基于MC33810的四缸汽油機中的噴油及點火控制設計

在汽油機噴油與點火控制系統(tǒng)中，通常用大功率三極管或場效應管及其輔助電路來產生較大的驅動電流，從而實現對噴油器和火花塞的驅動。然而，對于四缸汽油發(fā)動機而言，就必須分別有4個噴油器和火花塞驅動電路與之對應。這樣，驅動電路體積較大，穩(wěn)定性相對較差，結構也較為復雜。MC33810是Freescale公司推出的一款四缸汽油發(fā)動機專用噴油和點火驅動集成芯片，該芯片具有體積小、重量輕、集成度高、經濟性好等特點[1]。

1 結構原理

MC33810芯片內部具有電源供電模塊、電源復位模塊、SPI串行輸入輸出接口模塊、并行控制輸入模塊、脈寬調制控制模塊、標準/最大線圈電流比較模塊、點火持續(xù)時間比較模塊、噴油器驅動模塊和點火門控預驅動模塊，能夠與汽油機ECU進行SPI通信，接受ECU的并行控制，實現噴油與點火功能，同時能對點火電流和點火持續(xù)時間進行反饋，防止損傷點火線圈,其內部電路具有過壓、過流、過熱保護功能[2]。

2 應用電路設計

2.1 ECU電源管理電路設計

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)動機ECU供電。其內部包含+5 V/+3.3 V/+2.6 V電壓調節(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，可對外部Flash ROM進行供電。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)電路設計

以MPC564為核心的ECU系統(tǒng)電路包括：電源供電電路、復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。復位電路接口有：電源復位PORESET、硬件復位HRESET和軟件復位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、晶振反饋調節(jié)電阻選擇10 MΩ、電容選擇22 pF，則PLL鎖相環(huán)電路可產生40 MHz的內部時鐘和20 MHz的系統(tǒng)時鐘[4]。其系統(tǒng)電路如圖2所示。


2.3 MC33810接口電路設計

MC33810芯片外部具有：一個串行輸入輸出口(SPI)，4個驅動輸入口(DIN0～DIN3)、4個輸出口(OUT0～OUT3)，4個門控預驅動輸入（GIN0～GIN3）、輸出口（GD0～GD3），4個反饋電壓檢測輸入口（FB0～FB3），一個點火線圈最大電流輸出標志位（MAXI），一個點火線圈標準電流輸出標志位（NOMI），一個電阻感應正極端口（RSP）和一個電阻感應負極端口（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。驅動輸入、輸出口主要用于控制噴油器的開啟和關閉，輸入口與MPC564的普通I/O口相連，輸出口與噴油器相連。門控預驅動輸入、輸出口主要用于控制功率管的開啟和關閉，從而控制火花塞的點火，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。反饋電壓檢測口主要用于監(jiān)控點火時功率管的集電極端電壓，由兩個電阻進行分壓，阻值比例約為9:1（可選擇36 kΩ和4.02 kΩ）。點火線圈最大電流輸出標志位主要用于給ECU提供點火線圈最大電流輸出信號參考標志。點火線圈標準電流輸出標志位主要用于給ECU提供點火線圈標準電流信號參考標志，防止點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。電阻感應正極端口和電阻感應負極端口主要用于感應通過其兩端的電阻電流的大小，這里放大倍數選擇1倍，電阻選擇0.04 Ω，如圖3所示。