高压共轨压电式喷油器核心驱动电路的研究
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
器中。
逆压 电效 应制 成 的 。与 电磁 阀执 行 器 相 比 ， 压 电式
喷油 器具 有如 下优 点 ： １ ） 压 电执行器 无滞 后时 间 ； ２ ）
开关 非常 迅速 精确 ； ３ ） 可 重 复性 好 。但 其 开 发 难 度
较大 ： １ ） 不 同材料 的温度 补偿 ； ２ ） 额 外放 电 回路 电路 设计 ； ３ ） 充放 电 电流 的控 制［ ３ ］ 。
第 ２ 期（ 总第 ２ ０ ５ 期） ２ ０ １ ３ 年 ４月
车
用
发
动
机
Ｎｏ ．２ （ Ｓｅ ｒ ｉ ａ １ Ｎ ｏ． ２ ０５） Ａ ｐｒ ．２ ０１ ３
Ｖ ＥＨ Ｉ ＣＬＥ ＥＮ Ｇ Ｉ ＮＥ
高压 共 轨 压 电 式 喷油 器 核 心驱 动 电路 的研 究
张 爱云 ，曾 伟 ，高 崴wenku.baidu.com，周 维 ，俞谢斌
作 者 简 介 ：张 爱 云 （ １ ９ ７ ６ 一） ， 女， 高级工程师 ， 主要 研 究 方 向汽 车 电 子 技 术 开 发 ； ｚ ａ ｙ ＠ ｗｆ ｉ ｅ ｒ ｉ ． ｃ ｏ ｎ。 ｒ
压 电晶体具 有 逆 压 电效 应 ， 能将 电压 信 号转 化
为机 械运 动 ， 高 压共 轨 压 电式 喷油 器 就 是利 用 这 种
两者之 间增 加 了限流 电感 Ｌ 。
在 充 电过 程 中 ， Ｑ 打 开 时 ， 充 电电源通过 Ｑ 。 和 Ｌ 向压 电 执 行 器 充 电 ， 随 着 充 电 电流 的增 大 ， 电 感 中储 存 的能量增 多 ， 当 电流达到 其设定 的 阈值时 ， 晶体管 Ｑ 关 闭 。Ｑ 关 闭后 ， 由电感 的反 向 电动势 通过 Ｑ 的体 二 极 管 继 续 向压 电执 行 器 充 电 ， 充 电 电流 逐渐 变小 ， 电感 中储 存 的能 量 转移 到 压 电执行
收 稿 日期 ：２ ０ １ ２ － １ ２ － １ ８ ；修 回 日期 ：２ ０ １ ３ — ０ ４ — １ ０
放 电电流逐 渐变小 。放 电电流方 向刚好 与充 电 电流
方 向相反 。
在压 电晶体 的整个 充 放 电过 程 中， 充放 电时 间 的长短 与充放 电 的平 均 电 流有 着 直 接关 系 ， 该 电流 是 由充放 电 晶体 管 打开时 的 回路 电流 和充放 电晶体
现 了 电流稳 定 可控 ， 且将 Ｐ ｓ ｐ ｉ ｃ ｅ （ Ｐ ｏ ｐ ｕ １ ａ ｒ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
图 １ 压 电 晶体 驱 动 原 理
Ｃ
当喷油 过程 结 束 时 ， 压 电 晶体 开 始 放 电， Ｑ 打
开时 ， 压 电执行 器 通 过 Ｑ。 和 Ｌ 组 成 的放 电 回路 放 电， 放 电 电流逐 渐 增 大 ， 电感 中储 存 的 能 量 随 之 增 多， 当 电流 达 到 其设 定 的 阈值 时 ， 晶体 管 Ｑ 关 闭。 Ｑ 关 闭后 ， 电感 中反 向 电动势 通 过 Ｑ。的体 二 极 管
供 理论支 撑 ， 又为参 数合 理化 指 明了方 向＿ １ ］ 。
１ 压 电执 行 器 驱 动 原 理
压 电晶体 的 电容特性 决定 了其 具有 充 电和放 电 ２个过 程 ， 其驱动原理见 图 １ 。在 图 １中 ， Ｑ 和 Ｑ 分 别 为压 电 晶体 充 放 电 ＭＯＳ管 ， 如 果 将 充 电 电 源 与 执行 器直 接相 连会 产 生 很 大 的充 放 电 电流 ， 因 此
压 电 晶体 执 行器 其 本 质上 是 电容器 件 ， 而 电磁 阀执行 器是感 性 负载 ， 电气 特 性 的 不 同决 定 了两 者
在核 心驱 动 电路设 计 上 有 着本 质 的 区别 ， 压 电 晶体
执 行器 驱 动 电 路 需 要 考 虑 充 放 电及 能 量 回 收 等 细 节， 既 实现 较高 电压 、 瞬态 电流 的 控制 ， 又在 电路 设 计 中兼 顾效 率 、 安 全及 执 行 器 寿命 等要 求 。为 达 到 以上性 能要 求 ， 需 要 对 充放 电驱 动 电路及 核 心 参 数 进 行研 究和 优化 匹配 。本研 究分 析 了传统压 电晶体 驱 动 电路存 在 的缺 陷 和 不足 ， 并 对 传 统 的 驱动 电路 进 行 了改进 优化 ， 通 过 对 充 放 电 电流 的闭 环控 制 实
转移 到充 电 电 源 ＨＶ 上 ， 实 现 了 能量 的 回收 ， 并 且
ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ａ ｍ ｗｉ ｔ ｈ ｉ ｎ ｔ ｅ ｇ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ｅ ｍｐ ｈ ａ ｓ ｉ ｓ ） 仿 真 分 析 引入压 电 晶体 核 心 驱 动设 计 中 ， 既为 优 化设 计 提
ＤＯ１ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ １ — ２ ２ ２ ２ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ２ ． ０ ０ ２
中 图分 类号 ： Ｔ Ｋ４ １ ４ ． ３ ２
文献 标 志码 ： Ｂ
文 章 编 号 ：１ ０ ０ １ — ２ ２ ２ ２ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ２ — ０ ０ ０ ６ — ０ ４
（ 无 锡 油 泵 油 嘴 研 究所 ，江 苏 无 锡 ２ １ ４ ０ ６ ３ ）
摘 要 ：压 电 晶体 执 行 器 的 电容 特 性 决定 了它 与 电磁 阈有 着 不 同 的 驱 动 方 式 ， 在 分析 优 化 前 驱 动 电路 所 存 在 缺 陷 的基 础 上 ， 对 该 电路 进 行 了优 化 设 计 ， 将 优 化 后 的 压 电 晶体 充 电 、 放 电核 心驱 动 电路 进 行 了 Ｐ ｓ ｐ ｉ ｃ ｅ仿 真 ， 并对 充 放 电 限 流 电 感值 进 行 了 Ｐ ｓ ｐ ｉ ｃ ｅ参 数 扫描 分 析 。仿 真 结果 与 实 际驱 动 电路 输 出基 本 吻 合 ， 且给 出了 限 流 电感 的合 理 参数值 ， 达 到 了优 化 的 目标 。 关键 词 ： 压 电式 喷 油 器 ； 脉 宽调 制 ；驱 动 电 路 ； 仿 真
逆压 电效 应制 成 的 。与 电磁 阀执 行 器 相 比 ， 压 电式
喷油 器具 有如 下优 点 ： １ ） 压 电执行器 无滞 后时 间 ； ２ ）
开关 非常 迅速 精确 ； ３ ） 可 重 复性 好 。但 其 开 发 难 度
较大 ： １ ） 不 同材料 的温度 补偿 ； ２ ） 额 外放 电 回路 电路 设计 ； ３ ） 充放 电 电流 的控 制［ ３ ］ 。
第 ２ 期（ 总第 ２ ０ ５ 期） ２ ０ １ ３ 年 ４月
车
用
发
动
机
Ｎｏ ．２ （ Ｓｅ ｒ ｉ ａ １ Ｎ ｏ． ２ ０５） Ａ ｐｒ ．２ ０１ ３
Ｖ ＥＨ Ｉ ＣＬＥ ＥＮ Ｇ Ｉ ＮＥ
高压 共 轨 压 电 式 喷油 器 核 心驱 动 电路 的研 究
张 爱云 ，曾 伟 ，高 崴wenku.baidu.com，周 维 ，俞谢斌
作 者 简 介 ：张 爱 云 （ １ ９ ７ ６ 一） ， 女， 高级工程师 ， 主要 研 究 方 向汽 车 电 子 技 术 开 发 ； ｚ ａ ｙ ＠ ｗｆ ｉ ｅ ｒ ｉ ． ｃ ｏ ｎ。 ｒ
压 电晶体具 有 逆 压 电效 应 ， 能将 电压 信 号转 化
为机 械运 动 ， 高 压共 轨 压 电式 喷油 器 就 是利 用 这 种
两者之 间增 加 了限流 电感 Ｌ 。
在 充 电过 程 中 ， Ｑ 打 开 时 ， 充 电电源通过 Ｑ 。 和 Ｌ 向压 电 执 行 器 充 电 ， 随 着 充 电 电流 的增 大 ， 电 感 中储 存 的能量增 多 ， 当 电流达到 其设定 的 阈值时 ， 晶体管 Ｑ 关 闭 。Ｑ 关 闭后 ， 由电感 的反 向 电动势 通过 Ｑ 的体 二 极 管 继 续 向压 电执 行 器 充 电 ， 充 电 电流 逐渐 变小 ， 电感 中储 存 的能 量 转移 到 压 电执行
收 稿 日期 ：２ ０ １ ２ － １ ２ － １ ８ ；修 回 日期 ：２ ０ １ ３ — ０ ４ — １ ０
放 电电流逐 渐变小 。放 电电流方 向刚好 与充 电 电流
方 向相反 。
在压 电晶体 的整个 充 放 电过 程 中， 充放 电时 间 的长短 与充放 电 的平 均 电 流有 着 直 接关 系 ， 该 电流 是 由充放 电 晶体 管 打开时 的 回路 电流 和充放 电晶体
现 了 电流稳 定 可控 ， 且将 Ｐ ｓ ｐ ｉ ｃ ｅ （ Ｐ ｏ ｐ ｕ １ ａ ｒ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
图 １ 压 电 晶体 驱 动 原 理
Ｃ
当喷油 过程 结 束 时 ， 压 电 晶体 开 始 放 电， Ｑ 打
开时 ， 压 电执行 器 通 过 Ｑ。 和 Ｌ 组 成 的放 电 回路 放 电， 放 电 电流逐 渐 增 大 ， 电感 中储 存 的 能 量 随 之 增 多， 当 电流 达 到 其设 定 的 阈值 时 ， 晶体 管 Ｑ 关 闭。 Ｑ 关 闭后 ， 电感 中反 向 电动势 通 过 Ｑ。的体 二 极 管
供 理论支 撑 ， 又为参 数合 理化 指 明了方 向＿ １ ］ 。
１ 压 电执 行 器 驱 动 原 理
压 电晶体 的 电容特性 决定 了其 具有 充 电和放 电 ２个过 程 ， 其驱动原理见 图 １ 。在 图 １中 ， Ｑ 和 Ｑ 分 别 为压 电 晶体 充 放 电 ＭＯＳ管 ， 如 果 将 充 电 电 源 与 执行 器直 接相 连会 产 生 很 大 的充 放 电 电流 ， 因 此
压 电 晶体 执 行器 其 本 质上 是 电容器 件 ， 而 电磁 阀执行 器是感 性 负载 ， 电气 特 性 的 不 同决 定 了两 者
在核 心驱 动 电路设 计 上 有 着本 质 的 区别 ， 压 电 晶体
执 行器 驱 动 电 路 需 要 考 虑 充 放 电及 能 量 回 收 等 细 节， 既 实现 较高 电压 、 瞬态 电流 的 控制 ， 又在 电路 设 计 中兼 顾效 率 、 安 全及 执 行 器 寿命 等要 求 。为 达 到 以上性 能要 求 ， 需 要 对 充放 电驱 动 电路及 核 心 参 数 进 行研 究和 优化 匹配 。本研 究分 析 了传统压 电晶体 驱 动 电路存 在 的缺 陷 和 不足 ， 并 对 传 统 的 驱动 电路 进 行 了改进 优化 ， 通 过 对 充 放 电 电流 的闭 环控 制 实
转移 到充 电 电 源 ＨＶ 上 ， 实 现 了 能量 的 回收 ， 并 且
ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ａ ｍ ｗｉ ｔ ｈ ｉ ｎ ｔ ｅ ｇ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ｅ ｍｐ ｈ ａ ｓ ｉ ｓ ） 仿 真 分 析 引入压 电 晶体 核 心 驱 动设 计 中 ， 既为 优 化设 计 提
ＤＯ１ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ １ — ２ ２ ２ ２ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ２ ． ０ ０ ２
中 图分 类号 ： Ｔ Ｋ４ １ ４ ． ３ ２
文献 标 志码 ： Ｂ
文 章 编 号 ：１ ０ ０ １ — ２ ２ ２ ２ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ２ — ０ ０ ０ ６ — ０ ４
（ 无 锡 油 泵 油 嘴 研 究所 ，江 苏 无 锡 ２ １ ４ ０ ６ ３ ）
摘 要 ：压 电 晶体 执 行 器 的 电容 特 性 决定 了它 与 电磁 阈有 着 不 同 的 驱 动 方 式 ， 在 分析 优 化 前 驱 动 电路 所 存 在 缺 陷 的基 础 上 ， 对 该 电路 进 行 了优 化 设 计 ， 将 优 化 后 的 压 电 晶体 充 电 、 放 电核 心驱 动 电路 进 行 了 Ｐ ｓ ｐ ｉ ｃ ｅ仿 真 ， 并对 充 放 电 限 流 电 感值 进 行 了 Ｐ ｓ ｐ ｉ ｃ ｅ参 数 扫描 分 析 。仿 真 结果 与 实 际驱 动 电路 输 出基 本 吻 合 ， 且给 出了 限 流 电感 的合 理 参数值 ， 达 到 了优 化 的 目标 。 关键 词 ： 压 电式 喷 油 器 ； 脉 宽调 制 ；驱 动 电 路 ； 仿 真