dn800汙（wū）水流量計勵磁（cí）控製方案設（shè）計

基於（yú）能量回饋和（hé）電流旁路的高低壓勵磁控製方案框圖如（rú）圖1所示，主要由高、低壓電源、能量回饋電路、高（gāo）、低壓切換（huàn）電路、恒流控製電路（lù）、電流旁路電路、H橋開關（guān）電路、檢（jiǎn）流電路和（hé）勵磁（cí）時序產生電路組成。
1 工作（zuò）流程
在勵磁平穩（wěn）階段，勵磁線圈中的勵磁電流為穩態設定值（zhí）。遲滯比較電路控製（zhì）高低壓切換電（diàn）路，切換至低壓源作為勵磁工（gōng）作電源，並（bìng）切斷（duàn）電流旁路電路。恒流控製電路在低壓供（gòng）電（diàn）的情況下通（tōng）過H橋向勵磁線圈提供恒定電流。

當勵磁方（fāng）向切（qiē）換時，勵磁線圈*先對能量回饋電路放電，檢流電（diàn）路檢測到（dào）的電流值瞬（shùn）間為負，從而切換高壓源作為勵磁工作電源，同時接（jiē）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（tōng）過泄放回路，由能量回饋（kuì）電路中的儲能電容儲存（cún）起來。此時電（diàn）容兩端的電（diàn）壓幅值（zhí）超（chāo）過輸入端的高壓源。待勵磁線圈能量泄放完成後，勵磁線圈中的電流減（jiǎn）小為零並（bìng）改變方向（xiàng），能量回饋電（diàn）路開始放電，將儲存的能量通過電流（liú）旁路電路和H橋（qiáo）直接回（huí）饋給勵磁（cí）線圈。待能量回饋電路兩端電壓下（xià）降（jiàng）到高壓源電平狀態時，由（yóu）高壓（yā）源直接通過電流（liú）旁（páng）路電路和H橋對勵磁線圈進行勵磁控製。當線圈中勵磁電流（liú）上升到設定的（de）超調量（liàng）時，遲滯比較電路控製高低（dī）壓切換（huàn）電路，切換低壓源作為勵磁（cí）工作電源並切斷電流旁路電路（lù），然後由恒流控製（zhì）電路開始對勵磁電流進行恒流控製。
2 能量回饋
dn800汙水流量計勵（lì）磁線圈為一感性儲能元件，在方波勵磁時，勵磁係統需（xū）要不斷對其（qí）進行充放電。當勵（lì）磁電流穩定時（shí），勵磁線圈中儲存了一定的（de）能量。當勵（lì）磁方向切換（huàn）時（shí），勵磁線圈（quān）需（xū）要先將所儲存（cún）的能量泄放掉，然（rán）後改變電流方向，再重新充電。因此，需（xū）要為勵磁線圈提供能量泄放回路。雖然，可以采用穩壓限幅二*管搭建限幅（fú）電路（lù）構成能量泄放回路，即線（xiàn）圈中的電流流（liú）過限幅二*管，將能量消耗在二*管（guǎn）上。按照（zhào）功的計算公（gōng）式W=UIt可知，在（zài）電流（liú）與功均為定值的情（qíng）況（kuàng）下，電壓的（de）幅值（zhí）與時間成反比。所以（yǐ），為了加快（kuài）勵磁線圈的能量泄放速度，能量泄放電路需要處在（zài）一個較高的電壓水平，以提高勵磁線圈的能量泄放功率。但是，限幅二*管的限幅電壓很低，即使線圈中的電壓能夠突（tū）變，仍被限製在限（xiàn）幅二*管的反向（xiàng）導通電壓幅值水平。並且，由於（yú）勵磁線圈電流不能（néng）突變，所以能量泄放功率較（jiào）小、能量泄放速度（dù）較慢，使得勵磁方（fāng）向切換（huàn）後（hòu）的勵磁電流響應速度較慢，不利於實現高頻勵（lì）磁，且（qiě）係統發（fā）熱較為嚴重。因此，設計能量回饋電路來儲存（cún）勵磁線（xiàn）圈所泄放的能量，並在線圈中勵（lì）磁電流方向改變時將能量重新回（huí）饋給勵磁線圈，從而避免勵磁線圈泄放的能量（liàng）被消耗在電路中。
采用儲能電容結合相應的保護電路來搭建能量回饋電路。若將（jiāng）能量回饋電路設置在H橋輸入（rù）端，對於恒流源而言，相當於加入了一個容性負載，這不僅會降（jiàng）低（dī）恒流控製性能，還會影響能量泄放（fàng）速度。這是因為，在勵磁方（fāng）向切換至高壓供（gòng）電前，H橋輸入端是處於勵磁平穩階段的低（dī）壓狀態，這不利於線圈能量快（kuài）速泄放。為此，將能量回饋電路設置在高壓電源與（yǔ）高低壓切（qiē）換電路之間，如圖（tú）1所示。這樣，能量回饋電路中的儲能電容會被預充電到（dào）與高壓電源相同的電壓，且在勵磁線圈的能量泄放過（guò）程中會逐漸升壓，從（cóng）而能夠加快能量泄放速度。
在勵磁線圈中的能（néng）量泄放完成（chéng）後，由於勵磁線圈中電（diàn）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）源作為勵磁工作電源，以加快電流響（xiǎng）應（yīng）速度。所以，能量回饋電路中的儲能電容將儲存的能量重新回饋給勵磁線圈。這樣，勵磁線圈（quān）中的能量（liàng）在一次方向切換過程中，既與（yǔ）儲能電容（róng）完成一次能量往返交換，又（yòu）避免了在（zài）電路上的損耗。
3 恒流控製
目前已有的恒流電路采用反饋進（jìn）行PWM調節來進（jìn）行恒流控製，或者通過在H橋低端設置晶體管進行恒流控製。采用PWM反饋控製原理構建的（de）恒流源，響應速度較慢（màn），不適（shì）用於高（gāo）頻勵磁，並（bìng）且電流波動較（jiào）大。在H橋低端設置晶體管則會導致H橋的低端電壓波動較大，不利於H橋的開關控製。因此，采用三段線性穩壓電源芯片搭建恒流源電（diàn）路，並（bìng）且將恒流電路放置於H橋的高端輸（shū）入端。在勵磁電流尚未達到設定值時（shí），線性（xìng）穩壓（yā）電源為飽（bǎo）和輸出，輸出電（diàn）壓跟隨輸入（rù）電壓的變化（huà）；而當（dāng）勵磁電（diàn）流接近設定值時，線性穩壓電源輸出則為線性調節（jiē）輸出，以進行恒流控製。這（zhè）樣（yàng）能夠獲得較快（kuài）的勵磁電流響應速度（dù），電流波動較小。
4 電流旁路
在dn800汙水流量計勵磁恒流（liú）控製中，通過產（chǎn）生電流超調（diào）可以加（jiā）速恒流控製。但由於本方案中（zhōng）采用高低壓（yā）勵磁的（de）控製方式，高壓與低壓之間的切換條件為：勵磁電流到達設定的閾值。為了獲（huò）得超調，要求該設定的閾值大於勵磁電流的（de）穩態設定值。又由於三端線性穩壓電源芯片搭建的恒流源電路，其輸出端的設定電阻決（jué）定了其輸出電流的大小。所以，如不（bú）采取措施，則會導致在勵磁電（diàn）流達（dá）到設定值後，由於沒有滿足切換條件，係（xì）統仍以高壓電源供電，這將導致三端穩壓電源芯片輸入輸出之間的電壓超過*大允許值。
由於低（dī）壓源供電時恒流控製電路針對（duì）感性負載的控製響應速度較慢，從（cóng）而會使勵磁電流到達穩態的時間較長。另外，勵磁工作電源突然從高壓（yā）源切（qiē）換到低壓源也會使三端穩壓電源芯片的輸出產生一個暫態響應過程，同樣（yàng）不利於勵磁電流快速進入穩態。因（yīn）此（cǐ），在恒流控製電路（lù）兩端並聯電流旁路電路，以實現（xiàn）勵磁電流響應超調，加快響（xiǎng）應速度。
在圖1中當（dāng）電流旁路電路接通時，恒流控製電路將被屏（píng）蔽，實現勵磁工作電源與H橋直通的目的；該電路斷開則使恒（héng）流控製電路重新起作用。電流旁（páng）路電路由遲滯比較電路控製是否接通。勵磁電流能否實現（xiàn）響應超調，依賴於遲滯比較電路參數的配置。比較電路遲滯環的閾值下限設（shè）為低於（yú）勵（lì）磁電（diàn）流的穩態設定值，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）調量的要求，取略高於勵磁電流的穩態設定值，在勵磁電流上升到設定超調量（liàng）後，切（qiē）換低壓源作為勵磁工（gōng）作電源並切斷電流旁路電路（lù）。這樣，遲滯比較電路和電流旁路（lù）電路共同實現勵磁電流的響（xiǎng）應超調控製，從而加速勵磁電流的恒流控製速度。
另（lìng）外，勵磁係統中檢流電路設置在H橋（qiáo）外勵磁線圈的充放電回路上。勵磁線圈充電時，檢流（liú）電路所檢測到的電流值為正值；勵磁線圈放電時，檢（jiǎn）流電路所檢（jiǎn）測到的電（diàn）流（liú）值為負值。

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