一種燃氣比例閥pwm驅(qū)動電路的制作方法
【專利摘要】一種燃氣比例閥PWM驅(qū)動電路，它可廣泛應(yīng)用在燃氣熱水器、燃氣熱水鍋爐等領(lǐng)域。該電路包括由運算放大器IC電路U1及外圍電路組成的PWM信號轉(zhuǎn)換電路，運算放大器IC電路U2及外圍電路組成跟隨反饋電路，三極管Q1、Q2及其外圍電路組成的閥驅(qū)動電路。電路工作時，PWM信號經(jīng)運算放大器IC電路U1及外圍電路轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬電壓，輸入給運算放大器IC電路U2及外圍電路組成跟隨反饋電路，在跟隨反饋電路中該電壓經(jīng)與比例閥反饋采樣電壓比較后輸出合適的開度電壓，此開度電壓控制三極管Q1、Q2及其外圍電路組成的驅(qū)動電路，對比例閥進行驅(qū)動。因為該驅(qū)動電路完全采用硬件控制，運行速度快，控制精度高，對比例閥控制平穩(wěn)，完全無抖動等現(xiàn)象，而且功率三極管Q2內(nèi)部功耗極低，因此是燃氣熱水器、燃氣熱水鍋爐等產(chǎn)品中恒溫控制時非常重要的手段。
【專利說明】—種燃氣比例閥PWM驅(qū)動電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種燃氣比例閥PWM驅(qū)動電路，尤其是一種應(yīng)用于燃氣熱水器、燃氣熱水鍋爐及一些高端恒溫控制技術(shù)產(chǎn)品的比例閥驅(qū)動電路。
【背景技術(shù)】
[0002]目前現(xiàn)有技術(shù)，在燃氣熱水器、燃氣采暖鍋爐等產(chǎn)品，尤其其高端的自動恒溫控制型產(chǎn)品中，使用燃氣比例閥已然普遍。這類產(chǎn)品對燃氣負荷調(diào)節(jié)以及衛(wèi)生熱水和采暖水的恒溫控制采用了相關(guān)自動控制技術(shù)，控制模式多種多樣，如PID控制、模糊控制、自學(xué)習控制等。在這類恒溫控制技術(shù)中，都少不了以比例閥作為執(zhí)行機構(gòu)的控制環(huán)節(jié)，而對比例閥的驅(qū)動控制幾乎也都是PWM控制模式。因此比例閥的驅(qū)動控制也是整個系統(tǒng)控制技術(shù)中非常關(guān)鍵的一環(huán)。
[0003]在現(xiàn)有的自動恒溫控制型燃氣熱水器、燃氣采暖鍋爐等產(chǎn)品中，對比例閥的PWM驅(qū)動大多采用的是比較簡易的開關(guān)型控制模式，其硬件電路結(jié)構(gòu)比較簡單，幾乎都只是完全以PWM信號來直接控制比例閥驅(qū)動三極管的開關(guān)狀態(tài)來實現(xiàn)對比例閥工作電壓的調(diào)制。這種PWM調(diào)制控制大多完全依靠軟件來實現(xiàn)，而且對比例閥電壓的監(jiān)控也是對比例閥電壓進行AD采樣后再通過軟件進行負反饋比較計算后對PWM信號進行修正處理。然而，在系統(tǒng)的恒溫控制算法中，對PWM信號的修正調(diào)整往往又受到來自于溫差乃至于溫度變化的微分、積分等算法結(jié)果的輸出作用影響，因而對比例閥的PWM調(diào)制調(diào)節(jié)控制不僅過程復(fù)雜，而且控制速度和控制精度均大打折扣。最理想的辦法是將系統(tǒng)PWM信號輸出到比例閥驅(qū)動電路后依托一個獨立的運行模塊來實施對比例閥的驅(qū)動，該模塊可單獨直接完成對比例閥驅(qū)動，而且通過其獨立的負反饋系統(tǒng)實現(xiàn)快速自整定，以保證比例閥快速、精確、穩(wěn)定地隨目標PWM信號進行其工作電壓調(diào)整。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是:在于解決自動恒溫控制型燃氣熱水器、燃氣采暖鍋爐等產(chǎn)品中進行恒溫控制設(shè)計時普遍遇到的一個難題，提供一個可獨立運行的比例閥驅(qū)動控制模塊，對比例閥可實現(xiàn)精確快速的自整定和控制，以降低恒溫控制軟件算法的復(fù)雜度，并提高系統(tǒng)恒溫控制精度和速度的一種燃氣比例閥PWM驅(qū)動電路。
[0005]本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的:一種燃氣比例閥PWM驅(qū)動電路，它包括由第一運算放大器IC電路及外圍電路組成的PWM信號轉(zhuǎn)換電路，第二運算放大器IC電路及外圍電路組成跟隨反饋電路，第一三極管、第二三極管及其外圍電路組成的閥驅(qū)動電路等三部分；
[0006]PWM信號轉(zhuǎn)換電路與跟隨反饋電路連接，跟隨反饋電路與閥驅(qū)動電路連接。
[0007]所述的一種燃氣比例閥PWM驅(qū)動電路，其特殊之處在于:所述HVM信號轉(zhuǎn)換電路由第一運算放大器IC電路Ul及其外圍電路第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第一電容Cl、第二電容C2組成；第一電阻Rl —端作為PWM信號輸入接口，另一端則與第一電容Cl正極、第二電阻R2并聯(lián)連接后接入第一運算放大器IC電路Ul的共模輸入口，第一電容Cl負極、第二電阻R2另一端均與電路系統(tǒng)地連接；第一運算放大器IC電路Ul的差模輸入口則與其輸出端直接連接，然后經(jīng)輸出端與第三電阻R3串聯(lián)；第三電阻R3另一端與第二電容C2正極以及第二運算放大器IC電路U2的共模輸入口相并聯(lián)，第二電容C2負極與電路系統(tǒng)地連接；
[0008]所述跟隨反饋電路由第二運算放大器IC電路U2及外圍電路第四電阻R4、第八電阻R8、第九電阻R9、第三電容C3組成；第二運算放大器IC電路U2的共模輸入口與所述PWM信號轉(zhuǎn)換電路的輸出端也即第三電阻R3、第二電容C2的公共連接點連接，其差模輸入口則與第四電阻R4、第三電容C3、第八電阻R8的公共連接點連接；第四電阻R4另一端接系統(tǒng)電源VDD正極，第三電容C3另一極接電路系統(tǒng)地，第八電阻R8另一端與反饋取樣電阻的第九電阻R9以及比例閥的負極接口連接，第九電阻R9另一端接入電路系統(tǒng)地；第二運算放大器IC電路U2的輸出端與閥驅(qū)動電路中的第一三極管Ql的基極電阻第五電阻R5連接；
[0009]所述閥驅(qū)動電路由第一、第二三極管Ql、Q2及其外圍電路第五電阻R5、第六電阻R6、第七電阻R7、第一二極管Dl組成，第一三極管Ql的基極電阻第五電阻R5的一端與跟隨反饋電路中的第二運算放大器IC電路U2的輸出端相連接，第五電阻R5的另一端與第一三極管Ql的基極相連接；第一三極管Ql的發(fā)射極直接與電路系統(tǒng)地連接，其集電極與功率三極管第二三極管Q2的基極電阻第六電阻R6連接，第六電阻R6另一端與第二三極管Q2的基極及上拉電阻第七電阻R7相連接，第七電阻R7的另一端以及第二三極管Q2的發(fā)射極接入比例閥工作電源VCC正極；第二三極管Q2的集電極與比例閥的正極接口連接，第一二極管Dl作為比例閥的反向保護二極管，其與比例閥反向并聯(lián)在一起，其負極與比例閥的正極接口連接，正極則與比例閥的負極接口連接；比例閥的負極接口與跟隨反饋電路中的第八電阻R8及反饋取樣電阻第九電阻R9相并接；
[0010]所述電路中系統(tǒng)電源VDD、比例閥工作電源VCC的負極均與電路系統(tǒng)地相連接；所述第一、第二電路中運算放大器IC電路均工作在系統(tǒng)電源VDD下，也即其電源正極所述與系統(tǒng)電源VDD正極連接，電源負極所述與電路系統(tǒng)地相連接。
[0011]所述的一種燃氣比例閥PWM驅(qū)動電路，其特殊之處在于:第一三極管Ql為NPN型
管，第二三極管Q2為PNP型。
[0012]所述的一種燃氣比例閥PWM驅(qū)動電路，其特殊之處在于:第一電阻Rl的阻值小于第二電阻R2的阻值。
[0013]一種燃氣比例閥PWM驅(qū)動電路，電路工作時，PWM信號經(jīng)運算放大器IC電路Ul及外圍電路轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬電壓，輸入給運算放大器IC電路U2及外圍電路組成跟隨反饋電路，在跟隨反饋電路中該電壓經(jīng)與比例閥反饋采樣電壓比較后輸出合適的開度電壓，此開度電壓控制三極管Ql、Q2及其外圍電路組成的驅(qū)動電路，對比例閥進行驅(qū)動。因為該驅(qū)動電路完全采用硬件控制，運行速度快，控制精度高，對比例閥控制平穩(wěn)，完全無抖動等現(xiàn)象，而且功率三極管Q2內(nèi)部功耗極低，因此是燃氣熱水器、燃氣熱水鍋爐等產(chǎn)品中恒溫控制時非常重要的手段。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明的電路圖。【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。
[0016]如圖1所示，一種燃氣比例閥PWM驅(qū)動電路，它主要包括第一算放大器IC電路Ul及外圍電路組成的PWM信號轉(zhuǎn)換電路，第二運算放大器IC電路U2及外圍電路組成跟隨反饋電路，第一、第二三極管Ql、Q2及其外圍電路組成的閥驅(qū)動電路等三部分。
[0017]如圖1所示，所述PWM信號轉(zhuǎn)換電路由第一運算放大器IC電路Ul及其外圍電路第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第一電容Cl、第二電容C2組成。第一電阻Rl —端作為PWM信號輸入接口，另一端則與第一電容Cl正極、第二電阻R2并聯(lián)連接后接入第一運算放大器IC電路Ul的共模輸入口，第一電容Cl負極、第二電阻R2另一端均與電路系統(tǒng)地連接。第一運算放大器IC電路Ul的差模輸入口則與其輸出端直接連接，然后經(jīng)輸出端與第三電阻R3串聯(lián)。第三電阻R3另一端與第二電容C2正極以及第二運算放大器IC電路U2的共模輸入口相并聯(lián)，第二電容C2負極與電路系統(tǒng)地連接。
[0018]如附圖1所示，所述跟隨反饋電路由第二運算放大器IC電路U2及外圍電路第四電阻R4、第八電阻R8、第九電阻R9、第三電容C3組成。第二運算放大器IC電路U2的共模輸入口與所述PWM信號轉(zhuǎn)換電路的輸出端連接，即與第三電阻R3、第二電容C2的公共連接點連接；其差模輸入口則與第四電阻R4、第三電容C3、第八電阻R8的公共連接點連接。第四電阻R4另一端接系統(tǒng)電源VDD正極，第三電容C3另一極接電路系統(tǒng)地，經(jīng)八電阻R8另一端與反饋取樣電阻第九電阻R9以及比例閥的負極接口連接，第九電阻R9另一端接入電路系統(tǒng)地。第二運算放大器IC的電路U2的輸出端與閥驅(qū)動電路中的第一三極管Ql的基極電阻第五電阻R5連接。
[0019]如附圖1所示，所述閥驅(qū)動電路由第一、第二三極管Q1、Q2及其外圍電路第五電阻R5、第六電阻R6、第七電阻R7、第一二極管Dl組成，其中第一三極管Ql為NPN型管，第二三極管Q2為PNP型功率三極管。第一三極管Ql的基極電阻第五電阻R5的一端與跟隨反饋電路中的第二運算放大器IC電路U2的輸出端相連接，第五電阻R5的另一端與第一三極管Ql的基極相連接。第一三極管Ql發(fā)射極直接與電路系統(tǒng)地連接，其集電極與功率三極管第二三極管Q2的基極電阻第六電阻R6連接，第六電阻R6另一端與第二三極管Q2的基極及上拉電阻的第七電阻R7相連接，第七電阻R7的另一端以及第二三極管Q2的發(fā)射極接入比例閥工作電源VCC正極。第二三極管Q2的集電極與比例閥的正極接口連接，第一二極管Dl作為比例閥的反向保護二極管，其與比例閥反向并聯(lián)在一起，其負極與比例閥的正極接口連接，正極則與比例閥的負極接口連接。比例閥的負極接口與跟隨反饋電路中的第八電阻8及反饋取樣電阻第九電阻R9相并接。
[0020]如附圖1所示，所述電路中系統(tǒng)電源VDD、比例閥工作電源VCC的負極均與電路系統(tǒng)地相連接。所述電路中第一、第二運算放大器IC電路Ul、U2均工作在系統(tǒng)電源VDD下，也即其電源正極所述與系統(tǒng)電源VDD正極連接，電源負極所述與電路系統(tǒng)地相連接。
[0021]如附圖1所示，電路工作時，PWM信號經(jīng)第一電阻R1、第二電阻R2分壓，再經(jīng)第一電容Cl濾波后轉(zhuǎn)換成有少許紋波的相對應(yīng)的模擬電壓信號，再經(jīng)第一運算放大器IC電路Ul構(gòu)成的跟隨整形電路后，在第一運算放大器IC電路Ul的輸出端輸出較為穩(wěn)定的模擬電壓，然后再經(jīng)過第三電阻R3、第二電容C2進一步穩(wěn)壓，最后輸出到第二運算放大器IC電路U2的共模輸入端。[0022]工作初始時，比例閥的驅(qū)動三極管第二三極管Q2處于關(guān)閉狀態(tài)，因此比例閥工作電壓為零，因而反饋電阻第九電阻R9兩端電阻也為零，因此第二運算放大器IC電路U2的共模輸入端的電壓也為零，此時第二運算放大器IC電路U2的輸出端電壓為VDD，該電壓經(jīng)第五電阻R5輸入到經(jīng)一三極管Ql的基極，第一三極管Ql打開，相應(yīng)通過第六電阻R6、功率三極管第二三極管Q2產(chǎn)生基極電流并泄漏到系統(tǒng)地，因而第二三極管Q2也被打開，因此比例閥電源電壓VCC施加到比例閥以及反饋電阻第九電阻R9上。反饋電阻第九電阻R9上的反饋電壓經(jīng)過第八電阻R8、第三電容C3濾波穩(wěn)壓并經(jīng)過第四電阻R4嵌位作用后反饋輸入到第二運算放大器IC電路U2的差模輸入端。第二運算放大器IC電路U2共模端電壓與差模輸入端電壓進行比較，當前者大于后者時，其繼續(xù)輸出高壓VDD，否則輸出零電壓。如此反復(fù)，直到第二運算放大器IC電路U2共模端電壓與差模輸入端電壓差值接近為零。這樣，第二運算放大器IC電路U2及其外圍電路其實構(gòu)成了一套完整的負反饋電壓跟隨電路，讓比例閥的反饋電壓緊緊跟隨第一運算放大器IC電路U2共模輸入端的電壓，也即PWM信號所要求的目標電壓。這樣保證了比例閥的工作電壓就緊緊跟隨PWM信號所要求的目標電壓變化而變化。
[0023]在電路實施時，元器件的參數(shù)選擇至關(guān)重要，其一，分壓電阻第一電阻R1、第二電阻R2的選擇，一般二者取值相等或Rl≤R2，以保證分壓出來的PWM信號幅值在0.5VDD以內(nèi)，因而第一運算放大器IC電路Ul的跟隨電壓范圍在其低端電壓區(qū)，使第一運算放大器IC電路Ul的工作精度更高。其次是反饋第九電阻R9大小的選取，該電阻值要根據(jù)PWM信號范圍、第一電阻Rl和第二電阻R2的取值以及比例閥的工作電壓范圍來選擇。一般而言，比例閥的電阻值+感抗值為82~100 Ω (取中間值90)，比例閥的工作電壓為VCC，當?shù)谝浑娮鑂l和第二電阻R2的取值保證第二運算放大器IC電路U2的共模輸入端模擬電壓在0.5VDD以內(nèi)變化時，R9 = 0.5VDDX90 / (VCC — 0.5VDD — 0.2)，其中0.2為三極管Q2的Vce最小管壓降。當 VDD=5V, VCC=24V 時，R9 ~10 Ω。
[0024]以上所述的僅是本發(fā)明的優(yōu)先實施方式。應(yīng)當指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理`的情況下，還可以作出若干改進和變型，這也視為本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種燃氣比例閥PWM驅(qū)動電路，其特征在于:它包括由第一運算放大器IC電路(Ul)及外圍電路組成的PWM信號轉(zhuǎn)換電路，第二運算放大器IC電路(U2)及外圍電路組成跟隨反饋電路，第一三極管(Ql)、第二三極管(Q2)及其外圍電路組成的閥驅(qū)動電路等三部分； PWM信號轉(zhuǎn)換電路與跟隨反饋電路連接，跟隨反饋電路與閥驅(qū)動電路連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃氣比例閥PWM驅(qū)動電路，其特征在于:所述PWM信號轉(zhuǎn)換電路由第一運算放大器IC電路(Ul)及其外圍電路第一電阻(R1)、第二電阻(R2)、第三電阻(R3)、第一電容(Cl)、第二電容(C2)組成；第一電阻(Rl) —端作為PWM信號輸入接口，另一端則與第一電容(Cl)正極、第二電阻(R2)并聯(lián)連接后接入第一運算放大器IC電路(Ul)的共模輸入口，第一電容(Cl)負極、第二電阻(R2)另一端均與電路系統(tǒng)地連接；第一運算放大器IC電路(Ul)的差模輸入口則與其輸出端直接連接，然后經(jīng)輸出端與第三電阻(R3)串聯(lián)；第三電阻(R3)另一端與第二電容(C2)正極以及第二運算放大器IC電路(U2)的共模輸入口相并聯(lián)，第二電容(C2)負極與電路系統(tǒng)地連接； 所述跟隨反饋電路由第二運算放大器IC電路(U2)及外圍電路第四電阻(R4)、第八電阻(R8)、第九電阻(R9)、第三電容(C3)組成；第二運算放大器IC電路(U2)的共模輸入口與所述PWM信號轉(zhuǎn)換電路的輸出端也即第三電阻(R3)、第二電容(C2)的公共連接點連接，其差模輸入口則與第四電阻(R4)、第三電容(C3)、第八電阻(R8)的公共連接點連接；第四電阻(R4 )另一端接系統(tǒng)電源VDD正極，第三電容(C3 )另一極接電路系統(tǒng)地，第八電阻(R8 )另一端與反饋取樣電阻的第九電阻(R9)以及比例閥的負極接口連接，第九電阻(R9)另一端接入電路系統(tǒng)地；第二運算放大器IC電路(U2)的輸出端與閥驅(qū)動電路中的第一三極管(Ql)的基極電阻第五電阻(R5)連接； 所述閥驅(qū)動電路由第一、第二三極管(Ql、Q2)及其外圍電路第五電阻(R5)、第六電阻(R6)、第七電阻(R7)、第一二極管(Dl)組成，第一三極管(Ql)的基極電阻第五電阻(R5)的一端與跟隨反饋電路中的第二運算放大器IC電路(U2)的輸出端相連接，第五電阻(R5)的另一端與第一三極管(Ql)的基極相連接；第一三極管(Ql)發(fā)射極直接與電路系統(tǒng)地連接，其集電極與功率三極管第二三極管(Q2)的基極電阻第六電阻(R6)連接，第六電阻(R6)另一端與第二三極管(Q2)的基極及上拉電阻第七電阻(R7)相連接，第七電阻(R7)的另一端以及第二三極管(Q2)的發(fā)射極接入比例閥工作電源VCC正極；第二三極管(Q2)的集電極與比例閥的正極接口連接，第一二極管(Dl)作為比例閥的反向保護二極管，其與比例閥反向并聯(lián)在一起，其負極與比例閥的正極接口連接，正極則與比例閥的負極接口連接；比例閥的負極接口與跟隨反饋電路中的第八電阻8及反饋取樣電阻第九電阻(R9)相并接； 所述電路中系統(tǒng)電源VDD、比例閥工作電源VCC的負極均與電路系統(tǒng)地相連接；所述第一、第二電路中運算放大器IC電路(U1、U2)均工作在系統(tǒng)電源VDD下。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃氣比例閥PWM驅(qū)動電路，其特征在于:第一三極管(Ql)為NPN型管，第二三極管(Q2)為PNP型。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種燃氣比例閥PWM驅(qū)動電路，其特征在于:第一電阻(Rl)的阻值小于或等于第二電阻(R2)的阻值。
【文檔編號】F16K31/02GK203477541SQ201320430745
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年7月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月19日
【發(fā)明者】胡志恒, 劉筱明, 高中偉 申請人:佛山市順德區(qū)希駿電子有限公司