專(zhuān)利名稱(chēng)：插頭式比例放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于電控技術(shù)領(lǐng)域，且特別涉及一種插頭式比例放大器。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，電液比例閥在工業(yè)控制方面應(yīng)用廣泛，為驅(qū)動(dòng)電液比例閥，需將弱電控制信號(hào)按照比例放大成具有一定功率的電流或電壓信號(hào)，這一功能通常由比例放大器來(lái)完成。在采用微機(jī)、可編程控制器及其他數(shù)字控制器進(jìn)行控制的場(chǎng)合，控制器與放大器之間還需要有D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換或PWM脈寬調(diào)制等環(huán)節(jié)。數(shù)模轉(zhuǎn)換與功率放大是分別完成的，并且主要是由有源電子器件如運(yùn)算放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)。這類(lèi)有源數(shù)字式放大器采用的元器件數(shù)量多，可靠性不夠理想，價(jià)格較高。在許多工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合，還需采用斷續(xù)工作方式，比例閥分擔(dān)運(yùn)行，只工作在幾個(gè)幅值不同的工作點(diǎn)上，對(duì)放大器的要求是可靠、價(jià)廉，并可方便地用機(jī)、 電手動(dòng)來(lái)操作，現(xiàn)有的放大器不能很好的滿(mǎn)足這方面的要求。當(dāng)電液比例閥發(fā)生卡澀故障時(shí)，可用一個(gè)大幅度振蕩電流來(lái)排除，但現(xiàn)有的比例放大器均不直接具備這種功能。且現(xiàn)有的比例放大器大都采用模擬電路組成，來(lái)完成如閥芯零點(diǎn)調(diào)整、斜坡時(shí)間調(diào)整、增益調(diào)整以及顫振頻率調(diào)整等功能。而模擬器件存在固有的溫度漂移特性，當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，難以保證電液比例閥的控制精度和可靠性。此外，模擬式比例放大器一旦制成后，功能便被限定，要改變功能必須更換電路，控制功能單一，模擬電路的抗干擾能力也較差、信號(hào)處理復(fù)雜，與其他器件的通訊也不方便。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中，比例放大器控制功能單一，模擬電路的抗干擾能力也較差、信號(hào)處理復(fù)雜，與其他器件的通訊不便等技術(shù)問(wèn)題。有鑒于此，本實(shí)用新型提供一種插頭式比例放大器，包括微處理器；差分輸入模塊及電流反饋放大模塊，分別與所述微處理器電性連接；功率輸出模塊，分別與所述微處理器及電流反饋放大模塊連接；電源模塊，分別與所述差分輸入模塊、電流反饋放大模塊及所述微處理器電性連接。進(jìn)一步的，所述微處理器包括數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊；信號(hào)補(bǔ)償及PID運(yùn)算模塊，與所述數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊連接；PWM調(diào)制模塊，與所述信號(hào)補(bǔ)償及PID運(yùn)算模塊連接；時(shí)基分配模塊，分別與所述數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、信號(hào)補(bǔ)償及PID運(yùn)算模塊、及PWM調(diào)制模塊連接；故障診斷指示模塊，連接在所述數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、信號(hào)補(bǔ)償及PID運(yùn)算模塊、及PWM調(diào)制模塊之間。進(jìn)一步的，所述的插頭式比例放大器，還包括參數(shù)調(diào)整電位器，與所述數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊連接。進(jìn)一步的，所述電源模塊包括電源保護(hù)模塊；開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓模塊，與所述電源保護(hù)模塊電性連接；線(xiàn)性穩(wěn)壓及復(fù)位啟動(dòng)管理模塊，與所述開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓模塊電性連接。進(jìn)一步的，所述電源保護(hù)模塊，包括新型可恢復(fù)保險(xiǎn)器件及瞬態(tài)抑制保護(hù)器件。進(jìn)一步的，所述開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓模塊，包括新式小型化高頻降壓式開(kāi)關(guān)電源穩(wěn)壓集成電路及超小型肖特基二極管和高效貼片電感電容。進(jìn)一步的，所述線(xiàn)性穩(wěn)壓及復(fù)位啟動(dòng)管理模塊為超微型高性能低壓差LDO穩(wěn)壓器件。進(jìn)一步的，所述差分輸入模塊，在差分輸入端設(shè)有一個(gè)可選擇性并聯(lián)的電流信號(hào)負(fù)載電阻。進(jìn)一步的，所述差分輸入模塊的運(yùn)算放大器輸入端并聯(lián)肖特基二極管。進(jìn)一步的，所述電流反饋放大模塊包括一階RC濾波電路。進(jìn)一步的，所述插頭式比例放大器的外殼為赫斯曼(Hirschmarm)GDME標(biāo)準(zhǔn)插件。綜上所述，本實(shí)用新型提供的插頭式比例放大器相較于現(xiàn)有技術(shù)，具有以下優(yōu)占.
^ \\\ ·1、適用于不帶閥芯或壓力反饋的各類(lèi)比例溢流閥、比例減壓閥、比例流量閥、比例方向閥等適用范圍廣；2、采用領(lǐng)先水平的嵌入式數(shù)字化軟件，數(shù)字合成PWM電流負(fù)反饋驅(qū)動(dòng)技術(shù)；3、外殼為赫斯曼(Hirschmarm)GDME標(biāo)準(zhǔn)插件，外型靈巧，堅(jiān)固耐用，防護(hù)性能好；4、驅(qū)動(dòng)電流最大可達(dá)2. 7A，發(fā)熱量小，嵌入式算法具有最大電流限制保護(hù)功能；5、抗電磁干擾性能優(yōu)異，適用各種惡劣工況條件的現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)控制應(yīng)用領(lǐng)域；6、工廠預(yù)設(shè)PWM顫振頻率參數(shù)，內(nèi)置電位器可設(shè)定偏流、增益、斜坡參數(shù)，控制多樣化；7、可顯示電流強(qiáng)度的數(shù)字化LED診斷指示功能，迅速判斷故障狀態(tài)；8、工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)24VDC或12VDC供電，內(nèi)置可恢復(fù)保險(xiǎn)絲和瞬態(tài)電壓抑制器件，防止意外故障。

圖1所示為本實(shí)用新型一實(shí)施例提供的插頭式比例放大器的功能模塊結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
為讓本實(shí)用新型的上述特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉示例性實(shí)施例，并配合附圖1，作詳細(xì)說(shuō)明如下。本實(shí)用新型一實(shí)施例提供的插頭式比例放大器，其包括微處理器100 ；差分輸入模塊200及電流反饋放大模塊300，分別與所述微處理器100電性連接；功率輸出模塊400， 分別與所述微處理器100及電流反饋放大模塊300連接；電源模塊500，分別與所述差分輸入模塊200、電流反饋放大模塊300及所述微處理器100電性連接。在本實(shí)用新型的實(shí)施例中，所述微處理器100，包括數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊110 ；信號(hào)補(bǔ)償及PID運(yùn)算模塊120，與所述數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊110連接；PWM調(diào)制模塊130，與所述信號(hào)補(bǔ)償及 PID運(yùn)算模塊120連接；時(shí)基分配模塊140，分別與所述數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊110、信號(hào)補(bǔ)償及PID 運(yùn)算模塊120、及PWM調(diào)制模塊130連接；故障診斷指示模塊150，連接在所述數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊 110、信號(hào)補(bǔ)償及PID運(yùn)算模塊120、及PWM調(diào)制模塊130之間。在本實(shí)用新型的實(shí)施例中，參數(shù)調(diào)整電位器P1、P2、P3，與所述數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊連接。在本實(shí)用新型的實(shí)施例中，所述電源模塊500，包括電源保護(hù)模塊510 ；開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓
4模塊520，與所述電源保護(hù)模塊510電性連接；線(xiàn)性穩(wěn)壓及復(fù)位啟動(dòng)管理模塊530，與所述開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓模塊520電性連接。
以下結(jié)合附圖1，詳述本實(shí)用新型實(shí)施例提供的插頭式比例放大器的運(yùn)作。該插頭式比例放大器使用24V工業(yè)直流電源標(biāo)準(zhǔn)電壓接入，由外部輸入的電源首先通過(guò)電源模塊500的電源保護(hù)模塊510。在本實(shí)用新型的實(shí)施例中，電源保護(hù)模塊510包括新型可恢復(fù)保險(xiǎn)器件和瞬態(tài)抑制保護(hù)器件。瞬態(tài)抑制保護(hù)器件可防止直流供電系統(tǒng)意外干擾或故障產(chǎn)生的超常電壓波動(dòng)對(duì)插頭式比例放大器電路的沖擊破壞。新型可恢復(fù)保險(xiǎn)器件可防止插頭式比例放大器內(nèi)部故障或外部電源故障引起電源電流超過(guò)正常范圍時(shí)的強(qiáng)電流造成電路燒毀事故。經(jīng)過(guò)電源保護(hù)模塊510后，24V直流電壓要經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓模塊520將電源穩(wěn)定在 +5V電壓。由于插頭式比例放大器的體積非常小巧，因此對(duì)此開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓模塊520提出了非常苛刻技術(shù)要求模塊組成器件體積必須足夠小，才能安裝在極其有限的空間里；模塊工作時(shí)產(chǎn)生的發(fā)熱量必須足夠小，在沒(méi)有任何散熱面積條件下能夠正常穩(wěn)定工作。為了達(dá)到了前述要求，在本實(shí)用新型的實(shí)施例中，開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓模塊520由新式小型化高頻降壓式開(kāi)關(guān)電源穩(wěn)壓集成電路及超小型肖特基二極管和高效貼片電感電容等器件組成。電壓穩(wěn)定發(fā)熱量小且電路可靠性高。+5V為放大器的模擬放大電路提供電源供應(yīng)。為適配插頭式比例放大器內(nèi)部32Bit的微處理器100的電源，+5V電源還要經(jīng)過(guò)線(xiàn)性穩(wěn)壓及復(fù)位啟動(dòng)管理模塊530進(jìn)一步降低穩(wěn)壓到+3. 3V的微功耗微處理器100電源電壓，并且提供微處理器100所須的啟動(dòng)復(fù)位信號(hào)管理，讓微處理器100上電啟動(dòng)復(fù)位工作更加穩(wěn)定可靠。在本實(shí)用新型的實(shí)施例中，線(xiàn)性穩(wěn)壓及復(fù)位啟動(dòng)管理模塊530選用了超微型高性能低壓差LDO穩(wěn)壓器件，兼顧發(fā)熱量和安裝體積的嚴(yán)格要求。外部輸入的模擬指令信號(hào)經(jīng)過(guò)差分輸入模塊200調(diào)理轉(zhuǎn)換成匹配A/D轉(zhuǎn)換輸入范圍的模擬量信號(hào)。由于電源模塊500只能提供+5V單極性電源，在本實(shí)用新型的實(shí)施例中，特此差分輸入模塊200的差分輸入電路采用一片低電壓?jiǎn)坞娫措p運(yùn)放的一路作為差分放大器。在差分輸入端設(shè)有一個(gè)可選擇性并聯(lián)的電流信號(hào)負(fù)載電阻，作為電流型輸入信號(hào)的功能選項(xiàng)。為防止輸入信號(hào)極性反接引起的錯(cuò)誤輸出，在本實(shí)用新型的實(shí)施例中，特此在差分輸入模塊200運(yùn)算放大器輸入端并聯(lián)一只小型肖特基二極管作為保護(hù)，普通二極管由于其正向?qū)▔航堤?，不能起到良好的保護(hù)效果，而肖特基二極管的導(dǎo)通壓降較低，在輸入信號(hào)極性反接時(shí)能有效地短路輸入信號(hào)使放大器輸出為零。恒流調(diào)節(jié)特性的電流閉環(huán)驅(qū)動(dòng)功能作為插頭式比例放大器的重要特性，需要使用電流反饋放大模塊300將輸出電流采樣電阻上產(chǎn)生的微弱電壓信號(hào)放大到合適的電壓范圍供微處理器100的數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊110采集。本實(shí)用新型的實(shí)施例中，電流反饋放大模塊300采用典型差分放大電路，提高微弱信號(hào)的放大精度。并且在本實(shí)用新型的實(shí)施例中，電流反饋放大模塊300還附帶一階RC濾波電路，用來(lái)濾除微處理器100的PWM調(diào)制模塊130產(chǎn)生的脈沖干擾，以提高數(shù)模轉(zhuǎn)換信噪比。此外，為了節(jié)約器件安裝面積，在本實(shí)用新型的實(shí)施例中，前述的低電壓?jiǎn)坞娫措p運(yùn)放的另外一路是作為電流反饋放大模塊300使用。在本實(shí)用新型的實(shí)施例中，微處理器100為微功耗32位微處理器。所述數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊110，信號(hào)補(bǔ)償及PID運(yùn)算模塊120，PWM調(diào)制模塊130，時(shí)基分配模塊140，及故障診斷指示模塊150均為微處理器100的內(nèi)部功能模塊。數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊110是微處理器100內(nèi)部自帶的外設(shè)功能模塊，具有6通道IObit 高速同步采樣A/D轉(zhuǎn)換器，能夠提供充分資源進(jìn)行過(guò)采樣數(shù)據(jù)處理方式，精確計(jì)算脈動(dòng)反饋電流的平均值。在本實(shí)用新型的實(shí)施例中，同時(shí)采集三只參數(shù)調(diào)整電位器PI、P2、P3的模擬量信號(hào)通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊110轉(zhuǎn)換成數(shù)字量進(jìn)行死區(qū)補(bǔ)償、增益控制、斜坡緩沖三種信號(hào)處理運(yùn)算。信號(hào)補(bǔ)償及PID運(yùn)算模塊120是微處理器100核心程序軟件模塊，輸入指令信號(hào)、 電流反饋信號(hào)以及參數(shù)調(diào)整電位器Pl、P2、P3等模擬信號(hào)通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊110采樣轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號(hào)，產(chǎn)生的控制量信號(hào)，并經(jīng)過(guò)每秒數(shù)千次的循環(huán)處理，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)刷新控制量信號(hào)。PWM調(diào)制模塊130也是微處理器100內(nèi)部自帶的外設(shè)功能模塊，它利用微處理器的硬件資源，將信號(hào)補(bǔ)償及PID運(yùn)算模塊120產(chǎn)生的控制量信號(hào)轉(zhuǎn)換為脈沖寬度調(diào)制的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)。時(shí)基分配模塊140實(shí)際上是微處理器100總體程序流程的軟件基礎(chǔ)構(gòu)架，它的重要作用是同步協(xié)調(diào)數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊110，信號(hào)補(bǔ)償及PID運(yùn)算模塊120，PWM調(diào)制模塊130工作的時(shí)序，保證了各環(huán)節(jié)信號(hào)處理的相位同步性。故障診斷指示模塊150是一個(gè)是微處理器程序軟件模塊，負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)節(jié)過(guò)程量變換，并與正常范圍進(jìn)行比較判斷，通過(guò)控制兩只LED指示燈來(lái)顯示放大器工作運(yùn)行的狀態(tài)。功率輸出模塊400，由推動(dòng)級(jí)三極管、P溝道場(chǎng)效應(yīng)功率管、肖特基續(xù)流二極管以及低阻值電流采樣電阻等器件組成。推動(dòng)三極管將PWM調(diào)制模塊130產(chǎn)生的PWM控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為匹配P溝道場(chǎng)效應(yīng)功率管柵極控制信號(hào)，場(chǎng)效應(yīng)功率管控制輸出給比例電磁線(xiàn)圈的電流，電流采樣電阻將采集的電流大小信號(hào)傳送到放大通道進(jìn)行電流反饋閉環(huán)控制。在本實(shí)用新型的實(shí)施例中，選用的功率管、續(xù)流二極管、采樣電阻等器件均為大容量、低導(dǎo)通壓降、低阻值SMD器件，有效地緩解了器件發(fā)熱和器件安裝空間的矛盾問(wèn)題。綜上所述，本實(shí)用新型實(shí)施例提供的插頭式比例放大器相較于現(xiàn)有技術(shù)，具有以下優(yōu)點(diǎn)1、適用于不帶閥芯或壓力反饋的各類(lèi)比例溢流閥、比例減壓閥、比例流量閥、比例方向閥等，可直接安裝在比例電磁線(xiàn)圈上使用，插孔標(biāo)準(zhǔn)符合DIN43650，插頭防護(hù)等級(jí)為 IP65，安裝標(biāo)準(zhǔn)DIN 40050，配接線(xiàn)電纜，適用范圍廣泛。2、采用領(lǐng)先水平的嵌入式數(shù)字化軟件，數(shù)字合成PWM電流負(fù)反饋驅(qū)動(dòng)技術(shù)；3、外殼為赫斯曼(Hirschmarm)GDME標(biāo)準(zhǔn)插件，外型靈巧，堅(jiān)固耐用，防護(hù)性能好；4、驅(qū)動(dòng)電流最大可達(dá)2. 7A，發(fā)熱量小，嵌入式算法具有最大電流限制保護(hù)功能；[0061]5、抗電磁干擾性能優(yōu)異，適用各種惡劣工況條件的現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)控制應(yīng)用領(lǐng)域；6、工廠預(yù)設(shè)PWM顫振頻率參數(shù)，內(nèi)置電位器可設(shè)定偏流、增益、斜坡參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了控制多樣化；7、可顯示電流強(qiáng)度的數(shù)字化LED診斷指示功能，迅速判斷故障狀態(tài)；8、工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)24VDC或12VDC供電，內(nèi)置可恢復(fù)保險(xiǎn)絲和瞬態(tài)電壓抑制器件，防止意外故障。以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理、主要特征和本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是本實(shí)用新型的原理，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下本實(shí)用新型還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實(shí)用新型的范圍內(nèi)。本實(shí)用新型要求的保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)及其等同物界定。
權(quán)利要求1.一種插頭式比例放大器，其特征在于，包括 微處理器；差分輸入模塊及電流反饋放大模塊，分別與所述微處理器電性連接；功率輸出模塊，分別與所述微處理器及電流反饋放大模塊連接；電源模塊，分別與所述差分輸入模塊、電流反饋放大模塊及所述微處理器電性連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的插頭式比例放大器，其特征在于，所述微處理器包括 數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊；信號(hào)補(bǔ)償及PID運(yùn)算模塊，與所述數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊連接； PWM調(diào)制模塊，與所述信號(hào)補(bǔ)償及PID運(yùn)算模塊連接；時(shí)基分配模塊，分別與所述數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、信號(hào)補(bǔ)償及PID運(yùn)算模塊、及PWM調(diào)制模塊連接；故障診斷指示模塊，連接在所述數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、信號(hào)補(bǔ)償及PID運(yùn)算模塊、及PWM調(diào)制模塊之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的插頭式比例放大器，其特征在于，還包括參數(shù)調(diào)整電位器， 與所述數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的插頭式比例放大器，其特征在于，所述電源模塊包括 電源保護(hù)模塊；開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓模塊，與所述電源保護(hù)模塊電性連接； 線(xiàn)性穩(wěn)壓及復(fù)位啟動(dòng)管理模塊，與所述開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓模塊電性連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的插頭式比例放大器，其特征在于，所述電源保護(hù)模塊，包括新型可恢復(fù)保險(xiǎn)器件及瞬態(tài)抑制保護(hù)器件。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的插頭式比例放大器，其特征在于，所述開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓模塊，包括新式小型化高頻降壓式開(kāi)關(guān)電源穩(wěn)壓集成電路及超小型肖特基二極管和高效貼片電感電容。
7 根據(jù)權(quán)利要求4所述的插頭式比例放大器，其特征在于，所述線(xiàn)性穩(wěn)壓及復(fù)位啟動(dòng)管理模塊為超微型高性能低壓差LDO穩(wěn)壓器件。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的插頭式比例放大器，其特征在于，所述差分輸入模塊，在差分輸入端設(shè)有一個(gè)可選擇性并聯(lián)的電流信號(hào)負(fù)載電阻。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的插頭式比例放大器，其特征在于，所述差分輸入模塊的運(yùn)算放大器輸入端并聯(lián)肖特基二極管。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的插頭式比例放大器，其特征在于，所述電流反饋放大模塊包括一階RC濾波電路。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的插頭式比例放大器，其特征在于，所述插頭式比例放大器的外殼為赫斯曼GDME標(biāo)準(zhǔn)插件形式。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型揭示了一種插頭式比例放大器，包括微處理器；差分輸入模塊及電流反饋放大模塊，分別與所述微處理器電性連接；功率輸出模塊，分別與所述微處理器及電流反饋放大模塊連接；電源模塊，分別與所述差分輸入模塊、電流反饋放大模塊及所述微處理器電性連接。該插頭式比例放大器解決了現(xiàn)有技術(shù)中功能單一、可靠性低、成本高昂等問(wèn)題，具有性能優(yōu)越、適用范圍廣、控制多樣化等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G05F1/56GK202257348SQ20112039998
公開(kāi)日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2011年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月19日
發(fā)明者陳捷 申請(qǐng)人:上海天潯智能科技有限公司