电磁阀测试台设计-电源模块

论文总字数：23017字

摘 要

为研制与测试汽车发动机中电磁阀的性能，设计一电磁阀力学特性测试系统，以测试电磁阀样件在不同的驱动电流与衔铁位置，所产生的电磁力。

因此，为实现测试系统中所需的电磁阀驱动电流，本文设计了一个恒流开关电源，该电源可以输出一幅值连续可调且持续时间约为0.6秒的电流。全文首先概括了开关电源的课题背景和研究现状。接着，根据设计要求，给出了系统的总体设计方案。文章的主体部分则详细地给出了该电源模块的整个电路设计方案。

此电源模块的设计过程中，采用基于瞬时值控制的恒流电源，具有电流纹波小、动态响应快、可靠性高等特点，为开关电源的发展作出微小的贡献。

关键词：电磁阀；开关电源；脉冲电流

Abstract

In order to develop and test the performance of the solenoid valve in the car engine, the test system for mechanical characteristics of solenoid valves is designed to test the electromagnetic force generated by the solenoid valve sample at different driving currents and positions of the armature.

Therefore, to achieve the solenoid valve's driving current required in the test system, a switching power supply for outputting constant current is designed, which can export a current with continuously adjustable amplitude and a duration of approximately 0.6 seconds. In this paper, firstly, the background and research status of switching power supply are summarized. And then, according to the design requirements, the overall design of system is proposed. The main part of this paper gives a detailed description of the whole circuit design of switching power supply.

In the design process of this switching power supply, a constant current power supply based on instantaneous value control is adopted, which has the characteristics of small current ripple, fast dynamic response and high reliability. It makes a small contribution to the development of switching power supply.

Key words: Solenoid valve；Switching power supply；Pulse current

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2目前开关电源的现状 1

1.3本课题的关键问题及解决办法 2

1.4本课题的成果及意义 3

第二章 电源模块的总体设计方案 4

2.1电源模块的设计要求 4

2.2总体电路设计 4

2.3输出电流的稳定措施 5

2.4抗干扰措施 5

2.5电气隔离与保护措施 5

第三章 主电路与控制电路的细化设计 7

3.1逆变电路 7

3.2电流采样方法 9

3.2.1普通电流互感器 9

3.2.2霍尔效应 10

3.2.3磁平衡式霍尔传感器 10

3.3电流转换缓冲电路 11

3.4比较控制电路 13

3.5消除振荡的并联单稳态电路 15

第四章 外围电路设计 17

4.1上位机的接口、校准与整定 17

4.2内置辅助信号源 18

4.3时限保护电路 19

4.4全电路的电气隔离 21

4.4.1主电路的电源与电流反馈控制电路电源的隔离 21

4.4.2控制电路与主电路的隔离 22

结 论 23

参考文献 24

致 谢 25

第一章 绪论

1.1引言

电磁阀通常被用来控制液体、气体等可流动性物质的通断，可以配合不同的电路来实现预期的控制，而控制的精度和灵活性都能够保证。不仅可以把电磁阀应用在各种燃油机的喷油嘴中，还可以应用在智能控制领域和无线控制技术。电磁阀的电磁机构，包括了铁芯、衔铁、线圈。只要在线圈里通入一定的电流，由于电磁效应，衔铁会在电磁力的吸引下克服外力作用吸向铁芯，从而达到控制阀体的目的；当线圈断电后，电磁力消失，在复位弹簧的作用下铁芯带动阀体回到原来的位置。不仅可以把电磁阀应用在各种燃油机的喷油嘴中，还可以应用在智能控制领域和无线控制技术。

本课题所面向的对象是在汽车发动机的高速电磁阀，它是燃油机的电控喷油系统中关键元件，通过电磁阀线圈中产生的电磁力大小、持续时间，来控制阀体的位移和复位情况，使喷油时间长短、次数、油量达到预期效果，以满足不同工况下供油需求。为使喷油时间和喷油量能准确地控制，电磁阀的吸合和释放过程要非常快，这意味着电磁阀需要在很短的时间内产生一个很大的电磁力。因此，为实现电磁阀的精准控制，除了电磁阀自身的结构、材质等要求以外，还要有一驱动电流流经电磁阀线圈，以产生电磁力；而且该电流大小连续可调，小至几安培，大至几十安培，即电磁阀的驱动电源为一恒流的开关电源。同时，对于高速电磁阀来说，总是希望该恒流源具有精度高、动态响应快、可靠性高、输出易调节等特点。

1.2目前开关电源的现状

凡用半导体功率器件作为开关的，将一种电源形态转变为另一种形态的主电路都叫做开关变换器电路；转变时用自动控制闭环稳定输出并有保护环节则称为开关电源。开关电源主要组成部分是DC-DC变换器，因为它是转换的核心，涉及频率变换。^[1]随着许多电器具尺寸不断减小，供电电源所占尺寸变得大得多，人们在降低开关电源的体积、重量方面做了不少工作。推动着开关电源发展的主要技术有：功率半导体器件、软开关技术、控制技术、有源功率因数校正技术、高频磁元件、饱和电感的应用等等；当下开关电源技术的发展方向：高频磁技术、新型电容、高频开关电源的电磁兼容技术、开关电源的设计测试技术、低电压大电流的开关电源模块等等。

当下，最常见的开关电源往往是稳压型的开关电源，主要组成部分是DC-DC变换器，从输入与输出之间是否有变压器隔离，可分为有隔离、无隔离两类。每一类中又有六种拓扑：Buck、Boost、Buck-Boost、Ćuk、Sepic和Zeat；按激励形式又有自激和他激两种。为了获得所需的输出电压值，往往采用在某一固定频率下改变功率开关元件的占空比的办法，称脉宽调制法(Pulse Width Modulation，简称PWM)。按这种控制方法构组线路，已有许多相应的集成芯片可供开关电源设计使用，例如电流控制型的UC1846和电压控制型的SG2524等等。

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