砂泥漿流量計勵磁控製方案設計

基於能量回饋和電（diàn）流旁路的高低壓勵磁控製方案框圖（tú）如（rú）圖1所示，主要由高（gāo）、低壓電源、能量回饋電路、高、低壓切換電（diàn）路（lù）、恒流控製電路、電流旁路電路、H橋開關電路、檢流電路和勵磁時序產生電路（lù）組成。
1 工作流（liú）程
在勵（lì）磁平穩階段，勵磁線圈中的勵磁電（diàn）流為穩態設定值。遲滯比較電路控製（zhì）高低壓切換電路，切換至低壓源作為勵磁工作電源，並切斷電流旁路電路。恒流控製電路在低壓供電的情況下通過（guò）H橋向勵磁線圈提供恒定電流。

當勵磁方向切換時，勵磁（cí）線圈*先對能量回饋電路放電，檢流電（diàn）路檢測到的電流值瞬間為負，從而切換高壓源作為勵磁（cí）工作電源（yuán），同時接通電流旁路電路，以屏蔽恒流控製電路。勵磁線圈中的能量通過泄放回路（lù），由能量回饋電路中的儲能電容儲存起來。此時（shí）電容兩端的電壓幅值（zhí）超過輸入端的高壓源。待勵磁線圈能量泄（xiè）放完成後，勵磁線（xiàn）圈中的電流減小為零並改變方向，能量回饋（kuì）電路開始（shǐ）放電，將儲存的能量通過電（diàn）流旁路電路和H橋直接回饋給勵磁線圈。待能量回饋電路兩端電壓下降到高（gāo）壓（yā）源電平狀（zhuàng）態時，由高壓源直接通（tōng）過電流旁路電路和H橋對勵磁線圈進行（háng）勵磁控製。當線圈中勵磁電流上升到設定的超（chāo）調量時，遲滯比（bǐ）較電路控（kòng）製高低壓切換電路，切換低壓源作為勵磁工作（zuò）電源並切斷電流旁路電路，然後由恒流控製電路開始對勵磁電（diàn）流進（jìn）行恒流控（kòng）製。
2 能量（liàng）回饋
砂泥漿流量（liàng）計勵磁線圈為一感性（xìng）儲能（néng）元件，在方（fāng）波勵（lì）磁時，勵磁係統需要不斷對其（qí）進行充放電。當（dāng）勵磁電流穩定時，勵磁線圈中儲（chǔ）存了一定的能量。當勵磁（cí）方向切換時，勵磁線圈需要先將所儲存的能量泄放掉，然（rán）後改變電流方向，再重新充電。因此，需要為勵磁線圈提供（gòng）能（néng）量泄放回路。雖（suī）然，可以采（cǎi）用穩壓限幅二（èr）*管搭建限幅電路構成能量泄放回路（lù），即線圈中的（de）電流（liú）流過限（xiàn）幅二*管（guǎn），將能量消（xiāo）耗在二*管上。按照功的計算公式W=UIt可知（zhī），在電流與（yǔ）功（gōng）均（jun1）為定值的情（qíng）況（kuàng）下，電壓的幅值與時間（jiān）成反比。所以，為了加快勵磁線（xiàn）圈（quān）的能量泄放速度，能量泄放電路需要（yào）處在一（yī）個較高的電壓水平，以提高勵磁線圈的能量泄放功率。但是，限（xiàn）幅二*管的（de）限幅（fú）電（diàn）壓很（hěn）低，即使線圈中的電壓能夠突變，仍被限製在限幅二*管的反向導通（tōng）電壓幅值水平。並且，由於勵磁線圈電流不能突變，所以能量泄放功率較小、能量泄放速（sù）度較（jiào）慢，使得勵磁方向切（qiē）換（huàn）後的（de）勵磁電流響應速度較慢，不利於實現高頻勵（lì）磁，且係（xì）統發熱較為嚴重。因此，設計（jì）能量回饋電路來儲（chǔ）存勵磁線圈所泄放的能量，並（bìng）在線圈中勵磁電流方向改變時將能量重新回饋給勵磁線圈，從而避免勵磁線（xiàn）圈泄放的能量被消耗在電路（lù）中。
采（cǎi）用（yòng）儲能電容結合相應的保護（hù）電路來搭建能量回饋電路。若將能量回饋電路設（shè）置在H橋輸入端，對於（yú）恒流源而言，相當於加入了一個容性負載，這（zhè）不僅會降低恒流控製性能，還（hái）會影響能量泄放速度。這（zhè）是因為，在勵磁方向切換至高壓（yā）供電前，H橋輸入端是處於勵磁平穩階段的低壓狀態，這（zhè）不利於（yú）線圈能（néng）量快速泄放。為此，將能量回（huí）饋電路設（shè）置（zhì）在高壓電源與高低壓切換電路之（zhī）間，如圖1所示。這樣（yàng），能（néng）量回饋（kuì）電路中的儲能電（diàn）容會（huì）被預充電到（dào）與高壓電源相同的電壓，且（qiě）在勵磁線圈的能量泄放過程中會逐漸升壓（yā），從而能夠加快能量泄放速度。
在勵磁線圈中的能量泄放完成後，由於勵磁（cí）線圈中電流方向開始反向且幅值很小，高低壓切換電路仍選擇高壓（yā）源（yuán）作為勵磁工作電源，以加快電流響應速度。所以，能量回（huí）饋電路中（zhōng）的儲能電容將儲存的能量重新回饋給勵磁線圈。這樣，勵磁（cí）線圈中的能量在一次方向切換（huàn）過程中，既與儲能電容完成一次能量往返交換，又避免了（le）在電路上的損（sǔn）耗。
3 恒流控製
目（mù）前已有的恒流電路采（cǎi）用反饋進（jìn）行PWM調節來進行恒流控（kòng）製，或者通過在H橋（qiáo）低端設置晶體管進行恒流控製。采用PWM反饋控製原（yuán）理構建的恒流源，響應速度較慢（màn），不適用（yòng）於高頻勵磁，並且電流（liú）波（bō）動（dòng）較大。在H橋低端設置晶體管則會導（dǎo）致H橋的低端電壓波動較大，不利於H橋的開關（guān）控製（zhì）。因此，采用三段（duàn）線性穩壓電源芯片搭建恒流源電路，並且將恒流（liú）電路放置於H橋（qiáo）的高端輸入端。在（zài）勵磁電流尚未達到設定值時，線性穩壓（yā）電源（yuán）為飽（bǎo）和輸出，輸出（chū）電壓跟隨輸入電壓的變化；而當勵磁電流接近設定值時，線（xiàn）性穩壓電源輸出則為線性調節輸出，以進行恒流控製（zhì）。這樣能夠獲得較快（kuài）的勵磁電流響應速度，電流（liú）波動較小。
4 電流旁路
在砂泥漿流量計勵磁恒流控製（zhì）中，通過產（chǎn）生電流（liú）超（chāo）調可以加速恒流控製（zhì）。但由於本（běn）方案（àn）中采用高低壓勵磁（cí）的（de）控製方式，高壓（yā）與低（dī）壓之間的切換條件為：勵磁電（diàn）流到達（dá）設定的閾值。為了獲得超調，要（yào）求（qiú）該設定的閾值（zhí）大於勵磁電流的穩態設定值。又由於三端（duān）線性穩壓電源芯（xīn）片搭建的恒流源電路，其輸（shū）出端的設定電阻決定了（le）其輸出電流的大小。所以，如不采取措施，則會導致在勵磁電流達到設定值後，由於沒有滿足切換條件，係統仍（réng）以高壓電源供電，這將導致三端（duān）穩壓電源芯片輸入輸出之間的電壓超（chāo）過（guò）*大允許值。
由於低壓源供電時恒流（liú）控製電路針對感性負載的控製（zhì）響應速（sù）度較慢，從而會使勵磁電流到達穩態的時間較長。另外，勵磁（cí）工作電源突（tū）然從高壓源（yuán）切換到低壓（yā）源也會使三端穩壓電源芯片（piàn）的輸出產生一個暫態響應過（guò）程（chéng），同樣（yàng）不利於勵磁電流快速進入穩態。因此，在恒流（liú）控製電（diàn）路兩端並聯電流旁路電路，以實現勵磁電流響（xiǎng）應超調，加快響應（yīng）速度。
在圖1中當（dāng）電流旁路電路接通時，恒（héng）流控製電（diàn）路將被（bèi）屏蔽，實現勵磁工作電源與H橋直通的目的（de）；該電路斷開則使恒流控製電路重新起作用。電流（liú）旁路電路由遲滯比較電路控製是否接通。勵磁（cí）電流能否（fǒu）實現（xiàn）響應（yīng）超調，依賴於（yú）遲滯比（bǐ）較電路參（cān）數的（de）配置。比（bǐ）較電路遲滯環的閾值下（xià）限設為低於勵磁（cí）電流的穩（wěn）態設定值，在勵磁電流在下（xià）降到一定值時，才選通高壓源作為勵磁工作電源。閾值上限則根據電流超（chāo）調量的（de）要求，取略（luè）高於勵磁電流的穩態設定值，在（zài）勵磁電流上升到設定超調量後，切換低壓源作為勵磁工作電源（yuán）並切斷電流旁路電路。這（zhè）樣，遲滯比較電路和電流旁路電路共同實現勵磁電流的響應超調控製，從而加（jiā）速勵磁電流的恒流控製速度（dù）。
另外，勵磁係統中（zhōng）檢流電路設（shè）置在H橋外勵磁線圈的充放電回路上。勵磁線（xiàn）圈充電時（shí），檢流電路所檢測到的電流值為正值；勵磁線圈放電時，檢流電路所檢測到的電流（liú）值為負（fù）值。

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