一种电磁阀应急驱动电路

技术领域

本发明涉及工业用控制阀领域，尤其是涉及一种电磁阀应急驱动电路。

背景技术

工业用控制阀主要在大型工业企业中使用，在工业自动化生产中，控制阀是生产过程自动化控制最重要的配套设备之一，广泛应用于石油、化工、冶金、钢铁、造纸、空分等领域。电液执行器作为控制阀的动力机构，与传统的气动执行器和电动执行器相比，具有体积小、推力大、智能化程序高等优点，并且具有故障位功能。

工业用控制阀的故障位功能是通过在液压系统基础上增加蓄能器的方式来实现。在正常工作时，控制系统控制液压系统往蓄能器里充油，通过蓄能器存储一定的压力能，一旦外部电源失效导致工业用控制阀无法正常运行，电磁阀开启，将蓄能器里的压力能释放，推动工业用控制阀到达预设的位置，从而实现故障位的功能。故障位功能要求电磁阀在正常情况处于关闭状态，在外部电源故障情况下处于打开状态。传统控制阀液压回路中，由于电源失效后无法为电磁阀提供工作所需的能量，因而选择常开型电磁阀，该类电磁阀在正常工作时电磁铁得电，控制电磁阀处于关闭状态；电源失效后电磁铁失电，电磁阀内部弹簧将电磁阀推至打开状态。该类电磁阀由于在正常工作时需长期处于得电工作状态，存在电源利用率低、发热严重、电磁阀寿命短等问题，严重影响工业用控制阀的稳定性和整体寿命。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种电磁阀应急驱动电路，使用电磁阀应急驱动电路，可选用常闭型电磁阀，正常工作时，应急驱动电路休眠，电磁铁处于失电状态，电磁阀内部弹簧将电磁阀保持在关闭状态；外部电源失效后应急驱动电路开始工作，电磁阀得电开启，将蓄能器里的压力能释放，推动工业用控制阀到达预设的位置，实现故障位的功能。本发明避免了电磁阀长期处于得电状态导致的发热问题和寿命问题，节约了电能，延长了整体使用寿命。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种电磁阀应急驱动电路，包括DC降压电路、储能电路、稳压电路和电压调节电路，所述DC降压电路将外部电源降压成储能电路所需要的电压，储能电路包括用于储能的超级电容，稳压电路包括稳压芯片、使能电路，储能电路的输出端连接稳压芯片的输入引脚，使能电路的输入端与DC降压电路相连，使能电路的输出端与稳压芯片的使能引脚相连，当外部电源正常时，DC降压电路正常输出电压，使能电路的光耦导通，稳压芯片的使能引脚电压被拉低，稳压芯片处于休眠状态；当外部电源失效时，使能电路的光耦截止，稳压芯片的使能引脚电平变高，稳压芯片开始工作并输出稳定电压，电压调节电路可改变稳压电路的输出电压，在开始工作瞬间输出较高电压，随后降低输出电压。

所述DC降压电路包括DC降压控制芯片、分压电阻a、电感a和电容，DC降压控制芯片的输入引脚连接外部电源，DC降压控制芯片的输出引脚连接电感a的一端，分压电阻a包括R1和R2，DC降压控制芯片的Feedback引脚分别连接R1和R2的一端，R1的另一端连接到DC降压电路的输出端V2，R2的另一端连接电容的负极，电容的正极和电感a的另一端均连接DC降压电路的输出端V2。

所述DC降压电路包括二极管a，二极管a的正极连接电容的负极，二极管a的负极连接DC降压控制芯片的输出引脚。

所述储能电路包括电容均压芯片、泄流电阻，所述超级电容和均压芯片并联，均压芯片的VDD引脚与超级电容的正极相连，均压芯片的SEL引脚连接超级电容的负极，所述泄流电阻连接均压芯片的泄流端口。

所述储能电路包括二极管b，所述二极管b的正极通过电阻R连接DC降压电路的输出端V2，二极管b的负极连接均压芯片的VDD引脚。

所述使能电路的输出端通过10k电阻连接稳压芯片的输入引脚。

所述使能电路包括电感b、二极管c，电感b的两端分别连接稳压芯片的输入引脚和SW引脚，二极管c的正极连接稳压芯片的SW引脚，二极管c的负极为输出端。

所述电压调节电路包括分压电路、三极管、电压比较器，所述DC降压电路的输出端V2通过串联的R6和R7接地，R7并联滤波电容a，R6和R7相连的一端连接电压比较器的同相输入端，电压比较器的反相输入端连接2.5V电压，电压比较器的输出端通过三极管连接分压电路，分压电路包括串联的R3、R4、R5，R3的两端分别连接三极管的发射极和集电极，R4和R5相连的一端连接稳压芯片的FB引脚。

所述滤波电容a两端的电压高于2.5V时，电压比较器输出高电平，三极管截止，此时分压电路由R3、R4、R5参与分压，稳压电路的输出电压为

所述稳压电路的输出端通过滤波电路b接地。

本发明的有益效果是：

应急驱动电路开始工作后，随着超级电容放电其两端输出电压会不断降低，通过稳压电路将电压稳定成电磁阀所要求的电压，以确保电磁阀的正常工作。电压调节电路可动态调节输出给电磁阀的电压，尽可能地延长应急驱动电路的工作时间，满足液压系统故障处置的需求。

使用正常工作时储能电路储能，应急工作时储能电路放电驱动电磁阀的方式，电磁阀应急驱动电路可在外部电源失效的情况下给电磁铁提供一段时间的电源输出，确保液压系统完成故障处置功能，避免电磁阀长期处于得电工作状态，解决了因电磁阀长期得电引起的电源效率低、发热严重和电磁阀寿命短等问题，极大地提高了液压系统的可靠性和使用寿命，结构简单且体积小。

附图说明

图1为本发明的系统原理图；

图2为本发明的DC降压电路原理图；

图3为本发明的储能电路原理图；

图4为本发明的稳压电路原理图；

图5为本发明的电压调节电路原理图。

图中：DC降压电路1、储能电路2、稳压电路3、电压调节电路4、DC降压控制芯片5、分压电阻a6、电感a7、电容8、超级电容9、电容均压芯片10、二极管b11、稳压芯片12、使能电路13、电感b14、二极管c15、分压电路16、三极管17、电压比较器18、滤波电容a19、滤波电路b20、二极管a21、泄流电阻22。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：

如图1～图5所示，一种电磁阀应急驱动电路，包括DC降压电路1、储能电路2、稳压电路3和电压调节电路4，所述DC降压电路1将外部电源降压成储能电路2所需要的电压。

参照图1、图2，所述DC降压电路1包括DC降压控制芯片5、分压电阻a6、电感a7、电容8、二极管a21，DC降压电路1的输出电压V2由R1和R2的比值确定，计算公式为

DC降压控制芯片5的输入引脚连接外部电源，DC降压控制芯片5的输出引脚连接电感a7的一端，分压电阻a6包括R1和R2，DC降压控制芯片5的Feedback引脚分别连接R1和R2的一端，R1的另一端连接到DC降压电路1的输出端V2，R2的另一端连接电容8的负极，电容8的正极和电感a7的另一端均连接DC降压电路1的输出端V2。

二极管a21的正极连接电容8的负极，二极管a21的负极连接DC降压控制芯片5的输出引脚。

DC降压电路1的工作原理为：控制芯片5的输出引脚(Output引脚)输出高电压，电感a7和电容8开始储能，输出端电压V2逐渐升高。该输出电压V2经过分压电阻a6的R1和R2进行分压后，输入到控制芯片5的Feedback引脚，在芯片内部与1.23V电压进行比较。随着输出端电压V2的逐渐升高，如果分压电阻6分压后的电压高于1.23V,控制芯片5的Output引脚停止输出，电感a7和电容8开始释放存储的能量，输出端电压V2逐渐降低。二极管a21为电感a7的续流二极管，当电感a7处于放电状态时，二极管a21为电感a7提供放电的电流回路。随着输出端电压V2的逐渐降低，如果分压电阻6分压后的电压低于1.23V，控制芯片5的Output引脚输出高电压，如此循环，最终在输出端得到所需的输出电压。

参照图1、图3，储能电路2包括用于储能的超级电容9、电容均压芯片10、泄流电阻22、二极管b11，超级电容9容量大，但电压低，因此可以使用电容串联的方式提高储能电压，通过电容并联的方式提高储能容量，电容储能计算方法为

所述超级电容9和均压芯片10并联，均压芯片10将DC降压电路1输出的电压V2平均分配到每个电容上，使得每个电容上的电压都相等，减小多个电容间的电压差，从而减小电容的漏电流和损耗，保证储能电路2的可靠性与稳定性。

均压芯片10的VDD引脚与超级电容9的正极相连，超级电容9为均压芯片10提供电源；均压芯片10的SEL引脚连接超级电容9的负极，SEL引脚是均压芯片10的电压选择引脚，BW6103采用2.95V作为均压电压,适配电压为3V的超级电容9。

所述泄流电阻22连接均压芯片10的泄流端口。当均压芯片10的VDD引脚电压超过2.95V时，通过泄流电阻22释放部分能量，以便将电压维持在设定的2.95V。

所述二极管b11的正极通过电阻R连接DC降压电路1的输出端V2，二极管b11的负极连接均压芯片10的VDD引脚。二极管b11串联在储能电路2的输入端，利用二极管的单向导通特性防止电流回流，当外部电源失效时，DC降压电路1的输出电压低于储能电路2的电压，使用二极管b11防止电流从储能电路2回流到DC降压电路1。

超级电容9通过限流电阻R进行充电储能，充电过程的电容两端电压为

参照图1、图4，稳压电路3包括稳压芯片12、使能电路13、电感b14、二极管c15，储能电路2的输出端连接稳压芯片12的输入引脚(VIN引脚)，使能电路13的输入端与DC降压电路1通过1k的限流电阻相连，使能电路13的输出端与稳压芯片12的使能引脚相连，所述使能电路13的输出端通过10k电阻连接稳压芯片12的输入引脚。

电感b14的两端分别连接稳压芯片12的输入引脚和SW引脚，二极管c15的正极连接稳压芯片12的SW引脚，二极管c15的负极为输出端。

其工作原理为：当外部电源正常时，DC降压电路1正常输出电压，使能电路13的光耦导通，稳压芯片12的使能引脚电压被拉低，稳压芯片12处于休眠状态；外部电源失效时，使能电路13的光耦截止，稳压芯片12的使能引脚电平变高，稳压芯片12开始工作，输出稳定电压为电磁阀提供电源。稳压芯片12的输出电压由FB引脚电压确定，可根据电磁阀的供电要求进行选择，应急驱动电路工作过程中，随着超级电容9的持续放电，储能电路2的输出电压将不断降低，使用稳压芯片12对电压进行稳压，为电磁阀提供稳定的电源。稳压芯片12使用SW引脚控制电感b14高速通断，利用电感在电流关断瞬间产生高压的原理，对电路的输出电压进行稳压。随着储能电路2的输出电压将不断降低，稳压电路3的输出电压会高于储能电路2的电压，因此使用二极管c15防止稳压电路的输出回流至储能电路2。

参照图1、图5，电压调节电路4可改变稳压电路3的输出电压，根据电磁阀的特性，电磁阀开启瞬间需要较高的开启电压，开启完成后只需较低的维持电压，因此稳压电路在开始工作瞬间输出较高的电压，随后降低输出电压。储能电路2存储的能量有限，较低的工作电压可维持更长的输出时间。

所述电压调节电路4包括分压电路16、三极管17、电压比较器18、滤波电容a19，所述DC降压电路1的输出端V2(图1中位于DC降压电路1输出端的V2和位于电压调节电路4处的V2为同一个电压，两处是直接连通的，图中未画出连接线而已)通过串联的R6和R7接地，R7并联滤波电容a19，R6和R7相连的一端连接电压比较器18的同相输入端(+端)，即滤波电容a19的正极连接电压比较器18的同相输入端，电压比较器18的反相输入端(-端)连接2.5V电压，电压比较器18的输出端通过阻值为10k的限流电阻、三极管17连接分压电路16，分压电路16包括串联的R3、R4、R5，R3的两端分别连接三极管17的发射极和集电极，R4和R5相连的一端连接稳压芯片12的FB引脚。

电压调节回路4的工作原理为：当外部电源正常时，DC降压电路1正常输出电压，对滤波电容a19(即图5中的C1)进行充电，滤波电容a19两端电压通过电压比较器18与2.5V电压进行比较，所述滤波电容a19两端的电压高于2.5V时，电压比较器18输出高电平，三极管17截止，此时分压电路16由R3、R4、R5参与分压，稳压电路3的输出电压为

电压调节电路4中，可通过电阻R7调节输出电压切换时间。R6和R7构成分压电路，分压得到

稳压电路3的输出电压可由R3、R4、R5来确定，计算公式为

所述稳压电路3的输出端通过滤波电路b20接地。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。