CN102734541B

CN102734541B - 一种高磁势起动低磁势保持的电磁阀控制模块

Info

Publication number: CN102734541B
Application number: CN 201210236872
Authority: CN
Inventors: 许志红; 汤龙飞
Original assignee: Fuzhou University
Current assignee: Fuzhou University
Priority date: 2012-07-10
Filing date: 2012-07-10
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2032-07-10
Also published as: CN102734541A

Abstract

本发明涉及一种高磁势起动低磁势保持的电磁阀控制模块，包括电源、整流滤波电路以及线圈负载，其特征在于：还包括起动电路和保持电路，所述的电源与所述整流滤波电路连接，所述整流滤波电路的输出分别经所述起动电路和保持电路与所述的线圈负载连接；本发明是一种具有自保护功能的控制电路，与电磁阀本体配合，实现交直流通用、宽电压输入、节能无声运行控制。

Description

一种高磁势起动低磁势保持的电磁阀控制模块

技术领域

本发明涉及器械智能控制领域，特别是一种高磁势起动低磁势保持的电磁阀控制模块。

背景技术

电磁阀作为典型的低压电器产品，其工作具有特殊性。以制冷系统中大量采用的FDF系列电磁阀为例，其体积小、结构紧凑、工作电压范围窄、产品种类多、工作温升不易控制。电磁阀的电磁系统，具有可变气隙、分布磁场的电磁结构，因此，在工作过程中，其磁路中的电感、磁通、磁链、电压、电流、吸力等参量，均为变化的量。在大气隙时，需要的激磁磁势较大，必须施加强激磁，才能够使机构克服系统反力，可靠工作。但是，当铁心闭合以后，由于磁路中的气隙大幅度减少，只需要一个较小的磁势，就可以维持磁路的吸持状态。因此，从节能、绿色、环保角度，对电磁阀实行高磁势起动、低磁势保持的工作模式，是很有必要的。但是，在小型电磁阀领域中，由于电磁阀结构紧凑、安装位置有限，对电磁阀进行智能控制，存在相当难度。

发明内容

本发明的目的是提供一种高磁势起动低磁势保持的电磁阀控制模块，能实现交直流通用、宽电压输入、节能无声运行控制。

本发明采用以下方案实现：一种高磁势起动低磁势保持的电磁阀控制模块，包括电源、整流滤波电路以及线圈负载，其特征在于：还包括起动电路和保持电路，所述的电源与所述整流滤波电路连接，所述整流滤波电路的输出分别经所述起动电路和保持电路与所述的线圈负载连接；

所述的保持电路包括：

一开关模式稳压器，该开关模式稳压器设置有旁路储能电容以及一用以采集母线电压的电阻；

一电感，该电感一端连接在所述母线上，另一端与所述开关模式稳压器的输出端连接；

一第一二极管，该第一二极管的正极与所述电感的另一端连接；

一电容，该电容的正极连接到所述的母线，该电容的负极与所述二极管的负极连接；

一光耦电压反馈，其对所述保持电路的电压进行调节；

一光耦电流反馈，其对所述保持电路的电流进行调节；以及

一锁存关闭电路，该锁存关闭电路与所述光耦电压反馈和光耦电流反馈连接以对所述保持电路的过压、过流状态进行检测，当发生过压或者过流状况时，触发所述开关模式稳压器内部锁存关闭电路，使开关模式稳压器停止工作，直至该开关模式稳压器人工掉电复位后才重新工作；

所述的起动电路的结构是在所述保持电路的基础上添加一延时关断电路，该延时关断电路负责设置起动电路的起动时间。

在本发明一实施例中，所述的开关模式稳压器采用TNY系列芯片。

在本发明一实施例中，所述起动电路和保持电路的输出端均设置有一防止外界高压涌入的二极管以及滤除高频干扰的陶瓷电容。

本发明具有以下优点：

1、将开关电源芯片巧妙的应用在电磁电器的控制中，器件的集成度高、电路可靠、体积小；

2、芯片采用动态自供电的方式工作，克服了传统智能控制器需要辅助工作电源的缺陷，进一步降低了体积和成本；

3、电路采用低端降压升压型—光耦反馈方式的拓扑结构，输出电压可升可降，进一步拓宽了驱动系统的工作电压，故障时安全可靠；

4、工作在高频开/关控制模式，控制回路无需复杂的环路补偿，具有完善的保护功能，控制速度快；

5、可以方便的调节起动参数和保持参数，便于对电磁机构的优化控制；

6、电路交直流通用，宽电压输入范围，节能无噪声运行，温升低；

7、具有母线电压检测功能可以设置起动及分断阈值；

8、增加了锁存关断功能，系统更加安全可靠；

9、外部可设置不同的电流限流值，满足各种敞开式及密闭式应用对温升的要求等。

总之，对于小容量电磁电器，此方案具有体积小、控制可靠、速度快、保护功能完善、交直流电压通用、宽电压输入等特点。

附图说明

图1是本发明实施例电路原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

如图1所示，本实施例提供一种高磁势起动低磁势保持的电磁阀控制模块，包括电源、整流滤波电路以及线圈负载，其特征在于：还包括起动电路和保持电路，所述的电源与所述整流滤波电路连接，所述整流滤波电路的输出分别经所述起动电路和保持电路与所述的线圈负载连接；所述的保持电路包括：一开关模式稳压器，该开关模式稳压器设置有旁路储能电容C5以及一用以采集母线电压的电阻R1；一电感L1，该电感L1一端连接在所述母线上，另一端与所述开关模式稳压器的输出端连接；一第一二极管D4，该第一二极管D4的正极与所述电感的另一端连接；一电容C1，该电容C1的正极连接到所述的母线，该电容的负极与所述二极管的负极连接；一光耦电压反馈，其对所述保持电路的电压进行调节；一光耦电流反馈，其对所述保持电路的电流进行调节；以及一锁存关闭电路，该锁存关闭电路与所述光耦电压反馈和光耦电流反馈连接以对所述保持电路的过压、过流状态进行检测，当发生过压或者过流状况时，触发所述开关模式稳压器内部锁存关闭电路，使开关模式稳压器停止工作，直至该开关模式稳压器人工掉电复位后才重新工作；所述的起动电路的结构是在所述保持电路的基础上添加一延时关断电路，该延时关断电路负责设置起动电路的起动时间。

为了让一般技术人员更好的理解本发明，下面对本实施例的工作原理做进一步说明。请继续参见图1，图中，电容C5为开关模式稳压器1的储能电容，电容C6为开关模式稳压器2的储能电容，L1、D1、C1构成起动主电路的降压升压型拓扑结构，L2、D4、C3构成保持主电路的降压升压型拓扑结构，D2为起动续流二极管，D5为保持续流二极管，D3二极管可防止外界高压涌入起动回路输出，也可以防止模块输入输出接反；D6二极管可防止外界高压涌入保持回路输出，也可以防止模块输入输出接反；C2为陶瓷电容，滤除起动回路的高频干扰，C4为陶瓷电容，滤除保持回路的高频干扰，电阻R1用于起动阈值设置，电阻R2用于分断阈值设置。本实施例中所述的开关模式稳压器采用TNY280芯片，该TNY系列电磁阀驱动方案是：主电路的结构为低端降压升压型—光耦反馈方式的拓扑结构。应用此种拓扑结构的优点如下：输出电压可升可降，进一步拓宽了驱动系统的工作电压，可以在更大的范围内调节电磁阀的起动时间和优化动作参数；故障时安全可靠，芯片内部MOSFET损坏时，输出不受输入电压影响，始终保持零电压，避免高压直通的情况，防止烧坏线圈。该单片开关模式稳压器上集成了一个高压功率MOSFET开关及一个电源控制器。与通常的PWM(脉宽调制)控制器不同，它使用简单的开/关控制方式来稳定输出电压。这个控制器包括了一个振荡器、使能电路（感测及逻辑）、流限状态调节器、低电压直流稳压器、旁路/多功能引脚欠压及过压电路、电流限流选择电路、过热保护、电流限流电路，前沿消隐电路等。此外还增加了欠压检测、自动重起动、自动调整的开关周期导通时间延长及频率抖动功能。

TinySwitch-III器件以流限模式工作。开启时，振荡器在每个周期开始时开通功率MOSFET。电流上升到流限值或达到DC_MAX的极限时关断MOSFET。由于TinySwitch-III设计的最高流限值与频率是定值，它提供给负载的功率与电感及峰值电流的平方成正比。TinySwitch-III 的开/关控制电路的响应时间比PWM控制要迅速得多，可获得精确的稳压精度及出色的瞬态响应特性。系统的工作频率为132kHz。芯片内部电流限制电路检测功率M O S F E T 的电流。当电流超过内部阈值时，在该周期剩余阶段会关断MOSFET。在功率M O S F E T 开启后，前沿消隐电路会在短时间内禁止内部电流限流比较器。通过设置前沿消隐时间，可以防止由电容及次级整流管反向恢复时产生的电流尖峰引起开关脉冲的提前误关断。热关断电路检测硅片的温度，阈值设置在142℃并具备75℃的迟滞范围。

起动过程：开关模式稳压器1对电磁阀的起动过程进行闭环控制, 上电时开关稳压器通过动态自供电的方式向旁路电容C5充电，旁路电容电压充到一定值时，芯片通过电阻R1检测HV+母线电压,当母线电压位于设置的阈值内时，内部MOSFET开始斩波，通过降压升压拓扑结构向负载线圈提供起动能量，通过光耦电压反馈电路1及光耦电流反馈电路1对起动电路的电压电流进行调节，电路设计既可以输出恒定的起动电压也可以输出恒定的起动电流，拓宽了电路的适用范围，当起动电路的输出电压达到设定值或者起动电路的输出电流达到设定值时，反馈回路发生作用，通过丢掉多余的开关周期的方法来维持输出电压或者电流的恒定，因此，随着负载的减轻，会有更多的周期被丢掉。而当负载加重时，只有很少的周期被丢掉。如果在64ms 期间没有任何周期被丢掉，芯片会进入自动重起动状态以提供过载保护，功率MOSFET 开关通常被禁止2.5秒(除欠压状态下，因MOSFET在欠压时已被关断)。自动重起动电路对功率MOSFET进行交替使能和关闭，直到故障排除为止。

图中，延时关断电路负责设置电路的起动时间，起动电路只在上电后短时间工作（几十毫秒），之后被延时关断电路关闭，停止向负载输出功率。延时关断电路可以根据整流滤波后电压的大小自动调节延时关断时间，电压越低，延时时间越长，电压越高，延时时间越短，保证电磁阀在宽电压范围内可靠起动。

保持过程：开关模式稳压器2对电磁阀的保持过程进行闭环控制, 上电时开关稳压器通过动态自供电的方式向旁路电容C6充电，旁路电容电压充到一定值时，芯片通过R2检测电阻检测HV+母线电压,当母线电压位于设置的阈值内时，内部MOSFET开始斩波，通过降压升压拓扑结构向负载线圈提供起动能量，通过光耦电压反馈电路2及光耦电流反馈电路2对保持电路的电压电流进行调节，电路设计既可以输出恒定的保持电压也可以输出恒定的保持电流，拓宽了电路的适用范围，当保持电路的输出电压达到设定值或者输出电流达到设定值时，反馈回路发生作用，通过丢掉多余的开关周期的方法来维持输出电压或者电流的恒定，因此，随着负载的减轻，会有更多的周期被丢掉。而当负载加重时，只有很少的周期被丢掉。如果在64ms 期间没有任何周期被丢掉，芯片会进入自动重起动状态以提供过载保护，功率MOSFET 开关通常被禁止2.5秒(除欠压状态下，因MOSFET在欠压时已被关断)。自动重起动电路对功率MOSFET进行交替使能和关闭，直到故障排除为止。

图中，锁存关闭电路1和锁存关闭电路2分别对起动电路和保持电路的过压、过流状态进行进一步检测，当发生过压或者过流状况时，触发芯片内部锁存关闭电路，使芯片停止工作，直至芯片人工掉电复位后才重新工作，进一步完善了保护性能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种高磁势起动低磁势保持的电磁阀控制模块，包括电源、整流滤波电路以及线圈负载，其特征在于：还包括起动电路和保持电路，所述的电源与所述整流滤波电路连接，所述整流滤波电路的输出分别经所述起动电路和保持电路与所述的线圈负载连接；

所述的保持电路包括：

一光耦电压反馈，其对所述保持电路的电压进行调节；

一光耦电流反馈，其对所述保持电路的电流进行调节；以及

2.根据权利要求1所述的高磁势起动低磁势保持的电磁阀控制模块，其特征在于：所述的开关模式稳压器采用TNY系列芯片。

3.根据权利要求1所述的高磁势起动低磁势保持的电磁阀控制模块，其特征在于：所述起动电路和保持电路的输出端均设置有一防止外界高压涌入的二极管以及滤除高频干扰的陶瓷电容。