中北大學機械與動力工程學院 陳林 董小瑞 王艷華

TLC2543在噴油器驅(qū)動控制反饋電路中的應(yīng)用

中北大學機械與動力工程學院 陳林 董小瑞 王艷華

針對噴油器驅(qū)動控制電路設(shè)計了電流檢測反饋模塊，對該模塊電路結(jié)構(gòu)進行了整體分析，并重點闡述了TLC2543模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的特點、時序特性及其在電流檢測模塊電路中的應(yīng)用，并編寫了該芯片的控制程序，用于電流采樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換，反饋給控制器控制噴油器驅(qū)動電路工作和噴油器工況檢測。

驅(qū)動控制電路；TLC2543芯片；電流檢測；噴油器

發(fā)動機缸內(nèi)直噴技術(shù)能夠有效的實現(xiàn)節(jié)能減排，70年代美國Texaco的 TCCS系統(tǒng)和 Ford的PROCO系統(tǒng)就已經(jīng)開始采用汽油機缸內(nèi)直噴工作方式[1,2]。噴油器作為實現(xiàn)發(fā)動機缸內(nèi)直噴技術(shù)的關(guān)鍵部件，其良好的動態(tài)響應(yīng)性能對于提高發(fā)動機的動力性、燃油經(jīng)濟性和降低有害氣體排放具有至關(guān)重要的作用。

1 引言

噴油器驅(qū)動控制電路主要采用電流驅(qū)動，其理想驅(qū)動電流波形如圖1所示：

為了實現(xiàn)對噴油器驅(qū)動電流波形的控制，噴油器驅(qū)動電路一般采用基于電流反饋的PWM控制，其中電流檢測電路串聯(lián)于噴油器驅(qū)動控制電路中。

圖1 電磁閥理想電流模型[3]

2 基于TLC2543的噴油器電流檢測電路模塊

2.1 噴油器電流檢測模塊組成

噴油器電流檢測模塊如圖2所示：

圖2 電流檢測模塊

通過噴油器電磁閥的電流流過串聯(lián)于噴油器驅(qū)動控制電路中的傳感器后，電流傳感器將電流信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，隨后經(jīng)過濾波、放大，通過A/D轉(zhuǎn)換器將模擬量轉(zhuǎn)換為ECU可以處理的數(shù)字量送給ECU進行處理，其中A/D轉(zhuǎn)換模塊采用TLC2543芯片。

2.2 TLC2543芯片特點

TLC2543是美國TI公司的12位模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，其具有11路模擬輸入量，串行輸出，可編程為雙極性輸出或單極性輸出，輸出數(shù)據(jù)長度可根據(jù)需要編程為8、12或16位。TLC2543DB、DW或N封裝的引腳排列如圖3所示：

圖3 DB、DW或N封裝

芯片為20引腳封裝，其中AIN0-AIN10為模擬量輸入通道。CS為片選端，在由高變低時，內(nèi)部計數(shù)器復(fù)位；由低變高時，在設(shè)定時間內(nèi)禁止DATAINPUT和I/O CLOCK。DATAINPUT為控制字串行數(shù)據(jù)輸入端，DATAOUT為三態(tài)串行輸出端，當片選信號為1時，處于高阻狀態(tài)，為0時處于激活狀態(tài)；EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號端子，GND為接地端，I/OCLOCK為時鐘輸入端，在前8個上升沿，DATAINPUT串行輸入的8位數(shù)據(jù)存入輸入數(shù)據(jù)寄存器，并在第四個下降沿，被選通的模擬輸入電壓開始向電容器充電，直到時鐘的最后一個下降沿為止；與此同時，將前一次轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)結(jié)果輸出到DATAOUT端，在下降沿時輸出信號開始變化。REF+為正電壓基準端，最大的輸入電壓范圍由加于本端與REF-端的電壓差決定；REF-為負基準電壓端，基準電壓的低端（通常為被加到REF-）；VCC為輸入電源。

2.3 TLC2543控制字及時序圖

TLC2543控制字為一個字節(jié)，其中高四位D7-D4決定了被選擇的通道號；控制字的第三位和第二位（D3、D2）決定輸出數(shù)據(jù)長度為8、12（標準長度）或 16位；D1為 0時，最高位在前，為1時，最低位在前；D0為0時，表示輸出數(shù)據(jù)為單極性，為1時表示輸出數(shù)據(jù)為雙極性。

圖4 接口時序圖

TLC2543工作時序如圖4所示，由時序圖可以看出，在片選信號下降沿時，上次模數(shù)轉(zhuǎn)化結(jié)束時最高位數(shù)據(jù)被輸出，隨后在每一個時鐘下降沿串行輸出數(shù)據(jù)有效，可以被控制器串行讀入；在I/O CLOCK前8個時鐘周期的上升沿時，TLC2543控制字被串行寫入控制寄存器內(nèi)，其中TLC2543在第四個時鐘下降沿開始采樣，并持續(xù)到設(shè)定的最后一個時鐘，在最后一個時鐘下降并經(jīng)過一段時間延遲后，EOC變?yōu)榈碗娖?。采樣周期結(jié)束，開始模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)束后EOC變?yōu)楦唠娖?，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)被存到輸出數(shù)據(jù)寄存器，同時EOC上升沿使TLC2543回到就緒狀態(tài)，以便開始下一周期。

2.4 TLC2543與微處理器ECU接口電路及C51程序

在噴油器驅(qū)動電路中，微處理器采用51系列單片機STC89C52，TLC2543與AT89C52接口電路如圖5所示。

圖5 TLC2543與微處理器ECU接口電路

基于STC89C52的TLC2543控制模塊程序如下子程序清單所示：

3 結(jié)論

TLC2543具有11路模擬輸入通道，串行輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，可以極大節(jié)約控制器端口資源，轉(zhuǎn)換速率快、精度高、性能優(yōu)良，可以很好地應(yīng)用于噴油器驅(qū)動控制反饋電路中，檢測電流大小并實時反饋給控制器，對噴油器電磁閥的電流進行控制，使噴油器電磁閥快速響應(yīng)以適應(yīng)發(fā)動機各個工況，與此同時通過檢測噴油器電流大小，可以反映噴油器是否工作于正常狀態(tài)，以用于噴油器工況的檢測。

[1]Zhao Fuquan,Lai Mingchai,David L Harringt- on. A Review of Mixture Preparation and Combustion Control Strategies for Spark-I- gnited DirectInjection Gasoline Engines [C].SAE Paper 970627,1997.

[2]Carlos Queiroz,Eduardo Tomanik. Gasoline Direct Injection Engines a Bibliographical Review [C]. SAE Paper 973113,1997.

[3]項占琴，呂福在.高速強力電磁閥在柴油機電噴系統(tǒng)中的應(yīng)用研究.內(nèi)燃機工程，2000，21（3）:7～13

陳林，男，在讀碩士，車輛工程專業(yè)。