一種直流電磁閥控制電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種雙冗余開啟、低電流遲滯比較維持、快速關斷的直流電磁閥控制電路，采用了雙冗余控制技術，一種為脈寬固定的單穩態自啟驅動電路，一種是基于電流信號檢測控制驅動電路，確保電磁閥可靠打開。此電路通用性強，可廣泛用于民用、軍工等對電磁閥控制功耗及響應時間有較高要求的系統中。
【專利說明】一種直流電磁閥控制電路
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及模擬集成電路中的一種直流電磁閥控制電路。
【背景技術】
[0002]直流電磁閥控制電路在石油化工管路控制系統中，尤其是有防爆要求的管路控制中，使用很廣泛，在軍工系統中，也廣為使用。現有電磁閥控制電路有兩大類，一類如通過PLC的I/O模塊來控制，由固態繼電器或晶體管加外圍電路組成，來完成電磁閥的通斷。另一類為改進電路，內部增加了降電壓環節，在電磁閥常壓通電設定時間后，降為低壓給電磁閥供電。
[0003]現有兩種控制電路均為電壓控制方式，無法精確控制電磁閥電流，因為電磁閥長時間通電后，會造成電磁閥閥體發熱，繞組阻值變大，穩態電流變小，甚至焊點脫落等情況，且無用功耗很大。一般無加速關閉回路，電磁閥關閉時間較長。有的雖增加了加速釋放回路，但線圈的反電動勢對驅動管的可靠性要求很高。在此背景下，設計研制了一種雙冗余開啟、低電流遲滯比較維持、快速關斷的電磁閥控制電路。
實用新型內容
[0004]本實用新型的目的是提供一種直流電磁閥控制電路，具有雙冗余開啟、低電流遲滯比較維持、快速關斷的特點。
[0005]本實用新型的技術方案是:一種直流電磁閥控制電路，包括脈寬定時電路、雙冗余驅動電路、基準電壓電路、電流取樣、放大及比較電路以及加速釋放回路，其特征是脈寬定時電路包括時基電路D2及外圍電路，其中電阻Rl與二極管VlOl并聯后，一端與電容Cl連接，同時接入時基電路D2的2腳，另一端與時基電路D2的4腳、8腳以及電阻R2的一端連接，電阻R2另一端與時基電路D2的7腳、6腳以及電容C2的一端連接，電容Cl和C2的另一端與GND連接；
[0006]雙冗余驅動電路包括PNP三極管Vl和P溝道場效應管V3以及外圍的電阻和二極管，其中二極管V102的正極與時基電路D2的3腳連接，二極管V102的負極與二極管V105的負極以及電阻R3的一端連接，三極管Vl的2腳分別與電阻R3、R17的一端連接，三極管Vl的3腳與電阻R5 —端連接，電阻R17的另一端、三極管Vl的I腳均與GND連接，場效應管V3的I腳與電阻R4、R5以及穩壓二極管V2的正極連接，場效應管V3的2腳與穩壓二極管V6的正極連接；場效應管V3的3腳、穩壓二極管V2的負極、電阻R4的另一端均與VIN連接；
[0007]基準電壓電路包括基準穩壓管V4以及外圍的電阻、電容、二極管。穩壓二極管V103的負極與VIN端連接，正極與電阻R6的一端連接，基準穩壓管V4的I腳與電阻R6的另一端連接，基準穩壓管V4的8腳分別連接電阻的R7、R8的一端，基準穩壓管V4的I腳、電阻R7、R101以及電容C3的一端接入+5V端，基準穩壓管V4的6腳、電阻R8、R102以及電容C3的另一端接入GND端，電阻RlOl與R102的連接端輸出參考基準電壓Ur ；[0008]電流取樣、放大及比較電路包括雙運放D3A、D3B和電壓比較器Dl以及外圍的二極管和電阻，電阻R15的兩端分別與雙運放D3A的2腳、I腳連接，電阻R14的兩端分別與雙運放D3A的3腳和GND端連接，取樣電阻R16 —端與R13連接，另一端與電阻R12和DRV-連接，雙運放D3A的3腳和2腳分別連接電阻R12和R13的另一端，組成了電流的取樣和差動放大電路；雙運放D3A的I腳和D3B的5腳連接，雙運放D3B的6腳和7腳之間接入電阻R103，完成電壓的跟隨；電壓比較器Dl的3腳通過電阻R106與雙運放D3B的7腳連接，電壓比較器Dl的7腳分別與電阻R107、二極管V105的正極、二極管V104的負極連接，電壓比較器Dl的2腳通過電阻R104接入Ur端，電壓比較器Dl的I腳、4腳與GND端連接，電壓比較器Dl的8腳和電阻R107的一端同時接入+5V端；
[0009]加速釋放回路包括N溝道場效應管V10，二極管V6、V7、V8和V9，電阻R9、RlO以及電容C4，電阻R9和RlO串聯后與電容C4并聯，并聯端分別接入VIN和GND端，場效應管VlO的I腳與電阻R9和RlO的公共端連接，場效應管VlO的3腳與二極管V7的正極連接，場效應管VlO的2腳與穩壓二極管V9的負極連接，續流二極管V8的負極分別與穩壓二極管V6和二極管V7的負極連接。
[0010]該直流電磁閥控制電路采用了雙冗余控制技術，一種為脈寬固定的單穩態自啟驅動電路，一種是基于電流信號檢測控制驅動電路，確保電磁閥可靠打開。采用較新穎的低電流遲滯比較維持電路，確保電磁閥在一定的電流區間內保持低功耗維持，降低電磁閥的能耗；采用了高效簡潔的快速關斷電路，使電磁閥的關斷時間縮短了 20?30ms，同時消除了反電動勢對控制接口電路的影響。
[0011]此電路通用性強，可廣泛用于民用、軍工等對電磁閥控制功耗及響應時間有較高要求的系統中。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1是本實用新型的電路原理框圖。
【具體實施方式】
[0013]如圖1所示，該電磁閥控制電路主要由脈寬定時電路、雙冗余驅動電路、基準電壓電路、電流取樣、放大及比較電路以及加速釋放回路等組成。
[0014]脈寬定時電路主要由時基電路D2NE555以及外圍電路組成。電阻Rl與二極管VlOl并聯后，一端與電容Cl連接，同時接入時基電路D2的2腳，另一端與時基電路D2的4腳、8腳以及電阻R2的一端連接。電阻R2另一端與時基電路D2的7腳、6腳以及電容C2的一端連接。電容Cl，C2的另一端與GND連接。主要完成在電路上電時，在D2的3腳輸出脈寬固定的高電平信號。
[0015]雙冗余驅動電路主要由PNP三極管Vl和P溝道場效應管V3以及外圍的電阻和二極管組成。二極管V102正極與時基電路D2的3腳連接，負極與二極管V105的負極，電阻R3的一端連接。三極管Vl的2腳分別與電阻R3、R17的一端連接，三極管Vl的3腳與電阻R5 —端連接。電阻R17的另一端、三極管Vl的I腳均與GND連接。場效應管V3的I腳與電阻R4，R5以及穩壓二極管V2的正極連接，場效應管V3的2腳與穩壓二極管V6的正極連接；場效應管V3的3腳、穩壓二極管V2的負極、電阻R4的另一端均與VIN連接。雙冗余驅動電路主要完成無論是二極管V102還是二極管V105輸出高電平時，確保三極管Vl處于導通狀態，從而確保場效應管V3導通并輸出電磁閥驅動電壓。
[0016]基準電壓電路主要由基準穩壓管V4以及外圍的電阻、電容、二極管組成。穩壓二極管V103的負極與VIN端連接，正極與電阻R6的一端連接。基準穩壓管V4的I腳與電阻R6的另一端連接，基準穩壓管V4的8腳分別連接電阻的R7、R8的一端。電阻RlOl與R102連接，連接端輸出參考基準電壓Ur。基準穩壓管V4的I腳、電阻R7、RlOl以及電容C3的一端接入+5V端。基準穩壓管V4的6腳、電阻R8、R102以及電容C3的另一端接入GND端。基準電壓電路主要產生+5V工作電壓和參考基準電壓Ur0
[0017]電流取樣、放大及比較電路主要由雙運放D3和電壓比較器Dl以及外圍的二極管和電阻組成。電阻R15的兩端分別與雙運放D3A的2腳、I腳連接，電阻R14的兩端分別與雙運放D3A的3腳和GND端連接，取樣電阻R16 —端與電阻R13連接，另一端與電阻R12和DRV-連接，雙運放D3A的3腳和2腳分別連接電阻Rl2、Rl3的另一端，組成了電流的取樣和差動放大電路。雙運放D3A的I腳和D3B的5腳連接，雙運放D3B的6腳和7腳之間接入電阻R103，完成電壓的跟隨。電壓比較器Dl的3腳通過電阻R106與雙運放D3B的7腳連接，電壓比較器Dl的7腳分別與電阻R107、二極管V105的正極、二極管V104的負極連接，電壓比較器Dl的2腳通過電阻R104接入Ur端，電壓比較器Dl的I腳、4腳與GND端連接，電壓比較器Dl的8腳和電阻R107的一端同時接入+5V端。電流取樣、放大及比較電路主要完成電磁閥線圈電流的取樣、差動放大以及與參考基準電壓Ur的比較驅動輸出。
[0018]加速釋放回路主要由^勾道場效應管￥10，二極管￥6、￥7、￥8、￥9，電阻1?9、1?10以及電容C4組成。電阻R9、R10串聯后與電容C4并聯，兩端分別接入VIN和GND端。場效應管VlO的I腳與電阻R9、R10的公共端連接，場效應管VlO的3腳與二極管V7的正極連接，場效應管VlO的2腳與 穩壓二極管V9的負極連接。續流二極管V8的負極分別與穩壓二極管V6和二極管V7的負極連接。加速釋放回路主要完成電磁閥線圈電流的加速衰減，從而使得電磁閥實現加速關斷。
[0019]關鍵器件選型及參數
[0020]電壓比較器Dl選用型號為LM311
[0021]LM311電壓比較器設計運行在更寬的電源電壓:從標準的±15V運算放大器到單5V電源用于邏輯集成電路。其輸出兼容RTL、DTL和TTL以MOS電路。
[0022]基本參數
[0023]?比較器類型:通用
[0024]?響應時間:200ns
[0025].電源電流:5.1mA
[0026]?針腳數:8
[0027]時基電路D2選用型號為LM555/LM555C。
[0028]LM555/LM555C系列是美國國家半導體公司的時基電路。我國和世界各大集成電路生產商均有同類產品可供選用，是使用極為廣泛的一種通用集成電路。LM555/LM555C系列功能強大、使用靈活、適用范圍寬，可用來產生時間延遲和多種脈沖信號，被廣泛用于各種電子產品中。
[0029]基本參數[0030]?定時時間從微秒級到小時級。
[0031]?可工作于無穩態和單穩態兩種方式。
[0032]?可調整占空比。
[0033]?輸出端可接收和提供200mA電流。
[0034]?輸出電壓與TTL電平兼容。
[0035]?溫度穩定性好于0.005%/°C。
[0036]雙運算放大器D3選用型號為LM358
[0037]LM358內部包括有兩個獨立的、高增益、內部頻率補償的雙運算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運算放大器的場合。
[0038]基本參數
[0039]?直流電壓增益高(約IOOdB)
[0040]?單位增益頻帶寬(約IMHz)
[0041]籲電源電壓范圍寬 :單電源(3~30V)
[0042]?雙電源(± 1.5 ~土 15V)
[0043]?低功耗電流，適合于電池供電
[0044]?共模輸入電壓范圍寬，包括接地
[0045]?差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍
[0046]?輸出電壓擺幅大(O至Vcc-1.5V)。
[0047]精密穩壓源V4選用型號為TL431
[0048]TL431是可控精密穩壓源。它的輸出電壓用兩個電阻就可以任意的設置到從Verf(2.5V)到36V范圍內的任何值。該器件的典型動態阻抗為0.2 Ω，在很多應用中用它代替穩壓二極管，例如，數字電壓表，運放電路，可調壓電源，開關電源等。
[0049]基本參數
[0050]?可編程輸出電壓:2.5V~36V
[0051 ].電壓參考誤差:± 0.4%，典型值@25 °C (TL431B)
[0052]?低動態輸出阻抗:0.22 Ω (典型值)
[0053]?溫度補償操作全額定工作溫度范圍
[0054]?負載電流1.0~100毫安。
[0055]?全溫度范圍內溫度特性平坦，典型值為50ppm/°C，
[0056]?最大輸入電壓為37V
[0057]?最大工作電流150mA
[0058]?內基準電壓為 2.495V(25°C )。
[0059]需要說明的是:以上所述僅為本實用新型的優選實施例，并不用于限制本實用新型，盡管參照前述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，對于本領域的技術人員來說，其依然可以對前述實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行同等替換。
[0060]凡在本實用新型的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種直流電磁閥控制電路，包括脈寬定時電路、雙冗余驅動電路、基準電壓電路、電流取樣、放大及比較電路以及加速釋放回路，其特征是脈寬定時電路包括時基電路D2及外圍電路，其中電阻Rl與二極管VlOl并聯后，一端與電容Cl連接，同時接入時基電路D2的2腳，另一端與時基電路D2的4腳、8腳以及電阻R2的一端連接，電阻R2另一端與時基電路D2的7腳、6腳以及電容C2的一端連接，電容Cl和C2的另一端與GND連接； 雙冗余驅動電路包括PNP三極管Vl和P溝道場效應管V3以及外圍的電阻和二極管，其中二極管V102的正極與時基電路D2的3腳連接，二極管V102的負極與二極管V105的負極以及電阻R3的一端連接，三極管Vl的2腳分別與電阻R3、R17的一端連接，三極管Vl的3腳與電阻R5 —端連接，電阻R17的另一端、三極管Vl的I腳均與GND連接，場效應管V3的I腳與電阻R4、R5以及穩壓二極管V2的正極連接，場效應管V3的2腳與穩壓二極管V6的正極連接；場效應管V3的3腳、穩壓二極管V2的負極、電阻R4的另一端均與VIN連接; 基準電壓電路包括基準穩壓管V4以及外圍的電阻、電容、二極管，穩壓二極管V103的負極與VIN端連接，正極與電阻R6的一端連接，基準穩壓管V4的I腳與電阻R6的另一端連接，基準穩壓管V4的8腳分別連接電阻的R7、R8的一端，基準穩壓管V4的I腳、電阻R7、RlOl以及電容C3的一端接入+5V端，基準穩壓管V4的6腳、電阻R8、R102以及電容C3的另一端接入GND端，電阻RlOl與R102的連接端輸出參考基準電壓Ur ； 電流取樣、放大及比較電路包括雙運放D3A、D3B和電壓比較器Dl以及外圍的二極管和電阻，電阻R15的兩端分別與雙運放D3A的2腳、I腳連接，電阻R14的兩端分別與雙運放D3A的3腳和GND端連接，取樣電阻R16 —端與R13連接，另一端與電阻R12和DRV-連接，雙運放D3A的3腳和2腳分別連接電阻R12和R13的另一端，組成了電流的取樣和差動放大電路；雙運放D3A的I腳和D3B的5腳連接，雙運放D3B的6腳和7腳之間接入電阻R103，完成電壓的跟隨；電壓比較器Dl的3腳通過電阻R106與雙運放D3B的7腳連接，電壓比較器Dl的7腳分別與電阻R107、二極管V105的正極、二極管V104的負極連接，電壓比較器Dl的2腳通過電阻R104接入Ur端，電壓比較器Dl的I腳、4腳與GND端連接，電壓比較器Dl的8腳和電阻R107的一端同時接入+5V端； 加速釋放回路包括N溝道場效應管V10，二極管V6、V7、V8和V9，電阻R9、RlO以及電容C4，電阻R9和RlO串聯后與電容C4并聯，并聯端分別接入VIN和GND端，場效應管VlO的I腳與電阻R9和RlO的公共端連接，場效應管VlO的3腳與二極管V7的正極連接，場效應管VlO的2腳與穩壓二極管V9的負極連接，續流二極管V8的負極分別與穩壓二極管V6和二極管V7的負極連接。
【文檔編號】F16K31/06GK203670981SQ201320878544
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2013年12月27日 優先權日:2013年12月27日
【發明者】李宏安, 李輝, 祁宏圖, 張猛 申請人:西安航天遠征流體控制股份有限公司