JP6212426B2 - Electromagnetic flow meter - Google Patents

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Description

本発明は、電磁流量計に関し、特に入力直流電源信号処理用直流電源を生成して制御回路へ供給するとともに、当該入力直流電源から励磁用直流電源を生成して励磁回路へ供給する電源回路技術に関する。   The present invention relates to an electromagnetic flow meter, and in particular, a power supply circuit technique that generates a DC power supply for processing an input DC power supply signal and supplies the DC power supply to a control circuit, and generates an excitation DC power supply from the input DC power supply and supplies it to the excitation circuit. About.

一般に、導電性を有する流体の流量を測定する電磁流量計では、測定管内を流れる流体の流れ方向に対して磁界発生方向が垂直となるよう配置された励磁コイルへ、極性が交互に切り替わる励磁電流を供給し、励磁コイルからの発生磁界と直交して測定管内に配置された一対の電極間に生じる起電力を検出し、この電極間に生じる起電力を増幅して得られた流量信号を、サンプリングして信号処理することにより、測定管内を流れる流体の流量を測定している。   In general, in an electromagnetic flow meter that measures the flow rate of a fluid having electrical conductivity, an excitation current whose polarity is alternately switched to an excitation coil arranged so that the direction of magnetic field generation is perpendicular to the flow direction of the fluid flowing in the measurement tube The flow rate signal obtained by detecting the electromotive force generated between a pair of electrodes arranged in the measurement tube orthogonal to the magnetic field generated from the excitation coil and amplifying the electromotive force generated between the electrodes, By sampling and signal processing, the flow rate of the fluid flowing in the measuring tube is measured.

図8は、電磁流量計で用いる励磁回路の原理図である。図9は、図8の励磁回路の動作を示す信号波形図である。
通常、励磁コイルLexに励磁電流Iexを供給する励磁回路では、フォトカプラやMOSFETなどからなるアイソレーション型のスイッチ回路SW1〜SW5を設け、制御回路からの制御信号により、正極性のIexを供給する正期間TPでは、SW1,SW4をオンさせるとともにSW2,SW3をオフさせ、負極性のIexを供給する負期間TNでは、SW1,SW4をオフさせるとともにSW2,SW3をオンさせることにより、Iexの極性を一定周期で切り替えるものとなっている。
FIG. 8 is a principle diagram of an excitation circuit used in an electromagnetic flow meter. FIG. 9 is a signal waveform diagram showing the operation of the excitation circuit of FIG.
Usually, in an excitation circuit that supplies an excitation current Iex to the excitation coil Lex, isolation type switch circuits SW1 to SW5 made of a photocoupler, a MOSFET, and the like are provided, and positive polarity Iex is supplied by a control signal from the control circuit. In the positive period TP, SW1 and SW4 are turned on and SW2 and SW3 are turned off. In the negative period TN in which negative polarity Iex is supplied, the SW1 and SW4 are turned off and the SW2 and SW3 are turned on. Are switched at a constant cycle.

この際、予め高電圧EHと低電圧ELの2つの電源を用意しておき、制御回路からの制御信号により、Iex立ち上げ時の高電圧期間THでは、スイッチSW5をH側に切り替えて高電圧EHで励磁し、Iex定常時の低電圧期間TLでは、スイッチSW5をL側に切り替えて低電圧ELで励磁する方法が用いられている(例えば、特許文献1など参照)。   At this time, two power supplies of a high voltage EH and a low voltage EL are prepared in advance, and the switch SW5 is switched to the H side in the high voltage period TH at the time of starting Iex by a control signal from the control circuit. In the low voltage period TL at the time of Iex steady-state excitation using EH, a method is used in which the switch SW5 is switched to the L side and excitation is performed with the low voltage EL (see, for example, Patent Document 1).

具体的には、正極性のIexを供給する正期間TPの開始時点から始まるTHでは、LexのインダクタンスによりIexがゆっくり立ち上がる。このため、SW5をH側に切り替えて、励磁用電源電圧としてEHをLexに供給する。これにより、Iexの立ち上がりが早められる。
この後、Iexが目標電流Isに達した時点から始まるTLでは、定電流回路CCSによりIexが定電流となって流量計測が行われる。このため、SW5をL側に切り替えて、励磁用電源電圧としてELをLexに供給する。これにより、CCSでの発熱が抑制される。
Specifically, in TH that starts from the beginning of the positive period TP that supplies positive polarity Iex, Iex rises slowly due to the inductance of Lex. For this reason, SW5 is switched to the H side, and EH is supplied to Lex as the excitation power supply voltage. As a result, the rise of Iex is accelerated.
Thereafter, in the TL starting from the time when Iex reaches the target current Is, the constant current circuit CCS makes Iex a constant current and the flow rate is measured. For this reason, SW5 is switched to the L side, and EL is supplied to Lex as an excitation power supply voltage. Thereby, the heat_generation | fever in CCS is suppressed.

次に、負極性のIexを供給するTNの到来に応じて、上記のTHおよびTLと同様の動作が行われる。
このように、Iex立ち上げ時は高電圧EHで励磁し、Iex定常時は低電圧ELで励磁することにより、励磁極性切替時の励磁電流Iexの立ち上がりを早めることができ、励磁周波数をより高くすることにより1/fノイズを減少させることが可能となるとともに、Iex定常時には定電流回路CCSでの発熱も抑制することができ、周辺部品への温度影響に起因する流量計測値の誤差発生を低減することが可能となる。
Next, in accordance with the arrival of TN that supplies negative polarity Iex, the same operations as those of the above-described TH and TL are performed.
In this way, excitation at the high voltage EH at the time of Iex startup and excitation at the low voltage EL at the time of Iex steady state can accelerate the rise of the excitation current Iex when switching the excitation polarity, and the excitation frequency can be further increased. By doing so, 1 / f noise can be reduced, and heat generation in the constant current circuit CCS can be suppressed at the time of Iex steady state, and errors in flow rate measurement values due to temperature effects on peripheral parts can be generated. It becomes possible to reduce.

特開2000−241215号公報JP 2000-241215 A

図10は、電磁流量計で用いる電源回路の具体例である。一般的な電磁流量計50では、電源回路51により、上位装置(図示せず)から供給された例えば24Vの入力直流電圧DCinから、制御回路52や励磁回路53で用いる動作電源を生成する。この際、上位装置からの電源と制御回路52で用いる動作電源とをアイソレーションするため、電源回路51として、スイッチングトランス51B〜MAEQスイッチング方式の電源回路が用いられる。   FIG. 10 is a specific example of a power supply circuit used in an electromagnetic flow meter. In a general electromagnetic flow meter 50, an operation power source used in the control circuit 52 and the excitation circuit 53 is generated by a power circuit 51 from an input DC voltage DCin of, for example, 24 V supplied from a host device (not shown). At this time, in order to isolate the power supply from the host device and the operation power supply used in the control circuit 52, the power supply circuit 51 is a switching transformer 51B to MAEQ switching power supply circuit.

具体的には、電源回路51において、DCinをスイッチング制御回路51Aでスイッチングしてスイッチングトランス51Bの一次側へ入力し、スイッチングトランス51Bの二次側から得られた高周波信号を整流回路51C,51Eで整流した後、レギュレータ51D,51F,51Gで定電圧化して制御回路52や励磁回路53に供給している。   Specifically, in the power supply circuit 51, DCin is switched by the switching control circuit 51A and input to the primary side of the switching transformer 51B, and the high-frequency signal obtained from the secondary side of the switching transformer 51B is output by the rectifier circuits 51C and 51E. After the rectification, the regulators 51D, 51F and 51G make the voltage constant and supply it to the control circuit 52 and the excitation circuit 53.

ここで、電磁流量計50の小型化やコストダウンを考えたい場合、スイッチングトランス51Bを小型化する方法が考えられる。しかしながら、一般的な電磁流量計50では、制御回路52と励磁回路53を両方合わせて、約10W程度の電力を消費するため、スイッチングトランス51Bの巻線の細線化やコアの縮小化などのさらなるサイズダウンを行うことが難しいという問題があった。   Here, when it is desired to reduce the size and cost of the electromagnetic flow meter 50, a method of reducing the switching transformer 51B can be considered. However, in the general electromagnetic flow meter 50, since both the control circuit 52 and the excitation circuit 53 are combined to consume about 10 W of power, the winding of the switching transformer 51B and the core can be further reduced. There was a problem that it was difficult to downsize.

また、流量信号のS/N比を改善し、電磁流量計50の計測精度向上を考えた場合、励磁電流の立ち上がりをさらに早くして励磁周波数を高くすることにより1/fノイズを減少させる方法や、励磁電流自体を大きくして、得られる流量信号の振幅を大きくする方法が考えられる。しかしながら、これらの方法は、いずれも励磁回路へ供給する動作電源の電力増大が必要となり、スイッチングトランス51Bの大型化やコストアップの要因となる。   Further, in the case of improving the S / N ratio of the flow rate signal and improving the measurement accuracy of the electromagnetic flow meter 50, a method of reducing the 1 / f noise by increasing the excitation frequency earlier and increasing the excitation frequency. Alternatively, a method can be considered in which the excitation current itself is increased to increase the amplitude of the obtained flow rate signal. However, both of these methods require an increase in the power of the operating power supply supplied to the excitation circuit, which increases the size and cost of the switching transformer 51B.

本発明はこのような課題を解決するためのものであり、電源回路のスイッチングトランスを小型化できる電磁流量計を提供することを目的としている。   The present invention has been made to solve such a problem, and an object thereof is to provide an electromagnetic flow meter capable of downsizing a switching transformer of a power supply circuit.

このような目的を達成するために、本発明にかかる電磁流量計は、励磁コイルに対して供給する励磁電圧または励磁電流の極性を一定周期で交互に切り替える励磁極性切り替え手段を有する励磁回路と、入力直流電源から信号処理用直流電源を生成して制御回路へ供給するとともに、当該入力直流電源から励磁用直流電源を生成して前記励磁回路へ供給する電源回路を備える電磁流量計であって、前記入力直流電源をスイッチングしてスイッチングトランスの一次側巻線に入力し、当該スイッチングトランスの二次側巻線から得られたパルス信号を整流回路で整流することにより前記信号処理用直流電源を生成するスイッチング電源回路と、前記入力直流電源からチョークコイルに流れる電流をスイッチング素子でスイッチングし、得られたパルス信号をダイオードを介して容量素子で充電することにより前記励磁用直流電源を生成する非絶縁型の昇圧DC−DCコンバータとを備え、前記昇圧DC−DCコンバータは、「前記励磁用直流電源の電圧が一定の上限電圧に制限される第1の動作モードと、前記励磁用直流電源の電圧が前記励磁用直流電源の電流増加に応じて前記上限電圧より低い値へ低下する第2の動作モードの2つの制御動作モードを有し、前記励磁回路による励磁極性切り替え直後には、前記第1の動作モードで動作するようにしたものである。 In order to achieve such an object, an electromagnetic flow meter according to the present invention includes an excitation circuit having excitation polarity switching means for alternately switching the polarity of an excitation voltage or an excitation current supplied to the excitation coil at a constant period, supplies generates a DC signal processing from an input DC power source power supply to the control circuit, an electromagnetic flow meter comprising a power supply circuit for supplying to said excitation circuit to generate exciting DC power source from the input DC power source, The input DC power supply is switched and input to the primary winding of the switching transformer, and the pulse signal obtained from the secondary winding of the switching transformer is rectified by a rectifier circuit to generate the signal processing DC power supply. Obtained by switching current flowing from the input DC power source to the choke coil with a switching element. And a non-isolated boost DC-DC converter that generates the excitation DC power supply by charging the capacitive element via a diode pulse signal, the step-up DC-DC converter, "DC power supply for said exciting A first operation mode in which the voltage is limited to a certain upper limit voltage; and a second operation mode in which the voltage of the excitation DC power supply decreases to a value lower than the upper limit voltage in accordance with an increase in the current of the excitation DC power supply. These control operation modes are provided, and the operation is performed in the first operation mode immediately after the excitation polarity is switched by the excitation circuit.

また、本発明にかかる他の電磁流量計は、入力直流電源から信号処理用直流電源を生成して制御回路へ供給するとともに、当該入力直流電源から励磁用直流電源を生成して励磁回路へ供給する電源回路を備える電磁流量計であって、前記入力直流電源をスイッチングしてスイッチングトランスの一次側巻線に入力し、当該スイッチングトランスの二次側巻線から得られたパルス信号を整流回路で整流することにより前記信号処理用直流電源を生成するスイッチング電源回路と、前記入力直流電源からチョークコイルに流れる電流をスイッチング素子でスイッチングし、得られたパルス信号をダイオードを介して容量素子で充電することにより前記励磁用直流電源を生成する非絶縁型の昇圧DC−DCコンバータとを備え、前記昇圧DC−DCコンバータが、前記励磁用直流電源の出力電圧を抵抗分圧して得られた出力電圧検出電圧と前記出力電圧の上限電圧を示す基準電圧との差分を増幅することにより、前記出力電圧に応じて前記スイッチング素子のオン期間を制御するための電圧帰還制御用電圧を出力する出力電圧制御回路と、前記スイッチング素子でのスイッチングにより流れる電流のピーク電流を示すピーク電流検出電圧と前記電圧帰還制御用電圧とを比較することにより、前記励磁用直流電源のピーク電流を制限するとともに前記出力電圧に応じて前記スイッチング素子のオン期間を制御するための電圧・電流帰還制御用のPWM調整信号を出力するピーク電流制限回路と、前記スイッチング用のクロック信号と前記PWM調整信号とに基づいて、前記スイッチング素子をオンオフ制御するためのPWM信号を生成して出力するフリップフロップ回路とを備えるものである。 Another electromagnetic flow meter according to the present invention generates a DC power source for signal processing from an input DC power source and supplies it to the control circuit, and also generates an excitation DC power source from the input DC power source and supplies it to the excitation circuit. An electromagnetic flow meter comprising a power supply circuit for switching the input DC power source to input to the primary winding of the switching transformer, and a rectifier circuit for the pulse signal obtained from the secondary winding of the switching transformer. A switching power supply circuit that generates the signal processing DC power supply by rectification, and a current that flows from the input DC power supply to the choke coil is switched by a switching element, and the obtained pulse signal is charged by a capacitive element via a diode. and a step-up DC-DC converter of non-insulated for generating a DC for the excitation power supply by the boosting DC-DC The inverter amplifies a difference between an output voltage detection voltage obtained by resistance-dividing the output voltage of the excitation DC power supply and a reference voltage indicating an upper limit voltage of the output voltage, and thereby according to the output voltage An output voltage control circuit that outputs a voltage feedback control voltage for controlling an ON period of the switching element, a peak current detection voltage indicating a peak current of a current that flows due to switching in the switching element, and the voltage feedback control voltage; The peak current that outputs the PWM adjustment signal for voltage / current feedback control for limiting the peak current of the exciting DC power source and controlling the ON period of the switching element according to the output voltage Based on the limiting circuit, the switching clock signal, and the PWM adjustment signal, the switching element In which and a flip-flop circuit for generating and outputting a PWM signal for on-off control.

本発明によれば、励磁回路へ供給する励磁用直流電源が、スイッチングトランスを用いるスイッチング電源回路とは別個に設けられた、スイッチングトランスを用いない昇圧DC−DCコンバータから供給されることになる。したがって、励磁用直流電源の電力分だけ、スイッチングトランスの負担を削減することができる。   According to the present invention, the exciting DC power supplied to the exciting circuit is supplied from the step-up DC-DC converter that does not use the switching transformer and is provided separately from the switching power supply circuit that uses the switching transformer. Therefore, the burden on the switching transformer can be reduced by the power of the exciting DC power supply.

このため、例えば、電磁流量計全体の消費電力のうちの約3/4程度が励磁回路で消費されており、残りの約1/4程度が制御回路などの他の回路で消費されている場合、本発明によれば、スイッチングトランスに要求される定格電力を従来の約1/4程度にまで削減できることになる。したがって、スイッチングトランスの巻線の細線化やコアの縮小化などについて、大幅なサイズダウンを行うことができ、スイッチングトランスの小型化することができる。これにより、電磁流量計全体の小型化およびコストダウンを実現することが可能となる。   For this reason, for example, about 3/4 of the power consumption of the entire electromagnetic flowmeter is consumed by the excitation circuit, and the remaining about 1/4 is consumed by another circuit such as a control circuit. According to the present invention, the rated power required for the switching transformer can be reduced to about 1/4 of the conventional one. Therefore, the size of the winding of the switching transformer can be reduced and the size of the core can be reduced, so that the size of the switching transformer can be reduced. This makes it possible to reduce the size and cost of the entire electromagnetic flow meter.

一実施の形態にかかる電磁流量計の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the electromagnetic flowmeter concerning one Embodiment. 昇圧DC−DCコンバータの構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of a step-up DC-DC converter. 励磁回路の構成を示す回路部である。It is a circuit part which shows the structure of an excitation circuit. 昇圧DC−DCコンバータの出力電圧制御モードにおける動作を示す信号波形図である。It is a signal waveform diagram which shows the operation | movement in the output voltage control mode of a step-up DC-DC converter. 昇圧DC−DCコンバータのピーク電流制限モードにおける動作を示す信号波形図である。It is a signal waveform diagram which shows the operation | movement in the peak current limiting mode of a step-up DC-DC converter. 昇圧DC−DCコンバータの動作モードを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the operation mode of a step-up DC-DC converter. 励磁回路の動作を示す信号波形図である。It is a signal waveform diagram which shows operation | movement of an excitation circuit. 電磁流量計で用いる励磁回路の原理図である。It is a principle figure of the excitation circuit used with an electromagnetic flowmeter. 図8の励磁回路の動作を示す信号波形図である。FIG. 9 is a signal waveform diagram illustrating an operation of the excitation circuit of FIG. 8. 電磁流量計で用いる電源回路の具体例である。It is a specific example of the power supply circuit used with an electromagnetic flowmeter.

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
まず、図1を参照して、本発明の一実施の形態にかかる電磁流量計10について説明する。図1は、一実施の形態にかかる電磁流量計の構成を示すブロック図である。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, an electromagnetic flow meter 10 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an electromagnetic flow meter according to an embodiment.

この電磁流量計10は、導電性を有する流体の流量を測定する機能を有しており、検出器16の測定管Pex内を流れる流体の流れ方向に対して磁界発生方向が垂直となるよう配置された励磁コイルLexへ、極性が交互に切り替わる励磁電流Iexを供給し、励磁コイルLexからの発生磁界と直交して測定管Pex内に配置された一対の電極の間に生じる起電力を検出し、この起電力を増幅した後、サンプリングして信号処理することにより、測定管Pex内を流れる流体の流量を測定する。   The electromagnetic flow meter 10 has a function of measuring the flow rate of a fluid having conductivity, and is arranged so that the magnetic field generation direction is perpendicular to the flow direction of the fluid flowing in the measurement pipe Pex of the detector 16. An excitation current Iex whose polarity is alternately switched is supplied to the excitation coil Lex, and an electromotive force generated between a pair of electrodes arranged in the measurement tube Pex perpendicular to the magnetic field generated from the excitation coil Lex is detected. After the electromotive force is amplified, the flow rate of the fluid flowing through the measurement pipe Pex is measured by sampling and signal processing.

[電磁流量計]
次に、図1を参照して、本実施の形態にかかる電流計の構成について詳細に説明する。
図1に示すように、電磁流量計10には、主な回路部として、スイッチング電源回路11、昇圧DC−DCコンバータ12、定電圧電源回路13、制御回路14、励磁回路15、検出器16、および設定・操作器17が設けられている。
[Electromagnetic flow meter]
Next, the configuration of the ammeter according to the present embodiment will be described in detail with reference to FIG.
As shown in FIG. 1, the electromagnetic flow meter 10 includes a switching power supply circuit 11, a step-up DC-DC converter 12, a constant voltage power supply circuit 13, a control circuit 14, an excitation circuit 15, a detector 16, as main circuit units. A setting / operation device 17 is also provided.

スイッチング電源回路11は、上位装置(図示せず)からの入力直流電源DCin(例えば24V)から信号処理用直流電源を生成して、制御回路14に供給する機能を有しており、主な回路部として、スイッチング制御回路11A、スイッチングトランス11B、整流回路11C、および電圧レギュレータ11Dが設けられている。   The switching power supply circuit 11 has a function of generating a signal processing DC power source from an input DC power source DCin (for example, 24 V) from a host device (not shown) and supplying the signal processing DC power source to the control circuit 14. As parts, a switching control circuit 11A, a switching transformer 11B, a rectifier circuit 11C, and a voltage regulator 11D are provided.

スイッチング制御回路11Aは、DCinを、例えば数10KHz〜数MHz程度の高周波でスイッチングしてスイッチングトランス11Bの一次側巻線へ供給する。整流回路11Cは、スイッチングトランス11Bの二次側巻線から出力された高周波のパルス信号を整流して直流のアナログ信号処理用の動作電圧VmA(例えば24V)と接地電位VmCOM(0V)を生成して制御回路14へ供給する。電圧レギュレータ11Dは、VmAからデジタル信号処理用の動作電圧VmD(例えば5V)を生成して制御回路14へ供給する。   The switching control circuit 11A switches DCin at a high frequency of, for example, about several tens KHz to several MHz and supplies the DCin to the primary winding of the switching transformer 11B. The rectifier circuit 11C rectifies the high-frequency pulse signal output from the secondary winding of the switching transformer 11B to generate a DC analog signal processing operating voltage VmA (for example, 24V) and a ground potential VmCOM (0V). To the control circuit 14. The voltage regulator 11D generates an operation voltage VmD (for example, 5V) for digital signal processing from VmA, and supplies it to the control circuit 14.

昇圧DC−DCコンバータ12は、非絶縁型の昇圧チョークコンバータ回路からなり、DCinからチョークコイルに流れる電流を、例えば数100KHz程度の高周波数からなるPWM周期Tpwmのクロック信号CLKに基づきDCinをパルス幅変調PWM(Pulse Width Modulation)で高周波スイッチングし、得られた高周波信号をダイオードを介して容量素子で充電することにより励磁用直流電圧VexHL(例えば100V−24V)を生成して励磁回路15へ供給する機能と、スイッチングの際、電圧帰還制御および電流帰還制御を行う機能とを有している。   The step-up DC-DC converter 12 is composed of a non-insulated step-up choke converter circuit, and the current flowing from DCin to the choke coil is changed to a pulse width of DCin based on a clock signal CLK having a PWM frequency Tpwm having a high frequency of, for example, several hundreds KHz. High frequency switching is performed by modulation PWM (Pulse Width Modulation), and the obtained high frequency signal is charged by a capacitive element via a diode to generate an excitation DC voltage VexHL (for example, 100V-24V) and supply it to the excitation circuit 15. And a function of performing voltage feedback control and current feedback control at the time of switching.

定電圧電源回路13は、電圧レギュレータ13AによりDCinから定電流回路CCSを制御するための定電流用制御電圧VexCC(例えば5V)を生成して励磁回路15へ供給する機能と、電圧レギュレータ13BによりDCinから励磁回路15のスイッチ回路を駆動するための共通駆動用電圧VexSW(例えば10V)を生成して励磁回路15へ供給する機能とを有している。   The constant voltage power supply circuit 13 generates a constant current control voltage VexCC (for example, 5 V) for controlling the constant current circuit CCS from DCin by the voltage regulator 13A and supplies it to the excitation circuit 15, and DCin by the voltage regulator 13B. Has a function of generating a common drive voltage VexSW (for example, 10 V) for driving the switch circuit of the excitation circuit 15 and supplying it to the excitation circuit 15.

制御回路14は、CPU、信号処理回路、伝送I/F回路などを含み、励磁回路15の制御、検出器16の電極から検出した起電力に基づく流量の算出、および上位装置に対する流量信号出力を行う機能を有している。   The control circuit 14 includes a CPU, a signal processing circuit, a transmission I / F circuit, etc., and controls the excitation circuit 15, calculates a flow rate based on the electromotive force detected from the electrodes of the detector 16, and outputs a flow rate signal to the host device. Has the function to perform.

励磁回路15は、制御回路14からの制御に基づき、検出器16の励磁コイルLexに対して、一定周期で励磁極性が切り替えられる励磁電流を供給する機能とを有している。
この際、励磁回路15は、従来技術と同様、励磁極性切り替え時の励磁電流の立ち上がりを早くするため、予め高電圧から低電圧まで可変出力可能な電源を用意しておき、励磁電流立ち上げ時は高電圧で励磁し、定常時は低電圧で励磁する。
The excitation circuit 15 has a function of supplying an excitation current whose excitation polarity is switched at a constant cycle to the excitation coil Lex of the detector 16 based on the control from the control circuit 14.
At this time, as in the prior art, the excitation circuit 15 prepares a power supply capable of variable output from a high voltage to a low voltage in advance in order to speed up the excitation current when switching the excitation polarity. Excites with a high voltage, and with a low voltage during normal operation.

検出器16は、流量測定対象となる流体が流れる測定管Pexと、このPexに対して励磁回路15からの励磁電流により磁界を発生させる励磁コイルLexと、Pexの内側面に設けられた1対の検出電極とを有している。
設定・操作器17は、作業者の設定操作入力を検出して制御回路14へ出力する機能と、制御回路14からの表示出力をLEDやLCDで表示する機能とを有している。
The detector 16 includes a measurement pipe Pex through which a fluid to be measured for flow rate flows, an excitation coil Lex that generates a magnetic field by an excitation current from the excitation circuit 15 with respect to this Pex, and a pair provided on the inner surface of Pex. Detection electrodes.
The setting / operating device 17 has a function of detecting a setting operation input by an operator and outputting it to the control circuit 14 and a function of displaying a display output from the control circuit 14 with an LED or an LCD.

[昇圧DC−DCコンバータ]
次に、図2を参照して、本実施の形態にかかる昇圧DC−DCコンバータ12の構成について詳細に説明する。図2は、昇圧DC−DCコンバータの構成を示す回路図である。
[Step-up DC-DC converter]
Next, the configuration of the step-up DC-DC converter 12 according to the present embodiment will be described in detail with reference to FIG. FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of the step-up DC-DC converter.

昇圧DC−DCコンバータ12には、一端がDCinが供給される端子N11に接続され他端が端子N12を介して接地電位VexCOMに接続された容量素子C1と、一端がN11に接続されたチョークコイルL1と、アノード端子がL1の他端に接続されカソード端子がVexHLを出力するN14に接続されたダイオードD1と、一端がN14に接続され他端がVexCOMに接続された容量素子C2と、入力端子(ドレイン端子)がL1の他端に接続されたMOSFETやバイポーラトランジスタなどからなるスイッチング素子Q1とが設けられている。   The step-up DC-DC converter 12 includes a capacitive element C1 having one end connected to the terminal N11 to which DCin is supplied and the other end connected to the ground potential VexCOM via the terminal N12, and a choke coil having one end connected to the N11. L1, a diode D1 having an anode terminal connected to the other end of L1 and a cathode terminal connected to N14 that outputs VexHL, a capacitor element C2 having one end connected to N14 and the other end connected to VexCOM, and an input terminal There is provided a switching element Q1 made of a MOSFET, a bipolar transistor or the like whose (drain terminal) is connected to the other end of L1.

これらに加えて、昇圧DC−DCコンバータ12には、出力電圧制御回路12A、ピーク電流制限回路12B、およびフリップフロップ回路FFとが設けられている。
出力電圧制御回路12Aは、VexHLを抵抗分圧して得られた出力電圧検出電圧V1とVexHLの上限電圧Vlimを示す基準電圧Vrefとの差分を増幅することにより、VexHLに応じてQ1のオン期間を制御するための電圧帰還制御用電圧V2を出力する機能を有している。
In addition to these, the step-up DC-DC converter 12 is provided with an output voltage control circuit 12A, a peak current limiting circuit 12B, and a flip-flop circuit FF.
The output voltage control circuit 12A amplifies the difference between the output voltage detection voltage V1 obtained by resistance-dividing VexHL and the reference voltage Vref indicating the upper limit voltage Vlim of VexHL, thereby increasing the ON period of Q1 according to VexHL. The voltage feedback control voltage V2 for controlling is output.

ピーク電流制限回路12Bは、Q1での高周波スイッチングにより流れる電流のピーク電流を示すピーク電流検出電圧V3と電圧帰還制御用電圧V2とを比較することにより、IexHLのピーク電流を制限するとともにVexHLに応じてQ1のオン期間を制御するための電圧・電流帰還制御用のPWM調整信号PRを出力する機能を有している。
フリップフロップ回路FFは、高周波スイッチング用のクロック信号CLKとPWM調整信号PRとに基づいて、Q1をオンオフ制御するためのPWM信号を生成して出力する機能を有している。
The peak current limiting circuit 12B compares the peak current detection voltage V3 indicating the peak current of the current flowing by the high frequency switching in Q1 with the voltage feedback control voltage V2, thereby limiting the peak current of IexHL and responding to VexHL. And has a function of outputting a PWM adjustment signal PR for voltage / current feedback control for controlling the ON period of Q1.
The flip-flop circuit FF has a function of generating and outputting a PWM signal for on / off control of Q1 based on the clock signal CLK for high frequency switching and the PWM adjustment signal PR.

出力電圧制御回路12Aには、2つの抵抗素子R1,R2の直列接続回路からなり、一端がN14に接続されて他端がVexCOMに接続された出力電圧検出用抵抗RVと、非反転入力端子(+端子)がRVのR1,R2で抵抗分圧して得られた出力電圧検出電圧V1に接続され、反転入力端子(−端子)が基準電圧Vrefに接続され、これらV1とVrefとの差分を増幅してえられたV2を出力端子から出力するオペアンプU1と、抵抗素子R3と容量素子C3の直列接続回路からなり、一端がU1の出力端子に接続され他端がVexCOMに接続された位相補償器PCとが設けられている。   The output voltage control circuit 12A includes a series connection circuit of two resistance elements R1 and R2, one end connected to N14 and the other end connected to VexCOM, and a non-inverting input terminal ( (+ Terminal) is connected to the output voltage detection voltage V1 obtained by resistance-dividing by R1 and R2 of RV, the inverting input terminal (− terminal) is connected to the reference voltage Vref, and the difference between these V1 and Vref is amplified. A phase compensator comprising an operational amplifier U1 for outputting V2 obtained from the output terminal, a series connection circuit of a resistor element R3 and a capacitor element C3, one end connected to the output terminal of U1 and the other end connected to VexCOM. PC is provided.

ピーク電流制限回路12Bには、一端がQ1の出力端子(ソース端子)に接続され他端がVexCOMに接続されたピーク電流検出用抵抗素子RIと、非反転入力端子(+端子)がRIの両端に発生したV3に接続され、反転入力端子(−端子)が出力電圧制御回路12Aから出力されたV2に接続され、これらV2とV3を比較して得られたPWM調整信号PRを、FFのリセット端子Rに出力するコンパレータU2とが設けられている。   The peak current limiting circuit 12B includes a peak current detecting resistor RI having one end connected to the output terminal (source terminal) of Q1 and the other end connected to VexCOM, and a non-inverting input terminal (+ terminal) having both ends of RI. The inverting input terminal (− terminal) is connected to V2 output from the output voltage control circuit 12A, and the PWM adjustment signal PR obtained by comparing V2 and V3 is reset to FF. A comparator U2 for outputting to the terminal R is provided.

フリップフロップ回路FFは、セット端子SがCLKが入力される端子N13に接続され、出力端子QがQ1の制御端子(ゲート端子)に接続され、リセット端子Rがピーク電流制限回路12BからのPWM調整信号PRに接続され、QからのPWM信号によりQ1をオンオフ制御するRS型のフリップフロップ回路である。   In the flip-flop circuit FF, the set terminal S is connected to the terminal N13 to which CLK is input, the output terminal Q is connected to the control terminal (gate terminal) of Q1, and the reset terminal R is PWM adjustment from the peak current limiting circuit 12B. This is an RS type flip-flop circuit that is connected to the signal PR and controls on / off of Q1 by a PWM signal from Q.

[励磁回路]
次に、図3を参照して、本実施の形態にかかる励磁回路15の構成について説明する。図3は、励磁回路の構成を示す回路部である。
励磁回路15には、一定の励磁周期Tex(=TN+TP)のうち正期間TPと負期間TNとで励磁極性を切り替える際に、TPにオンするとともにTNにオフすることにより励磁電流Iexを正極性に切り替えて供給するスイッチ回路SW1,SW4と、TNにオンするとともにTPにオフすることによりIexを負極性に切り替えて供給するスイッチ回路SW2,SW3が設けられている。これらSW1〜SW4は、共通駆動電圧VexSWで動作するフォトカプラやMOSFETからなる公知のアイソレーション回路を用いて構成すればよい。
[Excitation circuit]
Next, the configuration of the excitation circuit 15 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a circuit unit showing the configuration of the excitation circuit.
In the excitation circuit 15, when switching the excitation polarity between the positive period TP and the negative period TN in the constant excitation cycle Tex (= TN + TP), the excitation current Iex is positively switched by turning on TP and turning off to TN. Switch circuits SW1 and SW4 that are switched and supplied to TN, and switch circuits SW2 and SW3 that switch Iex to a negative polarity by turning on TN and turning off TP are provided. These SW1 to SW4 may be configured using a well-known isolation circuit made of a photocoupler or MOSFET that operates with the common drive voltage VexSW.

SW1は、入力端子が励磁用電源電圧VexHLに接続され、出力端子が励磁コイルLexの一端N1に接続され、TPでオンしTNでオフする回路である。
SW2は、入力端子がN1に接続され、出力端子が定電流回路CCSの入力端子に接続され、TPでオフしTNでオンする回路である。
SW3は、入力端子がVexHLに接続され、出力端子がLexの他端N2に接続され、TPでオフしTNでオンする回路である。
SW4は、入力端子がN2に接続され、出力端子がCCSの入力端子に接続され、TPでオンしTNでオフする回路である。
SW1 is a circuit that has an input terminal connected to the excitation power supply voltage VexHL, an output terminal connected to one end N1 of the excitation coil Lex, and is turned on at TP and turned off at TN.
SW2 is a circuit in which the input terminal is connected to N1, the output terminal is connected to the input terminal of the constant current circuit CCS, and is turned off at TP and turned on at TN.
SW3 is a circuit that has an input terminal connected to VexHL and an output terminal connected to the other end N2 of Lex, and is turned off at TP and turned on at TN.
SW4 is a circuit in which the input terminal is connected to N2, the output terminal is connected to the input terminal of the CCS, and is turned on at TP and turned off at TN.

なお、SW1において、制御側ダイオードは、アノード端子が制御回路14からの動作電圧Vmに接続され、カソード端子がSW4の制御側ダイオードのアノード端子に接続されている。また、SW2において、制御側ダイオードは、アノード端子がVmに接続され、カソード端子がSW3の制御側ダイオードのアノード端子に接続されている。また、SW4の制御側ダイオードは、カソード端子が抵抗素子R11を介して制御回路14からの極性切替信号EXD1に接続されており、SW3の制御側ダイオードは、カソード端子が抵抗素子R12を介して制御回路14からの極性切替信号EXD2に接続されている。   In SW1, the anode of the control side diode is connected to the operating voltage Vm from the control circuit 14, and the cathode terminal is connected to the anode terminal of the control side diode of SW4. In SW2, the control-side diode has an anode terminal connected to Vm and a cathode terminal connected to the anode terminal of the control-side diode of SW3. In addition, the cathode terminal of the control side diode of SW4 is connected to the polarity switching signal EXD1 from the control circuit 14 via the resistance element R11, and the cathode terminal of the control side diode of SW3 is controlled via the resistance element R12. The polarity switching signal EXD2 from the circuit 14 is connected.

[本実施の形態の動作]
次に、図4および図5を参照して、本実施の形態にかかる昇圧DC−DCコンバータ12の動作について説明する。図4は、昇圧DC−DCコンバータの出力電圧制御モードにおける動作を示す信号波形図である。図5は、昇圧DC−DCコンバータのピーク電流制限モードにおける動作を示す信号波形図である。
[Operation of this embodiment]
Next, the operation of the step-up DC-DC converter 12 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 4 and FIG. FIG. 4 is a signal waveform diagram showing an operation in the output voltage control mode of the step-up DC-DC converter. FIG. 5 is a signal waveform diagram showing the operation of the step-up DC-DC converter in the peak current limiting mode.

励磁用電源電流IexHLが基準電流Imより低く、励磁用電源電圧VexHLが上限電圧Vlimと等しい場合、昇圧DC−DCコンバータ12は、図4に示す出力電圧制御モードで動作し、IexHLがIm以上で、VexHLが上限電圧Vlim未満の場合、昇圧DC−DCコンバータ12は、図5に示すピーク電流制限モードで動作する。   When the excitation power supply current IexHL is lower than the reference current Im and the excitation power supply voltage VexHL is equal to the upper limit voltage Vlim, the step-up DC-DC converter 12 operates in the output voltage control mode shown in FIG. 4 and IexHL is Im or more. , VexHL is less than the upper limit voltage Vlim, the step-up DC-DC converter 12 operates in the peak current limiting mode shown in FIG.

基本動作としては、出力電圧制御モードおよびピーク電流制限モードのいずれにおいても、まず、クロック信号CLKがLレベルからHレベルに立ち上がった時刻T1に同期して、フリップフロップ回路FFがセットされて、出力端子Qからの制御信号PWMがLレベルからHレベルに立ち上がる。   As a basic operation, in both the output voltage control mode and the peak current limit mode, first, the flip-flop circuit FF is set in synchronization with the time T1 when the clock signal CLK rises from the L level to the H level, and the output is performed. The control signal PWM from the terminal Q rises from L level to H level.

これにより、スイッチング素子Q1がオンして、チョークコイルL1を流れるコイル電流ILが、L1のインダクタンスにより徐々に増大し、ピーク電流検出用抵抗素子RIの両端に発生するピーク電流検出電圧V3も徐々に増大する。なお、容量素子C2には、時刻T1直前に励磁用電源電圧VexHLが充電されており、Q1のオンによりダイオードD1のアノード端子の電圧VDがVexHLより低くなるため、D1により逆流が阻止されてダイオード電流IDはゼロとなる。   As a result, the switching element Q1 is turned on, the coil current IL flowing through the choke coil L1 gradually increases due to the inductance of L1, and the peak current detection voltage V3 generated at both ends of the peak current detection resistor RI is also gradually increased. Increase. The capacitive element C2 is charged with the excitation power supply voltage VexHL immediately before time T1, and when the Q1 is turned on, the voltage VD at the anode terminal of the diode D1 becomes lower than VexHL. The current ID becomes zero.

この後、時刻T2に、ピーク電流検出電圧V3が増大してオペアンプU1からの電圧帰還制御用電圧V2に達した時点で、PWM調整信号PRがコンパレータU2から出力されてFFからの制御信号PWMがHレベルからLレベルに立ち下がる。これにより、Q1がオフして、L1で発生した高電圧によりIDが流れ始め、この後、CLKが再びLレベルからHレベルに立ち上がる時刻T3までの期間にC2が充電されるとともに、ILおよびIDが徐々に低下し、時刻T3以降、時刻T1からの動作が繰り返される。   Thereafter, at time T2, when the peak current detection voltage V3 increases and reaches the voltage feedback control voltage V2 from the operational amplifier U1, the PWM adjustment signal PR is output from the comparator U2, and the control signal PWM from the FF is Fall from H level to L level. As a result, Q1 is turned off and ID starts flowing due to the high voltage generated at L1, and then C2 is charged during a period from time T3 when CLK rises again from L level to H level, and IL and ID Gradually decreases, and after time T3, the operation from time T1 is repeated.

図6は、昇圧DC−DCコンバータの動作モードを示す説明図である。
前述した基本動作において、図4に示すように、IexHLがImより低く、Q1のオンデューティが50%以上の場合、結果としてVexHLが入力電圧DCinの2倍以上に上昇する。このため、電圧帰還制御が働いて、VexHLは、V1とVrefとが等しい場合の上限電圧Vlim=VexH一定となるモード、すなわち図6に示す出力電圧制御モードM1で動作することになる。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing an operation mode of the step-up DC-DC converter.
In the basic operation described above, as shown in FIG. 4, when IexHL is lower than Im and the on-duty of Q1 is 50% or more, VexHL rises to more than twice the input voltage DCin as a result. For this reason, voltage feedback control works, and VexHL operates in a mode in which the upper limit voltage Vlim = VexH is constant when V1 and Vref are equal, that is, in the output voltage control mode M1 shown in FIG.

一方、前述した基本動作において、図5に示すように、IexHLがIm以上で、Q1のオンデューティが50%未満の場合、結果としてVexHLは入力電圧DCinの2倍未満になる。このため、電流帰還制御が働いて、VexHLは、Vlimより低い値を示すものとなり、IexHLの増加に応じてVexHLが低下するモード、すなわち図6に示すピーク電流制限モードM2で動作することになる。   On the other hand, in the basic operation described above, as shown in FIG. 5, when IexHL is Im or higher and the on-duty of Q1 is less than 50%, VexHL is less than twice the input voltage DCin as a result. For this reason, the current feedback control works, VexHL shows a value lower than Vlim, and the operation is performed in the mode in which VexHL decreases as IexHL increases, that is, in the peak current limiting mode M2 shown in FIG. .

出力電圧制御モードM1中にIexHLが増大し、Imに到達した時点でピーク電流制限モードM2に移行するが、このときのImは昇圧DC−DCコンバータ12の最大出力電力をPmaxとすると次式(1)により求めることができる。
Im=Pmax/Vlim …(1)
When IexHL increases during the output voltage control mode M1 and reaches Im, the peak current limit mode M2 is entered. Im at this time, when the maximum output power of the step-up DC-DC converter 12 is Pmax, 1).
Im = Pmax / Vlim (1)

また、電流帰還制御が働いているピーク電流制限モードM2のうち、IexHLが目標電流Isに達した時点で、定電流回路CCSによりIexHLが定電流に制御されるため、図6に示す定電流動作モードM3で動作することになる。   Further, in the peak current limiting mode M2 in which the current feedback control is working, when IexHL reaches the target current Is, IexHL is controlled to a constant current by the constant current circuit CCS. Therefore, the constant current operation shown in FIG. It will operate in mode M3.

このようにして、昇圧DC−DCコンバータ12では、電圧帰還制御と電流帰還制御を併用しているため、図6に示したように、IexHLに応じてVexHLが自動的に上下する。
一般的な昇圧DC−DCコンバータ12は、電圧帰還制御のみであるため、出力電流に関係なく出力電圧を一定に保つよう働くが、本実施の形態にかかる昇圧DC−DCコンバータ12によれば、出力電圧検出用抵抗RVによる電圧帰還制御だけでなく、ピーク電流検出用抵抗素子RIによる電流帰還制御も働く。
In this way, since the voltage boost DC-DC converter 12 uses both voltage feedback control and current feedback control, VexHL automatically rises and falls according to IexHL as shown in FIG.
Since the general boost DC-DC converter 12 is only voltage feedback control, it works to keep the output voltage constant regardless of the output current, but according to the boost DC-DC converter 12 according to the present embodiment, Not only voltage feedback control by the output voltage detection resistor RV but also current feedback control by the peak current detection resistor element RI works.

これにより、PWM周期Tpwmごとに、毎回、VexTHが上限電圧Vlim以下に制限されるとともに、IexHLの増大に応じて、VexTHが自動的に低下するよう制御される。また、PWM周期Tpwmごとに、毎回、IexHLのピーク電流が制御されるため、万一、定電流回路CCSが短絡故障したとしてもIexHLがIsを大幅に超過することがなく過電流保護にもなる。
したがって、従来の電源回路で必要とされていたVexH(100V)とVexL(24V)からなる2種類の励磁用直流電源を別個に供給する必要がなくなり、制御回路14からの電圧切替信号や切替スイッチも不要となる。
As a result, VexTH is limited to the upper limit voltage Vlim or less every PWM cycle Tpwm, and VexTH is controlled to automatically decrease as IexHL increases. In addition, since the peak current of IexHL is controlled every PWM cycle Tpwm, even if the constant current circuit CCS is short-circuited, IexHL does not significantly exceed Is and provides overcurrent protection. .
Therefore, there is no need to separately supply two types of exciting DC power sources consisting of VexH (100 V) and VexL (24 V), which are required in the conventional power supply circuit, and voltage switching signals and switching switches from the control circuit 14 are eliminated. Is also unnecessary.

本実施の形態において、実際に、これら各動作モードを自動的に切り替える昇圧DC−DCコンバータ12を実現する場合、回路定数として次の2点を考慮すればよい。
まず1つ目は、RIの抵抗値として、U1から出力されるV2が最大値を示す場合、すなわち定電流動作モードM3の場合に、RI両端のV3がV2と等しい値となるような抵抗値を設定する。この際、IDの平均値であるIexHLがIsであるときのVexHLがVexLと等しくなるよう、各回路定数を設定すればよい。これにより、電流動作モードM3が定義される。
VexHLの電圧値は、Q1のオン・デューティをDonとし、Q1のオン抵抗およびD1の電圧降下を無視した場合、次の式(2)で計算できる。
VexHL≒DCin/(1−Don) …(2)
In the present embodiment, when actually realizing the step-up DC-DC converter 12 that automatically switches between these operation modes, the following two points may be considered as circuit constants.
First, as the resistance value of RI, when V2 output from U1 shows the maximum value, that is, in the constant current operation mode M3, the resistance value is such that V3 at both ends of RI is equal to V2. Set. At this time, each circuit constant may be set so that VexHL when IexHL which is an average value of ID is Is is equal to VexL. Thereby, the current operation mode M3 is defined.
The voltage value of VexHL can be calculated by the following equation (2) when the on-duty of Q1 is Don and the on-resistance of Q1 and the voltage drop of D1 are ignored.
VexHL≈DCin / (1-Don) (2)

2つ目は、VexHLが印加されるQ1,D1,C1,C2やSW1〜SW4などの回路素子の耐圧を越えないよう、RVのR1,R2でVexHLの最大値を設定する。これにより、励磁極性の切り替え時のIexHL立ち上がり時前に、VexHLがこれら回路部品の耐圧を越えて昇圧することを防止できる。この際、これら回路部品の耐圧に対してある程度の余裕を持った上で、できるだけ高い最大値を設定することにより、IexHLの立ち上がりを可能な限り急峻にすることができる。   Second, the maximum value of VexHL is set by R1 and R2 of RV so as not to exceed the breakdown voltage of circuit elements such as Q1, D1, C1, and C2 and SW1 to SW4 to which VexHL is applied. As a result, it is possible to prevent VexHL from boosting beyond the breakdown voltage of these circuit components before the rise of IexHL when switching the excitation polarity. At this time, the rise of IexHL can be made as steep as possible by setting a maximum value as high as possible with a certain margin for the breakdown voltage of these circuit components.

次に、図3および図7を参照して、励磁回路15の動作について説明する。図7は、励磁回路の動作を示す信号波形図である。
励磁コイルLexに対する励磁電流Iexは、制御回路14からの極性切替信号EXD1,EXD2により、一定の励磁周期Tex(=TN+TP)のうち正期間TPと負期間TNとで励磁極性が切り替えられる。
Next, the operation of the excitation circuit 15 will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a signal waveform diagram showing the operation of the excitation circuit.
The excitation current Iex for the excitation coil Lex is switched in polarity between the positive period TP and the negative period TN in a certain excitation cycle Tex (= TN + TP) by polarity switching signals EXD1 and EXD2 from the control circuit 14.

まず、時刻T11からの正期間TPにおいて、EXD1がLレベルに制御され、EXD2がHレベルに制御されるため、SW1,SW4がオンし、SW2,SW3がオフする。これにより、励磁回路15では、Iexが流れる正極性ループとして、VexHL→SW1→N1→Lex→N2→SW4→CCS→VexCOMが形成されて、Iexは、LexのインダクタンスによりT11の直前のTNにおける目標電流−Isから徐々に増加し、その後、極性が反転して、時刻T12に基準電流Imに達する。
ここで、T11からT12までの期間は、Iex<Imであることから、昇圧DC−DCコンバータ12は、図6の出力電圧制御モードM1で動作する。これにより、励磁用電源電圧VexHLは、上限電圧Vlimと等しい高電圧VexHとなる。
First, during the positive period TP from time T11, EXD1 is controlled to L level and EXD2 is controlled to H level, so SW1 and SW4 are turned on and SW2 and SW3 are turned off. As a result, in the excitation circuit 15, VexHL → SW1 → N1 → Lex → N2 → SW4 → CCS → VexCOM is formed as a positive loop in which Iex flows. The current gradually increases from the current -Is, and then the polarity is reversed to reach the reference current Im at time T12.
Here, since the period from T11 to T12 is Iex <Im, the step-up DC-DC converter 12 operates in the output voltage control mode M1 of FIG. As a result, the excitation power supply voltage VexHL becomes a high voltage VexH equal to the upper limit voltage Vlim.

T12以降、IexはImから徐々に増加し、時刻T13にImに達する。これにより、T12からT13までの期間は、Iex≧Imであることから、昇圧DC−DCコンバータ12は、図6のピーク電流制限モードM2で動作する。これにより、VexHLは、Iexの増加に応じてVexHから徐々に低減する。
また、時刻T13からTN先頭の時刻21までの期間ではIexがIsに達するため、昇圧DC−DCコンバータ12は、図6の定電流動作モードM3で動作する。これにより、IexがIs一定となり、VexHLが低電圧VexL一定となる。
After T12, Iex gradually increases from Im and reaches Im at time T13. Thereby, since the period from T12 to T13 is Iex ≧ Im, the step-up DC-DC converter 12 operates in the peak current limiting mode M2 of FIG. As a result, VexHL gradually decreases from VexH as Iex increases.
Further, since Iex reaches Is during the period from time T13 to time TN head time 21, the step-up DC-DC converter 12 operates in the constant current operation mode M3 of FIG. Thereby, Iex becomes Is constant, and VexHL becomes constant at the low voltage VexL.

したがって、正期間TPのうち、T11からT12までの期間における励磁電流立ち上げ時において、高電圧VexHからなるVexHLが昇圧DC−DCコンバータ12から励磁回路15へ供給される。これにより、Iexの立ち上がりが早めることができ、励磁周波数fexをより高くすることにより1/fノイズを減少させることが可能となる。   Therefore, VexHL composed of the high voltage VexH is supplied from the step-up DC-DC converter 12 to the excitation circuit 15 when the excitation current rises in the period from T11 to T12 in the positive period TP. As a result, the rise of Iex can be accelerated and 1 / f noise can be reduced by increasing the excitation frequency fex.

また、この後、T12からT13の期間において、Iexの増加に応じてVexHLがVexHが徐々に低減し、T13からT21までの定常時において、低電圧VexLからなるVexHLが昇圧DC−DCコンバータ12から励磁回路15へ供給される。これにより、定常時にCCSに印加される電圧が低減されるため、CCSのパワートランジスタからの発熱を抑制でき、周辺部品への温度影響に起因する流量計測値の誤差発生を低減できる。   Thereafter, during the period from T12 to T13, VexHL gradually decreases as VexH increases as Iex increases, and VexHL composed of the low voltage VexL from the step-up DC-DC converter 12 in the steady state from T13 to T21. It is supplied to the excitation circuit 15. Thereby, since the voltage applied to CCS at the time of a steady state is reduced, the heat generation from the power transistor of CCS can be suppressed, and the generation of errors in the flow rate measurement value due to the temperature effect on the peripheral components can be reduced.

なお、T21以降の負期間TNについては、励磁回路15において正期間TPと励磁極性が逆転するが、昇圧DC−DCコンバータ12における回路動作は、TPのT11,T12,T13に対応するTNのT21,T22,T23においてそれぞれ同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。   For the negative period TN after T21, the excitation polarity is reversed in the excitation circuit 15 from the positive period TP, but the circuit operation in the step-up DC-DC converter 12 is T21 of TN corresponding to T11, T12, and T13 of TP. , T22, and T23 are the same, and detailed description thereof is omitted here.

[本実施の形態の効果]
このように、本実施の形態は、スイッチング電源回路11が、入力直流電源DCinを高周波スイッチングしてスイッチングトランス11Bの一次側巻線に入力し、当該スイッチングトランス11Bの二次側巻線から得られた高周波信号を整流回路11Cで整流することにより信号処理用直流電源(VmA,VmB)を生成し、昇圧DC−DCコンバータ12が、DCinからチョークコイルL1に流れる電流をスイッチング素子Q1で高周波スイッチングし、得られた高周波信号をダイオードD1を介して容量素子C2で充電することにより励磁用直流電源(VexHL)を生成するようにしたものである。
[Effects of the present embodiment]
Thus, in the present embodiment, the switching power supply circuit 11 is obtained from the secondary winding of the switching transformer 11B by switching the input DC power supply DCin to high frequency and inputting it to the primary winding of the switching transformer 11B. The high frequency signal is rectified by the rectifier circuit 11C to generate a signal processing DC power supply (VmA, VmB), and the step-up DC-DC converter 12 switches the current flowing from DCin to the choke coil L1 with the switching element Q1. The excitation DC power supply (VexHL) is generated by charging the obtained high frequency signal with the capacitive element C2 via the diode D1.

これにより、励磁回路15へ供給するVexHLが、スイッチングトランス11Bを用いるスイッチング電源回路11とは別個に設けられた、スイッチングトランスを用いない昇圧DC−DCコンバータ12から供給されることになる。したがって、VexHLの電力分だけ、スイッチングトランス11Bの負担を削減することができる。   As a result, VexHL supplied to the excitation circuit 15 is supplied from the step-up DC-DC converter 12 that does not use the switching transformer and is provided separately from the switching power supply circuit 11 that uses the switching transformer 11B. Therefore, the burden on the switching transformer 11B can be reduced by the amount of power of VexHL.

このため、例えば、電磁流量計全体の消費電力のうちの約3/4程度が励磁回路で消費されており、残りの約1/4程度が制御回路などの他の回路で消費されている場合、本実施の形態によれば、スイッチングトランスに要求される定格電力を従来の約1/4程度にまで削減できることになる。したがって、スイッチングトランス11Bの巻線の細線化やコアの縮小化などについて、大幅なサイズダウンを行うことができ、スイッチングトランス11Bの小型化することができる。これにより、電磁流量計10全体の小型化およびコストダウンを実現することが可能となる。   For this reason, for example, about 3/4 of the power consumption of the entire electromagnetic flowmeter is consumed by the excitation circuit, and the remaining about 1/4 is consumed by another circuit such as a control circuit. According to this embodiment, the rated power required for the switching transformer can be reduced to about 1/4 of the conventional one. Therefore, the size of the switching transformer 11B can be greatly reduced with respect to the thinning of the winding of the switching transformer 11B, the reduction of the core, and the like, and the switching transformer 11B can be downsized. Thereby, it becomes possible to realize downsizing and cost reduction of the entire electromagnetic flow meter 10.

また、流量信号のS/N比を改善し、電磁流量計10の計測精度向上を考えた場合、励磁電流Iexの立ち上がりをさらに早くして励磁周波数fexを高くすることにより1/fノイズを減少させる方法や、励磁電流Iex自体を大きくして、得られる流量信号の振幅を大きくする方法が考えられる。これらはいずれも励磁回路15への供給電力増大が必要となるが、本実施の形態によれば、この励磁回路15への供給電力増大は、スイッチングトランス11Bに影響しないため、スイッチングトランス11Bの大型化やコストアップを要することなく、計測精度向上を実現することができる。   Also, when improving the S / N ratio of the flow rate signal and improving the measurement accuracy of the electromagnetic flow meter 10, the rise of the excitation current Iex is further accelerated to increase the excitation frequency fex, thereby reducing 1 / f noise. And a method of increasing the excitation current Iex itself and increasing the amplitude of the obtained flow rate signal. Both of these require an increase in the power supplied to the excitation circuit 15, but according to the present embodiment, the increase in the power supplied to the excitation circuit 15 does not affect the switching transformer 11B. Measurement accuracy can be improved without the need for cost and cost.

また、図10で説明したように、一般的な検出器の構造によれば、制御回路に接続されている検出器の電極と励磁コイルLexとはアイソレーションされている。また、図8で説明したように、一般的な励磁回路15の回路構成では、フォトカプラやMOSFETを用いたアイソレーション型のスイッチ回路SW1〜SW4により、制御回路側の電源系と励磁用電源とがアイソレーションされている。このため、昇圧DC−DCコンバータ12において、上位装置から供給されるDCinとアイソレーションする必要はない。したがって、昇圧DC−DCコンバータ12において、スイッチングトランスを使用する必要がなくなり、回路構成の簡素な非絶縁型の昇圧DC−DCコンバータ12を実現できる。   Further, as described with reference to FIG. 10, according to a general detector structure, the electrode of the detector connected to the control circuit and the exciting coil Lex are isolated. In addition, as described with reference to FIG. 8, in the general circuit configuration of the excitation circuit 15, an isolation type switch circuit SW <b> 1 to SW <b> 4 using a photocoupler or MOSFET is used to control the power supply system on the control circuit side and the excitation power supply. Are isolated. For this reason, the step-up DC-DC converter 12 does not need to be isolated from DCin supplied from the host device. Therefore, it is not necessary to use a switching transformer in the step-up DC-DC converter 12, and a non-insulated step-up DC-DC converter 12 having a simple circuit configuration can be realized.

また、本実施の形態において、VexHLを抵抗分圧して得られた出力電圧検出電圧V1とVexHLの上限電圧Vlimを示す基準電圧Vrefとの差分を増幅することにより、VexHLに応じてQ1のオン期間を制御するための電圧帰還制御用電圧V2を出力する出力電圧制御回路12Aと、Q1での高周波スイッチングにより流れる電流のピーク電流を示すピーク電流検出電圧V3とV2とを比較することにより、IexHLのピーク電流を制限するとともにVexHLに応じてQ1のオン期間を制御するための電圧・電流帰還制御用のPWM調整信号PRを出力するピーク電流制限回路12Bと、高周波スイッチング用のクロック信号CLKとPWM調整信号PRとに基づいて、Q1をオンオフ制御するためのPWM信号PWMを生成して出力するフリップフロップ回路FFとを設けてもよい。   In the present embodiment, the difference between the output voltage detection voltage V1 obtained by resistance-dividing VexHL and the reference voltage Vref indicating the upper limit voltage Vlim of VexHL is amplified, so that the on-period of Q1 according to VexHL By comparing the output voltage control circuit 12A that outputs the voltage feedback control voltage V2 for controlling the voltage and the peak current detection voltages V3 and V2 that indicate the peak current of the current that flows due to the high-frequency switching in Q1, IexHL A peak current limiting circuit 12B that outputs a PWM adjustment signal PR for voltage / current feedback control for limiting the peak current and controlling the on period of Q1 in accordance with VexHL, and a clock signal CLK for high frequency switching and PWM adjustment Based on the signal PR, a PWM signal PWM for controlling on / off of Q1 is It may be provided a flip-flop circuit FF which forms the output.

これにより、昇圧DC−DCコンバータ12において、励磁電流Iexの立ち上げ時には、出力電圧制御回路12Aの電圧帰還制御が働いて出力電圧制御モードM1に自動的に切り替えられて、VexHからなるVexHLが供給され、励磁電流Iexの定常時には、ピーク電流制限回路12Bの電流帰還制御が働いて定電流動作モードM3に自動的に切り替えられて、低電圧VexLからなるVexHLが供給される。   As a result, in the step-up DC-DC converter 12, when the excitation current Iex rises, the voltage feedback control of the output voltage control circuit 12A works to automatically switch to the output voltage control mode M1, and VexHL consisting of VexH is supplied. When the exciting current Iex is steady, the current feedback control of the peak current limiting circuit 12B is activated to automatically switch to the constant current operation mode M3, and VexHL composed of the low voltage VexL is supplied.

したがって、昇圧DC−DCコンバータ12において、DCinからVexHおよびVexLを別個に作成して供給する必要がなくなるとともに、励磁回路15においてVexHおよびVexLをLexに切替供給する必要がなくなる。このため、昇圧DC−DCコンバータ12および励磁回路15の回路構成を簡素化することができ、電磁流量計10全体の小型化、コストダウン、さらには計測精度向上を実現することが可能となる。   Therefore, in the step-up DC-DC converter 12, it is not necessary to separately generate and supply VexH and VexL from DCin, and it is not necessary to switch and supply VexH and VexL to Lex in the excitation circuit 15. For this reason, the circuit configuration of the step-up DC-DC converter 12 and the excitation circuit 15 can be simplified, and the entire electromagnetic flow meter 10 can be reduced in size, cost, and measurement accuracy can be improved.

また、Lexのインダクタンスは、検出器の測定管Pexの口径によって異なり、Iexの立ち上がり時間も口径によって異なる。このため、従来の電磁流量計では、制御回路からVexL/VexHを切り替えるタイミングも口径に応じて調整することが必要となる。この調整を行なわず、例えばVexHからVexLへの切替タイミングが早すぎると、Iexの立ち上がりが遅れて定常時の期間が短くなり、計測誤差が増大する。また、VexHからVexLへの切替タイミングが遅すぎると、CCSへの余剰電流が発生し、CCSのパワートランジスタでの発熱が増大し、周辺部品への温度影響に起因する流量計測値の誤差発生が増大する。   Further, the inductance of Lex varies depending on the diameter of the measuring tube Pex of the detector, and the rise time of Iex also varies depending on the diameter. For this reason, in the conventional electromagnetic flowmeter, it is necessary to adjust also the timing which switches VexL / VexH from a control circuit according to a diameter. If this adjustment is not performed and, for example, the switching timing from VexH to VexL is too early, the rise of Iex is delayed, the steady-state period is shortened, and the measurement error increases. In addition, if the switching timing from VexH to VexL is too late, surplus current to CCS is generated, heat generation in the power transistor of CCS is increased, and errors in flow rate measurement values due to temperature effects on peripheral components are generated. Increase.

本実施の形態によれば、昇圧DC−DCコンバータ12の出力電圧制御回路12Aおよびピーク電流制限回路12Bにより、Lexのインダクタンスに応じたIexの大きさに基づいて、VexHおよびVexLが自動的に切り替えられてLexに供給される。このため、Pexの口径が異なる場合でも、切替タイミングのずれが発生しなくなり、計測誤差の増大抑制でき、Pexの口径が異なる各種検出器に対して、口径に固有の調整を行うことなく、共通の回路を適用することができ、製造コストや管理コストをさらに削減することができる。   According to the present embodiment, VexH and VexL are automatically switched by the output voltage control circuit 12A and the peak current limiting circuit 12B of the step-up DC-DC converter 12 based on the magnitude of Iex according to the inductance of Lex. And supplied to Lex. For this reason, even when the apertures of Pex are different, the shift of the switching timing does not occur, the increase in measurement error can be suppressed, and common to various detectors having different apertures of Pex, without performing adjustments specific to the aperture. Thus, the manufacturing cost and the management cost can be further reduced.

[実施の形態の拡張]
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。
[Extended embodiment]
The present invention has been described above with reference to the embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments. Various changes that can be understood by those skilled in the art can be made to the configuration and details of the present invention within the scope of the present invention.

10…電磁流量計、11…スイッチング電源回路、11A…スイッチング制御回路、11B…スイッチングトランス、11C…整流回路、11D…電圧レギュレータ、12…昇圧DC−DCコンバータ、12A…出力電圧制御回路、12B…ピーク電流制限回路、13…定電圧電源回路、13A,13B…電圧レギュレータ、14…制御回路、15…励磁回路、16…検出器、17…設定・操作器、Lex…励磁コイル、Pex…測定管、Q1…スイッチング素子、D1…ダイオード、L1…チョークコイル、C1,C2,C3…容量素子、RI…ピーク電流検出用抵抗素子、FF…フリップフロップ回路、U1…オペアンプ、U2…コンパレータ、RV…出力電圧検出用抵抗、R1,R2,R3…抵抗素子、PC…位相補償器、SW1,SW2,SW3,SW4…スイッチ回路、R11,R12…抵抗素子、CCS…定電流回路、N11,N12,N13,N14,N1,N2…端子、DCin…入力直流電源、VexHL…励磁用電源電圧、VexCOM…接地電位、IexHL…励磁用電源電流、IL…コイル電流、ID…ダイオード電流、Iex…励磁電流、Vex…励磁電圧、Vref…基準電圧、V1…出力電圧検出電圧、V2…電圧帰還制御用電圧、V3…ピーク電流検出電圧、PR…PWM調整信号、CLK…クロック信号、PWM…制御信号、VexSW…共通駆動用電圧、VexCC…定電流用制御電圧、Vm,VmA,VmB…動作電圧、EXD1,EXD2…極性切替信号、VexH…高電圧、VexL…低電圧、Vlim…上限電圧、Is…目標電流、Im…基準電流、M1…出力電圧制御モード、M2…ピーク電流制限モード、M3…定電流動作モード、Tpwm…PWM周期、Tex…励磁周期、TP…正期間、TN…負期間。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Electromagnetic flowmeter, 11 ... Switching power supply circuit, 11A ... Switching control circuit, 11B ... Switching transformer, 11C ... Rectifier circuit, 11D ... Voltage regulator, 12 ... Boost DC-DC converter, 12A ... Output voltage control circuit, 12B ... Peak current limiting circuit, 13 ... constant voltage power supply circuit, 13A, 13B ... voltage regulator, 14 ... control circuit, 15 ... excitation circuit, 16 ... detector, 17 ... setting / operating device, Lex ... excitation coil, Pex ... measurement tube , Q1 ... switching element, D1 ... diode, L1 ... choke coil, C1, C2, C3 ... capacitive element, RI ... peak current detection resistor element, FF ... flip-flop circuit, U1 ... operational amplifier, U2 ... comparator, RV ... output Resistance for voltage detection, R1, R2, R3 ... resistance element, PC ... phase compensator, SW1, S 2, SW3, SW4 ... switch circuit, R11, R12 ... resistance element, CCS ... constant current circuit, N11, N12, N13, N14, N1, N2 ... terminals, DCin ... input DC power supply, VexHL ... excitation power supply voltage, VexCOM ... ground potential, IexHL ... excitation power supply current, IL ... coil current, ID ... diode current, Iex ... excitation current, Vex ... excitation voltage, Vref ... reference voltage, V1 ... output voltage detection voltage, V2 ... voltage for voltage feedback control , V3 ... peak current detection voltage, PR ... PWM adjustment signal, CLK ... clock signal, PWM ... control signal, VexSW ... common drive voltage, VexCC ... constant current control voltage, Vm, VmA, VmB ... operating voltage, EXD1, EXD2 ... polarity switching signal, VexH ... high voltage, VexL ... low voltage, Vlim ... upper limit voltage, Is ... target current, m ... reference current, M1 ... output voltage control mode, M2 ... peak current limit mode, M3 ... constant current operation mode, Tpwm ... PWM cycle, Tex ... exciting period, TP ... positive period, TN ... negative period.

Claims (2)

励磁コイルに対して供給する励磁電圧または励磁電流の極性を一定周期で交互に切り替える励磁極性切り替え手段を有する励磁回路と、入力直流電源から信号処理用直流電源を生成して制御回路へ供給するとともに、当該入力直流電源から励磁用直流電源を生成して前記励磁回路へ供給する電源回路を備える電磁流量計であって、
前記入力直流電源をスイッチングしてスイッチングトランスの一次側巻線に入力し、当該スイッチングトランスの二次側巻線から得られたパルス信号を整流回路で整流することにより前記信号処理用直流電源を生成するスイッチング電源回路と、
前記入力直流電源からチョークコイルに流れる電流をスイッチング素子でスイッチングし、得られたパルス信号をダイオードを介して容量素子で充電することにより前記励磁用直流電源を生成する非絶縁型の昇圧DC−DCコンバータとを備え
前記昇圧DC−DCコンバータは、前記励磁用直流電源の電圧が一定の上限電圧に制限される第1の動作モードと、前記励磁用直流電源の電圧が前記励磁用直流電源の電流増加に応じて前記上限電圧より低い値へ低下する第2の動作モードの2つの制御動作モードを有し、前記励磁回路による励磁極性切り替え直後には、前記第1の動作モードで動作する
ことを特徴とする電磁流量計。
An excitation circuit having excitation polarity switching means for alternately switching the polarity of the excitation voltage or excitation current supplied to the excitation coil at a fixed period, and a signal processing DC power supply from the input DC power supply are supplied to the control circuit. , An electromagnetic flowmeter comprising a power supply circuit that generates excitation DC power from the input DC power supply and supplies the excitation DC power to the excitation circuit,
The input DC power supply is switched and input to the primary winding of the switching transformer, and the pulse signal obtained from the secondary winding of the switching transformer is rectified by a rectifier circuit to generate the signal processing DC power supply. A switching power supply circuit,
A non-insulated step-up DC-DC that generates the exciting DC power source by switching the current flowing from the input DC power source to the choke coil with a switching element and charging the obtained pulse signal with a capacitive element via a diode. With a converter ,
The step-up DC-DC converter includes a first operation mode in which the voltage of the exciting DC power supply is limited to a certain upper limit voltage, and the voltage of the exciting DC power supply is increased according to an increase in current of the exciting DC power supply. The electromagnetic control device has two control operation modes of a second operation mode that decreases to a value lower than the upper limit voltage, and operates in the first operation mode immediately after the excitation polarity is switched by the excitation circuit. Flowmeter.
入力直流電源から信号処理用直流電源を生成して制御回路へ供給するとともに、当該入力直流電源から励磁用直流電源を生成して励磁回路へ供給する電源回路を備える電磁流量計であって、
前記入力直流電源をスイッチングしてスイッチングトランスの一次側巻線に入力し、当該スイッチングトランスの二次側巻線から得られたパルス信号を整流回路で整流することにより前記信号処理用直流電源を生成するスイッチング電源回路と、
前記入力直流電源からチョークコイルに流れる電流をスイッチング素子でスイッチングし、得られたパルス信号をダイオードを介して容量素子で充電することにより前記励磁用直流電源を生成する非絶縁型の昇圧DC−DCコンバータとを備え、
前記昇圧DC−DCコンバータは、
前記励磁用直流電源の出力電圧を抵抗分圧して得られた出力電圧検出電圧と前記出力電圧の上限電圧を示す基準電圧との差分を増幅することにより、前記出力電圧に応じて前記スイッチング素子のオン期間を制御するための電圧帰還制御用電圧を出力する出力電圧制御回路と、
前記スイッチング素子でのスイッチングにより流れる電流のピーク電流を示すピーク電流検出電圧と前記電圧帰還制御用電圧とを比較することにより、前記励磁用直流電源のピーク電流を制限するとともに前記出力電圧に応じて前記スイッチング素子のオン期間を制御するための電圧・電流帰還制御用のPWM調整信号を出力するピーク電流制限回路と、
前記スイッチング用のクロック信号と前記PWM調整信号とに基づいて、前記スイッチング素子をオンオフ制御するためのPWM信号を生成して出力するフリップフロップ回路と
を備えることを特徴とする電磁流量計。
An electromagnetic flow meter including a power supply circuit that generates a signal processing DC power supply from an input DC power supply and supplies the signal processing DC power to the control circuit, and generates an excitation DC power supply from the input DC power supply and supplies the excitation DC power to the excitation circuit,
The input DC power supply is switched and input to the primary winding of the switching transformer, and the pulse signal obtained from the secondary winding of the switching transformer is rectified by a rectifier circuit to generate the signal processing DC power supply. A switching power supply circuit,
A non-insulated step-up DC-DC that generates the exciting DC power source by switching the current flowing from the input DC power source to the choke coil with a switching element and charging the obtained pulse signal with a capacitive element via a diode. With a converter,
The step-up DC-DC converter includes:
By amplifying the difference between the output voltage detection voltage obtained by resistance-dividing the output voltage of the excitation DC power supply and the reference voltage indicating the upper limit voltage of the output voltage, the switching element of the switching element is controlled according to the output voltage. An output voltage control circuit that outputs a voltage feedback control voltage for controlling the on period; and
By comparing the peak current detection voltage indicating the peak current of the current flowing by switching in the switching element with the voltage feedback control voltage, the peak current of the exciting DC power supply is limited and the output voltage is A peak current limiting circuit for outputting a PWM adjustment signal for voltage / current feedback control for controlling the ON period of the switching element;
An electromagnetic flowmeter comprising: a flip-flop circuit that generates and outputs a PWM signal for on / off control of the switching element based on the clock signal for switching and the PWM adjustment signal.
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