本發(fā)明屬于工業(yè)測控領(lǐng)域，涉及一種電路，特別涉及一種基于超級電容續(xù)航的磁粉制動器驅(qū)動與欠壓保護電路，適用于在斷電時需進行保護性續(xù)航運行的各類電磁執(zhí)行機構(gòu)的控制應(yīng)用場合。

背景技術(shù)：

在許多以磁粉制動器為各類卷繞物放卷張力控制執(zhí)行機構(gòu)的卷繞物高速生產(chǎn)過程中，一旦發(fā)生斷電或生產(chǎn)中的緊急剎車制動時，卷繞物原料的放卷軸因失去制動作用，在高速的慣性作用下，使得方卷軸上的原料被繼續(xù)高速放出而堆積報廢并導(dǎo)致生產(chǎn)機組無法正常重起動運行，造成極大損失，且目前尚無很好的解決方案。本發(fā)明擬用超級電容作為儲能元件進行斷電時的續(xù)航運行，但超級電容涉及充放電電流與欠壓保護等控制問題，目前，常用的方案及其不足之處在于：(1)方案1：以電感作為上電時充電沖擊電流抑制元件的lc充電方案，該方案可防止上電時的電流沖擊性突變，但無法控制超級電容的穩(wěn)態(tài)充電電流。(2)方案1：基于開關(guān)穩(wěn)壓控制模塊的恒壓充電控制方案，例如采用l4970a開關(guān)穩(wěn)壓控制模塊，但只能對最大電流進行限流保護，而無法實現(xiàn)動態(tài)恒流、穩(wěn)態(tài)恒壓的平穩(wěn)、快速充電控制。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提出一種基于超級電容續(xù)航的磁粉制動器驅(qū)動與欠壓保護電路。該電路集電壓/電流雙閉環(huán)控制、lc緩沖與濾波、滯環(huán)比較式負(fù)載供電控制等功能于一體，實現(xiàn)度超級電容的動態(tài)恒流充電、穩(wěn)態(tài)時的穩(wěn)壓控制，當(dāng)供電電源斷電時由超級電容對卷繞物放卷執(zhí)行機構(gòu)-磁粉制動器驅(qū)動控制電路進行續(xù)航供電，防止斷電時因高速生產(chǎn)的慣性造成原料大量報廢甚至使生產(chǎn)機組癱瘓，并在超級電容欠壓時自動切斷負(fù)載實現(xiàn)欠壓保護以提高超級電容的壽命。

本發(fā)明包括恒流恒壓充電電路、欠壓保護與輸出控制電路。

恒流恒壓充電電路包括控制芯片ic1、超級電容sc1、抑流電感l(wèi)1、電容電壓指示燈led1、延時電阻r1、調(diào)頻電阻r2、調(diào)壓電阻r3、上限流電阻r4、下限流電阻r5、左燈電阻r6、輸入電容c1、延時電容c2，控制芯片ic1的輸入端vin端與電路供電電壓端uin端、延時電阻r1的一端、輸入電容c1的一端連接，控制芯片ic1的運行控制端run端與延時電阻r1的另一端、延時電容c2的一端連接，控制芯片ic1的電阻端rt端與調(diào)頻電阻r2的一端連接，控制芯片ic1的調(diào)整端adj端與調(diào)壓電阻r3的一端連接，輸入電容c1的另一端、延時電容c2的另一端、調(diào)頻電阻r2的另一端、調(diào)壓電阻r3的另一端均接地，控制芯片ic1的輸出端vout端與抑流電感l(wèi)1的一端連接，控制芯片ic1的參考端vref端與電路參考端vref端、上限流電阻r4的一端連接，控制芯片ic1的限流端ctl-i端與上限流電阻r4的另一端、下限流電阻r5的一端連接，下限流電阻r5的另一端接地，控制芯片ic1的地端gnd端接地，抑流電感l(wèi)1的另一端與電容電壓指示燈led1的陽極、超級電容sc1的正極端+端、上分壓電阻r7的一端、比較器ic2的正電源端+v端、上拉電阻r11的一端、三極管vt1的射極e端連接，電容電壓指示燈led1的陰極與左燈電阻r6的一端連接，左燈電阻r6的另一端接地，超級電容sc1的負(fù)極端-端接地。

欠壓保護與輸出控制電路包括比較器ic2、跟隨器ic3、三極管vt1、mos管vt2、磁粉制動器bk1、電感續(xù)流二極管vd1、負(fù)載續(xù)流二極管vd2、濾波電感l(wèi)2、負(fù)載電壓指示燈led2、上分壓電阻r7、下分壓電阻r8、正端電阻r9、滯環(huán)電阻r10、上拉電阻r11、基極電阻r12、右燈電阻r13、檢測電容c3、輸出電容c4、濾波電容c5，上分壓電阻r7的另一端與比較器ic2的負(fù)輸入端-in端、下分壓電阻r8的一端、檢測電容c3的一端、跟隨器ic3的正輸入端+in端連接，下分壓電阻r8的另一端接地，檢測電容c3的另一端接地，跟隨器ic3的負(fù)輸入端-in端與ic3的輸出端out端、電容監(jiān)測電壓端ucs端連接，跟隨器ic3的正電源端+v端與電路供電電壓端uin端連接，跟隨器ic3的地端gnd端接地，比較器ic2的正輸入端+in端與正端電阻r9的一端、滯環(huán)電阻r10的一端連接，正端電阻r9的另一端與與電路參考端vref端連接，滯環(huán)電阻r10的另一端與ic2的輸出端out端、ic2的輸出使能電壓端uoc端、上拉電阻r11的另一端、基極電阻r12的一端連接，ic2的地端gnd端接地，基極電阻r12的另一端與三極管vt1的基極b端連接，三極管vt1的集電極c端與電感續(xù)流二極管vd1的陰極、濾波電感l(wèi)2的一端、負(fù)載電壓指示燈led2的陽極連接，負(fù)載電壓指示燈led2的陰極與右燈電阻r13的一端連接，電感續(xù)流二極管vd1的陽極接地，右燈電阻r13的另一端接地，濾波電感l(wèi)2的另一端與輸出電容c4的正極端+端、濾波電容c5的一端、負(fù)載續(xù)流二極管vd2的陰極、磁粉制動器bk1的一端連接，輸出電容c4的負(fù)極端-端接地，濾波電容c5的另一端接地，mos管vt2的源極s端接地，mos管vt2的漏極d端與負(fù)載續(xù)流二極管vd2的陽極、磁粉制動器bk1的另一端連接，mos管vt2的柵極g端與mos管驅(qū)動電壓端ugs端連接。

本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明利用恒壓恒流的雙閉環(huán)開關(guān)電源控制器件、電壓比較器、跟隨器、功率三極管、功率場效應(yīng)管等常規(guī)器件，實現(xiàn)對超級電容的恒流恒壓快速充電與欠壓保護電路，且當(dāng)供電電源斷電時由超級電容對卷繞物放卷執(zhí)行機構(gòu)-磁粉制動器驅(qū)動控制電路進行續(xù)航供電，防止斷電時因高速生產(chǎn)的慣性造成原料大量報廢甚至使生產(chǎn)機組癱瘓，并在超級電容欠壓時自動切斷負(fù)載實現(xiàn)欠壓保護以提高超級電容的壽命。該方法功能強、成本低、可靠性高、通用性好、易產(chǎn)品化。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的電路圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。

如圖1所示，基于超級電容續(xù)航的磁粉制動器驅(qū)動與欠壓保護電路，包括恒流恒壓充電電路、欠壓保護與輸出控制電路。

恒流恒壓充電電路包括控制芯片ic1、超級電容sc1、抑流電感l(wèi)1、電容電壓指示燈led1、延時電阻r1、調(diào)頻電阻r2、調(diào)壓電阻r3、上限流電阻r4、下限流電阻r5、左燈電阻r6、輸入電容c1、延時電容c2，控制芯片ic1的輸入端vin端與電路供電電壓端uin端、延時電阻r1的一端、輸入電容c1的一端連接，ic1的運行控制端run端與延時電阻r1的另一端、延時電容c2的一端連接，ic1的電阻端rt端與調(diào)頻電阻r2的一端連接，ic1的調(diào)整端adj端與調(diào)壓電阻r3的一端連接，輸入電容c1的另一端、延時電容c2的另一端、調(diào)頻電阻r2的另一端、調(diào)壓電阻r3的另一端均接地，ic1的輸出端vout端與抑流電感l(wèi)1的一端連接，ic1的參考端vref端與電路參考端vref端、上限流電阻r4的一端連接，ic1的限流端ctl-i端與上限流電阻r4的另一端、下限流電阻r5的一端連接，下限流電阻r5的另一端接地，ic1的地端gnd端接地，抑流電感l(wèi)1的另一端與電容電壓指示燈led1的陽極、超級電容sc1的正極端+端、上分壓電阻r7的一端、比較器ic2的正電源端+v端、上拉電阻r11的一端、三極管vt1的射極e端連接，電容電壓指示燈led1的陰極與左燈電阻r6的一端連接，左燈電阻r6的另一端接地，超級電容sc1的負(fù)極端-端接地。

欠壓保護與輸出控制電路包括比較器ic2、跟隨器ic3、三極管vt1、mos管vt2、磁粉制動器bk1、電感續(xù)流二極管vd1、負(fù)載續(xù)流二極管vd2、濾波電感l(wèi)2、負(fù)載電壓指示燈led2、上分壓電阻r7、下分壓電阻r8、正端電阻r9、滯環(huán)電阻r10、上拉電阻r11、基極電阻r12、右燈電阻r13、檢測電容c3、輸出電容c4、濾波電容c5，上分壓電阻r7的另一端與比較器ic2的負(fù)輸入端-in端、下分壓電阻r8的一端、檢測電容c3的一端、跟隨器ic3的正輸入端+in端連接，下分壓電阻r8的另一端接地，檢測電容c3的另一端接地，ic3的負(fù)輸入端-in端與ic3的輸出端out端、電容監(jiān)測電壓端ucs端連接，ic3的正電源端+v端與電路供電電壓端uin端連接，ic3的地端gnd端接地，比較器ic2的正輸入端+in端與正端電阻r9的一端、滯環(huán)電阻r10的一端連接，正端電阻r9的另一端與與電路參考端vref端連接，滯環(huán)電阻r10的另一端與ic2的輸出端out端、輸出使能電壓端uoc端、上拉電阻r11的另一端、基極電阻r12的一端連接，ic2的地端gnd端接地，基極電阻r12的另一端與三極管vt1的基極b端連接，三極管vt1的集電極c端與電感續(xù)流二極管vd1的陰極、濾波電感l(wèi)2的一端、負(fù)載電壓指示燈led2的陽極連接，負(fù)載電壓指示燈led2的陰極與右燈電阻r13的一端連接，電感續(xù)流二極管vd1的陽極接地，右燈電阻r13的另一端接地，濾波電感l(wèi)2的另一端與輸出電容c4的正極端+端、濾波電容c5的一端、負(fù)載續(xù)流二極管vd2的陰極、磁粉制動器bk1的一端連接，輸出電容c4的負(fù)極端-端接地，濾波電容c5的另一端接地，mos管vt2的源極s端接地，mos管vt2的漏極d端與負(fù)載續(xù)流二極管vd2的陽極、磁粉制動器bk1的另一端連接，mos管vt2的柵極g端與mos管驅(qū)動電壓端ugs端連接。

本發(fā)明所使用的包括控制芯片ic1、比較器ic2、跟隨器ic3、三極管vt1、mos管vt2、電感續(xù)流二極管vd1、負(fù)載續(xù)流二極管vd2等在內(nèi)的所有器件均采用現(xiàn)有的成熟產(chǎn)品，可以通過市場取得。例如：控制芯片采用ltm8026，比較器采用lm311，跟隨器采用op07，三極管采用b67328pnp達林頓管，二極管采用6tq045s等。

本發(fā)明中的主要電路參數(shù)整定原則如下：

(1)超級電容sc1的穩(wěn)壓設(shè)定：設(shè)超級電容兩端電壓為uc(v)，則調(diào)壓電阻r3的參數(shù)整定如式(1)所示。

(2)超級電容充電電流設(shè)定：設(shè)超級電容的最大充電電流為icm(a),則上限流電阻r4、下限流電阻r5的參數(shù)配合關(guān)系如式(2)所示。

(3)欠壓保護閾值的整定：通過調(diào)整上分壓電阻r7、下分壓電阻r8的相對比值可對超級電容的最小工作電壓進行保護，低于此最小電壓時，使三極管vt1關(guān)斷，實現(xiàn)欠壓保護，停止向負(fù)載放電。

(4)超級電容sc1的電容量由續(xù)航時間的長短決定，要求的續(xù)航時間越長，則所需的超級電容sc1的電容量也越大。

本發(fā)明工作過程如下：

如圖1所示，本發(fā)明電路中的控制芯片ic1是以電流環(huán)為內(nèi)環(huán)、電壓環(huán)為外環(huán)的具有電壓、電流雙閉環(huán)控制功能的高效開關(guān)電源控制器件，電路供電電壓uin來自外部的直流供電電源，且該電源為單向輸出電流的電源。

(1)在外部電源正常供電時，在系統(tǒng)上電初始階段，電路供電電壓uin經(jīng)控制芯片ic1對超級電容sc1進行動態(tài)恒流、穩(wěn)態(tài)穩(wěn)壓的充電控制，當(dāng)超級電容sc1的兩端電壓uc達到負(fù)載電路可正常工作的電壓時，比較器ic2輸出低電壓使三極管vt1飽和導(dǎo)通，提供對負(fù)載-磁粉制動器bk1的驅(qū)動供電，此后，超級電容sc1的兩端電壓uc維持在設(shè)定值，在來自上級控制器的mos管驅(qū)動電壓ugs的作用下，磁粉制動器bk1輸出制動力矩，實現(xiàn)對放卷軸的制動控制進而實現(xiàn)對卷繞物的恒張力放卷控制。

(2)當(dāng)外部電源斷電時，磁粉制動器bk1的驅(qū)動控制電路利用超級電容sc1的蓄能進行一段時間的續(xù)航工作，在這段時間內(nèi)，在來自上級控制器的mos管驅(qū)動電壓ugs的作用下，磁粉制動器bk1依然輸出制動力矩，使放卷軸的卷繞物處于恒張力控制狀態(tài)，防止斷電后由于高速生產(chǎn)的慣性作用使放卷軸失去制動作用而導(dǎo)致卷繞物原料被大量放出堆積報廢甚至使整個生產(chǎn)機組癱瘓。

(3)圖1中的ucs為輸出到上級控制器的超級電容電壓監(jiān)測信號，為模擬量電壓信號。uoc為輸出到上級控制器的超級電容欠壓保護信號，當(dāng)處于欠壓保護時uoc為高電平，當(dāng)正常供電工作時uoc為低電平。