雙氧水流量計（jì）勵磁係統硬件研製

1、 高、低壓切換恒流控製電路
高、低壓切換恒流控製電路（lù）是勵磁控製係統（tǒng）中的關鍵部（bù）分，由高、低壓電源、能量回饋電路、高低壓切換（huàn）電路、恒流控製電路、電流旁路電路（lù）和遲滯比較電（diàn）路組成，其電路原理（lǐ）如圖2所示。

高、低壓電源來自於（yú）AC-DC模（mó）塊。其中，高壓源直接采用AC-DC的80V輸（shū）出電源；低壓源則由DC-DC轉換器對AC-DC模塊的24V輸出電源進行（háng）轉換得到的可調電壓源。電壓（yā）大小則以保證勵磁穩態（tài）時，恒流控製電路中的三端穩壓器輸入輸（shū）出壓差相對較小為準（zhǔn），以降低電（diàn）路損耗；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（zhōng），電容C1用於儲存勵磁方向切換時，勵磁線圈中（zhōng）泄放的能量。齊納二*管D1用於防止（zhǐ）勵磁線圈中能量泄放時，由於電容C1的充電電壓過高（gāo），而導致的電容擊穿。電阻R1用於在係統斷（duàn）電不工作時（shí），為電容C1提供能量泄放回路（lù）；高低壓切換電路主（zhǔ）要由肖特基二*管（guǎn）和達林頓三*管組成高低壓平滑（huá）切換電路。當達林頓三（sān）*管導通時，將（jiāng）高壓源切換為勵磁工作電源（yuán），肖特基二*管反向關斷，低壓源（yuán）被切除。而當（dāng）達林頓三*管關斷時，肖特基（jī）二*管重新正向導通，將低壓源切換為勵磁工作電源。恒流控製電路由三（sān）端穩壓芯片、電阻R2與肖特基（jī）二（èr）*管D3構成。電阻R2用於設置恒流源輸出電流的大小，即勵磁電流的（de）穩態值；由於勵（lì）磁電流達到200mA左右，為防止長期勵磁導致（zhì）電路溫升並（bìng）影響電路參數，電阻R2選用大功率低溫漂（piāo）係數（shù）的精密電阻；肖特基二*管D3一方麵（miàn）用於防（fáng）止反向電流損壞三端（duān）穩壓器（qì）；另一方麵用於（yú）組成（chéng）勵磁線圈的能量泄放回路的一部分；電流（liú）旁路電路主要由達林頓三*管組（zǔ）成（chéng），由遲滯比較電路控製通斷；遲滯比較電路（lù）主要由運放和電阻等分立元件搭建而成。比較電路一端輸入（rù）為（wéi）基準Vref，其值取決於勵磁電流的穩態設定值大小，另（lìng）一端輸（shū）入則為檢流電路檢測得到的勵磁電流信號Cur。
2、 H橋勵磁開關電路與檢流電路（lù）
H橋開關電（diàn）路主要由H橋路及其驅動電路組成，用於實現對勵磁線圈進行方波勵磁。原理示（shì）意圖如圖3所示。

圖（tú）中，L1為勵磁線圈的示意符號。H橋路中，高端橋臂采用PNP型的達林（lín）頓三*管（guǎn），以通過電（diàn）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（zhǔ）要由達林頓陣列管和三（sān）*管（guǎn）等組成，為H橋高端橋臂提供電流控製（zhì）信號，為H橋低（dī）端橋臂提供電壓控製信號，且對H橋的控製采用對（duì）臂聯動（dòng）控製方式，即由控製信號CON1控（kòng）製H橋T1管和T4管的通斷，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，從而實現對（duì）勵磁線圈的方（fāng）波勵磁。勵（lì）磁係統中（zhōng）檢流電路主要由檢流（liú）電阻組（zǔ）成，檢流電（diàn）阻同樣采用大功率低溫漂的精密電阻以避免長期勵磁工作時電路溫升引起電路參數的較大漂移。另外，檢流電阻取低阻值電阻以降低H橋低（dī）端電壓波動，從而保證H橋低端橋臂可靠通斷（duàn）。
3 、勵磁時序產生電路
勵磁時序產生電路用於產生勵磁控（kòng）製信（xìn）號CON1和（hé）CON2以控製方波（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（sān）態緩（huǎn）衝器及隔離光耦組成。勵磁時序由雙氧水流量計係統的控製核心（xīn）產生。采用DSP的EPWM外設模塊，通過設定其內部定時器的工（gōng）作模式發出所要求的勵磁頻率的勵磁時序PWM信號CT_1和CT_2。由於（yú）勵磁控製係（xì）統中的勵磁（cí）工作電（diàn）源的電壓要比DSP的工（gōng）作（zuò）電源電壓高得多，為防止（zhǐ）勵磁電路故障對係統控製核心產生致命影響，采用光耦將控製部分與勵磁部分進行（háng）隔離。另外，由於DSP引腳的驅動能力有限，所以（yǐ）在DSP與（yǔ）隔（gé）離光耦之間加入（rù）三態緩衝器以驅動隔離光耦的輸入級。並（bìng）且，DSP能夠通過GPIO口控製三態緩衝器上的使能引腳（jiǎo）來（lái）使能（néng）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（chéng）可產生如圖5所示的單頻矩形波。在實際（jì）應用（yòng）中，由於組成（chéng）H橋的達林頓三*管與MOS管導通與關（guān）斷（duàn）的時（shí）間不一致（zhì），易在勵磁（cí）方向切換瞬間（jiān），產生上下橋臂同（tóng）時導通的現象，反映在勵磁電流波（bō）形上為一幅值很高的窄脈衝。該脈衝電流不僅（jǐn）容易引起遲滯比較電路的誤輸出，從（cóng）而導致高低壓切換（huàn）電路與電流旁路電（diàn）路的誤動作，而且（qiě）對恒流控製電路產生衝擊，減小（xiǎo）三端穩壓芯片的使用壽命，同時還會（huì）產生EMC電磁幹擾，給測量精度帶來（lái）影響。所以實際應用時，如圖5所（suǒ）示（shì）對方波勵（lì）磁時序添加死區，可以明顯減小上述（shù）現象。

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