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上限 下限
<;&>? 开 控制回路和 <;&>? 的开关电路， 其中，
关时间为 01 (@ 左右， 与之比较， 固态继电器的开 复合管与固态继电器相当； 关时间为 !11 (@ 左右，
<;&>? 的开关控制电流几乎为零，因而控 另外，
制回路比较简单。本电路另一个特点是采用了上 下限电流限制的保护性电路，既保护了高速开关 阀， 减小上升时间， 又降低暂波工作频 率 ， 因而减
控制电路的好坏直接影响开关 阀 响 应 的 快 速 性 。 个极限位置， 通过脉宽占空比来控制变量， 结构简
456） 通常采用时间比率 （*+,- ./*+0 102*.03 ， 式脉
冲调制方法来达到控制流量的目的。所谓 456 方 使 ! 时间内输出的平均流量 " 与相应时刻采样得 有 # 种调制 到的信号值成正比例。按 456 原理，
式是用改变导通时间与工作周期 ! 之比的 方 法 ， 间， 因此开关阀存在一个最小可分辨的脉冲宽度。
!， 这样， 开关阀将呈现死区特性。相反， 当脉宽调 方式： 脉宽调制方式 （789） 、 脉频调制方式 （7:9） 制率上升到或超过 &""! 时， 阀的输出会保持一定 和混合调制方式。 图 & 是高速开关阀采用 789 控 的值， 此时高速开关阀呈现饱和特性。 通电时= 电磁
在低到零频率的条件下工作，支持两种软件可选 的省电模式。 本系统采用上电自动复位的方式，时钟电路 采用内部时钟方式。人机对话部分巧妙地采用两 位 @*A 码 盘 输 入 ， 按键打开时输入占空比， 关闭 时输入频率， 作为计算定时常数的输入。单片机部 分的结构如图 B 所示。
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图& 产生 "#$ 信号的电路图
万方数据
" ! B E 1 # H =
!? "#$ 驱动电路设计 !2#2$ 高速开关阀线圈的等效电路
中 国 民 航 学 院 学 报
/01 导通，比较器 )& 00. 的 " 脚输出低电平， "5 67 ///8 输出高电平， 519" 与门输 脚输出低电平， 67 ///: 输出 低 电 平 ， 则 +,- ./01 导 出高电平，
通，当高速开关阀的线圈电流上升到额定值以上 时， 从恒流采样电阻 % 9 上产生的压降与上下电位
相当于关闭了电源 & ，在绕组中产生反电动势， 由 于 +,- /01 仍然导通， 反电动势有两个泄放回路进
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% ’， +,- /01， % 9， ;!， 另一个 行泄放， 一个回路是 ’ ， % ’， % "1， ;0， (， ;!。其中： % ’ 是绕组电阻， 回路是 ’ ， % "1 是泄放电阻。由暂态分析可知， 两个泄放回路
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（C ） 零状态响应 图&
+
（D ） 零输入响应
+
阀等效电路暂态响应曲线
（C ） 等效电路 图%
（D ） 暂态等效电路
取快速性， 在电感不变的情况下同时增大 # 和 , ， 减小时间常数 # 。 由图 0 （D） 和式 （!） 可知， 为 使 &’ 快 速 下 降 到 零， 可采用如下方案：
高速开关阀分析电路图
制方式的原理框图。在该系统中， 阀是高速开关型 的， 即它只有 “开” 或 “关” 两种状态 。开关周期恒
;&<
部分产生电磁力， 当电磁力足够大时， 动子在电磁 力的吸引下向下运动 = 同时推动推杆向下运动 = 带 动阀芯= 使阀打开； 断电时= 电磁力减小直至消失 = 阀 芯在弹簧作用下向上运动= 使阀关闭。
件的输出。
位移传感器 图# 高速开关阀控制系统原理图
!""#$"%$!& 收稿日期： 作者简介： 田 静 （&’(!$ ） ， 女， 辽宁兴城人， 讲师， 工学硕士， 研究方向为飞机系统 )
万方数据
第 !" 卷 第 # 期
田
静： 高速开关阀 $%& 控制电路的开发
!H
单片机 ’ ( ) 口产生脉宽调制信号，控制 ’ ( ) 口输出高、 低电平以形成脉宽调制， 通过软件对定 时器的编程和软件计数， 任意配置频率和占空比， 并且减少 *$+ 占用时间。本文利用单片机组成脉 宽调制系统， 产生信号的程序框图如图 ! 所示 。
$） !） 增大电压 , ， 电阻 # 不变； 用损耗能量换
) *
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!） 加一个反向电动势， 使线圈迅速放出能量。 速；
（!） !2#2! 高速开关阀的驱动电路 高速开关阀的驱动电路直接影响高速开关阀 的响应速度，其设计思想是尽量减小上升时间和 下降时间， 而且要对开关阀有一定的保护作用， 其 电路如图 / 所示。
455
阀等效电路暂态响应曲线如图 0 所示。 由图 0 （C ） 和式 （$） 可知， 为使 &’ 快速上升到规 定电流值， 可采取如下方案：
0#" ;:6(
暂波恒流型驱动电路原理图
万方数据
第 !" 卷 第 # 期
田
静： 高速开关阀 $%& 控制电路的开发
!.
驱动电路带模拟的感性负载波形状态如图 4
为提高信号转换的快速性，采用了 =&>? 的
+,所示， 其中 +,- ./01 工作波形如图 4 （* ） 所示， /01 如图 4 （2 ） 所示， 模拟感性负载的电流工作波 （3 ） 所示。 形如图 4
中断入口 设定占空比
送低电平并置位 ’ ( ) 口
计数器加 " 送高电平并置位 ’ ( ) 口
C
计数器加 "
低电平时间？
D
中断返回
C
高电平时间？
D
图!
"#$ 信号程序框图
$%& 高速开关阀的频率一般在 !.. /0 左右， $%& 信号利用 部件的分频器最大为 !1#2!1#2! ， !.1" 单片机中的 !"、 !! 定时器和几个内存单元实 现 频 率 在 ".3"44 /0 范 围 内 的 可 调 ， 占 空 比 在 .5."3.544 范围内可调的脉宽调制信号。 利用 !. 产 !" 产生占空比的定时，并利 用 !" 生周期的定时， 口作为 $%& 信号的输出。当定时时间 "# 到时， 定 并使 !" 口产生上升沿； 第!次 时器 !" 产生中断， 定时时， 即第 " 次定时结束后， 开启 !. 产生定时时 间为 （!6"#） 的定时， 该定时时间到， 再次产生中断， ! 使 " 口产生下降沿，这样产生了一个周期的脉宽
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间常数!" 为
!.7!"#6 $! ! $ 为占空比；!为脉冲周期，通常!的单位为 式中： 89。为使编程方便， 将占空比扩大 " ... 倍即可。 !"7!"#61..!: $! ! !%! 单片机系统设计 本系统采用 ;<=4*!.1" 单片机，它是一个带 ! > 字节闪速可编程、可擦 除 只 读 存 储 器 的 低 电 ! > 字节 压、 高性能 = 位微控制器。其标准特性为： "!= 字 节 ?;&； "1 ’ ( ) 口 线 ； !个 的闪速存储器； "# 位定时计数器； 1 个两级中断源结构； " 个全双 " 个精确的模拟比较器；片内振荡器和 工串行口； ;<=4*!.1" 设有静态逻辑， 时钟电路。此外， 可以