本發(fā)明涉及柴油機電子控制，特別是涉及一種基于fpga的集成式電磁閥驅(qū)動系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在柴油機的噴射系統(tǒng)中，需要對單體泵電磁閥或噴油器電磁閥等執(zhí)行器的驅(qū)動電流進行精確控制，以達到精確控制噴油量、確保發(fā)動機最佳性能的目的。對于電磁閥的驅(qū)動一般采用峰值-保持電流的形式，峰值-保持電流的控制方式?jīng)Q定了整個噴射系統(tǒng)的各項性能，因此對驅(qū)動系統(tǒng)的要求日益增高，主要存在以下幾方面要求：(1)面對不同型號不同性能的電磁閥，需要驅(qū)動系統(tǒng)重新進行參數(shù)匹配，對峰值保持型電流的各項參數(shù)進行調(diào)整；一般來說，如果需要針對特定電磁閥進行參數(shù)匹配，需要重新對電子控制系統(tǒng)進行開發(fā)，極大地增加了開發(fā)時間和開發(fā)成本，造成了明顯的資源浪費，因此，需要一種可自由調(diào)整各項控制參數(shù)、可適應(yīng)不同型號不同性能電磁閥的驅(qū)動系統(tǒng)；(2)峰值-保持電流的控制需要高壓電壓源，在實車上難以尋找可適配的高壓源；同時，用戶需要收集驅(qū)動系統(tǒng)的各項運行數(shù)據(jù)用作判定系統(tǒng)是否正常工作，如何將驅(qū)動系統(tǒng)各個單元以最小的空間成本集成在一起，也成為了驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計的問題之一；(3)車上的用電設(shè)備日益增多，對于驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計來說，需要在一定程度上減輕對外界的電磁干擾；(4)驅(qū)動系統(tǒng)中各個單元的控制需要精確到ms甚至μs級，因此需要驅(qū)動系統(tǒng)的迅速響應(yīng)，達到精確控制的目的。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種基于fpga的集成式電磁閥驅(qū)動系統(tǒng)，以提高驅(qū)動系統(tǒng)的通用性、精確性、集成度、電磁兼容性能以及工作可靠性。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案。

3、本發(fā)明提供一種基于fpga的集成式電磁閥驅(qū)動系統(tǒng)，包括：發(fā)動機電控系統(tǒng)的mcu、fpga、dc-dc升壓單元、電磁閥驅(qū)動單元、電磁閥、通訊單元以及pc機；所述fpga分別與mcu、dc-dc升壓單元、電磁閥驅(qū)動單元以及通訊單元連接；所述電磁閥驅(qū)動單元分別與dc-dc升壓單元以及電磁閥連接；所述通訊單元與pc機連接；

4、所述mcu用于產(chǎn)生驅(qū)動信號并發(fā)送至fpga；

5、所述fpga采用電壓電流雙閉環(huán)控制方式，基于驅(qū)動信號控制dc-dc升壓單元產(chǎn)生高壓電壓源；

6、所述電磁閥驅(qū)動單元采用電流閉環(huán)控制方式，基于驅(qū)動信號和高壓電壓源控制流經(jīng)電磁閥的電流；

7、所述fpga通過通訊單元將dc-dc升壓單元和電磁閥驅(qū)動單元采集的電流數(shù)據(jù)上傳至pc機；

8、所述pc機通過上傳的電流數(shù)據(jù)進行故障診斷及性能老化分析。

9、可選地，所述dc-dc升壓單元包括：低壓電壓源、高壓電壓源、電感、電容、第一二極管、第一開關(guān)管、dc-dc開關(guān)管驅(qū)動信號輸出模塊、dc-dc電流采集模塊以及電壓采集模塊；

10、所述低壓電壓源由蓄電池提供；所述低壓電壓源經(jīng)由電感連接所述第一二極管的正極以及所述第一開關(guān)管的源極；所述dc-dc開關(guān)管驅(qū)動信號輸出模塊分別連接fpga以及所述第一開關(guān)管的柵極；所述第一二極管的負極分別連接所述高壓電壓源以及所述電容的一端；所述電容的另一端接地；所述dc-dc電流采集模塊分別連接fpga以及所述第一開關(guān)管的漏極；所述電壓采集模塊分別連接所述高壓電壓源以及所述fpga。

11、可選地，所述dc-dc電流采集模塊用于采集流經(jīng)第一開關(guān)管的電流信號，經(jīng)過硬件/數(shù)字濾波之后將電流信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，作為電流采樣值i_dcdc輸入fpga；所述電壓采集模塊用于采集高壓電壓源的電壓信號，將電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，作為電壓采樣值v_dcdc輸入fpga。

12、可選地，所述fpga采用電壓電流雙閉環(huán)控制方式，基于驅(qū)動信號控制dc-dc升壓單元產(chǎn)生高壓電壓源，具體包括：

13、所述fpga對驅(qū)動信號的電平進行采集；

14、當(dāng)驅(qū)動信號為高電平時，進入禁用模式，fpga通過dc-dc開關(guān)管驅(qū)動信號輸出模塊向第一開關(guān)管輸出關(guān)閉信號，使得第一開關(guān)管始終保持關(guān)閉狀態(tài)，dc-dc升壓單元暫時停用；

15、當(dāng)驅(qū)動信號為低電平時，dc-dc升壓單元正常工作，fpga根據(jù)電流采樣值和電壓采樣值在工作模式和保持模式之間跳轉(zhuǎn)，生成高壓電壓源。

16、可選地，所述fpga根據(jù)電流采樣值和電壓采樣值在工作模式和保持模式之間跳轉(zhuǎn)，生成高壓電壓源，具體包括：

17、在fpga中預(yù)設(shè)i_dcdc、v_dcdc的上下限閾值，其中i_dcdc的上下限閾值分別為ih_dcdc和il_dcdc，v_dcdc的上下限閾值分別為vh_dcdc和vl_dcdc；

18、fpga將采集到的v_dcdc與vh_dcdc、vl_dcdc進行比較；

19、當(dāng)v_dcdc>vh_dcdc時進入保持模式；保持模式中，fpga通過dc-dc開關(guān)管驅(qū)動信號輸出模塊向第一開關(guān)管輸出關(guān)閉信號，第一開關(guān)管關(guān)閉；

20、當(dāng)v_dcdc<vl_dcdc時進入工作模式；工作模式中，若i_dcdc<il_dcdc，fpga通過dc-dc開關(guān)管驅(qū)動信號輸出模塊向第一開關(guān)管輸出開啟信號，第一開關(guān)管導(dǎo)通，電感開始蓄能；若i_dcdc>ih_dcdc，fpga通過dc-dc開關(guān)管驅(qū)動信號輸出模塊向第一開關(guān)管輸出關(guān)閉信號，第一開關(guān)管關(guān)閉。

21、可選地，所述電磁閥驅(qū)動單元包括：驅(qū)動開關(guān)管驅(qū)動信號輸出模塊、第二開關(guān)管、第三開關(guān)管、第四開關(guān)管、第二二極管、第三二極管、第四二極管以及驅(qū)動單元電流采集模塊；

22、所述驅(qū)動開關(guān)管驅(qū)動信號輸出模塊分別連接fpga、第二開關(guān)管的柵極、第三開關(guān)管的柵極以及第四開關(guān)管的柵極；所述第二開關(guān)管的源極連接高壓電壓源；所述第二開關(guān)管的漏極分別連接第二二極管的負極、第三二極管的負極以及電磁閥的一端；所述第三開關(guān)管的漏極連接低壓電壓源；所述第三開關(guān)管的源極連接第二二極管的正極；所述第三二極管的正極接地；所述第四開關(guān)管的源極分別連接電磁閥的另一端以及第四二極管的正極；所述第四二極管的負極連接高壓電壓源；所述驅(qū)動單元電流采集模塊分別連接所述第四開關(guān)管的漏極以及fpga。

23、可選地，所述驅(qū)動開關(guān)管驅(qū)動信號輸出模塊接收來自fpga的控制信號，對第二開關(guān)管、第三開關(guān)管和第四開關(guān)管進行柵極驅(qū)動；在峰值-保持電流的峰值階段，由高壓電壓源進行控制，驅(qū)動開關(guān)管驅(qū)動信號輸出模塊對第二開關(guān)管和第四開關(guān)管進行柵極驅(qū)動；在峰值-保持電流的保持階段，由低壓電壓源進行控制，驅(qū)動開關(guān)管驅(qū)動信號輸出模塊對第三開關(guān)管和第四開關(guān)管進行柵極驅(qū)動。

24、可選地，所述驅(qū)動單元電流采集模塊用于采集流經(jīng)電磁閥的電流，通過硬件/數(shù)字濾波后將電流信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，作為電流采樣值i_sv輸入進fpga中用于電流閉環(huán)控制。

25、可選地，所述電磁閥驅(qū)動單元采用電流閉環(huán)控制方式，基于驅(qū)動信號和高壓電壓源控制流經(jīng)電磁閥的電流，具體包括：

26、在fpga中預(yù)設(shè)峰值電流上限值ih_peak、峰值電流下限值il_peak、峰值電流持續(xù)時間t_peak、保持電流上限值ih_hold以及保持電流下限值il_hold；

27、fpga檢測驅(qū)動信號的上升沿和下降沿；

28、若fpga檢測到上升沿，進入驅(qū)動模式，計時器開始運行；

29、從檢測到上升沿到t_peak，使用峰值電流上下限值進行電流閉環(huán)控制；

30、從t_peak到檢測到下降沿為止，使用保持電流上下限值進行電流閉環(huán)控制；

31、若fpga檢測到下降沿，則結(jié)束驅(qū)動模式，等待驅(qū)動信號的下一個上升沿。

32、可選地，所述使用峰值電流上下限值進行電流閉環(huán)控制，具體包括：

33、若i_sv>ih_peak，fpga控制驅(qū)動開關(guān)管驅(qū)動信號輸出模塊將第二開關(guān)管和第三開關(guān)管關(guān)斷，將第四開關(guān)管開啟；

34、若i_sv<il_peak，則fpga控制驅(qū)動開關(guān)管驅(qū)動信號輸出模塊將第二開關(guān)管開啟，將第三開關(guān)管關(guān)斷，第四開關(guān)管保持開啟。

35、根據(jù)本發(fā)明提供的具體實施例，本發(fā)明公開了以下技術(shù)效果：

36、本發(fā)明基于fpga的集成式電磁閥驅(qū)動系統(tǒng)，高度集成了fpga、dc-dc升壓單元、電磁閥驅(qū)動單元及通訊單元，其硬件結(jié)構(gòu)具有極強的通用性，可兼容不同型號參數(shù)的電磁閥；fpga采用電壓電流雙閉環(huán)控制方式，基于驅(qū)動信號控制dc-dc升壓單元產(chǎn)生高壓電壓源，能夠在保障所生成高壓電壓源的電壓準(zhǔn)確性的同時減少升壓電壓紋波，可滿足當(dāng)前電磁閥的精確控制需求；用戶可根據(jù)使用需求及選擇電子元器件的電氣參數(shù)進行電壓、電流閉環(huán)控制上下限的選取，保障系統(tǒng)的穩(wěn)定性及電磁兼容性，獲得最優(yōu)性能；pc機通過上傳的電流數(shù)據(jù)進行故障診斷及性能老化分析，能夠提高系統(tǒng)工作的可靠性。