智能型汙水流量（liàng）計勵磁控製（zhì）方（fāng）案設計

基於能量回（huí）饋和電流旁路的高低壓勵磁控製方案框圖如圖1所示，主（zhǔ）要由高、低壓電源、能量回饋電路、高、低壓切換（huàn）電路、恒（héng）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（shēng）電路組成。
1 工作流程
在勵磁平穩階段，勵磁線圈中（zhōng）的勵磁電流為穩態（tài）設定值。遲滯比較電路控製高低（dī）壓切換電路（lù），切換（huàn）至低壓（yā）源作為勵磁（cí）工（gōng）作電源，並切斷電流旁路電路。恒流控（kòng）製電路在低壓供電的情況下通過H橋向勵磁線圈提供（gòng）恒定電流。

當（dāng）勵磁（cí）方向切換時，勵磁線圈*先對能量回饋（kuì）電路放電，檢流電路檢測到的電流值瞬間為負，從而切換高壓源作為勵磁工作電源，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（kuì）電路中的儲能電容儲存起來。此時電容兩端的電壓幅值超過輸入端的高壓源。待勵磁（cí）線圈能量泄放完成後，勵磁線（xiàn）圈中的電流減（jiǎn）小為零並改（gǎi）變方向，能量回饋電路（lù）開始放電，將（jiāng）儲（chǔ）存的能（néng）量通過電流旁路電路和H橋直接回饋給勵（lì）磁（cí）線圈。待能量回饋（kuì）電路兩端電壓下降（jiàng）到高壓源電平狀態時，由高壓源直接通過電（diàn）流旁路（lù）電路和H橋對勵磁線圈進行勵磁控製。當線圈中勵磁電流上升到設定的超調量時，遲滯（zhì）比較電路控製高低壓（yā）切換電路，切（qiē）換低壓源作為勵磁（cí）工作電源並切斷電流旁路電路，然後由恒流控製電路（lù）開始對勵磁電流進行恒流控製。
2 能量回饋（kuì）
智能型汙（wū）水流量計勵磁線圈（quān）為一感性儲能元件，在方波勵磁時，勵磁（cí）係統需要不斷對其進（jìn）行充放電。當勵磁電流穩定時，勵磁線圈中（zhōng）儲存了一定的能量。當勵（lì）磁（cí）方向切換時，勵磁線圈需要先將所儲存的能量泄放掉，然後改變電流方向（xiàng），再重新充電（diàn）。因此，需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（guǎn）搭建（jiàn）限幅電路構成能量泄放回路，即線圈中的電流流過限幅二*管，將能量消耗在二*管上。按照功（gōng）的計算公式W=UIt可知，在電流與功均為定值的情況下，電（diàn）壓（yā）的幅值與時間（jiān）成反比。所以，為了加快勵（lì）磁線（xiàn）圈的能（néng）量泄放速度，能量泄放電路需要處在一個較高的電壓水平，以提高（gāo）勵磁線圈的能量泄放功（gōng）率。但是，限幅二*管的限（xiàn）幅電壓很低（dī），即使線圈中的（de）電壓能夠突變，仍被限製在限幅二*管的反向導通電壓幅值水平。並且，由於勵磁線圈（quān）電流不能突（tū）變，所（suǒ）以能量（liàng）泄放功率較（jiào）小、能量泄放速度較（jiào）慢，使得勵磁（cí）方向切換後的（de）勵磁電流響應（yīng）速度較慢（màn），不利於實現高頻勵磁，且係統發熱較為嚴重。因此，設計能量（liàng）回饋電路來儲存勵磁線圈所泄放的能量，並在線圈中勵磁電（diàn）流方向改變時將能量重新回饋給勵磁線（xiàn）圈，從而避免（miǎn）勵磁線圈（quān）泄放的（de）能量被（bèi）消（xiāo）耗在電路中。
采用儲能電容結合相應的保護電路來搭建能（néng）量回饋電路。若將能量回饋電路設置在H橋輸入端，對於恒流（liú）源而言，相當於加入了一個容性負載，這不（bú）僅會降（jiàng）低恒流控製性能，還會影響能量泄放速度。這是因為，在勵磁方向切換至高壓供電前，H橋輸入端是處於勵磁平穩階（jiē）段（duàn）的低壓狀（zhuàng）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高低壓切換電路之間，如圖1所示。這樣（yàng），能量回饋電路中的儲能電容會被預充電到與高壓電源相同的電壓，且在勵磁線圈的能量泄放過程中會逐漸升壓，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，由於勵磁線圈中（zhōng）電流方向（xiàng）開始（shǐ）反（fǎn）向且幅值很小，高低（dī）壓切換電路仍選擇高壓源作為勵磁工作電源，以加快電流響應速度。所以，能量回饋電路中的儲能電（diàn）容將儲存的能量重新（xīn）回饋給勵磁線圈。這樣，勵磁線圈中的能量在一次方向切換過程中，既（jì）與儲能電容完成一次能量往返交換，又（yòu）避免了（le）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行PWM調（diào）節來進行恒流控製，或者通過在H橋低端（duān）設置晶體管進行恒（héng）流控製。采用PWM反饋控製原理構建的恒流源，響應速度較慢，不適（shì）用於高頻勵磁，並且電流波動較大。在H橋低端設置晶體管則會導致H橋的（de）低端（duān）電壓波動（dòng）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（jiàn）恒（héng）流源電路，並且將恒流電（diàn）路放置（zhì）於H橋的高端輸入端。在勵磁（cí）電流尚未（wèi）達到設定值時，線性穩壓電源為飽（bǎo）和（hé）輸出，輸出電壓跟隨輸入電壓的變化（huà）；而（ér）當勵磁電流接近設定值時，線性穩壓電源輸出則為線性調節輸出，以進行恒流控製。這樣能夠獲得較快的勵磁電流響（xiǎng）應速度，電流波動較小。
4 電（diàn）流旁路
在智能型汙水流量計勵磁恒流控製中，通過產生電流超調可以加速恒流控製。但由於本方案中采用高低壓勵磁的控製方式，高壓與低壓之間的切換條（tiáo）件為：勵磁電流到達設定的閾值。為了獲得超調，要求該（gāi）設定（dìng）的閾值大於勵（lì）磁電流的穩（wěn）態設定值。又由於三端線性穩壓電源（yuán）芯片搭建的恒流源電路，其輸出端的（de）設定電阻決定了其輸出電流的大小。所以，如不采取措施，則會（huì）導致在勵磁（cí）電流（liú）達（dá）到設定（dìng）值（zhí）後，由於沒有（yǒu）滿足切換條件，係統仍（réng）以高壓（yā）電源（yuán）供電，這將導致三端穩壓電源芯片輸入輸出之（zhī）間的電壓超過*大允許值。
由於低壓源供電時恒流控製（zhì）電路針（zhēn）對感性負載的（de）控製響應速度（dù）較慢，從而會使（shǐ）勵磁電流到達穩態的時間較（jiào）長。另外，勵磁工作電（diàn）源突然從高壓源切換到低壓源也會（huì）使三端穩壓（yā）電源芯片的（de）輸出產生一個暫態（tài）響應過（guò）程，同樣不利於勵磁（cí）電流快速進（jìn）入（rù）穩態。因此，在恒流控製（zhì）電路兩端並聯（lián）電流（liú）旁路電（diàn）路，以實現勵磁電流響應超（chāo）調（diào），加快（kuài）響（xiǎng）應速度。
在圖（tú）1中（zhōng）當電（diàn）流旁路電路（lù）接通時，恒流控製電路將被屏蔽，實（shí）現勵磁工作電源與H橋直通的目的；該電路斷開則使恒流控製電路重新起作用。電流旁路電路由遲滯比較電路控（kòng）製是（shì）否（fǒu）接通。勵磁電流能否實（shí）現響應超調，依賴於遲滯比較（jiào）電路（lù）參數的配置（zhì）。比較電路遲滯（zhì）環的閾值下限設為低於勵磁電流的穩態設定值，在勵磁電流在下降到一定值時，才選通高壓源作為（wéi）勵磁工作電源。閾（yù）值上限則根據電流超調量的（de）要求，取略高於（yú）勵磁電（diàn）流的穩態設定（dìng）值，在勵磁（cí）電流上升到設定超調量後，切換低壓源（yuán）作為勵磁（cí）工作電源並切斷電流旁路電（diàn）路。這樣，遲滯（zhì）比較電路和電流旁路電路共同實現勵磁電流的（de）響應超調控製，從而（ér）加速勵磁電流的恒（héng）流控製速度。
另外，勵（lì）磁係統中檢流電路設（shè）置（zhì）在H橋外勵磁線圈的充放電回路上。勵磁（cí）線圈充電（diàn）時，檢（jiǎn）流電路所檢測到的電流值為（wéi）正值；勵磁線圈放電（diàn）時，檢流電路所檢測到（dào）的電流值為負值。

上一篇：dn250汙水流量計

下一篇（piān）：在（zài）線監測汙水流量計具有哪些優點與缺陷