TLC2543在噴油器驅(qū)動(dòng)控制反饋電路中的應(yīng)用

中北大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院 陳林 董小瑞 王艷華

TLC2543在噴油器驅(qū)動(dòng)控制反饋電路中的應(yīng)用

中北大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院 陳林 董小瑞 王艷華

針對(duì)噴油器驅(qū)動(dòng)控制電路設(shè)計(jì)了電流檢測(cè)反饋模塊，對(duì)該模塊電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行了整體分析，并重點(diǎn)闡述了TLC2543模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的特點(diǎn)、時(shí)序特性及其在電流檢測(cè)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(dòng)電路工作和噴油器工況檢測(cè)。

驅(qū)動(dòng)控制電路；TLC2543芯片；電流檢測(cè)；噴油器

發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)直噴技術(shù)能夠有效的實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，70年代美國(guó)Texaco的 TCCS系統(tǒng)和 Ford的PROCO系統(tǒng)就已經(jīng)開始采用汽油機(jī)缸內(nèi)直噴工作方式[1,2]。噴油器作為實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)直噴技術(shù)的關(guān)鍵部件，其良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能對(duì)于提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)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(dòng)控制電路主要采用電流驅(qū)動(dòng)，其理想驅(qū)動(dòng)電流波形如圖1所示：

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)噴油器驅(qū)動(dòng)電流波形的控制，噴油器驅(qū)動(dòng)電路一般采用基于電流反饋的PWM控制，其中電流檢測(cè)電路串聯(lián)于噴油器驅(qū)動(dòng)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(cè)電路模塊

2.1 噴油器電流檢測(cè)模塊組成

噴油器電流檢測(cè)模塊如圖2所示：

圖2 電流檢測(cè)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(dòng)控制電路中的傳感器后，電流傳感器將電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，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(jìn)行處理，其中A/D轉(zhuǎn)換模塊采用TLC2543芯片。

2.2 TLC2543芯片特點(diǎn)

TLC2543是美國(guó)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(zhǎng)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(shí)，內(nèi)部計(jì)數(shù)器復(fù)位；由低變高時(shí)，在設(shè)定時(shí)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(dāng)片選信號(hào)為1時(shí)，處于高阻狀態(tài)，為0時(shí)處于激活狀態(tài)；EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)端子，GND為接地端，I/OCLOCK為時(shí)鐘輸入端，在前8個(gè)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(gè)下降沿，被選通的模擬輸入電壓開始向電容器充電，直到時(shí)鐘的最后一個(gè)下降沿為止；與此同時(shí)，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(shí)輸出信號(hào)開始變化。REF+為正電壓基準(zhǔn)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(fù)基準(zhǔn)電壓端，基準(zhǔn)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(shí)序圖

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

圖4 接口時(shí)序圖

TLC2543工作時(shí)序如圖4所示，由時(shí)序圖可以看出，在片選信號(hào)下降沿時(shí)，上次模數(shù)轉(zhuǎn)化結(jié)束時(shí)最高位數(shù)據(jù)被輸出，隨后在每一個(gè)時(shí)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(gè)時(shí)鐘周期的上升沿時(shí)，TLC2543控制字被串行寫入控制寄存器內(nèi)，其中TLC2543在第四個(gè)時(shí)鐘下降沿開始采樣，并持續(xù)到設(shè)定的最后一個(gè)時(shí)鐘，在最后一個(gè)時(shí)鐘下降并經(jīng)過一段時(shí)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(shí)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(dòng)電路中，微處理器采用51系列單片機(jī)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(dòng)控制反饋電路中，檢測(cè)電流大小并實(shí)時(shí)反饋給控制器，對(duì)噴油器電磁閥的電流進(jìn)行控制，使噴油器電磁閥快速響應(yīng)以適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)工況，與此同時(shí)通過檢測(cè)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(cè)。

[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(xiàng)占琴，呂福在.高速?gòu)?qiáng)力電磁閥在柴油機(jī)電噴系統(tǒng)中的應(yīng)用研究.內(nèi)燃機(jī)工程，2000，21（3）:7～13

陳林，男，在讀碩士，車輛工程專業(yè)。