专利名称：插头式比例放大器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电控技术领域，且特别涉及一种插头式比例放大器。
背景技术：
在现有技术中，电液比例阀在工业控制方面应用广泛，为驱动电液比例阀，需将弱电控制信号按照比例放大成具有一定功率的电流或电压信号，这一功能通常由比例放大器来完成。在采用微机、可编程控制器及其他数字控制器进行控制的场合，控制器与放大器之间还需要有D/A数模转换或PWM脉宽调制等环节。数模转换与功率放大是分别完成的，并且主要是由有源电子器件如运算放大器来实现。这类有源数字式放大器采用的元器件数量多，可靠性不够理想，价格较高。在许多工业应用场合，还需采用断续工作方式，比例阀分担运行，只工作在几个幅值不同的工作点上，对放大器的要求是可靠、价廉，并可方便地用机、 电手动来操作，现有的放大器不能很好的满足这方面的要求。当电液比例阀发生卡涩故障时，可用一个大幅度振荡电流来排除，但现有的比例放大器均不直接具备这种功能。且现有的比例放大器大都采用模拟电路组成，来完成如阀芯零点调整、斜坡时间调整、增益调整以及颤振频率调整等功能。而模拟器件存在固有的温度漂移特性，当环境温度变化时，难以保证电液比例阀的控制精度和可靠性。此外，模拟式比例放大器一旦制成后，功能便被限定，要改变功能必须更换电路，控制功能单一，模拟电路的抗干扰能力也较差、信号处理复杂，与其他器件的通讯也不方便。
实用新型内容本实用新型旨在解决现有技术中，比例放大器控制功能单一，模拟电路的抗干扰能力也较差、信号处理复杂，与其他器件的通讯不便等技术问题。有鉴于此，本实用新型提供一种插头式比例放大器，包括微处理器；差分输入模块及电流反馈放大模块，分别与所述微处理器电性连接；功率输出模块，分别与所述微处理器及电流反馈放大模块连接；电源模块，分别与所述差分输入模块、电流反馈放大模块及所述微处理器电性连接。进一步的，所述微处理器包括数模转换模块；信号补偿及PID运算模块，与所述数模转换模块连接；PWM调制模块，与所述信号补偿及PID运算模块连接；时基分配模块，分别与所述数模转换模块、信号补偿及PID运算模块、及PWM调制模块连接；故障诊断指示模块，连接在所述数模转换模块、信号补偿及PID运算模块、及PWM调制模块之间。进一步的，所述的插头式比例放大器，还包括参数调整电位器，与所述数模转换模块连接。进一步的，所述电源模块包括电源保护模块；开关稳压模块，与所述电源保护模块电性连接；线性稳压及复位启动管理模块，与所述开关稳压模块电性连接。进一步的，所述电源保护模块，包括新型可恢复保险器件及瞬态抑制保护器件。进一步的，所述开关稳压模块，包括新式小型化高频降压式开关电源稳压集成电路及超小型肖特基二极管和高效贴片电感电容。进一步的，所述线性稳压及复位启动管理模块为超微型高性能低压差LDO稳压器件。进一步的，所述差分输入模块，在差分输入端设有一个可选择性并联的电流信号负载电阻。进一步的，所述差分输入模块的运算放大器输入端并联肖特基二极管。进一步的，所述电流反馈放大模块包括一阶RC滤波电路。进一步的，所述插头式比例放大器的外壳为赫斯曼(Hirschmarm)GDME标准插件。综上所述，本实用新型提供的插头式比例放大器相较于现有技术，具有以下优占.
^ \\\ ·1、适用于不带阀芯或压力反馈的各类比例溢流阀、比例减压阀、比例流量阀、比例方向阀等适用范围广；2、采用领先水平的嵌入式数字化软件，数字合成PWM电流负反馈驱动技术；3、外壳为赫斯曼(Hirschmarm)GDME标准插件，外型灵巧，坚固耐用，防护性能好；4、驱动电流最大可达2. 7A，发热量小，嵌入式算法具有最大电流限制保护功能；5、抗电磁干扰性能优异，适用各种恶劣工况条件的现场自动控制应用领域；6、工厂预设PWM颤振频率参数，内置电位器可设定偏流、增益、斜坡参数，控制多样化；7、可显示电流强度的数字化LED诊断指示功能，迅速判断故障状态；8、工业标准24VDC或12VDC供电，内置可恢复保险丝和瞬态电压抑制器件，防止意外故障。
图1所示为本实用新型一实施例提供的插头式比例放大器的功能模块结构图。
具体实施方式
为让本实用新型的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举示例性实施例，并配合附图1，作详细说明如下。本实用新型一实施例提供的插头式比例放大器，其包括微处理器100 ；差分输入模块200及电流反馈放大模块300，分别与所述微处理器100电性连接；功率输出模块400， 分别与所述微处理器100及电流反馈放大模块300连接；电源模块500，分别与所述差分输入模块200、电流反馈放大模块300及所述微处理器100电性连接。在本实用新型的实施例中，所述微处理器100，包括数模转换模块110 ；信号补偿及PID运算模块120，与所述数模转换模块110连接；PWM调制模块130，与所述信号补偿及 PID运算模块120连接；时基分配模块140，分别与所述数模转换模块110、信号补偿及PID 运算模块120、及PWM调制模块130连接；故障诊断指示模块150，连接在所述数模转换模块 110、信号补偿及PID运算模块120、及PWM调制模块130之间。在本实用新型的实施例中，参数调整电位器P1、P2、P3，与所述数模转换模块连接。在本实用新型的实施例中，所述电源模块500，包括电源保护模块510 ；开关稳压
4模块520，与所述电源保护模块510电性连接；线性稳压及复位启动管理模块530，与所述开关稳压模块520电性连接。
以下结合附图1，详述本实用新型实施例提供的插头式比例放大器的运作。该插头式比例放大器使用24V工业直流电源标准电压接入，由外部输入的电源首先通过电源模块500的电源保护模块510。在本实用新型的实施例中，电源保护模块510包括新型可恢复保险器件和瞬态抑制保护器件。瞬态抑制保护器件可防止直流供电系统意外干扰或故障产生的超常电压波动对插头式比例放大器电路的冲击破坏。新型可恢复保险器件可防止插头式比例放大器内部故障或外部电源故障引起电源电流超过正常范围时的强电流造成电路烧毁事故。经过电源保护模块510后，24V直流电压要经过开关稳压模块520将电源稳定在 +5V电压。由于插头式比例放大器的体积非常小巧，因此对此开关稳压模块520提出了非常苛刻技术要求模块组成器件体积必须足够小，才能安装在极其有限的空间里；模块工作时产生的发热量必须足够小，在没有任何散热面积条件下能够正常稳定工作。为了达到了前述要求，在本实用新型的实施例中，开关稳压模块520由新式小型化高频降压式开关电源稳压集成电路及超小型肖特基二极管和高效贴片电感电容等器件组成。电压稳定发热量小且电路可靠性高。+5V为放大器的模拟放大电路提供电源供应。为适配插头式比例放大器内部32Bit的微处理器100的电源，+5V电源还要经过线性稳压及复位启动管理模块530进一步降低稳压到+3. 3V的微功耗微处理器100电源电压，并且提供微处理器100所须的启动复位信号管理，让微处理器100上电启动复位工作更加稳定可靠。在本实用新型的实施例中，线性稳压及复位启动管理模块530选用了超微型高性能低压差LDO稳压器件，兼顾发热量和安装体积的严格要求。外部输入的模拟指令信号经过差分输入模块200调理转换成匹配A/D转换输入范围的模拟量信号。由于电源模块500只能提供+5V单极性电源，在本实用新型的实施例中，特此差分输入模块200的差分输入电路采用一片低电压单电源双运放的一路作为差分放大器。在差分输入端设有一个可选择性并联的电流信号负载电阻，作为电流型输入信号的功能选项。为防止输入信号极性反接引起的错误输出，在本实用新型的实施例中，特此在差分输入模块200运算放大器输入端并联一只小型肖特基二极管作为保护，普通二极管由于其正向导通压降太高，不能起到良好的保护效果，而肖特基二极管的导通压降较低，在输入信号极性反接时能有效地短路输入信号使放大器输出为零。恒流调节特性的电流闭环驱动功能作为插头式比例放大器的重要特性，需要使用电流反馈放大模块300将输出电流采样电阻上产生的微弱电压信号放大到合适的电压范围供微处理器100的数模转换模块110采集。本实用新型的实施例中，电流反馈放大模块300采用典型差分放大电路，提高微弱信号的放大精度。并且在本实用新型的实施例中，电流反馈放大模块300还附带一阶RC滤波电路，用来滤除微处理器100的PWM调制模块130产生的脉冲干扰，以提高数模转换信噪比。此外，为了节约器件安装面积，在本实用新型的实施例中，前述的低电压单电源双运放的另外一路是作为电流反馈放大模块300使用。在本实用新型的实施例中，微处理器100为微功耗32位微处理器。所述数模转换模块110，信号补偿及PID运算模块120，PWM调制模块130，时基分配模块140，及故障诊断指示模块150均为微处理器100的内部功能模块。数模转换模块110是微处理器100内部自带的外设功能模块，具有6通道IObit 高速同步采样A/D转换器，能够提供充分资源进行过采样数据处理方式，精确计算脉动反馈电流的平均值。在本实用新型的实施例中，同时采集三只参数调整电位器PI、P2、P3的模拟量信号通过数模转换模块110转换成数字量进行死区补偿、增益控制、斜坡缓冲三种信号处理运算。信号补偿及PID运算模块120是微处理器100核心程序软件模块，输入指令信号、 电流反馈信号以及参数调整电位器Pl、P2、P3等模拟信号通过数模转换模块110采样转换为数字量信号，产生的控制量信号，并经过每秒数千次的循环处理，实时动态刷新控制量信号。PWM调制模块130也是微处理器100内部自带的外设功能模块，它利用微处理器的硬件资源，将信号补偿及PID运算模块120产生的控制量信号转换为脉冲宽度调制的开关控制信号。时基分配模块140实际上是微处理器100总体程序流程的软件基础构架，它的重要作用是同步协调数模转换模块110，信号补偿及PID运算模块120，PWM调制模块130工作的时序，保证了各环节信号处理的相位同步性。故障诊断指示模块150是一个是微处理器程序软件模块，负责实时监测环节过程量变换，并与正常范围进行比较判断，通过控制两只LED指示灯来显示放大器工作运行的状态。功率输出模块400，由推动级三极管、P沟道场效应功率管、肖特基续流二极管以及低阻值电流采样电阻等器件组成。推动三极管将PWM调制模块130产生的PWM控制信号转换为匹配P沟道场效应功率管栅极控制信号，场效应功率管控制输出给比例电磁线圈的电流，电流采样电阻将采集的电流大小信号传送到放大通道进行电流反馈闭环控制。在本实用新型的实施例中，选用的功率管、续流二极管、采样电阻等器件均为大容量、低导通压降、低阻值SMD器件，有效地缓解了器件发热和器件安装空间的矛盾问题。综上所述，本实用新型实施例提供的插头式比例放大器相较于现有技术，具有以下优点1、适用于不带阀芯或压力反馈的各类比例溢流阀、比例减压阀、比例流量阀、比例方向阀等，可直接安装在比例电磁线圈上使用，插孔标准符合DIN43650，插头防护等级为 IP65，安装标准DIN 40050，配接线电缆，适用范围广泛。2、采用领先水平的嵌入式数字化软件，数字合成PWM电流负反馈驱动技术；3、外壳为赫斯曼(Hirschmarm)GDME标准插件，外型灵巧，坚固耐用，防护性能好；4、驱动电流最大可达2. 7A，发热量小，嵌入式算法具有最大电流限制保护功能；[0061]5、抗电磁干扰性能优异，适用各种恶劣工况条件的现场自动控制应用领域；6、工厂预设PWM颤振频率参数，内置电位器可设定偏流、增益、斜坡参数，实现了控制多样化；7、可显示电流强度的数字化LED诊断指示功能，迅速判断故障状态；8、工业标准24VDC或12VDC供电，内置可恢复保险丝和瞬态电压抑制器件，防止意外故障。以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本领域的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型的范围内。本实用新型要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
权利要求1.一种插头式比例放大器，其特征在于，包括 微处理器；差分输入模块及电流反馈放大模块，分别与所述微处理器电性连接；功率输出模块，分别与所述微处理器及电流反馈放大模块连接；电源模块，分别与所述差分输入模块、电流反馈放大模块及所述微处理器电性连接。
2.根据权利要求1所述的插头式比例放大器，其特征在于，所述微处理器包括 数模转换模块；信号补偿及PID运算模块，与所述数模转换模块连接； PWM调制模块，与所述信号补偿及PID运算模块连接；时基分配模块，分别与所述数模转换模块、信号补偿及PID运算模块、及PWM调制模块连接；故障诊断指示模块，连接在所述数模转换模块、信号补偿及PID运算模块、及PWM调制模块之间。
3.根据权利要求2所述的插头式比例放大器，其特征在于，还包括参数调整电位器， 与所述数模转换模块连接。
4.根据权利要求1所述的插头式比例放大器，其特征在于，所述电源模块包括 电源保护模块；开关稳压模块，与所述电源保护模块电性连接； 线性稳压及复位启动管理模块，与所述开关稳压模块电性连接。
5.根据权利要求4所述的插头式比例放大器，其特征在于，所述电源保护模块，包括新型可恢复保险器件及瞬态抑制保护器件。
6.根据权利要求4所述的插头式比例放大器，其特征在于，所述开关稳压模块，包括新式小型化高频降压式开关电源稳压集成电路及超小型肖特基二极管和高效贴片电感电容。
7 根据权利要求4所述的插头式比例放大器，其特征在于，所述线性稳压及复位启动管理模块为超微型高性能低压差LDO稳压器件。
8.根据权利要求1所述的插头式比例放大器，其特征在于，所述差分输入模块，在差分输入端设有一个可选择性并联的电流信号负载电阻。
9.根据权利要求8所述的插头式比例放大器，其特征在于，所述差分输入模块的运算放大器输入端并联肖特基二极管。
10.根据权利要求1所述的插头式比例放大器，其特征在于，所述电流反馈放大模块包括一阶RC滤波电路。
11.根据权利要求1所述的插头式比例放大器，其特征在于，所述插头式比例放大器的外壳为赫斯曼GDME标准插件形式。
专利摘要本实用新型揭示了一种插头式比例放大器，包括微处理器；差分输入模块及电流反馈放大模块，分别与所述微处理器电性连接；功率输出模块，分别与所述微处理器及电流反馈放大模块连接；电源模块，分别与所述差分输入模块、电流反馈放大模块及所述微处理器电性连接。该插头式比例放大器解决了现有技术中功能单一、可靠性低、成本高昂等问题，具有性能优越、适用范围广、控制多样化等优点。
文档编号G05F1/56GK202257348SQ20112039998
公开日2012年5月30日 申请日期2011年10月19日 优先权日2011年10月19日
发明者陈捷 申请人:上海天浔智能科技有限公司