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CN1856640B - 用于喷射器驱动模块的功率供应和控制方法 - Google Patents

用于喷射器驱动模块的功率供应和控制方法 Download PDF

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CN1856640B CN2004800272335A CN200480027233A CN1856640B CN 1856640 B CN1856640 B CN 1856640B CN 2004800272335 A CN2004800272335 A CN 2004800272335A CN 200480027233 A CN200480027233 A CN 200480027233A CN 1856640 B CN1856640 B CN 1856640B
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Abstract

一种喷射器驱动模块包括连接在电源和负载之间的第一转换器和第二转换器。第一转换器从电源产生第一电压输出，并且第二转换器产生第二电压输出。开关控制供应电压大小，使得施加到负载的电压可根据驱动器的操作阶段改变。控制流过负载的电流可经由脉冲宽度调制在较低电压大小下进行，由此在调制过程中延长转换时间，减小功率损失，并且减小EMI释放。

Description

用于喷射器驱动模块的功率供应和控制方法
技术领域
本发明涉及一种用于流体喷射器的驱动模块。
背景技术
车辆使用喷射器驱动模块以便操作磁性燃料喷射器。当前公知的喷射器驱动模块使用喷射器线圈，该线圈通过短电流脉冲以所选电流电平(例如20A)激励。由于喷射器线圈是天然感应体，它需要很高的初始电压将喷射器线圈内的电流大小在短时间内到达所选大小。这种很高的电压需要使得传统12V车辆电池不适用于直接操作喷射器。
为了增强车辆电池电压，结合DC-DC转换器，以便将用于喷射器线圈的供应电压增加到所需高电压大小(例如48V)。这种较高的供应电压接着用来供应喷射器驱动模块中的喷射器线圈。很高的供应电压确保喷射器线圈中的电流大小快速上升，但是在当前脉冲期间需要采取另外的措施来将喷射器线圈上的电压控制在所需平均值上。
一种选择是在48V和接地之间周期地转换供应电压，由此经由脉冲宽度调制来控制喷射器线圈上的电压。但是，这种很高的供应电压的快速接通/断开转换产生电磁辐射(即EMI释放)，该辐射造成特别是AM带上的无线电接收干扰。例如屏蔽件的另外结构因此必须结合到喷射器驱动模块或者车辆的其它区域中以便减小干扰。此外，很高的功率需求造成喷射器驱动模块中的很大的功率损失。
需要的是一种不产生EMI释放并且在保证模块功能的同时减小功率损失的喷射器驱动模块。
发明内容
本发明针对一种喷射器驱动模块，该模块具有连接在电源和负载之间的第一转换器和第二转换器。第一转换器产生第一电压输出，并且第二转换器产生第二电压输出。开关控制第一转换器、第二转换器和负载之间的连接，使得施加到负载上的供应电压根据驱动器的操作阶段而改变。更特别是，开关将第一转换器的一部分连接到第二电压输出上，或接地，以便转换供应电压，而不转接实际供应线。
在一个实施例中，第一和第二转换器两者连接到负载上，使得磁化阶段中去往负载的供应电压是第一和第二输出电压的总和。一旦到达峰值电流大小，转换器之一从负载去除，以便减小行驶阶段的供应电压。在此阶段，电压可进行控制，以便将电流保持所需大小。电流可接着降低并且随后在保持和恢复阶段减小到零。电流控制可通过例如脉冲宽度调制进行。减小供应电压使得脉冲宽度调制在较低电压大小下进行，由此延长调制期间的转换时间，减小功率损失，并且减小EMI释放。
本发明的模块因此根据模块操作阶段来调节供应电压大小，使得电流控制经由在较低电压下转换而不是以前公知的系统来进行。
本发明的这些和其它特征可从以下说明书和附图中清楚理解，下面是简要描述。
附图说明
图1是表示按照本发明一个实施例的喷射器驱动模块的电路的示意图；
图2A和2B是表示按照本发明一个实施例的喷射器线圈电压和电流波形的视图；以及
图3是由喷射器驱动模块控制的阀的截面示意图。
具体实施方式
本发明针对一种喷射器驱动模块，该模块具有电源和包括一个或多个喷射器线圈的负载。通常，喷射器线圈上的电压增加，直到流过线圈的电流达到所需峰值线圈电流大小为止。虽然本发明一直进行快速电压转换，并且以较小的程度和增加的转换时间来实现。本发明包括新颖的电源，该电源以此方式控制线圈电流。因此，本发明产生较少的EMI释放，并且减小模块中的功率损失。
图1表示按照本发明一个实施例的喷射器驱动模块100。模块100由例如车辆电池102(例如12V电池)的任何适当电压供电，并且包括电源级104和至少一个驱动级，驱动级具有操作燃料喷射器(未示出)的至少一个喷射器线圈负载108。所示实施例表示模块100，模块具有带有至少一个开启线圈120的第一驱动级106a和具有至少一个闭合线圈122的第二驱动级106b。开启线圈120和闭合线圈122用作模块100中的负载108。开启线圈120和闭合线圈122的操作将在下面更加详细地描述。虽然下面的实例提到特定的电压、电流和部分数值，本领域普通技术人员将理解到模块100可使用其它数值来应用，而不偏离本发明的范围。
为了避免由48V DC-DC转换器产生的48V电压的高电压转换产生EMI释放，电源级104包括第一DC-DC转换器110和第二DC-DC转换器112，两个转换器连接到车辆电池102上。第一转换器110产生低于在负载108中产生峰值线圈电流所需的高电压的第一输出电压。在所示实例中，第一转换器110由电池电压产生12V输出电压。由于第一转换器110的输出电压与此实例中的电池电压相同，只要电池102的电压保持足够高，以便将足够的电压提供给用于操作喷射器(未示出)的负载108，第一转换器110将不操作。
如果电池电压降低到低电池状态时，第一转换器110中的储能部件为负载108提供操作喷射器所需的电压。在所示实例中，第一转换器110中的储能部件包括一个或多个电容器和/或电感器。在第一转换器110不操作时(即如果电池电压足够高以便将电压供应到负载108)，在所示实例中第一转换器110可作为过滤器操作，例如第三级低通过滤器。
模块100中的第二转换器112产生输出电压，该电压与第一转换器110的输出电压相加时，足够高以确保流过负载108的电流快速达到峰值。在所示实例中，第二转换器112输出36V。第二转换器112连续操作，并且供应平均电流(即1A)和峰值电流脉冲(例如高达20A)。在一个实例中，每个峰值电流脉冲只持续短暂时间，并且通过在电流脉冲之间进行补充的例如电容器的储能装置供应。
两个开关SW1、SW2有选择地限定施加到第一驱动级106a和第二驱动级106b上的电源电压。开关SW1、SW2在接地(在SW1闭合时)和36V(在SW2闭合时)之间转换第一转换器110内的输出过滤器电容器C2的下侧。在一个实施例中，开关以先断后通操作模式操作。开关SW1、SW2本身可以是任何类型的开关，例如继电器或COMS场效晶体管，其中SW1是下侧开关，并且SW2是上侧开关。
负载108可包括多个用于操作多个喷射器阀130的多个喷射器线圈，如图3所示。每个阀130的状态通过相关成对的线圈120、122控制。所示实例假设由负载108驱动的阀不是弹簧加载的，因此，负载108包括用于开启其相应阀的开启线圈120以及用于闭合阀的闭合线圈122。线圈120、122可分成两个分开的组，使得如果另一组中的线圈失效，负载108可继续操作与一组相关的阀。
如图3所示，给定成对的线圈120、122布置在阀130的壳体126内。阀130包括例如燃料或液压油流过其中的通道132。壳体126内的阀芯134在开启位置和闭合位置之间运动。更特别是，阀芯134在开启线圈120激励以及闭合线圈122断开时运动到开启位置。在阀芯134在开启位置时，流体流过通道132并且流出壳体126直到开启线圈120断开并且闭合线圈122激励以便将阀芯134运动到闭合位置为止。给定脉冲持续时间限定为阀芯134在开启位置和闭合位置之间运动时的运行时间。
图2A和2B各自表示模块100操作的不同阶段的电压和电流波形。如本领域公知那样，喷射器线圈104的操作直接与电压级104的操作相关；因此，电压级104的操作与燃料喷射器的计时相关。
在模块100的任何给定操作循环中，模块100首先在磁化阶段200操作。在此阶段，SW1开启，并且SW2闭合，由此将第一转换器110和第二转换器112的输出电压连接到负载108上。在这种情况下，在第一转换器110中的输出过滤器电容器C2连接到第二转换器112的输出上。因此，在磁化阶段200中去往负载108的供应电压是第一和第二转换器110、112的输出电压的总和(即在此实例中12V+36V＝48V)。在此阶段将高电压供应到负载108，确保负载108中的电流快速上升到所需峰值大小(在此实例中是20A，如图2B所示)。SW2保持闭合，直到负载108内的电流达到峰值大小为止。这种峰值电流选择成足够大，以便将阀芯134运动离开其当前位置。
在电流达到峰值大小之后，模块100接着运动到行驶阶段202，使得负载108中的电流降低到所需的第二大小，例如10A。由于阀芯134在此阶段中已经运动，电流不再需要停留在峰值大小，以保持阀芯134的运动。
在此实例中，SW2开启，并且SW1闭合，使得只有第一转换器110的输出电压(在此实例中是12V)发送到负载108。在这种情况下，第一转换器110中的输出过滤器电容器C2接地，而不是连接到第二转换器112的输出上。第一转换器110的输出电压始终足够高，以便提供足够电流，从而操作负载108，但是脉冲宽度调制脉冲的数量较少，并且电压较低(即12V脉冲，而不是48V脉冲)。
模块100保持在行驶阶段202，直到阀芯134在壳体126内达到其所需位置。模块100接着转换到保持阶段204，其中去往负载108的电流减小到第三大小。在保持阶段204，阀芯134不再需要运动，使得电流可进一步降低到足以将阀芯134保持就位的大小，直到来自阀芯134冲击的所有机械能停止为止。电流大小可接着降低到零。阀芯134可接着通过剩磁保持就位，长达与每个喷射循环所需的流体量相对应的持续时间。根据是否允许或终止流体流动，开启线圈120和闭合线圈122以相同方式激励。
在行驶阶段202和保持阶段204，电流大小可经由脉冲宽度调制来控制。但是，与前面公知的模块相比，本发明的模块100中的脉冲宽度调制转换在较低电压和电流幅值下进行(例如在12V而不是48V，并且在10A和5A而不是20A下)。因此，转换时间可增加，并且以较小的功率进行。
模块100接着进入恢复阶段206，其中与开启线圈120相关的驱动器开关Tr3a和Tr4a以及与闭合线圈122相关的开关Tr3b和Tr4b全部断开。这造成线圈120、122内存储的磁能流过第一驱动级106a和第二驱动级106b中的二极管D3a、D4a、D3b和D4b，回到第二转换器112，将电荷恢复到第二转换器112的输出过滤器电容器C3中。这造成负载108中的电流快速降低到零，完全断开负载108。在其它所需线圈中，循环可接着以磁化阶段200重新开始，以便将阀芯134运动返回到壳体126的其它侧(即如果阀芯134在开启位置就使其运动到闭合位置，并且如果阀芯134在闭合位置就使其运动到开启位置)。
注意到模块100可选择所述电压大小之外的电压大小，以便控制流过负载108的电流量。例如，模块100可使用48V来获得峰值电流，从而在磁化阶段200期间启动阀芯运动、在行驶阶段206降低到24V并且在保持阶段204和恢复阶段206再次降低到12V。本领域普通技术人员能够确定如何将转换器110、112设置在其它大小，以便在模块100内进行电压和电流控制，而不偏离本发明的范围。
通过激励开启线圈120或闭合线圈122以便将阀芯134分别运动到开启位置和闭合位置，本发明的模块100可提供准确的喷射控制，而不需要转换高电压装置。不是依赖用于阀芯134的整个操作的峰值电压大小，本发明的模块100定制流过负载108的电流，并且将发送到负载108的电压大小减小到在给定操作阶段进行驱动器106的功能所需的最低大小。更特别是，通过将第一转换器的输出过滤器电容器连接到第二转换器的输出上或接地，本发明能够转换去往负载108的供应电压，而不转接供应线本身。
减小转换电压幅值并增加转换时间将由于转换造成的EIMI释放减小到更低水平。此外，进行转换所需的较低功率减小功率损失，并使得较低的功率部件可用于转换器110、112内。由于在模块100不需要昂贵的高功率部件，使得模块100以更简单的机构和减小的成本构造。
应该理解到可以采用本发明实施例的多种变型来实施本发明。所打算的是下面的权利要求限定本发明的范围，并且覆盖这些权利要求的范围内的方法和装置以其等同物。

Claims (15)

1.一种用于车辆的喷射器驱动模块，包括：
产生第一电压输出的第一转换器；
产生第二电压输出的第二转换器，其中第一转换器和第二转换器连接到电源上；
具有至少一个喷射器线圈的负载；以及
至少一个开关，所述开关将第一转换器的一部分有选择地接地或连接到第二电压输出上，以便改变施加到负载上的供应电压，
其中第一转换器的所述部分包括第一输出过滤器电容器，并且其中所述至少一个开关将第一输出过滤器电容器的第一侧连接到第二电压输出上，以便在磁化阶段施加第一供应电压，从而产生流过负载的峰值电流。
2.如权利要求1所述的模块，其特征在于，所述至少一个开关在行驶阶段将第一输出过滤器电容器的第一侧接地，以便施加第二供应电压，其中第二供应电压低于第一供应电压。
3.如权利要求2所述的模块，其特征在于，所述至少一个开关改变流过负载的负载电流，使得在行驶阶段模块产生第一负载电流，并且在保持阶段产生低于第一负载电流的第二负载电流。
4.如权利要求3所述的模块，其特征在于，在行驶阶段和保持阶段中，所述负载电流大小经由脉冲宽度调制来控制。
5.如权利要求1所述的模块，其特征在于，第二转换器包括第二输出过滤器电容器，并且其中模块还包括至少一个驱动器开关，该驱动器开关进行控制以便在恢复阶段朝着第二输出过滤器电容器放出负载内的存储能量。
6.如权利要求1所述的模块，其特征在于，所述至少一个喷射器线圈包括与开启阀位置相关的至少一个开启线圈和与闭合阀位置相关的至少一个闭合线圈。
7.一种用于车辆的燃料喷射系统，包括：
产生第一电压输出的第一转换器；
产生第二电压输出的第二转换器，其中第一转换器和第二转换器连接到车辆电池上；
控制燃料流动的至少一个阀；
具有与开启阀位置相关的至少一个开启线圈和与闭合阀位置相关的至少一个闭合线圈的负载，其中阀通过一个开启线圈和一个闭合线圈控制；以及
至少一个开关，所述开关将第一转换器的一部分有选择地接地或连接到第二电压输出上，以便改变施加到负载上的供应电压，
其中第一转换器的所述部分包括第一输出过滤器电容器，并且其中所述至少一个开关将第一输出过滤器电容器的第一侧连接到第二电压输出上，以便在磁化阶段施加第一供应电压，从而产生流过负载的峰值电流。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述至少一个开关在行驶阶段将第一输出过滤器电容器的第一侧接地，以便施加第二供应电压，其中第二供应电压低于第一供应电压。
9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述至少一个开关改变流过负载的负载电流，使得在行驶阶段系统产生第一负载电流，并且在保持阶段产生低于第一负载电流的第二负载电流。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，在行驶阶段和保持阶段中，所述负载电流大小经由脉冲宽度调制来控制。
11.如权利要求7所述的系统，其特征在于，第二转换器包括第二输出过滤器电容器，并且所述系统还包括至少一个驱动器开关，该驱动器开关进行控制以便在恢复阶段朝着第二输出过滤器电容器放出负载内的存储能量。
12.一种在用于车辆的流体喷射器中控制阀的方法，包括：
产生第一转换器的第一电压输出；
产生第二转换器的第二电压输出；以及
将第一转换器的一部分有选择地接地或连接到第二输出电压上，以便改变去往负载的供应电压和电流，
其中第一转换器的所述部分包括第一输出过滤器电容器，并且有选择的连接步骤包括将第一输出过滤器电容器的第一侧连接到第二转换器的第二电压输出上，以便在磁化阶段施加第一供应电压，从而产生流过负载的峰值电流。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，有选择的连接步骤还包括在行驶阶段将第一输出过滤器电容器的第一侧接地，以便施加第二供应电压，其中第二供应电压低于第一供应电压。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤：改变流过负载的负载电流，使得在行驶阶段模块产生第一负载电流，并且在保持阶段产生低于第一负载电流的第二负载电流。
15.如权利要求12所述的方法，其特征在于，第二转换器包括第二输出过滤器电容器，并且其中该方法还包括在恢复阶段朝着第二输出过滤器电容器放出负载内的存储能量。
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