汽车油泵电子控制器的改进设计

汽车电子油泵电子控制器，主要由电子控制电路和电磁铁组成，较之机械泵具有方便、灵活、油流量大，在油路关闭时能自动切断电磁铁电源通路，有明显的节能效果。现有汽车油泵电子控制电路虽然电路简单，但存在以下四点明显不足：-是电、磁、机械位移三者共同决定电磁铁运动状态，工艺要求严格，增加了调试的难度，且很难达到最佳的工作状态；二是对霍尔开关集成回差特性要求严格，使电子控制器成本提高；三是油路关闭后，电源关闭不彻底，容易出现反复开通和关闭现象；四是功率驱动电路中功率管和吸收二极管严重发热。因此研制-种高效、高可靠、易于大批量生产的油泵电子控制器，有很大的实用价值。

2 简式汽车油泵电子控制器工作原理剖析2.1 电磁铁运动过程分析图 1为简式汽车油泵电子控制器电原理图，从图中可知其运动特性完全依赖于霍尔开关集成输出状态，从下面的分析结论就能得出其对霍尔开关集成-致性和回差特性要求很严格，对磁场调节片位置要求很苛刻，大批量生产会增加调试的难度。电磁铁垂直剖面的运动示意图如图 2所示，图中. . 97。

A为霍尔开关集成，能检测磁场的大小，电铁磁上升位置越高，磁性越强：B为磁场调节铁片，铁片外移，磁短路减少，霍尔开关集成检测到磁场强，铁片内移，磁短路增加，霍尔开关集成检测到磁场弱；C为含有强磁的运动电磁铁，其所处高度决定了斯密特霍尔开关集成输出的开关状态。当电磁铁未开始运动时，相当机械运动的最低位置，此时电磁铁距离霍尔开关集成 A较远，图 1中霍尔开关集成反相器 Ic 输出高电平经 ，R ，C 延时，功率管 V 导通，电磁铁线圈 L。

得电，电磁铁开始向上运动。-旦超过上限磁临界线，霍尔集成输出低电平，电磁铁失电，在弹簧作用下往下运动，运动到下限磁临界线以下又开始往上运动，电磁铁就这样反复不断地动作。电磁铁振幅受上、下磁临界线控制，很难达到最佳工作状态。Ⅲ图1 简式汽车油泵电子控制器电路原理图收稿 日期2013-03-15作者简介刘冰冰 (1977-)，女，浙江温州人，温州大学城市学院硕士，研究方向为电子。

[]口 I -LC- 、 r图2 电磁铁运动示意图B如果选用霍尔开关集成回差很大，磁场调节铁片无法确定最佳位置，调节片内移，磁短路显时，磁池制线为高上限，电磁铁运动到机械最高点即磁场调节铁片所处的位置，磁场强度仍未超过上限磁临界线，造成电磁铁线圈 L -直得电，使电磁铁停留在最高位置，这样不仅使电磁铁不运动，油泵不能打油，而且将烧毁线圈和功率管 V 。如降低磁控线上限，运动中电磁铁-旦超过上限磁临界线，电磁线圈失电，电磁铁回到机械最低位置，由于霍尔.斯密特集成 Ic 存在大回差，此时磁场仍大于下限临界磁场，电磁铁永远失电，停留在最低位置。虽无大危害，但 由于电磁铁停止运动，油压无法上升。如果选用霍尔开关集成回差很小，势必造成上、下磁临界线接近，电磁铁上升易过上限临界磁控线，下降亦很快到达下限磁临界线，这样电磁铁只能小幅度振动，很难达到设定的油压，因此油泵出油量孝流量小；中回差的霍尔开关集成理论上能正常工作，但对机械结构-致性、霍尔开关集成-致性要求高，如果磁控临界上限设低了，刚刚开始运动，还没完全加速电磁铁线圈 L 就断电，上升幅度小，磁控临界上限设高了，即便油压达到设定值，电磁铁最低位置仍处在下限磁临界线以下，故无法切断电磁铁 L。的供电线圈电源，使电磁线圈-直工作，功耗大大增加。只有在上限、下限临界线处在某合适位置，方能正常工作，调试难度大。

因此要兼顾电磁铁振幅大和油压达到设定要求且 自动切断电源这两大问题，调试难度大，这是由电路结构所决定，无法避免。

2.2 电磁铁频繁动作的原因图 1中，电磁铁电源关断不彻底的原因也很简单，因为油压上升，在电磁铁处在最低位置时，如果磁场刚刚达到临界最低磁控线以上，电磁铁失电后不复电，油压不会再上升，- 旦油路稍有漏油，电磁铁就会重启动，频繁启动会使线圈功耗增加，效率下降。

2.3 半导体功率器件发热问题图 1中功率管 V 发热的原因主要是因 R3、R 、C 延时作用 Vt关断脉冲波形不陡，电磁线圈 L 储存的能量向功率管 V。

和浪涌吸收二极管 VDs释放，由于电磁线圈 L。储能大，因此导致 V-、VD。严重发热，同样因为延时作用功率管 V 导通波形不陡，导通损耗增大也会使功率管进-步发热，严重发热会影响电子控制器的寿命和可靠性，同时也降低了电源的效率。

经过上述的分析，虽然图 1电路比较简单，但存在着明显的缺陷，因此有必要进行深入研究，彻底改进。

3 高效汽车油泵电子控制器工作原理高效汽车油泵电子控制器工作原理图如图 3所示，由磁踌测电路、延时控制电路、脉冲加强与封锁电路、低频振荡电路、功率驱动电路、电磁铁线圈、无损耗吸收电路、直流稳压电源组成，其主要优点是：(1)电磁铁是否运动，由油泵油压决定，这不仅是油压控制调整方便，而且很容易使电磁铁振幅达到最大；(2)电路中设有延时和脉冲加强电路，在油泵油压达到临界值后再继续工作几秒钟，使实际油压略大于临界封锁油压，油压保持时间长，电磁铁不会频繁动作；(3)功率管驱动脉冲前沿、后沿陡，开关损耗小，设有无损耗吸收电路，进-步提高了电路的效率。

图3 高效汽车油泵电子控制器电路原理图I I3.1 电磁铁运动的设计图 3为高效汽车油泵电子控制器电路原理图，与图 2相比仅增加几个廉价的电子元件，由于对霍尔集成要求低，又取消浪涌吸收二极管，成本不升反而下降，且电性能明显提高。由图 3可知，电磁铁是否运动，仅由临界油压来决定，与霍尔开关集成回差大小无关，或者仅由霍尔开关集成的下限磁控线决定，与霍尔上限磁控线无关，选中回差、胸差的霍尔集成均能满足要求。这种设计的优点是：电磁铁振幅和临界油压可以分别单独调节，调试十分容易。电磁铁振动的幅度只决定低频振荡器的频率，l缶界油压只决定磁场调整片 B的位置。当油压达到需要值时，调节图 2中调节片 B，在电磁铁 C运动到最低点位置时，霍尔下限磁控线正好满足要求，即油压达到临界线磁控线电磁铁就停止工作。 详细工作过程见如下描述。

开启电源，因图2中电磁铁 C处在最低位置，霍尔开关集成 IC 的 A位置检测到磁场远低于上限磁控线，故霍尔集成反相器 Ic 的第 3脚输出高电平，经二极管 vD 向C 充电，集成斯密特反相器 1脚为高电平，2脚为低电平，因二极管VD3的隔离作用，不影响集成反相器 IC。-B组成低频振荡器的正常工作和 电磁铁运动。图2中，电磁铁 C在上升过程中，超过了上限磁控线，虽然霍尔集成 IC 输出为低电平，但由于电容 C 的储能作用，集成反相器 Ic -A输出仍为低电平，不影响低频振荡的工作。电磁铁 C在下降过程中，低于下限磁控线，霍尔集成 IC 又输出高电平并经二极管 VD 对 C 补充充电，维持低频振荡的正常工作。电磁铁在运动过程中，油压逐渐上升，当电磁铁处在最低位置仍然在下限临界磁控线. 98。

以上时，磁踌测电路永远输出低电平，集成 ICz-A的 1脚变为低电平，2脚为高电平。经二极管 VD。、电阻 R 使低频振荡电路停振，功率场效应管 Vl栅极输入电压为零，电磁铁线圈 L 失电，运动停止。

图 3中低频振荡电路工作频率由集成 Ic。-B、 、C。决定，改变凡的值很容易确定最佳频率来驱动功率管V。。频率过高，电磁铁来不及上升和下降，振动幅度小，频率过低，上升易产生过冲，使电磁铁与调整铁片产生碰撞，导致能量利用率下降，同时通过线圈电流增加，由于频率低，油泵流量也校实验证明在最佳频率下的高效汽车油泵电子控制器，电磁铁能上升到最高位置 (接近调整片位置)，最低能降到最低位置(略高于静止起始位置)，振幅很大，电磁线圈 L平均工作电流只有 1.5A(简式控制器工作电流为2A)时，比简式汽车油泵电子控制器产生的油流量还大，经测试说明改进后的油泵效率高、效果好。

3.2 延时和脉冲加强电路延时电路由图3中延时电容 C。，放电延时电阻凡和反向隔离二极管 VDz组成，脉冲加强电路由微分电容 C 、电阻 Rs、集成反相器 IC。-C和二极管 VD4组成，其共同作用 目的是：在电磁铁停止运动前，让油泵中电磁铁再运动-定时间，促使油泵的油压略大于设定的油压，避免油泵频繁启动。

延时电路工作原理比较简单，当油泵油压达到设定值时，霍尔集成 IC。的第 3脚输出-直为低电平，因二极管 vD 的隔离作用，延时储能电容 C 不会向 IC1放电，只能向 放电，选择合适时间常数 (R Cz)，能使低频振荡延时关断，油压略微上升。脉冲加强电路作用是延时电路结束后经 R 、C 微分作用，输出-个加强型的宽脉冲，迫使电磁铁上升到最高位置，从而使油泵腔内达到最高压力。C。、S。延时和c 微分过程结束，集成反相器 IC -2立即输出低电平，关断功率管V-，使油压保持较长时间。

3.3 无损耗吸收电路的设计图 3中减小功率 MOSEFT管 v。驱动电阻，能减歇关损耗，但电磁铁线圈L 的电感量大，关断释放电能量大，仍有较大的损耗。为了减少功率管 v。和吸收二极管vD 发热，图2中增设了-个无损耗的吸收电路。由储能电感 L。，储能电容c 和快速二极管 VDe、vD 组成，其输入端经 C 与功率管 v 的漏极D连接，输出端与输入直流电源连接。由于图 2中低频振荡电路输出电阻 R 之值远小于图 1中 、融，故开通速度快，功率管 V-通损耗小，功率管V§速关断时，由于电磁线圈 Lt的能量经 C 、VOe吸收，磁场能量转化为电场能量，电容C 的极性为左正右负，这样关断的磁场能量就被利用，在功率V1再次导通时，储能电容 C 能量经 L 、C 谐振，-部分能量经 C 反向储存，大部分能量会送给直流供电电源，提高了电源的利用率，在功率管 V 再-次关断时，C 反向存储电能向L-释放，既充分利用了C 的能量，又能大大降低功率管V1的电压上升率 du/dt，使功率管 V1工作更加可靠。经过上述改进，图3中功率管 V 在连续工作状态，与图 1中功率管V 相比，温度降低了2O℃左右。

4 结束语经反复实验，证明改进后的新型汽车油泵电子控制器具有以下优点：1)油泵供油状态和关闭状态分开调试，相互影响小，调试工艺简单，便于大批量生产；2)油泵电磁铁振幅大、油量大； 3)电磁铁线圈相对工作电流小，电源效率高；4)功率管发热量小，可靠性高，使用寿命长。新型汽车油泵电子控制器设计合理、性能卓越，具有应用推广的价值。