基于MC33810的四缸汽油机中的喷油及点火控制设计

在汽油机喷油与点火控制系统中，通常用大功率三极管或场效应管及其辅助电路来产生较大的驱动电流，从而实现对喷油器和火花塞的驱动。然而，对于四缸汽油发动机而言，就必须分别有4个喷油器和火花塞驱动电路与之对应。这样，驱动电路体积较大，稳定性相对较差，结构也较为复杂。MC33810是Freescale公司推出的一款四缸汽油发动机专用喷油和点火驱动集成芯片，该芯片具有体积小、重量轻、集成度高、经济性好等特点[1]。

1 结构原理

MC33810芯片内部具有电源供电模块、电源复位模块、SPI串行输入输出接口模块、并行控制输入模块、脉宽调制控制模块、标准/最大线圈电流比较模块、点火持续时间比较模块、喷油器驱动模块和点火门控预驱动模块，能够与汽油机ECU进行SPI通信，接受ECU的并行控制，实现喷油与点火功能，同时能对点火电流和点火持续时间进行反馈，防止损伤点火线圈,其内部电路具有过压、过流、过热保护功能[2]。

2 应用电路设计

2.1 ECU电源管理电路设计

MC33394是一款高性能的电源管理芯片，外部电源供电在+4 V～+26.5 V之间，非常适合给发动机ECU供电。其内部包含+5 V/+3.3 V/+2.6 V电压调节器模块，可直接输出+5 V、+3.3 V和+2.6 V三种电压。其应用电路如图1所示。

电池由外部电源供电，汽车上一般为+12 V～+14 V之间。VPRE口输出电压为+5.6 V，VDDH口输出供电+5 V@100 mA，VPRE1、VPRE2和VPRE3口输出供电+5 V@100 mA。VPP口可输出供电+5 V@150 mA或+3.3 V@150 mA，可对外部Flash ROM进行供电。VDD3_3口外接三极管，可形成+3.3 V@120 mA的供电能力。VDDL口外接2个三极管，形成+2.6 V@40 mA的供电能力[3]。因此，MC33394能完全满足MPC564的电源管理及供电要求。

2.2 ECU系统电路设计

以MPC564为核心的ECU系统电路包括：电源供电电路、复位电路和晶振振荡电路。电源供电电路主要由MC33394提供+5 V和+2.6 V电压给MPC564，MPC564的电源接口有：VDDH1～VDDH8，接+5 V电源；VDD1～VDD13、QVDDL1～QVDDL15，接+2.6 V电源；GND1～GND105，接地。复位电路接口有：电源复位PORESET、硬件复位HRESET和软件复位SRESET。由于它们都是低电平有效，所以采用传统的电阻电容复位电路。晶振振荡电路由晶振、电阻和电容组成。外部晶振选择4 MHz、晶振反馈调节电阻选择10 MΩ、电容选择22 pF，则PLL锁相环电路可产生40 MHz的内部时钟和20 MHz的系统时钟[4]。其系统电路如图2所示。


2.3 MC33810接口电路设计

MC33810芯片外部具有：一个串行输入输出口(SPI)，4个驱动输入口(DIN0～DIN3)、4个输出口(OUT0～OUT3)，4个门控预驱动输入（GIN0～GIN3）、输出口（GD0～GD3），4个反馈电压检测输入口（FB0～FB3），一个点火线圈最大电流输出标志位（MAXI），一个点火线圈标准电流输出标志位（NOMI），一个电阻感应正极端口（RSP）和一个电阻感应负极端口（RSN）[2]。串行输入输出口主要用于发送和接收ECU的控制命令，可以直接与MPC564的SPI口直接相连。驱动输入、输出口主要用于控制喷油器的开启和关闭，输入口与MPC564的普通I/O口相连，输出口与喷油器相连。门控预驱动输入、输出口主要用于控制功率管的开启和关闭，从而控制火花塞的点火，因此输入口仍然接MPC564的普通I/O口，而输出口控制功率管的基极。这样，喷油和点火控制指令既可以通过ECU发出SPI指令控制，也可以通过并行口直接控制。反馈电压检测口主要用于监控点火时功率管的集电极端电压，由两个电阻进行分压，阻值比例约为9:1（可选择36 kΩ和4.02 kΩ）。点火线圈最大电流输出标志位主要用于给ECU提供点火线圈最大电流输出信号参考标志。点火线圈标准电流输出标志位主要用于给ECU提供点火线圈标准电流信号参考标志，防止点火线圈因电流过大而损伤，因此可直接与MPC564的普通I/O口相连。电阻感应正极端口和电阻感应负极端口主要用于感应通过其两端的电阻电流的大小，这里放大倍数选择1倍，电阻选择0.04 Ω，如图3所示。