CN104169691B - 电磁流量计的励磁电路以及电磁流量计 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在各种工序系统中对具有导电性的流体的流量进行测量的电磁流量计的励磁电路以及电磁流量计。在该励磁电路中，切换电路(11)基于励磁信号(SA、SB)，通过二极管(D1、D2)将从电流输入端子(Tin)向电流输出端子(Tout)流动的驱动电流作为励磁电流(Iex)向励磁线圈(L)切换供给，充放电电路(13)通过二极管电桥(DB)将来自励磁线圈(L)的反电动势充电至电容元件(C)，通过高耐压状态的(SW1、SW2)，与励磁电流(Iex)的极性相符合地、将来自电容元件(C)的放电电流供给至励磁线圈(L)。由此，能够回避由高电压导致的开关电路的损伤，同时有效地利用励磁线圈的反电动势，使励磁电流的上升快速进行。

Description

电磁流量计的励磁电路以及电磁流量计

技术领域

本发明涉及在各种工序系统中对具有导电性的流体的流量进行测量的电磁流量计的励磁电路以及具备该励磁电路的电磁流量计。

背景技术

一般地，在对具有导电性的流体的流量进行测量的电磁流量计中，向励磁线圈供给极性交替切换的励磁电流，检测与来自励磁线圈的产生磁场正交并配置在测量管内的一对电极之间产生的电动势，将该电极之间产生的电动势放大后，通过取样信号处理，对流过测量管内的流体的流量进行测量，所述励磁线圈被配置成使得磁场产生方向垂直于在测量管内流动的流体的流动方向。

如图5所示，该电磁流量计50由检测器50A和切换器50B构成。

在检测器50A中，作为主要的结构，设置有测量管51、电极52以及励磁线圈53。

测量管51作为整体由不锈钢等非磁性金属的筒体构成，在其内侧构成成为测量对象的流体所流动的流路51F。

励磁线圈53由与测量管51的外侧相对配置的一对线圈构成，其具有使磁场B根据由切换器50B供给的励磁电流Iex，在相对于在流路51F流动的流体的流动方向正交的方向上产生磁场B的功能。

电极52与正交于由励磁线圈53产生的磁场B的方向的方向相对，由被配置为与在测量管51的内壁流过流路51的流体接触的一对电极构成，该电极52具有检测根据磁场B所引起的向流体的励磁在该流体中产生的电动势E，并向切换器50B输出的功能。

在切换器50B中，作为主要的电路部，设置有通信I/F部55、信号处理部56以及励磁电路57。

通信I/F部55通过信号线W与控制器等上位装置(未图示)连接，具有：由从上位装置通过信号线W供给的电力生成动作电源并向各功能部供给的功能，以及利用数据通信将用信号处理部56得到的流体的流量值通过信号线W向上位装置通知的功能。

信号处理部56具有：生成由具有一定的励磁频率的脉冲信号构成的励磁信号并向励磁电路57输出的功能，对由电极52检测到的电动势E进行信号放大或基于上述励磁频率的取样等信号处理，计算流体的流量值的功能，以及将得到的流量值向通信I/F部55输出的功能。

励磁电路57具有基于来自信号处理部56的励磁信号，生成用于切换控制励磁极性的由矩形波构成的交流励磁电流，并向励磁线圈53供给的功能。

在这样的电磁流量计50中，对于由电极52检测到的电动势，对电动势重叠有电化学噪声、流体噪声、浆液噪声等各种各样的噪声。因此，要根据电动势高精度地计算出流量值，需要降低这些噪声。在此，这些噪声在低频区域附近水平较高，具有所谓的1/f特性。因此，只要提高励磁频率，则由于电动势的S/N比得到改善，就能够以高精度计算出流量值。

另一方面，在将这种由矩形波构成的交流励磁电流向励磁线圈53施加了的情况下，由于励磁线圈具有的自感的影响，导致励磁电流的上升变得平稳，在该波形中产生延迟。因此，如果提高励磁频率，则由于励磁信号的波长变短，因而相对于波长的上升的延迟的比例就变大，因此产生充分的磁场的时间就变短，在由电极检测到的电动势中，振幅平坦的稳定区域的宽度也会变短。由此，就难以对电动势进行稳定取样，其结果，流量值的误差变大。因此，即使是高励磁频率，快速进行励磁电流的上升也很重要。

以往，提出了在这种电磁流量计中，将励磁线圈所产生的反电动势充电至电容元件，将其作为励磁用电力进行再利用，由此，对励磁极性切换时的励磁电流的上升进行改善的技术(例如参照专利文献1、2等)。

如图6所示，该励磁电路60由切换电路61、恒流电路62、二极管D60、二极管电桥DB以及电容元件C构成。

恒流电路62例如由射极跟随器电路构成，该射极跟随器电路由晶体管Q、运算放大器OP以及电阻元件R构成，恒流电路62连接在切换电路61的电流输出端子Tout和接地电位GND之间，其基于设定电压Vcnt，从电源电位VP以恒电流对切换电路61供给驱动电流，是一般的恒流电路。

切换电路61具有：基于从切换器的信号处理部(未图示出)输出的、由具有互补的相位关系的脉冲信号构成的信号SA、SB，对通过恒流电路62从电源电位VP供给至电流输入端子Tin的恒电流的极性进行切换控制，由此，生成交流的励磁电流Iex并向励磁线圈L供给的功能。

二极管电桥DB具有对在励磁线圈L的端子L1-L2之间(两端)产生的反电动势进行整流并向电容元件C充电的功能。DB的交流端子分别连接于L1、L2，正端子连接于电容元件C的一端，负端子连接于接地电位GND。对于该DB，只要是由肖特基二极管构成，就能够削减构成DB的各二极管的正方向的电压下降。

电容元件C连接在电流输入端子Tin和接地电位GND之间，具有对由DB整流过的反电动势进行充电的功能。

二极管60串联连接在电源电位VP和电流输入端子Tin之间，具有防止被充电到电容元件C的充电电压VC向电源电位VP侧逆流的功能。

在该切换电路61中设置有用于对电流进行开/关控制的四个开关电路SW61～SW64，其中，SW61和SW63的串联连接电路与SW62和SW64的串联连接电路进一步并联连接。励磁线圈L的端子L1连接于SW61的接点端子和SW63的接点端子的连接节点，同样地，端子L2连接于SW62的接点端子和SW64的接点端子的连接节点。

如图7的信号波形图所示，励磁信号SA、SB由具有互补的相位关系的励磁频率的脉冲信号构成，其中，SA对SW61以及SW64进行控制，SB对SW62以及SW63进行控制。

因此，如时刻T60所示，在SA上升且SB下降的情况下，SW61、SW64开启，SW62、SW63关闭。由此，作为通过D60以及Tin从VP输入的驱动电流的路径，形成了SW61→端子L2→励磁线圈L→端子L1→SW64→Tout→恒流电路62这样的路径，进行励磁电流Iex的极性的切换。

另一方面，如时刻T61所示，在SB上升且SA下降的情况下，SW61、SW64关闭，SW62、SW63开启。由此，作为驱动电流的路径，形成了SW62→端子L1→励磁线圈L→端子L2→SW63→Tout→恒流电路62这样的路径，以进行励磁电流Iex的极性的切换。

在此，在对励磁电流Iex的极性进行切换控制时，由于励磁线圈L的自感，在励磁线圈L的两端L1-L2之间的端子间电压VL产生反电动势。例如，在时刻T60，在将励磁电流Iex从在此之前的L1→L2方向切换控制至L2→L1方向的情况下，由于在励磁线圈L的两端L1-L2之间产生的反电动势，L2的电压变得比L1要高。此时，由于L1通过SW64以及恒流电路62连接于接地电位GND，因此在L2产生的高电压就通过DB被充电至电容元件C。

另一方面，在时刻T61，在将励磁电流Iex从在此之前的L2→L1方向切换控制至L1→L2方向的情况下，由于在励磁线圈L的两端产生的反电动势，L1的电压变得比L2要高。此时，由于L2通过SW63以及恒流电路62连接于接地电位GND，因此在L1产生的电压就通过DB被充电至电容元件C。

这样，在励磁电流Iex的极性切换时，由于从励磁线圈L产生的反电动势被充电至电容元件C，因此在电容元件C的充电电压VC比通过二极管D60从电源电位VP供给的电压要高的期间，电流就被从电容元件C向切换电路61供给。由此，能够对于切换电路61的Tin供给更大的电力，根据励磁信号SA、SB的切换时机，励磁电流Iex到达最大值为止的延迟时间得以缩短。因此，与未利用励磁线圈L的反电动势的情况(图7的虚线波形)相比，即使对于高励磁频率也能使励磁电流Iex的上升(下降)快速进行。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平2-12221号公报

专利文献2：专利4004931号公报

发明内容

发明要解决的课题

在这种现有技术中，由于励磁线圈L的反电动势，在开关电路SW61～SW64的接点端子侧和励磁信号SA、SB被输入的控制端子侧之间会产生高电压差。如前述的图6以及图7所说明的那样，在励磁电流Iex的极性切换时，在端子L1、L2之间会产生高反电动势，电容元件C的充电电压VC的峰值变得比电源电位VP还要高。例如，在电源电位VP是10V的情况下，有时充电电压VC会因励磁线圈L的反电动势而上升到100V左右。

在此，对于SW63、SW64，由于被施加高电压的接点端子一般会变成MOSFET(N沟道)的漏极端子，因此即使不采用高耐压做法，MOSFET也不会受到损伤。但是，对于SW61、SW62，由于通过电流输入端子Tin从电容元件C施加了高电压的接点端子一般会变成MOSFET(P沟道)的源极端子，因此存在产生SW61、SW62的损伤的问题。

作为用于回避这种由高电压导致的SW61～SW64的损伤的一个方法，考虑有进行限制充电电压VC的峰值等保护对策的方法。然而，根据这种方法，由于充电至电容元件C的电压被削减，因此存在无法将励磁线圈L的反电动势作为励磁线圈的驱动电力有效地利用的问题。

又，作为用于回避这种由高电压导致的SW61、SW62的损伤的其他方法，也考虑使用由具有充分耐压性能的MOSFET、即高耐压MOSFET构成的耐压开关电路作为这些SW61、SW62，使得即使在施加了励磁线圈L的反电动势的情况下也会不产生损伤。作为一例，通常的MOSFET的漏极·源极之间电压的绝对最大规格(VDS)为20V左右，高耐压MOSFET的VDS为100V左右或100V以上。

但是，由于高耐压MOSFET的导通电阻有增大的倾向，因此由于该导通电阻，励磁电流Iex被削减，其结果，存在无法利用电源电位VP高效率地驱动励磁线圈的问题。

又，如前所述，成为用构成开关电路的MOSFET进行开/关控制的对象的接点端子侧的电压在从电源电位VP的10V至充电电压VC的峰值的100V的范围内大范围地变动。

另一方面，高耐压MOSFET在开/关控制高电压时，需要与该电压相符地将高电压施加于栅极端子。因此，要控制大幅度变动的电压，也需要切换栅极端子侧的电压，存在控制系统极为复杂化的问题。

本发明是为解决这样的问题而做出的，其目的在于提供一种电磁流量计的励磁电路，能够回避由高电压导致的开关电路的损伤，同时有效地利用励磁线圈L的反电动势，使励磁电流的上升快速进行。

用于解决课题的手段

为了达到这种目的，本发明所涉及的励磁电路是用于电磁流量计的励磁电路，所述电磁流量计将励磁电流供给至配置在测量管的外侧的励磁线圈，用配置于该测量管的一对电极对与此相应地在该测量管内的流体中产生的、与该励磁线圈的磁场正交的电动势进行检测，基于该电动势测量该流体的流量值，所述励磁电路具有：切换电路，所述切换电路基于由具有励磁频率的脉冲信号构成的励磁信号，对从外部供给的驱动电流的电流输入端子以及电流输出端子与所述励磁线圈的一端以及另一端的连接进行切换，由此，从该驱动电流生成交流的励磁电流并供给至所述励磁线圈；和充放电电路，所述充放电电路将由所述励磁线圈产生的反电动势向电容元件充电，且基于所述励磁信号，将从该电容元件放电的放电电流作为所述励磁电流向所述励磁线圈的所述一端或所述另一端切换供给，所述切换电路具有：第一开关电路，所述第一开关电路的一个接点端子连接于所述电流输入端子，所述第一开关电路与所述励磁信号相对应地进行开/关动作；第二开关电路，所述第二开关电路的一个接点端子连接于所述电流输入端子，所述第二开关电路与所述第一开关电路反相位地进行开/关动作；第一二极管，所述第一二极管的阳极端子连接于所述第一开关电路的另一个接点端子，阴极端子连接于所述励磁线圈的所述一端；第二二极管，所述第二二极管的阳极端子连接于所述第二开关电路的另一个接点端子，阴极端子连接于所述励磁线圈的所述另一端；第三开关电路，所述第三开关电路的一个接点端子连接于所述第一二极管的阴极端子以及所述励磁线圈的所述一端，另一个接点端子连接于所述电流输出端子，所述第三开关电路与所述第一开关电路反相位地进行开/关动作；以及第四开关电路，所述第四开关电路的一个接点端子连接于所述第二二极管的阴极端子以及所述励磁线圈的所述另一端，另一个接点端子连接于所述电流输出端子，所述第四开关电路与所述第一开关电路同相位地进行开/关动作，所述充放电电路具有：二极管电桥，所述二极管电桥对产生于所述励磁线圈的两端的反电动势进行整流并向所述电容元件充电；第一耐压开关电路，所述第一耐压开关电路与所述第一开关同相位地对从所述电容元件向所述励磁线圈的所述一端的所述放电电流的供给进行开/关控制；以及第二耐压开关电路，所述第二耐压开关电路与所述第一开关电路反相位地对从所述电容元件向所述励磁线圈的所述另一端的所述放电电流的供给进行开/关控制。

又，本发明所涉及的电磁流量计具有上述的励磁电路。

发明效果

根据本发明，通过第一以及第二二极管，能够防止由来自励磁线圈的反电动势产生的高电压向第一以及第二开关电路的接点端子施加。又，由励磁线圈产生的反电动势通过充放电电路的二极管电桥向电容元件充电，电容元件的充电电力通过充放电电路的第一以及第二耐压开关电路被向励磁线圈供给。

因此，能够回避由高电压导致的开关电路的损伤，同时有效利用励磁线圈的反电动势，使励磁电流的上升快速进行。

附图说明

图1是示出第一实施形态所涉及的电磁流量计的结构的框图。

图2是示出第一实施形态所涉及的励磁电路的结构的电路图。

图3是示出第一实施形态所涉及的励磁电路的动作的信号波形图。

图4是示出第二实施形态所涉及的励磁电路的电路图。

图5是示出一般的电磁磁流计的结构的框图。

图6是示出现有的励磁电路的电路。

图7是示出现有的励磁电路的动作的信号波形图。

具体实施方式

接下来，参照附图关于本发明的实施形态进行说明。

[第一实施形态]

首先，参照图1对本发明的第一实施形态所涉及的电磁流量计进行说明。

如图1所示，该电磁流量计1由检测器1A和切换器1B构成。

在检测器1A中，作为主要的结构，设置有测量管51、电极52以及励磁线圈53。

测量管51作为整体由不锈钢等非磁性金属的筒体构成，在其内侧构成成为测量对象的流体所流动的流路51F。

励磁线圈53由与测量管51的外侧相对配置的一对线圈构成，其具有使磁场B根据由切换器1B供给的励磁电流Iex，在相对于在流路51F流动的流体的流动方向正交的方向上产生磁场B的功能。

电极52与正交于由励磁线圈53产生的磁场B的方向的方向相对，由被配置为与在测量管51的内壁流过流路51的流体接触的一对电极构成，该电极52具有检测根据磁场B所引起的向流体的励磁在该流体中产生的电动势E，并向切换器1B输出的功能。

在切换器1B中，作为主要的电路部，设置有通信I/F部55、信号处理部56以及励磁电路10。

通信I/F部55通过信号线W与控制器等上位装置(未图示)连接，具有由从上位装置通过信号线W供给的电力生成动作电源并向各功能部供给的功能，以及利用数据通信将用信号处理部56得到的流体的流量值通过信号线W向上位装置通知的功能。

信号处理部56具有：生成由具有一定的励磁频率的脉冲信号构成的励磁信号并向励磁电路10输出的功能，对由电极52检测到的电动势E进行信号放大或基于上述励磁频率的取样等信号处理，计算流体的流量值的功能，以及将得到的流量值向通信I/F部55输出的功能。

励磁电路10具有基于来自信号处理部56的励磁信号，生成用于切换控制励磁极性的由矩形波构成的交流励磁电流，并向励磁线圈53供给的功能。

接下来，参照图2对本发明的第一实施形态所涉及的励磁电路10进行说明。

该励磁电路10是在电磁流量计中，用于向励磁线圈供给励磁电流的电路。

一般地，在对具有导电性的流体的流量进行测量的电磁流量计中，向励磁线圈供给极性交替切换的励磁电流，检测与来自励磁线圈的产生磁场正交并配置在测量管内的一对电极之间产生的电动势，将该电极之间产生的电动势放大后，通过取样信号处理，对流过测量管内的流体的流量进行测量，所述励磁线圈被配置成使得磁场产生方向垂直于流过测量管内的流体的流动方向。

在图2中，励磁电路10由切换电路11、恒流电路12以及充放电电路13构成。

恒流电路12如前述的图6中所示的那样，例如由射极跟随器电路构成，该射极跟随器电路由晶体管Q、运算放大器OP以及电阻元件R构成，恒流电路12连接在切换电路11的电流输出端子Tout和接地电位GND之间，从电源电位VP以恒电流对切换电路11供给驱动电流，是一般的恒流电路。

切换电路11具有从外部供给的驱动电流的电流输入端子Tin以及电流输出端子Tout，具有：基于由具有互补的相位关系的励磁频率Fex的脉冲信号构成的励磁信号SA以及励磁信号SB，对这些电流输入端子Tin以及电流输出端子Tout和励磁线圈L的端子L2(一端)以及端子L1(另一端)的连接进行切换，由此，从该驱动电流生成交流的励磁电流Iex并向励磁线圈L供给的功能。

充放电电路13具有：将由励磁线圈L产生的反电动势向在电流输入端子Tin和接地电位GND之间连接的电容元件C充电的功能，以及基于励磁信号SA、SB，将从电容元件C放电的放电电流作为励磁电流Iex切换供给至励磁线圈L的端子L2(一端)或端子L1(另一端)的功能。

在本实施形态中，切换电路11具有：一端的接点端子连接于电流输入端子Tin、与励磁信号SA相应地进行开/关动作的开关电路SW1(第一开关电路)；一端的接点端子连接于Tin、与励磁信号SB相应地进行与开关电路SW1反相位的开/关动作的开关电路SW2(第二开关电路)；阳极端子连接于SW1的另一个接点端子、阴极端子连接于励磁线圈L的端子L2(一端)的二极管D1(第一二极管)；以及阳极端子连接于SW2的另一个接点端子、阴极端子连接于励磁线圈L的端子L1(另一端)的二极管D2(第二二极管)。

在此之上，切换电路11具有：一个接点端子连接于D1的阴极端子以及L2、另一个接点端子连接于电流输出端子Tout、与SB相应地进行与SW1反相位的开/关动作的开关电路SW3(第三开关电路)；一个接点端子连接于D2的阴极端子以及L1、另一个接点端子连接于Tout、与SA相应地进行与SW1同相位的开/关动作的开关电路SW4(第四开关电路)。

又，充放电电路13具有：对在励磁线圈L的端子L1-L2之间(两端)产生的反电动势进行整流并将其向电容元件C充电的二极管电桥DB；对于从电容元件C向励磁线圈L的端子L2的放电电流的供给，与SA相应地进行和SW1同相位的开/关控制的开关电路SW11(第一耐压开关电路)；对于从电容元件C向励磁线圈L的端子L1的放电电流的供给，与SB相对应地进行和SW1反相位的开/关控制的开关电路SW12(第二耐压开关电路)。

此时，DB的交流端子分别连接于L1、L2，正端子连接于电容元件C的一端，负端子连接于接地电位GND。对于该DB，只要是由肖特基二极管构成，就能够削减构成DB的各二极管的正方向的电压下降。

这样，根据本实施形态，从切换电路11的电流输入端子Tin将电容元件C剥离，在励磁线圈L的端子L1、L2和切换电路11的SW1、SW2之间设置防止逆流用的D1、D2。因此，能够避免由励磁线圈L产生的高反电动势从C经由Tin被向SW1、SW2的接点端子施加，且同样地，能够通过D1、D2防止由励磁线圈L产生的高反电动势被向SW1、SW2的接点端子施加。另外，只要使用肖特基二极管作为D1、D2，就能削减D1、D2的正方向的电压下降。

又，在电容元件C和端子L1、L2之间设置SW11、SW12，基于SA、SB，与SW1～SW4同相位或反相位地分别进行开/关控制。由此，即使在从Tin剥离了C的情况下，也能够与励磁电流Iex的极性相符地、将来自电容元件C的放电电流供给至励磁线圈L的端子L1、L2。

[第一实施形态的动作]

接下来，参照图2以及图3，对本实施形态所涉及的励磁电路10的动作进行说明。图3是示出第一实施形态所涉及的励磁电路的动作的信号波形图。

如图3的时刻T0所示，在SA上升且SB下降的情况下，SW1、SW4开启，SW2、SW3关闭。由此，作为来自Tin的驱动电流流动的路径，形成了SW1→端子L2→励磁线圈L→端子L1→SW4→Tout→恒流电路12这样的路径，进行励磁电流Iex的极性的切换。

这样，在对励磁电流Iex的极性进行切换控制时，由于励磁线圈L的自感，在励磁线圈L的两端L1-L2之间产生反电动势。

例如，在时刻T0，在将励磁电流Iex从在此之前的L1→L2方向切换控制至L2→L1方向的情况下，由于在端子L1-L2之间产生的反电动势，L2的电压变得比L1要高。由此，作为端子L1-L2之间的端子间电压VL产生负电压，该反电动势通过DB被充电至电容元件C。

又，由于SW11在时刻T0开启，因此被充电至电容元件C的反电动势就通过SW11被向L2施加。由此，在通过SW11从电容元件C向L2施加的反电动势比通过SW1以及D1从电源电位VP向L2施加的电压要高的区间，放电电流被从电容元件C向L2供给。由此，能够对L2供给更大的电力，根据励磁信号SA、SB的切换时机，励磁电流Iex到达最大值为止的延迟得以缩短。因此，与未利用励磁线圈L的反电动势的情况(图3的虚线波形)相比，能够使励磁电流Iex的下降(上升)快速进行。

此时，产生于L2的高反电动势也被施加于切换电路11侧，但是通过在L2和开关电路SW1的接点端子之间连接的逆流防止用的D1，使得产生于L2的反电动势不被施加于SW1的接点端子，因此能够防止SW1的损伤。又，在SW1的Tin侧的接点端子时常施加电源电位VP。

因此，不需要使用高耐压MOSFET作为SW1，因此能够使用导通电阻小的MOSFET。由此，能够抑制SW1处的励磁电流Iex的降低，其结果，能够利用电源电位VP高效率地驱动励磁线圈L。

又，由于也不需要用SW1对高反电动势进行开/关控制，因此对于SW1，不需要根据接点端子侧的电压变化切换栅极端子侧的电压，就能够回避控制系统电路的复杂化。

另外，产生于L2的高反电动势也被施加于切换电路11的SW3的接点端子，由于该接点端子一般成为MOSFET(N沟道)的漏极端子，因此即使不是高耐压状态，MOSFET也不会受到损伤。

又，产生于L2的高反电动势也被施加于充放电电路13的SW11的接点端子，但是由于SW11例如是使用了高耐压MOSFET的高耐压状态，因此不用担心损伤。此时，SW11的开启电阻与通常情况的开关电路相比为大电阻值，但是由于该SW11的开启电阻，仅仅是励磁电流Iex中的、从电容元件C向励磁线圈L放电的、电力有富余的放电电流部分降低。因此，对于从电源电位VP向励磁线圈L供给的、电力没有什么富余的驱动电流部分，能够不降低地、高效率地进行供给。

另一方面，如时刻T1所示，在SA下降且SB上升的情况下，SW1、SW4打开，SW2、SW3关闭。由此，作为来自Tin的驱动电流流动的路径，形成了SW2→端子L1→励磁线圈L→端子L2→SW3→Tout→恒流电路12这样的路径，进行励磁电流Iex的极性的切换。

在此，在时刻T1，在将励磁电流Iex从在此之前的L2→L1方向切换控制至L1→L2方向的情况下，由于在端子L1-L2之间产生的反电动势，L1的电压变得比L2要高。由此，作为端子L1-L2之间的端子间电压VL产生正电压，该反电动势通过DB被充电至电容元件C。

又，由于SW12在时刻T1开启，因此被充电至电容元件C的反电动势就通过SW12被向L1施加。由此，在通过SW11从电容元件C向L1施加的反电动势比通过SW2以及D2从电源电位VP向L1施加的电压要高的区间，放电电流被从电容元件C向L1供给。由此，能够对L1供给更大的电力，根据励磁信号SA、SB的切换时机，励磁电流Iex到达最大值为止的延迟得以缩短。因此，与未利用励磁线圈L的反电动势的情况(图3的虚线波形)相比，能够使励磁电流Iex的上升(下降)快速进行。

此时，产生于L1的高反电动势也被施加于切换电路11侧，但是通过在L1和开关电路SW2的接点端子之间连接的逆流防止用的D2，使得产生于L1的反电动势不被施加于SW2的接点端子，因此能够防止SW2的损伤。又，在SW2的Tin侧的接点端子时常施加电源电位VP。

因此，不需要使用高耐压MOSFET作为SW2，因此能够使用导通电阻小的MOSFET。由此，能够抑制SW2处的励磁电流Iex的降低，其结果，能够利用电源电位VP高效率地驱动励磁线圈L。

又，由于也不需要用SW2对高反电动势进行开/关控制，因此对于SW2，不需要根据接点端子侧的电压变化切换栅极端子侧的电压，就能够回避控制系统电路的复杂化。

另外，产生于L1的高反电动势也被施加于切换电路11的SW4的接点端子，由于该接点端子一般成为MOSFET(N沟道)的漏极端子，因此即使不采用高耐压手段，MOSFET也不会受到损伤。

又，产生于L1的高反电动势也被施加于充放电电路13的SW12的接点端子，但是由于SW12例如是使用了高耐压MOSFET的高耐压状态，因此不用担心损伤。此时，SW12的开启电阻与通常情况的开关电路相比为大电阻值，但是由于该SW12的开启电阻，仅仅是励磁电流Iex中的、从电容元件C向励磁线圈L放电的、电力有富余的放电电流部分降低。因此，对于从电源电位VP向励磁线圈L供给的、电力没有什么富余的驱动电流部分，能够不降低地、高效率地进行供给。

[第一实施形态的效果]

这样，根据本实施形态，切换电路11基于励磁信号SA、SB，通过D1、D2将从电流输入端子Tin向电流输出端子Tout流动的驱动电流作为励磁电流Iex向励磁线圈L切换供给，充放电电路13通过DB将来自励磁线圈L的反电动势向电容元件C充电，通过高耐压状态的SW11、SW12，对来自电容元件C的放电电流进行与励磁电流Iex的极性相符合的切换并向励磁线圈L供给。

具体来说，在切换电路11中，设置一个接点端子连接于Tin、根据SA进行开/关动作的SW1；一个接点端子连接于Tin、与SW1反相位地进行开/关动作的SW2；阳极端子连接于SW1的另一个接点端子、阴极端子连接于L2的D1；阳极端子连接于SW2的另一个接点端子、阴极端子连接于L1的D2；一个接点端子连接于D1的阴极端子以及L2、另一个接点端子连接于Tout、与SW1反相位地进行开/关动作的SW3；以及一个接点端子连接于D2的阴极端子以及L1、另一个接点端子连接于Tout、与SW1同相位地进行开/关动作的SW4，在充放电电路13中，设置对在L1-L2之间产生的反电动势进行整流并向C进行充电的DB；对从C向L2进行的放电电流的供给进行与SW1同相位的开/关控制的高耐压用的SW11；对从C向L1进行的放电电流的供给进行与SW1反相位的开/关控制的高耐压用的SW12。

这样，根据本实施形态，从切换电路11的电流输入端子Tin将电容元件C剥离，在励磁线圈L的端子L1、L2和切换电路11的SW1、SW2之间设置防止逆流用的D1、D2。

因此，能够避免由励磁线圈L产生的高反电动势从C经由Tin被向SW1、SW2的接点端子施加，且同样地，能够通过D1、D2防止由励磁线圈L产生的高反电动势被向SW1、SW2的接点端子施加。另外，只要使用肖特基二极管作为D1、D2，就能削减D1、D2的正方向的电压下降。

因此，不需要使用高耐压MOSFET作为SW1、SW2，因此能够使用导通电阻小的MOSFET。由此，能够抑制SW1、SW2处的励磁电流Iex的降低，其结果，能够利用电源电位VP高效率地驱动励磁线圈L。

又，由于也不需要用SW1、SW2对高反电动势进行开/关控制，因此对于SW1、SW2，不需要根据接点端子侧的电压变化切换栅极端子侧的电压，就能够回避控制系统电路的复杂化。

另外，产生于励磁线圈L的高反电动势也被施加于SW3、SW4的接点端子，由于这些接点端子一般成为MOSFET(N沟道)的漏极端子，因此即使不采用高耐压手段，MOSFET也不会受到损伤。

又，在本实施形态中，作为充放电电路13，在电容元件C和端子L1、L2之间设置高耐压状态的SW11、SW12，基于SA、SB，与SW1～SW4同相位或反相位地分别进行开/关控制，因此即使在从Tin剥离了C的情况下，也能够与励磁电流Iex的极性相符合地、将来自电容元件C的放电电流向励磁线圈L的端子L1、L2供给。

另外，由励磁线圈L产生的高反电动势也被施加于SW11、SW12的接点端子，但是由于SW11、SW12是高耐压状态，因此不需要担心损伤。此时，SW11、SW12的开启电阻与通常情况的开关电路相比为大电阻值，但是由于该SW11、SW12的开启电阻，仅仅是励磁电流Iex中的、从电容元件C向励磁线圈L放电的、电力有富余的放电电流部分降低。因此，对于从电源电位VP向励磁线圈L供给的、电力没有什么富余的驱动电流部分，能够不降低地、高效率地进行供给。

另外，在本实施形态中，以基于SA，对SW1、SW4以及SW11进行开/关控制，基于SB，对SW2、SW3以及SW12进行开/关控制的情况为例进行了说明，但不限于此。只要这些开关电路之间的开/关动作的关系与前述相同，就可以符合各开关电路的控制逻辑地、决定SA、SB和这些开关电路的组合。

[第二实施形态]

接下来，参照图4对本发明的第二实施形态所涉及的励磁电路进行说明。在图4中，对与前述的图2相同或等同的部分赋予相同的符号。

在第一实施形态中，以采用使用了高耐压MOSFET的高耐压状态的开关电路作为耐压开关电路SW11、SW12的情况为例进行了说明。在本实施形态中，对不使用高耐压MOSFET、而使用标准耐压的MOSFET来构成高耐压状态的SW11、SW12的情况进行说明。

在图4中，SW11由以下部分构成：源极端子连接于电容元件C、漏极端子连接于励磁线圈L的端子L2(一端)的P沟道的MOSFET(第一P沟道MOSFET)Q11；连接在Q11的栅极端子和源极端子之间的电阻元件(第一电阻元件)R11；阳极端子连接于Q11的栅极端子、阴极端子连接于Q11的源极端子的稳压二极管(第一稳压二极管)ZD1；与SW1同相位地进行开/关动作，并通过电阻元件(第二电阻元件)R12对Q11的栅极端子电压进行控制，由此对Q11进行开/关控制的N沟道的MOSFET(第一开关元件)Q12。

又，SW12由以下部分构成：源极端子连接于电容元件C、漏极端子连接于励磁线圈L的端子L1(另一端)的P沟道的MOSFET(第二P沟道MOSFET)Q21；在Q21的栅极端子和源极端子之间连接的电阻元件(第三电阻元件)R21；阳极端子连接于Q21的栅极端子、阴极端子连接于Q21的源极端子的稳压二极管(第二稳压二极管)ZD2；与SW1反相位地进行开/关控制，并通过电阻元件(第四电阻元件)R22对Q21的栅极端子电压进行控制，由此对Q21进行开/关控制的N沟道的MOSFET(第二开关元件)Q22。

另外，在图4中示出了由MOSFET构成切换电路11的开关电路SW11～SW14的例子。

SW1由源极端子连接于Tin、漏极端子连接于D1的阳极端子、栅极端子连接于SB的P沟道的MOSFETQ构成。SW2由源极端子连接于Tin、漏极端子连接于D2的阳极端子、栅极端子连接于SA的P沟道的MOSFETQ2构成。

又，SW3由源极端子连接于Tout、漏极端子连接于D1的阴极端子、栅极端子连接于SB的N沟道的MOSFETQ3构成。SW4由源极端子连接于Tout、漏极端子连接于D2的阴极端子、栅极端子连接于SA的N沟道的MOSFETQ4构成。

在本实施形态中，示出了SW1～SW4由Q1～Q4构成的例子，但是不限于此，只要具有与第一实施形态相同的功能即可。

[第二实施形态的动作]

接下来，参照图4，对本实施形态所涉及的励磁电路的动作进行说明。另外，关于信号波形，参照前述的图3。

如时刻T0所示，在SA上升且SB下降的情况下，由于SW12的Q22开启，因此Q21的源极端子和接地电位GND的电压差被R21和R22电阻分压后的电压被施加于Q21的栅极端子。此时，R21和R22的电阻值被预先设定，使得以该电阻分压了的电压令Q21开启。

因此，Q21开启，放电电流被从电容元件C向端子L1供给。

此时，产生于励磁线圈L的L2的高反电动势通过DB被施加于Q21的源极端子，但是ZD2的齐纳电压被设定在Q21的最大规格源极·栅极间电压以下。因此，由于Q21的源极·栅极间电压被限制在Q21的最大规格内，因此Q21不会受到损伤。

又，在时刻T0，由于SW11的Q12关闭，因此和Q11的源极端子相同的电压被通过电阻元件R11而施加于Q11的栅极端子，Q11关闭。

此时，产生于励磁线圈L的L2的高反电动势被施加于Q11的漏极端子，同样地，也通过DB、R11、R12施加于Q12的漏极端子，但是，标准状态的MOSFET的漏极·栅极间的耐压以及漏极·源极间的耐压即使不是高耐压状态也充分高，因此Q11、Q12不会受到损伤。

另一方面，如时刻T1所示，在SA下降且SB上升的情况下，由于SW11的Q12开启，因此Q11的源极端子和接地电位GND的电压差被R11和R12电阻分压后的电压被施加于Q11的栅极端子。此时，R11和R12的电阻值被预先设定，使得以该电阻分压后的电压令Q11开启。

因此，Q11开启，放电电流被从电容元件C向端子L1供给。

此时，产生于励磁线圈L的L1的高反电动势通过DB被施加于Q11的源极端子，但是ZD1的齐纳电压被设定在Q11的最大规定源极·栅极间电压以下。因此，由于Q11的源极·栅极间电压被限制在Q11的最大规定内，因此Q11不会受到损伤。

又，在时刻T1，由于SW12的Q22关闭，因此和Q21的源极端子相同的电压通过电阻元件R21被施加于Q21的栅极端子，Q21关闭。

此时，产生于励磁线圈L的L1的高反电动势被施加于Q21的漏极端子，同样地，也通过DB、R21、R22施加于Q22的漏极端子，但是，标准状态的MOSFET的漏极·栅极间的耐压以及漏极·源极间的耐压即使不是高耐压状态也充分高，因此，Q21、Q22不会受到损伤。

[第二实施形态的效果]

这样，在本实施形态中，由以下部分构成SW11：源极端子连接于C、漏极端子连接于L2的Q11；在Q11的栅极端子和源极端子之间连接的R11；阳极端子连接于Q11的栅极端子、阴极端子连接于Q11的源极端子的ZD1；以及与SW1同相位地进行开/关动作，并通过R12对Q11的栅极端子电压进行控制，由此对Q11进行开/关控制的Q12，由以下部分构成SW12：源极端子连接于C、漏极端子连接于L1的Q21；在Q21的栅极端子和源极端子之间连接的R21；阳极端子连接于Q21的栅极端子、阴极端子连接于Q21的源极端子的ZD2；以及与SW1反相位地进行开/关动作，并通过R22对Q21的栅极端子电压进行控制，由此对Q21进行开/关控制的Q22。

因此，不需要使用高耐压MOSFET作为Q11、Q21，因此能够使用导通电阻小的MOSFET。由此，能够抑制SW11、12处的励磁电流Iex的降低，其结果，与第一实施形态相比，能够利用C的充电电力高效率地驱动励磁线圈L。

另外，由励磁线圈L产生的高反电动势通过DB被施加于Q21、Q22的源极端子，但是由于通过ZD1、ZD2限制了栅极·源极间电压的上升，因此Q21不会受到损伤。

又，反电动势被施加于Q11、Q12、Q21、Q22的漏极端子，但是MOSFET的漏极·栅极间的耐压以及漏极·源极间的耐压即使不是高耐压状态也充分高，因此Q11、Q12、Q21、Q22不会受到损伤。

因此，根据本实施形态，不需要高耐压MOSFET，能够使用导通电阻小的标准耐压的MOSFET构成高耐压状态的SW11、SW12。由此，能够抑制SW11、SW12处的来自电容元件C的放电电流的降低，并高效率地向励磁线圈L供给。

另外，在本实施形态中，以基于SA，对Q2、Q3、Q12进行开/关控制，基于SB，对Q1、Q4、Q22进行开/关控制的情况为例进行了说明，但不限于此。只要这些MOSFET之间的开/关动作的关系与前述相同，就可以符合各MOSFET的控制逻辑地、决定SA、SB和这些MOSFET的组合。

[实施形态的扩张]

以上，参照实施形态对本发明进行了说明，但是本发明并不限于上述实施形态。本发明的结构和细节，可以在本发明的范围内做出本发明技术领域内的技术人员可理解的各种各样的变更。另外，关于各实施形态，可以在不矛盾的范围内进行任意组合并实施。

符号说明

10：励磁电路，11：切换电路，12：恒流电路，13：充放电电路，SW1、SW2、SW3、SW4：开关电路，SW11、SW12：耐压开关电路，D1、D2：二极管，DB：二极管电桥，C：电容元件，L：励磁线圈，Q1、Q2、Q11、Q21：MOSFET(P沟道)，Q3、Q4、Q12、Q22：MOSFET(N沟道)，ZD1、ZD：稳压二极管，R11、R12、R21、R22：电阻元件，Tin：电流输入端子，Tout：电流输出端子，L1、L2：端子，VP：电源电位，GND：接地电位，SA、SB：励磁信号，Iex：励磁电流，VL：端子间电压。

Claims (3)

1.一种励磁电路，所述励磁电路是用于电磁流量计的励磁电路，所述电磁流量计将励磁电流供给至配置在测量管的外侧的励磁线圈，用配置于该测量管的一对电极对与此相应地在该测量管内的流体中产生的、与该励磁线圈的磁场正交的电动势进行检测，基于该电动势测量该流体的流量值，

所述励磁电路的特征在于，具有：

切换电路，所述切换电路基于由具有励磁频率的脉冲信号构成的励磁信号，对从外部供给的驱动电流的电流输入端子以及电流输出端子与所述励磁线圈的一端以及另一端的连接进行切换，由此，从该驱动电流生成交流的励磁电流并供给至所述励磁线圈；和

充放电电路，所述充放电电路将由所述励磁线圈产生的反电动势向电容元件充电，且基于所述励磁信号，将从该电容元件放电的放电电流作为所述励磁电流向所述励磁线圈的所述一端或所述另一端切换供给，

所述切换电路具有：

第一开关电路，所述第一开关电路的一个接点端子连接于所述电流输入端子，所述第一开关电路与所述励磁信号相对应地进行开/关动作；

第二开关电路，所述第二开关电路的一个接点端子连接于所述电流输入端子，所述第二开关电路与所述第一开关电路反相位地进行开/关动作；

第一二极管，所述第一二极管的阳极端子连接于所述第一开关电路的另一个接点端子，阴极端子连接于所述励磁线圈的所述一端；

第二二极管，所述第二二极管的阳极端子连接于所述第二开关电路的另一个接点端子，阴极端子连接于所述励磁线圈的所述另一端；

第三开关电路，所述第三开关电路的一个接点端子连接于所述第一二极管的阴极端子以及所述励磁线圈的所述一端，另一个接点端子连接于所述电流输出端子，所述第三开关电路与所述第一开关电路反相位地进行开/关动作；以及

第四开关电路，所述第四开关电路的一个接点端子连接于所述第二二极管的阴极端子以及所述励磁线圈的所述另一端，另一个接点端子连接于所述电流输出端子，所述第四开关电路与所述第一开关电路同相位地进行开/关动作，

所述充放电电路具有：

二极管电桥，所述二极管电桥对产生于所述励磁线圈的两端的反电动势进行整流并向所述电容元件充电；

第一耐压开关电路，所述第一耐压开关电路与所述第一开关电路同相位地对从所述电容元件向所述励磁线圈的所述一端的所述放电电流的供给进行开/关控制；以及

第二耐压开关电路，所述第二耐压开关电路与所述第一开关电路反相位地对从所述电容元件向所述励磁线圈的所述另一端的所述放电电流的供给进行开/关控制。

2.如权利要求1所记载的励磁电路，其特征在于，

所述第一耐压开关电路具有：

第一P沟道MOSFET，所述第一P沟道MOSFET的源极端子连接于所述电容元件，漏极端子连接于所述励磁线圈的所述一端；

第一电阻元件，所述第一电阻元件连接在所述第一P沟道MOSFET的栅极端子和源极端子之间；

第一稳压二极管，所述第一稳压二极管的阳极端子连接于所述第一P沟道MOSFET的栅极端子，阴极端子连接于所述第一P沟道MOSFET的源极端子；以及

第一开关元件，所述第一开关元件与所述第一开关电路同相位地进行开/关动作，通过第二电阻元件对所述第一P沟道MOSFET的栅极端子电压进行控制，由此，对所述第一P沟道MOSFET进行开/关控制，

所述第二耐压开关电路具有：

第二P沟道MOSFET，所述第二P沟道MOSFET的源极端子连接于所述电容元件，漏极端子连接于所述励磁线圈的所述另一端；

第三电阻元件，所述第三电阻元件连接在所述第二P沟道MOSFET的栅极端子和源极端子之间；

第二稳压二极管，所述第二稳压二极管的阳极端子连接于所述第二P沟道MOSFET的栅极端子，阴极端子连接于所述第二P沟道MOSFET的源极端子；以及

第二开关元件，所述第二开关元件与所述第一开关电路反相位地进行开/关动作，通过第四电阻元件对所述第二P沟道MOSFET的栅极端子电压进行控制，由此，对所述第二P沟道MOSFET进行开/关控制。

3.一种电磁流量计，其特征在于，

所述电磁流量计具有权利要求1或权利要求2所记载的励磁电路。