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冷冻盐水流量计励磁系统硬件研(yán)制

点击次数(shù):2327 发布时间:2021-09-06 07:22:38
KM-LDE冷冻盐水流量计是我公司吸取国外先进的生产工艺自主开发的一款高性能的流量计,在产品结构、选材、制定工艺、生产装配和出厂测试等过程中每一个环节我们都非常细致讲(jiǎng)究,自行设计了一套专用于流量计的生产设备和流量实流标定装置,在软件和硬件上都能切实保证产品长期的高质量。
1、 高、低压切换恒流控制电路
高、低压切换恒流控制电(diàn)路是励磁(cí)控制系统中的关键部分,由高、低(dī)压电源、能量回馈电路、高低压切换电路、恒流控制(zhì)电路、电流旁路电(diàn)路和迟滞比较电(diàn)路(lù)组成,其电路(lù)原理如图2所示。

高、低压(yā)电源来(lái)自于AC-DC模块。其中,高(gāo)压源直接采用AC-DC的(de)80V输出电源;低压源(yuán)则由DC-DC转换器对AC-DC模块(kuài)的24V输(shū)出电源进行转换得到的可调电压源(yuán)。电压大小则以保证励磁(cí)稳态时,恒流控制电路中的三端稳压器输入(rù)输出压(yā)差相对(duì)较小为准,以(yǐ)降低电(diàn)路损耗;能量回馈电路由储能电容C1、保护二*管D1和能量泄放电阻(zǔ)R1组(zǔ)成(chéng)。其中,电(diàn)容(róng)C1用(yòng)于储(chǔ)存励(lì)磁方向切换时,励磁(cí)线(xiàn)圈(quān)中泄(xiè)放的能量。齐(qí)纳二*管D1用于防止励磁线圈中能(néng)量泄放时,由于电容C1的充电电压过高,而导致的电容击穿。电阻R1用于在系统断电(diàn)不(bú)工作时,为电容C1提供能量(liàng)泄放回路;高低压切(qiē)换电路主要由肖特基二*管和达林顿三*管组(zǔ)成高低压平滑切换电路。当达(dá)林顿三(sān)*管导通时,将高压源切换为励磁工作电源,肖特基二*管反向关断,低压(yā)源被切除(chú)。而当达林顿(dùn)三*管关断时,肖特(tè)基二*管(guǎn)重新正向导通,将低压源切换为(wéi)励磁工(gōng)作电源。恒流控制电路由三端稳(wěn)压芯片、电阻R2与肖特基二*管D3构成(chéng)。电阻R2用于设置恒流源输出电流的大小,即励磁(cí)电流的稳态值;由于励磁电流达到200mA左右,为防止长期(qī)励磁导致电路温升并影响电路参数,电阻R2选用(yòng)大功率低温漂系数的精密电阻;肖特基二*管D3一(yī)方面用于防止反向电流损坏(huài)三端稳压器;另一方面用于组成励磁线圈的能量泄放回路的一部分;电流旁路电路主要由达(dá)林顿三*管组成(chéng),由迟滞比较电路控制通断;迟滞比较电路主要由运放和电阻(zǔ)等分立元件搭建而成。比较电路(lù)一端输入为基准Vref,其值取决于励磁电流的稳态设定值大小,另一端输入则为检流电路检测得到的励磁电(diàn)流信号Cur。
2、 H桥励磁开关电(diàn)路与(yǔ)检流电路
H桥开关电路主要由H桥路及其驱动电路组成,用于实现对励磁(cí)线圈进行方波励(lì)磁。原理示意图如图3所示。

图中,L1为励磁线(xiàn)圈的示(shì)意符号。H桥路中,高端桥臂采用PNP型的达林顿三*管,以通过电流控制其通断,从而克服因线圈的电感特性导致H桥高端电压大幅波动而较难控(kòng)制的问题。H桥驱(qū)动(dòng)电路主要由(yóu)达林顿阵(zhèn)列管和三*管等组成(chéng),为H桥高端(duān)桥臂提供电流控制信号,为H桥低端桥臂提供电压控制信号,且对H桥的控制采用对臂联动控制方式,即由控制信号CON1控制H桥T1管和T4管的通断,由控制信号CON2控制H桥T2和T3的通断。CON1和CON2为正交的PWM波,从而实现对励磁线圈的方波励磁。励磁系统中检流(liú)电路主要由检流电(diàn)阻组成,检流电阻同样采(cǎi)用大功率低温漂的精密电阻以避免长(zhǎng)期励磁工作时电路温升引起电路参数的较大漂移(yí)。另外,检流电阻取低阻(zǔ)值电阻以(yǐ)降低H桥低端(duān)电压波动(dòng),从而保证H桥低端桥臂可靠通断。
3 、励磁时序产生电路
励磁时序(xù)产生电路用于产生励磁控制信号CON1和CON2以控制方波励磁时序,其电路原(yuán)理结构图如图4所示。

该电(diàn)路主要由励磁时序发生单元、三态缓冲器及隔(gé)离光耦组成。励磁时序由冷冻盐水流量计系统的(de)控制核心产生。采用DSP的EPWM外设模块,通过设定其内部定时器的工作模式发出所要求的(de)励磁频率的励磁时序PWM信(xìn)号CT_1和CT_2。由(yóu)于(yú)励磁控制系统中的(de)励磁工作电源的电压要比DSP的工作电源电压高得多,为防止励磁电路故障对系统(tǒng)控制核心产生致(zhì)命影响,采(cǎi)用光耦将控制部分与励磁部分进行隔(gé)离。另外,由于DSP引脚的驱动能力有限,所(suǒ)以在DSP与隔离光耦之间加入三态(tài)缓冲器以驱动隔离光耦的输入级。并且,DSP能够通过GPIO口控制三态缓冲器上的使能引脚来使能和(hé)禁止励磁,以在检测到电路故障时(shí)迅速关断H桥所有桥臂。该励磁时序(xù)产生电路通过软件编程可产生如图5所示的单频矩形波。在实际应用(yòng)中,由于组(zǔ)成H桥的达林顿三*管与MOS管导通与关断的时间(jiān)不一致(zhì),易在励磁方向切换瞬间(jiān),产生上下桥臂同时导通的现象,反映在励磁(cí)电流波形上为一幅值很高的窄脉冲。该脉冲(chōng)电流不仅容易引起迟滞比较电路(lù)的误输出,从而(ér)导致高低压切换电路(lù)与电流旁路电路的误动作,而且对恒流(liú)控制电(diàn)路产生冲击,减小三端稳压芯片的使用寿(shòu)命,同时还(hái)会产生EMC电磁干扰,给测量精度带来(lái)影响。所以实际应用时(shí),如图5所示对方波励磁时序添加(jiā)死区,可以明(míng)显(xiǎn)减小上述现象。

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