[实用新型]基于CPLD的喷油器数字驱动和故障诊断电路

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种喷油器数字驱动和故障诊断电路。特别是涉及一种能够实现对喷油器的高、低压分时控制，数字化设计，结构简单，功耗小，控制精确，易于实施的基于CPLD的喷油器数字驱动和故障诊断电路。

背景技术

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，要求高压共轨喷油器要具有更高的开启和关闭响应速度，这不仅对共轨喷油器的性能提出了更高的要求，而且要求有高性能的驱动电路，同时还要确保共轨喷油在恶劣的环境下可靠、安全地工作，这就对共轨喷油器的驱动电路和故障诊断电路设计提出了挑战。根据喷油器电磁阀的工作特性，其理想驱动方式为：在衔铁吸合时，应先对电磁阀线圈以尽可能快的速率注入峰值电流，使其迅速吸合。吸合后，磁路气隙减小，磁阻降低，电磁阀仅需较小的维持电流即可以可靠地维持吸合。在释放时，为了减少电磁阀的释放延时，应尽可能快地切断驱动电流，释放电磁阀的电势能。在维持吸合阶段采用较小的维持电流，一方面可以加快电磁阀的释放速度，另一方面还可以减小蓄电池的能量消耗，并减少电磁阀线圈以及功率驱动单元的热负荷。

为了实现这种理想的驱动方式，国内外研究机构开发了多种各具特色的驱动电路，其实质都是对电磁阀在开启阶段和吸合阶段施加不同的电压或电流。驱动方式采用如图4所示的驱动信号，这种驱动信号由主脉冲a、零脉冲b和PWM保持波c三部分合成。主脉冲使电磁阀线圈电流迅速达到足够大的吸合电流而使电磁阀能快速开启，PWM保持波使电磁阀线圈工作于足以维持电磁阀开启的理想电流，零脉冲使驱动电流迅速从峰值电流回落到保持电流。这种驱动信号是符合电磁阀驱动的最优控制信号，这里我们简称他为优化波，如图4中的d所示。

虽然，现存的驱动电路大都可以比较理想的控制电磁阀不同工作阶段的电流，但驱动电路现实的方式确各不一样。总结起来传统的方法有下面一些情况，就驱动信号的合成而言，有两种方式，一种是由集成芯片的计数器/定时器利用中断服务程序触发得到驱动信号中的各脉冲，再由逻辑运算单元合成实现，这种方法不仅要占用大量的硬件中断资源，而且中断服务程序结构复杂，参数调用频繁，占用了宝贵的CPU资源，而逻辑合成后的信号由于中断延时存在滞后效应，即便使用带有强大定时处理功能的eTPU单元的32位发动机专用微处理器，驱动信号的精度也难以保证。另一种方式由混合电路设计实现，其中利用电流采样反馈电路产生保持波驱动信号，从而控制电磁阀回路中的保持电流；采用延时触发器产生主脉冲信号，从而控制电磁阀回路中峰值电流的大小；同时电路中要涉及大量的采样电阻、运放、比较器、触发器和逻辑运算单元等。这种方法虽然减少了对CPU资源的利用，但是外部电路器件较多，涉及高频的数字电路和敏感的模拟电路混合设计，给电路设计工作带来较大的困难，不符合电路设计数字化和集成化的趋势。就电磁阀驱动电压而言，也有两种方式，一种是单一高压驱动，这种方式使电磁阀驱动电路的设计更简洁，易于实现，但他对升压转换器转换的功率密度提出了很高的要求，有时需要多路升压转换器才能满足电磁阀对功率的需求，很难实现升压模块的小型化，也不适宜在ECU中安装。另一种方式是高、低压(24V)分时驱动，这种方式使电磁阀驱动电路的设计略有复杂，但对升压转换器的要求大大降低，通常一路升压就能满足多路电磁阀的功率的需求，也可以降低升压电路的热负荷，但高、低压驱动信号的合成是设计中难点，需要寻找合理的简洁的设计方案。

可编程逻辑器件是大部分数字电路设计工程师实现其设计目标的重要手段，不管逻辑是简单的I/0还是复杂的状态机，大部分可编程逻辑是使用硬件描述语言编写的，并且在可编程的逻辑元件上执行。可编程逻辑元件(PLD)是应用最广泛的用户定制的数字IC，用户可以根据自己的需要来编写逻辑运算程序，并且将逻辑运算程序写入到可编程逻辑元件就可以实现自己的设计目标。在20世纪90年代，出现了更为复杂的PLD，即CPLD。CPLD具有更为丰富的逻辑资源和门，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灵活修改，大大提高电子系统设计的通用性。而基于CPLD可以很方便地对电磁阀驱动信号进行逻辑合成，同时合理的设计也可以最大限度的简化驱动电路的结构。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种能够实现对喷油器的高、低压分时控制，数字化设计，结构简单，功耗小，控制精确，易于实施的基于CPLD的喷油器数字驱动和故障诊断电路。