基于MC33816芯片的高速电磁阀驱动软件设计.docx
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第4O卷第3期
上 海 船 舶 运 输 科 学 研 究 所 学 报
Vo1.40NO.3
2017年9月
JOURNALOFSHANGHAlSHlPANDSHIPPINGRESEARCHINSTITUTE
Sep.2017
文章编号:
1674-5949(2017)03—0038-04
基于MC33816芯片的高速电磁阀驱动软件设计
谢木森,马 帅,涂 撰,华 金,冯 宁
(上海船舶运输科学研究所航运技术与安全国家重点实验室,上海200135)
摘 要:
基于上海船舶运输科学研究所自主研制的高速电磁阀驱动板的驱动软件设计,采用MC33816 DevStudio开发软件设计了双电源、双维持型式的电磁阀驱动电流波形。
MC33816DevSutdio软件可灵活设定Vboost电压值、强激电流、峰值维持电流、低压维持电流、峰值维持时间和低压电流维持时间等关键参数和MC33816芯片内部
的高频A/D采样反馈可精确调制出电磁阀驱动电流波形,在该软件基础上成功开发了高速电磁阀的驱动程序,并进行HHM340新型船用低速柴油机的单缸机台架实证,验证了该驱动程序的优良性能。
关键词:
MC33816芯片M;C33816DevStudio;燃油喷射阀驱动中图分类号:
TK423 文献标志码:
A
SoftwareDesignforDrivingHigh-SpeedSolenoidValveBasedonMC33816Chip
XIEMusen,MAShuai,TUZhuan,HUAJin,FENGNing
(StateKeyLaboratoryofNavigationandSafetyTechogy.ShanghaiShip&
ShippingResearchnIstitute,Shanghai200135,Chnai)
Abstract:
Thesoftwaredgensiforthehgih—speedsolendoivavledrivemoduledevelopedShbaynghaiShipandShpipingInstuteisintroduced.Andthenewdesginofadua—lpower-and—dua—lmaintaningsolendoivavledrviecurrentwaveformsiacheivedby
MC33816DevStudiosoftware,whtiehcanflexbilysettheVboostvoltage,一1boostcurrent,1一peakcurrent,Iholdcurrent,T
— —
peaktime,Tholdtmieandotherparameters.MC33816canmodulatevariablecurrentwaveformswiththentiernalhighfre—
quencyA/Dsamplnigmodulatoin.ThedesignisverfiiedthroughtheoperationdurnigthebenchtestofHHM340deiselengine.Keywords:
MC33816chip;MC33816DevSot;ufduielinjectionvalvedrvie
0 引 言
燃油喷射电磁阀的驱动技术作为柴油机燃油喷射电控系统的核心技术,其优化是提升柴油机燃烧质量的关键,直接影响着燃油喷射系统乃至整个柴油发动机的动力性能。
上海船舶运输科学研究所运用嵌入式技术,研制了一款基于飞思卡尔MC33816芯片的电磁阀驱动模块,该驱动模块具有响应速度快和驱动能力强等优点,能满足目前大多数常见的高速开关电磁阀的驱动需求。
这里采用MC33816芯片的专用软件开发环境MC33816DevStudio,设计一种双电源、双维持型式的电磁阀驱动电流波形。
将该电磁阀驱动系统在HHM340新型船用低速电喷柴油发动机的单缸机试验台架上进行900 bar高油压的燃油喷射试验,验证其工作性能。
收稿日期:
2017—05—25
作者简介:
谢木森(1991--),男,山东淄博人硕士,主要从事嵌入式设备研发工作。
谢木森,等:
基于MC33816芯片的高速电磁阀驱动软件设计 39
1电磁阀驱动程序设计
1.1高速电磁阀的驱动原理
根据高速电磁阀的响应特性,设计一种新型双电压、双维持的驱动电流波形,以实现对高速喷油阀的快速启闭控制。
燃油喷射电磁阀的电阻一般较小,通过电流驱动可保证电磁阀响应的快速性,利用较大的强激电流实现对电磁阀的快速开启,待电磁阀完全打开后,转而利用较小的维持电流保证电磁阀的稳定开启。
当芯片STARTx引脚采集到上升沿信号时,通过Vboost强激电压产生大电流并维持一定时间,可保证高速电磁阀的完全开启,再经过Bypass大电流衰减阶段,切换至24 V电源供电,利用较小的Hold维持电流,保持高速电磁阀的开启状态,Hold维持阶段直到芯片STARTx引脚采集到下降沿信号结束,进入End截止阶段结束单个喷油过程。
驱动高速电磁阀的目标双电压、双维持电流波形(见图1)。
StartxSignal
‰0st
,peak
Id
IINmCTOR
BoostBypas EndOfInjection
Phase Pha ̄e Phase
图1燃油喷射阀的驱动电流波形
以MC33816芯片的第一路Channel1上微内核ChluC 0所控制的其中1个燃油喷射电磁阀的驱动过程为例,详细说明芯片的编程开发流程。
1.2芯片资源分配MC33816芯片最多可采集6路STARTx信号,分别控制六路高速电磁阀的驱动输出,这里设计实现了
对四路高速电磁阀的驱动控制。
设计芯片Channel2第一个核Ch2uC0建立Vboost电压,通过芯片DC-
DC升压电路把24V电源泵升为60V稳定的Vboost电压。
设计芯片Channe1l的ChluC0和ChluC1分别控制两路电磁阀的驱动输出,配置ChluC0采集Startl和Start2的启动信
号,设置ChluC1采集Start3和Start4的启动信号。
为防止同处一路的2个
STARTx信号在同一时刻被触发,通过寄存器设置芯片的SmartStart智能启动功能,管理所有采集到的STARTx信号。
基于DC—DC升压电路的建立原理,需分配第4路专用A/D用于采集Boost强激过程中的电流波动,另外分别分配一个A/D给微内核ChluC0和ChluC 1
用于对驱动电流的采样反馈。
1.3Boost强激程序设计 一
MC33816的最大Vboost电压可达72 V,根据实际电磁阀所需强激电流的大小,可通过寄存器配置Vboost电压值,低电压维持阶段采用的是外部Vbat
电源,外部Vbat电采用24V恒压源。
DC—DC强激过程的具体流程(见图2)。
DC-DC升压过程中采用基于上下限电流的实时电流采集控制方式,所以
MC33816芯片的驱动程序需要对Boost阶段的目标强激电流值Vboost—hghi、目标Vboost电压的下限值Vboo—sltow、DC—DC电路中的采样电路上限电流值
Isense4hgih、DC—DC电路中的采样电路下限电流值Isense4一low等4个参数进
行设定薪把这些数据值存储在Channe2l专用的数据内存区DRAM2中。
图2Vboost电压建立过程的程序设计
40 上海船舶运输科 学研究所学报 2017年第3期
1.4驱动电流波形的设计
因采用基于上限电流加关断时间的实时电流采集控制方式,MC33816的驱动程序需要对Boost强激阶段的强激电流值I—boost、Peak峰值保持阶段的维持电流值I—peak、Peak峰值保持阶段的总时长T—peak—
tot、Peak峰值保持阶段中每次触上限电流后的关断时间T—peak—off、Bypass电流衰减阶段总时间T_by—
pass、Hold低压保持阶段的维持电流值I_hdo、Hlold低压保持阶段的总时长T—hodl—tot、Hodl低压保持阶段中每次触上限电流后的关断时间T—hold—off等8个参数进行设定,包括3个电流值和5个时间长度值,并把这些数据值存储在Channel1专用的数据内存区DRAM1中。
强激电流值I—boost的选择需针对电磁阀的动作特性进行标定,在保证电磁阀完全打开的前提下,既要
保证阀的快速响应特性,又要避免电感线圈因为长时间通过大电流造成破损。
在Peak峰值维持阶段和
Hold维持阶段中,需根据电磁阀的电磁特性匹配每次触上限电流后的关断时间,以保证维持过程中的驱动
电流的稳定性。
电磁阀驱动电流波形的软件设计流程(见图3)。
‘ t .
田3电磁阀驱动电流波形程序设计流程
2功能性能验证
对某新型燃油喷射电磁阀进行驱动实验,实验连接图见图4,电磁阀驱动系统采用24V稳压源供电,电磁阀的阀上电流利用电流互感器转化为电压信号显示在示波器上。
通过合理地参数配置调制出目标电磁阀
尉术森,等:
基于MC33816芯片的高速电磁阀驱动软什没i
的驱动电流波形.强激过程仅耗时300US即口『产生高达5OA的强激电流。
并在峰值阶段保持1 m后.
200US内迅速衰减到1OA,并可维持200ms的时间长度,关断时问迅速仪需约50US,月.Vboost电在喷射过程中跌落≤10 .充分满足高压共轨柴油机系统中燃油喷射电磁 的驱动需求。
使用MC33816DevStudio开发软件灵活配置Vboost电值、强激电流、峰值维持电流、低¨维持电流、峰值维持时间和低压电流维持时间等各项电流波形参数,可精确渊制mf1标电磁阀所需的驱动电流波形.满足大多数高速开关电磁阀的驱动需求。
图4电磁阀驱动系统连接图
经过试验俞架上对某新型船片J低速电喷柴油发动机的单缸机进行900bar燃油喷射油压的燃汕f唢射试验。
该电磁阀驱动系统具有驱动响应快和工作稳定可靠等优良特性。
3Hz喷油频率,每次喷油15/51的燃油喷射过程见图5.其中较为平稳的是300bar的伺服油共轨油压波形,多次冲击的是燃油喷射油波形。
图5单缸机燃油喷射实验
5结 语
采用MC338l6DevStudoi开发了一套高速电磁阀的驱动程序。
口f灵活配 舷动电流波形的符项参数.实现对目标电磁阀的驱动功能性能需求。
经过HHM340新型船川低速柴油机的单缸机台 验,验证J本电磁阀驱动系统的优良驱动性能。
参考文献:
[1]贺玉海.船川低速柴油机喷油控制用电磁阀研究rD].武汉:
武汉理丁大学.2015.
[2]谢荣.船州柴油机电控共轨喷油技术开发的芙键技术[J
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