一种功耗较低的高低压电源切换励磁控制系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种功耗较低的高低压电源切换励磁控制系统。由电源、能量回馈电路、恒流源控制电路、高低压切换电路、迟滞比较电路、H桥开关电路、励磁线圈、检流电路、H桥驱动电路和励磁时序电路组成；其中电源由高压电源和低压电源组成。采用的高低压切换电路，使高压激励路径得到简化，路径上的高低压切换电路选用的器件压降更�。跣×烁哐辜だ肪兜墓模跣×朔⑷龋缏肺榷ㄐ愿茫槐痉⒚鞯暮懔髟纯刂频缏罚构拇蟠蠹跣。籋桥开关电路采用相同型号的MOS管保证了开关管开关特性的一致；此外，压降更�。牡牡缒芤哺伲籋桥驱动电路结构简化，又有快速、完整的保护功能，极大地提高了系统可靠性和缩小了控制电路尺寸。
【专利说明】一种功耗较低的高低压电源切换励磁控制系统
【技术领域】
[0001]本发明属于流量检测【技术领域】，具体涉及电磁流量计高低压电源切换励磁控制系统，为一种采用高压电源快速励磁，低压电源与恒流源控制电路维持励磁电流恒定，使用功耗更低的高低压切换电路、H桥开关电路和恒流源控制电路，实现发热小、效率更高和工作更可靠的电磁流量计高低压电源切换励磁控制系统。
【背景技术】
[0002]电磁流量计是依据法拉第电磁感应定律的工作原理来测量导电液体体积流量的仪表。电磁流量计的励磁控制系统施加给励磁线圈按一定形式变化的电流，在测量管中产生按一定形式变化的磁场。流过测量管的导电液体可以视为导体，这些流动的导电液体切割磁力线感应出电动势。感应电动势与测量管中导电液体流动的速度成正比。因此，检测并处理感应电动势信号就能实现对流量的测量。电磁流量计的励磁方式直接决定了电磁流量计的响应速度、抗干扰能力和零点稳定性。当前，国内的仪表公司大多采用低压电源供电和低频率的方波励磁技术，电磁流量计响应速度慢，也无法克服浆液噪声的干扰。
[0003]中国专利ZL200910251461公布了基于高低压电源切换的电磁流量计励磁控制系统。该系统由高低压电源、电源切换电路、恒流控制电路、励磁线圈驱动电路、检流电路和励磁时序产生电路组成。基于高低压电源切换的电磁流量计励磁控制系统的工作电源由高压电源和低压电源组成，高压电源和低压电源是根据励磁线圈中的电流的大小由电源切换电路控制。高压电源加快励磁电流上升的速度，低压电源在励磁电流达到设定值后工作，维持励磁电流的稳定。恒流控制电路使励磁线圈中的电流维持在一个恒定的值，实现电磁流量计对流动的导电液体流量的准确检测。励磁时序产生电路主要由用于电磁流量计信号处理的处理核心MCU等组成，并配合励磁线圈驱动电路实现方波励磁。但是，这种电磁流量计励磁控制系统存在以下不足:(I)恒流控制电路中的使用开环的运算放大器作为误差放大器，由于放大倍数过大，调节过于剧烈，很难实现电流的稳定；(2)采用普通的比较电路对电源切换电路进行控制，在具体实现时，由于环境中存在噪声干扰，叠加在检流电阻的输出信号上，使得电源切换电路频繁地在高压与低压之间切换，输出的励磁电流不稳定；(3)在电路中，使用稳压二极管将线圈中存储的能量以热能的形式消耗掉，不利于减小系统的功耗与发热情况。
[0004]中国专利ZL201110350132公布了具有旁路和能量回馈电路的电磁流量计高低压切换励磁系统。该系统由高低压电源、能量回馈、DC-DC、高低压切换电路、恒流电路、旁路电路、H桥、励磁线圈、检流电阻、逻辑切换保护电路、电源检测、能量泄放电路、励磁控制电流组成。与基于高低压电源切换的电磁流量计励磁控制系统相比，具有旁路和能量回馈电路的电磁流量计高低压切换励磁系统增加了电源监测、能量回馈、能量泄放电路、DC-DC、旁路电路和逻辑切换保护电路。电源监测电路在电流过大时起保护作用；能量回馈电路在励磁切换时，吸收励磁线圈中的能量，再在后半个励磁周期，将能量回馈给励磁线圈；DC-DC电路可以实现对励磁系统电压的调节；旁路电路在高压电源激励时起到保护恒流电路的作用，并优化了恒流芯片的动态响应性能，允许励磁电流出现大的超调，从而减小了励磁电流进入稳态的时间；逻辑切换电路根据励磁电流的大小与迟滞比较电路设置的阈值上限进行比较，做出逻辑判断，控制高低压切换电路与旁路电路的通断。这种励磁控制系统虽然解决了基于高低压电源切换的电磁流量计励磁控制系统恒流控制难度大、电源切换电路易受干扰和稳压二极管的发热问题，但是，却存在以下不足:(1)高压电源对励磁线圈的激励路径有冗余现象，导致了冗余电路上分担压降，消耗功率，产生多余的热量；同时，增加了电路的不稳定性。(2)恒流电路由恒流芯片和电阻搭建而成。恒流芯片内部集成有带隙基准电路，这个电路上有一定的压降；恒流芯片工作时，其输入输出端需要满足最小压降的要求。这样，恒流电路几乎承担了除励磁线圈以外的所有压降。压降过大，消耗的电能就大，产生的热量就大，使励磁控制系统发热严重。(3)H桥的高压侧使用的是电流控制型器件，压降大，消耗的电能多，发热比较严重。工作时，H桥开关电路高压侧使用的达林顿管的开通上升时间和关断下降时间都是微秒级别的，而低压侧使用的MOS管的开通上升时间和关断下降时间是纳秒级别的，因此，高压侧和低压侧两个开关管的导通和关断的步调不能保持一致，致使需要保留很长的死区保护时间。
[0005]综上所述，基于高低压电源切换的励磁控制系统和具有旁路和能量回馈电路的电磁流量计高低压切换励磁系统(统称为高低压电源切换励磁控制系统)加快了电磁流量计励磁电流进入稳态的速度，提高了励磁频率，提升了响应速度，增强了抗浆液干扰能力。但是，功耗较大，发热较严重，制约了电磁流量计长期稳定可靠的工作。
【发明内容】
[0006]为了解决上述中国专利中存在的一些关键技术问题，本发明提供一种励磁电流响应速度快、励磁频率高、电源利用效率更高、励磁系统发热更小、能够长期稳定可靠工作的功耗较低的高低压电源切换励磁控制系统。
[0007]具体的技术解决方案如下:
一种功耗较低的高低压电源切换励磁控制系统由高压电源、低压电源、能量回馈电路、恒流源控制电路、高低压切换电路、迟滞比较电路、H桥开关电路、励磁线圈、检流电路、H桥驱动电路和励磁时序电路组成。高压电源和低压电源组成了励磁工作电源。
[0008]高低压切换电路根据励磁电流响应情况来选择高压电源或低压电源工作。当励磁电流低于迟滞比较电路设定的阈值下限时，选择高压电源工作，以加快电流响应速度，进而拓宽励磁频率范围；当励磁电流超过迟滞比较电路设定的阈值上限时，选择低压电源工作，以降低系统的功耗、提高电源利用效率，并保证电流恒定；高压电源激励的路径为高压电源_>能量回馈电路_>高低压切换电路_>H桥开关电路_>励磁线圈_>检流电路；
恒流源控制电路维持励磁线圈中电流的恒定，提供精准的电流，保证电磁流量计测量准确性。
[0009]H桥开关电路由四个相同型号的NMOS管组成，H桥开关电路改变励磁线圈中励磁电流的方向，以降低电解质液体对电极的极化作用，抑制电磁流量计零点的波动。
[0010]H桥驱动电路同时输出两路驱动信号，专门用于驱动H桥中高压侧的NMOS管和低压侧的NMOS管。
[0011]迟滞比较电路可以设置两个电压阈值，一个上限阈值和一个下限阈值。
[0012]当检流电路上的电流小于迟滞比较电路中设定的励磁电流的阈值下限时，高低压切换电路在迟滞比较电路的控制下选通高压电源。高压电源经过能量回馈电路和高低压切换电路接至H桥开关电路，给励磁线圈充电，励磁线圈中的电流增加，且上升速度较快。当励磁电流上升到迟滞比较电路中设定的励磁电流的上限阈值时，高低压切换电路在迟滞比较电路的控制下选通低压电源和恒流源控制电路。在低压电源工作时，恒流源控制电路快速调整，并进入励磁电流恒定状态。电磁流量计在励磁电流恒定时进行流量的测量。H桥开关电路由励磁时序电路和H桥驱动电路控制。H桥开关电路工作的方式是对臂联动导通。H桥开关电路控制励磁电流的方向，在每个周期中，励磁电流方向为正和为负的时间各占半个周期；在每半个周期结束时，励磁线圈中的能量会被吸收到能量回馈电路中，并在下半个周期开始时，能量回馈电路将吸收到的能量回馈给励磁线圈，实现了能量的回收利用，提高电源的利用效率。
[0013]本发明的有益技术效果体现在以下方面:
1.本发明采用的高低压切换电路，使高压激励路径得到简化，路径上的高低压切换电路选用的器件压降更�。跣×烁哐辜だ肪渡系墓模佣跣×朔⑷龋沟缏肺榷ㄐ愿�;
2.在恒流源控制电路中，用分立元件搭建的电路去实现恒流源芯片的功能，使功耗大大减小；
3.在H桥开关电路中，采用相同型号的MOS管，保证了开关管开关特性的一致。此外，MOS管的开关特性更好，压降更�。牡牡缒芤哺伲�
4.在H桥驱动电路中，采用集成芯片去代替分立元件，使设计大为简化；同时，又有快速、完整的保护功能。这极大地提高了系统的可靠性，缩小了控制电路的尺寸。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是一种功耗较低的高低压电源切换励磁控制系统的组成框图。
[0015]图2是一种功耗较低的高低压电源切换励磁控制系统的部分电路原理图。
[0016]图3是恒流源控制电路中的误差放大器电路原理图。
[0017]图4是H桥开关电路和H桥驱动电路原理图。
[0018]图5是励磁时序电路原理图。
[0019]图6是基准源产生电路原理图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图对本发明作进一步的说明。
[0021]本发明的设计思想是:在高低压电源切换励磁控制系统中，高压电源实现励磁线圈中励磁电流的快速上升，低压电源和恒流源控制电路维持励磁电流的恒定。高低压电源切换励磁控制系统极大地提高了励磁频率，保证了电磁流量计在测量过程中电流的恒定，使电磁流量计具有较快的响应速度。但是，高低压电源切换励磁控制系统在实际使用过程中，存在发热比较严重的问题。因此，从降低功耗的角度去改进高低压电源切换励磁控制系统。(I)虽然高压电源激励的时间短，但是，高压电源工作时造成的功耗大。因此，对高压激励路径进行简化，使用高低压切换电路实现电流旁路的功能，并把高低压切换电路中功耗大的元器件换成功耗小的元器件。电路简化也提高了电路的可靠性。(2)恒流源电路消耗了除励磁线圈以外的绝大部分电能。当使用集成的恒流源芯片时，不仅需要满足恒流源芯片工作时最小压差的要求，而且带隙基准电路的压降也比较大，所以，存在功耗大和发热严重的问题。因此，研制功耗更小的恒流源控制电路，使恒流源控制电路的功耗大大减小。
(3)H桥开关电路四个桥臂使用不同的开关器件，开关器件的开关特性难以保持一致，会导致H桥开关电路的控制步调不一致；同时，电流控制器件功耗比较大。H桥开关电路的驱动电路也是高低压电源切换励磁控制系统中功耗较大的电路单元，而且驱动电流有限，严重制约了开关器件的开关速度。因此，研制功耗更低的H桥开关电路，四个桥臂选用相同的开关器件，工作时压降�。⑶冶３挚靥匦砸恢�。研制H桥开关电路的驱动电路，即H桥驱动电路，以增大驱动电流，提高开关器件的开关速度。驱动芯片采用自举电路的驱动方式，使H桥驱动电路的功耗大大降低。
[0022]本发明系统的组成框图如图1所示，包括高压电源1、低压电源2、能量回馈电路3、恒流源控制电路4、高低压切换电路5、迟滞比较电路6、H桥开关电路7、励磁线圈8、检流电路9、H桥驱动电路10和励磁时序电路11。
[0023]本发明系统的工作过程为:当检流电路上的电流小于迟滞比较电路中设定励磁电流的阈值下限时，高低压切换电路在迟滞比较电路的控制下选通高压电源。高压电源经过能量回馈电路和高低压切换电路接至H桥开关电路，给励磁线圈充电，励磁线圈中的电流增加，且上升速度较快。当励磁电流上升到迟滞比较电路中设定的励磁电流的阈值上限时，高低压切换电路在迟滞比较电路的控制下选通低压电源和恒流源控制电路。在低压电源工作时，恒流源控制电路快速调整，并进入励磁电流恒定的状态，电磁流量计在励磁电流恒定时进行流量的测量。H桥开关电路由励磁时序电路和H桥驱动电路控制,H桥开关电路工作的方式是对臂联动导通。H桥开关电路控制励磁电流的方向，在每个周期中，励磁电流方向为正和为负的时间各占半个周期。在每半个周期结束时，励磁线圈中的能量会被吸收到能量回馈电路中，并在下半个周期开始时，能量回馈电路将吸收到的能量回馈给励磁线圈，实现能量的回收利用，提高电源的利用效率。
[0024]图2为本发明系统中部分电路原理图，具体包括高压电源1、低压电源2、能量回馈电路3、恒流源控制电路4、高低压切换电路5、迟滞比较电路6、H桥开关电路7、励磁线圈8和检流电路9。
[0025]功耗较低的高低压电源切换励磁控制系统的电源由DC-DC高压电源I和DC-DC低压电源2组成，为系统提供高效率的高压电源和低压电源。
[0026]能量回馈电路3是由电容C4、电容C3、稳压管Zl和电阻R2组成。其中，电容C4是储能电容，是容值比较大且有极性的电解电容，用于吸收励磁电流方向在切换时励磁线圈中的能量，使励磁电流快速减小到零，并在励磁线圈电流上升时把吸收到的能量回馈给励磁线圈，加速励磁电流上升的速度。电容C3为旁路电容，是容值较小的陶瓷电容，用来滤除电源中的高频噪声。稳压管Zl是防止当储能电容C4吸收的能量过多，导致电压过高，影响电容的性能；同时，避免对高压电源的冲击。电阻R2是在高低压电源切换励磁控制系统在停止工作时释放掉储能电容C4中的电能。能量回馈电路加快了励磁线圈中电流减小到零的速度；同时，减小了电路的功耗，提高电源的利用效率。
[0027]恒流源控制电路4是由运算放大器U3、PNP三极管Q7、NPN三极管Q8、电阻R3、R4、R6、R7、R9、R10及基准源Vref组成。其中，基准源Vref决定恒流控制中励磁电流的恒定值的大小。误差放大器由运算放大器U3、电阻R3、电阻R4、电阻R9和电阻RlO组成。误差放大器将检流电路上的反馈电压VFB与基准源Vref进行比较，控制NPN三极管Q8和PNP三极管Q7的工作状态，维持励磁线圈中电流的恒定。在低压电源供电时，恒流源控制电路维持励磁线圈中电流值的恒定。在恒流源控制电路中，PNP三极管Q7和NPN三极管Q8工作在线性放大区。恒流源控制电路的调节过程为:当励磁线圈上的电流减小时，检流电路上的反馈电压VFB小于基准源Vref，误差放大器输出的电压值较大，NPN三极管Q8的基极电流增大，进而NPN三极管Q8的集电极电流增大，PNP三极管Q7的基极电流也增加，使PNP三极管Q7集电极电流增加，励磁电流增大，励磁线圈上的电压增加，PNP三极管Q7分担的压降减�。坏崩畔呷ι系牡缌髟龃笫保炝鞯缏飞系姆蠢〉缪筕FB大于基准电源Vref，误差放大器输出的电压减�。琋PN三极管Q8的基极电流减�。琋PN三极管Q8的集电极电流减�。琍NP三极管Q7的基极电流减小，使PNP三极管Q7的集电极电流减�。诺缌骷跣。畔呷ι系牡缪辜跣。琍NP三极管Q7分担的压降增大；通过PNP三极管Q7、NPN三极管Q8和运算放大器的调节，使励磁电流稳定在设定值。本发明系统中使用的恒流源控制电路压降小。而采用恒流源芯片搭建恒流源控制电路时，恒流源芯片的输入端与输出端必须满足一定的压差条件，才能正常工作；再加上要带隙基准电压，这样就使由恒流源芯片搭建的恒流源控制电路的压降过大，功耗也很大，从而导致高低压电源切换励磁控制系统发热问题严重。
[0028]图3为本发明系统中恒流源控制电路中的误差放大器电路原理图。误差放大器中使用的运算放大器是高速运放，误差放大器的放大倍数由电阻R3、R4、R9、RlO决定。误差放大器的倍数要比运算放大的开环放大倍数低。恒流源电路中使用误差放大器，使调节过程比较平滑。而使用运算放大器时，调节过程过于剧烈，难以实现电流的恒定。本发明系统中的恒流源控制电路克服了以往专利中恒流源控制电路的不足，同时也实现了电流的准确控制。
[0029]图2中的高低压切换电路5由PMOS管Q6、NMOS管Q5、二极管D3、电阻R5和电阻R8组成。电阻R5上的分压为PMOS管Q6的栅极和源极提供驱动电压，高压电源接在PMOS管Q6的源极。当NMOS管Q5导通时，PMOS管Q6也导通，高压电源经过能量回馈电路和高低压切换电路，接到H桥开关电路的上端，给励磁线圈充电，使电流快速上升。与此同时，也接到二极管D3的阴极。二极管D3起钳位作用。此时，D3的阴极是高电压，而阳极是低电压，所以，低压电源无法通过。当NMOS管Q5截止时，PMOS管Q6的栅极和源极之间的电压为0，PMOS管Q6截止，高压电源和能量回馈电路被截止。此时，D3阳极的电压高于阴极的电压，低压电源经过恒流源控制电路接至H桥开关电路的上端，给励磁线圈充电，使励磁电流稳定。
[0030]图2中的迟滞比较电路6由比较器Ul、电阻R12、电阻Rll和基准源Vrefl组成。通过迟滞比较电路，可以设置两个电压阈值，一个上限阈值和一个下限阈值。迟滞比较器的负端接在检流电路的反馈电压VFB上，当励磁线圈中的电流小于迟滞比较器的设置的下限阈值时，迟滞比较器输出高电平；当励磁线圈中的电流大于迟滞比较器的上限阈值时，迟滞比较器输出低电平。与之前的中国专利ZL201110350132的逻辑切换保护电路中的迟滞比较器相比，本发明的迟滞比较电路6选用比较器实现。一般来说，比较器比通用运放的开环增益更高，输入失调电压更�。煊λ俣雀臁�
[0031]图2中的检流电路9由低阻值检流电阻组成，位于H桥开关电路的低端，以准确检测励磁线圈中的电流，并保证了 H桥开关电路低端的稳定性；同时，为迟滞比较电路和恒流源控制电路提供反馈电压信号VFB。
[0032]图4是发明系统中H桥开关电路和H桥驱动电路原理图。H桥开关电路7和H桥驱动电路10，由第一驱动芯片U4、第二驱动芯片U5，NM0S管Q1、Q2、Q3、Q4，电容C6、C7、C8、C9、C10、C11，电阻 R14、R15、R16、R17，二极管 D4、D5 组成；其中 NMOS 管 Ql、Q2、Q3、Q4 型号相同，构成H桥开关电路，Ql和Q2为高压侧的NMOS管，Q3和Q4为低压侧的NMOS管，驱动芯片是集成芯片IR2110。H桥开关电路7由四个相同型号的NMOS管组成，保证了开关管开关特性的一致。此外，MOS管的开关特性更好，压降更�。牡牡缒芤哺�。H桥驱动电路10中的第一驱动芯片U4和第二驱动芯片U5是可以同时输出两路驱动信号，专门用于驱动高压侧的NMOS和低压侧的NMOS管的集成芯片IR2110。驱动芯片IR2110的使用使H桥驱动电路设计大为简化；同时，其又有快速、完整的保护功能，提高了系统的可靠性，缩小了控制电路的尺寸。本发明系统中的驱动芯片驱动电流大，极大地提高了 H桥开关电路的开通和关断速度；同时，驱动芯片在工作电源为15V时，功耗仅为ImW左右，极大地减小了驱动电路的功耗。
[0033]图5所示励磁时序电路11由锁存器U10，高速光耦U8，电平转换器U9和电阻R18、R19、R20、R21、R22、R23组成。CT_1和CT_2是图1中的励磁时序信号。信号CS使能U10。CT_1和CT_2经过UlO后，变为C0N_1和C0N_2，再经过光耦U8的电磁隔离，然后经过U9的电平转换，形成幅值较大的励磁时序信号CONl和C0N2。使用高速光稱可以将励磁时序信号的延时减至最�。苯哐估挪糠趾偷脱箍刂撇糠指衾肟Ｕ系缏返陌踩５缙阶话呀闲〉睦攀毙蛐藕抛怀煞到洗蟮睦攀毙蛐藕牛狧桥驱动电路提供足够幅值的励磁时序信号。
[0034]图6所示是恒流源控制电路和迟滞比较电路中的基准源产生电路，即图2中的Vref和Vrefl。Vref为恒流源控制电路中误差放大器的正端提供基准源电压。电压基准源芯片U13输出的电压经过电阻分压网络R25和R26分压后，经运放Ull跟随，产生Vref。Vrefl为迟滞比较电路中比较器的正端提供基准源电压。电压基准源芯片U14输出的电压经过分压网络R28和R29分压后，经运放U12跟随，产生Vrefl。
【权利要求】
1.一种功耗较低的高低压电源切换励磁控制系统，其特征在于:由励磁工作电源、能量回馈电路、恒流源控制电路、高低压切换电路、迟滞比较电路、H桥开关电路、励磁线圈、检流电路、H桥驱动电路和励磁时序电路组成；所述励磁工作电源由高压电源和低压电源组成； 所述高低压切换电路根据励磁电流响应情况来选通励磁工作电源，当励磁电流低于迟滞比较电路设定的阈值下限时，切换高压电源作为励磁工作电源，以加快电流响应速度，进而拓宽励磁频率范围；当励磁电流超过迟滞比较电路设定的阈值上限时，切换低压电源作为励磁工作电源，以降低系统的功耗、提高电源利用效率，并保证电流恒定；高压电源激励的路径为高压电源_>能量回馈电路_>高低压切换电路_>H桥开关电路_>励磁线圈_>检流电路； 所述恒流源控制电路维持励磁线圈中电流的恒定，提供精准的电流，保证电磁流量计测量准确性； 所述H桥开关电路由四个相同型号的NMOS管组成，H桥开关电路改变励磁线圈中励磁电流的方向，以降低电解质液体对电极的极化作用，抑制电磁流量计零点的波动；所述H桥驱动电路同时输出两路驱动信号，专门用于驱动H桥中高压侧的NMOS管和低压侧的NMOS管； 通过所述迟滞比较电路可以设置两个电压阈值，一个上限阈值和一个下限阈值； 所述系统工作时，当检流电路上的电流小于迟滞比较电路中设定的励磁电流的阈值下限时，高低压切换电路在迟滞比较电路的控制下选通高压电源；高压电源经过能量回馈电路和高低压切换电路接至H桥开关电路，给励磁线圈充电，励磁线圈中的电流增加，且上升速度较快；当励磁电流上升到迟滞比较电路中设定的励磁电流的上限阈值时，高低压切换电路在迟滞比较电路的控制下选通低压电源和恒流源控制电路；在低压电源工作时，恒流源控制电路快速调整，并进入励磁电流恒定的状态，电磁流量计在励磁电流恒定时进行流量的测量桥开关电路由励磁时序电路和H桥驱动电路控制，H桥开关电路工作的方式是对臂联动导通桥开关电路控制励磁电流的方向，在每个周期中，励磁电流方向为正和为负的时间各占半个周期；在每半个周期结束时，励磁线圈中的能量会被吸收到能量回馈电路中，并在下半个周期开始时，能量回馈电路将吸收到的能量回馈给励磁线圈，实现了能量的回收利用，提高电源的利用效率。
2.如权利要求1所述的一种功耗较低的高低压电源切换励磁控制系统，其特征在于:所述高低压切换电路由PMOS管Q6、NM0S管Q5、二极管D3、电阻R5和电阻R8组成；电阻R5上的分压为PMOS管Q6的栅极和源极提供驱动电压，高压电源接在PMOS管Q6的源极，当NMOS管Q5管导通时，PMOS管Q6导通，高压电源经过能量回馈电路和高低压切换电路接至H桥开关电路的上端，直接给励磁线圈充电；高压电源经过高低压切换电路之后，接在二极管D3的阴极，二极管D3起到钳位的作用，使低压电源无法通过；当NMOS管Q5截止时，PMOS管Q6的栅极和源极之间的电压为0，PMOS管Q6截止，高压电源和能量回馈电路被截止，低压电源经过恒流源控制电路，给励磁线圈充电，维持励磁电流的稳定。
3.如权利要求1所述的一种功耗较低的高低压电源切换励磁控制系统，其特征在于:所述恒流源控制电路是由运算放大器U3、PNP三极管管Q7、NPN三极管Q8、电阻R3、电阻R4、电阻R6、电阻R7、电阻R9、电阻RlO及基准源Vref组成；其中，基准源Vref决定恒流控制中励磁电流的恒定值的大小；误差放大器由运算放大器U3、电阻R3、电阻R4、电阻R9和电阻RlO组成；误差放大器将检流电路上的反馈电压VFB与基准源Vref进行比较，控制NPN三极管Q8和PNP三极管Q7的工作状态，维持励磁线圈中电流的恒定；在低压电源供电时，恒流源控制电路维持励磁线圈中电流值的恒定；在恒流源控制电路中，三极管Q7和三极管Q8工作在线性放大区；当励磁线圈上的电流减小时,检流电路上的反馈电压VFB小于基准源Vref，误差放大器输出的电压值较大，NPN三极管Q8的基极电流增大，进而NPN三极管Q8的集电极电流增大，即PNP三极管的基极电流增加，使PNP集电极电流增加，励磁电流增大，励磁线圈上的电压增加，PNP三极管分担的压降减�。坏崩畔呷ι系牡缌髟龃笫保炝鞯缏飞系姆蠢〉缪筕FB大于基准电源Vref，误差放大器输出的电压减�。琋PN三极管Q8的基极电流减�。鳱PN三极管Q8的集电极电流减�。碢NP三极管的基极电流减�。筆NP集电极电流减�。诺缌骷跣。畔呷ι系牡缪辜跣。琍NP三极管分担的压降增大；通过PNP三极管Q7、NPN三极管Q8和运算放大器的调节，使励磁电流稳定在设定值。
4.如权利要求1所述的一种功耗较低的高低压电源切换励磁控制系统，其特征在于:所述H桥开关电路和H桥驱动电路，由第一驱动芯片U4、第二驱动芯片U5，NMOS管Ql、Q2、Q3、Q4，电容 C6、C7、C8、C9、C10、C11，电阻 R14、R15、R16、R17，二极管 D4、D5 组成；所述 NMOS管Ql、Q2、Q3、Q4型号相同，构成H桥开关电路，其中NMOS管Ql、Q2为高压侧的NMOS管，NMOS管Q3、Q4为低压侧的NMOS管，驱动芯片为集成芯片IR2110出桥驱动电路中的第一驱动芯片U4和第二驱动芯片U5同时输出两路驱动信号，专门用于驱动高压侧的NMOS管和低压侧的NMOS管的集成芯片IR2110。
5.如权利要求1所述的一种功耗较低的高低压切换电源励磁控制系统，其特征在于:所述迟滞比较电路由比较器U1、电阻R12、电阻Rll和基准源Vrefl组成；通过迟滞比较电路，可以设置两个电压阈值，一个上限阈值和一个下限阈值；迟滞比较器的负端接在检流电路的反馈电压VFB上，当励磁线圈中的电流小于迟滞比较器的设置的下限阈值时，迟滞比较器输出高电平；当励磁线圈中的电流大于迟滞比较器的上限阈值时，迟滞比较器输出低电平。
【文档编号】G01F1/60GK104266700SQ201410515971
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月30日 优先权日:2014年9月30日
【发明者】徐科军, 许伟, 杨双龙, 梁利平, 方敏 申请人:合肥工业大学
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