CN106763978B - 一种多触发模式的高速脉冲阀驱动器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及脉冲阀驱动器，旨在提供一种多触发模式的高速脉冲阀驱动器。包括电源模块、直流升压模块、单片机系统、驱动电路、外触发信号输入接口、显示电路和按键；其特征在于：单片机系统电连接至显示电路和驱动电路，按键、外触发信号接口和电源模块电连接至单片机系统，电源模块和直流升压模块电连接至驱动电路。本发明通过直流升压电路为后续脉冲阀提供高压驱动电压；通过单片机系统控制切换驱动电路高、低电压输入的设计，能够实现在200us内快速打开脉冲阀，可以保护驱动电路不受损坏，可以防止脉冲阀因长时间导通而烧毁，具有脉冲阀打开速度快、安全、可靠等特点，有效得解决了传统驱动方式开启速度慢、线圈易烧毁等缺点。

Description

一种多触发模式的高速脉冲阀驱动器
技术领域
本发明涉及一种多触发方式的脉冲阀驱动器，特别涉及用于对脉冲阀驱动速度要求特别高的仪器设备中的多触发方式的脉冲阀驱动器。
背景技术
脉冲阀是用来控制流体的自动化基础元器件，可用于调整介质的方向、流量、速度和其他的参数，因此在工业设备中得到了广泛应用。脉冲阀的驱动是利用电磁线圈的电磁效应，将动铁心吸起，打开脉冲阀。目前脉冲阀大部分采用单一三极管、可控硅等驱动，这种方式驱动不仅打开脉冲阀时间长，而且容易烧坏线圈。部分高速脉冲阀驱动器虽然可以提高脉冲阀打开速度，但其打开时间仍然需要几毫秒，甚至几十毫秒，无法满足例如二噁英在线检测仪等对脉冲阀驱动速度要求特别高的仪器设备的需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种多触发模式的高速脉冲阀驱动器。
为解决技术问题，本发明的解决方案是：
提供一种多触发模式的高速脉冲阀驱动器，包括电源模块、直流升压模块、单片机系统、驱动电路、外触发信号输入接口、显示电路和按键；单片机系统电连接至显示电路和驱动电路，按键、外触发信号接口和电源模块电连接至单片机系统，电源模块和直流升压模块电连接至驱动电路；
所述电源模块用于为驱动器提供5V工作电压和20V脉冲阀维持电压；直流升压模块用于将20V电压升至275V，为脉冲阀提供启动电压；单片机系统用于控制驱动电路、显示电路并处理外触发信号接口传递的输入信号；驱动电路用于控制电源输入和驱动脉冲阀。
作为改进，所述驱动电路具有如下电路结构：
由2个三极管Q1、Q2，2个场效应管Q3、Q4，8个电阻R8、R9、R10、R11、R12、R14、R15、R16，二极管D7，稳压二极管D6，续流二极管D8和电容C14组成；其中，第八电阻R8一端与单片机系统相连，另一端与保护电阻R14和第一三极管Q1基极相连，保护电阻R14另一端与第十五电阻R15、第十六电阻R16共同接地，第九电阻R9一端与第一三极管Q1集电极和第十五电阻R15相连，另一端与第二三极管Q2基极相连，第三场效应管Q3漏极与第十电阻R10一端及直流升压模块相连，第三场效应管Q3栅极与第十电阻R10另一端、稳压二级管D6负极和第十一电阻R11一端相连，第三场效应管Q3源极与二极管D7负极、稳压二极管D6正极和续流二极管D8负极相连，第十一电阻R11另一端与第二三极管Q2集电极相连，第二三极管Q2发射极接地，二极管D7正极与电源模块相连，第四场效应管Q4漏极与续流二极管D8正极、第十二电阻R12一端相连，第四场效应管Q4栅极与下拉电阻R16和单片机系统相连，第四场效应管Q4源极接地，第十二电阻R12另一端与电容C14相连，电容C14另一端接地。
作为改进，第二三级管Q2的Vce为300V的NPN三极管，其型号为A42；第三场效应管Q3、第四场效应管Q4的VDS为500V，VGS为±20V的N沟道增强型MOS管，型号为IRF840。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明针对传统方法驱动速度慢的缺点进行了全新设计，通过直流升压电路将低压直流电源电压提高，为后续脉冲阀提供高压驱动电压；通过单片机系统控制切换驱动电路高、低电压输入的设计，能够实现在200us内快速打开脉冲阀，可以保护驱动电路不受损坏，可以防止脉冲阀因长时间导通而烧毁，具有脉冲阀打开速度快、安全、可靠等特点，有效得解决了传统驱动方式开启速度慢、线圈易烧毁等缺点。
附图说明
图1为高速脉冲阀驱动器的结构框图。
图2为高速脉冲阀驱动器驱动电路的电路图。
图3为脉冲信号时序图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1所示，一种多触发模式的高速脉冲阀驱动器，包括电源模块5、直流升压模块7、单片机系统4、驱动电路6、外触发信号输入接口3、显示电路1、按键2。单片机系统4电连接至显示电路1和驱动电路6，按键2、外触发信号接口3和电源模块5电连接至单片机系统4，电源模块5和直流升压模块7电连接至驱动电路4.
其中，电源模块5为系统提供5V工作电压和20V脉冲阀维持电压；直流升压模块7将20V脉冲阀维持电压升至275V，为脉冲阀提供启动电压；所述驱动器利用直流升压模块7将启动电压升到275V，能够在200us内打开脉冲阀。单片机系统4控制驱动电路6、显示电路1并处理其他的输入信号；驱动电路6在单片机系统4控制下控制高低压电源的输入，实现高压启动和低压保持的方式驱动脉冲阀；外触发信号输入接口3将外触发信号输入至单片机系统4中，单片机系统4根据所输入的外触发信号的高低电平变化控制驱动电路6，进而实现外触发模式驱动脉冲阀；显示电路1实现脉冲频率和占空比的可视化，按键2实现脉冲频率和占空比设置及触发模式选择，按键2与显示电路1共同实现人机交互功能。
本发明中，所述低压是指20V直流电压，高压是指275V直流电压；所述低电平是指小于0.7V的直流电压，高电平是指大于2.7V的直流电压。
如图2所示，驱动电路6具有如下电路结构：
由2个三极管Q1、Q2，2个场效应管Q3、Q4，8个电阻R8、R9、R10、R11、R12、R14、R15、R16，二极管D7，稳压二极管D6，续流二极管D8和电容C14组成；其中，第八电阻R8一端与单片机系统4相连，另一端与保护电阻R14和第一三极管Q1基极相连，保护电阻R14另一端与第十五电阻R15、第十六电阻R16共同接地，第九电阻R9一端与第一三极管Q1集电极和第十五电阻R15相连，另一端与第二三极管Q2基极相连，第三场效应管Q3漏极与第十电阻R10一端及直流升压模块7相连，第三场效应管Q3栅极与第十电阻R10另一端、稳压二级管D6负极和第十一电阻R11一端相连，第三场效应管Q3源极与二极管D7负极、稳压二极管D6正极和续流二极管D8负极相连，第十一电阻R11另一端与第二三极管Q2集电极相连，第二三极管Q2发射极接地，二极管D7正极与电源模块5相连，第四场效应管Q4漏极与续流二极管D8正极、第十二电阻R12一端相连，第四场效应管Q4栅极与下拉电阻R16和单片机系统4相连，第四场效应管Q4源极接地，第十二电阻R12另一端与电容C14相连，电容C14另一端接地。
当单片机系统4同时向三极管Q1、场效应管Q4发出高电平驱动信号时，场效应管Q4导通，第一三极管Q1截至，第一三极管Q1集电极由高电平反转为低电平，第二三极管Q2截至，第三场效应管Q3栅极电压升高，第三场效应管Q3导通，向脉冲阀提供启动电压；单片机系统4程序延时后向第八电阻R8发出低电平信号，第一三极管Q1导通，第一三极管Q1集电极反转为高电平，第二三极管Q2导通，第三场效应管Q3栅极电压经过第十电阻R10、第十一电阻R11分压后低于源极电压，第三场效应管Q3截至，由电源模块5向脉冲阀提供维持电压；单片机系统4经过延时后向第四场效应管Q4发出低电平信号，第四场效应管Q4截至，脉冲阀关闭。
第二三极管Q2截至第三后场效应管Q3栅极电压远远大于第三场效应管Q3源极电压，在第三场效应管Q3源极电压上升过程中，稳压二极管D6将第三场效应管Q3栅极电压与源极电压差保持在20V以内，保护第三场效应管Q3栅极与源极间击穿。
第四场效应管Q4截止后，脉冲阀线圈中储存的能力通过续流二极管D8释放，保护其他元器件不受脉冲阀突然失电而产生的反向电动势而遭到损坏；当第四场效应管Q4不能可靠关断时电源通过第十二电阻R12向电容C14充电，当电容C14两端电压升高到一定值时，脉冲阀线圈两端电压低于维持电压而自动关断；第三场效应管Q3、第四场效应管Q4以及脉冲阀采用串联的方式连接，当第三场效应管Q3无法关断时，第四场效应管Q4被关断时也可以有效切断脉冲阀的驱动电源，保护脉冲阀不受损坏。
第二三级管Q2的Vce为300V的NPN三极管，其型号为A42；第三场效应管Q3、第四场效应管Q4的VDS为500V，VGS为±20V的N沟道增强型MOS管，型号为IRF840。

Claims (2)

1.一种多触发模式的高速脉冲阀驱动器，包括电源模块，其特征在于，还包括直流升压模块、单片机系统、驱动电路、外触发信号输入接口、显示电路和按键；其特征在于：单片机系统电连接至显示电路和驱动电路，按键、外触发信号接口和电源模块电连接至单片机系统，电源模块和直流升压模块电连接至驱动电路；
所述电源模块用于为驱动器提供5V工作电压和20V脉冲阀维持电压；直流升压模块用于将20V电压升至275V，为脉冲阀提供启动电压；单片机系统用于控制驱动电路、显示电路并处理外触发信号接口传递的输入信号；驱动电路用于控制电源输入和驱动脉冲阀。
所述驱动电路具有如下电路结构：由2个三极管Q1、Q2，2个场效应管Q3、Q4，8个电阻R8、R9、R10、R11、 R12、R14、R15、R16，二极管D7，稳压二极管D6，续流二极管D8和电容C14组成；其中，第八电阻R8一端与单片机系统相连，另一端与保护电阻R14和第一三极管Q1基极相连，保护电阻R14另一端与第十五电阻R15、第十六电阻R16共同接地，第九电阻R9一端与第一三极管Q1集电极和第十五电阻R15相连，另一端与第二三极管Q2基极相连，第三场效应管Q3漏极与第十电阻R10一端及直流升压模块相连，第三场效应管Q3栅极与第十电阻R10另一端、稳压二级管D6负极和第十一电阻R11一端相连，第三场效应管Q3源极与二极管D7负极、稳压二极管D6正极和续流二极管D8负极相连，第十一电阻R11另一端与第二三极管Q2集电极相连，第二三极管Q2发射极接地，二极管D7正极与电源模块相连，第四场效应管Q4漏极与续流二极管D8正极、第十二电阻R12一端相连，第四场效应管Q4栅极与下拉电阻R16和单片机系统相连，第四场效应管Q4源极接地，第十二电阻R12另一端与电容C14相连，电容C14另一端接地。
2.根据权利要求1所述的多触发模式的高速脉冲阀驱动器，其特征在于：第二三级管Q2的Vce为300V的NPN三极管，其型号为A42；第三场效应管Q3、第四场效应管Q4的VDS为500V，VGS为±20V的N沟道增强型MOS管，型号为IRF840。
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Denomination of invention: A High Speed Pulse Valve Driver with Multiple Trigger Modes

Effective date of registration: 20230307

Granted publication date: 20221111

Pledgee: Hangzhou Fuyang sub branch of China Everbright Bank Co.,Ltd.

Pledgor: ZHEJIANG FUCHUNJIANG ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY RESEARCH Co.,Ltd.

Registration number: Y2023980033953