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MC34161在電動執(zhí)行器中的應用

作者: 時間:2012-08-09 來源:網絡 收藏

摘要:/MC33161系列集成電路是一種廉價的通用電壓監(jiān)測器,可用于各種電子設備的電源電壓監(jiān)測,該器件可通過模式選擇方式來實現檢測正、負電壓的過、欠壓,以及某一正或負電壓的上、下限電壓,可直接驅動發(fā)光二極管顯示或蜂嗚器報警,也可根據需要接成控制電路。文中介紹由系列集成電路構成的電路。
關鍵詞:器;伺服放大器;操作器;位置發(fā)生器;集成電路

1 系列電壓檢測集成電路簡介
MC34161/MC33161系列集成電路采用8腳雙列直插封裝,外形和引腳如圖1所示,內部等效電路如圖2所示。它由兩個相同的檢測通道組成,分別由輸入比較器、模式選擇電路、通道比較器、異或門及輸出級電路組成,同時,該電路內部還提供了一個穩(wěn)定的參考電壓源。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/176492.htm

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1.1 輸入比較器
兩個輸入比較器的門限電壓相同,其數值為1.27V±2%,并且都有25mv的滯迥電壓,以防止比較器輸入信號穿越閥值電壓時產生振蕩,輸入比較器采用同相輸入,具有較高的輸入阻抗。
1.2 模式選擇電路
該器件設有模式選擇電路,可通過模式選擇輸入端接入不同的輸入電壓以達到不同的功能,不同接法時的真值表如表1所示。

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1.3 基準電壓源
該器件提供一路輸出電壓為2.54V,電流為2mA的基準電壓源,可供檢測負電壓或模式選擇時使用?;鶞孰妷涸淳哂袃炔勘Wo電路,當輸出電流超過2mA時,保護電路將使輸出關斷。
1.4 輸出級電路
器件的輸出級為集電極開路輸出,使更加靈活。由于內部電路采用了正反饋自舉電路,使該器件在靜態(tài)電流較小的情況下,具有較低的飽合壓降。器件的電氣參數可參閱文獻。
電動器是電動單元組合儀表中的執(zhí)行單元,通常由伺服放大器,電動操作器及執(zhí)行機構組成,其中的電路部分包括:伺服放大器電路,電動操作器電路,位置發(fā)送器電路等。在上述三種電路中有一個共同點,就是都用到具有滯迥特性的電壓比較器,因此用MC34161電壓檢測集成電路對上述電路進行改進,在保證原電路功能的前提下,可達到簡化電路設計,降低生產成本,改善電路性能的效果。

2 MC34161在伺服放大器中的
伺服放大器是電動執(zhí)行器中的重要部件,其主要作用是將來自調節(jié)器的電流信號與位置發(fā)送器的電流信號進行綜合放大,根據其差值控制交流電子開關的通斷,進而控制伺服電機按要求運轉。
目前普通型伺服放大器內部通常由前置級、中間級、輸出級組成。其中前置級多為隔離放大器(本文以磁放大器為例);中間級為交流開關驅動級,其實質是電壓比較器;輸出級為交流電子開關。驅動級的作用是對磁放的輸出信號進行判斷,當磁放輸出電壓的絕對值大于死區(qū)電壓時,驅動級會使某個交流電子開關的通斷發(fā)生變化,根據伺放中間級的功能和作用,用MC34161集成電路構成伺放的交流開關驅動級,由于其自身具有滯迥特性可使電路更加簡單,性能更加優(yōu)良。

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用MC34161構成伺放的中間級,其實質就是將磁放的輸出電壓作為被監(jiān)測的電壓信號,由于MC34161內部輸入電壓比較器的門限電壓為1.27V±0.2%,而磁放在輸入信號之差大于150μA(II)或240μA(III)時,其輸出電壓為±1V,因此,為使MC34161能對磁放的輸出電壓進行有效檢測,需將磁放的輸出電壓進行遷移,即加一個偏移電壓使磁放的輸出電壓大于MC34161內部的門限電壓,圖3中給出了重新設計的伺放原理電路。圖中,前置級仍然采用磁放大器,I1、I2、I3為輸入信號,If為位置發(fā)送器信號。中間級采用MC34161構成驅動級,輸出級采用固態(tài)繼電器作為交流電子開關。
在圖3電路中,將MC34161模式選擇端接在大于2.8V的電源上,使通道比較器A3、A4的輸出均為“0”,從而構成雙路正電壓過壓檢測電路。恒流管2DH及電阻R5用于產生遷移電壓。電阻R1、R2(R1=R2)、R3、R4(R3=R4)將磁放大器的差動輸出信號轉換成對地的單端信號,以利于檢測電路的信號處理。
由伺服放大器的原理可知,當磁放大器的輸出端電壓Uab=Ua-Ub=0(或小于死區(qū)電壓)時,伺服放大器中的電子開關SSR1、SSR2均關斷,此時電機停轉;當Uab>0時,其中一個電子開關(例如SSR1)導通,電機朝著一個方向運轉,而當Uab0時,另一個電子開關SSR2導通,電機將朝著另一方向運轉。根據伺服放大器的原理,由圖3可知,當磁放的輸出電壓Uab>0時,應有:
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式中:Uab為MC34161內部輸入電壓比較器的門限電壓,其值為1.27V±0.2%,Up=IhR5為遷移電壓。而此時:
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因此,只要合理選擇電路參數,就可在Uab>0時,SSR1導通,SSR2關斷,電機正轉;同理,當Uab0時,SSR1關斷,SSR2導通,電機反轉。
由圖可知,改變R5的阻值可調節(jié)伺服放大器的靈敏度即“死區(qū)”電壓的大小。電路中,R1=R2=2.2kΩ,R3=R4=10kΩ,2DH選1mA左右的恒流二極管,R5用1.5kΩ的電位器代替,調節(jié)電位器使Up=1.27V左右即可。

3 D型電動操作器中的中途限位電路
電動操作器是電動單元組合儀表中的輔助單元,通常與電動執(zhí)行器配合使用,安裝在控制室內,完成對電動執(zhí)行器的手動操作及手動/自動之間的無擾動切換,同時具有閥位指示和中途限位功能。利用MC34161集成電路對D型操作器的限位電路進行改進,可使電路更加簡單可靠,安裝調試更加方便,其原理電路如圖4所示。圖中,將MC34161的模式選擇端接在基準電壓輸出端,使通道比較器A3的輸出為“1”,A4的輸出為“0”,從而構成正電壓上、下限電壓檢測器電路。電流If為位置發(fā)送器的輸出電流,Rf為電流取樣電阻,通過測量取樣電阻上的電壓Uf可以判斷電動執(zhí)行器輸出軸的位置,據此,可判斷執(zhí)行器輸出軸是否需要限位。由于通過取樣電阻的電流是位置發(fā)送器的輸出電流,其阻值不能太大,而為了滿足MC34161對檢測電壓的要求,需要在取樣電壓Vf上疊加一個偏移電壓,使檢測電壓數值加大,圖中采用恒流二極管2DH及電位器Rw1、Rw2、電阻R1、R2組成偏移電壓產生電路。

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由圖可知,由輸入電壓比較器A2、通道比較器A4、異或門y2及晶體管T2以及外接繼電器J2組成上限限位比較器電路,而由A1、A3、y1、T1以及繼電器J1組成下限限位比較器電路。當位置發(fā)送器輸出電流If大于上限設定值時,U3>1.27V,使輸入比較器A2的輸出為高電平“1”,于是異或門y2使晶體管T2導通,繼電器J2觸點動作,使放大器相對應的電子開關關斷,電機停止轉動。當位置發(fā)送器電流If小于下限設定值時,U21.27V,輸入比較器A1輸出低電平“0”,異或門y1使晶體管T1導通,繼電器J1觸點動作,使伺服放大器相對應的電子開關關斷,電機停止轉動。
在圖4電路中,選恒流管的恒流值Ih=2mA,Rw1+R1=Rw2+R2,設電位器Rw1的動點對Uf點的電阻為R1f電位器Rw2的動點對UL點的電阻為R2f。因此由圖可得,上限比較器的輸入電壓為:
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以III型儀表為例,If為4~20mA,如果要求執(zhí)行器上限設定范圍為45°~90°,則對應的電流If為12~20mA,若選Rf=50Ω,則由(3)式可得上限電路參數R1f=170Ω~570Ω;如果要求執(zhí)行器輸出軸的下限設定范圍為0°~45°,則對應的電流If為4~12mA,由(4)式可得下限電路參數R2f=570Ω~970Ω。綜合上述,我們可選R1=R2=560Ω,Rw1=Rw2=620Ω。因此,圖4電路只要合理選擇Rw1、Rw2的阻值就可滿足III型儀表的需要。

4 位置發(fā)送器中的電子限位電路
位置發(fā)送器通常與執(zhí)行機構一起安裝在工作現場,工作環(huán)境惡劣,對其可靠性要求很高,目前大多數執(zhí)行機構中的位置發(fā)送器,都具有行程限位功能,有機械限位及電子限位兩種,電子限位是通過電子電路間接檢測并判斷執(zhí)行機構運行時輸出軸的所在位置,然后控制交流電子開關,進而達到控制伺服電機運轉的目的。由于MC34161的輸入電壓比較器自身具有滯回特性,因此用其改造位置發(fā)送器的電子限位電路能達到簡化電路,改善性能的效果。圖5是用MC34161構成電子限位電路的II型位置發(fā)送器電路。

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圖中,將MC34161模式選擇端(7腳)接參考電壓輸出端(1腳)構成正電壓上、下限電壓檢測電路,從而控制雙向可控硅的導通與關斷,進而
達到控制電機的目的。運放A5及晶體管9013等構成II型位置發(fā)送器電路,由晶體管9013的集電極輸出0~10mA直流電流IL作為輸出電流。電位器W1為導電塑料電位器,用以檢測執(zhí)行器輸出軸的位移,W2用于位置發(fā)送器地零位調節(jié)。R0為輸出電流取樣電阻,通常,晶體管的β>>1,因此,通過R0的電流可以認為與位置發(fā)送器的輸出電流相等,從而通過對R0兩端電壓的監(jiān)測,可間接判斷執(zhí)行器輸出軸所在的位置。由于電路采用單電源供電,當電路輸出電流為零時,運放A5輸出低電平,為使三極管可靠截止,將取樣電阻R0的一端通過穩(wěn)壓管接地,使三極管的射極電壓Ue提高,同時也有利于MC34161對三極管射極電壓Ve的檢測。
圖中,RW1、R1、A1、A4、T2等組成上限限位電路,RW2、R2、A1、A3、T1等組成下限限位電路。其中,尺W1、R1及RW2、R2分別組成上限和下限分壓網絡,由圖可知,取樣電壓Ue為:
Ue=ILR0+UZ (5)
式中,R0為取樣電阻,取值為100Ω。UZ為可調穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值,通過調節(jié)R9、R10的阻值可使其穩(wěn)壓值改變,我們取1.5V。
4.1 上限分壓網絡參數的確定
當執(zhí)行器輸出軸達到上限設定值時,取樣電壓Ue經分壓后應大于1.27V,即
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式中IL的單位為mA,R0的單位為kΩ。
在圖5電路中,如果中途限位的上限值為5~10mA連續(xù)可調,對應的執(zhí)行器輸出軸轉角為45°~90°,當IL=10mA時,RW1=0.97R1;當IL=5mA時,RW1=0.57R1。因此,可取R1=10kΩ,RW1取5kΩ電阻與5kΩ電位器串聯組成。
4.2 下限分壓網絡參數的確定
當執(zhí)行器輸出軸達到下限值時,取樣電壓Ue經分壓后應小于1.27V,即
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同理,如果中途限位的下限值設置為0~5mA連續(xù)可調,對應的執(zhí)行器輸出軸轉角為0°~45°,當IL=5mA時,RW2=0.57R2,IL=0mA時,RW2=0.18R2。因此,可取R2=10kΩ,RW2取1kΩ電阻與5kΩ電位器串聯組成。

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