驱动螺线管的方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及具有降低功率消耗率的脉宽调制的（ＰＷＭ）螺线管激励器的系统和方法。用于驱动螺线管的该系统包括一个螺线管、用于建立流过该螺线管的期望的电流的一个电流设置点和根据期望的电流和流过该螺线管的实际的电流之间的差用于控制通过该螺线管电流的一个递减的调整电路。递减调节电路具有不大于大约１欧姆的低内阻，其有助于ＰＷＭ螺线管驱动器的降低功率消耗率。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术通常涉及驱动螺线管的系统和方法，更具体地说，涉及用于驱动控制质量流量控制器(MFC)中的阀门的螺线管的系统和方法。
技术介绍
许多制造工艺要求严格地控制气体进入处理腔的过程的引入速率。这些类型的过程使用质量流量控制器(MFC)控制气体的流动速率。MFC可以通过实现螺线管激励电路控制一个阀门来控制气体。进入该腔的流动速率是与阀门开口成比例的。反过来，该阀门开口是与流过螺线管绕组的电流成比例的。典型的螺线管激励器的基本线路表示在图1中。螺线管激励器10包括一个电压源12，诸如晶体管的一个控制元件14和负载，设备螺线管16。通过螺线管16的电流由VL/RL给出，式中VL是由设备14控制的在螺线管16两端的电压，和RL是螺线管16的电阻。RL可以由于螺线管16中的工作温度而变化。螺线管激励器10通过使用控制元件14改变在螺线管16两端的电压而不断地被控制。螺线管16的阻抗是电感性的和电阻性的。典型的电感值在1H-4H之间的范围，而相应的电阻值范围约从100Ω-300Ω。在螺线管激励器10中用于驱动螺线管激励器10的电流的电源电压12可以在24伏(±12伏)至36伏(±18伏)的范围内。在螺线管16两端施加的电压VL典型地在10伏和18伏之间，这取决于工作参数，诸如期望的阀门开口和MFC设备两端的压降。不幸地，在图1中表示了典型的螺线管激励器10的两个缺点。第一个缺点是螺线管16施加的力是与通过它的线圈的电流成比例的，并且仅仅与它两端的电压成反例。如果控制螺线管电压，在反馈环路中引入另外的时延并且这个时延可以引起稳定性问题。图1中表示的电路的第二个缺点是在控制元件14中常常浪费功率，特别当在电源电压12和螺线管16两端的电压VL之间的差是大的时候。表示电源电压12为Vs并且给定Vs、VL和RL，则控制元件14中的耗散功率等于(Vs-VL)×VL/RL。耗散功率随着控制元件14发热而耗散。因为两个理由这个耗散是不受欢迎的。首先，耗散功率减少该系统的整个功率分配并且可能违反由用户对MFC强加的功率限制。而且，由于缺乏诸如在该单元内的风扇的强制冷却，通过控制元件14产生的热可能产生问题。因此，希望螺线管激励器耗散尽可能小的热，以使减少或者消除冷却机构的需要。而且，希望减少在螺线管激励器中的控制元件的能量消耗，以使控制元件最小化对该系统的整个功率分配提出的要求。
技术实现思路
本专利技术提供用于驱动螺线管的一个系统和方法，实质上消除或者减少与先前开发的用于驱动螺线管的系统和方法相关的缺点和问题。更具体地说，本专利技术提供用于脉宽调制的(PWM)螺线管激励器的系统和方法。用于驱动螺线管的该系统包括一个螺线管、用于建立流过该螺线管的期望的电流的一个电流设置点和根据期望的电流和流过该螺线管的实际的电流之间的差用于控制通过该螺线管电流的一个递减的调节电路。通过减少由于通过诸如晶体管的控制元件耗散浪费的功率数量，本专利技术提供一个重要的技术优点。由于与它相关的低电阻，递减调节器提供一个最小的电压降。因此，通过递减调节器的内阻耗散最小的功率。这减少了驱动该螺线管需要的整个功率分配，因此减少了实现该螺线管激励器相关的费用。本专利技术的另一个技术优点是大大减少了诸如在典型的螺线管激励器中使用晶体管之类的控制元件的能量损耗相关的热。因此，不需要诸如在该单元内的风扇的强制冷却。附图说明参见下面的叙述、结合附图可以获得本专利技术的更完整的理解和它的优点，其中同样的标号表示同样的特征，其中图1是以晶体管作为控制元件的一个控制器的基本线性控制电路；图2是具有接通的开关的脉宽调制的螺线管电流控制器的基本电路图；图3是具有打开的开关的脉宽调制的螺线管电流控制器的基本电路图；图4是图2和3的螺线管中的波峰--波峰电流的图形表示；图5是用于5伏递减调节器的典型电路；图6是本专利技术用于PWM系统的一个实施例，用于控制通过螺线管的电流，该螺线管控制质量流量控制器中的阀门；和图7是包含用于图6表示的电路的一个实施例的部件值的一个表。具体实施例方式在图中表示本专利技术的优选实施例，同样的数字用于指出不同附图的同样的和相应的部分。本专利技术提供应用递减调节器到螺线管功率控制的系统和方法。更具体地说，本专利技术提供用于驱动螺线管的一个系统。该系统包括一个螺线管、用于建立流过该螺线管的期望的电流的一个电流设置点和根据期望的电流和流过该螺线管的实际的电流之间的差用于控制通过该螺线管电流的一个递减的调整电路。脉宽调制的(PWM)螺线管电流控制器20的基本电路表示在图2和图3中。在这个电路中，电压源22与电子开关24串联连接，电子开关24可以由开关控制器控制。电子开关24与包括与二极管32并联的一个螺线管26的负载串联连接。螺线管26表示为与电阻30串联的电感28。图2表示当电子开关24闭合时该电路的状态，而图3表示当电子开关24打开时该电路的状态。当电子开关24闭合时，正如在图2中那样，在由螺线管26的电阻30电感28表示的负载上建立电流。在这个“接通”周期建立的电流存储在电感28中。当电子开关24打开时，正如图3中表示的那样，由于由该电阻30和二极管32两端的电压降引起反向电压降，在电感28中存储的电流减少。通过实现这个转换的功率源施加在螺线管26两端的等效的稳态驱动电压VSSD为VSSD＝V*，式中V是电压源22，ton是开关闭合的时间长度，而toff是开关打开的时间长度。图4是在电子开关24打开和闭合期间螺线管26中的波峰--波峰电流的图形表示。波峰--波峰电流i(t)取决于电感28和电阻30以及PWM信号(ton+toff)的周期。如果适当地控制电子开关24的接通/断开周期以保持螺线管26中期望的电流电平i(t)，可以实现电流控制。比值被称作占空因数。在电子开关24闭合的瞬间，螺线管26中的电流i(t)开始从它的初始值i1增加到它的终值i2，在该点电子开关24打开。由于通过电感器的电流不能即时地变化的事实，这个增加不是瞬时的。相反，在电子开关24的闭合和电子开关24的打开之间为指数曲线。同样地，当电子开关24打开时，电感28中的电流i(t)开始从初始值i2指数地减少到电子开关24再一次闭合时的终值i1。根据电子开关24的打开和闭合定时重复这个过程本身。通过螺线管26的电流的平均值iAV大约等于。图5是一个5伏递减开关调节器34。这个电路的中心是递减调节器集成电路36(降式开关调节器)。递减调节器集成电路36可以是在市场上买得到的、通常在5伏(3.3伏或者2.7伏等等)开关电源控制中使用的价格便宜的精密集成电路。在图5中，递减调节器集成电路36表示为LM2674，它是加利福尼亚州Santa Clara的国立半导体公司的产品。这个特别的递减调节器集成电路36具有260kHz的内部控制的频率、PWM控制和反馈补偿以及大约0.25欧姆的低内阻。本专利技术不限制为该LM2674器件。在市场上存在许多递减调节器并且也可被用于本专利技术。在市场上递减调节器的内阻的典型的范围约从0.1至1欧姆。递减调节器集成电路36正常地是参考地38并且在存储电容器50两端产生5伏输出40。通过在“接通”期间在正的开关电压电源44和5伏输出40之间以及在“断开”期间在地38和5伏输出40之间转换适当地大小的电感器4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有降低的功率消耗率的脉宽调制的螺线管激励器，包括：一个螺线管；一个流量设置点电压，用于建立流过所述螺线管的期望的电流；和一个递减调节电路，根据所述期望电流和流过所述螺线管的所述实际的电流之差控制流过所述螺线管的所述实际的电 流。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：塔玛斯I帕坦尤斯，
申请(专利权)人：米里坡公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]