[发明专利]螺线管驱动电路

说明书

技术领域

本发明涉及螺线管驱动电路，特别涉及这样的螺线管驱动电路:其捕获并存储随后在电路中再度使用的能量。

背景技术

为了快速螺线管致动，希望尽可能快地增大和减小通过螺线管的电感电流。对于传统的驱动器电路(即高侧和低侧驱动器)中，电感电流的上升和下降速率由施加到螺线管线圈电感-电阻时间常数L/R的电压决定，L＝螺线管线圈的电感值，R＝线圈的电阻值。

存在对这样的改进螺线管驱动器的需要:其改进了螺线管的致动速度、可控性以及能量效率。也存在对具有增强的可控性和致动时间的螺线管操作短管阀的需要。

发明内容

本发明被指向一种螺线管驱动电路，其包括从螺线管吸收能量以及向螺线管释放能量的升压能量储存装置。开关装置控制升压装置、螺线管以及电源之间的连接。这使得对电路的电压激励能够基于升压装置以及螺线管的特性可变，并因此使得螺线管的响应时间能够基于升压装置以及螺线管的特性可变。通过提供两种不同的螺线管上升和衰减速率并通过捕获和再度使用螺线管中储存的能量，本发明的驱动电路增强了螺线管响应，提高了效率。

附图说明

图1是根据本发明一实施例的驱动电路的示例性原理图；

图2为一流程图，其示出了根据本发明一实施例的螺线管电流控制过程；

图3为根据本发明另一实施例的驱动电路的示例性原理图；

图4为本发明再一实施例的示例性原理图；

图5为本发明又一实施例的示例性原理图；

图6为一流程图，其示出了根据本发明又一实施例的螺线管电流控制过程。

具体实施方式

根据本发明的电路包括向螺线管供给升压能量的升压能量储存装置，例如电容器。这一附加电路提供了比传统高或低侧驱动电路更快的螺线管电流上升和衰减速率。具体而言，本发明的电路的电流上升和下降时间不是由L/R时间常数决定。作为替代的是，这些时间由电容器完全放电至螺线管线圈电感或从电感吸收能量所需要的时间决定。时间常数t₁小于或等于大约1.57×(L×C)^1/2秒，其中，L＝螺线管线圈的电感值，C＝能量储存装置的电容值。注意，尽管下面的例子中假定能量储存装置是电容器，在不脱离本发明的范围的情况下也可使用其它装置。

通过能量储存装置提供的升高的电压为螺线管提供了更快的初始上升速率和更快的结束下降速率，造成在螺线管致动开始和结束时的更为迅速的螺线管响应。通过使用高的电容器电压以及在电容器完全放电到V_电池之前停止放电，可获得小于t₁＝1.57×(L×C)^1/2秒的响应时间。因此，取决于所希望的响应速度，放电可以是部分的，也可以是完全的。这允许螺线管线圈电感中的电流更快地上升，而不受传统的L/R时间常数的限制。开关时间也可由螺线管电流以及电容器电压来决定。

电路中的螺线管可以采用脉冲宽度调制(PWM)来驱动，允许螺线管中的电流被控制在小于由螺线管104规定的最终DC值V/R(供给电压除以螺线管电阻)的水平。结果，电路100足够灵活地用较慢的L/R时间常数运行，促进了PWM的运行。电路100的改变不同速度的螺线管电流上升和衰减时间的能力提供了提高的螺线管驱动控制。

图1为根据本发明一实施例的电路100的简化原理图。图2示出了采用这里介绍的电路的多种实施例控制螺线管电流的过程。

参照图1，电路100包括提供能量以驱动螺线管线圈104的电源102，例如电池或电源。电路100还包括:升压能量储存装置C1，例如升压电容器或其它装置；两个开关S1、S2；两个二极管D1、D2，其引导电流通过电路100。开关S1、S2可以为任何类型，例如半导体开关，例如金属氧化物场效应管(MOSFET)、场效应管(FET)、双极型结型晶体管(BJT)、可控硅整流器(SCR)或者绝缘栅双极型晶体管(IGBT)。开关S1、S2由开关控制器150中的控制逻辑进行控制，控制器150可以是通过时滞开关或其它任何合适的控制策略来控制电路100中的多种运行模式的模拟电路或控制器。

在此实施例中，其中一个二极管D1的阴极连接在第一开关S1和螺线管104之间，二极管D1的阳极连接至电源102的正端。这种配置因此允许螺线管104的部分放电以提供迅速的致动。图1还示出了电路运行的不同阶段的电流路径，其将在下面详细阐释。