一种气助雾化喷嘴的电流型驱动电路及驱动控制方法技术

本发明专利技术公开一种气助雾化喷嘴的电流型驱动电路模块及其控制方法，微控制器模块将喷嘴驱动脉冲控制信号转成三种驱动控制信号(高侧高压驱动信号、高侧低压驱动信号和低侧驱动信号)，并分别输入至高侧高压驱动电路、高侧低压驱动电路和低侧驱动电路；高侧高压驱动信号与喷嘴驱动脉冲控制信号同步上升，高侧高压驱动信号停止后执行高侧低压驱动信号，高侧低压驱动信号与喷嘴驱动脉冲控制信号同步结束；低侧驱动信号与喷嘴驱动脉冲控制信号完全同步。本发明专利技术的电流驱动涉及多组时间控制变量，可在线调整，驱动电流可灵活调控，同时独有的电源配置范围可最大程度简化三开关式驱动电路的复杂程度。杂程度。杂程度。

【技术实现步骤摘要】
一种气助雾化喷嘴的电流型驱动电路及驱动控制方法


[0001]本专利技术涉及航空活塞发动机燃油直喷技术，具体涉及一种气助雾化喷嘴的电流型驱动电路及驱动控制方法。

技术介绍

[0002]二冲程航空活塞发动机因具有较高的机械效率和功重比，逐渐成为了无人机的主流动力装置。传统的化油器式或进气道喷射式二冲程发动机存在燃油短路损失问题。在二冲程发动机上采用缸内直喷技术利用纯空气扫气，理论上可以完全解决二冲程发动机的短路损失问题。为了充分发挥二冲程发动机的固有优点，国内外学者与发动机厂商纷纷将目光投向了缸内直喷技术。
[0003]二冲程发动机目前以汽油为主要燃料，而汽油具有闪点低、挥发性高和易着火等特点，在运输和使用过程中存在较大的安全风险。航空重油闪点高，不易挥发，其安全性能好，以航空重油为燃料逐渐成为了点燃式航空发动机发展趋势。但是航空重油较难挥发的特性，决定了其在相同条件下比普通汽油的雾化、蒸发质量要差，对二冲程发动机的整机性能有所限制。
[0004]目前运用在二冲程发动机上较成熟的缸内直喷方案有高压缸内直喷系统和气助雾化缸内直喷系统两种。相比常规的高压缸内直喷系统，气助雾化缸内直喷系统的燃油索特平均直径较小，雾化质量更好，而且气助雾化缸内直喷系统的直喷控制和燃油计量相互独立，可以灵活控制喷气正时，有助于在低速小负荷工况形成良好的分层混合气。
[0005]然而，目前现有气助雾化喷嘴通常采用电压型控制方案，在电压型控制方案中驱动电路首先提供一个恒定电压，线圈通电后电流数值逐渐增大，喷嘴电磁阀处于静止阶段，当电流达到一定数值后，喷嘴电磁阀中的衔铁开始运动，同时喷嘴电磁阀中的气隙也逐渐减小，引起反向电动势，电流数值小幅度减小后继续上升，当衔铁达到最大位置时，进入保持阶段，为减小功耗，将驱动电压调整至可维持衔铁位置的较低数值。若采用该方案，电流上升速度较慢(通常长达2ms)，衔铁静止和运动的时间较长，导致喷嘴电磁阀响应速度慢，直接影响喷气正时的控制精度。
[0006]不仅如此，目前大多数的电流型驱动方案都是双开关纯硬件闭环的控制模式，在这种模式下可变参数不多，且无法实现在线变参，使其通用性和灵活性不够强。同时，双开关式电流驱动在结束后的续流方式较为单一，容易导致针阀关闭延迟。

技术实现思路

[0007]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，提供一种气助雾化喷嘴的电流型驱动电路及驱动控制方法。
[0008]技术方案：本专利技术的一种气助雾化喷嘴的电流型驱动电路，包括微控制器模块、高侧驱动模块、低侧驱动模块以及电源配置模块(用于为高压与低压进行电源配置)，高侧驱动模块包括高侧高压驱动电路和高侧低压驱动电路；所述电源配置模块将机载电源转化为
内部电源为微控制器模块、高侧驱动模块和低侧驱动模块供电；所述微控制器模块将喷嘴驱动脉冲控制信号转成三种驱动控制信号，并分别输入至高侧高压驱动电路、高侧低压驱动电路和低侧驱动电路；三种驱动控制信号包括高侧高压驱动信号HV_CTRL、高侧低压驱动信号LV_CTRL和低侧驱动信号LSV_CTRL；
[0009]其中，高侧高压驱动信号HV_CTRL与喷嘴驱动脉冲控制信号INJ_CTRL同步上升，高侧高压驱动信号HV_CTRL停止后执行高侧低压驱动信号LV_CTRL，高侧低压驱动信号LV_CTRL与喷嘴驱动脉冲控制信号INJ_CTRL同步结束；低侧驱动信号LSV_CTRL与喷嘴驱动脉冲控制信号INJ_CTRL完全同步。
[0010]进一步地，所述微控制器模块包括单片机最小系统与六施密特触发器U1(供电电压为5V)；单片机用于接收喷嘴驱动脉冲控制信号INJ_CTRL，其高电平灵活兼容3.3V
‑
5.0V范围，单片机对该脉冲边沿实时监测和处理后输出三路驱动控制信号IN1、IN2、IN3，这三路驱动控制信号再经六施密特触发器U1进行二次脉冲整形之后分别转成高侧高压驱动信号HV_CTRL、高侧低压驱动信号LV_CTRL和低侧驱动信号LSV_CTRL；所述施密特触发器U1设有反相器和六组相互对应的输入口、输出口，输入与输出的电平逻辑相反。
[0011]为保证驱动信号逻辑正确，单片机的三路驱动信号进入施密特触发器U1的输入口1A、3A、6A后从对应的输出口1Y、3Y、6Y输出，但此时控制信号的逻辑值与原来的相反，为保证驱动信号逻辑正确，将三个已反相的驱动信号接入该施密特触发器剩余的三个输入口2A、4A、5A，再次经过反相输出后即可获得逻辑正确波形整齐的驱动信号HV_CTRL、LV_CTRL、LSV_CTRL。
[0012]进一步地，所述机载电源电压V_P的输入幅值为20V
‑
60V；所述电源配置模块包括机载电源电压转高侧高压驱动电压电路、机载电源电压转高侧低压驱动电压电路和机载电源电压转微控制器模块供电电压电路；其中，所述高侧高压驱动电路电源电压V_H的输入幅值为20V
‑
60V，高侧低压驱动电路电源电压V_L的输入幅值为12V
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16V；机载电源电压转微控制器模块供电电压电路分别为单片机、施密特触发器U1及栅极驱动器U2、U3、U4供电，所述的单片机供电电压可选用5V或3.3V，施密特触发器U1的供电电压为5V，栅极驱动器U2、栅极驱动器U3和栅极驱动器U4的供电电压V_Q的范围为10V
‑
18V。
[0013]所述高侧高压驱动电路和高侧低压驱动电路的前端分别采用高侧高压栅极驱动器U2和高侧低压栅极驱动器U3，但高侧高压栅极驱动器与高侧低压栅极驱动器的驱动信号HV_CTRL、LV_CTRL不同步，因而高侧高压栅极驱动器与高侧低压栅极驱动器不会同时参与对喷嘴驱动电流的控制；所述高侧高压栅极驱动器U2与高侧低压栅极驱动器U3的输出口分别外接有N型MOS管Q1和MOS管Q2，MOS管Q1和MOS管Q2的漏极分别接高侧高压驱动电源和高侧低压驱动电源。
[0014]进一步地，在所述高侧高压驱动电路中，N型MOS管Q1的源极接喷嘴电磁阀的正极VAL+；在所述高侧低压驱动电路中，N型MOS管Q2的源极接至一个肖特基二极管D3的正极，该肖特基二极管D3的负极接喷嘴电磁阀的正极VAL+，并在该连接点和功率地PGND之间反接一个肖特基二极管D4。
[0015]进一步地，所述低侧驱动模块前端采用低侧栅极驱动器U4，低侧栅极驱动器U4的输出通道外接N型MOS管Q3的栅极，N型MOS管Q3的源极接地，漏极连接至喷嘴电磁阀的负极VAL
‑
，且在两者的连接处还另外连接一个肖特基二极管D5的正极，肖特基二极管D5的负极
与机载电源相接。
[0016]本专利技术还公开一种气助雾化喷嘴的电流型驱动电路的驱动控制方法，微控制器模块分别向高侧高压栅极驱动器U2、高侧低压栅极驱动器U3以及低侧栅极驱动器U4输出对应驱动信号HV_CTRL、LV_CTRL、LSV_CTRL，进而形成不断变化的电路回路和驱动电流；
[0017]其中，高侧高压驱动信号本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种气助雾化喷嘴的电流型驱动电路，其特征在于：包括微控制器模块、高侧驱动模块、低侧驱动模块以及电源配置模块，高侧驱动模块包括高侧高压驱动电路和高侧低压驱动电路；所述电源配置模块将机载电源转化为内部电源为微控制器模块、高侧驱动模块和低侧驱动模块供电；所述微控制器模块将喷嘴驱动脉冲控制信号转成三种驱动控制信号，并分别输入至高侧高压驱动电路、高侧低压驱动电路和低侧驱动电路；三种驱动控制信号包括高侧高压驱动信号HV_CTRL、高侧低压驱动信号LV_CTRL和低侧驱动信号LSV_CTRL；其中，高侧高压驱动信号HV_CTRL与喷嘴驱动脉冲控制信号INJ_CTRL同步上升，高侧高压驱动信号HV_CTRL停止后执行高侧低压驱动信号LV_CTRL，高侧低压驱动信号LV_CTRL与喷嘴驱动脉冲控制信号INJ_CTRL同步结束；低侧驱动信号LSV_CTRL与喷嘴驱动脉冲控制信号INJ_CTRL完全同步。2.根据权利要求1所述的气助雾化喷嘴的电流型驱动电路，其特征在于：所述微控制器模块包括单片机最小系统与六施密特触发器U1；所述单片机用于接收喷嘴驱动脉冲控制信号INJ_CTRL，单片机对该脉冲边沿实时监测和处理后输出三路驱动控制信号IN1、IN2、IN3，这三路驱动控制信号再经六施密特触发器U1进行二次脉冲整形之后分别转成高侧高压驱动信号HV_CTRL、高侧低压驱动信号LV_CTRL和低侧驱动信号LSV_CTRL；所述施密特触发器U1设有反相器和六组相互对应的输入口、输出口，输入与输出的电平逻辑相反。3.根据权利要求1所述的气助雾化喷嘴的电流型驱动电路，其特征在于：所述机载电源电压V_P的输入幅值为20V
‑
60V；所述电源配置模块包括机载电源电压转高侧高压驱动电压电路、机载电源电压转高侧低压驱动电压电路和机载电源电压转微控制器模块供电电压电路；其中，所述高侧高压驱动电路电源电压V_H的输入幅值为20V
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60V，高侧低压驱动电路电源电压V_L的输入幅值为12V
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16V；机载电源电压转微控制器模块供电电压电路分别为单片机、施密特触发器U1及栅极驱动器U2、U3、U4供电，所述的单片机供电电压可选用5V或3.3V，施密特触发器U1的供电电压为5V，栅极驱动器U2、栅极驱动器U3和栅极驱动器U4的供电电压V_Q的范围为10V
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18V。4.根据权利要求1所述的气助雾化喷嘴的电流型驱动电路，其特征在于：所述高侧高压驱动电路和高侧低压驱动电路的前端分别采用高侧高压栅极驱动器U2和高侧低压栅极驱动器U3，但高侧高压栅极驱动器U2与高侧低压栅极驱动器U3的驱动信号HV_CTRL、LV_CTRL不同步；所述高侧高压栅极驱动器U2与高侧低压栅极驱动器U3的输出口分别外接有N型MOS管Q1和N型MOS管Q2，MOS管Q1和MOS管Q2的漏极分别接高侧高压驱动电源和高侧低压驱动电源，MOS管Q1和MOS管Q2的源极则用于连接喷嘴电磁阀正极VAL+。5.根据权利要求4所述的气助雾化喷嘴的电流型驱动电路，其特征在于：在所述高侧高压驱动电路中，N型MOS管Q1的源极接喷嘴电磁阀的正极VAL+；在所述高侧低压驱动电路中，N型MOS管Q2的源极接至一个肖特基二极管D3的正极，该肖特基二极管D3的负极接喷嘴电磁阀的正极VAL+，并在该连接点和功率地PGND之间反接一个肖特基二极管D4。6.根据权利要求1所述的气助雾化喷嘴的电流型驱动电路，其特征在于：所述低侧驱动模块前端采用低侧栅极驱动器U4，低侧栅极驱动器U4的输出通道外接N型MOS管Q3的栅极，N型MOS管Q3的源极接地，漏极连接至喷嘴电磁阀的负极VAL
‑
，且两者连接处还另外连接一个...

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