带故障诊断保护的峰值-保持驱动电路及其应用的无人机发动机制造技术

本发明专利技术公开一种带故障诊断保护的峰值

【技术实现步骤摘要】
带故障诊断保护的峰值
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保持驱动电路及其应用的无人机发动机


[0001]本专利技术涉及峰值
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保持驱动电路技术，具体涉及一种带故障诊断保护的峰值
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保持驱动电路及其应用的无人机发动机。

技术介绍

[0002]无人机发动机中，应用于进气道喷射式的喷油器，其线圈内阻较大，通常采用饱和电压驱动的方式；而应用于缸内直喷方式的喷油器，通常线圈内阻较小且电感较大，需要专用的控制器实现峰值
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保持驱动。峰值
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保持驱动是一种适用于驱动任何喷油器甚至线圈的驱动方式，驱动过程分为两段：初段采用高电压驱动，提升喷油器线圈电流上升速率，实现喷油器快速开启；后段采用低电压驱动或脉宽调制驱动，控制喷油器线圈电流维持在保证喷油器开启的最小值，降低线圈功耗以减少发热。
[0003]峰值
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保持驱动电路包括驱动电路和控制电路两个部分，其中控制电路根据电流信号，输出控制驱动电路的调制信号。控制电路一般有三种方案：第一种是使用具有高速模数转换功能的微控制器，由微控制器获取电流值，并根据内部代码执行相应的控制逻辑，从而输出驱动信号。该方案的优点是可以实现任何复杂的控制策略，缺点是对微控制器性能要求高，占用资源多，且需要有完备的软件逻辑策略。对于成熟稳定且一致性较好的喷油器产品，可以通过对驱动电压、电流以及目标喷油器参数的标定，确定保持电流阶段驱动的占空比，从而消除对电流采样电阻或电流传感器的需求，达到降低成本的目的，因此得到大批量采用。r/>[0004]第二种是使用具有串行外围接口（SPI）通讯的专用集成芯片电路，核心微控制器以通讯的方式发送喷油指令，包括喷油起始时刻、喷油脉宽、峰值电流数值、保持电流分段数及各段保持电流数值，集成芯片根据指令信息及内置电流传感器采样值，完成逻辑判断并输出驱动信号。该方案的优点是集成芯片体积小功能强，微控制器代码简单，所有控制参数可调且准确，能够轻易的实现指定样式的三段峰值
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保持电流，缺点是芯片价格较贵，且多为专用芯片，一般用于多段保持电流驱动的大批量生产场合，不在零售市场出售。
[0005]第三种是使用分立元件搭建控制电路，根据微控制器输出的喷油信号实现完整的峰值
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保持电流控制。这种方案的控制参数可调且准确，对控制器的性能没有要求，也无需修改原有微控制器代码，适合在喷油器驱动单元开发初期使用；这种方案逻辑和电路均较为复杂，需要的电流传感器也会增加成本。

技术实现思路

[0006]专利技术目的：本专利技术的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种带故障诊断保护的峰值
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保持驱动电路及其应用的无人机发动机，本专利技术适用于低内阻高电感喷油器或线圈。
[0007]技术方案：本专利技术的一种带故障诊断保护的峰值
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保持驱动电路，包括微控制器、
功率驱动单元、电流检测单元和逻辑控制单元，电流检测单元和逻辑控制单元构成控制电路；所述电流检测单元采用带双路比较器的电流感应放大器，其接收功率驱动单元中电流采样电阻两端的电压信号Rs+和Rs
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，并接收微控制器的喷油信号Drive，进而对第一路比较器锁存控制，然后根据电流信号Current和锁存控制信号输出第一路比较器信号C1和第二路比较器信号C2，并经过电阻Rpu1和电阻Rpu2上拉后输出给逻辑控制单元；所述微控制器集成于电子控制单元ECU，微控制器输出喷油信号Drive并接收电流检测单元反馈的两路比较器信号（C1和C2）和电流信号Current进而实现故障诊断；所述逻辑控制单元根据微控制器的喷油信号Drive和电流检测单元的第一路比较器信号C1和第二路比较器信号C2来输出逻辑信号Logical Drive；所述功率驱动单元接收逻辑控制单元的逻辑信号Logical Drive和微控制器的喷油信号Drive分别作为高侧驱动输入和低侧驱动输入，输出的驱动信号（即是指功率驱动单元中半桥芯片后的输出信号）分别驱动高侧MOSFET芯片QH和低侧MOSFET芯片QL，高侧MOSFET芯片QH一端连接电源，低侧MOSFET芯片QL一端连接功率地，高侧MOSFET芯片QH和低侧MOSFET芯片QL之间还依次连接有电流采样电阻Rs和喷油器Injector的接插件，进而控制驱动电路的开启和关断。
[0008]其中，电流感应放大器的作用就是根据Rs+和Rs
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的电压差值，放大20倍后，从第二引脚OUT输出Current电压信号，比较器均使用该信号分压后和参考电压比较。
[0009]进一步地，所述电流检测单元中还包括由滤波电阻Rf+和Rf
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以及滤波电容Cf构成的两路RC滤波电路，通过两路RC滤波电路将功率驱动单元的电压信号Rs+和电压信号Rs
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输入电流感应放大器，电流感应放大器的放大倍率为G (V/V)，（例如采用INA203电流感应放大器，则其放大功率为20V/V），则电流感应放大器的输出电压与功率驱动电流以及电流采样电阻的关系满足：；所述电流感应放大器集成有两路比较器（包括第一路比较器和第二路比较器,第一路比较器的参考电压选择1.2V，第二路比较器的参考电压为默认0.6V）输出电压直接接入第一路比较器，同时经过分压电阻和分压电阻分压后接入第二路比较器，则使得两路比较器输出高电平信号的最小驱动电流和分别为：；；然后控制电流采样电阻以及分压电阻和分压电阻，使得峰值电流为且保持电流为；此时电流检测放大器在驱动电流高于峰值电流和保持电流时分别输出高电平的第一路比较器信号C1和第二路比较器信号C2，接着经过电阻Rpu1和电阻Rpu2上拉后输出给逻辑控制单元。
[0010]进一步地，对第一路比较器锁存控制的具体内容为：第一路比较器上集成的锁存器由喷油信号Drive控制，当喷油信号Drive为低电平时，锁存器复位，此时第一路比较器信号C1的电平仅与驱动电流I相关；当喷油信号为高电平时，锁存器工作，即驱动电流I达到峰
值电流后，第一路比较器信号C1变为高电平且被锁存，使得驱动电流I低于峰值电流时，第一路比较器信号C1维持高电平，直至喷油信号Drive变为低电平使得锁存器复位，这一功能确保了单次峰值
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保持电流驱动过程仅输出单个峰值电流波形。
[0011]进一步地，所述逻辑控制单元配置有多功能逻辑门（SN74LVC1G58），多功能逻辑门接收微控制的喷油信号Drive以及电流检测单元的第一路比较器信号C1和第二路比较器信号C2，并输出逻辑信号Logical Drive；多功能逻辑门上设有In0通道、In1通道和In2通道，逻辑控制单元根据In0、In1、In2三个通道输入信号的电平改变输出信号Y的电平，然后将喷油信号Drive输入In0通道，第二比较器信号C2输入In1通道，第一路比较器信号C1输入In2通道，则输出信号Y即为逻辑信号Logical Drive。
[0012]进一步地，所述功率驱动单元采本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带故障诊断保护的峰值
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保持驱动电路，其特征在于：包括微控制器、功率驱动单元、电流检测单元和逻辑控制单元，电流检测单元和逻辑控制单元构成控制电路；所述电流检测单元采用带双路比较器的电流感应放大器，其接收功率驱动单元中电流采样电阻两端的电压信号Rs+和Rs
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以及接收微控制器的喷油信号Drive，进而对第一路比较器锁存控制，然后根据电流信号Current和锁存控制信号输出第一路比较器信号C1和第二路比较器信号C2，并经过电阻Rpu1和电阻Rpu2上拉后输出给逻辑控制单元；所述微控制器集成于电子控制单元ECU，微控制器输出喷油信号Drive并接收电流检测单元反馈的第一路比较器信号C1及第二路比较器信号C2和电流信号Current进而实现故障诊断；所述逻辑控制单元根据微控制器的喷油信号Drive和电流检测单元的第一路比较器信号C1和第二路比较器信号C2来输出逻辑信号Logical Drive；所述功率驱动单元接收逻辑控制单元的逻辑信号Logical Drive和微控制器的喷油信号Drive分别作为高侧驱动输入和低侧驱动输入，输出的驱动信号分别驱动高侧MOSFET芯片QH和低侧MOSFET芯片QL，高侧MOSFET芯片QH一端连接电源，低侧MOSFET芯片QL一端连接功率地，高侧MOSFET芯片QH和低侧MOSFET芯片QL之间还依次连接有电流采样电阻Rs和喷油器Injector的接插件，进而控制驱动电路的开启和关断。2.根据权利要求1所述的带故障诊断保护的峰值
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保持驱动电路，其特征在于：所述电流检测单元还包括由为滤波电阻Rf+和Rf
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以及滤波电容Cf构成的两路RC滤波电路，通过两路RC滤波电路将功率驱动单元的电压信号Rs+和电压信号Rs
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输入电流感应放大器，所述电流感应放大器的放大倍率为G(V/V)，则电流感应放大器的输出电压与功率驱动电流以及电流采样电阻的关系满足：；所述电流感应放大器内部集成有两路比较器输出电压直接接入第一路比较器，同时经过分压电阻和分压电阻分压后接入第二路比较器，则使得两路比较器输出高电平信号的最小驱动电流和分别为：；；然后控制电流采样电阻以及分压电阻和分压电阻，使得峰值电流为且保持电流为；此时电流检测放大器在驱动电流I高于峰值电流和保持电流时分别输出高电平的第一路比较器信号C1和第二路比较器信号C2，接着经过电阻Rpu1和电阻Rpu2上拉后输出给逻辑控制单元。3.根据权利要求2所述的带故障诊断保护的峰值
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保持驱动电路，其特征在于：对第一路比较器锁存控制的具体内容为：第一路比较器上集成的锁存器由喷油信号Drive控制，当喷油信号Drive为低电平时，锁存器复位，此时第一路比较器信号C1的电平仅与驱动电流I
相关；当喷油信号为高电平时，锁存器工作，即驱动电流I达到峰值电流后，第一路比较器信号C1变为高电平且被锁存，使得驱动电流I低于峰值电流时，第一路比较器信号C1维持高电平，直至喷油信号Drive变为低电平使得锁存器复位。4.根据权利要求1所述的带故障诊断保护的峰值
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保持驱动电路，其特征在于：所述逻辑控制单元配置有多功能逻辑门，多功能逻辑门接收微控制的喷油信号Drive以及电流检测单元的第一路比较器信号C1和第二路比较器信号C2，并输出逻辑信号Logical Drive；多功能逻辑门上设有In0通道、In1通道和In2通道，逻辑控制单元根据In0、In1、In2三个通道输入信号的电平改变输出信号Y的电平，将喷油信号Drive输入In0通道，第二比较器信号C2输入In1通道，第一路比较器信号C1输入In2通道，则输出信号Y即为逻辑信号Logical Drive。5.根据权利要求1所述的带故障诊断保护的峰值
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保持驱动电路，其特征在于：所述功率驱动单元采用半桥驱动电路，包含有半桥驱动芯片，所述半桥驱动芯片分别通过HI引脚和LI引脚输入逻辑信号Logical Drive和喷油信号Drive，然后半桥驱动芯片分别通过HO引脚和LO引脚将驱动信号输出；其中通过HO引脚将驱动信号经过栅极驱动电阻Rgh输入高侧MOSFET芯片QH的栅极，通过LO引脚将驱动信号经过栅极驱动电阻Rgl输入低侧MOSFET芯片QL的栅极，进而实现驱动高侧MOSFET芯片QH和低侧MOSFET芯片QL；所述高侧MOSFET芯片QH的漏极接电源Vbst，源极接电流采样电阻Rs，还通过肖特基二极管D1连接功率地PGND形成续流回路；所述低侧MOSFET芯片QL源极接功率地PGND，漏极接喷油器Injector，还通过肖特基二极管D2连接电源Vbst形成续流回路。6.根据权利要求5所述的带故障诊断保护的峰值
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保持驱动电路，其特征在于：当输入功率驱动单元的喷油信号Drive和逻辑信号Logical Drive均为高电平时，半桥驱动芯片控制高侧MOSFET芯片QH和低侧MOSFET芯片QL开启，喷油器驱动电流I从供电端Vbst依次经过高侧MOSFET芯片QH、喷油器Injector、电流采样电阻Rs、低侧MOSFET芯片QL到功率地PGND，实现对喷油器的驱动；当输入功率驱动单元的喷油信号Drive为高电平且逻辑信号Logical Drive为低电平时，高侧MOSFET芯片QH关闭，低侧MOSFET芯片QL开启，此时进入续流模式，电流从功率地PGND依次经过续流二极管D1、喷油器Injector、电流采样电阻Rs、低侧MOSFET芯片QL到功率地PGND，直至喷油器驱动电流下降为0；且此时续流回路两端均为功率地PGND，电动势相等；当输入功率驱动单元的喷油信号Drive和逻辑信号Logical Drive均为低电平，半桥驱动芯片控制高侧MOSFET芯片QH和低侧MOSFE...

【专利技术属性】
技术研发人员：季昊成，刘锐，苏小平，翟步云，李松鸿，钟翎丰，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：