[发明专利]一种功耗较低的高低压电源切换励磁控制系统

说明书

技术领域

本发明属于流量检测技术领域，具体涉及电磁流量计高低压电源切换励磁控制系统，为一种采用高压电源快速励磁，低压电源与恒流源控制电路维持励磁电流恒定，使用功耗更低的高低压切换电路、H桥开关电路和恒流源控制电路，实现发热小、效率更高和工作更可靠的电磁流量计高低压电源切换励磁控制系统。

背景技术

电磁流量计是依据法拉第电磁感应定律的工作原理来测量导电液体体积流量的仪表。电磁流量计的励磁控制系统施加给励磁线圈按一定形式变化的电流，在测量管中产生按一定形式变化的磁场。流过测量管的导电液体可以视为导体，这些流动的导电液体切割磁力线感应出电动势。感应电动势与测量管中导电液体流动的速度成正比。因此，检测并处理感应电动势信号就能实现对流量的测量。电磁流量计的励磁方式直接决定了电磁流量计的响应速度、抗干扰能力和零点稳定性。当前，国内的仪表公司大多采用低压电源供电和低频率的方波励磁技术，电磁流量计响应速度慢，也无法克服浆液噪声的干扰。

中国专利ZL200910251461公布了基于高低压电源切换的电磁流量计励磁控制系统。该系统由高低压电源、电源切换电路、恒流控制电路、励磁线圈驱动电路、检流电路和励磁时序产生电路组成。基于高低压电源切换的电磁流量计励磁控制系统的工作电源由高压电源和低压电源组成，高压电源和低压电源是根据励磁线圈中的电流的大小由电源切换电路控制。高压电源加快励磁电流上升的速度，低压电源在励磁电流达到设定值后工作，维持励磁电流的稳定。恒流控制电路使励磁线圈中的电流维持在一个恒定的值，实现电磁流量计对流动的导电液体流量的准确检测。励磁时序产生电路主要由用于电磁流量计信号处理的处理核心MCU等组成，并配合励磁线圈驱动电路实现方波励磁。但是，这种电磁流量计励磁控制系统存在以下不足：（1）恒流控制电路中的使用开环的运算放大器作为误差放大器，由于放大倍数过大，调节过于剧烈，很难实现电流的稳定；（2）采用普通的比较电路对电源切换电路进行控制，在具体实现时，由于环境中存在噪声干扰，叠加在检流电阻的输出信号上，使得电源切换电路频繁地在高压与低压之间切换，输出的励磁电流不稳定；（3）在电路中，使用稳压二极管将线圈中存储的能量以热能的形式消耗掉，不利于减小系统的功耗与发热情况。

中国专利ZL201110350132公布了具有旁路和能量回馈电路的电磁流量计高低压切换励磁系统。该系统由高低压电源、能量回馈、DC-DC、高低压切换电路、恒流电路、旁路电路、H桥、励磁线圈、检流电阻、逻辑切换保护电路、电源检测、能量泄放电路、励磁控制电流组成。与基于高低压电源切换的电磁流量计励磁控制系统相比，具有旁路和能量回馈电路的电磁流量计高低压切换励磁系统增加了电源监测、能量回馈、能量泄放电路、DC-DC、旁路电路和逻辑切换保护电路。电源监测电路在电流过大时起保护作用；能量回馈电路在励磁切换时，吸收励磁线圈中的能量，再在后半个励磁周期，将能量回馈给励磁线圈；DC-DC电路可以实现对励磁系统电压的调节；旁路电路在高压电源激励时起到保护恒流电路的作用，并优化了恒流芯片的动态响应性能，允许励磁电流出现大的超调，从而减小了励磁电流进入稳态的时间；逻辑切换电路根据励磁电流的大小与迟滞比较电路设置的阈值上限进行比较，做出逻辑判断，控制高低压切换电路与旁路电路的通断。这种励磁控制系统虽然解决了基于高低压电源切换的电磁流量计励磁控制系统恒流控制难度大、电源切换电路易受干扰和稳压二极管的发热问题，但是，却存在以下不足：（1）高压电源对励磁线圈的激励路径有冗余现象，导致了冗余电路上分担压降，消耗功率，产生多余的热量；同时，增加了电路的不稳定性。（2）恒流电路由恒流芯片和电阻搭建而成。恒流芯片内部集成有带隙基准电路，这个电路上有一定的压降；恒流芯片工作时，其输入输出端需要满足最小压降的要求。这样，恒流电路几乎承担了除励磁线圈以外的所有压降。压降过大，消耗的电能就大，产生的热量就大，使励磁控制系统发热严重。（3）H桥的高压侧使用的是电流控制型器件，压降大，消耗的电能多，发热比较严重。工作时，H桥开关电路高压侧使用的达林顿管的开通上升时间和关断下降时间都是微秒级别的，而低压侧使用的MOS管的开通上升时间和关断下降时间是纳秒级别的，因此，高压侧和低压侧两个开关管的导通和关断的步调不能保持一致，致使需要保留很长的死区保护时间。