稳流型高效PWM比例阀控制器的设计

　　0　引言

　　电液比例阀控制器的设计核心是控制比例阀线圈中的电流。模拟式控制功率输出级到比例阀线圈的电流是连续电流,功率器件功耗大,需加装散热装置;而PWM控制功率输出级为开关型结构,输出脉冲信号,功耗小、响应快、抗干扰能力强[1]。但是目前既能输出稳定电流,又能兼顾效率和体积的这类PWM比例阀控制器的设计太少。作者基于单片机C8051F040、PWM控制芯片L6506设计出一种稳流型高效PWM比例阀控制器。

　　1　整体设计介绍

　　如图1所示,设计的稳流型高效PWM比例阀控制器系统包括了控制单元单片机C8051F040、PWM控制功放电路、比例阀电磁铁、电流传感器4个部分。

　　单片机C8051F040输出控制电压U0, U0调节PWM控制功放电路的输出,功放电路的输出电流驱动比例阀电磁铁。系统设计了一种闭环反馈控制:比例电磁铁中的电流闭环反馈控制,反馈信号经传感器采集后送往单片机处理,单片机通过输出U0来控制系统输出。

　　PWM控制功放电路是设计重点,下面来进行重点介绍。

　　2　PWM控制功放电路设计

　　比例电磁铁需要输出力去控制比例阀阀芯的运动,而磁场中的输出力又与电流成比例[2],所以设计需重点关注输出电流的性质。根据斩波稳流控制电路原理[2-3],设计了能输出稳定电流的PWM控制功率放大电路。

　　2·1　斩波稳流控制电路原理

　　振荡器为触发器提供时间脉冲,反馈电阻上的反馈电压Vsense与预设电压Vref比较,振荡器和比较器共同作用下,触发器输出PWM波形,控制晶体管Q1的开闭,电路输出稳定电流。

　　晶体管Q1开启时,电源向电感线圈缓慢充电,电流流过反馈电阻,反馈电压Vsense缓慢增加,当Vsense>Vref时,触发器翻转,晶体管关闭。晶体管Q1关闭时,续流二极管被导通,电感线圈缓慢放电,持续一段时间后,振荡器的脉冲使触发器翻转,晶体管重新开启。

　　图3中:Ton是晶体管开启时间;T是PWM周期;Im是输出电流最大峰值ΔI是输出电流波动值。

　　将电感线圈等效为一个阻值为RL的电阻和电感值为L的电感串联,视晶体管和续流二极管为理想器件,有如下输出电流的时域关系式[1]:

　　式中:τ1为晶体管开启时比例阀线圈电气时间参数为晶体管关闭时比例阀线圈电气时间参数是比较器的预设电压, Rs是反馈电阻。

　　t=Ton即晶体管正好关闭时,输出电流达最大峰值,可见预设电压Vref可控制输出电流,所以用Vref来控制输出电流。输出电流波动:

　　输出电流波动与电源电压、比例阀电磁铁电气特性、开启时间等都有关系。这两点分析可见温度和外界负载不影响输出电流的性质。