基于MC33810的四缸汽油機(jī)中的噴油及點(diǎn)火控制設(shè)計(jì)

在汽油機(jī)噴油與點(diǎn)火控制系統(tǒng)中，通常用大功率三極管或場(chǎng)效應(yīng)管及其輔助電路來產(chǎn)生較大的驅(qū)動(dòng)電流，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)噴油器和火花塞的驅(qū)動(dòng)。然而，對(duì)于四缸汽油發(fā)動(dòng)機(jī)而言，就必須分別有4個(gè)噴油器和火花塞驅(qū)動(dòng)電路與之對(duì)應(yīng)。這樣，驅(qū)動(dòng)電路體積較大，穩(wěn)定性相對(duì)較差，結(jié)構(gòu)也較為復(fù)雜。MC33810是Freescale公司推出的一款四缸汽油發(fā)動(dòng)機(jī)專用噴油和點(diǎn)火驅(qū)動(dòng)集成芯片，該芯片具有體積小、重量輕、集成度高、經(jīng)濟(jì)性好等特點(diǎn)[1]。

1 結(jié)構(gòu)原理

MC33810芯片內(nèi)部具有電源供電模塊、電源復(fù)位模塊、SPI串行輸入輸出接口模塊、并行控制輸入模塊、脈寬調(diào)制控制模塊、標(biāo)準(zhǔn)/最大線圈電流比較模塊、點(diǎn)火持續(xù)時(shí)間比較模塊、噴油器驅(qū)動(dòng)模塊和點(diǎn)火門控預(yù)驅(qū)動(dòng)模塊，能夠與汽油機(jī)ECU進(jìn)行SPI通信，接受ECU的并行控制，實(shí)現(xiàn)噴油與點(diǎn)火功能，同時(shí)能對(duì)點(diǎn)火電流和點(diǎn)火持續(xù)時(shí)間進(jìn)行反饋，防止損傷點(diǎn)火線圈,其內(nèi)部電路具有過壓、過流、過熱保護(hù)功能[2]。

2 應(yīng)用電路設(shè)計(jì)

2.1 ECU電源管理電路設(shè)計(jì)

MC33394是一款高性能的電源管理芯片，外部電源供電在+4 V～+26.5 V之間，非常適合給發(fā)動(dòng)機(jī)ECU供電。其內(nèi)部包含+5 V/+3.3 V/+2.6 V電壓調(diào)節(jié)器模塊，可直接輸出+5 V、+3.3 V和+2.6 V三種電壓。其應(yīng)用電路如圖1所示。

電池由外部電源供電，汽車上一般為+12 V～+14 V之間。VPRE口輸出電壓為+5.6 V，VDDH口輸出供電+5 V@100 mA，VPRE1、VPRE2和VPRE3口輸出供電+5 V@100 mA。VPP口可輸出供電+5 V@150 mA或+3.3 V@150 mA，可對(duì)外部Flash ROM進(jìn)行供電。VDD3_3口外接三極管，可形成+3.3 V@120 mA的供電能力。VDDL口外接2個(gè)三極管，形成+2.6 V@40 mA的供電能力[3]。因此，MC33394能完全滿足MPC564的電源管理及供電要求。

2.2 ECU系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

以MPC564為核心的ECU系統(tǒng)電路包括：電源供電電路、復(fù)位電路和晶振振蕩電路。電源供電電路主要由MC33394提供+5 V和+2.6 V電壓給MPC564，MPC564的電源接口有：VDDH1～VDDH8，接+5 V電源；VDD1～VDD13、QVDDL1～QVDDL15，接+2.6 V電源；GND1～GND105，接地。復(fù)位電路接口有：電源復(fù)位PORESET、硬件復(fù)位HRESET和軟件復(fù)位SRESET。由于它們都是低電平有效，所以采用傳統(tǒng)的電阻電容復(fù)位電路。晶振振蕩電路由晶振、電阻和電容組成。外部晶振選擇4 MHz、晶振反饋調(diào)節(jié)電阻選擇10 MΩ、電容選擇22 pF，則PLL鎖相環(huán)電路可產(chǎn)生40 MHz的內(nèi)部時(shí)鐘和20 MHz的系統(tǒng)時(shí)鐘[4]。其系統(tǒng)電路如圖2所示。


2.3 MC33810接口電路設(shè)計(jì)

MC33810芯片外部具有：一個(gè)串行輸入輸出口(SPI)，4個(gè)驅(qū)動(dòng)輸入口(DIN0～DIN3)、4個(gè)輸出口(OUT0～OUT3)，4個(gè)門控預(yù)驅(qū)動(dòng)輸入（GIN0～GIN3）、輸出口（GD0～GD3），4個(gè)反饋電壓檢測(cè)輸入口（FB0～FB3），一個(gè)點(diǎn)火線圈最大電流輸出標(biāo)志位（MAXI），一個(gè)點(diǎn)火線圈標(biāo)準(zhǔn)電流輸出標(biāo)志位（NOMI），一個(gè)電阻感應(yīng)正極端口（RSP）和一個(gè)電阻感應(yīng)負(fù)極端口（RSN）[2]。串行輸入輸出口主要用于發(fā)送和接收ECU的控制命令，可以直接與MPC564的SPI口直接相連。驅(qū)動(dòng)輸入、輸出口主要用于控制噴油器的開啟和關(guān)閉，輸入口與MPC564的普通I/O口相連，輸出口與噴油器相連。門控預(yù)驅(qū)動(dòng)輸入、輸出口主要用于控制功率管的開啟和關(guān)閉，從而控制火花塞的點(diǎn)火，因此輸入口仍然接MPC564的普通I/O口，而輸出口控制功率管的基極。這樣，噴油和點(diǎn)火控制指令既可以通過ECU發(fā)出SPI指令控制，也可以通過并行口直接控制。反饋電壓檢測(cè)口主要用于監(jiān)控點(diǎn)火時(shí)功率管的集電極端電壓，由兩個(gè)電阻進(jìn)行分壓，阻值比例約為9:1（可選擇36 kΩ和4.02 kΩ）。點(diǎn)火線圈最大電流輸出標(biāo)志位主要用于給ECU提供點(diǎn)火線圈最大電流輸出信號(hào)參考標(biāo)志。點(diǎn)火線圈標(biāo)準(zhǔn)電流輸出標(biāo)志位主要用于給ECU提供點(diǎn)火線圈標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)參考標(biāo)志，防止點(diǎn)火線圈因電流過大而損傷，因此可直接與MPC564的普通I/O口相連。電阻感應(yīng)正極端口和電阻感應(yīng)負(fù)極端口主要用于感應(yīng)通過其兩端的電阻電流的大小，這里放大倍數(shù)選擇1倍，電阻選擇0.04 Ω，如圖3所示。