一种电磁计量泵驱动电路及驱动控制方法技术

本发明专利技术为一种电磁计量泵驱动电路及控制方法，其中方法包括如下步骤：根据系统设定及硬件参数计算冲次周期内各步骤起始脉冲序号、主动消磁起始电流、主动消磁起始时间、消磁过程起始占空比等运行参数；K1关断，K2、K3直接导通；K1与K2使用插入死区的互补PWM波形驱动，K3保持导通；K1保持关断状态，K2与K3保持导通；K1保持关断状态，K2保持导通状态，K3采用PWM方式驱动；液体吸入过程、结构恢复及检测冲次参数；通过驱动控制电磁泵以及电磁线圈的主动消磁功能，具有消磁时间短的特性以满足高速驱动，驱动控制方法满足控制器驱动参数便捷配置，有效拓展最大冲次及最大泵出压力范围，同时降低泵体散热结构设计要求。泵体散热结构设计要求。泵体散热结构设计要求。

【技术实现步骤摘要】
一种电磁计量泵驱动电路及驱动控制方法


[0001]本专利技术涉及电磁计量泵领域，特别是涉及一种电磁计量泵驱动电路及驱动控制方法。

技术介绍

[0002]电磁计量泵是一种通过驱动电磁线圈通断电，借助励磁和消磁来产生一定频率的磁力，带动膜片运动，并通过膜片变化带动空腔内压力变化实现液体吸入和排出的泵体。电磁计量泵具备泵送液体流量流速低、加液精确的特点，主要应用于化工生产、污水处理、农业养殖等需要低剂量且需要连续进行液体添加的场合。
[0003]目前电磁计量泵的电磁线圈驱动控制主要通过微控制器驱动电路控制功率开关管，实现对驱动电磁线圈通电及断电过程。当电磁线圈通电时产生磁力，克服电磁线圈结构上复位弹簧弹力并工作到吸合位置，带动膜片泵出液体；当电磁线圈断电后磁力消失，被压缩的复位弹簧将电磁线圈进行复位，打开吸入通道并关闭排出通道，膜片运动扩张空腔的容积使吸入端液体被吸入空腔。电磁线圈的励磁及消磁过程带动液体吸入及排出循环过程作为一个冲次过程。因为每个冲次过程膜片挤压及排出的容积差稳定，使电磁计量泵相对其他工作原理的泵具有加液精确的特点。
[0004]电磁泵由于其电磁线圈需要励磁产生较大吸力的特性，其电磁线圈相比于其他感性负载电感量等效值极大，由此带来电磁驱动在消磁过程设计上的困难。目前产品中驱动电路在消磁过程中，广泛使用电磁线圈并接反向二极管的方式，让线圈中励磁电流通过二极管进行绪流，经由电磁线圈内部电阻和二极管发热消耗的方式，快速消除电磁线圈中的能量。但是二极管绪流消磁的应用方式，仍存在如下缺点：
[0005](1)消磁过程时间较长，最大冲次受到控制器限制。由于通过发热过程自然衰减导致消磁过程延续时间很长，产品额定泵出压力下最大冲次收到极大限制，无法有效提高相应泵体功率密度和提高产品压力/流量曲线包线。消磁过程时间参数主要受到励磁工作电流、线圈电阻及反弹弹簧力矩的影响。其中励磁电流取值与产生的磁力正相关。线圈电阻参数受到漆包线线径、铜线材料、绕制圈数、电流幅值限制。综上由于产品设计参数的约束，线圈电阻和励磁工作电流参数取值范围调整有限。
[0006](2)功率消耗大发热严重。由于电磁泵工作环境恶劣，产品外壳与内部需要确保良好的密封性。电磁线圈通过发热耗散的励磁能量需要全部通过壳体耗散掉，电源能量利用效率低且对泵体散热结构提出更高的要求。
[0007](3)电磁线圈复位收运行参数影响流量不稳定。依靠电磁线圈内阻发热实现励磁电流衰减速度慢，导致磁力通过复位弹簧弹力阈值过渡时间较长，容易使部分流量未能有效通过压力挤压机制泵出，也收到运行时线圈感量及内阻参数随着运行发热过程引起参数变化，导致相同冲次下流量偏移。
[0008](4)限制电磁计量泵最大泵出压力。为了生产便捷性以及产品型号体系化，将同一电磁线圈或泵体配置成多种额定流量/压力型号。最大励磁电流的限制也同时限制同一功
率泵体对最大泵出压力型号的拓展能力。
[0009]因此需要一种能够解决上诉问题的电磁计量泵驱动电路和驱动控制方法。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的是解决现有技术的不足，提供一种电磁计量泵驱动电路及驱动控制方法。
[0011]为了解决上述问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0012]一种电磁计量泵驱动电路，包括交流电源、全桥电路、开关管驱动电路、电流采样电路、信号处理模块以及电磁线圈；其中交流电路通过全桥电路与开关管驱动电路的输入端连接；开关管驱动电路的输出端与电磁线圈连接，开关管驱动电路还与电流采样电路连接；电流采样电路还通过信号处理模块与开关管驱动电路的控制端连接；电流采样电路用于采集开关管驱动电路的输出电流，信号处理模块用于将电流采样电路采集的电流信号处理后，输入开关管驱动电路，实现闭环控制。
[0013]进一步的，所述开关管驱动电路包括开关管K1、开关管K2、开关管K3，以及二极管D1；其中开关管K1的漏极与全桥电路输出端的一端连接，开关管K1的栅极与信号处理模块连接，开关管K1的源极与开关管K2的漏极连接；开关管K2的栅极也与信号处理模块连接，开关管K2的源极通过电流采样电路接地；开关管K3的漏极通过二极管D1与开关管K1的漏极连接，开关管K3的漏极与二极管D1的阳极连接，二极管D1的阴极与开关管K1的漏极连接，二极管D1作为绪流二极管；开关管K3的源极与开关管K2的源极连接；开关管K3的漏极和开关管K2的漏极还分别与电磁线圈的两端连接。
[0014]进一步的，所述全桥电路的输入端分别与交流电源的两端连接；全桥电路的输出端中的一端与开关管驱动电路连接，另一端接地；全桥电路与开关管驱动电路之间设置有母线电容，母线电容分别与全桥电路输出端的两端连接。
[0015]一种电磁计量泵驱动控制方法，包括如下步骤：
[0016]步骤1：根据系统设定参数计算单冲次周期内的运行参数；运行参数通过系统输入设定及硬件参数计算获得，系统输入设定及硬件参数包括当前目标冲次参数以及产品型号；
[0017]步骤2：通过开关管驱动电路，控制开关管驱动电路内的自举电容充电；
[0018]步骤3：信号处理模块通过插入死区的互补PWM波形驱动控制开关管驱动电路中的开关管K1与开关管K2，并控制开关管K3始终保持导通；通过电流闭环控制产生励磁电流，施加到电磁线圈，通过电磁线圈控制电磁泵完成液体泵出；
[0019]步骤4：信号处理模块控制开关管K1保持关断状态，控制开关管K2和开关管K3导通，使电磁线圈完成绪流工作；
[0020]步骤5：信号处理模块控制开关管K1保持关断状态，开关管K2保持导通状态，开关管K3采用设定脉宽、频率以及幅度的PWM波形驱动，通过电流闭环控制实现电磁线圈的主动消磁；
[0021]步骤6：信号处理模块控制开关管K1、开关管K2、开关管K3全部关断，完成电磁线圈控制电磁泵吸入液体的过程；
[0022]步骤7：电磁泵完成一次冲次，并进行结构恢复；完成结构恢复后进入冲次周期中
的待机时间；
[0023]步骤8：在待机过程中实时检测冲次参数，判断冲次参数是否发生变化；若冲次参数发生改变，则在信号处理模块接收到改变的冲次参数后，直接返回步骤2，进入新的冲次参数对应的冲次周期；若冲次参数未发生改变，则进入下一步骤；
[0024]步骤9：电磁泵保持待机状态，直至冲次时间和待机时间和达到冲次周期时间，则判断是否达到了设定的冲次次数；若未达到设定的冲次次数，则返回步骤2，进入下一周期冲次过程；若达到了设定的冲次次数，则结束步骤。(在权利要求书中已描述问题)
[0025]进一步的，所述步骤3中的PWM波的频率通过下式计算：
[0026]f＝(U
BusMax
‑
RI)/(L*ΔI)
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(1)
[0027]其中，R表示电磁线圈的阻值；I表示电磁线圈的电流值；L表示电磁线圈的电感值；U
BusMax
表示母线的最大运行电压；ΔI表示纹波本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电磁计量泵驱动电路，其特征在于，包括交流电源、全桥电路、开关管驱动电路、电流采样电路、信号处理模块以及电磁线圈；其中交流电路通过全桥电路与开关管驱动电路的输入端连接；开关管驱动电路的输出端与电磁线圈连接，开关管驱动电路还与电流采样电路连接；电流采样电路还通过信号处理模块与开关管驱动电路的控制端连接；电流采样电路用于采集开关管驱动电路的输出电流，信号处理模块用于将电流采样电路采集的电流信号处理后，输入开关管驱动电路，实现闭环控制。2.根据权利要求1所述的一种电磁计量泵驱动电路，其特征在于，所述开关管驱动电路包括开关管K1、开关管K2、开关管K3，以及二极管D1；其中开关管K1的漏极与全桥电路输出端的一端连接，开关管K1的栅极与信号处理模块连接，开关管K1的源极与开关管K2的漏极连接；开关管K2的栅极也与信号处理模块连接，开关管K2的源极通过电流采样电路接地；开关管K3的漏极通过二极管D1与开关管K1的漏极连接，开关管K3的漏极与二极管D1的阳极连接，二极管D1的阴极与开关管K1的漏极连接，二极管D1作为绪流二极管；开关管K3的源极与开关管K2的源极连接；开关管K3的漏极和开关管K2的漏极还分别与电磁线圈的两端连接。3.根据权利要求1所述的一种电磁计量泵驱动电路，其特征在于，所述全桥电路的输入端分别与交流电源的两端连接；全桥电路的输出端中的一端与开关管驱动电路连接，另一端接地；全桥电路与开关管驱动电路之间设置有母线电容，母线电容分别与全桥电路输出端的两端连接。4.一种电磁计量泵驱动控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：根据系统设定参数计算单冲次周期内的运行参数；运行参数通过系统输入设定及硬件参数计算获得，系统输入设定及硬件参数包括当前目标冲次参数以及产品型号；步骤2：通过开关管驱动电路，控制开关管驱动电路内的自举电容充电；步骤3：信号处理模块通过插入死区的互补PWM波形驱动控制开关管驱动电路中的开关管K1与开关管K2，并控制开关管K3始终保持导通；通过电流闭环控制产生励磁电流，施加到电磁线圈，通过电磁线圈控制电磁泵完成液体泵出；步骤4：信号处理模块控制开关管K1保持关断状态，控制开关管K2和开关管K3导通，使电磁线圈完成绪流工作；步骤5：信号处理模块控制开关管K1保持关断状态，开关管K2保持导通状态，开关管K3采用设定脉宽、频率以及幅度的PWM波形驱动，通过电流闭环控制实现电磁线圈的主动消磁；步骤6：信号处理模块控制开关管K1、开关管K2、开关管K3全部关断，完成电磁线圈控制电磁泵吸入液体的过程；步骤7：电磁泵完成一次冲次，并进行结构恢复；完成结构恢复后进入冲次周期中的待机时间；步骤8：在待机过程中实时检测冲次参数，判断冲次参数是否发生变化；若冲次参数发生改变，则在信号处理模块接收到改变的冲次参数后，直接返回步骤2(是在当前周期时间超出新的冲次周期时间后返回步骤2)，进入新的冲次参数对应的冲次周期；若冲次参数未发生改变，则进入下一步骤；步骤9：电磁泵保持待机状态，直至冲次时间和待机时间和达到冲次周期时间，则判断是否达到了设定的冲次次数；若未达到设定的冲次次数，则返回步骤2，进入下一周期冲次
过程；若达到了设定的冲次次数，则结束步骤。5.根据权利要求4所述的一种电磁计量泵驱动控制方法，其特征在于，所述步骤3中的PWM波的频率通过下式计算：f＝(U
BusMax
‑
RI)/(L*ΔI) (1)其中，R表示电磁线圈的阻值；I表示电磁线圈的电流值；L表示电磁线圈的电感值；U
BusMax
表示母线的最大运行电压；ΔI表示纹波电流幅值。6.根据权利要求4所述的一种电磁计量泵驱动控制方法，其特征在于，所述步骤3的电流闭环控制中，信号处理模块在开关管K1导通...

【专利技术属性】
技术研发人员：王威，郑军，蔡静娴，周浩祥，尹绍杰，林相华，
申请(专利权)人：浙江大学台州研究院，
类型：发明
国别省市：