CN103411010A - 一种燃气比例阀pwm驱动电路 - Google Patents

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一种燃气比例阀PWM驱动电路,它可广泛应用在燃气热水器、燃气热水锅炉等领域。该电路包括由运算放大器IC电路U1及***电路组成的PWM信号转换电路,运算放大器IC电路U2及***电路组成跟随反馈电路,三极管Q1、Q2及其***电路组成的阀驱动电路。电路工作时,PWM信号经运算放大器IC电路U1及***电路转换成相应的模拟电压,输入给运算放大器IC电路U2及***电路组成跟随反馈电路,在跟随反馈电路中该电压经与比例阀反馈采样电压比较后输出合适的开度电压,此开度电压控制三极管Q1、Q2及其***电路组成的驱动电路,对比例阀进行驱动。因为该驱动电路完全采用硬件控制,运行速度快,控制精度高,对比例阀控制平稳,完全无抖动等现象,而且功率三极管Q2内部功耗极低,是燃气热水器、燃气热水锅炉恒温控制时非常重要的手段。

Description

一种燃气比例阀PWM驱动电路
技术领域
本发明涉及一种燃气比例阀PWM驱动电路,尤其是一种应用于燃气热水器、燃气热水锅炉及一些高端恒温控制技术产品的比例阀驱动电路。 
背景技术
目前现有技术,在燃气热水器、燃气采暖锅炉等产品,尤其其高端的自动恒温控制型产品中,使用燃气比例阀已然普遍。这类产品对燃气负荷调节以及卫生热水和采暖水的恒温控制采用了相关自动控制技术,控制模式多种多样,如PID控制、模糊控制、自学习控制等。在这类恒温控制技术中,都少不了以比例阀作为执行机构的控制环节,而对比例阀的驱动控制几乎也都是PWM控制模式。因此比例阀的驱动控制也是整个***控制技术中非常关键的一环。 
在现有的自动恒温控制型燃气热水器、燃气采暖锅炉等产品中,对比例阀的PWM驱动大多采用的是比较简易的开关型控制模式,其硬件电路结构比较简单,几乎都只是完全以PWM信号来直接控制比例阀驱动三极管的开关状态来实现对比例阀工作电压的调制。这种PWM调制控制大多完全依靠软件来实现,而且对比例阀电压的监控也是对比例阀电压进行AD采样后再通过软件进行负反馈比较计算后对PWM信号进行修正处理。然而,在***的恒温控制算法中,对PWM信号的修正调整往往又受到来自于温差乃至于温度变化的微分、积分等算法结果的输出作用影响,因而对比例阀的PWM调制调节控制不仅过程复杂,而且控制速度和控制精度均大打折扣。最理想的办法是将***PWM信号输出到比例阀驱动电路后依托一个独立的运行模块来实施对比例阀的驱动,该模块可单独直接完成对比例阀驱动,而且通过其独立的负反馈***实现快速自整定,以保证比例阀快速、精确、稳定地随目标PWM信号进行其工作电压调整。 
发明内容
本发明的目的是:在于解决自动恒温控制型燃气热水器、燃气采暖锅炉等产品中进行恒温控制设计时普遍遇到的一个难题,提供一个可独立运行的比例阀驱动控制模块,对比例阀可实现精确快速的自整定和控制,以降低恒温控制软件算法的复杂度,并提高***恒温控制精度和速度的一种燃气比例阀PWM驱动电路。 
本发明是这样实现的:一种燃气比例阀PWM驱动电路,它包括由第一运算放大器IC电路及***电路组成的PWM信号转换电路,第二运算放大器IC电路及***电路组成跟随反馈电路,第一三极管、第二三极管及其***电路组成的阀驱动电路等三部分; 
PWM信号转换电路与跟随反馈电路连接,跟随反馈电路与阀驱动电路连接。
所述的一种燃气比例阀PWM驱动电路,其特殊之处在于:所述PWM信号转换电路由第一运算放大器IC电路U1及其***电路第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1、第二电容C2组成;第一电阻R1一端作为PWM信号输入接口,另一端则与第一电容C1正极、第二电阻R2并联连接后接入第一运算放大器IC电路U1的共模输入口,第一电容C1负极、第二电阻R2另一端均与电路***地连接;第一运算放大器IC电路U1的差模输入口则与其输出端直接连接,然后经输出端与第三电阻R3串联;第三电阻R3另一端与第二电容C2正极以及第二运算放大器IC电路U2的共模输入口相并联,第二电容C2负极与电路***地连接; 
所述跟随反馈电路由第二运算放大器IC电路U2及***电路第四电阻R4、第八电阻R8、第九电阻R9、第三电容C3组成;第二运算放大器IC电路U2的共模输入口与所述PWM信号转换电路的输出端也即第三电阻R3、第二电容C2的公共连接点连接,其差模输入口则与第四电阻R4、第三电容C3、第八电阻R8的公共连接点连接;第四电阻R4另一端接***电源VDD正极,第三电容C3另一极接电路***地,第八电阻R8另一端与反馈取样电阻的第九电阻R9以及比例阀的负极接口连接,第九电阻R9另一端接入电路***地;第二运算放大器IC电路U2的输出端与阀驱动电路中的第一三极管Q1的基极电阻第五电阻R5连接;
所述阀驱动电路由第一、第二三极管Q1、Q2及其***电路第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第一二极管D1组成,第一三极管Q1的基极电阻第五电阻R5的一端与跟随反馈电路中的第二运算放大器IC电路U2的输出端相连接,第五电阻R5的另一端与第一三极管Q1的基极相连接;第一三极管Q1的发射极直接与电路***地连接,其集电极与功率三极管第二三极管Q2的基极电阻第六电阻R6连接,第六电阻R6另一端与第二三极管Q2的基极及上拉电阻第七电阻R7相连接,第七电阻R7的另一端以及第二三极管Q2的发射极接入比例阀工作电源VCC正极;第二三极管Q2的集电极与比例阀的正极接口连接,第一二极管D1作为比例阀的反向保护二极管,其与比例阀反向并联在一起,其负极与比例阀的正极接口连接,正极则与比例阀的负极接口连接;比例阀的负极接口与跟随反馈电路中的第八电阻R8及反馈取样电阻第九电阻R9相并接;
所述电路中***电源VDD、比例阀工作电源VCC的负极均与电路***地相连接;所述第一、第二电路中运算放大器IC电路均工作在***电源VDD下,也即其电源正极所述与***电源VDD正极连接,电源负极所述与电路***地相连接。
所述的一种燃气比例阀PWM驱动电路,其特殊之处在于:第一三极管Q1为NPN型管,第二三极管Q2为PNP型。 
所述的一种燃气比例阀PWM驱动电路,其特殊之处在于:第一电阻R1的阻值小于第二电阻R2的阻值。 
一种燃气比例阀PWM驱动电路,电路工作时,PWM信号经运算放大器IC电路U1及***电路转换成相应的模拟电压,输入给运算放大器IC电路U2及***电路组成跟随反馈电路,在跟随反馈电路中该电压经与比例阀反馈采样电压比较后输出合适的开度电压,此开度电压控制三极管Q1、Q2及其***电路组成的驱动电路,对比例阀进行驱动。因为该驱动电路完全采用硬件控制,运行速度快,控制精度高,对比例阀控制平稳,完全无抖动等现象,而且功率三极管Q2内部功耗极低,因此是燃气热水器、燃气热水锅炉等产品中恒温控制时非常重要的手段。 
附图说明
图1是本发明的电路图。 
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。 
如图1所示,一种燃气比例阀PWM驱动电路,它主要包括第一算放大器IC电路U1及***电路组成的PWM信号转换电路,第二运算放大器IC电路U2及***电路组成跟随反馈电路,第一、第二三极管Q1、Q2及其***电路组成的阀驱动电路等三部分。 
如图1所示,所述PWM信号转换电路由第一运算放大器IC电路U1及其***电路第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1、第二电容C2组成。第一电阻R1一端作为PWM信号输入接口,另一端则与第一电容C1正极、第二电阻R2并联连接后接入第一运算放大器IC电路U1的共模输入口,第一电容C1负极、第二电阻R2另一端均与电路***地连接。第一运算放大器IC电路U1的差模输入口则与其输出端直接连接,然后经输出端与第三电阻R3串联。第三电阻R3另一端与第二电容C2正极以及第二运算放大器IC电路U2的共模输入口相并联,第二电容C2负极与电路***地连接。 
如附图1所示,所述跟随反馈电路由第二运算放大器IC电路U2及***电路第四电阻R4、第八电阻R8、第九电阻R9、第三电容C3组成。第二运算放大器IC电路U2的共模输入口与所述PWM信号转换电路的输出端连接,即与第三电阻R3、第二电容C2的公共连接点连接;其差模输入口则与第四电阻R4、第三电容C3、第八电阻R8的公共连接点连接。第四电阻R4另一端接***电源VDD正极,第三电容C3另一极接电路***地,经八电阻R8另一端与反馈取样电阻第九电阻R9以及比例阀的负极接口连接,第九电阻R9另一端接入电路***地。第二运算放大器IC的电路U2的输出端与阀驱动电路中的第一三极管Q1的基极电阻第五电阻R5连接。 
如附图1所示,所述阀驱动电路由第一、第二三极管Q1、Q2及其***电路第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第一二极管D1组成,其中第一三极管Q1为NPN型管,第二三极管Q2为PNP型功率三极管。第一三极管Q1的基极电阻第五电阻R5的一端与跟随反馈电路中的第二运算放大器IC电路U2的输出端相连接,第五电阻R5的另一端与第一三极管Q1的基极相连接。第一三极管Q1发射极直接与电路***地连接,其集电极与功率三极管第二三极管Q2的基极电阻第六电阻R6连接,第六电阻R6另一端与第二三极管Q2的基极及上拉电阻的第七电阻R7相连接,第七电阻R7的另一端以及第二三极管Q2的发射极接入比例阀工作电源VCC正极。第二三极管Q2的集电极与比例阀的正极接口连接,第一二极管D1作为比例阀的反向保护二极管,其与比例阀反向并联在一起,其负极与比例阀的正极接口连接,正极则与比例阀的负极接口连接。比例阀的负极接口与跟随反馈电路中的第八电阻8及反馈取样电阻第九电阻R9相并接。 
如附图1所示,所述电路中***电源VDD、比例阀工作电源VCC的负极均与电路***地相连接。所述电路中第一、第二运算放大器IC电路U1、U2均工作在***电源VDD下,也即其电源正极所述与***电源VDD正极连接,电源负极所述与电路***地相连接。 
如附图1所示,电路工作时,PWM信号经第一电阻R1、第二电阻R2分压,再经第一电容C1滤波后转换成有少许纹波的相对应的模拟电压信号,再经第一运算放大器IC电路U1构成的跟随整形电路后,在第一运算放大器IC电路U1的输出端输出较为稳定的模拟电压,然后再经过第三电阻R3、第二电容C2进一步稳压,最后输出到第二运算放大器IC电路U2的共模输入端。 
工作初始时,比例阀的驱动三极管第二三极管Q2处于关闭状态,因此比例阀工作电压为零,因而反馈电阻第九电阻R9两端电阻也为零,因此第二运算放大器IC电路U2的共模输入端的电压也为零,此时第二运算放大器IC电路U2的输出端电压为VDD,该电压经第五电阻R5输入到经一三极管Q1的基极,第一三极管Q1打开,相应通过第六电阻R6、功率三极管第二三极管Q2产生基极电流并泄漏到***地,因而第二三极管Q2也被打开,因此比例阀电源电压VCC施加到比例阀以及反馈电阻第九电阻R9上。反馈电阻第九电阻R9上的反馈电压经过第八电阻R8、第三电容C3滤波稳压并经过第四电阻R4嵌位作用后反馈输入到第二运算放大器IC电路U2的差模输入端。第二运算放大器IC电路U2共模端电压与差模输入端电压进行比较,当前者大于后者时,其继续输出高压VDD,否则输出零电压。如此反复,直到第二运算放大器IC电路U2共模端电压与差模输入端电压差值接近为零。这样,第二运算放大器IC电路U2及其***电路其实构成了一套完整的负反馈电压跟随电路,让比例阀的反馈电压紧紧跟随第一运算放大器IC电路U2共模输入端的电压,也即PWM信号所要求的目标电压。这样保证了比例阀的工作电压就紧紧跟随PWM信号所要求的目标电压变化而变化。 
在电路实施时,元器件的参数选择至关重要,其一,分压电阻第一电阻R1、第二电阻R2的选择,一般二者取值相等或R1≤R2,以保证分压出来的PWM信号幅值在0.5VDD以内,因而第一运算放大器IC电路U1的跟随电压范围在其低端电压区,使第一运算放大器IC电路U1的工作精度更高。其次是反馈第九电阻R9大小的选取,该电阻值要根据PWM信号范围、第一电阻R1和第二电阻R2的取值以及比例阀的工作电压范围来选择。一般而言,比例阀的电阻值+感抗值为82~100Ω(取中间值90),比例阀的工作电压为VCC,当第一电阻R1和第二电阻R2的取值保证第二运算放大器IC电路U2的共模输入端模拟电压在0.5VDD以内变化时,R9=0.5VDD×90/(VCC-0.5VDD-0.2),其中0.2为三极管Q2的Vce最小管压降。当VDD=5V,VCC=24V时,R9≈10Ω。 
以上所述的仅是本发明的优先实施方式。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的情况下,还可以作出若干改进和变型,这也视为本发明的保护范围。 

Claims (4)

1.一种燃气比例阀PWM驱动电路,其特征在于:它包括由第一运算放大器IC电路(U1)及***电路组成的PWM信号转换电路,第二运算放大器IC电路(U2)及***电路组成跟随反馈电路,第一三极管(Q1)、第二三极管(Q2)及其***电路组成的阀驱动电路等三部分;
PWM信号转换电路与跟随反馈电路连接,跟随反馈电路与阀驱动电路连接。
2.根据权利要求1所述的一种燃气比例阀PWM驱动电路,其特征在于:所述PWM信号转换电路由第一运算放大器IC电路(U1)及其***电路第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第一电容(C1)、第二电容(C2)组成;第一电阻(R1)一端作为PWM信号输入接口,另一端则与第一电容(C1)正极、第二电阻(R2)并联连接后接入第一运算放大器IC电路(U1)的共模输入口,第一电容(C1)负极、第二电阻(R2)另一端均与电路***地连接;第一运算放大器IC电路(U1)的差模输入口则与其输出端直接连接,然后经输出端与第三电阻(R3)串联;第三电阻(R3)另一端与第二电容(C2)正极以及第二运算放大器IC电路(U2)的共模输入口相并联,第二电容(C2)负极与电路***地连接;
所述跟随反馈电路由第二运算放大器IC电路(U2)及***电路第四电阻(R4)、第八电阻(R8)、第九电阻(R9)、第三电容(C3)组成;第二运算放大器IC电路(U2)的共模输入口与所述PWM信号转换电路的输出端也即第三电阻(R3)、第二电容(C2)的公共连接点连接,其差模输入口则与第四电阻(R4)、第三电容(C3)、第八电阻(R8)的公共连接点连接;第四电阻(R4)另一端接***电源VDD正极,第三电容(C3)另一极接电路***地,第八电阻(R8)另一端与反馈取样电阻的第九电阻(R9)以及比例阀的负极接口连接,第九电阻(R9)另一端接入电路***地;第二运算放大器IC电路(U2)的输出端与阀驱动电路中的第一三极管(Q1)的基极电阻第五电阻(R5)连接;
所述阀驱动电路由第一、第二三极管(Q1、Q2)及其***电路第五电阻(R5)、第六电阻(R6)、第七电阻(R7)、第一二极管(D1)组成,第一三极管(Q1)的基极电阻第五电阻(R5)的一端与跟随反馈电路中的第二运算放大器IC电路(U2)的输出端相连接,第五电阻(R5)的另一端与第一三极管(Q1)的基极相连接;第一三极管(Q1)发射极直接与电路***地连接,其集电极与功率三极管第二三极管(Q2)的基极电阻第六电阻(R6)连接,第六电阻(R6)另一端与第二三极管(Q2)的基极及上拉电阻第七电阻(R7)相连接,第七电阻(R7)的另一端以及第二三极管(Q2)的发射极接入比例阀工作电源VCC正极;第二三极管(Q2)的集电极与比例阀的正极接口连接,第一二极管(D1)作为比例阀的反向保护二极管,其与比例阀反向并联在一起,其负极与比例阀的正极接口连接,正极则与比例阀的负极接口连接;比例阀的负极接口与跟随反馈电路中的第八电阻8及反馈取样电阻第九电 阻(R9)相并接;
所述电路中***电源VDD、比例阀工作电源VCC的负极均与电路***地相连接;所述第一、第二电路中运算放大器IC电路(U1、U2)均工作在***电源VDD下,也即其电源正极所述与***电源VDD正极连接,电源负极所述与电路***地相连接。
3.根据权利要求1所述的一种燃气比例阀PWM驱动电路,其特征在于:第一三极管(Q1)为NPN型管,第二三极管(Q2)为PNP型。
4.根据权利要求2或3所述的一种燃气比例阀PWM驱动电路,其特征在于:第一电阻R1的阻值小于或等于第二电阻R2的阻值。
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