气体阀驱动电路制造技术

本发明专利技术公开了一种气体阀驱动电路，包括双Boost模块、电源管理模块、高边驱动及开关管模块、低边驱动及开关管模块、电流信号采集模块、滞回电压比较器和微控制器；电源管理模块与双Boost模块连接；高边驱动及开关管模块与双Boost模块连接，低边驱动及开关管模块与电流信号采集模块连接；电流信号采集模块与滞回电压比较器的反相端连接；微控制器分别与滞回电压比较器的正相端和输出端、电源管理模块、高边驱动及开关管模块、低边驱动及开关管模块连接。本发明专利技术的可靠性高、抗干扰能力强，且通用性好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于气体机或双燃料机，具体涉及一种气体阀驱动电路。
技术介绍
以天然气为燃料的气体机或双燃料发动机的热效率与柴油机相当，不仅可以降低燃料成本，还可以有效降低污染物排放，尤其是颗粒排放。与重油等劣质液体燃料相比，气体燃料更容易雾化蒸发形成可燃混合气，燃烧中颗粒物排放显著减少，NOx排放减少90％，颗粒物排放几乎全部消除，而且气体燃料中不含硫元素，尾气中几乎不含SOx成分。因此，船用柴油机燃用气体燃料只需采用机内净化方法，控制燃烧温度，减少NOx排放，即可满足国际海事组织所规定的2016年第三阶段排放法规(IMO Tier III)。气体机和双燃料发动机以其燃料灵活性、经济性和排放性能好等优点将成为满足今后严格排放法规和经济性要求的重要技术措施之一。气体喷射阀是气体机或双燃料发动机的关键部件，其驱动电路的好坏将直接影响气体机或双燃料发动机的动力性能、经济性能及排放性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种可靠性高、抗干扰能力强，且通用性好的气体阀驱动电路。本专利技术所述的气体阀驱动电路，包括双Boost模块、电源管理模块、高边驱动及开关管模块、低边驱动及开关管模块、电流信号采集模块、滞回电压比较器和微控制器；所述电源管理模块与Boost模块连接，电源管理模块控制双Boost模块产生的电压在24V～150V范围内可调，用于控制电流上升时间以及为驱动电流提供电压源；电源管理模块还用于控制电源上电和掉电时序，以协调各模块工作；所述高边驱动及开关管模块和低边驱动及开关管模块用于控制电流值以及感性负载的续流，该高边驱动及开关管模块与双Boost模块连接，低边驱动及开关管模块与电流信号采集模块连接；所述电流信号采集模块将采集的电流信号转换为电压信号并输入到滞回电压比较器的反相端，该电流信号采集模块与滞回电压比较器的反相端连接；所述微控制器用于输出滞回电压比较器的正相端所需的参考电压，产生高边驱动及开关管模块与低边驱动及开关管模块所需的驱动信号，并对整个气体阀驱动电路的关键数据进行监控，该微控制器分别与滞回电压比较器的正相端和输出端、电源管理模块、高边驱动及开关管模块、低边驱动及开关管模块连接；所述滞回电压比较器将反相端的电压信号与正相端的参考电压进行对比，并产生微控制器所需的开关信号。进一步，所述高边驱动及开关管模块采用自举悬浮驱动，其包括高边驱动和高边开关管Q1；所述高边驱动包括芯片U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1、电容C2、二极管D1、二极管D2和二极管D3；所述芯片U1的1脚经电容C2与芯片U1的4脚连接，芯片U1的2脚经电阻R4与芯片U1的4脚连接，芯片U1的5脚经电阻R3与芯片U1的6脚连接，芯片U1的5脚还经电容C1与芯片U1的8脚连接，二极管D2与电容C1并联；芯片U1的7脚分别与二极管D3的负极连接，且二极管D3的正极与高边开关管Q1的栅极连接；所述电阻R2与二极管D3并联；芯片U1的8脚经二极管D1、电阻R1与芯片U1的1脚连接；电阻R1和电容C2的连接点接电源VCC，电阻R4与电容C2的连接点接地。进一步，所述双Boost模块包括芯片U2、第一Boost升压支路和第二Boost升压支路；所述第一Boost升压支路由电感L1、mos管Q3、电阻RSNS1、二极管D4和电容COUT组成，mos管Q3的栅极与芯片U2的PGATE1脚连接，mos管Q3的漏极经电感L1与VIN连接，mos管Q3的漏极还经二极管D4、电容COUT接地；mos管Q3的源极经电阻RSNS1接地，且电阻RSNS1与mos管Q3源极相连接的一端还接芯片U2的PSENSE1+脚，电阻RSNS1的另一端还接芯片U2的PSENSE1-脚；所述第二Boost升压支路由电感L2、mos管Q4、电阻RSNS2、二极管D5和COUT组成，mos管Q4的栅极与芯片U2的PGATE2脚连接，mos管Q4的漏极经电感L2与VIN连接，mos管Q4的漏极还经二极管D5、电容COUT接地，mos管Q3的源极经电阻RSNS2接地，且电阻RSNS2与mos管Q4的源极相连接的一端还接芯片U2的PSENSE2+脚，电阻RSNS2的另一端还接芯片U2的PSENSE2-脚；所述第一Boost升压支路与第二Boost升压支路的工作存在180°相位差，第一Boost升压支路中的mos管Q3导通为电感L1蓄能时，第二Boost升压支路中的mos管Q4关断，将电感L2存储的能量通过二极管D5向COUT充电；工作180°相位后，第二Boost升压支路中的mos管Q4导通为电感L2蓄能，第一Boost升压支路的mos管Q3关断，将电感L1存储的能量通过二极管D4向COUT充电。进一步，所述电流信号采集模块包括芯片U3、电容CBYP、电容CF和电阻RF；所述芯片U3的P1脚经电容CBYP后接地，芯片U3的P2脚接地，芯片U3的P3脚经电阻RF、电容CF接地，芯片U3的P4与气体阀的IP+端连接，芯片U3的P5脚与气体阀的IP-端连接，采集流经气体阀的电流信号，实现正向、反向电流信号采集。所述滞回电压比较器包括电压比较器U4、电阻R5、电阻R6和电阻R7，所述电压比较器U4的正相端经电阻R5接电源VCC，电压比较器U4的正相端还经电阻R6接地，电压比较器U4的正相端还经电阻R7后电压比较器U4的输出端连接。本专利技术具有以下优点：(1)输出电流可根据要求灵活可调，并且控制电流上升时间以及控制P/H电流的电压源在24V～150V范围内可调，可满足绝大多数气体机与双燃料机气体喷射高速电磁阀的驱动要求；(2)采用双通道两相升压电路，可满足升压速度与功率使用要求；(3)高边驱动采用先进的自举悬浮驱动，结合局部电路参数的优化设计，有效地防止了电路在工作过程中由于Latch-Up和Latch-Off等故障导致的电流波形异常，大大提高了驱动电路的工作可靠性；(4)电流信号采集采用了高精度的电流互感器，采集精度高，抗干扰能力强；(5)采用了带滞回区间的电压比较器，采集到的电流信号与参考电压信号对比之后，产生控制高边驱动的开关信号，从而控制驱动电流，电流的纹波值可通过调节滞回区间进行控制；(6)2个或者2个以上的气体喷射阀工作存在重叠角，为了满足该要求，设计了独立的高边驱动信号控制电路，能给你有效降低CPU的负荷；(7)通过电源管理模块能够很好控制上电/掉电时序，有效降低了低边开关管损坏的风险。附图说明图1为本专利技术的原理框图；图2为图1中高边驱动及开关管模块、气体阀及低边驱动及开关管模块的连接电路图；图3为图1中双Boost模块的电路图；图4为图1中电流信号采集模块的电路图；图5为图1中的滞回电压比较器电路图；图6为图5中的滞回区间工作示意图；图7为本专利技术中上电/掉电时序图；其中：1、双Boost模块，2、电源管理模块，3、高边驱动及开关管模块，3a、高边驱动，4、气体阀，5、低边驱动及开关管模块，5a、低边驱动，6、电流信号采集模块，7、滞回电压比较器，8、微控制器。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明。如图1所示的气体阀驱动电路，包括双Boost模块1、电源管理模块2、高边驱动及开关管模块3、低边驱动及开关管模块5、电流信号采集模块6、滞回电压比较本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气体阀驱动电路，其特征在于：包括双Boost模块（1）、电源管理模块（2）、高边驱动及开关管模块（3）、低边驱动及开关管模块（5）、电流信号采集模块（6）、滞回电压比较器（7）和微控制器（8）；所述电源管理模块（2）与Boost模块（1）连接，电源管理模块（2）控制双Boost模块（1）产生的电压在24V～150V范围内可调，用于控制电流上升时间以及为驱动电流提供电压源；电源管理模块（2）还用于控制电源上电和掉电时序，以协调各模块工作；所述高边驱动及开关管模块（3）和低边驱动及开关管模块（5）用于控制电流值以及感性负载的续流，该高边驱动及开关管模块（3）与双Boost模块（1）连接，低边驱动及开关管模块（5）与电流信号采集模块（6）连接；所述电流信号采集模块（6）将采集的电流信号转换为电压信号并输入到滞回电压比较器（7）的反相端，该电流信号采集模块（6）与滞回电压比较器（7）的反相端连接；所述微控制器（8）用于输出滞回电压比较器（7）的正相端所需的参考电压，产生高边驱动及开关管模块（3）与低边驱动及开关管模块（5）所需的驱动信号，并对整个气体阀驱动电路的关键数据进行监控，该微控制器（8）分别与滞回电压比较器（7）的正相端和输出端、电源管理模块（2）、高边驱动及开关管模块（3）、低边驱动及开关管模块（5）连接；所述滞回电压比较器（7）将反相端的电压信号与正相端的参考电压进行对比，并产生微控制器（8）所需的开关信号。...

【技术特征摘要】
1.一种气体阀驱动电路，其特征在于：包括双Boost模块（1）、电源管理模块（2）、高边驱动及开关管模块（3）、低边驱动及开关管模块（5）、电流信号采集模块（6）、滞回电压比较器（7）和微控制器（8）；所述电源管理模块（2）与Boost模块（1）连接，电源管理模块（2）控制双Boost模块（1）产生的电压在24V～150V范围内可调，用于控制电流上升时间以及为驱动电流提供电压源；电源管理模块（2）还用于控制电源上电和掉电时序，以协调各模块工作；所述高边驱动及开关管模块（3）和低边驱动及开关管模块（5）用于控制电流值以及感性负载的续流，该高边驱动及开关管模块（3）与双Boost模块（1）连接，低边驱动及开关管模块（5）与电流信号采集模块（6）连接；所述电流信号采集模块（6）将采集的电流信号转换为电压信号并输入到滞回电压比较器（7）的反相端，该电流信号采集模块（6）与滞回电压比较器（7）的反相端连接；所述微控制器（8）用于输出滞回电压比较器（7）的正相端所需的参考电压，产生高边驱动及开关管模块（3）与低边驱动及开关管模块（5）所需的驱动信号，并对整个气体阀驱动电路的关键数据进行监控，该微控制器（8）分别与滞回电压比较器（7）的正相端和输出端、电源管理模块（2）、高边驱动及开关管模块（3）、低边驱动及开关管模块（5）连接；所述滞回电压比较器（7）将反相端的电压信号与正相端的参考电压进行对比，并产生微控制器（8）所需的开关信号。2.根据权利要求1所述的气体阀驱动电路，其特征在于：所述高边驱动及开关管模块（3）采用自举悬浮驱动，其包括高边驱动和高边开关管Q1；所述高边驱动包括芯片U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1、电容C2、二极管D1、二极管D2和二极管D3；所述芯片U1的1脚经电容C2与芯片U1的4脚连接，芯片U1的2脚经电阻R4与芯片U1的4脚连接，芯片U1的5脚经电阻R3与芯片U1的6脚连接，芯片U1的5脚还经电容C1与芯片U1的8脚连接，二极管D2与电容C1并联；芯片U1的7脚分别与二极管D3的负极连接，且二极管D3的正极与高边开关管Q1的栅极连接；所述电阻R2与二极管D3并联；芯片U1的8脚经二极管D1、电阻R1与芯片U1的1脚连接；电阻R1和电容C2的连接点接电源VCC，电阻R4与电容C2的连接点接地。3.根据权利要求1或2所述的气体阀驱动电路，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄都，张鹏，吴竞，
申请(专利权)人：重庆红江机械有限责任公司，
类型：发明
国别省市：重庆;50