專利名稱：插頭式比例放大器的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于電控技術領域，且特別涉及一種插頭式比例放大器。
背景技術：
在現(xiàn)有技術中，電液比例閥在工業(yè)控制方面應用廣泛，為驅動電液比例閥，需將弱電控制信號按照比例放大成具有一定功率的電流或電壓信號，這一功能通常由比例放大器來完成。在采用微機、可編程控制器及其他數(shù)字控制器進行控制的場合，控制器與放大器之間還需要有D/A數(shù)模轉換或PWM脈寬調制等環(huán)節(jié)。數(shù)模轉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算放大器來實現(xiàn)。這類有源數(shù)字式放大器采用的元器件數(shù)量多，可靠性不夠理想，價格較高。在許多工業(yè)應用場合，還需采用斷續(xù)工作方式，比例閥分擔運行，只工作在幾個幅值不同的工作點上，對放大器的要求是可靠、價廉，并可方便地用機、 電手動來操作，現(xiàn)有的放大器不能很好的滿足這方面的要求。當電液比例閥發(fā)生卡澀故障時，可用一個大幅度振蕩電流來排除，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，來完成如閥芯零點調整、斜坡時間調整、增益調整以及顫振頻率調整等功能。而模擬器件存在固有的溫度漂移特性，當環(huán)境溫度變化時，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、信號處理復雜，與其他器件的通訊也不方便。

實用新型內容本實用新型旨在解決現(xiàn)有技術中，比例放大器控制功能單一，模擬電路的抗干擾能力也較差、信號處理復雜，與其他器件的通訊不便等技術問題。有鑒于此，本實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。進一步的，所述微處理器包括數(shù)模轉換模塊；信號補償及PID運算模塊，與所述數(shù)模轉換模塊連接；PWM調制模塊，與所述信號補償及PID運算模塊連接；時基分配模塊，分別與所述數(shù)模轉換模塊、信號補償及PID運算模塊、及PWM調制模塊連接；故障診斷指示模塊，連接在所述數(shù)模轉換模塊、信號補償及PID運算模塊、及PWM調制模塊之間。進一步的，所述的插頭式比例放大器，還包括參數(shù)調整電位器，與所述數(shù)模轉換模塊連接。進一步的，所述電源模塊包括電源保護模塊；開關穩(wěn)壓模塊，與所述電源保護模塊電性連接；線性穩(wěn)壓及復位啟動管理模塊，與所述開關穩(wěn)壓模塊電性連接。進一步的，所述電源保護模塊，包括新型可恢復保險器件及瞬態(tài)抑制保護器件。進一步的，所述開關穩(wěn)壓模塊，包括新式小型化高頻降壓式開關電源穩(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。進一步的，所述線性穩(wěn)壓及復位啟動管理模塊為超微型高性能低壓差LDO穩(wěn)壓器件。進一步的，所述差分輸入模塊，在差分輸入端設有一個可選擇性并聯(lián)的電流信號負載電阻。進一步的，所述差分輸入模塊的運算放大器輸入端并聯(lián)肖特基二極管。進一步的，所述電流反饋放大模塊包括一階RC濾波電路。進一步的，所述插頭式比例放大器的外殼為赫斯曼(Hirschmarm)GDME標準插件。綜上所述，本實用新型提供的插頭式比例放大器相較于現(xiàn)有技術，具有以下優(yōu)占.
^ \\\ ·1、適用于不帶閥芯或壓力反饋的各類比例溢流閥、比例減壓閥、比例流量閥、比例方向閥等適用范圍廣；2、采用領先水平的嵌入式數(shù)字化軟件，數(shù)字合成PWM電流負反饋驅動技術；3、外殼為赫斯曼(Hirschmarm)GDME標準插件，外型靈巧，堅固耐用，防護性能好；4、驅動電流最大可達2. 7A，發(fā)熱量小，嵌入式算法具有最大電流限制保護功能；5、抗電磁干擾性能優(yōu)異，適用各種惡劣工況條件的現(xiàn)場自動控制應用領域；6、工廠預設PWM顫振頻率參數(shù)，內置電位器可設定偏流、增益、斜坡參數(shù)，控制多樣化；7、可顯示電流強度的數(shù)字化LED診斷指示功能，迅速判斷故障狀態(tài)；8、工業(yè)標準24VDC或12VDC供電，內置可恢復保險絲和瞬態(tài)電壓抑制器件，防止意外故障。

圖1所示為本實用新型一實施例提供的插頭式比例放大器的功能模塊結構圖。
具體實施方式
為讓本實用新型的上述特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉示例性實施例，并配合附圖1，作詳細說明如下。本實用新型一實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。在本實用新型的實施例中，所述微處理器100，包括數(shù)模轉換模塊110 ；信號補償及PID運算模塊120，與所述數(shù)模轉換模塊110連接；PWM調制模塊130，與所述信號補償及 PID運算模塊120連接；時基分配模塊140，分別與所述數(shù)模轉換模塊110、信號補償及PID 運算模塊120、及PWM調制模塊130連接；故障診斷指示模塊150，連接在所述數(shù)模轉換模塊 110、信號補償及PID運算模塊120、及PWM調制模塊130之間。在本實用新型的實施例中，參數(shù)調整電位器P1、P2、P3，與所述數(shù)模轉換模塊連接。在本實用新型的實施例中，所述電源模塊500，包括電源保護模塊510 ；開關穩(wěn)壓
4模塊520，與所述電源保護模塊510電性連接；線性穩(wěn)壓及復位啟動管理模塊530，與所述開關穩(wěn)壓模塊520電性連接。
以下結合附圖1，詳述本實用新型實施例提供的插頭式比例放大器的運作。該插頭式比例放大器使用24V工業(yè)直流電源標準電壓接入，由外部輸入的電源首先通過電源模塊500的電源保護模塊510。在本實用新型的實施例中，電源保護模塊510包括新型可恢復保險器件和瞬態(tài)抑制保護器件。瞬態(tài)抑制保護器件可防止直流供電系統(tǒng)意外干擾或故障產(chǎn)生的超常電壓波動對插頭式比例放大器電路的沖擊破壞。新型可恢復保險器件可防止插頭式比例放大器內部故障或外部電源故障引起電源電流超過正常范圍時的強電流造成電路燒毀事故。經(jīng)過電源保護模塊510后，24V直流電壓要經(jīng)過開關穩(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，因此對此開關穩(wěn)壓模塊520提出了非?？量碳夹g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；模塊工作時產(chǎn)生的發(fā)熱量必須足夠小，在沒有任何散熱面積條件下能夠正常穩(wěn)定工作。為了達到了前述要求，在本實用新型的實施例中，開關穩(wěn)壓模塊520由新式小型化高頻降壓式開關電源穩(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。為適配插頭式比例放大器內部32Bit的微處理器100的電源，+5V電源還要經(jīng)過線性穩(wěn)壓及復位啟動管理模塊530進一步降低穩(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所須的啟動復位信號管理，讓微處理器100上電啟動復位工作更加穩(wěn)定可靠。在本實用新型的實施例中，線性穩(wěn)壓及復位啟動管理模塊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格要求。外部輸入的模擬指令信號經(jīng)過差分輸入模塊200調理轉換成匹配A/D轉換輸入范圍的模擬量信號。由于電源模塊500只能提供+5V單極性電源，在本實用新型的實施例中，特此差分輸入模塊200的差分輸入電路采用一片低電壓單電源雙運放的一路作為差分放大器。在差分輸入端設有一個可選擇性并聯(lián)的電流信號負載電阻，作為電流型輸入信號的功能選項。為防止輸入信號極性反接引起的錯誤輸出，在本實用新型的實施例中，特此在差分輸入模塊200運算放大器輸入端并聯(lián)一只小型肖特基二極管作為保護，普通二極管由于其正向導通壓降太高，不能起到良好的保護效果，而肖特基二極管的導通壓降較低，在輸入信號極性反接時能有效地短路輸入信號使放大器輸出為零。恒流調節(jié)特性的電流閉環(huán)驅動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)生的微弱電壓信號放大到合適的電壓范圍供微處理器100的數(shù)模轉換模塊110采集。本實用新型的實施例中，電流反饋放大模塊300采用典型差分放大電路，提高微弱信號的放大精度。并且在本實用新型的實施例中，電流反饋放大模塊300還附帶一階RC濾波電路，用來濾除微處理器100的PWM調制模塊130產(chǎn)生的脈沖干擾，以提高數(shù)模轉換信噪比。此外，為了節(jié)約器件安裝面積，在本實用新型的實施例中，前述的低電壓單電源雙運放的另外一路是作為電流反饋放大模塊300使用。在本實用新型的實施例中，微處理器100為微功耗32位微處理器。所述數(shù)模轉換模塊110，信號補償及PID運算模塊120，PWM調制模塊130，時基分配模塊140，及故障診斷指示模塊150均為微處理器100的內部功能模塊。數(shù)模轉換模塊110是微處理器100內部自帶的外設功能模塊，具有6通道IObit 高速同步采樣A/D轉換器，能夠提供充分資源進行過采樣數(shù)據(jù)處理方式，精確計算脈動反饋電流的平均值。在本實用新型的實施例中，同時采集三只參數(shù)調整電位器PI、P2、P3的模擬量信號通過數(shù)模轉換模塊110轉換成數(shù)字量進行死區(qū)補償、增益控制、斜坡緩沖三種信號處理運算。信號補償及PID運算模塊120是微處理器100核心程序軟件模塊，輸入指令信號、 電流反饋信號以及參數(shù)調整電位器Pl、P2、P3等模擬信號通過數(shù)模轉換模塊110采樣轉換為數(shù)字量信號，產(chǎn)生的控制量信號，并經(jīng)過每秒數(shù)千次的循環(huán)處理，實時動態(tài)刷新控制量信號。PWM調制模塊130也是微處理器100內部自帶的外設功能模塊，它利用微處理器的硬件資源，將信號補償及PID運算模塊120產(chǎn)生的控制量信號轉換為脈沖寬度調制的開關控制信號。時基分配模塊140實際上是微處理器100總體程序流程的軟件基礎構架，它的重要作用是同步協(xié)調數(shù)模轉換模塊110，信號補償及PID運算模塊120，PWM調制模塊130工作的時序，保證了各環(huán)節(jié)信號處理的相位同步性。故障診斷指示模塊150是一個是微處理器程序軟件模塊，負責實時監(jiān)測環(huán)節(jié)過程量變換，并與正常范圍進行比較判斷，通過控制兩只LED指示燈來顯示放大器工作運行的狀態(tài)。功率輸出模塊400，由推動級三極管、P溝道場效應功率管、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。推動三極管將PWM調制模塊130產(chǎn)生的PWM控制信號轉換為匹配P溝道場效應功率管柵極控制信號，場效應功率管控制輸出給比例電磁線圈的電流，電流采樣電阻將采集的電流大小信號傳送到放大通道進行電流反饋閉環(huán)控制。在本實用新型的實施例中，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題。綜上所述，本實用新型實施例提供的插頭式比例放大器相較于現(xiàn)有技術，具有以下優(yōu)點1、適用于不帶閥芯或壓力反饋的各類比例溢流閥、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圈上使用，插孔標準符合DIN43650，插頭防護等級為 IP65，安裝標準DIN 40050，配接線電纜，適用范圍廣泛。2、采用領先水平的嵌入式數(shù)字化軟件，數(shù)字合成PWM電流負反饋驅動技術；3、外殼為赫斯曼(Hirschmarm)GDME標準插件，外型靈巧，堅固耐用，防護性能好；4、驅動電流最大可達2. 7A，發(fā)熱量小，嵌入式算法具有最大電流限制保護功能；[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)場自動控制應用領域；6、工廠預設PWM顫振頻率參數(shù)，內置電位器可設定偏流、增益、斜坡參數(shù)，實現(xiàn)了控制多樣化；7、可顯示電流強度的數(shù)字化LED診斷指示功能，迅速判斷故障狀態(tài)；8、工業(yè)標準24VDC或12VDC供電，內置可恢復保險絲和瞬態(tài)電壓抑制器件，防止意外故障。以上顯示和描述了本實用新型的基本原理、主要特征和本實用新型的優(yōu)點。本領域的技術人員應該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和范圍的前提下本實用新型還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本實用新型的范圍內。本實用新型要求的保護范圍由所附的權利要求書及其等同物界定。
權利要求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)模轉換模塊；信號補償及PID運算模塊，與所述數(shù)模轉換模塊連接； PWM調制模塊，與所述信號補償及PID運算模塊連接；時基分配模塊，分別與所述數(shù)模轉換模塊、信號補償及PID運算模塊、及PWM調制模塊連接；故障診斷指示模塊，連接在所述數(shù)模轉換模塊、信號補償及PID運算模塊、及PWM調制模塊之間。
3.根據(jù)權利要求2所述的插頭式比例放大器，其特征在于，還包括參數(shù)調整電位器， 與所述數(shù)模轉換模塊連接。
4.根據(jù)權利要求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 電源保護模塊；開關穩(wěn)壓模塊，與所述電源保護模塊電性連接； 線性穩(wěn)壓及復位啟動管理模塊，與所述開關穩(wěn)壓模塊電性連接。
5.根據(jù)權利要求4所述的插頭式比例放大器，其特征在于，所述電源保護模塊，包括新型可恢復保險器件及瞬態(tài)抑制保護器件。
6.根據(jù)權利要求4所述的插頭式比例放大器，其特征在于，所述開關穩(wěn)壓模塊，包括新式小型化高頻降壓式開關電源穩(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)權利要求4所述的插頭式比例放大器，其特征在于，所述線性穩(wěn)壓及復位啟動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，在差分輸入端設有一個可選擇性并聯(lián)的電流信號負載電阻。
9.根據(jù)權利要求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算放大器輸入端并聯(lián)肖特基二極管。
10.根據(jù)權利要求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標準插件形式。
專利摘要本實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)有技術中功能單一、可靠性低、成本高昂等問題，具有性能優(yōu)越、適用范圍廣、控制多樣化等優(yōu)點。
文檔編號G05F1/56GK202257348SQ20112039998
公開日2012年5月30日 申請日期2011年10月19日 優(yōu)先權日2011年10月19日
發(fā)明者陳捷 申請人:上海天潯智能科技有限公司