CN101709804B - 用于智能阀门定位器喷嘴挡板的pwm驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于智能阀门定位器喷嘴挡板的PWM驱动电路，由一阶惯性滤波单元、抑制平滑单元及输出驱动单元组成。一阶惯性滤波单元由两个电阻与一个电容组成，一个电阻与电容并联后再与另一个电阻串联；所述的抑制平滑单元包括运算放大器、三极管和电阻，运算放大器输出端通过一个电阻与三极管的基极连接，三极管的发射极与运算放大器的反向输入端相连构成负反馈回路。所述的输出驱动单元包括串联的电感线圈和电阻，电阻的另一端与运算放大器的输出相连接，电感线圈的另一端与电源相连接。本发明的PWM驱动电路将主控制器输出的占空比可调的PWM矩形波转换为驱动喷嘴挡板的平滑周期性信号，结构简单，经济实用，能对阀门挡板进行精确控制。
Description
技术领域
本发明涉及PWM驱动电路，尤其涉及一种用于智能阀门定位器喷嘴挡板的PWM驱动电路。
背景技术
调节阀应用广泛，涉及到多个领域：石油和气体，造纸和纸浆，炼油，食品和饮料，化工和石化，制药，电力，金属与冶炼，半导体等。在各种阀门结构中以喷嘴挡板式I/P转换单元的气动调节阀最为常用。
I/P转换单元如图1所示，由气体放大器12，恒节流孔4，喷嘴5，挡板6，线圈7和气源11组成。挡板6根据线圈电流的大小，靠近或者远离喷嘴5，导致背压变化，控制气体放大器1流入调节阀8的空气流量，决定调节阀8的位置变化。
I/P转换的功能实现主要在于喷嘴挡板结构。喷嘴挡板结构如图2所示，图2a是结构图，图2b表示了喷嘴挡板间距与背压大小，由图可见，线圈电流越大，挡板靠近喷嘴，δ值越大，背压越大，在δa和δb之间几乎为线性关系。
由喷嘴挡板的特性可知通过线圈的电流出现阶跃性的突变十分不利于背压的控制，也即阀门的定位。常用的控制单元能输出的是占空比可调的PWM波，这种PWM波的波形会出现阶跃性的突变，不利于阀门的定位。
发明内容
本发明提供一种结构简单的用于智能阀门定位器喷嘴挡板的PWM驱动电路。
一种用于智能阀门定位器喷嘴挡板的PWM驱动电路，由相互串联的一阶惯性滤波单元，抑制平滑单元，输出驱动单元组成。
所述的一阶惯性滤波单元由两个电阻与一个电容组成。其中一个电阻与电容并联后再与另外的电阻串联。一阶惯性滤波单元的输入信号为来自主控制器的占空比可调的PWM矩形波，一阶惯性滤波单元的输出信号作为抑制平滑单元的输入信号。
所述的抑制平滑单元包括运算放大器、三极管和电阻，运算放大器输出端通过一个电阻与三极管的基极连接，三极管的发射极与运算放大器的反向输入端相连构成负反馈回路，运算放大器的正向输入端输入的是一阶惯性滤波单元的输出信号，负向输入端通过一个电阻接地。三极管的集电极电流为抑制平滑单元的输出。
所述的输出驱动单元包括串联的电感线圈和电阻，电阻的一端与电感线圈的一端连接，电阻的另一端与抑制平滑单元中三极管的集电极相连接，电感线圈的另一端与电源相连接，输出驱动单元的驱动能力主要受三极管集电极电流的控制，输出驱动单元的电阻主要起分压的作用，保护电感线圈。电感线圈将电能转换为磁能，实现对喷嘴挡板式I/P转换单元的驱动。
本发明的PWM驱动电路在智能阀门定位器中，将主控制器输出的占空比可调的PWM矩形波转换为驱动喷嘴挡板式I/P电气转换单元的气动调节阀的平滑周期性信号，结构简单，经济实用，能对阀门挡板进行精确控制。
附图说明
图1I/P转换单元结构图。
图2a为喷嘴挡板结构示意图；
图2b为喷嘴挡板特性示意图。
图3为本发明PWM驱动电路的电路方框图
图4为图3所示的PWM驱动电路的电路原理图。
图5为本发明PWM驱动电路各部分的输入输出波形图。
具体实施方式
如图3、4所示，一种用于智能阀门定位器喷嘴挡板的PWM驱动电路，由一阶惯性滤波单元1、抑制平滑单元2、及输出驱动单元3组成。
一阶惯性滤波单元1由电阻R1，电阻R2和电容C1组成，电阻R2与电容C1并联再与电阻R1右端串联，电阻R1的左端输入可调占空比的PWM矩形波，经一阶惯性滤波后由R1右端输出。此一阶惯性滤波环节的时间常数为R1R2C1/(R1+R2)。
抑制平滑单元2由运算放大器U1和三极管Q1以及电阻R3，R4构成。
运算放大器U1正向输入端与R1右端相连，正向输入为一阶惯性滤波单元输出；运算放大器U1反向输入端与电阻R3相连，R3的另一端接地。运算放大器U1输出端与电阻R2相连，通过R2再与三极管Q1的基极相接，三极管Q1的发射极直接与运算放大器U1的反向输入端连接构成一个负反馈回路。
输出驱动单元3由相互串联的电感线圈L1电阻R5构成。电阻R5的另一端与抑制平滑单元中三极管Q1的集电极相连，电感线圈的另一端直接与电源相连接。电源电压设为3.3v。
上述矩形波平滑转换电路工作原理如下：
图5所示的波形a为主控制器输出的占空比可调PWM矩形波，占空比为20％，VP-P(峰峰值电压)为3v，经过一阶惯性滤波环节，得到的波形如图5所示的波形b，VP-P为48.3mv，Vmean(均值电压)为33.4mv，基本不改变矩形波的平均直流电平，大幅度的减小了矩形波的阶跃特性。
一次平滑后的周期波作为运算放大器的正向输入信号Ui+，由于运算放大器U1电阻R4与三极管Q1组成了负反馈电路，运算放大器的反向输入电压Ui-＝Ui+，同时三极管Q1发射极输出电流Ie受R3和Ui+控制，有如下关系：Ie＝Ui+/R3。由三极管的特性，可知三极管Q1发射极输出电流Ie与集电极输入电流Ic之间存在如下关系：Ie＝Ic+Ib。当输入电平Ui+较高时，三极管Q1发射极输出电流Ie也相对较大，三极管Q1工作状态偏向饱和状态，基极的输入电流电流Ib增大，集电极的输入电流Ic受到抑制，相对较小；当输入电平Ui+较低时，三极管Q1发射极输出电流Ie也相对较小，三极管Q1工作状态偏向截止状态，基极的输入电流Ib接近于零，集电极的输入电流Ic相对较大。这样巧妙的利用了三极管输入输出电流的非线性关系，实现对输出占空比可调PWM矩形波的二次平滑，抑制平滑单元输出的波形如图5的波形c所示，VP-P为84.6mv，Vmean为532mv。与波形b相比，在VP-P变化不大的情况下，Vmean有明显的增大，给输出驱动单元进一步提高均值电压做好准备。
输出驱动单元中电感线圈L1感受抑制平滑单元中三极管Q1集电极电流Ic的变化，有效的将电能转换为磁能，驱动挡板运动，实现对喷嘴挡板I/P转换单元的控制。电感线圈L1上输出的电压波形如图5的波形d所示，VP-P为89.4mv，Vmean为2.88v。与波形c相比，VP-P几乎变化不大，但是Vmean增加了几十倍，预储存了能量在电感线圈中，为挡板的移动做好了准备。
Claims (1)
1.用于智能阀门定位器喷嘴挡板的PWM驱动电路，其特征在于：由依次连接的一阶惯性滤波单元，抑制平滑单元，输出驱动单元组成；
所述的一阶惯性滤波单元由两个电阻与一个电容组成，其中第一电阻与电容并联后再与第二电阻串联；
所述的抑制平滑单元包括运算放大器、三极管和第三电阻，运算放大器输出端通过第三电阻与三极管的基极连接，三极管的发射极与运算放大器的反向输入端相连构成负反馈回路；
所述的输出驱动单元包括串联的电感线圈和第四电阻，第四电阻的一端与电感线圈的一端连接，第四电阻的另一端与抑制平滑单元中三极管的集电极连接，电感线圈的另一端与电源相连接。
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