CN103277563B - 一种高速电磁开关阀的快速启闭方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高速电磁开关阀的快速启闭方法。针对现有的高速电磁开关阀的关闭时间不能令人满意的问题，本发明通过用一个开关阵列的电阻代替续流支路电阻R_x，在高速电磁开关阀关闭过程中，通过检测线圈两端电压U_D，动态调整续流支路电阻值，使得在高速电磁开关阀关闭过程中，一方面保证线圈两端电压稳定在一个安全的反向电压以下，保证前级开关不被击穿；另一方面当线圈两端电压低于安全电压U_A一定值(本发明中称为调整电压U_T)时，通过加大续流支路电阻值提高线圈放电速度，从而达到既能保证前级开关安全又能减小高速电磁开关阀阀芯关闭时间的效果。

Description

一种高速电磁开关阀的快速启闭方法

技术领域

本发明涉及一种加速电磁开关阀电感线圈放电速度的方法，尤其涉及高速电磁开关阀的快速关闭方法。

背景技术

高速电磁开关阀在开启和关闭时线圈的电路如图1所示，PWM信号如图2所示，假设开关为理想开关。

当PWM信号为1时，开关通，驱动电源与线圈接通，在t_W范围内，线圈电流为：

$i=\frac{U_S}{R_S+R_L}(1-e^{\frac{t}{\mathrm{\τ}1}})---\left(1\right)$

式中：R_S——电源内阻

L——开关阀线圈电感

R_L——开关阀线圈电阻

U_S——充电电源

$\mathrm{\τ}1=\frac{L}{R_S+R_L}$

当PWM信号为0时，开关断开，线圈与续流二极管接通，忽略续流二极管两端电压，在t_off范围内，线圈电流为：

$i=i_0{e}^{-\frac{t}{{\mathrm{\τ}}_2}}---\left(2\right)$

式中：i₀——开关转换时，线圈内的初始电流

${\mathrm{\τ}}_2=\frac{L}{R_x+R_L}$

R_x——续流支路电阻

由式(2)可以看出：增大续流支路电阻R_x有利于提高高速电磁开关阀线圈电流的下降速度，从而提高高速电磁开关阀的关闭特性。但一方面续流支路电阻R_x太大，会引起电压增高，一旦超过开关的耐压，将造成元件击穿；另外一方面，通过固定电阻放电时，电流下降到一定程度后，放电过程减缓，难以满足高速电磁开关阀的快速关闭特性要求。作为公知的技术，通常提高高速电磁开关阀线圈电流的下降速度的方法是：在续流支路中与二极管反向串联一个稳压管，保护开关元件的同时，尽可能加快电流的下降速度，提高高速电磁开关阀的关闭特性，如图3所示。

但是，尽管串联了一个稳压管，当电流较小时，稳压管会失去稳压作用，高速电磁开关阀的关闭时间不能令人满意。

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明旨在提供一种能在提高高速电磁开关阀线圈放电速度，减小高速电磁开关阀关闭时间的方法，并提供了一种实现该方法的装置。

本发明采用的技术方案如下：用一个开关电阻阵列代替续流支路电阻R_x，在高速电磁开关阀关闭过程中，通过检测线圈两端电压UD，动态调整续流支路电阻值，使得在高速电磁开关阀关闭过程中，一方面保证线圈两端电压稳定在一个安全的反向电压以下，保证前级开关不被击穿；另一方面当线圈两端电压低于安全电压UA一定值(本发明中称为调整电压UT)时，通过加大续流支路电阻值提高线圈放电速度，从而达到保证前级开关安全又减小高速电磁开关阀阀芯关闭时间的效果。

上述安全电压UA根据前级开关管反向击穿电压UB选取，小于前级开关管反向击穿电压并保留一定的安全余量(按前级开关管反向击穿电压的50-60％选取即可)，安全电压通过电阻的设定来保证。

上述调整电压根据安全电压选取，小于安全电压，按安全电压的80％左右选取即可。

当PWM信号为0时，开关断开，线圈开始放电，控制器通过比较给定的调整电压值U_T与电压检测值U_D，随着放电电压的减小，当电压检测值U_D＜调整电压值U_T时，控制K_i断开和K_(i+1)接通，其中i＝1、2、......、(n-1)，调整增大RX阵列的阻值，每次调整后U_D又会突变增大，开始下一次电压调整；当Kn接通后，就一直以Rn作为最大放电电阻放电，达到减小高速电磁开关阀关闭时间的效果。

电阻阵列可以采用并联(如图5)或者串联(如图6)方式。在采用并联电阻阵列时，放电电阻RX₀阻值为

RX₀＝U_A/(U_S/R_L)

其它电阻RX_i阻值为

RX_i＝U_A/(U_T/RX_i-1) i＝1、2、......、n

在采用串联电阻阵列时，放电电阻RX₀阻值为

RX₀＝U_A/(U_S/R_L)

其它电阻RX_i阻值为

RX_i＝U_A/[U_T/(RX_i-1+RX_i-2+...+RX₀)]-(RX_i-1+RX_i-2+...+RX₀)

i＝1、2、......、n

当PWM信号为0时，随着放电电压的减小，开关K0、K1、...、Kn-1、Kn按以下规则变化(1表示接通，0表示断开)：

[1 0 0 0 ...... 0 0 0 0]

[0 1 0 0 ...... 0 0 0 0]

[0 0 0 0 ...... 0 0 1 0]

[0 0 0 0 ...... 0 0 0 1]

当PWM信号为0，并且电压检测值U_D＜调整电压值U_T时，顺序改变一次变化规则，当PWM信号为1时，恢复为[1 0 0 0 ...... 0 0 0 0]状态。

与现有技术比较，本发明有如下有益效果：

1)本发明方法可使高速电磁开关阀在PWM信号为0期间，自适应调节R_x阻值为最大，加快放电速度，但又不会导致瞬间高压击穿前级开关管，从而提高高速电磁开关阀的控制性能；

2)本发明装置采用开关电阻阵列替代R_x，灵活方便，既可与前级电路一起构成整个系统，也可以自成一个控制系统，可满足大多数应用要求；

3)本发明可实现R_x数字控制，满足大多数高速电磁开关阀的控制要求；

4)本发明方法及装置不但适用于本发明提出的高速电磁开关阀，同样也适用于其它结构形式的高速电磁开关阀和其它电感放电装置，具有较大的普适性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见，这些附图仅是本申请记载的一种高速电磁开关阀的快速启闭方法的一些具体实施方式。本发明包括但不限于以下这些。

图1为现有高速电磁开关阀线圈示意图；

图2为现有高速电磁开关阀PWM信号图；

图3为现有的高速电磁开关阀加快放电示意图；

图4为本发明高速电磁开关阀电路示意图；

图5为本发明高速电磁开关阀并联电阻阵列示意图；

图6为本发明高速电磁开关阀串联电阻阵列示意图；

图7为本发明高速电磁开关阀一个具体实施例的示意图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，现结合附图7对本发明的结构和功能作个简单介绍：

1)当PWM＝1时，计数器74LS161置零，74HC138的地址输入端ABC＝000，译码器74HC138只有Y0端口输出为0，经反相器反相后输入到TLP250后驱动K0管，使K0管导通。

同时，CMOS开关电路的PMOS管Q1导通、NMOS管Q2截止，开关电路NMOS管Q3导通，主电路的电源VCC对开关阀充电。在充电过程中，B点电位为零。

2)当PWM＝0时，计数器74LS161的各功能端设置为计数状态，CMOS开关电路1的PMOS管Q1截止、NMOS管Q2导通，开关电路NMOS管Q3截止，开关阀放电。B点电位突变为一个正电压，将B点电位通过取样分压后，与调整电压进行比较，由于74LS161为上升沿计数，其输出保持。放电过程中，B点电位下降，当B点电位的取样分压值低于调整电压时，比较器A1输出一个下降沿，经过反向后变化为上升沿，使74LS161计数，74HC138的输出变化为只有Y1端口输出为0，经反相器反相后输入到TLP250后驱动K1管，使只有K1管导通，B点电位上升。以后，循环一直到只有Y7端口输出为0，使只有K7管导通，同时，Y7端口使74LS161使能端置0，74LS161不再计数，直到放电完成。当PWM再一次为1时，又按步骤1)进行循环。

图中：取样电阻RW2的选取应比放电回路最大电阻大2倍以上，以减小对放电回路的影响。

本发明的如图7所示的具体实施例中的电路有局限，只能达到8级电阻控制，但是在本发明的宗旨内，RX阵列电阻具有广阔的选择余地，更多级的电阻阵列，能达到更大的电阻变化比。因此，以上具体实施例只是对本发明宗旨的描述，而不能理解为对本发明范围的限制。

Claims (4)

1.一种高速电磁开关阀的快速启闭方法，其特征在于：使用开关电阻阵列替代传统的续流支路电阻，还包括有检测电路和控制电路，所述控制电路能动态调整开关电阻阵列的电阻值；所述方法包括以下步骤：

1)用PWM信号控制电磁开关阀通断；

2)检测电路检测电磁开关阀线圈的电压值；

3)控制电路根据检测电路检测的电压值，与调整电压值进行比较后，调整开关电阻阵列通断状态以动态调整开关电阻阵列的电阻值。

2.根据权利要求1所述的高速电磁开关阀的快速启闭方法，其特征在于所述步骤1)中：

当控制信号PWM＝1时，电磁阀线圈通过电源进行充电；

当控制信号PWM＝0时，电磁阀线圈通过续流支路开始放电。

3.根据权利要求1所述的高速电磁开关阀的快速启闭方法，其特征在于所述步骤3)中：

当控制信号PWM＝1时，控制电路控制开关电阻阵列中的开关K₀接通，其余电阻均断开；

当控制信号PWM＝0时，控制电路控制开关电阻阵列中的各电阻通断状态以动态调整开关电阻阵列的电阻值，以加快电磁开关线圈放电速度。

4.根据权利要求3所述的高速电磁开关阀的快速启闭方法，其特征在于所述步骤3)中所述的动态调整开关电阻阵列的电阻值是通过开关K₀至Kn逐一接通来实现的。