双占空比脉宽调制信号的双向电磁铁驱动电路及使用方法技术

本发明专利技术涉及一种双占空比脉宽调制信号的低功耗高速双向电磁铁驱动电路及其使用方法，其包括三角波发生电路、第一双电压信号发生电路、第二双电压信号发生电路、PWM信号调制电路、功率放大级电路。利用本发明专利技术驱动电路，当电磁铁工作在吸合阶段，高电压在100％占空比脉宽调制信号下输出；当电磁铁运动结束后进入吸合保持阶段，高电压以低占空比维持低功耗保持；当电磁铁工作在复位阶段，高电压又以100％占空比脉宽调制信号输出；当电磁铁复位结束后进入复位保持阶段，高电压又以低占空比维持低功耗保持。此驱动电路采用大电流开启，小电流保持，缩短了双向电磁铁吸合、复位时间，降低了吸合、复位保持功耗，提升了双向电磁铁的动态和稳态性能。

Low power consumption high speed bidirectional electromagnet driving circuit with double duty cycle pulse width modulation and its operation method

The invention relates to a low power consumption high speed bidirectional electromagnet driving circuit with dual duty cycle pulse width modulation signal and its application method, which comprises a triangular wave generating circuit, a first dual voltage signal generating circuit, a second dual voltage signal generating circuit, a PWM signal modulating circuit and a power amplifier circuit. Using the driving circuit of the invention, when the electromagnet works in the absorption phase, the high voltage is output under the 100% duty cycle pulse width modulation signal; when the electromagnet moves into the absorption and maintenance phase after the end, the high voltage maintains the low power consumption with the low duty cycle; when the electromagnet works in the reset phase, the high voltage is also maintained with the 100% duty cycle pulse width. Modulation signal output; when the electromagnet reset after the end of the reset into the reset and hold phase, high voltage and low duty cycle to maintain low power maintenance. The drive circuit adopts high current opening and low current holding, shortens the time of attraction and reset of bidirectional electromagnet, reduces the power consumption of attraction and reset, and improves the dynamic and steady performance of bidirectional electromagnet.

【技术实现步骤摘要】
双占空比脉宽调制信号的低功耗高速双向电磁铁驱动电路及其使用方法
本专利技术属于电子
，具体是指一种双占空比脉宽调制信号的低功耗高速双向电磁铁驱动电路及其使用方法。
技术介绍
高速电磁铁已广泛运用在航空航天、柴油机燃油喷射系统、车轮防抱死制动系统、汽车减震器、国防军工、深海探测等众多高端领域，其动态和稳态性能直接影响着整个系统的控制性能。驱动电路在很大程度上能提高电磁铁的动态和稳态性能，而目前比较常用的方法是采用双电源(一个高电压，另一个低电压)自动切换电路，在电磁铁开启阶段采用高电压，运动结束后切换成低电压保持。现有技术中，电磁铁的驱动电路要在多个不同的电源或功率放大级电路之间进行切换，对切换的实时性要求较高，电路设计较为复杂。因此，提供一种低功耗高速电磁铁驱动电路，成为本领域技术人员研究的热点。
技术实现思路
本专利技术实施例所要解决的技术问题在于，提供一种双占空比脉宽调制信号的低功耗高速双向电磁铁驱动电路，其可提高电磁铁动态响应及降低稳态功耗。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是包括三角波发生电路、第一双电压信号发生电路、第二双电压信号发生电路、PWM信号调制电路及功率放大级电路；PWM信号调制电路包括有第一PWM调制电路比较器和第二PWM调制电路比较器；功率放大级电路包括有第一功率放大级电路和第二功率放大级电路；所述第一双电压信号发生电路连接第一PWM调制电路比较器的同相输入端，所述第二双电压信号发生电路连接第二PWM调制电路比较器的同相输入端，第一双电压信号发生电路和第二双电压信号发生电路由控制信号控制；所述三角波发生电路连接PWM信号调制电路中第一PWM调制电路比较器、第二PWM调制电路比较器的反相输入端，第一PWM调制电路比较器、第二PWM调制电路比较器输出端分别连接第一功率放大级电路和第二功率放大级电路，第一功率放大级电路和第二功率放大级电路分别用于控制电磁铁的正向驱动线圈和反向驱动线圈通断电，驱动电磁铁双向运动；所述三角波发生电路生成并输出幅值、频率均可调的高频三角波信号；所述第一双电压信号发生电路、第二双电压信号发生电路均生成高、低双电压信号，且高、低双电压信号的幅值、时间、频率均可调；所述PWM信号调制电路生成前后占空比不同，频率、占空比均可调的双占空比脉宽调制信号；所述功率放大级电路根据输入的脉宽调制信号控制电磁铁的正向驱动线圈和反向驱动线圈通断电。进一步设置是所述第一双电压信号发生电路包括有第一单稳态触发器电路、第二单稳态触发器电路，第一反相比例运算电路、第二反相比例运算电路、第三反相比例运算电路及第一反相输入求和电路。进一步设置是所述第二单稳态触发器电路输出一个方波信号经第二反相比例运算电路、第三反相比例运算电路与第一单稳态触发器电路输出的窄波信号通过第一反相输入求和电路、第一反相比例运算电路进行叠加，在第一反相比例运算电路输出端输出第一双电压信号，该第一双电压信号的高电压时间通过第一单稳态触发器电路进行调节，低电压时间通过第二单稳态触发器电路进行调节，高低电压幅值通过第二反相比例运算电路进行调节，该第一双电压信号的频率由所述的控制信号进行调节，该第一双电压信号的时间与控制信号高电平的时间相等。进一步设置是所述第二双电压信号发生电路包括有第三单稳态触发器电路、第四单稳态触发器电路、第四反相比例运算电路、第五反相比例运算电路、第六反相比例运算电路、第七反相比例运算电路、第八反相比例运算电路及第二反相输入求和电路、第三反相输入求和电路。进一步设置是通过由第七反相比例运算电路、第三反相输入求和电路、第八反相比例运算电路组成的模块反向、偏置后在第八反相比例运算电路输出端输出中间控制信号，第三单稳态触发器电路输出一个方波信号经第四反相比例运算电路、第五反相比例运算电路与第四单稳态触发器电路输出的窄波信号通过第二反相输入求和电路、第六反相比例运算电路进行叠加，在第六反相比例运算电路输出端输出第二双电压信号，该第二双电压信号的高电压时间通过第四单稳态触发器电路进行调节，低电压时间通过第三单稳态触发器电路进行调节，高低电压幅值通过第四反相比例运算电路进行调节，该第二双电压信号的频率由所述的控制信号进行调节，该第二双电压信号的时间与控制信号低电平的时间相等。进一步设置是所述PWM信号调制电路还包括有外围电路的上拉电阻R55、R56，在第一PWM调制电路比较器和第二PWM调制电路比较器的输出端分别输出一个双占空比脉宽调制信号，第一PWM调制电路比较器同相输入端接所述第一双电压信号，反相输入端接三角波信号，输出端连接上拉电阻R55，输出端输出的双占空比脉宽调制信号I与所述功率放大级电路的场效应管Q5的栅极相连；第二PWM调制电路比较器同相输入端接所述第二双电压信号，反相输入端接三角波信号，输出端连接上拉电阻R56，输出端输出的双占空比脉宽调制信号II与所述功率放大级电路的场效应管Q6的栅极相连。此外，本专利技术还提供以下技术方案：一种基于所述的低功耗高速双向电磁铁驱动电路的使用方法，电磁铁工作在吸合阶段、吸合保持阶段、复位阶段、复位保持阶段；当控制信号为高电平时，所述电磁铁的正向驱动线圈工作，在吸合阶段，高电压在100％占空比脉宽调制信号下输出，使电磁铁的正向驱动线圈电流迅速升到开启电流驱动衔铁高速运动，当电磁铁运动结束后进入吸合保持阶段，高电压以低占空比维持低功耗保持；当控制信号为低电平时，电磁铁的反向驱动线圈工作，高电压又以100％占空比脉宽调制信号输出，使电磁铁的反向驱动线圈电流迅速升到开启电流驱动衔铁高速复位，当电磁铁复位结束后进入复位保持阶段，高电压又以低占空比维持低功耗保持。本专利技术所述的一种双占空比脉宽调制信号的低功耗高速双向电磁铁驱动电路，提高了电磁铁动态响应和降低稳态功耗。本专利技术与
技术介绍
相比，具有的优势是：1.采用单电压驱动，电磁铁在吸合、复位阶段，高电压以100％占空比脉宽调制信号输出，电磁铁线圈电流迅速升到开启电流驱动衔铁高速运动，在吸合保持、复位保持阶段，高电压以低占空比维持低功耗保持，解决了双/多电压驱动方式多个电源或功率放大级切换电路的缺点。2.双占空比脉宽调制信号频率和占空比均可调节，适合应用在各种开启、保持电流不同的双向电磁铁。3.采用双线圈控制方式，取消传统电磁铁弹簧复位结构，避免因弹簧老化、受温度影响等问题对电磁铁性能产生影响。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本专利技术的范畴。图1是本专利技术的一种双占空比脉宽调制信号的低功耗高速双向电磁铁驱动电路结构方框图；图2是本专利技术的一种双占空比脉宽调制信号的低功耗高速双向电磁铁驱动电路三角波发生电路图；图3是本专利技术实施例的第一双电压信号发生电路的电路图；图4是本专利技术实施例的第二双电压信号发生电路的电路图；图5是本专利技术实施例的PWM信号调制电路的电路图；图6是本专利技术实施例的功率放大级电路的电路图；图7是本专利技术的一种双占空比脉宽调制信号的低功耗高速双向电磁铁驱动电路工作原理图；图中：1.三角波发生电路，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双占空比脉宽调制信号的低功耗高速双向电磁铁驱动电路，其特征在于：包括三角波发生电路(1)、第一双电压信号发生电路(2)、第二双电压信号发生电路(3)、PWM信号调制电路(4)及功率放大级电路(5)；PWM信号调制电路(4)包括有第一PWM调制电路比较器和第二PWM调制电路比较器；功率放大级电路(5)包括有第一功率放大级电路和第二功率放大级电路；所述第一双电压信号发生电路(2)连接第一PWM调制电路比较器的同相输入端，所述第二双电压信号发生电路(3)连接第二PWM调制电路比较器的同相输入端，第一双电压信号发生电路(2)和第二双电压信号发生电路(3)由控制信号控制；所述三角波发生电路(1)连接PWM信号调制电路中第一PWM调制电路比较器、第二PWM调制电路比较器的反相输入端，第一PWM调制电路比较器、第二PWM调制电路比较器输出端分别连接第一功率放大级电路和第二功率放大级电路，第一功率放大级电路和第二功率放大级电路分别用于控制电磁铁的正向驱动线圈和反向驱动线圈通断电，驱动电磁铁双向运动；所述三角波发生电路生成并输出幅值、频率均可调的高频三角波信号；所述第一双电压信号发生电路、第二双电压信号发生电路均生成高、低双电压信号，且高、低双电压信号的幅值、时间、频率均可调；所述PWM信号调制电路生成前后占空比不同，频率、占空比均可调的双占空比脉宽调制信号；所述功率放大级电路根据输入的脉宽调制信号控制电磁铁的正向驱动线圈和反向驱动线圈通断电。...

【技术特征摘要】
1.一种双占空比脉宽调制信号的低功耗高速双向电磁铁驱动电路，其特征在于：包括三角波发生电路(1)、第一双电压信号发生电路(2)、第二双电压信号发生电路(3)、PWM信号调制电路(4)及功率放大级电路(5)；PWM信号调制电路(4)包括有第一PWM调制电路比较器和第二PWM调制电路比较器；功率放大级电路(5)包括有第一功率放大级电路和第二功率放大级电路；所述第一双电压信号发生电路(2)连接第一PWM调制电路比较器的同相输入端，所述第二双电压信号发生电路(3)连接第二PWM调制电路比较器的同相输入端，第一双电压信号发生电路(2)和第二双电压信号发生电路(3)由控制信号控制；所述三角波发生电路(1)连接PWM信号调制电路中第一PWM调制电路比较器、第二PWM调制电路比较器的反相输入端，第一PWM调制电路比较器、第二PWM调制电路比较器输出端分别连接第一功率放大级电路和第二功率放大级电路，第一功率放大级电路和第二功率放大级电路分别用于控制电磁铁的正向驱动线圈和反向驱动线圈通断电，驱动电磁铁双向运动；所述三角波发生电路生成并输出幅值、频率均可调的高频三角波信号；所述第一双电压信号发生电路、第二双电压信号发生电路均生成高、低双电压信号，且高、低双电压信号的幅值、时间、频率均可调；所述PWM信号调制电路生成前后占空比不同，频率、占空比均可调的双占空比脉宽调制信号；所述功率放大级电路根据输入的脉宽调制信号控制电磁铁的正向驱动线圈和反向驱动线圈通断电。2.根据权利要求1所述的低功耗高速双向电磁铁驱动电路，其特征在于：所述第一双电压信号发生电路(2)包括有第一单稳态触发器电路(NE1)、第二单稳态触发器电路(NE2)，第一反相比例运算电路、第二反相比例运算电路、第三反相比例运算电路及第一反相输入求和电路。3.根据权利要求2所述的低功耗高速双向电磁铁驱动电路，其特征在于：所述第二单稳态触发器电路(NE2)输出一个方波信号经第二反相比例运算电路、第三反相比例运算电路与第一单稳态触发器电路(NE1)输出的窄波信号通过第一反相输入求和电路、第一反相比例运算电路进行叠加，在第一反相比例运算电路输出端输出第一双电压信号，该第一双电压信号的高电压时间(th1)通过第一单稳态触发器电路(NE1)进行调节，低电压时间(tl1)通过第二单稳态触发器电路(NE2)进行调节，高低电压幅值通过第二反相比例运算电路进行调节，该第一双电压信号的频率由所述的控制信号进行调节，该第一双电压信号的时间与控制信号高电平的时间相等。4.根据权利要求1所述的低功耗高速双向电磁铁驱动电路，其特征在于：所述第二双电压信...

【专利技术属性】
技术研发人员：李勇，黄庆林，杨高峰，赵杨，申允德，
申请(专利权)人：温州大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33