CN108895190B - 兼容多种比例阀的控制驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了兼容多种比例阀的控制驱动电路，包括比例阀驱动模块，比例阀驱动模块的输入端与外部交流电电性连接并且对交流电整流滤波，比例阀驱动模块的输出端与外部比例阀电性连接以输出驱动信号驱动比例阀运行；还包括波形选择模块、主控模块、波形调制模块，波形选择模块用于输入选择不同波形模式的控制信号，主控模块与波形选择模块电性连接以接收控制信号，主控模块与波形调制模块电性连接以根据控制信号调制样本波形，比例阀驱动模块与波形调制模块连接以根据样本波形整合出复合波形驱动比例阀运行。

Description

兼容多种比例阀的控制驱动电路

技术领域

本发明涉及热水器比例阀领域，特别是对比例阀的控制驱动电路。

背景技术

由于半导体技术及其应用技术的快速发展，近些年，国内燃气快速恒温热水器及燃气壁挂炉的快速发展及其普及，燃气快速恒温热水器及壁挂炉的恒温性能也随着快速向前发展，燃气比例阀也得到大量的应用。

燃气快速恒温热水器及燃气壁挂炉的恒温性能主要受限于燃气比例阀的性能，因此，燃气比例阀的性能很大程度上决定了燃气快速恒温热水器及燃气壁挂炉的整机恒温性能。

而现今，燃气比例阀的类型及其实现方式有多种，例如，按比例阀的结构分类有如下：1.可动线圈型，2.可动铁芯型，3.可动磁铁型，4.反压力控制型，5.带有关闭的可动磁铁型；针对以上不同结构的燃气比例阀，其驱动方式按所需驱动信号驱动的方式大致可分为四种，1.直流驱动型2.具有最小幅值50HZ交流正半周期驱动型，3.交流正弦波正半周期波形控制的燃气比例阀 4.具有一定频率的脉冲方波信号驱动型；然而市面上的控制驱动电路都是按每种比例阀的专门设置的，相当于与该型号的比例阀相互绑定，每种控制驱动电路只能驱动特定的比例阀，与其他不同类型的比例阀之间不能兼容，这就造成了在生产、测试、维修过程中非常不方便。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种对燃气热水器或壁挂炉的检测并且上传到云端进行监控管理的系统。

本发明采用的技术方案是：

兼容多种比例阀的控制驱动电路，包括比例阀驱动模块，比例阀驱动模块的输入端与外部交流电电性连接并且对交流电整流滤波，比例阀驱动模块的输出端与外部比例阀电性连接以输出驱动信号驱动比例阀运行；

还包括：

波形选择模块，用于输入选择不同波形模式的控制信号；

主控模块，与波形选择模块电性连接以接收控制信号；

波形调制模块，主控模块与波形调制模块电性连接以根据控制信号调制样本波形；比例阀驱动模块与波形调制模块连接以根据样本波形整合出复合波形驱动比例阀运行。

所述波形调制模块包括波形整形单元、比较单元、电流采样单元；

主控模块与波形整形单元电性连接以根据控制信号控制波形整形单元输出参考波形；

电流采样单元与比例阀电性连接以检测比例阀驱动模块输出给比例阀的驱动信号，形成采样波形；

比较单元包括正向输入端、反向输入端以及输出端，比较单元的正向输入端与波形整形单元连接以接收参考波形，比较单元的反向输入端与电流采样单元电性连接以接收采样波形，比较单元能够将参考波形、采样波形调制成样本波形，比较单元的输出端与比例阀驱动模块电性连接。

所述比例阀驱动模块包括整流桥D1、滤波电容C1、滤波电容C2以及开关单元，开关单元包括控制端、输入端以及输出端；

整流桥D1的输入端与外部交流电电性连接；

该滤波电容C1的正极分别与整流桥D1的正极输出端、开关单元的输入端电性连接；

滤波电容C1负极以及滤波电容C2的负极均接地；

该滤波电容C2的正极分别与开关单元的输出端、比例阀电性连接；

比较单元的输出端与开关单元的控制端电性连接以根据样本波形控制开关单元通断。

所述开关单元包括PNP型的三极管Q1、NPN型的三极管Q2、电阻R1以及电阻R3；

该电阻R1的一端分别与滤波电容C1的正极、三极管Q1的发射极电性连接；

该电阻R1的另一端分别与三极管Q1的基极、三极管Q2的集电极电性连接；

三极管Q2的基极与比较单元的输出端电性连接；

三极管Q2的发射极与电阻R3的一端电性连接；

电阻R3的另一端接地；

三极管Q1的集电极与滤波电容C2的正极电性连接。

所述比例阀驱动模块还包括第一继电开关，第一继电开关包括控制端、拨动端以及静止端，主控模块与第一继电开关的控制端电性连接以控制拨动端与静止端之间的通断；

第一继电开关的静止端与滤波电容C1的负极电性连接；

第一继电开关的拨动端接地。

所述比例阀驱动模块还包括第二继电开关，第二继电开关包括控制端、拨动端以及静止端，主控模块与第二继电开关的控制端电性连接以控制拨动端与静止端之间的通断；

第二继电开关的静止端与滤波电容C2的负极电性连接；

第二继电开关的拨动端接地。

所述波形整形单元包括DA转换器、运算放大器U1A、运算放大器U1B、电容C26、电阻R37、电阻R40，DA转换器包括输入端、输出端以及参考电阻端；

DA转换器的输入端与主控模块电性连接；

DA转换器的输出端分别与运算放大器U1B的反向输入端、电容C26的一端电性连接；

运算放大器U1B的正向输入端接地；

运算放大器U1B的输出端分别与电阻R37的一端、电容C26的另一端、DA转换器的参考电阻端电性连接；

电阻R37的另一端分别与运算放大器U1A的反向输入端、电阻R40的一端电性连接；

运算放大器U1A的正向输入端接地；

运算放大器U1A的输出端分别与电阻R40的另一端、比较单元的正向输入端。

所述电流采样单元包括电阻R4、可调电阻R5、电阻R8、电容C4以及第三继电开关，第三继电开关包括控制端、拨动端以及静止端，主控模块与第三继电开关的控制端电性连接以控制拨动端与静止端之间的通断；

所述电阻R4的一端分别与可调电阻R5的一端电性连接；

所述可调电阻R5的另一端与电阻R8的一端电性连接；

电阻R8的另一端分别与比较单元的反向输入端、电容C4的一端电性连接；

电容C4的另一端与第三继电开关的静止端电性连接；

第三继电开关的拨动端、电阻R4的另一端接地。

所述比较单元包括比较器U2、电阻R6、电阻R7、电容C3、电阻R2；

比较器U2的正向输入端分别与电阻R7的一端、电容C3的一端、电阻R6的一端电性连接；

电阻R6的另一端与波形整形单元电性连接；

电阻R7的另一端、电容C3的另一端接地；

比较器U2的反向输入端与电流采样单元电性连接；

比较器U2的输出端与电阻R2的一端电性连接；

电阻R2的另一端与比例阀驱动模块。

还包括为主控模块供电的电源模块。

本发明的有益效果：

本发明比例阀的控制驱动电路，工作人员或者用户按使用、测试、维修的需要，根据实际情况选择需要驱动电路输出的波形，主控模块控制波形调制模块根据需要调制对应的样本波形，并且附加到比例阀驱动模块中，与原本输出的驱动信号整合成复合波形输出，本设计的控制驱动电路能够适配多种不同类型的比例阀，在使用、测试、维修中，不需要根据比例阀类型的不同而更换电路，便于工作人员或者用户使用，节省运营成本。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。

图1是本发明控制驱动电路的原理图。

图2是主控模块的电路示意图。

图3是波形整形单元的电路示意图。

图4是波形选择模块的电路示意图。

图5是比例阀驱动模块的电路示意图。

图6是电源模块的电路示意图。

具体实施方式

如图1-图6所示，本发明控制驱动电路，包括比例阀驱动模块1，比例阀驱动模块1的输入端与外部交流电电性连接并且对交流电整流滤波，比例阀驱动模块1的输出端与外部比例阀电性连接以输出驱动信号驱动比例阀运行；

波形选择模块2，用于输入选择不同波形模式的控制信号；

主控模块3，与波形选择模块2电性连接以接收控制信号；

波形调制模块4，主控模块3与波形调制模块4电性连接以根据控制信号调制样本波形；比例阀驱动模块1与波形调制模块4连接以根据样本波形整合出复合波形驱动比例阀运行。

本设计工作人员或者用户按使用、测试、维修的需要，根据实际情况选择需要驱动电路输出的波形，主控模块控制波形调制模块根据需要调制对应的样本波形，并且附加到比例阀驱动模块中，通过比例阀驱动模块内的部件与原本输出的驱动信号整合成复合波形输出，从而能够调制多种类型的波形信号，本设计的控制驱动电路能够适配多种不同类型的比例阀，在使用、测试、维修中，不需要根据比例阀类型的不同而更换电路，便于工作人员或者用户使用，节省运营成本。

如图6所示，还包括为主控模块3供电的电源模块5，电源5与外部交流电电性连接，并且对外部交流电整流稳压，降压成12V或者5V的电压，分别为后面的继电开关以及主控模块供电。

进一步地，如图3、图4所示，波形调制模块4可以由市面上一体集成并且能够输出若干种波形的芯片，本设计优选实施例中波形调制模块4包括波形整形单元41、比较单元42、电流采样单元43；

主控模块3与波形整形单元41电性连接以根据控制信号控制波形整形单元41输出参考波形；

电流采样单元43与比例阀电性连接以检测比例阀驱动模块1输出给比例阀的驱动信号，形成采样波形；

比较单元42包括正向输入端、反向输入端以及输出端，比较单元42的正向输入端与波形整形单元41连接以接收参考波形，比较单元42的反向输入端与电流采样单元43电性连接以接收采样波形，比较单元42能够将参考波形、采样波形调制成样本波形，比较单元42的输出端与比例阀驱动模块1电性连接。

比例阀驱动模块1包括整流桥D1、滤波电容C1、滤波电容C2以及开关单元11，开关单元11包括控制端、输入端以及输出端；

整流桥D1的输入端与外部交流电电性连接；

该滤波电容C1的正极分别与整流桥D1的正极输出端、开关单元11的输入端电性连接；

滤波电容C1负极以及滤波电容C2的负极均接地；

该滤波电容C2的正极分别与开关单元11的输出端、比例阀电性连接；

此处的开关单元11主要配合比较单元使用，常规的比例阀驱动模块可不包括开关单元。比较单元42的输出端与开关单元11的控制端电性连接以根据样本波形控制开关单元通断，从而将样本波形结合到比例阀驱动模块1中。

开关单元11有多种形式，可采用开关管来实现，本设计优选实施例中包括PNP型的三极管Q1、NPN型的三极管Q2、电阻R1以及电阻R3；

该电阻R1的一端分别与滤波电容C1的正极、三极管Q1的发射极电性连接；

该电阻R1的另一端分别与三极管Q1的基极、三极管Q2的集电极电性连接；

三极管Q2的基极与比较单元42的输出端电性连接；

三极管Q2的发射极与电阻R3的一端电性连接；

电阻R3的另一端接地；

三极管Q1的集电极与滤波电容C2的正极电性连接。

比例阀驱动模块1还包括第一继电开关12，第一继电开关12包括控制端、拨动端以及静止端，主控模块3与第一继电开关12的控制端电性连接以控制拨动端与静止端之间的通断；

第一继电开关12的静止端与滤波电容C1的负极电性连接；

第一继电开关12的拨动端接地。

比例阀驱动模块1还包括第二继电开关13，第二继电开关13包括控制端、拨动端以及静止端，主控模块3与第二继电开关13的控制端电性连接以控制拨动端与静止端之间的通断；

第二继电开关13的静止端与滤波电容C2的负极电性连接；

第二继电开关13的拨动端接地。

波形整形单元41包括DA转换器、运算放大器U1A、运算放大器U1B、电容C26、电阻R37、电阻R40，DA转换器411包括输入端、输出端以及参考电阻端；

DA转换器411的输入端与主控模块3电性连接；

DA转换器411的输出端分别与运算放大器U1B的反向输入端、电容C26的一端电性连接；

运算放大器U1B的正向输入端接地；

运算放大器U1B的输出端分别与电阻R37的一端、电容C26的另一端、DA转换器411的参考电阻端电性连接；

电阻R37的另一端分别与运算放大器U1A的反向输入端、电阻R40的一端电性连接；

运算放大器U1A的正向输入端接地；

运算放大器U1A的输出端分别与电阻R40的另一端、比较单元42的正向输入端。

电流采样单元43包括电阻R4、可调电阻R5、电阻R8、电容C4以及第三继电开关431，第三继电开关431包括控制端、拨动端以及静止端，主控模块3与第三继电开关431的控制端电性连接以控制拨动端与静止端之间的通断；

所述电阻R4的一端分别与可调电阻R5的一端电性连接；

所述可调电阻R5的另一端与电阻R8的一端电性连接；

电阻R8的另一端分别与比较单元42的反向输入端、电容C4的一端电性连接；

电容C4的另一端与第三继电开关431的静止端电性连接；

第三继电开关431的拨动端、电阻R4的另一端接地。

比较单元42包括比较器U2、电阻R6、电阻R7、电容C3、电阻R2；

比较器U2的正向输入端分别与电阻R7的一端、电容C3的一端、电阻R6的一端电性连接；

电阻R6的另一端与波形整形单元41电性连接；

电阻R7的另C一端、电容3的另一端接地；

比较器U2的反向输入端与电流采样单元43电性连接；

比较器U2的输出端与电阻R2的一端电性连接；

电阻R2的另一端与比例阀驱动模块。

而本设计波形选择模块可以是常规的选择按键，或者应用在测试、检修时，波形选择模块可以是工控PLC，通过若干个光电耦合器与主控模块连接以输入电平信号来进行波形选择；本设计优选实施例中需要选择四种波形，因此采用四个光电耦合器，分别对应主控模块的四个端口。

本设计样本波形的产生由主控制芯片通过内部的软件算法，根据波形选择的控制信号输出对应的电平信号到DA转换器，由DA转换器把数字信号转为模拟信号电流输出到运算放大器U1B的输入端，U1B的输出端的电流信号再经过运算放大器U1A的输入端，信号经过U1A的输出端经过反相形成电压信号，电压信号再经过电阻R6、电阻R7分压后接到比较器U2的正向输入端，电压信号的波形作为参考波形作为比较，比较器U2的反相输入端则与比例阀的电流采样信号形成的采样电压连接，。比较器U2通过所述的电压信号与比例阀电流采样信号相互比较的输出信号通过电阻R2控制三极管Q2的导通电流形成比例阀的驱动复合波形。

对于驱动常规比例阀的四种波形的产生，以下给出相应的控制方法与原理：

纯直流波形控制的燃气比例阀通过接通第一继电开关将交流电通过整流桥D1整流，经过滤波电容C1滤波，三极管Q1导通，接通第二继电开关，经过滤波电容C1滤波，从而实现输出直流波形信号控制比例阀。

具有一定最小幅值的50Hz正弦波正半周期波形通过主控模块控制波形整形单元产生并输入50Hz的正弦波形，驱动三极管Q2、三极管Q1使其工作在放大区，即输出相应正弦波形。

交流正弦波正半周期波形则需要使得第一继电开关、第二继电开关、第三继电开关导通，交流正弦波形经过整流桥D1，变成一个方向不变的脉动电压，但脉动频率是半波整流的一倍，从而比例阀接口得到一个交流正弦波正半周期波形。

脉冲方波则需要第二继电开关、第三继电开关导通，主控模块输出相应的信号，使得运算放大器U1A的2脚与3脚做比较输出，控制三极管Q2的通断从而输出相应频率的脉冲方波波形。

以上所述仅为本发明的优先实施方式，本发明并不限定于上述实施方式，只要以基本相同手段实现本发明目的的技术方案都属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.兼容多种比例阀的控制驱动电路，包括比例阀驱动模块，比例阀驱动模块的输入端与外部交流电电性连接并且对交流电整流滤波，比例阀驱动模块的输出端与外部比例阀电性连接以输出驱动信号驱动比例阀运行；

其特征在于,还包括：

波形选择模块，用于输入选择不同波形模式的控制信号；

主控模块，与波形选择模块电性连接以接收控制信号；

波形调制模块，主控模块与波形调制模块电性连接以根据控制信号调制样本波形；比例阀驱动模块与波形调制模块连接以根据样本波形整合出复合波形驱动比例阀运行；

电源模块，为主控模块供电；

所述波形调制模块包括波形整形单元、比较单元、电流采样单元；

主控模块与波形整形单元电性连接以根据控制信号控制波形整形单元输出参考波形；

电流采样单元与比例阀电性连接以检测比例阀驱动模块输出给比例阀的驱动信号，形成采样波形；

比较单元包括正向输入端、反向输入端以及输出端，比较单元的正向输入端与波形整形单元连接以接收参考波形，比较单元的反向输入端与电流采样单元电性连接以接收采样波形，比较单元能够将参考波形、采样波形调制成样本波形，比较单元的输出端与比例阀驱动模块电性连接；

所述比例阀驱动模块包括整流桥D1、滤波电容C1、滤波电容C2以及开关单元，开关单元包括控制端、输入端以及输出端；

整流桥D1的输入端与外部交流电电性连接；

该滤波电容C1的正极分别与整流桥D1的正极输出端、开关单元的输入端电性连接；

滤波电容C1负极以及滤波电容C2的负极均接地；

该滤波电容C2的正极分别与开关单元的输出端、比例阀电性连接；

比较单元的输出端与开关单元的控制端电性连接以根据样本波形控制开关单元通断；

所述波形整形单元包括DA转换器、运算放大器U1A、运算放大器U1B、电容C26、电阻R37、电阻R40，DA转换器包括输入端、输出端以及参考电阻端；

DA转换器的输入端与主控模块电性连接；

DA转换器的输出端分别与运算放大器U1B的反向输入端、电容C26的一端电性连接；

运算放大器U1B的正向输入端接地；

运算放大器U1B的输出端分别与电阻R37的一端、电容C26的另一端、DA转换器的参考电阻端电性连接；

电阻R37的另一端分别与运算放大器U1A的反向输入端、电阻R40的一端电性连接；

运算放大器U1A的正向输入端接地；

运算放大器U1A的输出端分别与电阻R40的另一端、比较单元的正向输入端。

2.根据权利要求1所述的兼容多种比例阀的控制驱动电路，其特征在于：

所述开关单元包括PNP型的三极管Q1、NPN型的三极管Q2、电阻R1以及电阻R3；

该电阻R1的一端分别与滤波电容C1的正极、三极管Q1的发射极电性连接；

该电阻R1的另一端分别与三极管Q1的基极、三极管Q2的集电极电性连接；

三极管Q2的基极与比较单元的输出端电性连接；

三极管Q2的发射极与电阻R3的一端电性连接；

电阻R3的另一端接地；

三极管Q1的集电极与滤波电容C2的正极电性连接。

3.根据权利要求1所述的兼容多种比例阀的控制驱动电路，其特征在于：所述比例阀驱动模块还包括第一继电开关，第一继电开关包括控制端、拨动端以及静止端，主控模块与第一继电开关的控制端电性连接以控制拨动端与静止端之间的通断；

第一继电开关的静止端与滤波电容C1的负极电性连接；

第一继电开关的拨动端接地。

4.根据权利要求3所述的兼容多种比例阀的控制驱动电路，其特征在于：所述比例阀驱动模块还包括第二继电开关，第二继电开关包括控制端、拨动端以及静止端，主控模块与第二继电开关的控制端电性连接以控制拨动端与静止端之间的通断；

第二继电开关的静止端与滤波电容C2的负极电性连接；

第二继电开关的拨动端接地。

5.根据权利要求1所述的兼容多种比例阀的控制驱动电路，其特征在于：所述电流采样单元包括电阻R4、可调电阻R5、电阻R8、电容C4以及第三继电开关，第三继电开关包括控制端、拨动端以及静止端，主控模块与第三继电开关的控制端电性连接以控制拨动端与静止端之间的通断；

所述电阻R4的一端分别与可调电阻R5的一端电性连接；

所述可调电阻R5的另一端与电阻R8的一端电性连接；

电阻R8的另一端分别与比较单元的反向输入端、电容C4的一端电性连接；

电容C4的另一端与第三继电开关的静止端电性连接；

第三继电开关的拨动端、电阻R4的另一端接地。

6.根据权利要求1所述的兼容多种比例阀的控制驱动电路，其特征在于：所述比较单元包括比较器U2、电阻R6、电阻R7、电容C3、电阻R2；

比较器U2的正向输入端分别与电阻R7的一端、电容C3的一端、电阻R6的一端电性连接；

电阻R6的另一端与波形整形单元电性连接；

电阻R7的另一端、电容C3的另一端接地；

比较器U2的反向输入端与电流采样单元电性连接；

比较器U2的输出端与电阻R2的一端电性连接；

电阻R2的另一端与比例阀驱动模块。