补偿手段确立电容高低端的压差斜率，来控制电流精度。本发明专利技术所述驱动结构有利于驱动电流的稳定性，且对驱动回路的滤波电感没有感值能量存储要求；另外电流没有多峰值震荡，有利于提高系统的EMC能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种压电喷油器的驱动结构，属于共轨系统的喷油器电子控制

技术介绍
国外专利中的压电驱动都是鉴于线性调节器模式的充电放电结构，如DESN公司的US20090038590AI或者US7819337B2等，即由高压源向执行器高端充电，再由执行器高端对地放电，整个过程由电压与电流反馈控制高端开关管的PWM开关来控制执行器高端电压，低端通过选通电路对地形成选通回路。这种结构对储能电感有很大的储能要求，且由于驱动结构中参数离散性质的特性，不能完全保证电流的斜率和精度。共轨系统的喷油器有高速电磁阀式和压电晶体式两种。压电陶瓷执行器由于其特殊的压电效应以及电容特征，在一定的高压驱动条件下可以保持一定的伸长量，从而可以打开喷油器实现喷油功能。因此压电执行器的驱动过程包括充电-保持-放电三个阶段；即先充电驱动执行器打开喷油器，放电使得执行器伸长量变小，则关闭喷油器，实现一次喷油过程。目前的压电执行器驱动，通过高压向执行器充电的BUCK结构，再放电到地，低端选通到地的方案。通过电压和电流反馈PWM式开关MOS管，保证驱动电压和驱动电流的平均值保持在一个相对合理阈值。由于电容充电电压呈指数型上升，电路的拓扑结构呈现高度的离散性质，另外加上复杂工况条件下，压电执行器的有介质参数变化的现象，使得充电电流不易高精度控制；一般通过PWM式的开关对执行器实现充放电的结构，一方面对充放电电感的电感储能有很高的要求，另一方面不能保证驱动电压的斜率一致性，即不能保证喷油器打开时间的精度；另外峰值电流对执行器的冲击，有概率降低执行器的性能和寿命。
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，提供一种压电喷油器的驱动结构，通过驱动的电流控制，保证电流的精度和驱动电压的上升斜率的线性特征，提高喷油器的稳定性，降低峰值电流对执行器的冲击，提高执行器的可靠性。按照本专利技术提供的技术方案，所述压电喷油器的驱动结构，其特征是：包括执行器驱动电路模块、处理器MCU和电压差值斜率监控电路；所述执行器驱动电路模块包括执行器PT1，执行器PT1的高压端与电感L1的一端和电阻R1的一端连接，电感L1的另一端与二极管D1的阴极端、二极管D4的阳极端、开关管Q3的漏极端和电阻R21的一端连接，二极管D1的阳极端与开关管Q1的源极端和开关管Q5的漏极端连接，开关管Q1的漏极端与
高压源HIV和二极管D4的阴极端连接，开关管Q5的源极端与电容C1的一端连接，电容C1的另一端接地；所述执行器PT1的低压端与电感L2的一端和电阻R3的一端连接，电感L2的另一端与二极管D2的阴极端、二极管D3的阳极端、开关管Q4的漏极端和电阻R21的另一端连接，二极管D2的阳极端与开关管Q2的源极端和开关管Q6的漏极端连接，开关管Q2的漏极端与高压源HIV和二极管D3的阴极端连接，开关管Q6的源极端与电容C2的一端连接，电容C2的另一端接地；所述开关管Q3的源极端与电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端接地；所述电阻R1的另一端与电压差值斜率监控电路和电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端接地；所述电阻R3的另一端与电压差值斜率监控电路和电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端接地；所述开关管Q4的源极端与电阻R5的一端连接，电阻R5的另一端接地。进一步的，所述电压差值斜率监控电路的输出端与处理器MCU连接。进一步的，所述开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3、开关管Q4、开关管Q5和开关管Q6的栅极均与处理器MCU连接，均采用MOS管，由处理器MCU控制打开和关闭。进一步的，所述电压差值斜率监控电路包括放大器U1、放大器U2、放大器U3和放大器U4，放大器U1的同向端与电阻R15的一端和电阻R18的一端连接，电阻R15的另一端接地，电阻R18的另一端与电阻R1的另一端和电阻R2的一端连接；所述放大器U1的反向端与电阻R17的一端和电阻R16的一端连接，放大器U1的输出端与电阻R16的另一端、电容C3的一端、放大器U4的同相端和放大器U2的同相端连接，放大器U2的反向端连接参考电压VREF1，放大器U4的反向端连接参考电压VREF2，电容C3的另一端与电阻R20的一端和放大器U3的反向端连接，放大器U3的同相端与电阻R19的一端连接，电阻R19的另一端接地，放大器U3的输出端与电阻R20的另一端连接。进一步的，所述放大器U1、放大器U2、放大器U3和放大器U4的输出端与处理器MCU连接。进一步的，还包括短路保护电路，短路保护电路的第一输入端与开关管Q3的源极端和电阻R6的一端连接，短路保护电路的第二输入端与开关管Q4的源极端和电阻R5的一端连接，短路保护电话路的输出端与处理器MCU连接。进一步的，所述短路保护电路包括放大器U5和放大器U6，放大器U5的同相端与电容C4的一端连接，放大器U5的反向端与电容C4的另一端、电阻R203的一端和电阻R206的一端连接，电阻R203的另一端接地，放大器U5的输出端与电阻R206的另一端和电阻R202的一端连接，电阻R202的另一端与电容C5的一端和放大器U6的反向端连接，放大器U6的同相端与电容C5的另一端和参考电压VREF连接，放大器U6的输出端与电阻R204的一端和电阻R205的一端连接，电阻R204的另一端连接VCC电压，电阻R205的另一端与处理器MCU连接。进一步的，所述放大器U5的正电源端与VCC电压连接，且放大器U5的正电源端通过电容C6接地；所述放大器U6的正电源端与VCC电压连接，放
大器U6的负电源端接地。本专利技术所述的压电喷油器的驱动结构，通过同时对执行器高低端充放电，利用电容的电压不可突变特性，形成驱动压差，即以执行器高端电压为参考电压，控制低端放电，形成压差；建立驱动过程中通过外部电容补偿手段确立电容高低端的压差斜率，来控制电流精度。本专利技术所述驱动结构有利于驱动电流的稳定性，且对驱动回路的滤波电感没有感值能量存储要求；另外电流没有多峰值震荡，有利于提高系统的EMC能力。附图说明图1为本专利技术的驱动结构框架图。图2为电压差值斜率监控电路的示意图。图3为短路保护电路的示意图。图4为高压源对执行器高低端和电容充电的电流流向示意图。图5为执行器低端放电的电流流向示意图。图6为执行器高端放电的电流流向示意图。具体实施方式下面结合具体附图对本专利技术作进一步说明。如图1所示，本专利技术包括执行器驱动电路模块、处理器MCU、电压差值斜率监控电路和短路保护电路；所述执行器驱动电路模块包括执行器PT1，执行器PT1的高压端与电感L1的一端和电阻R1的一端连接，电感L1的另一端与二极管D1的阴极端、二极管D4的阳极端、开关管Q3的漏极端和电阻R21的一端连接，二极管D1的阳极端与开关管Q1的源极端和开关管Q5的漏极端连接，开关管Q1的漏极端与高压源HIV和二极管D4的阴极端连接，开关管Q5的源极端与电容C1的一端连接，电容C1的另一端接地；所述执行器PT1的低压端与电感L2的一端和电阻R3的一端连接，电感L2的另一端与二极管D2的阴极端、二极管D3的阳极端、开关管Q4的漏极端和电阻R21的另一端连接，二极管D2的阳极端与开关管Q2的源极端和开关管Q6的漏极端连接，开关管Q2的漏极端与高压源HIV和二极管D3的阴极本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压电喷油器的驱动结构，其特征是：包括执行器驱动电路模块、处理器MCU和电压差值斜率监控电路；所述执行器驱动电路模块包括执行器PT1，执行器PT1的高压端与电感L1的一端和电阻R1的一端连接，电感L1的另一端与二极管D1的阴极端、二极管D4的阳极端、开关管Q3的漏极端和电阻R21的一端连接，二极管D1的阳极端与开关管Q1的源极端和开关管Q5的漏极端连接，开关管Q1的漏极端与高压源HIV和二极管D4的阴极端连接，开关管Q5的源极端与电容C1的一端连接，电容C1的另一端接地；所述执行器PT1的低压端与电感L2的一端和电阻R3的一端连接，电感L2的另一端与二极管D2的阴极端、二极管D3的阳极端、开关管Q4的漏极端和电阻R21的另一端连接，二极管D2的阳极端与开关管Q2的源极端和开关管Q6的漏极端连接，开关管Q2的漏极端与高压源HIV和二极管D3的阴极端连接，开关管Q6的源极端与电容C2的一端连接，电容C2的另一端接地；所述开关管Q3的源极端与电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端接地；所述电阻R1的另一端与电压差值斜率监控电路和电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端接地；所述电阻R3的另一端与电压差值斜率监控电路和电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端接地；所述开关管Q4的源极端与电阻R5的一端连接，电阻R5的另一端接地。...

【技术特征摘要】
1.一种压电喷油器的驱动结构，其特征是：包括执行器驱动电路模块、处理器MCU和电压差值斜率监控电路；所述执行器驱动电路模块包括执行器PT1，执行器PT1的高压端与电感L1的一端和电阻R1的一端连接，电感L1的另一端与二极管D1的阴极端、二极管D4的阳极端、开关管Q3的漏极端和电阻R21的一端连接，二极管D1的阳极端与开关管Q1的源极端和开关管Q5的漏极端连接，开关管Q1的漏极端与高压源HIV和二极管D4的阴极端连接，开关管Q5的源极端与电容C1的一端连接，电容C1的另一端接地；所述执行器PT1的低压端与电感L2的一端和电阻R3的一端连接，电感L2的另一端与二极管D2的阴极端、二极管D3的阳极端、开关管Q4的漏极端和电阻R21的另一端连接，二极管D2的阳极端与开关管Q2的源极端和开关管Q6的漏极端连接，开关管Q2的漏极端与高压源HIV和二极管D3的阴极端连接，开关管Q6的源极端与电容C2的一端连接，电容C2的另一端接地；所述开关管Q3的源极端与电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端接地；所述电阻R1的另一端与电压差值斜率监控电路和电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端接地；所述电阻R3的另一端与电压差值斜率监控电路和电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端接地；所述开关管Q4的源极端与电阻R5的一端连接，电阻R5的另一端接地。2.如权利要求1所述的压电喷油器的驱动结构，其特征是：所述电压差值斜率监控电路的输出端与处理器MCU连接。3.如权利要求1所述的压电喷油器的驱动结构，其特征是：所述开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3、开关管Q4、开关管Q5和开关管Q6的栅极均与处理器MCU连接，均采用MOS管，由处理器MCU控制打开和关闭。4.如权利要求1所述的压电喷油器的驱动结构，其特征是：所述电压差值斜率监控电路包括放大器U1、放大器U2、放大器U3和放大器U4，放大器U1的同向端与电阻R15的一端和电阻R18的一端连接，电阻R15的...

【专利技术属性】
技术研发人员：高崴，曾伟，张爱云，谢宏斌，俞谢斌，黄城健，周维，蒋诚，丁珏，
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