数字直流-直流升压变换器制造技术

本发明专利技术公开一种数字直流－直流升压变换器，包括有：控制模块，所述的控制模块连接并控制升压转换电路，所述的控制模块还连接比较电路并通过接收比较电路的信号去控制升压转换电路，所述的升压转换电路还与比较电路相连接，实现对升压电压的闭环控制。所述的控制模块采用复杂可编程逻辑器件或简单可编程逻辑器件或现场可编程门列阵。本发明专利技术设计简洁，易于实现，重构的特性使其适应性强，便于参数匹配；全数字化设计，控制精确；具有很高的性价比；能量转换效率高，热负荷小，不使用散热器就可以工作；体积小，适合封装在高压共轨ＥＣＵ中；抗干扰能力强，适合工作环境恶劣的场所（高温、强振动）。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种数字升压变换器。特别是涉及一种用于柴油机高压共轨ECU单元升 压变换器的数字直流-直流升压变换器。
技术介绍
高压共轨燃油喷射系统具有很高的喷射压力，且喷油压力、喷油时刻和喷油量等喷 射参数单独灵活可控。但是为了实现高压共轨系统多脉冲燃油喷射模式的灵活控制技术， 对共轨喷油器的性能提出了更高的要求，要求共轨喷油器具有更快的开启和关闭响应速 度。这首先要求共轨喷油器的执行元件一电磁阀具有高速响应的特征，而驱动电磁阀的 能量输入形式具有关键性的作用。最优的能量输入方案是当衔铁运动刚开始时，就能得 到最大作用力，在几乎整个运动过程中衔铁都以最大加速度工作，衔铁吸合时间必将最 短，为此在共轨喷油器电磁阀开始工作时使用高压驱动。实际应用中也表明随着驱动电 压的升高，共轨喷油器的开启速率将得到一定程度的提高，这为多脉冲燃油喷射提供了 更灵活的调制方法。目前，商业应用的升压型变换器大都是采用隔离变压器型DC-DC模块，在同等功率 下，体积大、效率相对较低，且价格昂贵，不适合用于高压共轨ECU的升压变换器设计。 而非隔离升压变换器大都为单片集成电流型PWM升压变换器，其将功率开关管及控制电 路集成在一起，而集成的功率开关管仅承受较低的升压电压(很难达到110V的高压)， 而采用功率开关管分离式的PWM升压变换器，当前现存的升压电路中存在着一些不可回 避的设计困难。首先，电路设计中面临着模拟电路和数字电路的混合设计，有数字电路 产生的高频开关噪音容易干扰敏感的模拟电路，如带隙基准、脉宽调制等电路；其次是 次谐波振荡问题，对于PWM电流型控制变换器，当占空比超过50%时，不论电压反馈外 环的状态如何，电流内环都是不稳定的，容易产生次谐波振荡问题，设计时必须要通过 加入斜坡补偿电路来解决这个问题，这必将引起电路设计的复杂度；PWM电流型控制变 换器中PWM工作频率依赖于振荡电路电容CT和电阻RT值，使用一般的电容、电阻虽然 可以降低成本，但很难保证PWM工作频率的精度。今天，数字电子系统的设计方法及设计手段都发生了根本性变化，正由分立数字电 路向可编程逻辑器件(PLD， Programmable Logic Device)以及可编程专用集成电路(ASIC， Application Specific Integrated Circuit)转变。CPLD (复杂可编程逻辑器件)是目 前应用最为广泛的可编程专用集成电路之一，是基于电子设计自动化(EDA)技术的芯片， 其具有静态可重复编程和动态在系统重构的特性，使得硬件的功能可以像软件设计一样通过编程来修改，大大提高了电子系统设计的灵活性和通用性。而基于CPLD的数字DC-DC升压变换器，不仅可以实现升压单元的全数字化设计，提高抗干扰性、可靠性，而且提 高了设计的灵活性和升压单元的适应性。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种利用一定频率的PWM (脉宽调制波)激励 开关功率管，使储能电感不断充电和放电，而储能电感储能放电后使电压泵升，电压泵 升后的高压电势能通过整流二极管储藏在电容中的用于柴油机高压共轨ECU单元升压变 换器的数字直流-直流升压变换器。本专利技术所采用的技术方案是 一种数字直流-直流升压变换器，包括有控制模块， 所述的控制模块连接并控制升压转换电路，所述的控制模块还连接比较电路并通过接收 比较电路的信号去控制升压转换电路，所述的升压转换电路还与比较电路相连接，实现 对升压电压的闭环控制。所述的控制模块采用复杂可编程逻辑器件或简单可编程逻辑器件或现场可编程门列阵。所述的升压转换电路包括有功率管驱动芯片U12，所述的驱动芯片U12中的l脚连 接12V电源；2、 5、 6、 7、 8、 9、 10、 11和15脚通过电容C105接12V电源，还接地端 VSS; 3脚连接控制模块的输出端脚PWM1; 4脚通过电容C106接地端VSS; 16脚通过二极 管D44接12V电源，还通过电容C109接地端VSS; 13脚和功率管Q2的源极一起通过电 阻R118接地端VSS; 14脚通过电阻R116接功率管Q2的栅极，功率管Q2的栅极还通过 二极管D45接地端VSS;功率管Q2的漏极通过电感L4连接电源端口 BAT—POWER,还通过 整流二极管D42分别连接110V电源及电容C104，电容C104的另一端接地端VSS，所述 的电容C104的两端还连接比较电路。所述的比较电路包括有比较器U11B,所述的比较器U11B中的6脚通过电阻R114 和电阻R113的串联接110V电源及升压转换电路，还通过电阻R117接升压转换电路，6 脚还通过电容C107和C108的并联与脚4 一起接地端VSS;脚5和脚8接3. 3V电源；脚 7通过电阻R115接3. 3V电源，还连接控制模块的输入端脚FEEDBACK1。本专利技术的数字直流-直流升压变换器具有如下特点1、 设计简洁，易于实现，重构的特性使其适应性强，便于参数匹配；2、 全数字化设计，控制精确；具有很高的性价比；3、 能量转换效率高，热负荷小，不使用散热器就可以工作；4、 体积小，适合封装在高压共轨ECU中；抗干扰能力强，适合工作环境恶劣的场 所(高温、强振动)。附图说明图1是本专利技术的电路框图；图2是本专利技术的控制模块电路原理图3是本专利技术的升压转换电路和比较电路的电路原理图。 具体实施例方式下面结合实施例和附图对本专利技术的数字直流-直流升压变换器做出详细说明。本专利技术是在电源、开关功率管和储能电感的串联回路中，利用一定频率的PWM (脉宽 调制波)激励开关功率管，使储能电感不断充电和放电，而储能电感储能放电后具有使 电压泵升的作用，电压泵升后的高压电势能通过整流二极管储藏在电容中，即斩波式升 压原理。其中采用VHDL (超高速集成电路硬件描述语言)软件编程在复杂可编程逻辑器 件(CPLD)上产生定频率的P丽激励波，可以精确实现任意占宽比(0-100%)和一定频 率(1-5 MHZ)的激励波，同时利用比较电路就可以现实升压电压的闭环控制。如图1所示，本专利技术的数字直流-直流升压变换器，包括有控制模块C1，所述的控 制模块Cl连接并控制升压转换电路C2，所述的控制模块Cl还连接比较电路C3并通过接 收比较电路C3的信号去控制升压转换电路C2，所述的升压转换电路C2还与比较电路C3 相连接，实现对升压电压的闭环控制。所述的控制模块C1采用复杂可编程逻辑器件(CPLD)或简单可编程逻辑器件(PLD) 或现场可编程门列阵(FPGA)。如图2所示，本专利技术的实施例是采用型号为CPLD-MAX3064A的CPLD (复杂可编程逻 辑器件)。控制模块C1主要实现了三部分的功能，其中包括时钟分频功能、控制开关功能和PWM (脉宽调制)信号发生功能，这些功能是基于CPLD-MAX3064A利用VHDL (超高速集成电 路硬件描述语言)软件编程实现。控制模块Cl所配置的时钟频率为25MHZ，从控制模块Cl的CLOCK端口输入其来自高 压共轨ECU (电控单元)，ECU使用FREESCALE公司的MCF5235微处理，MCF5235的时钟 电路输出此时钟信号。在控制模块C1的软件设计中，程序实现了两个并行进程， 一个是 时钟分频进程，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数字直流－直流升压变换器，包括有：控制模块（Ｃ１），其特征在于，所述的控制模块（Ｃ１）连接并控制升压转换电路（Ｃ２），所述的控制模块（Ｃ１）还连接比较电路（Ｃ３）并通过接收比较电路（Ｃ３）的信号去控制升压转换电路（Ｃ２），所述的升压转换电路（Ｃ２）还与比较电路（Ｃ３）相连接，实现对升压电压的闭环控制。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭树满，李克，苏万华，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]