CN106402458A - 一种节能电流可调节斩波驱动电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种节能电流可调节斩波驱动电路，包括节能电流调整电路、电流采样放大电路和斩波驱动电路；节能电流调整电路用于调整节能电流的大小及额定电流维持时间，作为斩波驱动电路的输入；电流采样放大电路用于采集电磁阀驱动电路中的电流并滤波放大，作为斩波驱动电路的反馈；斩波驱动电路用于驱动电磁阀，比较节能电流调整电路的输入和驱动电流采样的反馈，硬件斩波控制驱动电路通断，作为电磁阀的输入。本发明实现了节能电流和额定电流维持时间可调功能，解决了一台节能驱动器只配置一种节能电流而且额定电流维持时间较短的问题；斩波驱动电路恒流控制节能电流，消除了外部线缆阻值及电磁阀温升对负载电磁阀阻值的影响。

Description

一种节能电流可调节斩波驱动电路
技术领域
本发明涉及一种节能电流可调节斩波驱动电路，尤其适用于PWM波脉宽调制驱动电路，属于电磁阀驱动电路技术领域。
背景技术
电磁阀具有快速开关的特性，驱动电路通电初期应使线圈电流在短时间内迅速上升到最大值，当阀门打开后应将电流降到一个较小数值，既保证电磁阀能够可靠吸合，又避免电磁阀线圈过热。
常见的电磁阀驱动电路有串接限流电阻、双电压驱动和PWM波脉宽调制驱动。
《汽车工程》2005年第5期刊登的《高速电磁阀驱动电路设计及试验分析》一文介绍了可调电阻式驱动电路、双电压式驱动电路和脉宽调制式驱动电路的原理，并对比了各种驱动电路的优缺点，与前两种驱动方式相比，脉宽调制驱动电路是一种理想驱动方式。
目前脉宽调制驱动电路的PWM波控制信号一般采用单片机控制或专用PWM波芯片，《柴油机设计与制造》2014年第2期刊登的《缸内直喷发动机高速电磁阀驱动电路设计》一文中介绍了一种基于专用PWM芯片的电路，但电路硬件过于复杂，芯片数量较多。
《一种电磁阀阵列节能控制系统》公开了一种电磁阀阵列节能控制系统，该系统采用FPGA作为脉冲发生器，PWM波节能控制电磁阀，电路需要构建FPGA系统，系统结构复杂。《一种电磁阀的节能驱动装置》中，采用三极管放大区特性作为节能限流，驱动能力有限。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，本发明提供了一种节能电流可调节斩波驱动电路，该电路通用性强，实现了节能电流可调功能和额定电流维持时间可调功能，解决了当前一台节能驱动器只能配置一种节能电流而且额定电流维持时间较短的问题，有效地节约了成本；通过斩波驱动电路，恒流控制节能电流，消除了外部线缆阻值及电磁阀温升对负载电磁阀阻值的影响。
本发明的技术解决方案是：
一种节能电流可调节斩波驱动电路，包括节能电流调整电路、电流采样放大电路和斩波驱动电路；
节能电流调整电路用于调整节能电流的大小及额定电流维持时间，作为斩波驱动电路的输入；
电流采样放大电路用于采集电磁阀驱动电路中的电流并滤波放大，作为斩波驱动电路的反馈；
斩波驱动电路用于驱动电磁阀，比较节能电流调整电路的输入和驱动电流采样的反馈，硬件斩波控制驱动电路通断，作为电磁阀的输入。
在上述的一种节能电流可调节斩波驱动电路中，所述节能电流调整电路包括三端稳压器U1、电阻R1、电阻R2、电阻R10、电阻R11、二极管D1、二极管D2及电容C1；三端稳压器U1用于稳定输入电压，电阻R1和电阻R2和电阻R10用于分压设定电磁阀节能电流，电阻R11和电容C1用于调节电磁阀额定电流持续时间，二极管D2用于电容C1快速放电，二极管D1用于防止电容C1反向放电至电源。
在上述的一种节能电流可调节斩波驱动电路中，所述电流采样放大电路包括放大器U3、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R12和电容C2；电阻R7用于驱动电路电流采样，电阻R12与电容C2用于电流采样信号滤波，并控制斩波电流上下波动的幅度，电阻R8和电阻R9用于配置放大倍数，放大器U3用于放大电流采样信号。
在上述的一种节能电流可调节斩波驱动电路中，所述斩波驱动电路包括比较器U2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、二极管D3、场效应管Q1和场效应管Q2；比较器U2用于比较节能电流调整电路输入信号与驱动电流采样反馈信号，产生斩波控制信号，经场效应管Q2和电阻R3、电阻R4、电阻R5控制场效应管Q1并驱动电磁阀，二极管D3和电阻R6用于在驱动电路关断时，调节电磁阀放电速度。
在上述的一种节能电流可调节斩波驱动电路中，所述三端稳压器U1的引脚Vout经过电阻R1及二极管D1后，分别连接到电容C1和R2的一端，电容C1另一端与二极管D2输出负极、可调电阻器R11、比较器U2输入正端相连；R2另一端与二极管D2输入正极、可调电阻器R11另一端、可调电阻器R10一端相连，可调电阻器R10另一端接地。
在上述的一种节能电流可调节斩波驱动电路中，所述电源输入正极与电阻三端稳压器U1的引脚Vin、电阻R4一端、场效应管Q1的S端相连，电阻R4另一端与电阻R5一端、场效应管Q1的G端相连，电阻R5另一端与场效应管Q2的D端相连，场效应管Q2的S端接地。
在上述的一种节能电流可调节斩波驱动电路中，所述场效应管Q1的D端与二极管D3输出负极、电磁阀电阻一端相连，二极管D3输入正极与电阻R6相连，电磁阀电阻另一端与电阻R7、电阻R12相连，电阻R6另一端和电阻R7另一端均接地。
在上述的一种节能电流可调节斩波驱动电路中，所述放大器U3输入正端与电阻R12另一端、电容C2一端相连，电容C2另一端接地，放大器U3输入负端通过电阻R9接地，电阻R8接于放大器U3输入负端和放大器U3输出端之间，放大器U3输出端与比较器U2输入负端相连。
在上述的一种节能电流可调节斩波驱动电路中，所述比较器U2输出端与电阻R3另一端、场效应管Q2的G端相连。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
1、本发明通过设计节能电流调整电路，巧妙地设计了电阻分压电路和电容充电回路，实现了节能电流可调、额定电流维持时间可调，并通过二极管放电回路解决了电容快速放电的问题。
2、本发明通过设计电流采样放大电路，采用电流反馈，闭环控制斩波电路，达到了恒流驱动的效果，消除了电磁阀温升对节能电流的影响。
3、本发明通过设计斩波驱动电路，采用两级驱动快速控制场效应管开关，解决了场效应管寄生电容的问题，并通过放电回路释放电磁阀能量，实现了能量回收。
4、本发明的电路结构简单、成本低，电路只用了1个放大器、1个比较器、2个场效应管及一些电阻电容，有效提升了空间利用率。
5、本发明硬件斩波控制的可靠性高，电路采用纯硬件斩波控制，无需CPU控制，无需软件，适应性强。
6、本发明所使用的元器件均为常用器件，无需特制，有效节约了生产成本。
附图说明
图1为本发明电路图
图2为节能电流调整电路图
图3为电流采样放大电路图
图4为斩波驱动电路图
具体实施方式
为使本发明的方案更加明了，下面结合附图说明和具体实施例对本发明作进一步描述：
如图1所示，一种节能电流可调节斩波驱动电路，包括节能电流调整电路、电流采样放大电路和斩波驱动电路；
节能电流调整电路用于调整节能电流的大小及额定电流维持时间，作为斩波驱动电路的输入；
电流采样放大电路用于采集电磁阀驱动电路中的电流并滤波放大，作为斩波驱动电路的反馈；
斩波驱动电路用于驱动电磁阀，比较节能电流调整电路的输入和驱动电流采样的反馈，硬件斩波控制驱动电路通断，作为电磁阀的输入。
如图2所示，节能电流调整电路包括三端稳压器U1、电阻R1、电阻R2、电阻R10、电阻R11、二极管D1、二极管D2及电容C1；三端稳压器U1用于稳定输入电压，电阻R1和电阻R2和电阻R10用于分压设定电磁阀节能电流，电阻R11和电容C1用于调节电磁阀额定电流持续时间，二极管D2用于电容C1快速放电，二极管D1用于防止电容C1反向放电至电源。
如图3所示，电流采样放大电路包括放大器U3、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R12和电容C2；电阻R7用于驱动电路电流采样，电阻R12与电容C2用于电流采样信号滤波，并控制斩波电流上下波动的幅度，电阻R8和电阻R9用于配置放大倍数，放大器U3用于放大电流采样信号。
如图4所示，斩波驱动电路包括比较器U2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、二极管D3、场效应管Q1和场效应管Q2；比较器U2用于比较节能电流调整电路输入信号与驱动电流采样反馈信号，产生斩波控制信号，经场效应管Q2和电阻R3、电阻R4、电阻R5控制场效应管Q1并驱动电磁阀，二极管D3和电阻R6用于在驱动电路关断时，调节电磁阀放电速度。
三端稳压器U1的引脚Vout经过电阻R1及二极管D1后，分别连接到电容C1和R2的一端，电容C1另一端与二极管D2输出负极、可调电阻器R11、比较器U2输入正端相连；R2另一端与二极管D2输入正极、可调电阻器R11另一端、可调电阻器R10一端相连，可调电阻器R10另一端接地。
电源输入正极与电阻三端稳压器U1的引脚Vin、电阻R4一端、场效应管Q1的S端相连，电阻R4另一端与电阻R5一端、场效应管Q1的G端相连，电阻R5另一端与场效应管Q2的D端相连，场效应管Q2的S端接地。
场效应管Q1的D端与二极管D3输出负极、电磁阀电阻一端相连，二极管D3输入正极与电阻R6相连，电磁阀电阻另一端与电阻R7、电阻R12相连，电阻R6另一端和电阻R7另一端均接地。
放大器U3输入正端与电阻R12另一端、电容C2一端相连，电容C2另一端接地，放大器U3输入负端通过电阻R9接地，电阻R8接于放大器U3输入负端和放大器U3输出端之间，放大器U3输出端与比较器U2输入负端相连。
比较器U2输出端与电阻R3另一端、场效应管Q2的G端相连。
本发明的工作原理是：
首先，根据电磁阀工作电流范围及采样电阻R7的阻值，设置放大器的放大倍数；其次，根据电磁阀所需节能电流设置可调电阻器R10的阻值；再根据电磁阀所需的额定电流维持时间范围，选用合适的电容C1，并设置可调电阻器R11的阻值；
当驱动电路通电时，电磁阀电流迅速上升到额定值，电容C1充电，等效短路，电流设定值大于电磁阀电流额定值，电磁阀在额定电流值工作；随着电容C1充电，斩波控制电流设定值逐渐变小，电磁阀额定电流工作维持一段时间后，电容完成充电，电容等效断路，电流设定值小于电磁阀额定电流值，比较器产生PWM波，斩波控制电磁阀电流，使电磁阀节能工作。
当驱动电路断电时，通过二极管D2快速放电，恢复电容初始状态，适应快速响应的脉冲控制要求。
通过可调电阻器R11调节电容充电时间，实现电磁阀额定电流维持时间调节，通过可调电阻器R10调节电阻网络分压比值，实现电磁阀节能电流调节。
本发明说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知技术。

Claims (9)

1.一种节能电流可调节斩波驱动电路，其特征在于：包括节能电流调整电路、电流采样放大电路和斩波驱动电路；
节能电流调整电路用于调整节能电流的大小及额定电流维持时间，作为斩波驱动电路的输入；
电流采样放大电路用于采集电磁阀驱动电路中的电流并滤波放大，作为斩波驱动电路的反馈；
斩波驱动电路用于驱动电磁阀，比较节能电流调整电路的输入和驱动电流采样的反馈，硬件斩波控制驱动电路通断，作为电磁阀的输入。
2.根据权利要求1所述的一种节能电流可调节斩波驱动电路，其特征在于：所述节能电流调整电路包括三端稳压器U1、电阻R1、电阻R2、电阻R10、电阻R11、二极管D1、二极管D2及电容C1；三端稳压器U1用于稳定输入电压，电阻R1和电阻R2和电阻R10用于分压设定电磁阀节能电流，电阻R11和电容C1用于调节电磁阀额定电流持续时间，二极管D2用于电容C1快速放电，二极管D1用于防止电容C1反向放电至电源。
3.根据权利要求1所述的一种节能电流可调节斩波驱动电路，其特征在于：所述电流采样放大电路包括放大器U3、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R12和电容C2；电阻R7用于驱动电路电流采样，电阻R12与电容C2用于电流采样信号滤波，并控制斩波电流上下波动的幅度，电阻R8和电阻R9用于配置放大倍数，放大器U3用于放大电流采样信号。
4.根据权利要求1所述的一种节能电流可调节斩波驱动电路，其特征在于：所述斩波驱动电路包括比较器U2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、二极管D3、场效应管Q1和场效应管Q2；比较器U2用于比较节能电流调整电路输入信号与驱动电流采样反馈信号，产生斩波控制信号，经场效应管Q2和电阻R3、电阻R4、电阻R5控制场效应管Q1并驱动电磁阀，二极管D3和电阻R6用于在驱动电路关断时，调节电磁阀放电速度。
5.根据权利要求2所述的一种节能电流可调节斩波驱动电路，其特征在于：所述三端稳压器U1的引脚Vout经过电阻R1及二极管D1后，分别连接到电容C1和R2的一端，电容C1另一端与二极管D2输出负极、可调电阻器R11、比较器U2输入正端相连；R2另一端与二极管D2输入正极、可调电阻器R11另一端、可调电阻器R10一端相连，可调电阻器R10另一端接地。
6.根据权利要求4所述的一种节能电流可调节斩波驱动电路，其特征在于：所述电源输入正极与电阻三端稳压器U1的引脚Vin、电阻R4一端、场效应管Q1的S端相连，电阻R4另一端与电阻R5一端、场效应管Q1的G端相连，电阻R5另一端与场效应管Q2的D端相连，场效应管Q2的S端接地。
7.根据权利要求4所述的一种节能电流可调节斩波驱动电路，其特征在于：所述场效应管Q1的D端与二极管D3输出负极、电磁阀电阻一端相连，二极管D3输入正极与电阻R6相连，电磁阀电阻另一端与电阻R7、电阻R12相连，电阻R6另一端和电阻R7另一端均接地。
8.根据权利要求4所述的一种节能电流可调节斩波驱动电路，其特征在于：所述放大器U3输入正端与电阻R12另一端、电容C2一端相连，电容C2另一端接地，放大器U3输入负端通过电阻R9接地，电阻R8接于放大器U3输入负端和放大器U3输出端之间，放大器U3输出端与比较器U2输入负端相连。
9.根据权利要求4所述的一种节能电流可调节斩波驱动电路，其特征在于：所述比较器U2输出端与电阻R3另一端、场效应管Q2的G端相连。
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