电磁水表供电电压调节电路的制作方法

1.本实用新型涉及电路控制技术领域，尤其涉及一种电磁水表供电电压调节电路。


背景技术：

2.电磁水表与电磁流量计的理论基础都是法拉第电磁感应定律，而最主要的技术区别就在于仪表供电和测量性能需求两个方面。其中，在仪表供电方面，电磁流量计为市电供电，而电磁水表则是锂电池供电。而在测量性能方面，电磁水表比电磁流量计要求更高，以量程比为例，电磁流量计一般要求为10，而电磁水表量程比的最低要求是160。另外，在测量准确度和稳定性方面也有较大区别。电磁水表是计量级产品，产品测量准确度必须需要通过第三方检测机构全检，而电磁流量基本没有相关需求。因此，可以看出电磁水表比电磁流量有更高的技术要求，其中的一个方面就在于仪表的供电系统。
3.电磁水表负载呈现多需求特性，其中的励磁驱动是重点，也是本实用新型的主要应用场合。由于电磁水表由多支锂电池组成的电池组进行供电，随着电池组的不断放电，其内阻不断提高，负载驱动能力越来越弱，在相同负载电流的情况下输出电压会越来越低。由于电磁水表是非恒流励磁，励磁电压的稳定程度能够影响流量测量准确度，极端情况下的异常励磁电压甚至会损坏后续的检流电路。因此对电磁水表供电电压的进行高效控制非常有必要。另外，动态调节电池输出与实际负载之间的电压差，可以最大程度提高电池利用率。因此，为满足不同负载供电需求，并增强电池组对各种负载的适应能力，对电池组供电电压进行动态调节很有必要。


技术实现要素：

4.本实用新型提供一种电磁水表供电电压调节电路，用以解决现有技术中电磁水表供电系统由于电池组输出能力的限制，在脉冲大电流情况下，输出电压会瞬间跌落的缺陷，维持供电电压的稳定。
5.本实用新型提供一种电磁水表供电电压调节电路，包括：第一场效应管、第二场效应管、储能电容、比较电路和积分电路；
6.其中，所述比较电路的电源输入端与电池组连接，输出端与所述积分电路的反向输入端连接；所述积分电路的输出端与所述第二场效应管的栅极连接；所述第二场效应管的漏极与所述第一场效应管的栅极连接，所述第二场效应管的源极接地；所述第一场效应管的漏极与所述比较电路的同向输入端连接，所述第一场效应管的源极与所述比较电路的反向输入端连接，所述第一场效应管的源极电压用于为负载供电；所述储能电容的一端与所述第一场效应管的源极连接，另一端接地。
7.根据本实用新型提供的一种电磁水表供电电压调节电路，所述比较电路为减法放大电路。
8.根据本实用新型提供的一种电磁水表供电电压调节电路，所述减法放大电路包括第一运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻；所述第一运算放大器的输出
端为所述减法放大电路的输出端；
9.其中，所述第一场效应管的源极通过所述第一电阻与所述第一运算放大器的反向输入端连接；
10.所述第一场效应管的漏极通过所述第二电阻与所述第一运算放大器的同向输入端连接；
11.所述第一运算放大器的同向输入端通过所述第三电阻接地；
12.所述第一运算放大器的反向输入端通过所述第四电阻与所述第一运算放大器的输出端连接；
13.所述第一运算放大器的正电源引脚与所述电池组连接，负电源引脚接地。
14.根据本实用新型提供的一种电磁水表供电电压调节电路，所述第一运算放大器的输出电压v
o1
为：
[0015][0016]
其中，v
oh
为所述第一场效应管的漏极电压，v
ol
为所述第一场效应管的源极电压。
[0017]
根据本实用新型提供的一种电磁水表供电电压调节电路，所述积分电路包括第二运算放大器、反馈电容、基准电源、第五电阻、第六电阻、第七电阻和第八电阻；所述第二运算放大器的输出端为所述积分电路的输出端；
[0018]
其中，所述比较电路的输出端通过所述第五电阻与所述第二运算放大器的反向输入端连接；
[0019]
所述基准电源通过所述第六电阻与所述第二运算放大器的同向输入端连接；
[0020]
所述第二运算放大器的同向输入端通过所述第七电阻接地；
[0021]
所述反馈电容与所述第八电阻并联后分别与所述第二运算放大器的反向输入端和所述第二运算放大器的输出端连接。
[0022]
根据本实用新型提供的一种电磁水表供电电压调节电路，所述积分电路的输出电压v
o2
为：
[0023][0024]
其中，r5为所述第五电阻的阻值，c1为所述反馈电容的容量。
[0025]
根据本实用新型提供的一种电磁水表供电电压调节电路，所述第一场效应管为n沟道耗尽型场效应管，所述第二场效应管为n沟道增强型场效应管。
[0026]
根据本实用新型提供的一种电磁水表供电电压调节电路，所述第二场效应管的源极通过第九电阻接地；所述第二场效应管的漏极通过第十电阻与所述第一场效应管的栅极连接；所述第一场效应管的源极通过第十一电阻与所述第一场效应管的栅极连接；所述第一场效应管的源极通过零欧姆电阻与所述储能电容连接。
[0027]
根据本实用新型提供的一种电磁水表供电电压调节电路，所述第一场效应管的栅极电压v
o3
为：
[0028]
[0029]
其中，r9为所述第九电阻的阻值，r
10
为所述第十电阻的阻值，r
11
为所述第十一电阻的阻值，r
dsq2
为所述第二场效应管的漏极和源极两端的等效电阻，r
q2
为所述第二场效应管的等效导通电阻，v
ol
为所述第一场效应管的源极电压。
[0030]
根据本实用新型提供的一种电磁水表供电电压调节电路，所述储能电容由非极性电容和极性电容并联而成。
[0031]
本实用新型提供的电磁水表供电电压调节电路，通过比较电路对比第一场效应管的源极电压和漏极电压，利用积分电路对比较电路的输出电压进行积分运算，再利用第二场效应管根据积分电路的输出电压的变化，反向调整第二场效应管的漏极电压，然后利用第一场效应管基于第二场效应管的漏极电压控制自身导通状态，并基于自身导通状态控制储能电容充放电，实现了输出电压的动态调节，保证了输出电压的稳定，从而确保了电磁水表的测量准确度。
附图说明
[0032]
为了更清楚地说明本实用新型或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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。
[0033]
图1为本实用新型实施例提供的电磁水表供电电压调节电路的结构示意图；
[0034]
附图标记：
[0035]
r1：第一电阻；r2：第二电阻；r3：第三电阻；
[0036]
r4：第四电阻；r5：第五电阻；r6：第六电阻；
[0037]
r7：第七电阻；r8：第八电阻；r9：第九电阻；
[0038]
r10：第十电阻；r11：第十一电阻；r12：零欧姆电阻；
[0039]
c1：反馈电容；c2：极性电容；c3：非极性电容；
[0040]
u1a：比较电路；u1b：积分电路；q1：第一场效应管；
[0041]
q2：第二场效应管；cout：储能电容；vol：第一场效应管源极电压；
[0042]
voh：第一场效应管漏极电压；vlh：电池组输出电压；vo1：比较电路输出电压；
[0043]
vo2：积分电路输出电压；vo3：第一场效应管栅极电压。
具体实施方式
[0044]
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0045]
图1为本实用新型实施例提供的电磁水表供电电压调节电路的结构示意图，如图1所示，该供电电压调节电路适用于电磁水表的供电，该电路包括：第一场效应管q1、第二场效应管q2、储能电容cout、比较电路u1a和积分电路u1b；
[0046]
其中，比较电路u1a的电源输入端与电池组连接，输出端与积分电路u1b的反向输
入端连接；积分电路u1b的输出端与第二场效应管q2的栅极连接；第二场效应管q2的漏极与第一场效应管q1的栅极连接，第二场效应管q2的源极接地；第一场效应管q1的漏极与比较电路u1a的同向输入端连接，第一场效应管q1的源极与比较电路u1a的反向输入端连接，第一场效应管q1的源极电压用于为负载供电；储能电容cout的一端与第一场效应管的源极连接，另一端接地。
[0047]
具体地，电池组可以由多个电池串联和/或并联而成，具体的电池个数以及电池连接的方式可以根据实际负载需要的电压值动态调整，本实用新型实施例对此不作具体限定。将电池组接入到比较电路u1a的电源引脚，利用电池组的输出电压vlh进行供电。其中，电池组的输出电压vlh的初始值可以为10.8v。第一场效应管q1的源极电压vol为整个供电电压调节电路的输出电压，用于给负载供电。
[0048]
将第一场效应管q1的漏极与比较电路u1a的同向输入端连接，将第一场效应管q1的源极与比较电路u1a的反向输入端连接后，比较电路u1a可以实时判断第一场效应管q1的漏极电压和源极电压的变化情况，并根据漏极电压和源极电压的变化情况输出相应的电压。此处，由于第一场效应管q1的源极与比较电路u1a的反向输入端连接，因此当第一场效应管q1的源极电压，即调节电路的输出电压降低时，比较电路u1a的输出电压会相应升高，即vol
↓→
vo1
↑
；当第一场效应管q1的源极电压，即调节电路的输出电压升高时，比较电路u1a的输出电压会相应降低，即vol
↑→
vo1
↓
。
[0049]
比较电路u1a的输出端与积分电路u1b的反向输入端连接，因此积分电路u1b的输出会随着比较电路u1a的输出电压进行相应变化：当比较电路u1a的输出电压升高时，积分电路u1b的输出电压会相应降低，即vo1
↑→
vo2
↓
；当比较电路u1a的输出电压降低时，积分电路u1b的输出电压会相应升高，即vo1
↓→
vo2
↑
。
[0050]
接下来，由于积分电路u1b的输出端与第二场效应管q2的栅极连接，第二场效应管q2的漏极与第一场效应管q1的栅极连接，第二场效应管q2的源极接地，因此第二场效应管q2可以基于积分电路u1b的输出电压反向调整第二场效应管q2的漏极电压。具体而言，积分电路u1b的输出电压会影响第二场效应管q2的导通开度，从而改变第二场效应管q2的漏极电压。其中，当积分电路u1b的输出电压降低时，第二场效应管q2的导通开度变小，流过第二场效应管q2的电流变小，使得第二场效应管q2的漏极电压升高，从而导致第一场效应管q1的栅极电压升高，即vo2
↓→
vo3
↑
。此时，第二场效应管q2起到驱动放大的作用。当积分电路u1b的输出电压升高时，第二场效应管q2的导通开度变大，流过第二场效应管q2的电流变大，使得第二场效应管q2的漏极电压降低，从而导致第一场效应管q1的栅极电压降低，即vo2
↑→
vo3
↓
。
[0051]
在该调节电路中，第一场效应管q1起到开关作用，可以基于其栅极电压控制自身导通状态，并基于自身导通状态控制储能电容充放电，调整第一场效应管的源极电压，从而实现电路输出电压的动态调节功能。具体而言，若第一场效应管q1的栅极电压升高，则第一场效应管q1可以成导通状态，此时会向储能电容充电，从而使得第一场效应管q1的源极电压升高，即vo3
↑→
vol
↑
；若第一场效应管q1的栅极电压降低，则第一场效应管q1可以成关闭状态，此时储能电容向外供电，从而使得第一场效应管q1的源极电压下降，即vo3
↓→
vol
↓
。由此可知，第二场效应管的漏极电压与第一场效应管q1的栅极电压成正比，可以最终形成一个负反馈，从而达到电压动态调节并输出稳定电压的效果。
[0052]
因此，当调节电路的输出电压vol降低时，整个调节电路的控制逻辑为：vol
↓→
vo1
↑→
vo2
↓→
vo3
↑→
vol
↑
；当调节电路的输出电压vol升高时，整个调节电路的控制逻辑为：vol
↑→
vo1
↓→
vo2
↑→
vo3
↓→
vol
↓
，实现了输出电压的动态调节，保证了输出电压的稳定，从而确保了电磁水表的测量准确度。
[0053]
本实用新型实施例提供的电路，通过比较电路对比第一场效应管的源极电压和漏极电压，利用积分电路对比较电路的输出电压进行积分运算，再利用第二场效应管根据积分电路的输出电压的变化，反向调整第二场效应管的漏极电压，然后利用第一场效应管基于第二场效应管的漏极电压控制自身导通状态，并基于自身导通状态控制储能电容充放电，实现了输出电压的动态调节，保证了输出电压的稳定，从而确保了电磁水表的测量准确度。
[0054]
基于上述实施例，比较电路u1a为减法放大电路。
[0055]
具体地，该供电电压调节电路中可以使用减法放大电路作为比较电路，以确定并放大第一场效应管的源极电压和漏极电压之间的差值，使得比较电路的输出电压与第一场效应管的源极电压和漏极电压之间的差值成正比，且比较电路的输出电压的变化趋势与第一场效应管的源极电压的变化趋势相反。
[0056]
基于上述任一实施例，减法放大电路包括第一运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻；第一运算放大器的输出端为减法放大电路的输出端；
[0057]
其中，第一场效应管的源极通过第一电阻与第一运算放大器的反向输入端连接；
[0058]
第一场效应管的漏极通过第二电阻与第一运算放大器的同向输入端连接；
[0059]
第一运算放大器的同向输入端通过第三电阻接地；
[0060]
第一运算放大器的反向输入端通过第四电阻与运算放大器的输出端连接；
[0061]
第一运算放大器的正电源引脚与电池组连接，负电源引脚接地。
[0062]
具体地，如图1所示，减法放大电路包括第一运算放大器、第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3和第四电阻r4。其中，第一运算放大器的输出端即为减法放大电路的输出端。
[0063]
在该减法放大电路中，第一场效应管的源极通过第一电阻r1与第一运算放大器的反向输入端连接；第一场效应管的漏极通过第二电阻r2与第一运算放大器的同向输入端连接；第一运算放大器的同向输入端通过第三电阻r3接地；第一运算放大器的反向输入端通过第四电阻r4与第一运算放大器的输出端连接；第一运算放大器的正电源引脚与电池组连接，负电源引脚接地。其中，第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3和第四电阻r4的阻值可以根据实际负载需求进行调整，例如第一电阻r1和第二电阻r2的阻值可以相同，均设为475k欧姆，第三电阻r3和第四电阻r4的阻值也可以相同，均设为2.2m欧姆。
[0064]
基于上述任一实施例，第一运算放大器的输出电压v
o1
为：
[0065][0066]
其中，v
oh
为第一场效应管的漏极电压，v
ol
为第一场效应管的源极电压。
[0067]
具体地，当第一电阻r1和第二电阻r2的阻值均为475k欧姆，第三电阻r3和第四电阻r4的阻值均为2.2m欧姆时，根据减法放大电路的电路结构，可以计算得到第一运算放大器的输出电压v
o1
为：
[0068][0069]
其中，v
oh
为第一场效应管的漏极电压，v
ol
为第一场效应管的源极电压。
[0070]
基于上述任一实施例，积分电路包括第二运算放大器、反馈电容、基准电源、第五电阻、第六电阻、第七电阻和第八电阻；第二运算放大器的输出端为积分电路的输出端；
[0071]
其中，比较电路的输出端通过第五电阻与第二运算放大器的反向输入端连接；
[0072]
基准电源通过第六电阻与第二运算放大器的同向输入端连接；
[0073]
第二运算放大器的同向输入端通过第七电阻接地；
[0074]
反馈电容与第八电阻并联后分别与第二运算放大器的反向输入端和第二运算放大器的输出端连接。
[0075]
具体地，如图1所示，积分电路u1b可以包括第二运算放大器、反馈电容c1、基准电源、第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7和第八电阻r8。其中，基准电源的电压值可以根据实际需求进行调整，例如，可以将基准电源的电压值设为2.5v。第二运算放大器的输出端即为积分电路的输出端，积分电路的输出电压即为第二运算放大器对比较电路u1a的输出电压vo1进行时间积分运算后的结果。
[0076]
比较电路u1b中，比较电路u1a的输出端通过第五电阻r5与第二运算放大器的反向输入端连接；基准电源通过第六电阻r6与第二运算放大器的同向输入端连接；第二运算放大器的同向输入端通过第七电阻r7接地；反馈电容c1与第八电阻r8并联后分别与第二运算放大器的反向输入端和第二运算放大器的输出端连接。其中，第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7和第八电阻r8的阻值可以根据实际负载需求进行调整，例如，第五电阻r5的阻值可以设为100k欧姆，第六电阻的阻值可以设为220k欧姆，第七电阻的阻值可以设为122k欧姆。其中，第八电阻r8作为反馈电阻，可以使u1b中的第二运算放大器工作更稳定，工作频率加宽，防止运放失调。
[0077]
基于上述任一实施例，积分电路的输出电压v
o2
为：
[0078][0079]
其中，r5为第五电阻的阻值，c1为反馈电容的容量。
[0080]
具体地，当第6电阻的阻值为220k欧姆、第七电阻的阻值为122k欧姆，且基准电源的电压为2.5v时，如图1所示，节点5处的电压为0.892v。根据积分电路的电路结构，可以计算得到其输出电压v
o2
为：
[0081][0082]
其中，r5为第五电阻的阻值，c1为反馈电容的容量。
[0083]
基于上述任一实施例，第一场效应管为n沟道耗尽型场效应管，第二场效应管为n沟道增强型场效应管。
[0084]
具体地，采用n沟道耗尽型场效应管作为第一场效应管，可以起到电压调节作用，基于n沟道耗尽型场效应管的栅极电压，改变其导通状态，可以实现输出电压的动态调节功能。采用n沟道增强型场效应管作为第二场效应管，可以起到驱动放大的作用，由于其漏极电压与第一场效应管的栅极电压(即第一场效应管的驱动电压)成正比，因此n沟道增强型
场效应管的栅极电压的改变，会导致第一场效应管的驱动电压呈反向变化趋势，形成一个负反馈，达到调节并稳定电路输出电压的目的。
[0085]
基于上述任一实施例，第二场效应管的源极通过第九电阻接地；第二场效应管的漏极通过第十电阻与第一场效应管的栅极连接；第一场效应管的源极通过第十一电阻与第一场效应管的栅极连接；第一场效应管的源极通过零欧姆电阻与储能电容连接。
[0086]
具体地，如图1所示，第二场效应管q2的源极通过第九电阻r9接地，第二场效应管q2的漏极通过第十电阻r10与第一场效应管q1的栅极连接，第一场效应管q1的源极通过第十一电阻r11与第一场效应管q1的栅极连接，第一场效应管q1的源极通过零欧姆电阻r12与储能电容cout连接。其中，第九电阻r9、第十电阻r10和第十一电阻r11的阻值可以根据实际负载需求进行调整，本实用新型实施例对此不作具体限定。
[0087]
基于上述任一实施例，第一场效应管的栅极电压v
o3
为：
[0088][0089]
其中，r9为第九电阻的阻值，r
10
为第十电阻的阻值，r
11
为第十一电阻的阻值，r
dsq2
为第二场效应管的漏极和源极两端的等效电阻，r
q2
为第二场效应管的等效导通电阻，v
ol
为第一场效应管的源极电压。
[0090]
具体地，如图1所示，根据第一场效应管q1与第二场效应管q2、第九电阻r9、第十电阻r
10
、第十一电阻r
11
之间的连接关系，可以计算第一场效应管q1的栅极电压v
o3
为：
[0091][0092]
其中，r9为第九电阻的阻值，r
10
为第十电阻的阻值，r
11
为第十一电阻的阻值，r
dsq2
为第二场效应管的漏极和源极两端的等效电阻；r
q2
为第二场效应管的等效导通电阻，v
ol
为第一场效应管q1的源极电压。
[0093]
基于上述任一实施例，储能电容由非极性电容和极性电容并联而成。
[0094]
具体地，如图1所示，储能电容cout由非极性电容c3和极性电容c2并联得到。其中，极性电容c2为大容量电容，对其进行充电后，在第一场效应管关闭时可以为负载供电。利用非极性电容c3与大容量极性电容c2并联，可以起到电路去耦的作用，提高电路的稳定性。
[0095]
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0096]
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
[0097]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。