MC34161在電動執(zhí)行器中的應(yīng)用

1、MC34161在電動執(zhí)行器中的應(yīng)用時間：2012-08-09 17:59:36 來源：電子設(shè)計工程 作者：李明達(dá)，李 杰摘要：MC34161MC33161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(shè)備的電源電壓監(jiān)測，該器件可通過模式選擇方式來實現(xiàn)檢測正、負(fù)電壓的過、欠壓，以及某一正或負(fù)電壓的上、下限電壓，可直接驅(qū)動發(fā)光二極管顯示或蜂嗚器報警，也可根據(jù)需要接成控制電路。文中介紹由MC34161系列集成電路構(gòu)成的電動執(zhí)行器應(yīng)用電路。關(guān)鍵詞：電動執(zhí)行器；伺服放大器；電動操作器；位置發(fā)生器；集成電路1 MC34161系列電壓檢測集成電路簡介    M

2、C34161MC33161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(nèi)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(nèi)部還提供了一個穩(wěn)定的參考電壓源。11 輸入比較器    兩個輸入比較器的門限電壓相同，其數(shù)值為127V±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(chǎn)生振蕩，輸入比較器采用同相輸入，具有較高的輸入阻抗。12 模式選擇電路    該器件設(shè)有模式選擇電路，可通過模式選擇輸入端

3、接入不同的輸入電壓以達(dá)到不同的功能，不同接法時的真值表如表1所示。13 基準(zhǔn)電壓源    該器件提供一路輸出電壓為254V，電流為2mA的基準(zhǔn)電壓源，可供檢測負(fù)電壓或模式選擇時使用?；鶞?zhǔn)電壓源具有內(nèi)部保護(hù)電路，當(dāng)輸出電流超過2mA時，保護(hù)電路將使輸出關(guān)斷。14 輸出級電路    器件的輸出級為集電極開路輸出，使應(yīng)用更加靈活。由于內(nèi)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(shù)可參閱文獻(xiàn)。    電動執(zhí)行器是電動單元組合儀表中的執(zhí)行單元，通

4、常由伺服放大器，電動操作器及執(zhí)行機構(gòu)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(jìn)行改進(jìn)，在保證原電路功能的前提下，可達(dá)到簡化電路設(shè)計，降低生產(chǎn)成本，改善電路性能的效果。2 MC34161在伺服放大器中的應(yīng)用    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(diào)節(jié)器的電流信號與位置發(fā)送器的電流信號進(jìn)行綜合放大，根據(jù)其差值控制交流電子開關(guān)的通斷，進(jìn)而控制伺服電機按要求運轉(zhuǎn)。  

5、0; 目前普通型伺服放大器內(nèi)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(guān)驅(qū)動級，其實質(zhì)是電壓比較器；輸出級為交流電子開關(guān)。驅(qū)動級的作用是對磁放的輸出信號進(jìn)行判斷，當(dāng)磁放輸出電壓的絕對值大于死區(qū)電壓時，驅(qū)動級會使某個交流電子開關(guān)的通斷發(fā)生變化，根據(jù)伺放中間級的功能和作用，用MC34161集成電路構(gòu)成伺放的交流開關(guān)驅(qū)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。    用MC34161構(gòu)成伺放的中間級，其實質(zhì)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(nèi)部輸入電壓比較器的門限電壓為1

6、27V±02，而磁放在輸入信號之差大于150A(II)或240A(III)時，其輸出電壓為±1V，因此，為使MC34161能對磁放的輸出電壓進(jìn)行有效檢測，需將磁放的輸出電壓進(jìn)行遷移，即加一個偏移電壓使磁放的輸出電壓大于MC34161內(nèi)部的門限電壓，圖3中給出了重新設(shè)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(gòu)成驅(qū)動級，輸出級采用固態(tài)繼電器作為交流電子開關(guān)。    在圖3電路中，將MC34161模式選擇端接在大于28V的電源上，使通道比較器A3、A4的輸出均為“0”，

7、從而構(gòu)成雙路正電壓過壓檢測電路。恒流管2DH及電阻R5用于產(chǎn)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(zhuǎn)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(dāng)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(guān)SSR1、SSR2均關(guān)斷，此時電機停轉(zhuǎn)；當(dāng)Uab>0時，其中一個電子開關(guān)(例如SSR1)導(dǎo)通，電機朝著一個方向運轉(zhuǎn)，而當(dāng)Uab<0時，另一個電子開關(guān)SSR2導(dǎo)通，電機將朝著另一方向運轉(zhuǎn)。根據(jù)伺服放大器的原理，由圖3可知，當(dāng)磁放的輸出電壓Ua

8、b>0時，應(yīng)有：        式中：Uab為MC34161內(nèi)部輸入電壓比較器的門限電壓，其值為127V±02，Up=IhR5為遷移電壓。而此時：        因此，只要合理選擇電路參數(shù)，就可在Uab>0時，SSR1導(dǎo)通，SSR2關(guān)斷，電機正轉(zhuǎn)；同理，當(dāng)Uab<0時，SSR1關(guān)斷，SSR2導(dǎo)通，電機反轉(zhuǎn)。    由圖可知，改變R5的阻值可調(diào)節(jié)伺服放大器的靈敏度即“死區(qū)”電壓的大小。電路中，R1=R

9、2=22k，R3=R4=10k，2DH選1mA左右的恒流二極管，R5用15k的電位器代替，調(diào)節(jié)電位器使Up=127V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(nèi)，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(jìn)行改進(jìn)，可使電路更加簡單可靠，安裝調(diào)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(zhǔn)電壓輸出端，使通道比較器A3的輸出為“1”，A4的輸出為“0

10、”，從而構(gòu)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(jù)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(shù)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(chǎn)生電路。    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、A

11、3、y1、T1以及繼電器J1組成下限限位比較器電路。當(dāng)位置發(fā)送器輸出電流If大于上限設(shè)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(dǎo)通，繼電器J2觸點動作，使放大器相對應(yīng)的電子開關(guān)關(guān)斷，電機停止轉(zhuǎn)動。當(dāng)位置發(fā)送器電流If小于下限設(shè)定值時，U2<127V，輸入比較器A1輸出低電平“0”，異或門y1使晶體管T1導(dǎo)通，繼電器J1觸點動作，使伺服放大器相對應(yīng)的電子開關(guān)關(guān)斷，電機停止轉(zhuǎn)動。    在圖4電路中，選恒流管的恒流值Ih=2mA，Rw1+R1=Rw2+R2，設(shè)電位器Rw1的動點對Uf點的電阻為R1f電位器R

12、w2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：        以III型儀表為例，If為420mA，如果要求執(zhí)行器上限設(shè)定范圍為45°90°，則對應(yīng)的電流If為1220mA，若選Rf=50，則由(3)式可得上限電路參數(shù)R1f=170570；如果要求執(zhí)行器輸出軸的下限設(shè)定范圍為0°45°，則對應(yīng)的電流If為412mA，由(4)式可得下限電路參數(shù)R2f=570970。綜合上述，我們可選R1=R2=560，Rw1=Rw2=620。因此，圖4電路只要合理選擇Rw1、R

13、w2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(gòu)一起安裝在工作現(xiàn)場，工作環(huán)境惡劣，對其可靠性要求很高，目前大多數(shù)執(zhí)行機構(gòu)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(gòu)運行時輸出軸的所在位置，然后控制交流電子開關(guān)，進(jìn)而達(dá)到控制伺服電機運轉(zhuǎn)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(dá)到簡化電路，改善性能的效果。圖5是用MC34161構(gòu)成電子限位電路的II型位置發(fā)送器電路。  

14、;  圖中，將MC34161模式選擇端(7腳)接參考電壓輸出端(1腳)構(gòu)成正電壓上、下限電壓檢測電路，從而控制雙向可控硅的導(dǎo)通與關(guān)斷，進(jìn)而達(dá)到控制電機的目的。運放A5及晶體管9013等構(gòu)成II型位置發(fā)送器電路，由晶體管9013的集電極輸出010mA直流電流IL作為輸出電流。電位器W1為導(dǎo)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(diào)節(jié)。R0為輸出電流取樣電阻，通常，晶體管的>>1，因此，通過R0的電流可以認(rèn)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(dāng)電路輸出電流為零時，運放A

15、5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(wǎng)絡(luò)，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100。UZ為可調(diào)穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值，通過調(diào)節(jié)R9、R10的阻值可使其穩(wěn)壓值改變，我們?nèi)?5V。41 上限分壓網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的確定    當(dāng)執(zhí)行器輸出軸達(dá)到上限設(shè)定值時，取樣電壓Ue經(jīng)分壓后應(yīng)大于127V，即        式中IL的單位為mA，R0的單位為k。    在圖5電路中，如果中途限位的上限值為510mA連續(xù)可調(diào)，對應(yīng)的執(zhí)行器輸出軸轉(zhuǎn)角為45°90°，當(dāng)IL=10mA時，RW1=097R1；當(dāng)IL=5mA時，RW1=057R1。因此，可取R1=10k，RW