CN201366389Y - 基于脉宽调制的连续式变量喷雾装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于脉宽调制的连续式变量喷雾装置，包括用于控制脉宽调节器是否工作的控制输入电路、用于提供脉宽调节器的时钟信号的晶振、用于产生脉宽调制信号的脉宽调节器、用于控制脉宽调节器起始工作延迟时间的时延电路、用于实现脉宽调节器脉冲宽度调节的占空比调节电路、用于输出脉宽调制信号的输出电路，用于输出故障状态指示信号和热关断保护的过/欠电流保护电路，电磁比例调节阀以及反向并联在电磁比例调节阀两端的二极管。本实用新型喷雾装置的流量可连续调节，并且其流量调节范围较宽。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种变量喷雾装置，尤其涉及一种连续式变量喷雾装置。
背景技术
目前变量喷雾装置有压力式变量喷雾装置和基于脉宽调制的间歇式变量喷雾装置。压力式变量喷雾装置的缺点是：其流量调节范围小，对雾量分布、雾滴粒径及雾滴速度等雾化特性的影响较大，对能量的利用率较低，且此种方法不利于与控制系统其它环节的电信号形成有机整体。
基于脉宽调制的间歇式变量喷雾的缺点是：其流量调节范围小；由于间歇式变量喷雾时电磁阀的阀心需要进行高速开/关动作，所以会造成电磁阀的寿命很短；对于某些工作情况(如农业田间施药时，作业行进速度较快时)，有可能造成间歇期间漏喷的现象。
实用新型内容
本实用新型的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于脉宽调制的连续式变量喷雾装置，该喷雾装置的流量可连续调节，并且其流量调节范围较宽。
本实用新型的技术解决方案是：基于脉宽调制的连续式变量喷雾装置，包括
控制输入电路：用于控制脉宽调节器是否工作；
晶振：用于提供脉宽调节器的时钟信号；
脉宽调节器：用于产生脉宽调制信号，所述脉宽调节器的输入端分别与控制输入电路、晶振、时延电路和占空比调节电路的输出端相连，所述脉宽调节器的输出端与输出电路相连；
时延电路：所述时延电路的一端与脉宽调节器连接，另一端与地相接；
占空比调节电路：所述占空比调节电路的一端与脉宽调节器连接，另一端与地相接；
过/欠电流保护电路：用于输出故障状态指示信号和热关断保护，所述过/欠电流保护电路的输入端与控制输入电路相连，所述过/欠电流保护电路的输出端与输出电路连接；
输出电路：用于输出脉宽调制信号；
电磁比例调节阀：一端连接在电源输入端，另一端连接在输出电路上；
二极管：反向并联在电磁比例调节阀两端。
所述占空比调节电路为：可变电阻器一端与所述脉宽调节器连接，可变电阻器另一端与地相接。
所述时延电路为：电容器一端与所述脉宽调节器连接，电容器另一端与地相接。
所述控制输入电路为开关电路。
所述输出电路包括第一三极管和第二三极管；所述第一三极管的基极与所述脉宽调节器的输出端连接，所述第一三极管的集电极与所述电磁比例调节阀的一端连接，该集电极同时与所述二极管的正极连接，所述第一三极管的发射极与地相接；所述第二三极管的基极与所述过/欠电流保护电路的输出端连接，所述第二三极管的集电极与所述控制输入电路相连，所述第二三极管的发射极与地相接。
作为本实用新型的一种优选方案，所述晶振、脉宽调节器、时延电路、占空比调节电路、过/欠电流保护电路和输出电路集成在脉宽调制电磁阀驱动器芯片上。所述脉宽调制电磁阀驱动器芯片为美国TI公司生产的型号为DRV101的集成电路，所述电磁比例调节阀连接在所述DRV101的5引脚与6引脚之间。
本实用新型的工作原理是：
基于脉宽调制(PWM)的连续式变量喷雾装置包括PWM电磁阀驱动控制电路和电磁比例调节阀。基于脉宽调制(PWM)技术的连续喷雾流量控制原理如图1所示，控制原理波形图如图2所示。PWM电磁阀驱动控制电路输出方波信号V(t)，负载为电磁比例调节阀(电磁比例调节阀是电感性负载)。图2中示出三段不同占空比的方波信号。
当方波信号为高电平时(图2a中ton时段)，PWM电磁阀驱动控制电路给负载供电，负载完成充电过程，电流逐渐上升，如图2b所示。
当方波信号为低电平时，即输出电压处于断态时间(图2a中toff时段)，PWM电磁阀驱动控制电路不给负载供电，由于反向电动势，负载会通过反向并联在负载两端的二极管反向放电，形成续流，使负载上的电流不会断续，如图2b所示。在PWM电磁阀驱动控制电路中一般称此二极管为续流二极管。因为有了续流二极管，所以使得负载上的电流连续。如果负载中的感抗足够大，即ωL》R，那么负载电流io(t)就会接近、甚至成为恒流，如图2c中的Io。
当PWM方波信号的占空比不同时，可改变电感的充放电时间，从而改变负载上的输出电流Io的大小，使输出功率得到调节，电磁比例调节阀的阀门开度得到控制，实现流量Q(t)的控制。
本实用新型与现有技术相比具有如下优点：
(1)本实用新型由于采用基于脉宽调制(PWM)的控制技术，所以使得喷雾装置的流量可连续调节，优于目前市场上的非连续式喷雾装置。
(2)本实用新型由于占空比调节电路的电阻器可调节大小，所以可改变电感的充放电时间，从而使得喷雾装置的流量调节范围较宽，平口扇形喷嘴的流量调节范围达7∶1。
(3)本实用新型对喷雾粒径影响小，几乎可以忽略不计。
(4)本实用新型适用于数字电子控制系统，便于同控制系统其它环节形成有机整体。
附图说明
图1为基于脉宽调制(PWM)技术的连续喷雾流量控制原理图。
图中，D：续流二极管，R’：电磁比例调节阀，V(t)：PWM方波信号。
图2为图1的控制原理波形图。
图3为本实用新型实施例的控制电路结构示意图。
图中，K：开关；T1：第一三极管；T2：第二三极管；8：晶振；9：脉宽调节器；10：占空比调节电路；11：时延电路；12：过/欠电流保护电路。
图4为本实用新型实施例的输出脉宽调制信号(PWM输出信号)的简化时序图。
图中，a)：输入信号波形；b)：输出信号波形；c)：初始DC输出(由CD值设置调节)；d)：PWM方式输出；tON：PWM信号高电平时段；tP：PWM信号周期；v1：+2.2V至+5.5V电压；v2：0V至+1.2V。
具体实施方式
以下将结合附图对本实用新型的实施例进行说明。
如图3所示，基于PWM的连续式变量喷雾装置包括PWM电磁阀驱动控制电路和电磁比例调节阀。
电磁比例调节阀选用德国宝德(Burdert)公司生产的型号为6023A的产品，该电磁比例调节阀需用PWM信号进行控制。当提供的功率改变时，阀门开度会随之改变，从而改变流经阀门的液体流量，实现流量的连续调节。
PWM电磁阀驱动控制电路的核心部件是PWM电磁阀驱动器芯片，本实施例选用美国TI公司生产的型号为DRV101的集成电路，该集成电路将24KHz晶振、脉宽调节器、时延电路、占空比调节电路、过/欠电流保护电路和输出电路集成在一个芯片上。DRV101的一个特点是能够提供一段恒定的初始直流输出(即占空比为100％)，然后再转换成PWM模式。这个功能在驱动电磁阀时尤其有用，因为电磁阀所需的动作电流要比保持电流大。初始直流输出的持续时间可以通过调节外接在引脚2与地之间的调节延迟时间的电容来实现，延迟时间与电容之间的关系由式(1)计算。
延迟时间计算公式为：
延迟时间≈CD＊106(单位为秒，CD的单位为法拉) (1)
表1给出了几个常用的典型延迟时间(PWM方波信号输出之前的恒压输出持续时间)以及相应的电容值。
表1 延迟调节引脚2的连接方式
当电容CD＝0.1μF时，输出信号的简化时序图如图4所示。PWM信号输出以前有95ms的DC输出。若RPWM＝130KΩ，tON＝10.4μs，tP＝41.6μs(1/24KHz)，则占空比＝tON/tP＝25％。
下面对PWM电磁阀驱动器芯片DRV101的各个引脚连接关系进行说明：
控制输入端(引脚1)与标准TTL电平兼容，+2.2V～+5.5V输入电压使器件输出导通，而低电压(0V～+1.2V)使器件关闭，输入电流典型值为80μA。本实施例引脚1接的电压为5V。
延迟调节(引脚2)使得可以通过外部调节来改变PWM信号输出的延迟时间。引脚2悬空时PWM模式的延迟最小(典型值为15μm)，本实施例在引脚2与地之间连接一个电容器CD来设置延迟时间。
占空比调节(引脚3)使得可以通过外部调节来改变PWM输出信号的占空比。在引脚3和地之间连接一个电阻器RPWM，通过调节电阻器的阻值可调节PWM输出信号的占空比。占空比设置值从10％～100％。一些典型占空比的电阻器数值示于表2。增加电阻值会减小占空比。
表2 典型占空比及其对应的电阻值
接地端(GND，引脚4)必须连接到系统地，它是到地的负载电流通路及DRV101的参考地。
负载(这里指电磁比例调节阀)连接到电源端(引脚5)和输出端(引脚6)之间。引脚6输出的为PWM方波信号。对于电感性负载需要在输出端靠近负载处反向跨接一个外部二极管(见图3)。
Flag(引脚7)为欠流、过流和过热关闭条件提供故障状态指示。对于有噪声的应用，应在Flag和地之间连接一个小容值的电容器。另外在电源端(引脚5)和地之间应连接一个0.1μF的电容器。
工作原理：当开头K闭合时，控制输入端(引脚1)接零电平，PWM电磁阀驱动器DRV101芯片关闭，不工作。当开关K断开时，控制输入端(引脚1)接5V高电平，DRV101芯片开始工作，引脚6输出PWM方波控制信号，频率为24KHZ。
负载两端的电压信号是引脚5(24V直流电源)与引脚6间的差值，它是PWM方波信号，频率和占空比与引脚6上输出的PWM方波信号相同，但其相位和引脚6的输出信号相位相反。
输出PWM方波信号的占空比通过RPWM电阻调节，占空比可在10％-100％内调节。通过调节占空比，就可以调节电磁比例调节阀的阀门开度，从而连续调节流经电磁阀的流量。
当减小占空比，以减小流量时，会改变喷雾发散度，雾量分布明显向中央集中，喷雾角变小；流量控制对雾滴粒径影响小，随着流量减小，雾滴粒径稍有减小的趋势。
本实用新型说明书中未作详细描述的内容属于本领域技术人员公知技术。
本实用新型不局限于权利要求和上述实施例所述及的内容，只要是根据本发明的构思所创作出来的任何发明，都应归属于本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1、基于脉宽调制的连续式变量喷雾装置，其特征在于：包括
控制输入电路：用于控制脉宽调节器是否工作；
晶振：用于提供脉宽调节器的时钟信号；
脉宽调节器：用于产生脉宽调制信号，所述脉宽调节器的输入端分别与控制输入电路、晶振、时延电路和占空比调节电路的输出端相连，所述脉宽调节器的输出端与输出电路相连；
时延电路：所述时延电路的一端与脉宽调节器连接，另一端与地相接；
占空比调节电路：所述占空比调节电路的一端与脉宽调节器连接，另一端与地相接；
过/欠电流保护电路：用于输出故障状态指示信号和热关断保护，所述过/欠电流保护电路的输入端与控制输入电路相连，所述过/欠电流保护电路的输出端与输出电路连接；
输出电路：用于输出脉宽调制信号；
电磁比例调节阀：一端连接在电源输入端，另一端连接在输出电路上；
二极管：反向并联在电磁比例调节阀两端。
2、根据权利要求1所述的基于脉宽调制的连续式变量喷雾装置，其特征在于：所述占空比调节电路为：可变电阻器一端与所述脉宽调节器连接，可变电阻器另一端与地相接。
3、根据权利要求1所述的基于脉宽调制的连续式变量喷雾装置，其特征在于：所述时延电路为：电容器一端与所述脉宽调节器连接，电容器另一端与地相接。
4、根据权利要求1所述的基于脉宽调制的连续式变量喷雾装置，其特征在于：所述晶振为24KHz。
5、根据权利要求1所述的基于脉宽调制的连续式变量喷雾装置，其特征在于：所述控制输入电路为开关电路。
6、根据权利要求1所述的基于脉宽调制的连续式变量喷雾装置，其特征在于：所述输出电路包括第一三极管和第二三极管；所述第一三极管的基极与所述脉宽调节器的输出端连接，所述第一三极管的集电极与所述电磁比例调节阀的一端连接，该集电极同时与所述二极管的正极连接，所述第一三极管的发射极与地相接；所述第二三极管的基极与所述过/欠电流保护电路的输出端连接，所述第二三极管的集电极与所述控制输入电路相连，所述第二三极管的发射极与地相接。
7、根据权利要求1所述的基于脉宽调制的连续式变量喷雾装置，其特征在于：所述晶振、脉宽调节器、时延电路、占空比调节电路、过/欠电流保护电路和输出电路集成在脉宽调制电磁阀驱动器芯片上。
8、根据权利要求7所述的基于脉宽调制的连续式变量喷雾装置，其特征在于：所述脉宽调制电磁阀驱动器芯片为美国TI公司生产的型号为DRV101的集成电路，所述电磁比例调节阀连接在所述DRV101的5引脚与6引脚之间。
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