自適應(yīng)的電流限制振蕩器啟動(dòng)器的制造方法
【專利摘要】一種用于電子高頻感應(yīng)加熱器驅(qū)動(dòng)器的功率振蕩器啟動(dòng)電路。當(dāng)接收到打開信號(hào)時(shí)，該感應(yīng)加熱器驅(qū)動(dòng)器生成高頻交變電流，其中交變電流通過感應(yīng)加熱器線圈與用于可變射流燃料噴射系統(tǒng)的適當(dāng)?shù)膿p耗部件磁性地耦合。感應(yīng)加熱器驅(qū)動(dòng)器使用功率振蕩器，基于參考至感應(yīng)加熱器驅(qū)動(dòng)器的供應(yīng)電壓的閾值電流極限，啟動(dòng)和重新啟動(dòng)(在適當(dāng)時(shí))該功率振蕩器。
【專利說明】自適應(yīng)的電流限制振蕩器啟動(dòng)器
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)是標(biāo)題為Adaptive Current Limit Oscillator Starter 的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)序號(hào)61 / 478,424的非臨時(shí)申請(qǐng)，并要求其提交日2011年4月22日的優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi)容通過引用被并到本文中。
[0003]并且本申請(qǐng)與以下與本申請(qǐng)同日提交的美國(guó)非臨時(shí)專利申請(qǐng)相關(guān):
[0004]由Perry Czimmek發(fā)明的并且由代理人案號(hào)2011P00689US01標(biāo)識(shí)的SynchronousFull-Bridge Power Oscillator with Leg Inductors ；
[0005]由Perry Czimmek發(fā)明的并且由代理人案號(hào)2011P00690US01標(biāo)識(shí)的SynchronousFull-Bridge Power Oscillator ；
[0006]由Perry Czimmek和Mike Hornby發(fā)明的并且由代理人案號(hào)2011P00691US01標(biāo)識(shí)的 Synchronized Array Bridge Power Oscillator ；
[0007]由Perry Czimmek和Mike Hornby發(fā)明的并且由代理人案號(hào)2011P00692US01標(biāo)識(shí)的 Synchronized Array Power Oscillator with Leg Inductors;以及
[0008]由Perry Czimmek和Hamid Sayar發(fā)明的并且由代理人案號(hào)2011P00693US01標(biāo)識(shí)的 Variable Spray Injector with Nucleate Boiling Heat Exchanger。
【背景技術(shù)】
[0009]本發(fā)明的實(shí)施例通常涉及用于感應(yīng)加熱器的功率振蕩器，并且更具體地涉及用于可變射流燃料噴射器的這種功率振蕩器。
[0010]存在對(duì)改善內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的排放品質(zhì)的連續(xù)的需要。同時(shí)，存在最小化發(fā)動(dòng)機(jī)用曲柄發(fā)動(dòng)時(shí)間以及從接通到駛離的時(shí)間同時(shí)保持最大的燃料經(jīng)濟(jì)性的壓力。那些壓力適用于用替代燃料(諸如乙醇)供燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)以及用汽油供燃料的那些發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0011]在冷溫度發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)期間，傳統(tǒng)的火花點(diǎn)火內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的特征為高碳?xì)浠衔锱欧乓约安涣嫉娜剂宵c(diǎn)火和可燃性。除非在停止和熱浸之后發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)處于高溫，用曲柄發(fā)動(dòng)時(shí)間可能是過度的，或發(fā)動(dòng)機(jī)可能根本未啟動(dòng)。在較高的速度和負(fù)載時(shí)，運(yùn)行溫度增加并且燃料霧化和混合得到改善。
[0012]在實(shí)際的發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)期間，為完成啟動(dòng)所需要的加濃(enrichment)留下不按化學(xué)計(jì)量供燃料，這體現(xiàn)為高尾管碳?xì)浠衔锱欧拧Ｗ畈畹呐欧攀窃诎l(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的前幾分鐘期間，在那之后催化劑和發(fā)動(dòng)機(jī)接近運(yùn)行溫度。關(guān)于供乙醇燃料的車輛，隨著燃料的乙醇百分比分?jǐn)?shù)增加到100%時(shí)，冷啟動(dòng)的能力變得越來越小，導(dǎo)致一些制造商納入雙燃料系統(tǒng)，在雙燃料系統(tǒng)中用傳統(tǒng)的汽油為發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)供燃料并且用乙醇品級(jí)為發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)供燃料。這種系統(tǒng)是昂貴的并且多余的。
[0013]對(duì)于冷啟動(dòng)排放和在低溫度下啟動(dòng)困難的另一解決方案是將燃料預(yù)加熱到某一溫度，在該溫度下燃料在被釋放到歧管或大氣壓時(shí)很快地蒸發(fā)或立即蒸發(fā)(“閃沸”)。就考慮燃料狀態(tài)而言，預(yù)加熱燃料復(fù)制熱發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0014]已經(jīng)提出了許多預(yù)加熱方法，其中大部分涉及在燃料噴射器中預(yù)加熱。燃料噴射器被廣泛地用來計(jì)量進(jìn)入汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣歧管或汽缸的燃料。燃料噴射器通常包括:包含大量增壓燃料的外殼、燃料進(jìn)口部分、包含針型閥的噴嘴部分、和電動(dòng)機(jī)械致動(dòng)器(諸如電磁螺線管、壓電致動(dòng)器或用于致動(dòng)針型閥的另一機(jī)構(gòu))。當(dāng)致動(dòng)針型閥時(shí)，增壓燃料通過閥座中的孔口噴出并進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)中。
[0015]已經(jīng)被用于預(yù)熱燃料的一種技術(shù)是用時(shí)變磁場(chǎng)感應(yīng)地加熱包括燃料噴射器的金屬元件。具有感應(yīng)加熱的示范性燃料噴射器被公開在美國(guó)專利N0.7677468，美國(guó)專利申請(qǐng):N0.20070235569, 20070235086, 20070221874, 20070221761 和 20070221747 中，據(jù)此它們的內(nèi)容通過引用被完全地并入本文中。能量被轉(zhuǎn)化為部件內(nèi)部的熱量，該部件在幾何形狀和材料上適合于通過由時(shí)變磁場(chǎng)引起的磁滯和渦流損耗來加熱。
[0016]感應(yīng)燃料加熱器不僅在解決與汽油系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的上述問題中是有用的，而且在預(yù)熱乙醇品級(jí)燃料以在沒有多余的汽油燃料系統(tǒng)的情況下完成成功的啟動(dòng)中也是有用的。
[0017]因?yàn)楦袘?yīng)加熱技術(shù)使用時(shí)變磁場(chǎng)，所以該系統(tǒng)包括電子設(shè)備用于將適當(dāng)?shù)母哳l交變電流提供給燃料噴射器中的感應(yīng)線圈。
[0018]傳統(tǒng)的感應(yīng)加熱通過功率的硬切換或者當(dāng)在切換裝置中電壓和電流兩者都是非零時(shí)進(jìn)行切換來實(shí)現(xiàn)。通常，在接近諧振器或儲(chǔ)能電路的自然諧振頻率的頻率上進(jìn)行切換。諧振器包括電感器和電容器，對(duì)電感器和電容器進(jìn)行選擇和優(yōu)化以在適合于使到被加熱部件中的能量耦合最大化的頻率上諧振。
[0019]儲(chǔ)能電路的自然諧振頻率是fr = l/(2;rV^)，其中L是電路電感，并且C是電路電容。諧振處的峰值電壓受電感器和電容器的能量損耗或者電路的降低的品質(zhì)因數(shù)Q限制?？梢杂盟^的半橋或全橋電路來完成硬切換，該半橋或全橋電路分別包括一對(duì)或兩對(duì)半導(dǎo)體開關(guān)。功率的硬切換導(dǎo)致切換噪聲、以及來自電壓供應(yīng)的諧振頻率或其諧波上的高幅值電流脈沖的負(fù)面后果。并且，在切換裝置既未完全導(dǎo)電又未完全隔離時(shí)的線性打開和關(guān)閉時(shí)段期間，硬切換耗散了功率。硬切換電路的頻率越高，切換損耗越大。
[0020]因此優(yōu)選的加熱器電路提供了驅(qū)動(dòng)被加熱的燃料噴射器的方法，其中以最低可能的中斷功率進(jìn)行切換。在標(biāo)題為 Constant Current Zero-Voltage Switching InductionHeater Driver for Variable Spray Injection 的美國(guó)專利 N0.7628340 中公開了這種加熱器電路。理想地，當(dāng)切換裝置中的電壓或者電流是零時(shí)，應(yīng)當(dāng)為儲(chǔ)能電路重新補(bǔ)足能量。已知的是，電磁噪聲在零電壓或零電流切換期間是較低的，并且在零電壓切換期間是最低的，這是美國(guó)專利N0.7628340的方法。切換裝置在零切換下耗散最低的功率也是已知的。那個(gè)理想的切換點(diǎn)每個(gè)周期發(fā)生兩次，當(dāng)正弦波與零交叉以及反轉(zhuǎn)極性時(shí)；即，當(dāng)正弦波在從正到負(fù)的第一方向上與零交叉時(shí)，以及當(dāng)正弦波在從負(fù)到正的第二方向上與零交叉時(shí)。
[0021]考慮到上述加熱器驅(qū)動(dòng)器實(shí)施方式以及任何功率振蕩器，存在一個(gè)可能的問題，該問題是由于來自感應(yīng)加熱線圈的過低的負(fù)載阻抗、或由于給該加熱器驅(qū)動(dòng)器的過低的供應(yīng)電壓、或由于來自某一其它源的振蕩的暫態(tài)中斷，振蕩器未能振蕩。當(dāng)該振蕩器未能振蕩時(shí)，后果是感應(yīng)地加熱的失效以及由于在功率振蕩器的部件中的過度電流引起的可能的損害。后者可以用電流限制或故障停機(jī)來處理。但是振蕩器仍然未能振蕩以及感應(yīng)地加熱。在診斷檢測(cè)時(shí)，可以使用附加的振蕩器來啟動(dòng)功率振蕩器。但是它不內(nèi)在地防止或利用過度的故障電流條件，也不將正常電流與該故障電流同步以更好地實(shí)現(xiàn)振蕩。
[0022]因此，檢測(cè)振蕩的失效、啟動(dòng)或重新啟動(dòng)振蕩器(這是適當(dāng)?shù)?、以及將振蕩器啟動(dòng)或重新啟動(dòng)與過度的故障電流同步使得故障電流有助于振蕩嘗試將促進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)電平。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0023]本發(fā)明的實(shí)施例提供了檢測(cè)過度的電流并且并發(fā)地檢測(cè)振蕩狀態(tài)用于啟動(dòng)、或重新啟動(dòng)振蕩器。另外，本發(fā)明的實(shí)施例補(bǔ)償:針對(duì)給感應(yīng)加熱器驅(qū)動(dòng)器的供應(yīng)電壓中的任何變化而檢測(cè)過度電流，因?yàn)楣?yīng)電壓的變化將引起過度電流的電平。另外，本發(fā)明的實(shí)施例使得功率振蕩器與過度電流同步，以便這個(gè)電流可以幫助振蕩功能。
[0024]參考關(guān)于先前公開的功率振蕩器的實(shí)施方式(Continental參考號(hào)2011E00365US，其拓?fù)涫褂迷谛薷牡娜珮?、或者H橋配置中的兩對(duì)功率切換晶體管互補(bǔ)對(duì))來描述本發(fā)明的實(shí)施例。與全橋驅(qū)動(dòng)器的差異包括:(I)該橋從恒流源電感器饋給，并且
(2)傳統(tǒng)全橋的負(fù)載部分被替換為諧振儲(chǔ)能電路。振蕩器同步內(nèi)在零切換拓?fù)涫桥c傳統(tǒng)全橋的進(jìn)一步差異，該拓?fù)潋?qū)動(dòng)在對(duì)角對(duì)的交替序列中的晶體管互補(bǔ)對(duì)的柵極。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1是示出了根據(jù)2011E00365US的具有源電感器并且不具有變壓器和不具有中心抽頭的同步橋振蕩器的簡(jiǎn)化電氣示意圖。
[0026]圖2A和2B各自示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于可變射流燃料噴射器的功率振蕩器的示意圖的部分。
[0027]圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的功率振蕩器啟動(dòng)方法的步驟的流程圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0028]理想地，當(dāng)切換裝置中的電壓或者電流是零時(shí)，應(yīng)當(dāng)為儲(chǔ)能電路重新補(bǔ)足能量。電磁噪聲在零電壓或零電流切換期間較低，并且在零電壓切換期間最低。該切換裝置在零切換下耗散最少的功率。那個(gè)理想的切換點(diǎn)每個(gè)周期發(fā)生兩次，當(dāng)正弦波與零交叉以及反轉(zhuǎn)極性時(shí)；即，當(dāng)正弦波在從正到負(fù)的第一方向上與零交叉時(shí)，以及當(dāng)正弦波在從負(fù)到正的第二方向上與零交叉時(shí)。由半導(dǎo)體開關(guān)實(shí)現(xiàn)能量重新補(bǔ)足，并且零電壓切換與振蕩器儲(chǔ)能電路的諧振同步。
[0029]本發(fā)明的實(shí)施例提供了下列手段:檢測(cè)過度的電流條件，并使用該證實(shí)作為振蕩器停止的指示器并且并發(fā)地作為輸入狀態(tài)以幫助判定振蕩器功率切換裝置中的哪些是載流的裝置并因此反轉(zhuǎn)它們的狀態(tài)。參考振蕩器的集成的功能將是一個(gè)示例振蕩器，該示例振蕩器在2011E00364US中作為同步全橋功率振蕩器加熱器驅(qū)動(dòng)器被公開并且將參考圖1進(jìn)行解釋，圖1是振蕩器電路的簡(jiǎn)化表示，其中為了清楚而未示出許多基本部件。部件的具體或一般的值，等級(jí)，添加，包括或排除不意圖影響本發(fā)明的范圍。
[0030]L3可以位于燃料噴射器內(nèi)部。L3是感應(yīng)加熱器線圈，其提供用于感應(yīng)加熱適當(dāng)?shù)娜剂蠂娚淦鞑考陌苍选?br> [0031]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的同步全橋功率振蕩器可以包括RIO、R11、D4、D5、Q3、Q4、Q5、Q6、L2、C儲(chǔ)能回路(tank)和L3。Q3和Q4是增強(qiáng)型N-MOSFET (N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)開關(guān)，其交替地將儲(chǔ)能諧振器(C儲(chǔ)能回路和L3電路)連接到地，并且當(dāng)每個(gè)在相應(yīng)的狀態(tài)中被打開時(shí)，使電流能夠流過感應(yīng)加熱器線圈和地。Q5和Q6是增強(qiáng)型P-MOSFET(P溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)開關(guān)，其交替地將儲(chǔ)能諧振器(C儲(chǔ)能回路和L3電路)連接到通過L2源起的電壓供應(yīng)，以及與處于適當(dāng)狀態(tài)的Q3和Q4 —起使電流能夠流過感應(yīng)加熱器線圈。電壓供應(yīng)可以是電源，或在車輛的情況下，可以是電池或交流發(fā)電機(jī)，并且是重新補(bǔ)足振蕩器中損耗的能量的潛在能量源。
[0032]C儲(chǔ)能回路和L3分別是諧振儲(chǔ)能電路的儲(chǔ)能諧振器電容器和儲(chǔ)能諧振器電感器。該儲(chǔ)能電路的諧振頻率是fr =其中L是加熱器線圈電感L3，以及C是儲(chǔ)能電容器C儲(chǔ)能回路的電容。儲(chǔ)能電路中的峰值電壓被設(shè)置為=Vtjut=JiWin，其中Vin是供應(yīng)電壓。
儲(chǔ)能電路中的電流電平根據(jù)能量平衡所確定。
[0033]零切換功率振蕩器電路應(yīng)當(dāng)在振蕩中自啟動(dòng)，但是在全反轉(zhuǎn)H橋策略中可以通過有選擇地將Q3-Q6的切換排序而被強(qiáng)制進(jìn)入振蕩。本發(fā)明的實(shí)施例將這種方式用于這種類型的振蕩器。同時(shí)使電流在MOSFET的“漏極”和“源極”之間流動(dòng)的互補(bǔ)對(duì)或者此處的晶體管對(duì)是Q6和Q3或Q5和Q4。不希望當(dāng)Q5流通電流時(shí)使Q3流通電流，并且同樣地，不希望當(dāng)Q6流通電流時(shí)使Q4流通電流。當(dāng)Q5正在流通電流時(shí)，電流穿過感應(yīng)加熱器線圈L3并且然后穿過Q4到地。如當(dāng)Q5正在流通電流時(shí)一樣，當(dāng)Q6正在流通電流時(shí)，電流以相反的方向穿過感應(yīng)加熱器線圈L3，并且然后穿過Q3到地，這是電流的“全反轉(zhuǎn)”。
[0034]MOSFET是具有到柵極中的庫(kù)侖電荷量的閾值的裝置，該庫(kù)侖電荷量是漏_源電流相關(guān)的。滿足電荷閾值增強(qiáng)裝置處于“導(dǎo)通”狀態(tài)。第一和第二柵極電阻器RIO、Rll為H橋的第一和第二支路供應(yīng)柵極充電電流。分別地，RlO為Q3和Q5的柵極供應(yīng)電流，Rll為Q4和Q6的柵極供應(yīng)電流，并且RIO、Rll分別地限制流到第一和第二柵極二極管D4、D5中的電流。當(dāng)源極比柵極更正時(shí)，P-MOSFET Q5和Q6在漏極和源極之間傳導(dǎo)。當(dāng)源極比柵極更負(fù)時(shí)，N-MOSFET Q3和Q4在漏極和源極之間傳導(dǎo)。
[0035]由被加熱部件的電阻性和磁滯損耗所引起的加負(fù)載反映回為諧振儲(chǔ)能電路中的損耗。由從電流源電感器L2流到頂橋晶體管Q5和Q6的電流來重新補(bǔ)足那個(gè)損耗。取決于電流在其中流通的H橋的電流的反轉(zhuǎn)狀態(tài)，電流將流過Q5或Q6，并且然后流過感應(yīng)加熱器線圈L3。L2從存儲(chǔ)在L2的磁場(chǎng)中的能量為儲(chǔ)能電路供應(yīng)電流。以在同步全橋功率振蕩器的操作期間不斷地流到L2中的電流的方式從供應(yīng)電壓重新補(bǔ)足該能量。L2還提供儲(chǔ)能電路與電壓源的暫態(tài)分離，以便在振蕩期間儲(chǔ)能電壓可以瞬間高于源電壓。
[0036]如果如在那時(shí)由正弦波半周期的極性所確定的那樣，電流正在流過Q5，那么從Q4漏極至源極的到地傳導(dǎo)正在通過正向偏置的D4將電荷從Q5和Q3的柵極中拉出。而且Q3現(xiàn)在不導(dǎo)電，并且不通過D5將柵極電荷從Q6和Q4中拉出到地。同時(shí)RlO從供應(yīng)電壓汲取電流。但是在柵極由通過Q4的傳導(dǎo)而分路至地的情況下，RlO兩端的IxR電壓降不能為Q5和Q3的柵極充電。
[0037]當(dāng)正弦波與零交叉時(shí)，那時(shí)Q4變得在切換結(jié)兩端反向偏置并且在內(nèi)部固有二極管兩端正向偏置，因此將電流傳導(dǎo)通過該內(nèi)部固有二極管以反向偏置D4。D4停止傳導(dǎo)電流離開Q5和Q3的柵極，并且RlO可以為Q5和Q3的柵極充電，這隨后使Q5中的傳導(dǎo)停止并啟動(dòng)Q3中的傳導(dǎo)，以開始傳導(dǎo)用于連續(xù)的正弦半周期的電流。Q3還通過現(xiàn)在正向偏置的D5而將柵極電荷從Q6和Q4中拉出到地，并且保持Q4在非導(dǎo)電狀態(tài)，這種非導(dǎo)電狀態(tài)繼續(xù)允許RlO增強(qiáng)Q3。并且Q6傳導(dǎo)。[0038]隨著正弦波交替極性一在從負(fù)到正的第一方向與零交叉并且然后在從正到負(fù)的第二方向與零交叉，該過程重復(fù)。這在感應(yīng)加熱器線圈L3中生成全反轉(zhuǎn)的電流。繼續(xù)在儲(chǔ)能電路中從L2重新補(bǔ)足電流。如果通過在IGBT的漏極和源極兩端添加外部二極管來表示N-MOSFET的固有二極管，則IGBT (絕緣柵雙極晶體管)裝置可以替換這個(gè)實(shí)施例中的N-MOSFET0這概述了參考振蕩器的運(yùn)行。
[0039]將參考圖2A和2B描述本說明書中描述的實(shí)施例(包括本文中公開的本發(fā)明的實(shí)施例)的其余功能?，F(xiàn)在將描述輔助的部件，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述輔助的部件可以被包括在同步的全橋功率振蕩器的周圍。R14是相對(duì)小值的“不平衡”電阻器，以幫助在啟動(dòng)時(shí)開啟振蕩。如果所有部件與完美對(duì)稱和雜散阻抗完美匹配，并且不存在隨機(jī)的熱噪聲，則振蕩器根本不可能開始振蕩。齊納或雪崩二極管D2、D3、D6、D7、D11、D12，以及另外在輸入的供應(yīng)電壓上的D14，提供過壓保護(hù)和電壓限制，用于保護(hù)功率切換裝置的柵極結(jié)構(gòu)并且還保護(hù)控制電子設(shè)備。Ql和Q2用作振蕩器功率開關(guān)的控制接口的控制開關(guān)。當(dāng)Ql和Q2并未活動(dòng)地用于控制時(shí)，C34和C35將Ql和Q2的柵極與功率振蕩器同步。Ql和Q2分別用于強(qiáng)制功率開關(guān)Q4、Q6和Q3、Q5的狀態(tài)改變。
[0040]附加的輔助部件包括UO、Cl、C2、C3、L1、和DI，構(gòu)成用于控制電子設(shè)備的5伏DC供應(yīng)。去耦和噪音電容器分布遍及電路，并且包括C4、C5、C6、C7、C8、C9、CIO、Cll、C13、C15、C16、C17、C18、C19、C24、C25、C26、C28、和 C29。R2 和 R7 分別確保外部接點(diǎn) Jl 和 J3 處的不連接狀態(tài)不會(huì)無意地開啟加熱器驅(qū)動(dòng)器。反相施密特觸發(fā)器U3(管腳組5、6)連同LED (“發(fā)光二極管”)以及R5與D21和R4與D22電阻器組合提供視覺的故障指示。如對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說將是顯而易見的，也可以使用其它適合的輔助部件。
[0041]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，因?yàn)樨?fù)載的磁特性根據(jù)溫度變化，所以根據(jù)功率振蕩器儲(chǔ)能頻率中的變化使能對(duì)L3內(nèi)的負(fù)載的溫度控制，這里可變射流燃料噴射器包含L3。在不同的實(shí)施例中，溫度控制可以包括根據(jù)參數(shù)詢問儲(chǔ)能頻率，該參數(shù)諸如一個(gè)或多個(gè)振蕩器功率開關(guān)的時(shí)變柵極電荷。利用柵極電荷來確定儲(chǔ)能頻率的這種方法先前已經(jīng)公開，引用為美國(guó)公開申請(qǐng)?zhí)?20100288755, “Frequency to Voltage Converter Using Gate VoltageSampling ofPower Oscillator”,并且據(jù)此通過引用被整體包括。
[0042]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，采樣?xùn)艠O電壓，作為與Ul (管腳組1、2、3)的比較器或運(yùn)算放大器輸入處的基準(zhǔn)相比較的閾值，Ul生成與功率振蕩器頻率同步的脈沖邊沿。利用通過反相門U3(管腳組1、2和3、4)串聯(lián)的施密特觸發(fā)器滯后來緩沖并噪音濾波這些脈沖邊沿。然后將該脈沖邊沿用作對(duì)觸發(fā)器U5(管腳組8、9、10、11、12、13)的時(shí)鐘脈沖輸入。R28和R29與C27和R27 —起構(gòu)成RxC定時(shí)電路，其中D13圍繞觸發(fā)器以創(chuàng)建預(yù)先確定寬度的脈沖，該脈沖具有由邏輯電壓預(yù)先確定的電壓，該邏輯電壓通過R30生成一組電荷，這組電荷將C20充電到目前作為儲(chǔ)能頻率函數(shù)的電壓。
[0043]將作為儲(chǔ)能頻率函數(shù)的電壓呈現(xiàn)給差動(dòng)誤差放大器或誤差比較器U2(管腳組5、
6、7)。誤差確定為與由電壓預(yù)先確定的基準(zhǔn)的差，此處，該電壓來自包括R34，R35，R36電阻性分壓器。某一 PID伺服功能，或“比例，積分和微分”由差動(dòng)誤差放大器所提供，其中C21提供微分補(bǔ)償，C22和C23提供積分補(bǔ)償以及全局比例增益由R31和R32的比值確定，這里規(guī)定R33=R31以及R37=R32。R38和C23對(duì)目標(biāo)電壓基準(zhǔn)和作為儲(chǔ)能頻率函數(shù)的電壓之間的誤差進(jìn)行積分。[0044]將這個(gè)誤差與在比較器或運(yùn)算放大器Ul (管腳組5、6、7)處預(yù)先確定的頻率的三角波相比較。這樣就生成了 PWM或“脈沖寬度調(diào)制”信號(hào)，它最終被用于調(diào)節(jié)作為溫度確定的儲(chǔ)能頻率函數(shù)的振蕩器功率。由三角波形生成器生成三角波，該三角波形生成器由Ul(管腳組8、9、10和12、13、14)連同R39，R40，R41，R42構(gòu)成，三角波形生成器具有用R43和C12形成的RxC計(jì)時(shí)器所設(shè)置的頻率。選擇三角波形生成器波形偏移的范圍，以允許PWM信號(hào)在O %和100%的功率占空比之間變化。
[0045]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，通過將代表電流電平的電壓與在比較器或運(yùn)算放大器U2(管腳組1、2、3)處的閾值比較，來確定功率開關(guān)中的過度的電流條件。代表電流電平的電壓被獲得為電流感測(cè)電阻器兩端的IxR降，該電流感測(cè)電阻器由并聯(lián)的電阻器R8和R9構(gòu)成。根據(jù)與功率振蕩器供應(yīng)電壓成比例的電壓來確定與該電流電平相比較的閾值，此處該電壓包括分壓器R16和Rl7，其中D9提供對(duì)電流閾值基準(zhǔn)電壓電平的、作為正向偏置的二極管降電壓函數(shù)的最大限制。當(dāng)電流感測(cè)電阻器中的電流也是供應(yīng)電壓的函數(shù)時(shí)，希望使閾值電平隨供應(yīng)電壓變化，因此，作為振蕩器狀態(tài)函數(shù)的電流中的變化應(yīng)當(dāng)與作為供應(yīng)電壓函數(shù)的電流中的變化分離。選擇作為供應(yīng)電壓函數(shù)的閾值電平，使得電流在L3中以這樣的速率來建立:如果電流達(dá)到了過度的電平，導(dǎo)致與比功率振蕩器的正常運(yùn)行頻率低的頻率成比例的時(shí)間常數(shù)。照此，一旦功率振蕩器正在振蕩，電流電平將小于過度的電流閾值。
[0046]當(dāng)過度電流條件存在時(shí)，U2(管腳組1、2、3)的輸出變?yōu)檫壿嫛暗?LOW) ”狀態(tài)，呈現(xiàn)給反相施密特觸發(fā)器U3(管腳組13、12)，現(xiàn)在將邏輯“高(HI)”狀態(tài)呈現(xiàn)給“與(AND)”門U4(管腳組4、5、6和8、9、10)的輸入。在此從R12和R13，也提供來自功率開關(guān)柵極的電壓作為對(duì)“與”門的輸入。當(dāng)滿足“與(AND)”的邏輯條件時(shí)，相應(yīng)的門的輸出打開Ql或者Q2，這取決于哪個(gè)功率開關(guān)門是在過度電流條件期間被充電。然后，Ql或Q2耗盡正在承載過度電流的功率開關(guān)的相應(yīng)序列的電荷。
[0047]已描述的是一種方法，該方法確定過度的電流條件，確定起作用的振蕩器功率開關(guān)的互補(bǔ)對(duì)，并且改變它們的狀態(tài)以便中斷過度的電流條件。并發(fā)地，當(dāng)一個(gè)互補(bǔ)對(duì)具有狀態(tài)改變時(shí)，這引起另一個(gè)功率開關(guān)互補(bǔ)對(duì)的狀態(tài)改變，現(xiàn)在再次在L3中建立電流，但是全反轉(zhuǎn)。再次由電流感測(cè)電阻器監(jiān)控電流，并且再次對(duì)過度電流條件做出確定。這個(gè)循環(huán)交替地繼續(xù)，直到振蕩器正常運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)頻率應(yīng)當(dāng)增加使得在任一個(gè)功率開關(guān)對(duì)中都不再獲得過度的電流，并且Ql和Q2將它們自己與功率振蕩器同步，并且兩個(gè)與門U4(管腳組4、5、6和8、9、10)都具有在“低(LOW)”邏輯狀態(tài)中的輸出。
[0048]如果過度電流條件持續(xù)達(dá)多個(gè)周期，反相施密特觸發(fā)器U2(管腳組12、13)處的邏輯狀態(tài)保持“高(HI) ”達(dá)足夠通過R18和DlO對(duì)C14充電的占空比，其大于通過R19的放電速率。這導(dǎo)致C14上的電壓達(dá)到反相施密特觸發(fā)器U3(管腳組10、11)上的邏輯閾值“高(HI)”輸入狀態(tài)。該反相狀態(tài)現(xiàn)在為反相施密特觸發(fā)器U3(管腳組8、9)的輸入呈現(xiàn)邏輯“低(L0W)”，這在觸發(fā)器U5(管腳組1、2、3、4、5、6)的復(fù)位管腳處導(dǎo)致邏輯“高(HI) ”，觸發(fā)器U5用作可復(fù)位的故障鎖存器。另外，如由與R20形成分壓器的NTC或者“負(fù)溫度系數(shù)”裝置R21所確定的，過溫條件也將在反相施密特觸發(fā)器U3 (管腳組8，9)處設(shè)置邏輯“低(LOW)”。通過R6在J3處提供故障的復(fù)位。通過R3為J2呈現(xiàn)故障條件邏輯狀態(tài)。故障鎖存器提供適當(dāng)?shù)倪壿嫚顟B(tài)，該邏輯狀態(tài)與Jl “加熱器使能”的邏輯狀態(tài)在“與”門Ul (管腳組5、6、7)處相結(jié)合以滿足在“與”門U4(管腳組1、2、3)處的邏輯條件，使得來自Ul (管腳組5、6、7)的PWM信號(hào)傳遞到控制開關(guān)Q9。
[0049]在示例性實(shí)施例的“高側(cè)”功率調(diào)節(jié)的配置中被分離地公開的控制開關(guān)Q9最終確定L2處的平均電壓，并因此根據(jù)功率振蕩器頻率控制到功率振蕩器的功率。Q9通過D16將電荷拉出P-MOSFET Q8，以允許電流在Q8的源極和漏極之間流到L2。為了在關(guān)閉期間最小化Q8的切換損耗，具有由D17，D18和D19構(gòu)成的貝氏(Baker)電路的Q7雙極晶體管使能從供應(yīng)電壓對(duì)Q8的較快速充電。Q9還通過貝氏電路和D15關(guān)閉Q7。Q7由通過R44和貝氏電路的電流打開。R45允許Q8的柵極基本上達(dá)到全供應(yīng)電壓，并避免Q7的結(jié)兩端的二極管降電壓差別。
[0050]圖3是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的功率振蕩器啟動(dòng)方法的步驟的流程圖。圖3的功率振蕩器啟動(dòng)方法包括:控制該功率振蕩器的至少一個(gè)功率開關(guān)，如302處所示；檢測(cè)與該至少一個(gè)功率開關(guān)的狀態(tài)有關(guān)的電流電平，如304處所示；將該電流電平與閾值電平比較，如306處所示；并且當(dāng)該電流電平越過閾值電平時(shí)減少該電流電平，如308處所示。
[0051]上文的詳細(xì)描述將被理解為在每個(gè)方面都是說明性的和示例性的，而不是限制性的，并且，本文中公開的發(fā)明的范圍并不是由該發(fā)明的描述所確定的，而是由根據(jù)專利法所許可的全廣度所解釋的權(quán)利要求所確定。例如，雖然本發(fā)明的自適應(yīng)的電流限制振蕩器啟動(dòng)和重新啟動(dòng)的方法在本文中被描述用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)燃料噴射器中的加熱器的感應(yīng)加熱器線圈的驅(qū)動(dòng)器，但是該方法可以用于啟動(dòng)或重新啟動(dòng)功率振蕩器，或用于其它應(yīng)用中的其它感應(yīng)加熱器的功率振蕩器。要理解的是，本文中所示出和描述的實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的原理的說明，而且在不脫離本發(fā)明的范圍和精神的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以實(shí)施各種修改。
【權(quán)利要求】
1.一種功率振蕩器啟動(dòng)電路，包括: 用于控制所述功率振蕩器的至少一個(gè)功率開關(guān)的裝置； 用于檢測(cè)與所述至少一個(gè)功率開關(guān)的狀態(tài)相關(guān)的電流電平的裝置； 用于將所述該電流電平與閾值電平相比較的裝置； 用于當(dāng)所述電流電平越過所述閾值電平時(shí)減少所述電流電平的裝置。
2.如權(quán)利要求1的功率振蕩器啟動(dòng)電路，其中用于控制所述至少一個(gè)功率開關(guān)的裝置包括控制所述至少一個(gè)功率開關(guān)的柵極的邏輯門。
3.如權(quán)利要求1的功率振蕩器啟動(dòng)電路，其中所述閾值電平與為所述功率振蕩器供應(yīng)功率的電壓電平成比例。
4.如權(quán)利要求1的功率振蕩器啟動(dòng)電路，其中由正向?qū)щ姷亩O管限制所述閾值電平。
5.如權(quán)利要求1的功率振蕩器啟動(dòng)電路，其中所述閾值電平被確定為具有時(shí)間常數(shù)，使得產(chǎn)生的頻率小于在正常振蕩條件下所述功率振蕩器的頻率。
6.如權(quán)利要求1的功率振蕩器啟動(dòng)電路，其中所述閾值電平將所述功率開關(guān)中的電流限制到是比在正常振蕩條件下所述功率振蕩器所利用的大的電流的水平。
7.如權(quán)利要求1的功率振蕩器啟動(dòng)電路，其中用于減少所述功率振蕩器的功率開關(guān)中的所述電流電平的裝置關(guān)閉所述功率開關(guān)，直到在所述功率開關(guān)中電流衰減到近似零。
8.—種功率振蕩器啟動(dòng)方法,包括: 控制所述功率振蕩器的至少一個(gè)功率開關(guān)； 檢測(cè)與所述至少一個(gè)功率開關(guān)的狀態(tài)相關(guān)的電流電平； 將所述電流電平與閾值電平相比較；以及 當(dāng)所述電流電平越過所述閾值電平時(shí)，減少所述電流電平。
9.如權(quán)利要求8的功率振蕩器啟動(dòng)方法，其中控制所述至少一個(gè)功率開關(guān)包括使用邏輯門來控制所述至少一個(gè)功率開關(guān)的柵極。
10.如權(quán)利要求8的功率振蕩器啟動(dòng)方法，其中所述閾值電平與為所述功率振蕩器供應(yīng)功率的電壓電平成比例。
11.如權(quán)利要求8的功率振蕩器啟動(dòng)方法，其中由正向?qū)щ姷亩O管限制所述閾值電平。
12.如權(quán)利要求8的功率振蕩器啟動(dòng)方法，其中所述閾值電平被確定為具有時(shí)間常數(shù)，使得產(chǎn)生的頻率小于在正常振蕩條件下所述功率振蕩器的頻率。
13.如權(quán)利要求8的功率振蕩器啟動(dòng)方法，其中所述閾值電平將所述功率開關(guān)中的電流限制到是比在正常振蕩情況下所述功率振蕩器所利用的大的電流的水平。
14.如權(quán)利要求8的功率振蕩器啟動(dòng)方法，其中減少所述功率振蕩器的功率開關(guān)中的電流電平包括關(guān)閉所述功率開關(guān)，直到在所述功率開關(guān)中電流衰減到近似零。
【文檔編號(hào)】H03K17/0814GK103733517SQ201280019846
【公開日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2012年3月7日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月22日
【發(fā)明者】P·齊梅克 申請(qǐng)人:大陸汽車系統(tǒng)美國(guó)有限公司