线圈的驱动电路和流量计的制作方法

本实用新型涉及一种线圈的驱动电路和流量计，更具体地涉及一种由脉冲调制信号控制的线圈的驱动电路和包括该线圈的驱动电路的流量计。

背景技术：

流量计一般由流量传感器和流量变送器组成。流量传感器包括驱动线圈和检测线圈，其中驱动线圈从流量变送器接收驱动电流以使振动管作往复周期振动；而检测线圈用于检测由工业过程的流体介质流经传感器的振动管时所产生的扭转振动并生成相位不同的两组信号，这两组信号的相位差与流经传感器的流体质量流量成比例关系。

目前，变送器中用于产生驱动电流的常规驱动电路基于改进型的Howland电流源来实现，如图1所示。该驱动电路包括运算放大器OP-AMP，并通过电阻反馈网络构成了闭环控制系统。在该驱动电路中，输出的电流Iout和输入电压Vin之间的关系如表达式(1)所示，其中输入电压Vin＝V2-V1。当R2，R1远大于R3并且满足表达式(2)时，可以得到简化的表达式(3)。

R1＝R2+R3 (2)

Iout＝Vin/R3 (3)

然而，该驱动电路的运算放大器OP-AMP的电流输出能力有限，从而在实际应用中，往往需要额外地设置功率放大电路来提高驱动电流的输出能力。图2示出了增加了功率放大电路后的驱动电路的配置。与图1中的驱动电路相比，该驱动电路除了包括运算放大器OP-AMP A和OP-AMP BP以外，还包括功率放大电路201和202以用于提高驱动电流的输出能力。由此，整个驱动电路的结构比较复杂，并且效率低下。

技术实现要素：

在下文中给出了关于本实用新型的简要概述，以便提供关于本实用新型的某些方面的基本理解。但是，应当理解，这个概述并不是关于本实用新型的穷举性概述。它并不是意图用来确定本实用新型的关键性部分或重要部分，也不是意图用来限定本实用新型的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出关于本实用新型的某些概念，以此作为稍后给出的更详细描述的前序。

鉴于现有技术的上述情形，本实用新型的目的是提供一种设计更简便、更灵活的线圈的驱动电路和流量计。

为了实现上述目的，根据本实用新型的一方面，提供了一种线圈的驱动电路，包括：开关模块，所述开关模块为包括四个开关管的全桥电路，并且耦接在电源与所述线圈之间并向所述线圈输出驱动电流；以及脉宽调制信号发生器，所述脉宽调制信号发生器耦接至所述开关模块，并且基于期望的驱动电流来生成脉宽调制信号。其中所述开关模块从所述脉宽调制信号发生器接收所述脉宽调制信号，并且所述开关管根据所述脉宽调制信号在导通和关断之间进行切换。

优选地，所述驱动电路的特征在于：在第一期间内，仅对角布置的一对开关管导通，其中所述一对开关管中的一个开关管一直导通，所述一对开关管中的另一个开关管在导通和关断之间不断切换；以及在第二期间内，仅对角布置的另一对开关管导通，其中所述另一对开关管中的一个开关管一直导通，所述另一对开关管中的另一个开关管在导通和关断之间不断切换。

优选地，所述脉宽调制信号发生器输出SPWM信号。

优选地，所述线圈的驱动电路还包括滤波模块，所述滤波模块耦接在所述开关模块与所述线圈之间。

优选地，所述滤波模块为连接在所述开关模块的两个输出端之间的LC滤波电路。

优选地，所述滤波模块包括连接在所述开关模块的一个输出端与所述开关模块的功率地之间的第一滤波电路和连接在所述开关模块的另一个输出端与所述开关模块的功率地之间的第二滤波电路。

优选地，所述第一滤波电路和所述第二滤波电路均为LC滤波电路。

根据本实用新型的一方面，提供了一种流量计，包括：流量变送器，包含根据本实用新型的线圈的驱动电路；以及流量传感器，包括线圈，其中所述流量变送器中的驱动电路耦接至所述流量传感器中的线圈并向所述线圈提供驱动电流。

与现有技术相比，本实用新型的上述技术方案能够提供更简便、更灵活的线圈的驱动电路和流量计。

附图说明

本实用新型可以通过参考下文中结合附图所给出的详细描述而得到更好的理解，其中在所有附图中使用了相同或相似的附图标记来表示相同或者相似的部件。所述附图连同下面的详细说明一起包含在本说明书中并形成说明书的一部分，用来进一步举例说明本实用新型的优选实施例和解释本实用新型的原理和优点。在附图中：

图1示出了现有技术中的基于改进型Howland电流源的线圈的驱动电路的示意图。

图2示出了现有技术中的基于改进型Howland电流源的线圈的驱动电路的另一示例的示意图。

图3示出了根据本实用新型的实施方式的线圈的驱动电路的示意图。

图4示出了由脉宽调制信号发生器产生的脉宽调制信号的示意图。

图5示出了根据本实用新型的实施方式的线圈的驱动电路的另一示例的示意图。

图6示出了仿真中使用的脉宽调制信号的波形和仿真输出结果的波形的示意图。

图7(a)、7(b)分别示出了未滤波的仿真结果和滤波后的仿真结果的示意图。

本领域技术人员应当理解，附图中的元件仅仅是为了简单和清楚起见而示出的，而且不一定是按比例绘制的。例如，附图中某些元件的尺寸可能相对于其它元件放大了，以便有助于提高对本实用新型实施例的理解。

具体实施方式

在下文中将结合附图对本实用新型的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。

在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本实用新型，在附图中仅仅示出了与根据本实用新型的方案密切相关的装置结构，而省略了与本实用新型关系不大的其它细节。

下面，将结合附图对本实用新型作进一步说明。

图3是示出根据本实用新型的实施方式的线圈的驱动电路300的配置的示意图。如图3所示，该驱动电路300包括脉宽调制信号发生器301和开关模块302。

脉宽调制信号发生器301耦接至开关模块302，并且基于开关模块302的期望输出电流来生成脉宽调制信号。具体地，脉宽调制信号发生器301可以利用公知的脉宽调制技术、基于开关模块302的期望输出电流的波形、以软件或硬件的方式来生成脉宽调制信号。例如，在一种实施方式中，可以通过以期望输出波形作为调制波，以频率比调制波高得多的例如等腰三角波或锯齿波作为载波，在调制波与载波的相交点处控制电力电子器件的通断来生成宽度正比于期望输出波幅值的一系列等幅不等宽的矩形波，作为脉宽调制信号。

在一种实施方式中，可以利用正弦波作为开关模块302的期望输出波来生成类似于SPWM波的脉宽调制信号。此外，还可以利用诸如方波等其他波形来作为开关模块302的期望输出波。

开关模块302为包括四个开关管的全桥电路，如图3所示，四个开关管中的开关管S1和S2位于全桥电路的一侧，开关管S3和S4位于全桥电路的另一侧，并且开关管S1和S4对角地布置，开关管S2和S3对角地布置。

开关模块302耦接在电源Vin与线圈310之间并向该线圈310输出驱动电流(文中也称为“输出电流”)，并且开关模块302从脉宽调制信号发生器301接收脉宽调制信号以控制开关管在导通和关断之间进行切换。

在本申请的实施方式中，开关管可以是三极管或MOS管等。

下面，参考图3和图4具体描述开关管的操作方式。

图4示出了从脉宽调制信号发生器中输出的分别用于控制开关模块302中的开关管S1、S2、S3和S4的脉宽调制信号P1、P2、P3和P4。

如图4所示，在时刻0至t1的期间内，信号P1为一系列幅值相等(均为v)而宽度不相等的脉冲，信号P4具有恒定的幅值v，而信号P2和P3具有恒定的近似零的幅值。从而，在这些信号的控制下，在时刻0至t1的期间内，开关管S2和S3均关断，开关管S4一直导通，而开关管S1在一系列脉冲信号的控制下在导通和关断之间切换。该切换频率可以根据需求而设定。在时刻t1至t2期间的期间内，信号P3为一系列幅值相等(均为v)而宽度不相等的脉冲，信号P2具有恒定的幅值v，而信号P1和P4具有恒定的近似零的幅值。从而，在这些信号的控制下，在时刻t1至t2的期间内，开关管S1和S4均关断，开关管S2一直导通，而开关管S3在一系列脉冲信号的控制下在导通和关断之间切换。该切换频率可以根据需求而设定。

在该实施方式中，开关管S1和S3被用作斩波管，开关管S2和S4被用作长通管。然而，也可以将开关管S1和S3用作长通管，开关管S2和S4用作斩波管，所达到的效果相同。

此外，优选地，根据本实用新型的实施方式的驱动电路300还包括设置在开关模块302与线圈310之间的、用于消除开关模块302的输出电流中的纹波的滤波模块303，如图3所示。

该滤波模块303可以是设置在开关模块302的两个输出端之间的滤波电路，例如，如图3所示的在开关模块302的两个输出端之间的包括电感L和电容C的LC滤波电路。其中，电感L与一个输出端(例如正极输出端)串联连接，电容C连接在电感L与另一个输出端之间。

另外，滤波模块303还可以配置成包括设置在开关模块302的一个输出端与开关模块302的功率地之间的第一滤波电路303A和设置在开关模块302的另一个输出端与该功率地之间的第二滤波电路303B，例如，如图5所示的，在开关模块302的一个输出端与开关模块302的功率地之间的第一LC滤波电路和在开关模块302的另一个输出端与开关模块302的功率地之间的第二LC滤波电路。其中，例如，第一LC滤波电路中的电感L1与一个输出端串联连接，电容C1连接在电感L1与功率地之间；以及第二LC滤波电路中的电感L2与另一个输出端串联连接，电容C2连接在电感L2与功率地之间。

图3和图5中的滤波电路均被示出为由感L和电容C组成的LC滤波电路，然而滤波电路的形式不限于此，本领域技术人员可以根据实际来选用诸如RC滤波电路等其他形式的滤波电路。

优选地,据本实用新型的实施方式的驱动电路300执行闭环控制，从而期望输出电流的波形的频率可以根据传感器的振动频率来调节。

以上详细描述了根据本实用新型的实施方式的线圈的驱动电路300的原理。下面将结合图6至图7(b)来描述该驱动电路300的仿真结果。

在仿真中，将驱动电路300连接到传感器K200的线圈，驱动电路300的开关管为MOS管。

图6示出了仿真中使用的脉宽调制信号的波形和仿真输出结果的波形的示意图。在仿真中，P1和P3信号为SPWM波，从而输出的驱动电流波形为正弦波。

图7(a)示出了在没有使用滤波器的情形下得到的仿真结果，图7(b)是经滤波电路滤波后的仿真结果。可以看出，驱动电路300的输出电流在通过滤波电路滤波后，能够有效地消除开关纹波。

以上虽然结合附图详细描述了本实用新型的实施例，但是应当明白，上面所描述的实施方式只是用于说明本实用新型，而并不构成对本实用新型的限制。对于本领域的技术人员来说，可以对上述实施方式作出各种修改和变更而没有背离本实用新型的实质和范围。因此，本实用新型的范围仅由所附的权利要求及其等效含义来限定。