电磁比例阀的控制电路和控制方法

技术领域

本申请属于电气控制领域，尤其涉及一种电磁比例阀的控制电路和控制方法。

背景技术

在一些电子设备，例如热水器中，会用到电磁比例阀作为电子设备的开关，电磁比例阀打开的大小程度是由与电磁比例阀配套的电感电流的大小来控制。由于磁滞和静态阻力的问题，会导致在电感电流上升和下降相同幅度时候电磁比例阀打开的程度并不相同。

发明内容

本申请针对上述问题，提供了一种比例阀控制电路，包括直流信号产生模块，配置为产生目标直流信号；交流信号产生模块，配置为产生目标交流信号；反馈控制模块，配置为基于目标直流信号、目标交流信号以及比例阀的电感输出信号产生第一控制信号；PWM信号产生模块，配置为至少基于所述第一控制以及预设参考信号产生PWM信号；以及驱动模块，配置为在所述PWM信号的控制下将电源电压提供给比例阀的电感。

特别的所述反馈控制模块包括第一比较装置，其正输入端配置为接收所述目标直流信号和所述目标交流信号之和，其负输入端配置为接收所述电感的输出信号，其输出端耦合到所述PWM产生模块配置为输出所述第一控制信号。

特别的，所述反馈控制模块包括第一比较装置，其正输入端配置为接收所述目标直流信号，其负输入端配置为接收所述目标交流信号与所述电感的输出信号之和，其输出端耦合到所述PWM产生模块。

特别的，所述反馈控制模块还包括补偿单元，配置为对所述第一比较装置的输出进行补偿，并将补偿后的信号作为所述第一控制信号。

特别的，第一比较装置包括电压-电流转换器，配置为将其正负输入端接收到的电压之差转换为电流；所述补偿单元包括负载，配置为将所述电压-电流转换器输出的电流转换为电压并作为所述第一控制信号。

特别的，所述PWM信号产生模块包括第二比较装置，其正输入端配置为接收所述第一控制信号，其负输入端配置为接收所述参考信号，其输出端配置为输出所述PWM信号，其中所述参考信号包括三角波信号。

特别的，其中所述PWM信号产生模块包括第三比较装置，其正输入端配置为接收所述第一控制信号，其负输入端配置为接收所述电感的输出信号；RS触发器，其R输入端耦合到所述第三比较装置的输出端，其S输入端配置为接收所述参考信号，其Q输出端配置为输出所述PWM信号，其中所述参考信号包括时钟信号；其中所述时钟信号的第一边沿触发所述PWM信号的第一边沿，当所述电感的输出信号达到与所述第一控制信号相等时，触发所述PWM信号的第二边沿。

特别的，所述驱动模块包括第一输入端，配置为接收电源电压；第二输入端，配置为接收地电平；第一输出端和第二输出端，配置为向所述电感两端施加电压；控制端，配置为接收所述PWM信号；第一开关，耦合在所述第一输入端和第一输出端之间；第二开关，耦合在所述第一输出端和第二输出端之间；第一缓冲单元，其输入端配置为接收所述PWM信号，其输出端配置为控制第一开关的状态，当所述PWM信号有效时所述第一和第二输出端之间的输出为电源电压；以及反相单元，其输入端配置为接收所述PWM信号，其输出端配置为控制所述第二开关的状态，当所述PWM信号失效时所述第一和第二输出端之间的输出电压为零。

特别的，所述驱动模块包括第一输入端，配置为接收电源电压；第二输入端，配置为接收地电平；第一输出端和第二输出端，配置为向所述电感两端施加电压；控制端，配置为接收所述PWM信号；第一开关，耦合在所述第一输入端和第一输出端之间；二极管，其阳极耦合到所述第二输出端，其阴极耦合到所述第一输出端；以及第二缓冲单元，其输入端配置为接收所述PWM信号，其输出端配置为控制第一开关的状态，当所述PWM信号有效时所述第一和第二输出端之间的输出为电源电压，当所述PWM信号失效时所述第一和第二输出端之间的输出电压为零。

特别的，所述目标交流信号是三角波、正弦波或者方波。

本申请还提供了一种电子设备，包括比例阀，电源以及如前任一所述的比例阀控制电路。

本申请还提供了一种控制比例阀工作的方法，包括产生用于比例阀电感的目标直流信号和目标交流信号；获取比例阀电感的输出信号；基于所述比例阀电感的目标直流信号、目标交流信号和所述比例阀电感输出信号产生用于比例阀电感的第一控制信号；基于所述第一控制信号与参考信号之间的关系产生PWM信号；以及在所述PWM信号的控制下将电源电压提供给所述比例阀电感。

特别的，所述参考信号是三角波，当所述第一控制信号大于等于三角波时，PWM信号为有效电平；当第一控制信号小于三角波时，PWM信号为失效电平。

特别的，所述参考信号包括时钟信号，所述时钟信号的第一边沿触发所述PWM信号的第一边沿，当所述电感输出信号等于所述第一控制信号时触发所述PWM信号的第二边沿。

特别的，基于所述比例阀电感的目标直流信号、目标交流信号和所述比例阀电感输出信号产生用于比例阀电感的第一控制信号，包括将所述目标直流信号与所述目标交流信号之和与电感输出信号进行比较，并且将比较的结果转化为第一控制信号。

特别的，基于所述比例阀电感的目标直流信号、目标交流信号和所述比例阀电感输出信号产生用于比例阀电感的第一控制信号，包括将所述目标直流信号与目标交流信号与电感输出信号之和进行比较，并且将比较的结果转化为第一控制信号。

附图说明

参考附图示出并阐明实施例。这些附图用于阐明基本原理，从而仅仅示出了对于理解基本原理必要的方面。这些附图不是按比例的。在附图中，相同的附图标记表示相似的特征。

图1a所示为根据本申请一个实施例的比例阀控制电路模块示意图；

图1b所示为图1a中所示电路的工作时序示意图；

图2所示为根据本申请另一个实施例的电磁比例阀控制电路模块示意图；

图3a和3b所示为根据本申请一个实施例的电磁比例阀控制电路中反馈控制模块的电路示意图；

图4a所示为根据本申请一个实施例的比例阀控制电路中的PWM信号产生模块的电路示意图；

图4b所示为图4a所示的PWM信号产生模块的工作时序示意图；

图5a所示为根据本申请另一个实施例的比例阀控制电路中的PWM信号产生模块的电路示意图；

图5b所示为图5a所示的PWM信号产生模块的工作时序示意图；

图6a所示为根据本申请一个实施例的比例阀控制电路中驱动模块的电路示意图；

图6b所示为根据本申请另一个实施例的比例阀控制电路中驱动模块的电路示意图；以及

图7所示为根据本申请一个实施例的对电磁比例阀进行控制的方法流程图。

具体实施方式

在以下优选的实施例的具体描述中，将参考构成本申请一部分的所附的附图。所附的附图通过示例的方式示出了能够实现本申请的特定的实施例。示例的实施例并不旨在穷尽根据本申请的所有实施例。可以理解，在不偏离本申请的范围的前提下，可以利用其他实施例，也可以进行结构性或者逻辑性的修改。因此，以下的具体描述并非限制性的，且本申请的范围由所附的权利要求所限定。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。对于附图中的各单元之间的连线，仅仅是为了便于说明，其表示至少连线两端的单元是相互通信的，并非旨在限制未连线的单元之间无法通信。

在以下的详细描述中，可以参看作为本申请一部分用来说明本申请的特定实施例的各个说明书附图。在附图中，相似的附图标记在不同图式中描述大体上类似的组件。本申请的各个特定实施例在以下进行了足够详细的描述，使得具备本领域相关知识和技术的普通技术人员能够实施本申请的技术方案。应当理解，还可以利用其它实施例或者对本申请的实施例进行结构、逻辑或者电性的改变。

以下将高电平作为有效电平，低电平作为失效电平进行介绍。当然与这种情况互补的实施例也属于本申请的保护范围。

对于比例阀的电感电流的控制大概分为三个指标：第一，为了实现对电感电流平均值的控制，可以设置一个直流的目标信号；第二，为了克服电磁比例阀的磁滞问题带来的影响，可以设置一个低频的交流信号来进行平衡；第三，驱动模块的目标开关频率。

在本申请中，为了使电感电流能够更加确切的接近目标电流，也就是说让比例阀的工作情况与用户的输入更加的同步，分别采用了不同的模块来分别实现前面第一、二个指标和第三个指标。

由于在本申请的方案中采用了包含了补偿电路的反馈控制模块来实现负反馈的功能，这使得该电路具有一个自适应的效果，也就是说只有当反馈控制模块的运算放大器正负两个输入端的输入信号相等的时候，其输出端才能达到一个稳定的状态，一旦正负输入端的信号不相等，系统就会不停的调节电源电压的提供情况，进而调节比例阀电感电流，从而最终达到自适应的稳态，从而实现对电感电流的精确控制。但是利用具有这样功能的反馈控制模块，如果其输入端接收到的目标直流信号带有驱动模块的目标开关频率信息的话，由于开关频率相对比较高，这使得反馈控制模块很难发挥其自适应从而达到对电感电流精确控制的功能。因此，在以下的实施例中采用了一种让反馈控制模块专注于对电感电流平均值的控制，而将驱动模块开关频率信息在反馈控制模块以后的PWM信号产生模块中引入，从而更有利于对电感电流的精准控制。

图1a所示为根据本申请一个实施例的比例阀控制电路模块示意图。如图1a所示，该电路可以包括直流信号产生模块101，配置为产生控制比例阀电感电流平均值的目标直流信号。根据一个实施例，目标直流信号可以是电流或电压。

根据一个实施例，该电路还可以包括交流信号产生模块102，配置为产生控制比例阀的目标交流信号。根据一个实施例，目标交流信号可以是电流或电压。目标交流信号可以是用来克服比例阀的磁滞产生的负面影响的低频交流信号，其频率低于控制电源的PWM信号的频率，例如可以是50-300Hz。根据一个实施例，交流信号产生模块102可以是抖频信号产生装置(dither generator)。目标交流信号的频率以及振幅与比例阀属性相关。用户可以根据需要对目标交流信号进行调整。

根据一个实施例，该电路还可以包括反馈控制模块103。根据一个实施例，反馈控制模块103可以至少包括一个运算放大器。根据一个实施例，运算放大器的正输入端可以接收目标直流信号和目标直流交信号之和(根据一个实施例可以包括加法器用于计算目标直流信号和目标交流信号之和)，运算放大器的负输入端可以接收流经比例阀电感L的电流IL或其对应的电压Vsense，运算放大器的输出可以直接或间接的作为对PWM信号产生模块进行控制的第一控制信号。反馈控制模块103提供了一个负反馈机制，从而可以根据电感电流IL的实际大小来调整后续对电源提供情况的控制。

根据一个实施例，反馈控制模块103中还可以包括补偿单元，例如PID控制，或者零极点控制等等，用于输出稳定的控制信号。

根据一个实施例，该电路还可以包括PWM信号产生模块104，耦合到反馈控制模块103的输出端，配置为根据第一控制信号产生相应的PWM信号。

根据一个实施例，该电路还可以包括驱动模块105，耦合到PWM信号产生模块104的输出端，配置为根据PWM信号对向比例阀电感L供电的时间进行调整，从而实现对比例阀电感实际平均电流的控制。

图1b所示为图1a比例阀控制电路的工作时序示意图。其中VDC所示为示意性目标直流信号，VAC所示为低频的示意性目标交流信号，二者之和VDA+VAC也是一个低频的交流信号。根据不同的实施例，目标交流信号可以是三角波、正弦波或者方波等交流信号。

目标直流信号和目标交流信号之和VDC+VAC被提供到反馈控制模块中的运算放大器的正输入端V+(如虚线所示)，运算放大器的负输入端V-可以接收比例阀电感的电流IL对应的电压Vsense，运算放大器输出端可以输出第一控制信号Vc。根据一个实施例，PWM信号产生模块可以将Vc与参考信号例如一个三角波进行比较，并且根据比较结果输出PWM信号。当然，PWM信号产生模块还可以包括其他的结构，后面也会具体介绍。

如图1a所示的电路，可以根据经反馈的电感电流IL或其对应的电压Vsense的实际情况动态的调整反馈控制模块103输出的第一控制信号，从而可以实现对电感电流更精准的控制，并进一步对电磁比例阀的开关情况实现符合用户期待的控制。其次，由于在该电路中，目标直流信号中并不包括频率信息，而PWM信号的频率信息是在PWM信号产生模块104中加入的，这样分立的调控方式更有利于的对比例阀电感电流平均值的精确的控制。

图2所示为根据本申请另一个实施例的电磁比例阀控制电路模块示意图。与图1a的区别在于，反馈控制模块203中运算放大器的正输入端可以配置为接收直流信号产生模块201的输出，运算放大器的负输入端可以配置为接收交流信号产生模块202的输出与电感电流IL(或其对应的电压Vsense)之和(根据一个实施例可以设置加法器对目标交流信号和电感输出信号求和)。相比与图1a所示的实施例，目标交流信号加在运算放大器负端相比于加在运算放大器的正端会有180度的相移，但反馈控制模块203的输出只取决于运算放大器正负输入端之差的幅值和抖动频率，因此运算放大器的输出仍然可以作为反馈控制模块203的输出，并提供给PWM信号产生模块204，从而产生PWM信号并提供给驱动模块205，用于控制将电源电压提供给电感的时间。

图3a和3b所示为根据本申请一个实施例的电磁比例阀控制电路中反馈控制模块的电路示意图。如图所示，该反馈控制模块中可以包括一个电压-电流转换器，其正输入端接收电压可以为V+，负输入端接收电压可以为V-，其输出端可以通过负载Zc接收地电平。这里的负载Zc是用来实现比例阀控制电路的补偿电路，根据比例阀控制电路中驱动模块的系统特性，根据不同的实施例可以设置不同的补偿电路结构，来稳定比例阀控制电路。比如根据一个实施例，负载Zc可以包括串联的电阻Rc和Cc。因此，电压电流转换器输出端的电流经负载Zc被转换为第一控制信号Vc，并可以通过以下公式表达：

Vc＝gm*(V

其中Zc为负载的等效电阻值，gm为电压-电流转换器的等效电导值。

图4a所示为根据本申请一个实施例的比例阀控制电路中的PWM信号产生模块的电路示意图，图4b所示为该PWM信号产生模块的工作时序示意图。

根据一个实施例，PWM信号产生模块可以包括比较器401，其正输入端可以配置为接收反馈控制模块输出的第一控制信号Vc，其负输入端可以配置为接收一个如图4b所示的三角波Vtri。

如图4b所示，当Vc高于Vtri的时候，PWM信号产生模块的输出信号VPWM为有效电平例如高电平；当Vc低于Vtri的时候，PWM信号产生模块的输出信号VPWM为失效电平例如地电平。因此可见，通过选择三角波Vtri的频率，可以实现所需要达到的对功率器件开关控制的频率。三角波幅值，也就是PWM信号占空比为1的时候Vc的值。三角波Vtri的频率可以与比例阀电感值，目标直流信号以及实际的开关频率等因素相关。根据其他实施例，基于图4a所示的电路结构和输入信号类型的不同触发方式都属于本申请的保护范围之内。

图5a所示为根据本申请另一个实施例的比例阀控制电路中的PWM信号产生模块的电路示意图，图5b所示为该PWM信号产生模块的工作时序示意图。

在该实施例中，PWM信号产生模块可以包括例如一个比较器501以及RS触发器502。其中，比较器501的正输入端可以配置为接收控制信号Vc，负输入端可以配置被接收电感电流IL对应的电压Vsense，比较器的输出端可以耦合到RS触发器502的R输入端，RS触发器的S输入端可以配置为接收一个时钟信号CLK，RS触发器的Q输出端可以配置为输出PWM信号。

如图5b所示，CLK的上升沿会触发Vsense上升，相应的输出的PWM信号也会产生上升沿；但是当Vsense＝Vc的时候，相应的就会触发PWM的下降沿，Vsense就会开始下降，而直到CLK的上升沿再次到来，Vsense会再次上升。根据不同的实施例，基于图5a所示的电路结构和信号特性，采用不同的触发逻辑的方案仍属于本申请保护的范围。

由此可知，可以通过调整时钟信号CLK的频率来控制PWM信号的频率。时钟信号CLK的频率可以与比例阀电感值，目标直流信号以及实际的开关频率等因素相关。

图6a所示为根据本申请一个实施例的比例阀控制电路中驱动模块的电路示意图。如图所示，驱动模块的两个输入端可以分别耦合到例如电源电压VS和地电位GND。驱动模块的控制端耦合到PWM信号产生模块的输出端并配置为接收VPWM。驱动模块的两个输出端分别提供VL+和VL-,耦合到电感L的两端。

根据一个实施例，如图所示，驱动模块还可以包括一个缓冲器601和一个反相器602。当VPWM为有效电平例如高电平时，其通过缓冲器601使得接收电源电压VS的输入端与VL+的输出端之间的开关603闭合，VL-输出端始终耦合到地电平GND，开关604断开因为反相器602所提供的信号为失效信号。因此，电源电压被提供到电感L两端。

当VPWM为失效电平例如低电平时，其通过反相器602使得输出端VL+和VL-之间的开关604闭合，而使得接收电源电压的输入端与VL+的输出端之间的开关603断开，因此施加到电感L两端的电压为零。

图6b所示为根据本申请另一个实施例的比例阀控制电路中驱动模块的电路示意图。在这个实施例中，驱动模块的两个输入端可以分别耦合到例如电源电压VS和地电位GND；驱动模块的控制端耦合到PWM产生模块的输出端并配置为接收VPWM；驱动模块的两个输出端分别提供VL+和VL-,耦合到电感L的两端。

根据一个实施例，驱动模块还可以包括一个缓冲器611和一个耦合在两个输出端VL+和VL-之间二极管612。当VPWM为有效电平例如高电平时，其通过缓冲器使得接收电源电压VS的输入端与VL+的输出端之间的开关613闭合，VL-输出端始终耦合到地电平GND。并且由于二极管的阴极耦合到VL+阳极耦合到GND，在VPWM有效的时候，VL+的电位高于VL-,因此二极管不导通，电源电压被提供到电感L两端。当VPWM为失效电平例如低电平时，使得接收电源电压VS的输入端与VL+的输出端之间的开关断开，二极管阳极电位高于阴极电位，因此二极管导通，VL+和VL-彼此连接，导致施加到电感L两端的电压为零。

根据不同的实施例，驱动模块的两个输入端也可以配置为接收其他电压，从而在驱动模块的两个输出端也配置为提供其他电压。

根据一个实施例，图7所示为根据本申请一个实施例的对电磁比例阀进行控制的方法流程图，该方法可以包括：

在702，产生用于比例阀电感的目标直流信号和目标交流信号。

在704，获取比例阀电感的输出信号。

在706，基于所述比例阀电感的目标直流信号、目标交流信号和所述比例阀电感输出信号产生用于比例阀电感的第一控制信号。

根据一个实施例，可以将目标直流信号与目标交流信号之和与电感输出信号进行比较，并且将比较的结果转化为第一控制信号。

根据另一个实施例，也可以将目标直流信号，与目标交流信号与电感输出信号之和进行比较，并且将比较的结果转化为第一控制信号。

在708，基于所述第一控制信号与参考信号之间的关系产生PWM信号。

根据一个实施例，参考信号可以是三角波，当所述控制信号大于等于三角波时，PWM信号输出有效电平；当控制信号小于三角波时，PWM信号输出失效电平。当然，与该实施例互补的触发方式也属于本申请的保护范围。

根据另一个实施例，所述参考信号可以包括时钟信号，所述时钟信号的上升沿触发所述PWM信号的上升沿，当所述电感输出信号等于所述第一控制信号时触发所述PWM信号的下降沿。当然，与该实施例互补的触发方式也属于本申请的保护范围。

在710，在所述PWM信号的控制下将电源电压提供给所述比例阀电感。当然，提供给比例阀电感的也不一定是电源电压，也可以是用户设置的其他电压。

本申请还公开了一种电子设备，例如电热水器等，其可以包括电磁比例阀，以及本申请所公开的比例阀控制电路。

本申请公开的电磁比例阀控制电路可以更好的消除磁滞带来的负面影响，并且提供对比例阀更加精确的控制。

因此，虽然参照特定的示例来描述了本申请，其中这些特定的示例仅仅旨在是示例性的，而不是对本申请进行限制，但对于本领域普通技术人员来说显而易见的是，在不脱离本申请的精神和保护范围的基础上，可以对所公开的实施例进行改变、增加或者删除。