用于物位计的电源储能控制系统.pdf

《用于物位计的电源储能控制系统.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《用于物位计的电源储能控制系统.pdf（8页完成版）》请在专利查询网上搜索。

1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910627481.1 (22)申请日 2019.07.12 (71)申请人 智驰华芯 （无锡） 传感科技有限公司 地址 214000 江苏省无锡市菱湖大道200号 中国传感网国际创新园F6 (72)发明人 王星夏登明 (74)专利代理机构 无锡华源专利商标事务所 (普通合伙) 32228 代理人 聂启新 (51)Int.Cl. H02M 3/07(2006.01) (54)发明名称 用于物位计的电源储能控制系统 (57)摘要 本发明公开了一种用于物位计的电源储能 控制系统。

2、， 属于雷达物位计领域。 系统至少包括 隔离式4-20mA电源组件、 储能电容、 控制电路； 隔 离式4-20mA电源组件包括两个隔离式变压器组、 开关管、 运算放大器、 稳压二极管阵列， 第一隔离 式变压器组连接稳压二极管阵列， 第二隔离式变 压器组连接运算放大器， 第一隔离式变压器组和 运算放大器之间连接开关管； 隔离式4-20mA电源 组件与控制电路中的升压电路、 MCU控制电路连 接； 控制电路还包括降压电路和放电开关； 解决 了现有的两线制4-20mA系统无法满足物位计工 作周期高能耗的供电需求电源的问题； 达到了满 足物位计在工作周期高能耗的供电需求， 提高物 位计的防爆等级和安全。

3、性的效果。 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 CN 110350779 A 2019.10.18 CN 110350779 A 1.一种用于物位计的电源储能控制系统， 其特征在于， 所述系统至少包括隔离式4- 20mA电源组件、 储能电容、 控制电路； 所述隔离式4-20mA电源组件包括两个隔离式变压器组、 开关管、 运算放大器、 稳压二极 管阵列， 第一隔离式变压器组的输入端连接有稳压二极管阵列， 第二隔离式变压器组连接 运算放大器， 所述第一隔离式变压器组和所述运算放大器之间连接有所述开关管； 所述隔离式4-20mA电源组件与所述控制电路中的升压电路、 MCU控制电路连接； 所述控制电。

4、路还包括降压电路和放电开关， 所述升压电路通过限流电阻与储能电容连 接， 所述储能电容通过所述放电开关与所述降压电路连接， 所述MCU控制电路与所述放电开 关连接； 所述MCU控制电路用于控制所述放电开关的状态以及生成物位测量数据对应的4-20mA 模拟信号。 2.根据权利要求1所述的用于物位计的电源储能控制系统， 其特征在于， 所述隔离式4- 20mA电源组件与外部电源、 PLC数据端口连接； 所述控制电路中的降压电路与DSP处理单元、 发射链路、 接收链路连接。 3.根据权利要求1所述的用于物位计的电源储能控制系统， 其特征在于， 所述开关管为 场效应管； 所述运算放大器的输出端与所述场效。

5、应管的栅极连接， 所述场效应管的源极与所述第 一隔离式变压器组连接。 权利要求书 1/1 页 2 CN 110350779 A 2 用于物位计的电源储能控制系统 技术领域 0001 本发明实施例涉及雷达物位计领域， 特别涉及一种用于物位计的电源储能控制系 统。 背景技术 0002 工业生产过程中， 雷达物位计在确保产品质量、 生产安全性和经济效益等方面发 挥着重要的作用。 目前物位测量原理主要有脉冲式(TDR)和调频连续波(FMCW)两种。 一般的 FMCW雷达物位计的原理框图如图1所示， FMCW调频连续波物位计利用调频连续波的频率差 信息进行物位测量， 能够降低对反射信号幅度的要求， 提高。

6、测量可靠性及测量精度。 0003 随着物位计测量精度和测距距离不断提高， 发射功率和接收信号处理所需要的功 率水平也相应提高。 测量储罐中的雷达物位计通常与双线接口连接， 其中只有两条线既用 于向物位计供应有限功率又用于传送测量和处理的测量信号。 因此， 在4-20mA环路的情况 下， 可用功率取决于物位计的信号值， 导致在信号值低(例如， 大约4mA)的时段内， 只有非常 有限的功率可用， 即便在高信号值(例如， 大约20mA)的时段内， 可用功率也可能不足以在测 量周期期间向处理电路和微波发射器供电。 发明内容 0004 为了解决现有技术的问题， 本发明实施例提供了一种用于物位计的电源储能。

7、控制 系统。 该技术方案如下： 0005 第一方面， 提供了一种用于物位计的电源储能控制系统， 该系统至少包括隔离式 4-20mA电源组件、 储能电容、 控制电路； 0006 隔离式4-20mA电源组件包括两个隔离式变压器组、 开关管、 运算放大器、 稳压二极 管阵列， 第一隔离式变压器组的输入端连接有稳压二极管阵列， 第二隔离式变压器组连接 运算放大器， 第一隔离式变压器组和运算放大器之间连接有开关管； 0007 隔离式4-20mA电源组件与控制电路中的升压电路、 MCU控制电路连接； 0008 控制电路还包括降压电路和放电开关， 升压电路通过限流电阻与储能电容连接， 储能电容通过放电开关与。

8、降压电路连接， MCU控制电路与放电开关连接； 0009 MCU控制电路用于控制放电开关的状态以及生成物位测量数据对应的4-20mA模拟 信号。 0010 可选的， 隔离式4-20mA电源组件与外部电源、 PLC数据端口连接； 0011 控制电路中的降压电路与DSP处理单元、 发射链路、 接收链路连接。 0012 可选的， 开关管为场效应管； 0013 运算放大器的输出端与场效应管的栅极连接， 场效应管的源极与第一隔离式变压 器组连接。 0014 本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是： 0015 该用于物位计的电源储能控制系统集成在物位计系统内部， 该系统至少包括隔离 说明书 1/4 页。

9、 3 CN 110350779 A 3 式4-20mA电源组件、 储能电容、 控制电路， 隔离式4-20mA电源组件包括两个隔离式变压器 组、 开关管、 运算放大器、 稳压二极管阵列， 第一隔离式变压器组的输入端连接有稳压二极 管阵列， 第二隔离式变压器组连接有运算放大器， 第一隔离式变压器组和运算放大器之间 连接有开关管； 隔离式4-20mA电源组件与控制电路中的升压电路、 MCU控制电路连接； 控制 电路还包括降压电路和放电开关， 升压电路通过限流电阻与储能电容连接， 储能电容通过 放电开关与降压电路连接， MCU控制电路与放电开关连接； 解决了现有的两线制4-20mA系统 无法满足物位计。

10、工作周期高能耗的供电需求电源的问题； 达到了满足物位计在工作周期高 能耗的供电需求， 提高物位计的防爆等级和安全性的效果。 附图说明 0016 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案， 下面将对实施例描述中所需要使 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。 0017 图1是一种在线人数计算方法的原理示意图； 0018 图2是根据一示例性实施例示出的一种用于物位计的电源储能控制系统的原理示 意图； 0019 图3是根据一示例性实施例示出的一种隔离式4-20。

11、mA电源组件的示意图； 0020 图4是根据一示例性实施例示出的一种储能电容与控制电路连接的示意图。 具体实施方式 0021 为使本发明的目的、 技术方案和优点更加清楚， 下面将结合附图对本发明实施方 式作进一步地详细描述。 0022 图1示出了本申请实施例提供的一种用于物位计的电源储能控制系统的原理示意 图， 该用于物位计的电源储能控制系统集成在物位计内部。 0023 如图1所示， 该用于物位计的电源储能控制系统至少包括隔离式4-20mA电源组件 10、 储能电容C1、 控制电路。 0024 隔离式4-20mA电源组件用于同时完成电源电压的隔离变换、 以及4-20mA信号的隔 离解耦合工作。。

12、 0025 如图2所示， 隔离式4-20mA电源组件包括两个隔离式变压器组， 即第一隔离式变压 器组S1和第二隔离式变压器组S2， 还包括开关管Q1、 稳压二极管阵列D2、 运算放大器A1。 0026 第一隔离式变压器组S1的输入端连接有稳压二极管阵列D2。 稳压二极管阵列D2中 包括的稳压二极管的数量根据实际需要确定。 0027 第二隔离式变压器组S2连接有运算放大器A1。 具体地， 第二隔离式变压器组S2连 接运算放大器A1的同相输入端， 运算放大器A1的反相输入端连接电阻R3。 0028 第一隔离式变压器组S1和运算放大器A1之间连接有开关管Q1。 0029 可选的， 开关管Q1为场效应。

13、管。 具体地， 运算放大器A1的输出端与开关管Q1的栅极 连接， 开关管Q1的源极与第一隔离式变压器组S1连接， 开关管Q1的漏极连接电阻R3。 0030 图2中端口Vin表示外部电源输入端口； 端口IO表示4-20mA信号输出端口， 端口VO+ 说明书 2/4 页 4 CN 110350779 A 4 表示电压转换输出口； 端口Si+表示正负信号转换输出口； 端口0V/Si-表示负压信号转换输 出口/0电位端口。 0031 如图1所示， 隔离式4-20mA电源组件与外部电源连接， 外部电源为24VDC， 隔离式4- 20mA电源组件与PLC数据端口连接。 0032 在隔离式4-20mA电源组。

14、件中， 稳压二极管阵列和第一隔离式变压器组实现电压转 换功能； 运算放大器A1和开关管Q1、 电阻R3组成的反馈式耦合电路实现信号耦合。 0033 隔离式4-20mA电源组件与控制电路中的升压电路20、 MCU控制电路30连接。 0034 控制电路还包括降压电路40和放电开关K1。 0035 升压电路通过限流电阻R1与储能电容C1连接， 储能电容C1通过放电开关K1与降压 电路40连接， MCU控制电路30与放电开关K1连接。 0036 MCU控制电路30用于控制放电开关K1的状态， 以及生成物位测量数据对应的4- 20mA模拟信号。 0037 控制电路中的降压电路40与DSP处理单元50、 。

15、发射链路60、 接收链路70连接。 0038 可选的， 储能电容为铝电解电容。 0039 可选的， 在控制电路中， 升压电路为Boost升压电路， 降压电路为Buck降压电路。 0040 升压电路20接收由隔离式4-20mA电源组件输出的经过隔离的电源， 并进行升压处 理。 电压升高后有利于储能电容C1存储更多的电荷量。 限流电阻R1用于控制储能电容充电 及放电时的电流大小。 0041 在物位计的测量周期， MCU控制电路控制放电开关K1导通， 由储能电容和隔离式4- 20mA电源组件提供电能。 0042 在物位计的非测量周期， MCU控制电路控制放电开关K1断开， 储能电容存储电荷。 004。

16、3 在控制电路中， 在物位计的测量周期， MCU控制电路30控制放电开关K1开启， 降压 电路40进行降压处理， 释放出电流给DSP处理单元50、 Tx发射链路60、 Rx接收链路70使用。 0044 在隔离式4-20mA电源组件10接收外部电源24VDC供电时， 将MCU控制电路30提供的 4-20mA模拟信号耦合输出给PLC进行数据监控。 在隔离式4-20mA电源组件这一级， 同时完成 了电源及信号线的内外隔离， 不需要额外进行4-20mA信号线的隔离或者电源电路的隔离， 提供给后级的信号及电源仅需进行单纯的信号处理或电源储能即可。 0045 如图1所示， 该用于物位计的电源储能控制系统简。

17、化了系统接口， 对外接口仅有两 线制电源信号接口， 对内接口仅有一对信号接口、 一对电源接口， 内外工作流程简单清晰。 0046 综上所述， 本申请实施例提供的用于物位计的电源储能控制系统， 集成在物位计 系统内部， 该系统至少包括隔离式4-20mA电源组件、 储能电容、 控制电路， 隔离式4-20mA电 源组件包括两个隔离式变压器组、 开关管、 运算放大器、 稳压二极管阵列， 第一隔离式变压 器组的输入端连接有稳压二极管阵列， 第二隔离式变压器组连接有运算放大器， 第一隔离 式变压器组和运算放大器之间连接有开关管； 隔离式4-20mA电源组件与控制电路中的升压 电路、 MCU控制电路连接； 。

18、控制电路还包括降压电路和放电开关， 升压电路通过限流电阻与 储能电容连接， 储能电容通过放电开关与降压电路连接， MCU控制电路与放电开关连接； 解 决了现有的两线制4-20mA系统无法满足物位计工作周期高能耗的供电需求电源的问题； 达 到了满足物位计在工作周期高能耗的供电需求， 提高物位计的防爆等级和安全性的效果。 0047 需要说明的是： 上述本发明实施例序号仅仅为了描述， 不代表实施例的优劣。 说明书 3/4 页 5 CN 110350779 A 5 0048 以上所述仅为本发明的较佳实施例， 并不用以限制本发明， 凡在本发明的精神和 原则之内， 所作的任何修改、 等同替换、 改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。 说明书 4/4 页 6 CN 110350779 A 6 图1 图2 说明书附图 1/2 页 7 CN 110350779 A 7 图3 图4 说明书附图 2/2 页 8 CN 110350779 A 8 。