專利名稱：具有旁路和能量回饋電路的電磁流量計(jì)高低壓切換勵(lì)磁系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及流量檢測(cè)領(lǐng)域，為一種采用高低壓進(jìn)行勵(lì)磁的電磁流量計(jì)，特別是一種以高低壓切換為核心，邏輯切換電路、恒流電路與旁路電路相結(jié)合，并輔以能量回饋電路、電源監(jiān)測(cè)電路、能量泄放電路和勵(lì)磁控制電路的高低壓勵(lì)磁系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電磁流量計(jì)主要通過(guò)勵(lì)磁電路給傳感器中的勵(lì)磁線圈提供勵(lì)磁電流以產(chǎn)生一定強(qiáng)度的磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)的方向與傳感器中流體流動(dòng)的方向垂直，當(dāng)有一定速度的導(dǎo)電流體流過(guò)該磁場(chǎng)分布的區(qū)域時(shí)，將在該導(dǎo)電流體的兩側(cè)感生出一定強(qiáng)度的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，該電動(dòng)勢(shì)幅值的大小在磁場(chǎng)恒定時(shí)與流速成正比。通過(guò)對(duì)該感生電動(dòng)勢(shì)進(jìn)行檢測(cè)與處理，可以解調(diào)出流體的流速。現(xiàn)階段，勵(lì)磁方式主要采用低頻方波勵(lì)磁，即讓勵(lì)磁線圈中的電流以一定的頻率在零電流值的正負(fù)兩邊進(jìn)行交替變換，從而獲得一個(gè)響應(yīng)該勵(lì)磁電流變化的勵(lì)磁磁場(chǎng)。由于勵(lì)磁線圈是感性負(fù)載，線圈中的勵(lì)磁電流并不能突變。當(dāng)勵(lì)磁方向切換時(shí)需要經(jīng)歷一個(gè)過(guò)渡過(guò)程，即勵(lì)磁電流從位于零電流值的一端向另一端過(guò)渡，并最終到達(dá)一個(gè)恒定的勵(lì)磁電流值，稱該過(guò)渡過(guò)程為勵(lì)磁電流穩(wěn)態(tài)的建立時(shí)間。為了獲得一個(gè)穩(wěn)定的零點(diǎn)，僅對(duì)勵(lì)磁電流恒定的時(shí)間段內(nèi)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。對(duì)于不同電感值的勵(lì)磁線圈，勵(lì)磁電流穩(wěn)態(tài)的建立時(shí)間長(zhǎng)短有所不同，線圈的電感值愈大，建立時(shí)間愈長(zhǎng)，穩(wěn)態(tài)時(shí)間愈短；相反，電感值愈小，建立時(shí)間愈短，穩(wěn)態(tài)時(shí)間愈長(zhǎng)。然而，為了對(duì)漿液流體進(jìn)行測(cè)量，消除低頻漿液噪聲干擾，需要提高勵(lì)磁頻率。對(duì)于電感值小的勵(lì)磁線圈，在提高勵(lì)磁頻率后，仍可獲得一個(gè)穩(wěn)態(tài)時(shí)間，但是，相對(duì)于勵(lì)磁頻率低時(shí)的穩(wěn)態(tài)時(shí)間就變短了 ；而對(duì)于電感值大的勵(lì)磁線圈， 提高勵(lì)磁頻率后，由于勵(lì)磁電流穩(wěn)態(tài)建立時(shí)間長(zhǎng)，所以此時(shí)出現(xiàn)勵(lì)磁進(jìn)入不了穩(wěn)態(tài)的情況， 這就無(wú)法進(jìn)行測(cè)量。中國(guó)發(fā)明專利公布了基于高低壓電源切換的電磁流量計(jì)勵(lì)磁控制系統(tǒng)(徐科軍， 楊雙龍，王剛等，基于高低壓電源切換的電磁流量計(jì)勵(lì)磁控制系統(tǒng)，申請(qǐng)?zhí)?00910251461， 申請(qǐng)日2009. 12.23)。這種勵(lì)磁控制系統(tǒng)由高低壓電源、電源切換電路、恒流控制電路、勵(lì)磁線圈驅(qū)動(dòng)電路、檢流電路和勵(lì)磁時(shí)序產(chǎn)生電路。勵(lì)磁工作電源由高壓電源和低壓電源通過(guò)電源切換電路根據(jù)勵(lì)磁電流響應(yīng)情況切換分時(shí)提供以加快方波勵(lì)磁電流響應(yīng)速度和提高電源利用效率；恒流控制電路向勵(lì)磁線圈驅(qū)動(dòng)電路供電以使勵(lì)磁電流穩(wěn)態(tài)值恒定；勵(lì)磁線圈驅(qū)動(dòng)電路供電以使勵(lì)磁電流穩(wěn)態(tài)值恒定；勵(lì)磁線圈驅(qū)動(dòng)電路由H橋及其控制電路組成以實(shí)現(xiàn)方波勵(lì)磁；檢流電路跨接在H橋低端與參考地之間；勵(lì)磁時(shí)序產(chǎn)生電路主要由用于電磁流量計(jì)信號(hào)處理的處理核心MCU等組成。該勵(lì)磁控制系統(tǒng)能在保證電磁流量計(jì)零點(diǎn)穩(wěn)定的情況下顯著提高勵(lì)磁頻率范圍、降低電路能耗、提高電源利用效率，以適用于漿液流體的精確測(cè)量。但是，這種電磁流量計(jì)勵(lì)磁控制系統(tǒng)還存在以下不足(1)恒流控制電路由于達(dá)林頓管與接在其基極的三極管的參數(shù)分布特性不好，使得在具體實(shí)現(xiàn)的時(shí)候，難以進(jìn)行恒流控制；(2)采用普通的比較電路對(duì)電源切換電路進(jìn)行控制，在具體實(shí)現(xiàn)的時(shí)候，由于環(huán)境中普遍存在噪聲干擾，該噪聲信號(hào)疊加在檢流電阻的輸出信號(hào)上，使得電源切換電路頻繁地在高壓與低壓之間切換，輸出的勵(lì)磁電流不穩(wěn)定。(3)在電路中，使用穩(wěn)壓二極管將線圈中存儲(chǔ)的能量以熱能的形式消耗掉，不利于減小系統(tǒng)的功耗與發(fā)熱情況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要為了解決已經(jīng)申請(qǐng)專利中存在的一些關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，以提供一種便于恒流控制、對(duì)于大電感性傳感器，通過(guò)引入旁路電路，可以加快勵(lì)磁電流的響應(yīng)速度、電源利用效率更高、勵(lì)磁頻率精確、系統(tǒng)故障時(shí)能夠及時(shí)做出保護(hù)動(dòng)作的電磁流量計(jì)勵(lì)磁系統(tǒng)。本發(fā)明改進(jìn)的關(guān)鍵技術(shù)在于旁路電路、能量回饋電路、恒流電源、勵(lì)磁系統(tǒng)的邏輯切換電路、電源監(jiān)測(cè)與能量泄放、勵(lì)磁控制電路部分，通過(guò)以上改進(jìn)，可以提高電源的利用效率、對(duì)于大電感性負(fù)載可以加快電流的響應(yīng)速度、拓寬了勵(lì)磁頻率范圍、電路故障時(shí)可以提供保護(hù)。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是由高壓電源和低壓電源共同組成勵(lì)磁電源，高壓勵(lì)磁用以減小在勵(lì)磁方向切換后勵(lì)磁電流反向變化所用的過(guò)渡時(shí)間。低壓勵(lì)磁用以維持恒流勵(lì)磁，并且減小恒流電源的功耗。且低壓電源采用直流-直流變換電源(DC-DC)，其輸出電壓可調(diào)，便于適應(yīng)不同口徑的傳感器；邏輯切換電路根據(jù)勵(lì)磁電流的大小與遲滯比較電路設(shè)置的閾值上限進(jìn)行比較，做出邏輯判斷，控制高低壓切換電路與旁路電路的通斷；恒流電路采用線性穩(wěn)壓芯片構(gòu)成恒流源，對(duì)H橋勵(lì)磁電路進(jìn)行勵(lì)磁，勵(lì)磁電流精準(zhǔn)可靠，溫度特性好，且響應(yīng)速度快；旁路電路起到對(duì)恒流電路輔助勵(lì)磁的效果，它的引入，優(yōu)化了恒流芯片的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能，允許勵(lì)磁電流出現(xiàn)大的超調(diào)，從而減小了勵(lì)磁電流進(jìn)入穩(wěn)態(tài)的時(shí)間；勵(lì)磁電流進(jìn)入線圈在上半個(gè)勵(lì)磁周期存儲(chǔ)的能量回饋到電路中被能量回饋電路儲(chǔ)存，并在下半個(gè)勵(lì)磁周期與高壓電源一同對(duì)勵(lì)磁電路進(jìn)行勵(lì)磁，提高了電源的使用效率，降低了系統(tǒng)的發(fā)熱；電源監(jiān)測(cè)電路從硬件上實(shí)現(xiàn)了在系統(tǒng)斷電時(shí)，及時(shí)關(guān)斷勵(lì)磁時(shí)序信號(hào)，起到失壓保護(hù)的功能，減少了開(kāi)關(guān)管的損耗。與此同時(shí)打開(kāi)能量泄放電路，將能量回饋電路中存儲(chǔ)的能量快速泄放掉，避免危險(xiǎn)。在系統(tǒng)上電時(shí)關(guān)閉泄放電路，減小不必要的電能損耗；勵(lì)磁控制電路采用數(shù)字處理器(DSP)的外設(shè)脈沖寬度調(diào)制(PWM)模塊，發(fā)出精準(zhǔn)的勵(lì)磁時(shí)序，經(jīng)由帶使能端的三態(tài)緩沖器送至高速光耦進(jìn)行電平匹配，實(shí)現(xiàn)了模擬高壓部分與低壓數(shù)字部分的隔離，保證了系統(tǒng)的可靠性。H橋勵(lì)磁驅(qū)動(dòng)電路與檢流電路在結(jié)構(gòu)上同發(fā)明專利《基于高低壓電源切換的電磁流量計(jì)勵(lì)磁控制系統(tǒng)》中的勵(lì)磁線圈驅(qū)動(dòng)電路，在該電路中，H橋高端橋臂采用電流控制器件PNP管最為開(kāi)關(guān)管，低端采用壓控器件MOS管作為開(kāi)關(guān)管，勵(lì)磁過(guò)程中實(shí)行H橋?qū)情_(kāi)關(guān)器件聯(lián)動(dòng)控制，從而保證在勵(lì)磁的各個(gè)階段中檢流電阻監(jiān)測(cè)勵(lì)磁電流的準(zhǔn)確性，H橋的開(kāi)關(guān)控制電路由達(dá)林頓陣列管與三極管及電阻實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明在其基礎(chǔ)上更換采用高耐壓值的達(dá)林頓管與MOS管，且控制達(dá)林頓管通斷的器件更改為高耐壓值的MOS管， 進(jìn)一步降低了電路的功耗。檢流電路由低阻值檢流電阻組成，位于H橋低端以準(zhǔn)確檢測(cè)勵(lì)磁電流，同時(shí)保證H橋低端的穩(wěn)定性。


圖1是具有旁路和能量回饋電路的勵(lì)磁系統(tǒng)框圖。圖2是可調(diào)低壓源電路。
圖3是具有旁路和能量回饋電路的勵(lì)磁電路圖。圖4是邏輯切換基準(zhǔn)電路圖。圖5是H橋勵(lì)磁電路圖。圖6是勵(lì)磁時(shí)序控制電路圖。圖7是電源監(jiān)測(cè)泄放電路圖。圖8是電源監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)電路圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。本發(fā)明的設(shè)計(jì)思想是采用高低壓切換進(jìn)行勵(lì)磁的方法可以加快傳感器中勵(lì)磁電流進(jìn)入穩(wěn)態(tài)的響應(yīng)速度，但采用三極管搭建恒流控制電路不利于實(shí)現(xiàn)，所以改換為恒流芯片進(jìn)行恒流勵(lì)磁。采用恒流芯片這種方法可以應(yīng)用于電感值較小的傳感器線圈，但是，對(duì)于電感值較大的傳感器線圈，這種勵(lì)磁方法提高響應(yīng)速度的效果不明顯，無(wú)法進(jìn)一步提高勵(lì)磁頻率，所以，引入了旁路電路。采用旁路電路后，可以明顯提高響應(yīng)速度，減小響應(yīng)時(shí)間， 這便于勵(lì)磁頻率的進(jìn)一步提高。對(duì)于傳感器中存儲(chǔ)的能量，這里采用能量回饋電路，將這部分能量吸收，再在后半個(gè)勵(lì)磁周期作用在高壓電源上，一同進(jìn)行勵(lì)磁，實(shí)現(xiàn)了能量的二次利用。在電路中加入了保護(hù)電路，避免了可能遇到的故障問(wèn)題。為了避免潛在的危險(xiǎn)，將高壓勵(lì)磁部分與低壓勵(lì)磁控制部分進(jìn)行隔離，這里采用高速光耦，避免了勵(lì)磁時(shí)序的延時(shí)。本發(fā)明勵(lì)磁系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。有以下幾部分組成高低壓電源1、高低壓切換電路2、邏輯切換保護(hù)電路3、旁路電路4、恒流電路5、勵(lì)磁控制電路6、檢流電阻7、 電源檢測(cè)8、能量泄放電路9及能量回饋電路10。本發(fā)明系統(tǒng)的工作過(guò)程為當(dāng)檢流電阻上檢測(cè)到的實(shí)際勵(lì)磁電流小于邏輯切換電路中設(shè)定的勵(lì)磁電流閾值時(shí)，邏輯切換電路發(fā)出導(dǎo)通信號(hào)給高低壓切換電路，使得高壓勵(lì)磁電路導(dǎo)通；邏輯切換電路同時(shí)發(fā)出導(dǎo)通信號(hào)給旁路電路，此時(shí)，旁路電路對(duì)恒流電路進(jìn)行旁路，H橋勵(lì)磁電路通過(guò)接在高壓源上的旁路電路對(duì)H橋勵(lì)磁電路進(jìn)行高壓勵(lì)磁，這一過(guò)程有效地加快的傳感器中勵(lì)磁電流的響應(yīng)速度；勵(lì)磁控制電路發(fā)出一定頻率的勵(lì)磁信號(hào)使得 H橋?qū)Ρ勐?lián)動(dòng)分時(shí)導(dǎo)通，從而對(duì)線圈進(jìn)行勵(lì)磁。當(dāng)檢流電阻上檢測(cè)到的實(shí)際電流大于邏輯切換電路中設(shè)定的勵(lì)磁電流閾值時(shí)，邏輯切換電路發(fā)出切換信號(hào)給高低壓切換電路，使得高壓勵(lì)磁電路關(guān)斷；邏輯切換電路同時(shí)發(fā)出關(guān)斷信號(hào)給旁路電路，此時(shí)旁路電路不對(duì)恒流電路進(jìn)行旁路，H橋勵(lì)磁電路通過(guò)接在低壓源上的恒流電路進(jìn)行恒流勵(lì)磁，這一動(dòng)作有效地降低了系統(tǒng)的功耗，從而使得系統(tǒng)的工作溫度得到降低；勵(lì)磁控制電路發(fā)出一定頻率的勵(lì)磁信號(hào)使得H橋?qū)Ρ勐?lián)動(dòng)分時(shí)導(dǎo)通，從而對(duì)線圈進(jìn)行勵(lì)磁。采用上述工作方法對(duì)大電感值勵(lì)磁線圈進(jìn)行勵(lì)磁，可以明顯地提高響應(yīng)速度、降低系統(tǒng)的功耗。下面根據(jù)系統(tǒng)的工作過(guò)程，配合系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)布局，結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。系統(tǒng)的高壓勵(lì)磁電源采用系統(tǒng)電源中自帶的高壓進(jìn)行供電。低壓勵(lì)磁電源使用降壓型DC-DC進(jìn)行降壓后的電源，該輸出電源可以調(diào)節(jié)，如圖2。由于不同口徑的傳感器其內(nèi)部的阻抗并不相同，在勵(lì)磁電流不變的情況下，接在不同口徑的勵(lì)磁線圈上，恒流電路的兩端的壓差會(huì)有差異，壓差大，則發(fā)熱厲害；壓差小，則不能正常工作，所以將低壓電源設(shè)置為可調(diào)節(jié)，便于選取最佳工作電壓，降低系統(tǒng)發(fā)熱，同樣便于適應(yīng)不同規(guī)格的傳感器。如圖2所示，可調(diào)低壓源電路包括DC-DC芯片Ul，保險(xiǎn)絲Fl，二極管D2，D3，肖特基二極管D4，電容 C1、C5、C9、C10、C11、C12、C14，電阻 R4，R5、R7，R8, R9，可調(diào)電阻 R6, LED 燈 DS1。C9、C10 為輸入濾波電容，ClU C12為輸出濾波電容，R4、R6相串后與R9的比值確定了降壓型DC-DC 的輸出電壓。通過(guò)調(diào)節(jié)R6即可獲得所需電壓ADJ。在具有旁路和能量回饋電路的勵(lì)磁電路圖中，包括了高低壓切換電路、邏輯切換電路、旁路電路、恒流電路、能量回饋電路，如圖3。檢流電阻上獲得的信號(hào)CUR與遲滯比較電路中設(shè)定的比較閾值Vrefl進(jìn)行比較，該閾值由電阻R31與R32進(jìn)行設(shè)置。當(dāng)OTtKVrefl 的上限時(shí)，比較器U12A的輸出為高電平，經(jīng)過(guò)同相施密特觸發(fā)器Ull進(jìn)行波形銳化后，施加在MOS管Q6的柵極，使得Q6管導(dǎo)通。與此同時(shí)，達(dá)林頓三極管Q4，Q5同時(shí)導(dǎo)通，恒流源芯片U9相當(dāng)于被Q5短路，高壓HV經(jīng)過(guò)保險(xiǎn)絲F2，二極管D7、D8，達(dá)林頓三極管Q4，Q5直接向H橋勵(lì)磁電路供電。當(dāng)CUR>Vrefl的上限時(shí)，U12A的輸出為低電平經(jīng)過(guò)同相施密特觸發(fā)器Ull后作用在Q6的柵極，使得Q6關(guān)斷。此時(shí)，Q4、Q5管也被關(guān)斷，高壓源被切斷，取而代之的為DC-DC輸出的低壓源ADJ。經(jīng)過(guò)二極管D6、D7后，通過(guò)恒流源芯片U9給后端橋路供電，電阻R21決定了勵(lì)磁電流的大小。由于勵(lì)磁線圈是感性負(fù)載，在上半個(gè)勵(lì)磁周期結(jié)束后，內(nèi)部?jī)?chǔ)存有一定的能量，在下半個(gè)周期進(jìn)行反向高壓勵(lì)磁時(shí)，線圈內(nèi)部的勵(lì)磁電流不能突變，而電壓則可以突變，所以線圈內(nèi)部存儲(chǔ)的能量在外部高壓輸入的抬升下被強(qiáng)制升高， 內(nèi)部電流流過(guò)齊納穩(wěn)壓二極管Zl，二極管D5，被存儲(chǔ)在由電容C25、C26，電阻R22，齊納穩(wěn)壓二極管Z2，二極管D8構(gòu)成的能量回饋電路中。如圖3所示，高低壓切換電路包括達(dá)林頓三極管Q4，電阻R25，M0S管Q6 ；邏輯切換電路包括比較器U12A，施密特觸發(fā)器Ul 1，電阻R31、 R32、R33、R34、R35，電容C27、C28，齊納穩(wěn)壓二極管Z7。Z7用于保護(hù)遲滯電路，防止Q6被擊穿后，帶來(lái)更層次深的破壞；旁路電路包括達(dá)林頓三極管Q5，電阻R26，M0S管Q6 ；恒流電路包括線性穩(wěn)壓芯片U9，電阻R21，齊納穩(wěn)壓二極管Zl。R21用來(lái)設(shè)置恒流源的輸出電流值； 能量回饋電路包括電阻R22，電容C25、C26，齊納穩(wěn)壓二極管Z2，二極管D8。邏輯切換基準(zhǔn)電路(圖4)為圖3中的邏輯切換電路的遲滯比較環(huán)節(jié)提供基準(zhǔn) Vrefl，通過(guò)調(diào)節(jié)R12，可以改變比較閾值的下限。如圖4所示，邏輯切換基準(zhǔn)電路包括基準(zhǔn)源U5，運(yùn)放U2A，電阻R10、R11、R12，電容C15、C16、C17。U5提供基準(zhǔn)源，經(jīng)過(guò)Rll與R12分壓，再由運(yùn)放跟隨，進(jìn)行阻抗匹配。經(jīng)過(guò)前端電路變換后的電源對(duì)H橋勵(lì)磁橋路進(jìn)行勵(lì)磁，如圖5所示，CONl與C0N2 為互補(bǔ)出現(xiàn)的勵(lì)磁控制時(shí)序。UlO為電平轉(zhuǎn)換芯片，當(dāng)CONl為高，C0N2為低時(shí)，T4的柵極為低，T3的柵極為高，且COl為低，C02為高，則T5的柵極為低，導(dǎo)致MOS管T5關(guān)斷，T6的柵極為高，MOS管T6導(dǎo)通。從而Tl與T4構(gòu)成的橋路關(guān)斷，T2與T3構(gòu)成的橋路打開(kāi)，勵(lì)磁電流流向?yàn)槭紫冉?jīng)過(guò)T2，然后從下至上流過(guò)勵(lì)磁線圈Li，再流過(guò)T3，最后經(jīng)過(guò)檢流電阻Jl 到地。當(dāng)COm為低，C0N2為高時(shí)，勵(lì)磁電流流向?yàn)槭紫冉?jīng)過(guò)Tl，然后從上至下流過(guò)勵(lì)磁線圈Li，再流過(guò)T4，最后經(jīng)過(guò)檢流電阻Jl到地。在這兩種控制時(shí)序下，線圈中的勵(lì)磁電流方向交替變換。如圖5所示，H橋勵(lì)磁電路包括電平匹配芯片U10，達(dá)林頓三極管Tl、T2，MOS 管 T3、T4、T5、T6，勵(lì)磁線圈 Li，電阻 R23、R24、R27、R28、R29、R30、R36、R37，檢流電阻 Jl。H橋勵(lì)磁橋路的導(dǎo)通由勵(lì)磁控制時(shí)序來(lái)決定，如圖6所示，DSP的PWM模塊發(fā)出的勵(lì)磁控制時(shí)序CT_1、CT_2經(jīng)過(guò)三態(tài)緩沖器U2后，輸出控制信號(hào)C0N_1、C0N_2，這兩個(gè)控制信號(hào)再經(jīng)過(guò)高速光耦U13進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換與電磁隔離，最終得到的勵(lì)磁控制時(shí)序C0N1、C0N2輸出給H橋勵(lì)磁電路的UlO (如圖5)作為勵(lì)磁控制時(shí)序。使用高速光耦可以將勵(lì)磁控制信號(hào)的延時(shí)減至最小，而且將高壓勵(lì)磁部分與低壓控制部分隔離開(kāi)，保障了電壓電路的安全。 三態(tài)緩沖器U2的使能端IOE連接了一個(gè)用二極管D2，D3搭建的“或”門電路。BUFEm接在 DSP的一個(gè)GPIO上，BUFEN2接在電源監(jiān)測(cè)電路中MOS管Q7的柵極(如圖7)。BUFEN2經(jīng)過(guò)電阻R1、R5分壓后，再由施密特觸發(fā)器U3進(jìn)行電平匹配。當(dāng)BUFEm或BUFEN2中一個(gè)為高電平時(shí)，U2的使能端跳變成高電平，從而使得勵(lì)磁控制時(shí)序被禁止輸出，從而達(dá)到關(guān)H橋勵(lì)磁橋路的目的。這種電路的設(shè)置，可以在電路故障時(shí)從硬件與軟件上對(duì)電路進(jìn)行保護(hù)。如圖6所示，勵(lì)磁時(shí)序控制電路圖包括施密特觸發(fā)器U3，三態(tài)緩沖器U2，高速光耦U13，DSP的 PWM 模塊，二極管 D2、D3,電阻 Rl、R2、R5、R6、R39、R41、R45、R46,電容 Cl、C4、C29。電源監(jiān)測(cè)泄放電路中包括了電源監(jiān)測(cè)與能量泄放電路。如圖7所示，GETHV接在高壓電源的保險(xiǎn)絲F2的后端(如圖3)。該電平信號(hào)經(jīng)過(guò)R42與R47分壓后，輸入到遲滯比較電路中比較器U12B的反相端，比較器輸出的邏輯電平再經(jīng)過(guò)施密特觸發(fā)器U14，送至MOS 管Q7的柵極，控制Q7的通斷；RELEASE接在能量回饋電路中電容C26的陽(yáng)極端(如圖3)； BUFEN2接在勵(lì)磁時(shí)序控制電路中Rl的左端(如圖6)。系統(tǒng)電源掉電時(shí)，當(dāng)經(jīng)過(guò)電阻R42、 R47分壓得到的電平信號(hào)小于遲滯比較電路中設(shè)定閾值的下限時(shí)，U12B輸出高電平，經(jīng)過(guò) U14進(jìn)行信號(hào)邊沿銳化后，加在MOS管Q7的柵極，使得Q7管導(dǎo)通，電容以6中儲(chǔ)存的能量得以通過(guò)R38快速泄放，避免帶來(lái)危險(xiǎn)。與此同時(shí)BUFEN2得到一個(gè)高電平，送至勵(lì)磁時(shí)序控制電路中三態(tài)緩沖器U2的使能端，關(guān)閉勵(lì)磁時(shí)序，從而關(guān)閉H橋勵(lì)磁橋路，避免了由于斷電瞬間造成的勵(lì)磁電壓掉落，導(dǎo)致邏輯切換電路頻繁做出邏輯開(kāi)關(guān)控制，致使電路出現(xiàn)大電流脈沖這一現(xiàn)象的發(fā)生，從而延長(zhǎng)了被控器件的壽命。系統(tǒng)上電時(shí)，當(dāng)經(jīng)過(guò)電阻R42、R47分壓得到的電平信號(hào)大于遲滯比較電路中設(shè)定閾值的上限時(shí)，U12B輸出低電平，Q7管關(guān)斷， 避免了高壓電源經(jīng)過(guò)電阻R38直接對(duì)地放電。與此同時(shí)，BUFEN2得到一個(gè)低電平，使得三態(tài)緩沖器打開(kāi)，勵(lì)磁控制電路正常工作。如圖7所示，電源監(jiān)測(cè)泄放電路包括比較器U12B， 施密特觸發(fā)器U14，MOS管Q7，電阻R38、R40、R42、R43、R44、R47，電容C30，穩(wěn)壓二極管Z8。電源監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)電路(圖8)為圖7中的遲滯比較電路提供基準(zhǔn)Vref 2，通過(guò)調(diào)節(jié)R3， 可以改變比較閾值的下限。如圖8所示，電源監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)電路包括基準(zhǔn)源U4，運(yùn)放U2B，電阻 R1、R2、R3，電容C2、C3、C4。U4提供基準(zhǔn)源，經(jīng)過(guò)R2與R3分壓，再由運(yùn)放跟隨，進(jìn)行阻抗匹配。
權(quán)利要求
1.具有旁路和能量回饋電路的電磁流量計(jì)高低壓切換勵(lì)磁系統(tǒng)包括可調(diào)低壓源電路、高低壓切換電路、恒流電路、旁路電路、H橋勵(lì)磁電路、勵(lì)磁控制電路、邏輯切換電路、電源檢測(cè)電路、能量回饋電路、能量泄放電路；其特征在于根據(jù)檢流電阻上檢測(cè)到的實(shí)際勵(lì)磁電流與邏輯切換電路中設(shè)定的勵(lì)磁電流閾值進(jìn)行比較，從而獲得控制邏輯對(duì)高低壓切換電路與旁路電路進(jìn)行控制，選擇勵(lì)磁工作用電壓；旁路電路的引入，明顯地加快了線圈中勵(lì)磁電流的響應(yīng)速度；能量回饋電路儲(chǔ)存勵(lì)磁線圈回饋的能量；電源檢測(cè)電路、能量泄放電路與切換保護(hù)電路對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行上電、斷電與故障保護(hù)。
2.如權(quán)利要求1所述的具有旁路和能量回饋電路的電磁流量計(jì)高低壓切換勵(lì)磁系統(tǒng)， 對(duì)于可調(diào)低壓源電路，其特征在于低壓勵(lì)磁電源使用直流-直流變換電源(DC-DC)進(jìn)行供電，且低壓勵(lì)磁電壓值可以進(jìn)行調(diào)節(jié)，由于不同口徑的傳感器其內(nèi)部的阻抗并不相同，在勵(lì)磁電流不變的情況下，接在不同口徑的勵(lì)磁線圈上，恒流電路的兩端的壓差會(huì)有差異，壓差大，則發(fā)熱厲害；壓差小，則不能正常工作，所以將低壓電源設(shè)置為可調(diào)節(jié)，便于選取最優(yōu)工作電壓，降低系統(tǒng)發(fā)熱，同樣便于適應(yīng)不同規(guī)格的傳感器。
3.如權(quán)利要求1所述的具有旁路和能量回饋電路的電磁流量計(jì)高低壓切換勵(lì)磁系統(tǒng)， 對(duì)于能量回饋電路，其特征在于能量回饋電路使用電阻、電容與穩(wěn)壓二極管來(lái)吸收上半個(gè)勵(lì)磁周期時(shí)，勵(lì)磁線圈存儲(chǔ)的并回饋前級(jí)電路的能量；在下半個(gè)勵(lì)磁周期時(shí)，與高壓電源協(xié)同工作，對(duì)電路進(jìn)行勵(lì)磁；與將這部分能量轉(zhuǎn)化為熱量的方法相比，減小了系統(tǒng)的熱耗散， 且提高了能量的使用效率。
4.如權(quán)利要求1所述的具有旁路和能量回饋電路的電磁流量計(jì)高低壓切換勵(lì)磁系統(tǒng)， 對(duì)于能量泄放電路，其特征在于在系統(tǒng)斷電時(shí)，能量泄放電路中的遲滯比較電路將電源監(jiān)測(cè)電路上的得到的電壓值與設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，然后輸出控制邏輯使得泄放電路導(dǎo)通， 從而將能量回饋電路中存儲(chǔ)的能量及時(shí)泄放掉，以保證安全；同時(shí)，這個(gè)邏輯信號(hào)關(guān)斷勵(lì)磁控制電路，使得H橋勵(lì)磁電路完全關(guān)斷，避免了由于斷電瞬間造成的勵(lì)磁電壓掉落，導(dǎo)致邏輯切換電路頻繁做出邏輯開(kāi)關(guān)控制，致使電路出現(xiàn)大電流脈沖這一現(xiàn)象的發(fā)生，從而延長(zhǎng)了被控器件的壽命；在系統(tǒng)上電時(shí)，泄放電路及時(shí)關(guān)斷，防止構(gòu)成無(wú)謂的能量損耗回路。
5.如權(quán)利要求1所述的具有旁路和能量回饋電路的電磁流量計(jì)高低壓切換勵(lì)磁系統(tǒng)， 對(duì)于邏輯切換電路，其特征在于檢流電阻將檢測(cè)到的勵(lì)磁電流送至邏輯切換電路，與其中的遲滯比較電路設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，進(jìn)而輸出控制邏輯，對(duì)高低壓切換電路與旁路電路進(jìn)行通斷控制，旁路電路對(duì)恒流電路進(jìn)行輔助勵(lì)磁，縮短了勵(lì)磁過(guò)程中的上升時(shí)間與恒流芯片的恒流調(diào)節(jié)時(shí)間，加快了勵(lì)磁線圈的響應(yīng)速度，使得后續(xù)采用更高的勵(lì)磁頻率成為可能。
6.如權(quán)利要求1所述的具有旁路和能量回饋電路的電磁流量計(jì)高低壓切換勵(lì)磁系統(tǒng)， 對(duì)于恒流電路，其特征在于恒流電路采用線性穩(wěn)壓器構(gòu)成恒流源的形式，對(duì)H橋路進(jìn)行恒流勵(lì)磁控制，保證了勵(lì)磁電流的平穩(wěn)性與快速性，從而利于提高電磁流量計(jì)的測(cè)量精度。
7.如權(quán)利要求1所述的具有旁路和能量回饋電路的電磁流量計(jì)高低壓切換勵(lì)磁系統(tǒng)，對(duì)于勵(lì)磁控制電路，其特征在于勵(lì)磁控制電路通過(guò)數(shù)字處理器(DSP)的脈沖寬度調(diào)制 (PWM)模塊發(fā)出勵(lì)磁時(shí)序，經(jīng)由多路緩沖器送至高速光耦進(jìn)行電平匹配，然后作為H橋勵(lì)磁控制信號(hào)，對(duì)勵(lì)磁線圈進(jìn)行勵(lì)磁；數(shù)字處理器(DSP)的脈沖寬度調(diào)制(PWM)模塊保證了勵(lì)磁頻率的精準(zhǔn)，同時(shí)保證了勵(lì)磁方式的靈活多變；多路緩沖器的使能功能為保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)提供了可能；高速光耦保證了勵(lì)磁時(shí)序信號(hào)的高速傳遞。
8.如權(quán)利要求1所述的具有旁路和能量回饋電路的電磁流量計(jì)高低壓切換勵(lì)磁系統(tǒng)， 對(duì)于H橋勵(lì)磁電路，其特征在于采用對(duì)臂聯(lián)動(dòng)的結(jié)構(gòu)，使用高耐壓的達(dá)林頓三極管與MOS管搭建勵(lì)磁橋臂，保證了高壓勵(lì)磁的可靠進(jìn)行，同時(shí)達(dá)林頓三極管的使用對(duì)于快速開(kāi)關(guān)橋臂電路提供了可能，MOS管為壓控型器件，正常工作時(shí)，工作電流接近為0，降低工作能耗。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有旁路和能量回饋電路的電磁流量計(jì)高低壓切換勵(lì)磁系統(tǒng)，包括可調(diào)低壓源電路、高低壓切換電路、恒流電路、旁路電路、H橋勵(lì)磁電路、勵(lì)磁控制電路、邏輯切換電路、電源檢測(cè)電路、能量回饋電路、能量泄放電路。根據(jù)檢流電阻上檢測(cè)到的實(shí)際勵(lì)磁電流與邏輯切換電路中設(shè)定的勵(lì)磁電流閾值進(jìn)行比較，從而獲得控制邏輯對(duì)高低壓切換電路與旁路電路進(jìn)行控制，選擇勵(lì)磁工作用電壓；旁路電路的引入，明顯加快了線圈中勵(lì)磁電流的響應(yīng)速度；能量回饋電路儲(chǔ)存勵(lì)磁線圈回饋的能量；電源檢測(cè)電路、能量泄放電路與切換保護(hù)電路對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行上電、斷電與故障保護(hù)。本發(fā)明可提高電源利用效率，加快勵(lì)磁電流響應(yīng)速度，拓寬勵(lì)磁頻率范圍，提供電路故障保護(hù)。
文檔編號(hào)G01F1/60GK102393225SQ20111035013
公開(kāi)日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2011年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月8日
發(fā)明者張振, 張然, 徐科軍, 楊雙龍, 梁利平 申請(qǐng)人:合肥工業(yè)大學(xué)