CN110068779A - 一种鉴别凸波的比例积分电路及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种鉴别凸波的比例积分电路，该电路的输入参数‑‑电流，来自于主电路，所述主电路由一个全桥电路和单端电路组成，其中，该比例积分电路由一个减法电路和一个二次积分电路组成。有益效果：本发明通过利用主电路和单片机直接计算出磁性材料的饱和电流，从而计算出磁性材料的Bs和Br，此外，该电路除了可以用来测试磁芯材料，还可以用在任意的电路中有电流突变的相关电路参数的测量上面，因此，应用领域极其广泛。
Description
技术领域
本发明涉及电子领域，具体来说，涉及一种鉴别凸波的比例积分电路及方法。
背景技术
随着电子技术的飞速发展，磁性材料的使用也日益广泛，但是，市面上始终找不到一种可以直接测量磁芯材料的饱和磁通密度Bs与剩磁Br的测试仪，这主要是由于磁芯在饱和时，其对应的线圈上面的磁化电流急剧增长(电流波形冒尖)，这个特性虽然在示波器上可以清楚地观察到，可是却难以用单片机或DSP器件甄别或读出这一特性。
针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
针对相关技术中的问题，本发明提出一种鉴别凸波的比例积分电路及方法，其可以利用相关电路和单片机直接计算出磁性材料的饱和电流，从而计算出磁性材料的Bs和Br，并且把这一优良的测量方法推广到其它存在电流突变的电路测量中也获得了很高精度的测量结果，以克服现有相关技术所存在的上述技术难题。
本发明的技术方案是这样实现的：
根据本发明的一个方面，提供了一种鉴别凸波的比例积分电路，该电路的输入参数--电流，来自于主电路，所述主电路由一个让磁芯双向磁化的全桥电路和一个让磁芯单向磁化的单端电路组成。
该比例积分电路由一个减法电路和一个二次积分电路组成。
进一步的，所述减法电路包括电源、电阻R1、电阻R3、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、可变电阻VR3、运算放大器U5A和运算放大器U4A，所述电阻R1的一端与原始电流IS的一端连接，所述电阻R1的另一端分别与所述运算放大器U5A的第二引脚、所述电阻R9的一端和所述电容C5的一端连接，所述运算放大器U5A的第一引脚分别与所述电阻R9的另一端、所述电容C5的另一端、所述电阻R10的一端和所述电容C6的一端连接，所述运算放大器U5A的第三引脚与所述电阻R3的一端连接，所述运算放大器U5A的第八引脚与所述电源的正极VCC连接，所述电阻R10的另一端分别与所述电阻R11的一端、所述电容C8的一端、所述运算放大器U4A的第二引脚和所述电容C7的一端连接，所述运算放大器U4A的第一引脚分别与所述电容C8的另一端、所述电阻R12的一端、所述可变电阻VR3的一端连接，且所述可变电阻VR3的另一端和可变端均与所述电阻R11的另一端连接，所述运算放大器U4A的第三引脚分别与所述电容C7的另一端、所述电容C6的另一端和所述电阻R3的另一端连接且接地，所述运算放大器U4A的第八引脚与电源的正极VCC连接，所述电阻R12的另一端与第一电流输出端ISP连接。
进一步的，所述二次积分电路包括电源、电阻R2、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、可变电阻VR2、运算放大器U5B和运算放大器U4B，所述电阻R2的一端与所述原始电流IS的一端连接，所述电阻R2的另一端分别与所述运算放大器U5B的第六引脚、所述电阻R5的一端和所述电容C1的一端连接，所述运算放大器U5B的第七引脚分别与所述电阻R5的另一端、所述电容C1的另一端、所述电阻R6的一端和所述电容C2的一端连接，所述运算放大器U5B的第五引脚接地，所述运算放大器U5B的第八引脚与所述电源的正极VCC连接，所述电阻R6的另一端分别与所述电阻R7的一端、所述电容C4的一端、所述运算放大器U4B的第六引脚和所述电容C3的一端连接，所述运算放大器U4B的第七引脚分别与所述电容C4的另一端、所述电阻R8的一端和所述可变电阻VR2的一端连接，且所述可变电阻VR2的另一端和可变端均与所述电阻R7的一端连接，所述运算放大器U4B的第五引脚分别与所述电容C3的另一端和所述电容C2的另一端连接且接地，所述运算放大器U4B的第八引脚与电源的正极VCC连接，所述电阻R8的另一端与第二电流输出端ISB连接。
进一步的，所述减法电路和所述二次积分电路之间通过电阻R4和可变电阻VR1连接，所述电阻R4的一端分别与所述电阻R3的一端和所述运算放大器U5A的第三引脚连接，所述电阻R4的另一端与所述可变电阻VR1的一端连接，所述可变电阻VR1的另一端和可变端均分别与所述电容C4的另一端、所述运算放大器U4B的第七引脚、所述电阻R8的一端和所述可变电阻VR2的一端连接。
进一步的，所述运算放大器U5B和U4B用来对采集到的电流信号进行两次积分运算，所述运算放大器U5A和U4A用来对采集到的电流信号与所述U4B的输出信号乘以一个小于1的系数进行减法运算后，对其差进行两次积分运算。
根据本发明的另一个方面，提供了一种鉴别凸波比例积分电路的测量方法，包括以下步骤：
在待测的磁性材料上绕设若干圈导电线圈，并将其接入测试主电路中；
通过单片机控制电路中对应的继电器，使得磁芯线圈先后接入全桥电路和单端电路中；
通过单片机分别逐级调节全桥或单端电路的输出电压和逆变的Ton时间，并记录电流冒尖时的Ton和U；
根据预设方法求出磁芯的最大饱和磁通密度Bs和剩余磁通密度Br；
根据上述预设方法中不同时间段求出的对应数值计算出该磁芯的初始磁导率和有效磁导率。
进一步的，所述待测的磁性材料可以为磁环等带磁性的材料，且所述导电线圈缠绕的圈数为5圈。
进一步的，所述预设方法为：按照磁芯的感应电动势公式：
由(1)得到：
显然，由(2)式就可以求出每个周期内磁通密度的最大变化量，假设在全桥电路中ΔB对应ΔB1，半桥电路中ΔB对应ΔB2，并且假设该磁芯的饱和磁通密度和剩余磁通密度分别为Bs和Br，那么，就有：
ΔB1＝Bs+Br (3)
ΔB2＝Bs-Br (4)
从而可以求得磁芯的最大饱和磁通密度Bs和剩余磁通密度Br。
其中，上面公式中：U是输入电压，也就是通过半桥或全桥电路加在磁芯线圈两端的直流电压；N是磁芯线圈的圈数，ΔΦ是Δt时间内通过线圈的磁通变化量，S磁芯的截面积，ΔB是Ton时间内磁通密度的变化量，Ton是一个或半个周期内开关管的导通时间，ΔH是Ton时间内产生的反应热，H是磁场强度。
进一步的，所述对应数值分别为不同时间段求出的对应的ΔB，ΔH和H值。
本发明的有益效果为：
本发明通过利用主电路和单片机直接计算出磁性材料的饱和电流，从而计算出磁性材料的Bs和Br，此外，该电路除了可以用来测试磁芯材料，还可以用在任意的电路中有电流突变的相关电路参数的测量上面，因此，应用领域极其广泛。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例的一种鉴别凸波的比例积分电路的电路图。
图2是根据本发明实施例的一种鉴别凸波比例积分电路的测量方法的流程图。
具体实施方式
为进一步说明各实施例，本发明提供有附图，这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理，配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点，图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
根据本发明的实施例，提供了一种鉴别凸波的比例积分电路，如图1所示，该电路的输入参数--电流，来自于主电路，所述主电路由一个让磁芯双向磁化的全桥电路和一个让磁芯单向磁化的单端电路组成。
该比例积分电路由一个减法电路和一个二次积分电路组成。
在一个实施例中，所述减法电路包括电源、电阻R1、电阻R3、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、可变电阻VR3、运算放大器U5A和运算放大器U4A，所述电阻R1的一端与原始电流IS的一端连接，所述电阻R1的另一端分别与所述运算放大器U5A的第二引脚、所述电阻R9的一端和所述电容C5的一端连接，所述运算放大器U5A的第一引脚分别与所述电阻R9的另一端、所述电容C5的另一端、所述电阻R10的一端和所述电容C6的一端连接，所述运算放大器U5A的第三引脚与所述电阻R3的一端连接，所述运算放大器U5A的第八引脚与所述电源的正极VCC连接，所述电阻R10的另一端分别与所述电阻R11的一端、所述电容C8的一端、所述运算放大器U4A的第二引脚和所述电容C7的一端连接，所述运算放大器U4A的第一引脚分别与所述电容C8的另一端、所述电阻R12的一端、所述可变电阻VR3的一端连接，且所述可变电阻VR3的另一端和可变端均与所述电阻R11的另一端连接，所述运算放大器U4A的第三引脚分别与所述电容C7的另一端、所述电容C6的另一端和所述电阻R3的另一端连接且接地，所述运算放大器U4A的第八引脚与电源的正极VCC连接，所述电阻R12的另一端与第一电流输出端ISP连接。
在一个实施例中，所述二次积分电路包括电源、电阻R2、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、可变电阻VR2、运算放大器U5B和运算放大器U4B，所述电阻R2的一端与所述原始电流IS的一端连接，所述电阻R2的另一端分别与所述运算放大器U5B的第六引脚、所述电阻R5的一端和所述电容C1的一端连接，所述运算放大器U5B的第七引脚分别与所述电阻R5的另一端、所述电容C1的另一端、所述电阻R6的一端和所述电容C2的一端连接，所述运算放大器U5B的第五引脚接地，所述运算放大器U5B的第八引脚与所述电源的正极VCC连接，所述电阻R6的另一端分别与所述电阻R7的一端、所述电容C4的一端、所述运算放大器U4B的第六引脚和所述电容C3的一端连接，所述运算放大器U4B的第七引脚分别与所述电容C4的另一端、所述电阻R8的一端和所述可变电阻VR2的一端连接，且所述可变电阻VR2的另一端和可变端均与所述电阻R7的一端连接，所述运算放大器U4B的第五引脚分别与所述电容C3的另一端和所述电容C2的另一端连接且接地，所述运算放大器U4B的第八引脚与电源的正极VCC连接，所述电阻R8的另一端与第二电流输出端ISB连接。
在一个实施例中，所述减法电路和所述二次积分电路之间通过电阻R4和可变电阻VR1连接，所述电阻R4的一端分别与所述电阻R3的一端和所述运算放大器U5A的第三引脚连接，所述电阻R4的另一端与所述可变电阻VR1的一端连接，所述可变电阻VR1的另一端和可变端均分别与所述电容C4的另一端、所述运算放大器U4B的第七引脚、所述电阻R8的一端和所述可变电阻VR2的一端连接。
在一个实施例中，所述运算放大器U5B和U4B用来对采集到的电流信号进行两次积分运算，所述运算放大器U5A和U4A用来对采集到的电流信号与所述U4B的输出信号乘以一个小于1的系数进行减法运算后，对其差进行两次积分运算，通过比较第一电流输出端ISP和第二电流输出端ISB的大小就可以知道原始电流IS是否冒尖或电流大小是否出现突变。
其中，本发明专利的核心在于，把电流信号转化成电压信号，在磁芯没有饱和时(也就是电流的变化范围还没有达到电流突变的临界点时)，围绕磁芯的线圈所流过的电流波形是三角形，在这种情况下，我们知道，三角形边长的一半所组成的新三角形，其面积是原来三角形面积的四分之一。维持这个比例系数，在磁芯没有饱和时，两个三角形的面积关系总是成立的。但是，当磁芯一旦饱和，电流波形冒尖，两个三角形的面积关系不再成立，由此就可以鉴别出磁芯是否进入饱和状态，并读出处于这个临界点式的电流大小，电压大小和Ton。
根据本发明的另一个方面，提供了一种鉴别凸波比例积分电路的测量方法，如图2所示，包括以下步骤：
步骤S101，在待测的磁性材料上绕设若干圈导电线圈，并将其接入测试主电路中；
步骤S102，通过单片机控制电路中对应的继电器，使得磁芯线圈先后接入全桥电路和单端电路中；
步骤S103，通过单片机分别逐级调节全桥或单端电路的输出电压和逆变的Ton时间，并记录电流冒尖时的Ton和U；
步骤S104，根据预设方法求出磁芯的最大饱和磁通密度Bs和剩余磁通密度Br；
步骤S105，根据上述预设方法中不同时间段求出的对应数值计算出该磁芯的初始磁导率和有效磁导率。
其中，所述待测的磁性材料可以为磁环等带磁性的材料，且所述导电线圈缠绕的圈数为5圈。
所述预设方法为：按照磁芯的感应电动势公式：
由(1)得到：
显然，由(2)式就可以求出每个周期内磁通密度的最大变化量，假设在全桥电路中ΔB对应ΔB1，半桥电路中ΔB对应ΔB2，并且假设该磁芯的饱和磁通密度和剩余磁通密度分别为Bs和Br，那么，就有：
ΔB1＝Bs+Br (3)
ΔB2＝Bs-Br (4)
从而可以求得磁芯的最大饱和磁通密度Bs和剩余磁通密度Br；
其中，上面公式中：U是输入电压，也就是通过半桥或全桥加在磁芯线圈两端的直流电压；N是磁芯线圈的圈数，ΔΦ是Δt时间内通过线圈的磁通变化量，S磁芯的截面积，ΔB是Ton时间内磁通密度的变化量，Ton是一个或半个周期内开关管的导通时间，ΔH是Ton时间内产生的反应热，H是磁场强度。
具体的，所述对应数值分别为不同时间段求出的对应的ΔB，ΔH和H值。其中，所述磁导率通过公式μ＝B/H得到，其中H＝磁场强度、B＝磁感应强度，常用符号μ表示，μ为介质的磁导率，或称绝对磁导率，
初始磁导率μi：是指基本磁化曲线当H→0时的磁导率，有效磁导率μr：在用电感L形成闭合磁路中(漏磁可以忽略)，磁芯的有效磁导率为：其中，L是绕组的自感量(mH)，W——绕组匝数，Lm是磁路长度，Ae是磁芯截面积。
综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过利用主电路和单片机直接计算出磁性材料的饱和电流，从而计算出磁性材料的Bs和Br，此外，该电路除了可以用来测试磁芯材料，还可以用在任意的电路中有物理量突变的相关电路参数的测量上面，因此，应用领域极其广泛。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种鉴别凸波的比例积分电路，其特征在于，该电路的输入参数--电流，来自于主电路，所述主电路由一个让磁芯双向磁化的全桥电路和一个让磁芯单向磁化的单端电路组成，其中，该比例积分电路由一个减法电路和一个二次积分电路组成。
2.根据权利要求1所述的一种鉴别凸波的比例积分电路，其特征在于，该减法电路包括电源、电阻R1、电阻R3、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、可变电阻VR3、运算放大器U5A和运算放大器U4A，所述电阻R1的一端与原始电流IS的一端连接，所述电阻R1的另一端分别与所述运算放大器U5A的第二引脚、所述电阻R9的一端和所述电容C5的一端连接，所述运算放大器U5A的第一引脚分别与所述电阻R9的另一端、所述电容C5的另一端、所述电阻R10的一端和所述电容C6的一端连接，所述运算放大器U5A的第三引脚与所述电阻R3的一端连接，所述运算放大器U5A的第八引脚与所述电源的正极VCC连接，所述电阻R10的另一端分别与所述电阻R11的一端、所述电容C8的一端、所述运算放大器U4A的第二引脚和所述电容C7的一端连接，所述运算放大器U4A的第一引脚分别与所述电容C8的另一端、所述电阻R12的一端、所述可变电阻VR3的一端连接，且所述可变电阻VR3的另一端和可变端均与所述电阻R11的另一端连接，所述运算放大器U4A的第三引脚分别与所述电容C7的另一端、所述电容C6的另一端和所述电阻R3的另一端连接且接地，所述运算放大器U4A的第八引脚与电源的正极VCC连接，所述电阻R12的另一端与第一电流输出端ISP连接。
3.根据权利要求2所述的一种鉴别凸波的比例积分电路，其特征在于，所述二次积分电路包括电源、电阻R2、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、可变电阻VR2、运算放大器U5B和运算放大器U4B，所述电阻R2的一端与所述原始电流IS的一端连接，所述电阻R2的另一端分别与所述运算放大器U5B的第六引脚、所述电阻R5的一端和所述电容C1的一端连接，所述运算放大器U5B的第七引脚分别与所述电阻R5的另一端、所述电容C1的另一端、所述电阻R6的一端和所述电容C2的一端连接，所述运算放大器U5B的第五引脚接地，所述运算放大器U5B的第八引脚与所述电源的正极VCC连接，所述电阻R6的另一端分别与所述电阻R7的一端、所述电容C4的一端、所述运算放大器U4B的第六引脚和所述电容C3的一端连接，所述运算放大器U4B的第七引脚分别与所述电容C4的另一端、所述电阻R8的一端和所述可变电阻VR2的一端连接，且所述可变电阻VR2的另一端和可变端均与所述电阻R7的一端连接，所述运算放大器U4B的第五引脚分别与所述电容C3的另一端和所述电容C2的另一端连接且接地，所述运算放大器U4B的第八引脚与电源的正极VCC连接，所述电阻R8的另一端与第二电流输出端ISB连接。
4.根据权利要求3所述的一种鉴别凸波的比例积分电路，其特征在于，所述减法电路和所述二次积分电路之间通过电阻R4和可变电阻VR1连接，所述电阻R4的一端分别与所述电阻R3的一端和所述运算放大器U5A的第三引脚连接，所述电阻R4的另一端与所述可变电阻VR1的一端连接，所述可变电阻VR1的另一端和可变端均分别与所述电容C4的另一端、所述运算放大器U4B的第七引脚、所述电阻R8的一端和所述可变电阻VR2的一端连接。
5.根据权利要求4所述的一种鉴别凸波的比例积分电路，其特征在于，所述运算放大器U5B和U4B用来对采集到的电流信号进行两次积分运算，所述运算放大器U5A和U4A用来对采集到的电流信号与所述U4B的输出信号乘以一个小于1的系数进行减法运算后，对其差进行两次积分运算。
6.一种鉴别凸波比例积分电路的测量方法，用于权利要求5所述的一种鉴别凸波的比例积分电路的测量，其特征在于，包括以下步骤：
在待测的磁性材料上绕设若干圈导电线圈，并将其接入测试主电路中；
通过单片机控制电路中对应的继电器，使得磁芯线圈先后接入全桥电路和单端电路中；
通过单片机分别逐级调节全桥或单端电路的输出电压和逆变的Ton时间，并记录电流冒尖时的Ton和U；
根据预设方法求出磁芯的最大饱和磁通密度Bs和剩余磁通密度Br；
根据上述预设方法中不同时间段求出的对应数值计算出该磁芯的初始磁导率和有效磁导率。
7.根据权利要求5所述的一种鉴别凸波比例积分电路的测量方法，其特征在于，所述待测的磁性材料可以为磁环，纳米晶等磁性材料，且所述导电线圈缠绕的圈数为5圈。
8.根据权利要求5所述的一种鉴别凸波比例积分电路的测量方法，其特征在于，所述预设方法为：按照磁芯的感应电动势公式：
由(1)得到：
显然，由(2)式就可以求出每个周期内磁通密度的最大变化量，假设在全桥电路中ΔB对应ΔB1，半桥电路中ΔB对应ΔB2，并且假设该磁芯的饱和磁通密度和剩余磁通密度分别为Bs和Br，那么，就有：
ΔB1＝Bs+Br (3)
ΔB2＝Bs-Br (4)
从而可以求得磁芯的最大饱和磁通密度Bs和剩余磁通密度Br；
其中，上面公式中：U是输入电压，也就是通过半桥或全桥加在磁芯线圈两端的直流电压；N是磁芯线圈的圈数，ΔΦ是Δt时间内通过线圈的磁通变化量，S磁芯的截面积，ΔB是Ton时间内磁通密度的变化量，Ton是一个或半个周期内开关管的导通时间，ΔH是Ton时间内产生的反应热，H是磁场强度。
9.根据权利要求5所述的一种鉴别凸波比例积分电路的测量方法，其特征在于，所述对应数值分别为不同时间段求出的对应的ΔB，ΔH和H值。
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| CN201910505013.7A Pending CN110068779A (zh) | 2019-06-12 | 2019-06-12 | 一种鉴别凸波的比例积分电路及方法 |
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| CN (1) | CN110068779A (zh) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1165593A (zh) * | 1995-09-27 | 1997-11-19 | 三菱电机株式会社 | 脉宽调制控制变换器的控制装置 |
| TW200421696A (en) * | 2002-11-01 | 2004-10-16 | Int Rectifier Corp | One cycle control PFC boost converter integrated circuit with inrush current limiting, fan motor speed control and housekeeping power supply controller |
| CN103763812A (zh) * | 2013-10-28 | 2014-04-30 | 湖南信息科学职业学院 | 一种基于dsp的太阳能半导体照明***及其控制方法 |
| CN103813236A (zh) * | 2012-11-07 | 2014-05-21 | 飞兆半导体公司 | 扬声器保护的相关方法及装置 |
| CN103904621A (zh) * | 2014-04-16 | 2014-07-02 | 中国电子科技集团公司第二十四研究所 | 具有自恢复功能的限流保护与短路保护电路 |
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| CN210109295U (zh) * | 2019-06-12 | 2020-02-21 | 邢台子中电子科技有限公司 | 一种鉴别凸波的比例积分电路 |
-
2019
- 2019-06-12 CN CN201910505013.7A patent/CN110068779A/zh active Pending
Patent Citations (8)
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