CN110543203A - 一种用于电磁计程仪励磁系统的低频恒流励磁电路 - Google Patents

一种用于电磁计程仪励磁系统的低频恒流励磁电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于电磁计程仪励磁系统的低频恒流励磁电路，包括：控制单元，直接数字频率合成单元、运算放大器和功率放大器；控制单元与直接数字频率合成单元相连，其中控制单元用于产生频率控制字控制直接数字频率合成单元输出；直接数字频率合成单元与运算放大器相连；其中，运算放大器的反相输入端和输出端之间接有电位器；运算放大器的输出端与功率放大器输入端相连。在本发明提供的技术方案中，传感器励磁频率可调，可保持励磁电流恒定，不受电网波动影响，减小工频干扰，利于后端信号处理，有利于提高测速精度。

Description

一种用于电磁计程仪励磁系统的低频恒流励磁电路
技术领域
本发明涉及电磁计程仪励磁技术领域，更具体的说是涉及一种用于电磁计程仪励磁系统的低频恒流励磁电路。
背景技术
电磁计程仪传统的励磁方式一般采用工频励磁，220V船电通过变压器降压获得一定大小的电压对传感器进行励磁。这种励磁方式频率、电压会受到电网波动影响，且传感器信号易受工频干扰；传感器零位难以降低；计程仪工作时传感器线圈发热导致阻抗变化，从而线圈励磁电流也会发生相应的变化。
因此，在计程仪励磁系统中如何保持励磁电流恒定是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种用于电磁计程仪励磁系统的低频恒流励磁电路，可保持励磁电流恒定，不受电网波动影响。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种用于电磁计程仪励磁系统的低频恒流励磁电路，包括：控制单元，直接数字频率合成单元、运算放大器和功率放大器；
所述控制单元与所述直接数字频率合成单元相连，控制单元产生频率控制字控制所述直接数字频率合成单元输出；
所述直接数字频率合成单元与所述运算放大器相连；其中，所述运算放大器的反相输入端和输出端之间通过有电位器连接；
所述运算放大器的输出端与所述功率放大器输入端相连。
所述直接数字频率合成单元的输出端连接电阻R1，电阻R1的另一端接地；电阻R1的两端并联有电容C1；
所述直接数字频率合成单元的输出端还连接有隔直电容C2；其中隔直电容C2通过电阻R3连接至所述运算放大器的反相输入端；隔直电容C2和电阻R3之间还连接有电阻R2，电阻R2的另一端接地；
所述运算放大器的正相输入端连接有电阻R4。
所述运算放大器的输出端通过电阻R7与所述功率放大器的正相输入端相连；
所述功率放大器的反相输入端连接有电阻R6；所述功率放大器的反相输入端和输出端之间并联有电阻R8；所述功率放大器的输出端还依次连接有电阻R10和传感器负载L1；在所述功率放大器的正相输入端和所述电阻R10的两端并联有电阻R9。
所述控制单元包括：MCU单片机。
所述直接数字频率合成单元包括：AD9850DDS芯片。
所述运算放大器包括：AD8672芯片。
所述功率放大器包括：PA04芯片。
电阻R3为4.99KΩ，电阻R6、R7为20KΩ，电阻R8、R9为10KΩ，电阻R10为0.33Ω。
由上述技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种用于电磁计程仪励磁系统的低频恒流励磁电路，控制单元控制直接数字频率合成单元产生一定频率的电流信号，电流信号通过输出端接的电阻得到电压信号，电压信号通过运算放大器和电位器调节输出电压大小，将输出电压送入功率放大器，功率放大器为电压控制电流源电路，通过调节功放的输入电压大小来实现对电流大小的控制。
在本发明提供的技术方案中，传感器励磁频率可调，可保持励磁电流恒定，不受电网波动影响，减小工频干扰，利于后端信号处理，有利于提高测速精度。
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作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的用于电磁计程仪励磁系统的低频恒流励磁电路的电路图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见附图1，本发明实施例公开了一种用于电磁计程仪励磁系统的低频恒流励磁电路，包括：控制单元，直接数字频率合成单元、运算放大器和功率放大器；
控制单元与直接数字频率合成单元相连，其中控制单元用于产生频率控制字控制直接数字频率合成单元输出；
直接数字频率合成单元与运算放大器相连；其中运算放大器的反相输入端和输出端之间通过电位器连接；
运算放大器的输出端与功率放大器相连。
在具体实现时，控制单元可以为MCU，直接数字频率合成单元可以为AD9850 DDS芯片，运算放大器可以为AD8672芯片，功率放大器可以为PA04芯片。
控制单元控制直接数字频率合成单元产生一定频率的电流信号，通过输出端接一电阻得到电压信号，电压信号通过运算放大器和电位器可调节输出电压大小，将输出电压送入功率放大器，功率放大器为电压控制电流源电路，通过调节功放的输入电压大小来实现对电流大小的控制。
在本发明提供的技术方案中，传感器励磁频率可调，可保持励磁电流恒定，不受电网波动影响，减小工频干扰，利于后端信号处理，有利于提高测速精度。
参见附图1，在上述技术方案，直接数字频率合成单元的输出端连接电阻R1，电阻R1的另一端接地；电阻R1的两端并联有电容C1；
直接数字频率合成单元的输出端还连接有隔直电容C2；其中隔直电容C2通过电阻R3连接至运算放大器的反相输入端；隔直电容C2和电阻R3之间还连接有电阻R2，电阻R2的另一端接地；
运算放大器的正相输入端连接有电阻R4。
参见附图1，为了进一步优化上述技术方案，运算放大器的输出端通过电阻R7与功率放大器的正相输入端相连；
功率放大器的反相输入端连接有电阻R6；功率放大器的反相输入端和输出端之间并联有电阻R8；功率放大器的输出端还依次连接有电阻R10和传感器负载L1；在功率放大器的正相输入端和电阻R10的两端并联有电阻R9。
上述技术方案中，电阻R3为4.99KΩ，电阻R6、R7为20KΩ，电阻R8、R9为10KΩ，电阻R10为0.33Ω。
下面结合具体实施方式对本发明所提供的技术方案做进一步阐述。
一种用于电磁计程仪励磁系统的低频恒流励磁电路主要包括MCU(单片机)、DDS芯片(AD9850)、运算放大器芯片(AD8672)和功率放大器(PA04)，具体电路如图1所示。
MCU(单片机)产生频率控制字控制DDS芯片(AD9850)，输出电流频率计算公式为：
式中，ΔP为频率控制字，CLKIN为DDS芯片外部参考时钟(根据需要决定，例如可选20M)。根据计算的频率控制字，DDS输出为频率为12.5Hz，大小为10mA电流，在其后接100欧姆的R1电阻，输出电压峰值为1V的正弦波信号，由于该信号含直流分量，通过C2电容隔直后，得到峰—峰值为1V的交流正弦波信号VIN1。通过调节电位器R5，VIN1经运算放大电路AD8672放大后输出电压VIN2。放大倍数计算公式为：
VIN2作为电压控制电流源电路的输入，经功率放大器PA04放大后，输出传感器电流IOUT2。电流计算公式为：结合放大倍数公式可得如下公式：
由图1可知，R3＝4.99KΩ，R6＝20KΩ，R8＝10KΩ，R10＝0.33Ω，代入上式可计算电流值，通过调节电位器R5大小可控制输出电流大小，与传感器负载L1无关。
以上电路设计时需注意以下内容：
1、两个输入电阻R6，R7和两个反馈电阻R8，R9必须非常匹配。即使很小的不匹配也会导致功率放大器输出电阻降低使电路不能成为一个真正的电流源。因此R6、R7、R8、R9精度必须控制在0.1％以内。
2、由于本电路为电流源设计，电流输出大小在一定范围内受输入电压控制，受功率放大器供电电压的限制，电流超出一定范围时可导致传感器负载上电压波形失真。设计时需计算传感器负载大小，使传感器负载上的电压峰值小于功率放大器的供电电压与功率放大器压降之差，必要时可加大功率放大器供电电压来满足使用要求(由于目前所选器件PA04压降为8V，其供电电压为48V，所以传感器负载上电压峰值需＜40V，这样可保证传感器负载上电压波形不失真)。
3、由于PA04为线性功放，工作时发热量较大，应用时需进行散热设计。
通过以上电路设计可实现传感器励磁电流的低频恒流控制，频率为12.5Hz，电流大小可调节，调节后电流大小可稳定在0.1％以内。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种用于电磁计程仪励磁系统的低频恒流励磁电路，其特征在于，包括：控制单元，直接数字频率合成单元、运算放大器和功率放大器；
所述控制单元与所述直接数字频率合成单元相连，控制单元产生频率控制字控制所述的直接数字频率合成单元输出；
所述直接数字频率合成单元与所述运算放大器相连；其中，所述运算放大器的反相输入端和输出端之间通过电位器连接；
所述运算放大器的输出端与所述功率放大器输入端相连。
2.根据权利要求1所述的一种用于电磁计程仪励磁系统的低频恒流励磁电路，其特征在于，所述的直接数字频率合成单元的输出端连接电阻R1，电阻R1的另一端接地；电阻R1的两端并联有电容C1；
所述直接数字频率合成单元的输出端还连接有隔直电容C2；其中隔直电容C2通过电阻R3连接至所述运算放大器的反相输入端；隔直电容C2和电阻R3之间还连接有电阻R2，电阻R2的另一端接地；
所述运算放大器的正相输入端连接有电阻R4。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于电磁计程仪励磁系统的低频恒流励磁电路，其特征在于，所述运算放大器的输出端通过电阻R7与所述功率放大器的正相输入端相连；
所述功率放大器的反相输入端连接有电阻R6；所述功率放大器的反相输入端和输出端之间通过电阻R8连接；所述功率放大器的输出端还依次连接有电阻R10和传感器负载L1；在所述功率放大器的正相输入端和所述电阻R10的两端并联有电阻R9。
4.根据权利要求1所述的一种用于电磁计程仪励磁系统的低频恒流励磁电路，其特征在于，所述控制单元包括：MCU单片机。
5.根据权利要求1所述的一种用于电磁计程仪励磁系统的低频恒流励磁电路，其特征在于，所述直接数字频率合成单元包括：AD9850DDS芯片。
6.根据权利要求1所述的一种用于电磁计程仪励磁系统的低频恒流励磁电路，其特征在于，所述运算放大器包括：AD8672芯片。
7.根据权利要求1所述的一种用于电磁计程仪励磁系统的低频恒流励磁电路，其特征在于，所述功率放大器包括：PA04芯片。
8.根据权利要求3所述的一种用于电磁计程仪励磁系统的低频恒流励磁电路，其特征在于，电阻R3为4.99KΩ，电阻R6、R7为20KΩ，电阻R8、R9为10KΩ，电阻R10为0.33Ω。
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