dn65汙水流量計勵磁係統硬件研製

1、 高、低壓切（qiē）換恒（héng）流控製電路
高、低壓切換恒流控製電路是勵磁控製（zhì）係統中的關鍵部分，由高、低壓電源、能量回饋電路、高低壓切換電路、恒流控製（zhì）電路、電（diàn）流旁路電路和遲（chí）滯比較電路組成，其電路原理如圖2所示。

高、低壓電源來自於AC-DC模塊。其中，高壓源直接采用AC-DC的80V輸出電（diàn）源；低壓（yā）源（yuán）則由（yóu）DC-DC轉換器對AC-DC模塊的24V輸出電源進行轉換得到的可調電（diàn）壓源。電壓大小（xiǎo）則以（yǐ）保證勵（lì）磁穩態時（shí），恒流（liú）控製（zhì）電路中的三端穩壓器輸入輸出壓差相對較小為準，以降低電路損（sǔn）耗（hào）；能量回饋電路由儲能電容C1、保護二*管D1和能量泄放電阻R1組成。其中，電容C1用於儲存勵磁方向切換時，勵（lì）磁線圈中泄（xiè）放的能量。齊納二*管D1用（yòng）於防止勵磁線圈中能量泄放時，由於電容C1的充電電壓過高，而導致的電容擊（jī）穿。電阻R1用於在（zài）係統斷電不工作時，為（wéi）電容（róng）C1提供（gòng）能量泄放回（huí）路；高低壓切換電路主要由肖特基二（èr）*管和達（dá）林頓三*管（guǎn）組成高低壓平（píng）滑切換電路。當達林頓三*管導通時，將高壓源切換為勵磁工作（zuò）電源，肖特基二*管反向關斷，低壓源被切除。而當達林頓三*管關斷時，肖特基二*管（guǎn）重新正向導通，將（jiāng）低壓源切換（huàn）為勵磁工作電源。恒（héng）流控製電路由三端穩壓芯片、電阻R2與肖特基二*管D3構成。電阻R2用於設（shè）置恒（héng）流源輸出電流的大小，即勵磁電流的穩（wěn）態值（zhí）；由於勵磁電流達到200mA左右，為防止長期勵磁導致電路溫升並影響電路參數（shù），電阻R2選用（yòng）大功率低溫漂係數的精密電阻；肖特基二*管D3一方麵（miàn）用於防止反向電流損壞三端穩壓器（qì）；另一（yī）方（fāng）麵用於組成勵磁線圈的能（néng）量泄（xiè）放回路的一部分；電流旁路電路主要由達林頓三*管組成，由遲滯比較電路控製通斷；遲滯比較電路主要由運放和電阻等（děng）分立元件搭建而成。比較電路一端輸入為基準Vref，其值取決於勵磁電流（liú）的穩（wěn）態設定值（zhí）大小，另一端輸入則為檢流電路檢測得（dé）到的勵磁電流信號（hào）Cur。
2、 H橋勵磁開關電路與檢流（liú）電路
H橋開關電路主要由H橋路及其驅動（dòng）電（diàn）路組成，用於實現對勵磁線圈進行方（fāng）波勵磁。原理示意圖如圖3所示。

圖中，L1為（wéi）勵磁線圈的示意（yì）符號。H橋路中，高端（duān）橋臂（bì）采用PNP型的（de）達林頓三*管，以通過電流控製其通斷，從而克服因線圈的電感特性導致H橋高端電壓大幅波動而較難控製的問題。H橋驅動電路主要由（yóu）達林頓陣列管和三（sān）*管等組成，為H橋高（gāo）端橋臂提供電流控製信號（hào），為H橋低端橋（qiáo）臂提（tí）供電壓（yā）控製信號，且對H橋的控製（zhì）采用（yòng）對臂聯動控製方式，即由控製信號CON1控製H橋T1管和T4管（guǎn）的通斷，由控製信號CON2控製H橋T2和T3的（de）通斷。CON1和CON2為正交的PWM波（bō），從而實現對勵磁線（xiàn）圈的方波勵（lì）磁。勵磁係統中檢流電路主要由（yóu）檢流電（diàn）阻組成，檢流電阻同樣采用大功（gōng）率低溫漂的精密電阻以避免長期勵磁工作（zuò）時電路溫升引起電路參數的較大漂移。另外，檢（jiǎn）流電阻（zǔ）取低阻值電阻（zǔ）以降低H橋（qiáo）低端電壓波動（dòng），從（cóng）而保證H橋（qiáo）低端橋（qiáo）臂可靠通斷。
3 、勵磁時（shí）序（xù）產生電路
勵磁時序產生（shēng）電路用於產生勵磁控製信號（hào）CON1和（hé）CON2以（yǐ）控製方波（bō）勵磁時序，其電路原理結構圖如圖4所示。

該電路主要由勵磁時序發生單元（yuán）、三態緩衝（chōng）器及隔離光耦組成。勵磁時序由dn65汙水流量計（jì）係統的控製核心產生。采（cǎi）用DSP的EPWM外設模塊，通過設定其內部定時器的（de）工作模（mó）式發出所要求的勵磁頻率的勵（lì）磁時序PWM信號CT_1和CT_2。由於勵磁控製係（xì）統中的勵磁工作電源的電壓要比DSP的工作電源電（diàn）壓高得多，為防止勵磁電路故（gù）障（zhàng）對係統控製核心產生致命影（yǐng）響，采用光耦將控製部分與（yǔ）勵磁部（bù）分進行隔離。另外，由於DSP引腳的驅動（dòng）能力有限（xiàn），所以在DSP與隔離光耦之間（jiān）加入三態緩衝器以驅動隔離（lí）光耦的輸入級。並且，DSP能夠通過GPIO口控製三態緩衝器上的使能引（yǐn）腳來使能和禁止勵磁，以在檢測到電路故障時迅速關斷（duàn）H橋所有橋臂。該勵磁時序產生電路通過軟件編程可產生如圖5所示的單頻矩形波。在實際應用中，由於組成H橋的達林（lín）頓（dùn）三*管與MOS管（guǎn）導通與關斷的時間不（bú）一致，易（yì）在勵磁方向切換（huàn）瞬間，產生（shēng）上下橋臂同時導通的現象，反映在勵磁電流波形上（shàng）為（wéi）一幅值很高的（de）窄脈衝。該脈衝電流不僅容（róng）易引起遲滯比較電（diàn）路的誤輸出，從而導致高低壓切（qiē）換（huàn）電（diàn）路與電流旁路電路的誤動作，而且（qiě）對恒流控製（zhì）電路產生衝擊，減小三端穩壓芯片（piàn）的使用壽命（mìng），同時還（hái）會產生EMC電磁幹擾，給測量精度帶來影響。所以實際應用時，如圖5所示對（duì）方（fāng）波勵磁時序（xù）添加死區，可以明顯減小上述現象。

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