一种高速开关阀驱动装置及液压控制装置的制作方法

1.本发明涉及液压控制领域，特别是涉及一种高速开关阀驱动装置及液压控制装置。


背景技术：

2.高速开关阀是一种数字式电液转换元件，被广泛的应用于液压控制系统，能够对液压系统流量进行控制，具有频响高、控制方式简单的优点。高速开关阀在开启初期，高速开关阀的线圈需要较高的导通电流使高速开关阀产生足够大的电磁力，以增加阀芯在开启时的速度，而在高速开关阀开启后，因为高速开关阀的工作气隙较小，磁路磁阻变小，高速开关阀的线圈仅需要通入较小的保持电流就能够产生足够大的电磁作用力保证高速开关阀的开口。请参照图2，图2为高速开关阀的工作电流示意图，t1到t2为开启初期高速开关阀的导通电流，t2到t3为续流时间，t3之后为高速开关阀的保持电流。现有技术在控制高速开关阀的开关时，常采用设置双电源的方式，在开启初期启用高压电源，在开启后采用启用低压电源，但是双电源的方式使得电路设计复杂，故障概率高，并且对于不同的高速开关阀，所需要的双电源也不同，需要重新对电路中的硬件进行更换。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种高速开关阀驱动装置及液压控制装置，电路结构更加简单，发生故障的概率更低，可以通过更改控制模块中的预设配置来适应不同的高速开关阀，不需要更改电路中的硬件。
4.为解决上述技术问题，本发明提供了一种高速开关阀驱动装置，包括：控制模块、电源模块、h桥模块和采样模块；所述h桥模块分别与所述电源模块、所述控制模块和高速开关阀的线圈连接；所述采样模块分别与所述高速开关阀的线圈和所述控制模块连接；所述控制控制模块的输入端与外部设备连接；
5.所述控制模块用于在接收到所述外部设备发送的控制指令时根据预设配置和所述采样模块采集到的所述高速开关阀的线圈的电流对所述h桥模块的输出电流进行pwm调节，以使所述高速开关阀的线圈的电流等于第一预设电流，在所述采样模块采集到的所述高速开关阀的线圈的电流不小于所述第一预设电流时，根据所述预设配置和所述采样模块采集到的所述高速开关阀的线圈的电流对所述h桥模块的输出电流进行pwm调节，以使所述高速开关阀的线圈的电流等于第二预设电流，所述第二预设电流小于所述第一预设电流。
6.优选的，所述h桥模块包括第一半桥开关和第二半桥开关；
7.所述第一半桥开关的控制端与所述控制模块连接，输出端与所述高速开关阀的线圈的第一端连接，输入端与所述电源模块连接；
8.所述第二半桥开关的控制端与所述控制模块连接，输出端与所述高速开关阀的线圈的第二端连接，输入端与所述电源模块连接。
9.优选的，还包括：
10.第一压摆率调节模块，与所述第一半桥开关连接，用于调节所述第一半桥开关的压摆率；
11.第二压摆率调节模块，与所述第二半桥开关连接，用于调节所述第二半桥开关的压摆率。
12.优选的，还包括：设置在所述控制模块的输入端与所述外部设备之间的用于滤波的第一滤波模块。
13.优选的，所述第一滤波模块包括第一电容和第一电阻；
14.所述第一电容的第一端分别与所述第一电阻的第一端和所述控制模块的输入端连接，第二端接地；
15.所述第一电阻的第二端与所述外部设备连接。
16.优选的，还包括，设置在所述电源模块与所述h桥模块之间的用于滤波的第二滤波模块。
17.优选的，所述第二滤波模块包括第二电容和第三电容；
18.所述第二电容的第一端分别与所述第三电容的第一端和所述电源模块连接，第二端分别与所述h桥模块、地面和所述第三电容的第二端连接。
19.优选的，所述采样模块包括：
20.运算放大器和采样电阻；
21.所述采样电阻的第一端分别与所述第一半桥开关的输出端和所述运算放大器的同相输入端连接，第二端分别与所述高速开关阀的线圈的第一端和所述运算放大器的反相输入端连接；
22.所述运算放大器的输出端与所述控制模块连接。
23.优选的，还包括设置在所述控制模块与所述运算放大器的输出端之间的用于滤波的第三滤波模块。
24.本发明还提供了一种液压控制装置，包括高速开关阀和如上述的高速开关阀驱动装置，所述高速开关阀与所述高速开关阀驱动装置连接。
25.本发明提供了一种高速开关阀驱动装置，在高速开关阀在开启初期，由于高速开关阀的线圈需要较高的电流，因此控制模块在接收到外部设备发送的控制指令时根据预设配置和采样模块采集到的所述高速开关阀的线圈的电流对h桥模块的输出电流进行pwm调节，使得高速开关阀的线圈的电流等于第一预设电流，而在高速开关阀开启后，高速开关阀的线圈仅需要通入较小的电流就能够产生足够大的电磁作用力保证高速开关阀的开口，因此在采样模块采集到高速开关阀的线圈的电流不小于第一预设电流时，表明此时高速开关阀已开启，仅需要较小的电流，根据预设配置和高速开关阀的线圈的电流对h桥模块的输出电流进行pwm调节，以使高速开关阀的线圈的电流等于第二预设电流，控制模块通过采样模块的反馈对h桥模块的输出电流进行pwm调节，实现了对高速开关阀开启的不同阶段所需电流的控制，相比于设置双电源，电路结构更加的简单，因此发生故障的概率也更低，可以通过更改控制模块中的预设配置来适应不同的高速开关阀，而不需要更改电路中的硬件，对不同高速开关阀的适应性更好。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1为本发明提供的一种高速开关阀驱动装置的结构示意图；
28.图2为高速开关阀的工作电流示意图；
29.图3为本发明提供的另一种高速开关阀驱动装置的结构示意图。
具体实施方式
30.本发明的核心是提供一种高速开关阀驱动装置及液压控制装置，电路结构更加简单，发生故障的概率更低，可以通过更改控制模块11中的预设配置来适应不同的高速开关阀，不需要更改电路中的硬件。
31.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.请参照图1，图1为本发明提供的一种高速开关阀驱动装置的结构示意图。
33.一种高速开关阀驱动装置，包括：控制模块11、电源模块12、h桥模块13和采样模块14；h桥模块13分别与电源模块12、控制模块11和高速开关阀的线圈连接；采样模块14分别与高速开关阀的线圈和控制模块11连接；控制控制模块11的输入端与外部设备连接；
34.控制模块11用于在接收到外部设备发送的控制指令时根据预设配置和采样模块14采集到的高速开关阀的线圈的电流对h桥模块13的输出电流进行pwm调节，以使高速开关阀的线圈的电流等于第一预设电流，在采样模块14采集到的高速开关阀的线圈的电流不小于第一预设电流时，根据预设配置和采样模块14采集到的高速开关阀的线圈的电流对h桥模块13的输出电流进行pwm调节，以使高速开关阀的线圈的电流等于第二预设电流，第二预设电流小于第一预设电流。
35.考虑到现有技术中采用双电源来控制高速开关阀的方式电路设计复杂，鲁棒性差。为了解决上述问题，在本技术中，控制模块11通过采样模块14反馈的高速开关阀的工作电流对h桥模块13进行pwm调节控制h桥模块13输出给高速开关阀的电流，以满足高速开关阀在开启的不同阶段对电流的需求。
36.具体的，在控制模块11接收到外部设备发送的控制指令后，开始对h桥模块13进行pwm调节。这里的控制指令可以通过输入端接受外部设备发送的指令，也可以通过边缘触发的方式，本技术对此不做特别的限定。控制模块11在接到控制指令时，将第一预设电流作为对h桥模块13的输出电流的目标值，这里的第一预设电流可以但不限于是技术人员根据告高速开关阀的开启电流所设置。向h桥模块13输出pwm波，采样模块14将采集到的高速开关阀的线圈的电流发送给控制模块11，当控制模块11接收到采样模块14将采集到的高速开关阀的线圈的电流不小于第一预设电流时，说明此时h桥模块13向高速开关阀输出的电流已经达到了高速开关阀的开启电流，因此在高速开关阀开启以后仅需要通过向h桥模块13输
出pwm波控制h桥模块13向高速开关阀输出较小的保持电流，也即第二预设电流即可保证高速开关阀的开启。这里的第二预设电流可以但不限于是技术人员根据高速开关阀在开启以后所需的保持电流所设置的。
37.此外还需要说明的是，这里控制模块11可以通过根据采集模块采集到的电流和给定目标值(第一预设电流或第二预设电流)进行pid计算，确定向h桥电路输出的pwm波的占空比。
38.请参照图3，图3为本发明提供的另一种高速开关阀驱动装置的结构示意图。
39.另外，这里的控制模块11可以但不限于是stm32系列单片机。在接受外部设备发送的控制指令时，可以但不限通过ttl接口接收外部设备的控制指令。ttl接口能够很灵活的外挂基于各种串口协议的总线，比如rs485，rs232，rs422，以便能够适应不同的外部设备。
40.综上所述，在本实施例中，在高速开关阀在开启初期，由于高速开关阀的线圈需要较高的电流，因此控制模块11在接收到外部设备发送的控制指令时根据预设配置和采样模块14采集到的所述高速开关阀的线圈的电流对h桥模块13的输出电流进行pwm调节，使得高速开关阀的线圈的电流等于第一预设电流，而在高速开关阀开启后，高速开关阀的线圈仅需要通入较小的电流就能够产生足够大的电磁作用力保证高速开关阀的开口，因此在采样模块14采集到高速开关阀的线圈的电流不小于第一预设电流时，表明此时高速开关阀已开启，仅需要较小的电流，根据预设配置和高速开关阀的线圈的电流对h桥模块13的输出电流进行pwm调节，以使高速开关阀的线圈的电流等于第二预设电流，控制模块11通过采样模块14的反馈对h桥模块13的输出电流进行pwm调节，实现了对高速开关阀开启的不同阶段所需电流的控制，相比于设置双电源，电路结构更加的简单，因此发生故障的概率也更低，可以通过更改控制模块11中的预设配置来适应不同的高速开关阀，而不需要更改电路中的硬件，对不同高速开关阀的适应性更好。
41.在上述实施例的基础上：
42.作为一种优选的实施例，h桥模块13包括第一半桥开关和第二半桥开关；
43.第一半桥开关的控制端与控制模块11连接，输出端与高速开关阀的线圈的第一端连接，输入端与电源模块12连接；
44.第二半桥开关的控制端与控制模块11连接，输出端与高速开关阀的线圈的第二端连接，输入端与电源模块12连接。
45.考虑到通过多个可控开关组成h桥模块13会使得电路设计复杂，降低电路的一体化程度。为了解决上述问题，在本实施例中，利用两个半桥开关组成h桥电路，电路设计简单且容易实现。
46.需要说明的是，这里的第一半桥开关和第二半桥开关可以但不限于是btn8982半桥智能开关。例如，图3中，上半桥的控制信号为in1，使能信号为en1，下半桥的控制信号为in2，使能信号en2，控制模块可通过in1、in2、en1、en2对半桥开关进行控制。当en为低电平时，无论in信号为何状态，半桥均为关闭状态，当en为高电平时，in输入高电平上管导通，in输入低电平时下管导通，这样的互锁特性，保证了半桥开关的上下管不会同时导通，提高了电路的可靠性。在工作时，上下半桥的使能en均处于打开状态，若对下半桥的in2输入低电平，下半桥的下管将处于长通状态，对上半桥的in1输入pwm波，当pwm波处于高电平时上半桥上管导通，为高速开关阀提供正常导通电流，当pwm波为低电平时，上半桥的下管导通，此
时上半桥的下管与下半桥的下管与线圈构成续流回路，利用同步续流原理快速对线圈中的能量进行快速释放以提高高速开关阀的关闭速度。
47.另外，为了保护半桥开关，还可以在半桥开关与控制模块11之间设置限流电阻以保护半桥开关。例如，图二中的电阻r85，电阻r86，电阻r91，电阻r92均作为限流电阻保护第一半桥开关和第二半桥开关。
48.作为一种优选的实施例，还包括：
49.第一压摆率调节模块，与第一半桥开关连接，用于调节第一半桥开关的压摆率；
50.第二压摆率调节模块，与第二半桥开关连接，用于调节第二半桥开关的压摆率。
51.为了实现对h桥模块13单位时间输出电压值的可变范围进行调节，以适应不同规格的高速开关阀，在本实施例中设置了第一压摆率调节模块和第二压摆率调节模块，能够通过调节压摆率来调节h桥模块13单位时间输出电压值的可变范围。例如，在图3中，第一压摆率模块包括电阻r87和电容c90，第二压摆率模块包括电阻r93和电容c95，通过调节电阻r87或电阻r93的阻值来调节第一半桥开关和第二半桥开关的压摆率，以适应不同的高速开关阀。
52.作为一种优选的实施例，还包括：设置在控制模块11的输入端与外部设备之间的用于滤波的第一滤波模块。
53.由于外部设备的不确定性，控制模块11在接收到外部设备发送的控制指令时，控制指令中可能包含一些高频及干扰信号，为了保证控制模块11能够准确的识别控制指令并在接收到控制指令时对h桥模块13开始pwm调节，在本实施例中，在控制模块11的输入端与外部设备设置了第一滤波模块，来去除控制指令中的干扰信号以保证控制模块11能够稳定的识别控制指令。
54.作为一种优选的实施例，第一滤波模块包括第一电容c1和第一电阻r1；
55.第一电容c1的第一端分别与第一电阻r1的第一端和控制模块11的输入端连接，第二端接地；
56.第一电阻r1的第二端与外部设备连接。
57.在本实施例中，用第一电容c1和第一电阻r1组成第一滤波模块对外部设备输入的控制指令进行滤波，来保证控制模块11对控制指令的准确识别并开始对h桥模块13进行pwm调节，电路结构简单且容易实现。
58.作为一种优选的实施例，还包括，设置在电源模块12与h桥模块13之间的用于滤波的第二滤波模块。
59.作为一种优选的实施例，第二滤波模块包括第二电容和第三电容；
60.第二电容的第一端分别与第三电容的第一端和电源模块12连接，第二端分别与h桥模块13、地面和第三电容的第二端连接。
61.考虑负载的变化会在h桥模块13的电源引脚引起电源噪声。例如在电路中，当电路从一个状态转换为另一种状态时，就会在h桥模块13的电源线上产生一个很大的尖峰电流，形成瞬变的噪声电压。为了抑制因负载变化而产生的噪声，在本实施例中，在电源模块12与h桥模块13之间的用于滤波的第二滤波模块，第二滤波模块可以由第二电容和第三电容组成，能够将h桥模块13在开关时产生的高频噪声引导到地，减少高频噪声在电路中的传播，实现去耦和滤波的作用，提高电路的可靠性。
62.作为一种优选的实施例，采样模块14包括：
63.运算放大器和采样电阻；
64.采样电阻的第一端分别与第一半桥开关的输出端和运算放大器的同相输入端连接，第二端分别与高速开关阀的线圈的第一端和运算放大器的反相输入端连接；
65.运算放大器的输出端与控制模块11连接。
66.在本实施例中，采样模块14包括与高速开关阀的线圈串联的采样电阻和运算放大器，运算放大器通过检测采样电阻两端的电流并进行放大后将电流反馈给控制模块11，以便控制模块11根据运算放大器反馈的电流值对h桥模块13输出的电流进行闭环控制。这里的运算放大器可以但不限于是ina281电流检测放大器。
67.由于运算放大器设置在高边，因此控制模块11还能够根据运算放大器反馈的电流值来对高速开关阀的线圈进行故障判断，例如，在反馈电流值大于一定阈值时，控制模块11判定高速开关阀的线圈短路，或反馈电流值为0时，判定高速开关阀的线圈断路。
68.作为一种优选的实施例，还包括设置在控制模块11与运算放大器的输出端之间的用于滤波的第三滤波模块。
69.为了滤除运算放大器输出的反馈电流值中的干扰信号，在本实施例中，在控制模块11与运算放大器的输出端之间设置了第三滤波模块，能够将运算放大器输出的电流中的高频信号和干扰信号滤除，以免控制模块11接收到的反馈信号，影响控制模块11的对h桥模块13的控制。第三滤波模块可以但不限于通过电阻和电容组成，例如，图3中的电阻r89和电容c93组成第三滤波模块。
70.本发明还提供了一种液压控制装置，包括高速开关阀和如上述的高速开关阀驱动装置，高速开关阀与高速开关阀驱动装置连接。
71.关于该液压控制装置的相关介绍请参照上述实施例，本技术在此不再赘述。
72.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
73.还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
74.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。