JP5819226B2 - Excitation circuit of electromagnetic flow meter - Google Patents
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Description
本発明は、各種プロセス系において導電性を有する流体の流量を測定する電磁流量計の励磁回路に関するものである。 The present invention relates to an excitation circuit for an electromagnetic flow meter that measures the flow rate of a fluid having conductivity in various process systems.
一般に、導電性を有する流体の流量を測定する電磁流量計では、測定管内を流れる流体の流れ方向に対して磁界発生方向が垂直となるよう配置された励磁コイルへ、極性が交互に切り替わる励磁電流を供給し、励磁コイルからの発生磁界と直交して測定管内に配置された一対の電極間に生じる起電力を検出し、この電極間に生じる起電力を増幅した後、サンプリングして信号処理することにより、測定管内を流れる流体の流量を測定している。
図5は、一般的な電磁磁流計の構成を示すブロック図である。
この電磁流量計50は、検出器50Aと変換器50Bとから構成されている。
検出器50Aには、主な構成として、測定管51、電極52、および励磁コイル53が設けられている。
測定管51は、全体としてステンレスなどの非磁性金属の筒体からなり、その内側に測定対象となる流体が流れる流路51Fを構成する。
励磁コイル53は、測定管51の外側に対向して配置された一対のコイルからなり、変換器50Bから供給された励磁電流Iexに応じて、流路51Fを流れる流体の流れ方向に対して直交する方向に磁界Bを発生させる機能を有している。
In general, in an electromagnetic flow meter that measures the flow rate of a fluid having electrical conductivity, an excitation current whose polarity is alternately switched to an excitation coil arranged so that the direction of magnetic field generation is perpendicular to the flow direction of the fluid flowing in the measurement tube Is detected, the electromotive force generated between a pair of electrodes arranged in the measuring tube orthogonal to the magnetic field generated from the exciting coil is detected, the electromotive force generated between the electrodes is amplified, and then sampled and signal-processed Thus, the flow rate of the fluid flowing in the measuring tube is measured.
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a general electromagnetic magnetometer.
The
The
The
The
電極52は、励磁コイル53で発生した磁界Bの方向と直交する方向に対向して、測定管51の内壁に、流路51Fを流れる流体と接液するよう配置された一対の電極からなり、磁界Bによる流体への励磁に応じて当該流体に発生した起電力Eを検出し、変換器50Bへ出力する機能を有している。
The
変換器50Bには、主な回路部として、通信I/F部55、信号処理部56、および励磁回路57が設けられている。
通信I/F部55は、信号線Wを介してコントローラなどの上位装置(図示せず)と接続し、上位装置から信号線Wを介して供給された電力から動作電源を生成して各機能部へ供給する機能と、信号処理部56で得られた流体の流量値をデータ通信により信号線Wを介して上位装置へ通知する機能とを有している。
The
The communication I /
信号処理部56は、一定の励磁周波数を持つパルス信号からなる励磁信号を生成して励磁回路57へ出力する機能と、電極52で検出した起電力Eに対して、信号増幅や上記励磁周波数に基づくサンプリングなどの信号処理を行うことにより、流体の流量値を算出する機能と、得られた流量値を通信I/F部55へ出力する機能とを有している。
励磁回路57は、信号処理部56からの励磁信号に基づいて、励磁極性を切替制御するための矩形波からなる交流励磁電流を生成して、励磁コイル53へ供給する機能を有している。
The
The
このような電磁流量計50では、電極52で検出した起電力に対して、起電力に対して、電気化学ノイズ、流体ノイズ、スラリーノイズなど、様々なノイズが重畳している。したがって、起電力から精度よく流量値を算出するには、これらノイズを低減させる必要がある。ここで、これらノイズは、低周波帯域ほどレベルが高い、いわゆる1/f特性を持っている。このため、励磁周波数を高くすれば、起電力のS/N比が改善されるため、高い精度で流量値を算出することができる。
In such an
一方、このような矩形波からなる交流励磁電流を励磁コイル53へ印加した場合、励磁コイルの持つ自己インダクタンスの影響で、励磁電流の立ち上がりが穏やかになり、その波形に遅れが生じる。したがって、励磁周波数を高くすると、励磁信号の波長が短くなるため、波長に対する立ち上がりの遅れの割合が大きくなるため、十分な磁界が発生している期間が短くなり、電極から検出される起電力のうち、振幅が平坦な定常域の幅も短くなる。これにより、起電力を安定してサンプリングすることが難しくなり、結果として、流量値の誤差が大きくなる。したがって、高い励磁周波数であっても励磁電流の立ち上がりを速くすることが重要となる。
On the other hand, when an AC excitation current consisting of such a rectangular wave is applied to the
従来、このような電磁流量計において、励磁コイルが発生する逆起電圧を容量素子に充電し、これを励磁用電力として再利用することにより、励磁極性の切り替え時における励磁電流の立ち上がりを改善する技術が提案されている(例えば、特許文献1,2など参照)。
図6は、従来の励磁回路を示す回路である。
この励磁回路60は、切替回路61、定電流回路62、ダイオードD60、ダイオードブリッジDB、および容量素子Cから構成されている。
Conventionally, in such an electromagnetic flow meter, the back electromotive force generated by the excitation coil is charged to the capacitive element and reused as excitation power, thereby improving the rise of the excitation current when switching the excitation polarity. Techniques have been proposed (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
FIG. 6 is a circuit showing a conventional excitation circuit.
The
定電流回路62は、例えば、トランジスタQ、オペアンプOP、および抵抗素子Rからなるエミッタフォロワ回路からなり、切替回路61の電流出力端子Toutと接地電位GNDとの間に接続されて、設定電圧Vcntに基づいて、電源電位VPから切替回路61に対して定電流で入力電流を供給する、一般的な定電流回路である。
The constant
切替回路61は、変換器の信号処理部(図示せず)から出力された、互いに相補的な位相関係を有するパルス信号からなる励磁信号SA,SBに基づいて、定電流回路62により電源電位VPから電流入力端子Tinへ供給された定電流の極性を切替制御することにより、交流の励磁電流Iexを生成して励磁コイルLへ供給する機能を有している。
The
ダイオードブリッジDBは、励磁コイルLの端子L1−L2間(両端)に発生した逆起電圧を整流して容量素子Cへ充電する機能を有している。DBの交流端子は、それぞれL1,L2に接続されており、プラス端子が容量素子Cの一端に接続されており、マイナス端子が接地電位GNDに接続されている。このDBについては、ショットキーダイオードで構成すれば、DBを構成する各ダイオードにおける順方向での電圧降下を削減することができる。 The diode bridge DB has a function of rectifying the counter electromotive voltage generated between the terminals L1 and L2 (both ends) of the exciting coil L and charging the capacitive element C. The AC terminals of DB are connected to L1 and L2, respectively, the plus terminal is connected to one end of the capacitive element C, and the minus terminal is connected to the ground potential GND. If this DB is constituted by a Schottky diode, the voltage drop in the forward direction in each diode constituting the DB can be reduced.
容量素子Cは、電流入力端子Tinと接地電位GNDとの間に接続されて、DBで整流された逆起電圧を充電する機能を有している。
ダイオード60は、電源電位VPと電流入力端子Tinとの間に直列接続されて、容量素子Cに充電された充電電圧VCが電源電位VP側へ逆流するのを防止する機能を有している。
The capacitive element C is connected between the current input terminal Tin and the ground potential GND, and has a function of charging the counter electromotive voltage rectified by DB.
The
この切替回路61には、電流をオン/オフ制御するための4つのスイッチ回路SW61〜SW64が設けられており、このうち、SW61とSW63の直列接続回路と、SW62とSW64の直列接続回路とが、さらに並列接続されている。励磁コイルLの端子L1は、SW61の接点端子とSW63の接点端子との接続ノードに接続されており、同じく端子L2は、SW62の接点端子とSW64の接点端子との接続ノードに接続されている。
The
図7は、従来の励磁回路の動作を示す信号波形図である。
励磁信号SA,SBは、互いに相補的な位相関係を有する励磁周波数のパルス信号からなり、このうち、SAはSW61およびSW64を制御し、SBはSW62およびSW63を制御する。
したがって、時刻T60に示すように、SAが立ち上がるとともにSBが立ち下がった場合、SW61,SW64がオンして、SW62,SW63がオフする。これにより、VPからD60およびTinを介して入力される入力電流の経路として、SW61→端子L2→励磁コイルL→端子L1→SW64→Tout→定電流回路62という経路が形成され、励磁電流Iexの極性の切り替えが行われる。
FIG. 7 is a signal waveform diagram showing the operation of the conventional excitation circuit.
The excitation signals SA and SB are composed of pulse signals having excitation frequencies having a complementary phase relationship. Among these, SA controls SW61 and SW64, and SB controls SW62 and SW63.
Therefore, as shown at time T60, when SA rises and SB falls, SW61 and SW64 are turned on, and SW62 and SW63 are turned off. As a result, a path of SW61 → terminal L2 → excitation coil L → terminal L1 → SW64 → Tout → constant
一方、時刻T61に示すように、SBが立ち上がるとともにSAが立ち下がった場合、SW61,SW64がオフして、SW62,SW63がオンする。これにより、入力電流の経路として、SW62→端子L1→励磁コイルL→端子L2→SW63→Tout→定電流回路62経路が形成され、励磁電流Iexの極性の切り替えが行われる。
On the other hand, as shown at time T61, when SA rises and SB rises, SW61 and SW64 are turned off and SW62 and SW63 are turned on. As a result, the SW62 → terminal L1 → excitation coil L → terminal L2 → SW63 → Tout → constant
ここで、励磁電流Iexの極性を切替制御した際、励磁コイルLの自己インダクタンスにより、励磁コイルLの両端L1−L2間の端子間電圧VLに逆起電圧が発生する。例えば、時刻T60において、励磁電流Iexを、それまでのL1→L2方向からL2→L1方向へ切替制御した場合、励磁コイルLの両端L1−L2間に発生した逆起電圧により、L2の電圧がL1より高くなる。この際、L1は、SW64および定電流回路62を介して接地電位GNDに接続されているため、L2に発生した高電圧は、DBを介して容量素子Cに充電されることになる。
Here, when the polarity of the excitation current Iex is switched, a counter electromotive voltage is generated in the inter-terminal voltage VL between both ends L1 and L2 of the excitation coil L due to the self-inductance of the excitation coil L. For example, when the excitation current Iex is controlled to be switched from the L1 → L2 direction to the L2 → L1 direction at time T60, the voltage of L2 is reduced by the back electromotive voltage generated between both ends L1 and L2 of the excitation coil L. It becomes higher than L1. At this time, since L1 is connected to the ground potential GND via the SW 64 and the constant
一方、時刻T61において、励磁電流Iexを、それまでのL2→L1方向からL1→L2方向へ切替制御した場合、励磁コイルLの両端に発生した逆起電圧により、L1の電圧がL2より高くなる。この際、L2は、SW63および定電流回路62を介して接地電位GNDに接続されているため、L1に発生した電圧は、DBを介して容量素子Cに充電されることになる。
On the other hand, when the excitation current Iex is controlled to be switched from the L2 → L1 direction to the L1 → L2 direction at time T61, the back electromotive voltage generated at both ends of the excitation coil L causes the voltage of L1 to be higher than L2. . At this time, since L2 is connected to the ground potential GND via the SW 63 and the constant
このようにして、励磁電流Iexの極性切替時に、励磁コイルLから発生した逆起電圧が容量素子Cに充電されるため、容量素子Cの充電電圧VCが、ダイオードD60を介して電源電位VPから供給された電圧より高い期間においては、容量素子Cから切替回路61へ電流が供給される。これにより、切替回路61のTinに対して、より大きな電力を供給することができ、励磁信号SA,SBの切替タイミングから、励磁電流Iexが最大値に達するまでの遅れ時間が短縮される。したがって、励磁コイルLの逆起電圧を利用しない場合(図7の破線波形)と比較して、高い励磁周波数であっても励磁電流Iexの立ち上がり(立ち下がり)を速くすることが可能となる。
In this way, when the polarity of the excitation current Iex is switched, the back electromotive voltage generated from the excitation coil L is charged to the capacitive element C. Therefore, the charging voltage VC of the capacitive element C is supplied from the power supply potential VP via the diode D60. In a period higher than the supplied voltage, current is supplied from the capacitive element C to the
このような従来技術では、電源電位VPからの入力電流が入力される切替回路61の電流量力端子Tinに、容量素子Cが接続されている。ここで、VPをTinに直接印加すると、励磁コイルLの逆起電圧により、容量素子Cの充電電圧VCが、VPより高くなってもVP側に逆流して吸収されてしまう。
このため、従来技術では、VPとTinとの間にダイオードD60を直列接続する必要があるが、VPからTinへ入力電流が供給される際、このD60の電圧降下により、Tinに印加される入力電圧が低下してしまい、結果として、電源電位VPにより、励磁コイルLを効率よく駆動できないという問題点がある。
In such a conventional technique, the capacitive element C is connected to the current amount force terminal Tin of the
For this reason, in the prior art, it is necessary to connect the diode D60 in series between VP and Tin. However, when an input current is supplied from VP to Tin, the input applied to Tin due to the voltage drop of D60. As a result, the excitation coil L cannot be efficiently driven by the power supply potential VP.
一般的なPN接合ダイオードの電圧降下Vfは0.6V程度であり、電圧効果Vfの低いショットキーダイオードでも0.3V程度である。したがって、VPからTinへ入力電流が供給される際、Tinには、VP−Vfの電圧が印加される。
ここで、VPが十分に高い電圧である場合には問題ないが、1対の信号線を介して上位装置からの電源供給を受ける2線式電磁流量計や、搭載した電池で動作する電池式電磁流量計では、VPが2V程度まで低下する。このため、D60としてショットキーダイオードを用いた場合でも、Tinに印加される電圧が1.7Vとなり、励磁コイルLへ供給される電力が15%も低減することになる。
A voltage drop Vf of a general PN junction diode is about 0.6V, and a Schottky diode having a low voltage effect Vf is about 0.3V. Therefore, when an input current is supplied from VP to Tin, a voltage of VP−Vf is applied to Tin.
Here, there is no problem when VP is a sufficiently high voltage, but a two-wire electromagnetic flow meter that receives power supply from a host device via a pair of signal lines, or a battery type that operates with an installed battery. In the electromagnetic flow meter, VP decreases to about 2V. For this reason, even when a Schottky diode is used as D60, the voltage applied to Tin is 1.7 V, and the power supplied to the exciting coil L is reduced by 15%.
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、励磁コイルの逆起電圧を利用して励磁電流の立ち上がりを速くする場合でも、電源電位により、励磁コイルを効率よく駆動できる、電磁流量計の励磁回路を提供することを目的としている。 The present invention is for solving such a problem, and even when the rise of the excitation current is made faster by utilizing the back electromotive voltage of the excitation coil, the excitation coil can be efficiently driven by the power supply potential. The purpose is to provide a total excitation circuit.
このような目的を達成するために、本発明にかかる励磁回路は、測定管の外側に配置された励磁コイルに対して、励磁回路から励磁電流を供給することにより、当該測定管内を流れる流体を励磁し、当該測定管に配置された一対の電極から、前記励磁により当該流体に発生した前記励磁コイルからの磁界と直交する起電力を検出し、この起電力に基づき当該流体の流量値を測定する電磁流量計で用いられる前記励磁回路であって、励磁周波数を持つパルス信号からなる励磁信号に基づいて、電流入力端子から電流出力端子へ流れる入力電流を、前記励磁コイルの一端または他端へ前記励磁電流として切り替えて供給する切替回路と、前記電流入力端子と接地電位との間に接続された容量素子と、前記励磁コイルから発生する逆起電圧を整流して、前記容量素子へ充電するダイオードブリッジと、前記容量素子に充電された充電電圧が前記電源電位より高い検出遮断期間を検出し、検出遮断信号として出力する検出回路と、2つの接点端子により前記電源電位と前記電流入力端子との間の接続/遮断を制御するとともに、前記電源電位側に接続された一方の接点端子から前記電流入力端子側に接続された他方の接点端子へ電流を流す第1の寄生ダイオードを含む第1のMOSFETを有し、前記検出回路からの前記検出遮断信号と、前記励磁信号の切替タイミングから一定時間長を持つ強制遮断期間を示す強制遮断信号とに基づいて、前記検出遮断期間と前記強制遮断期間において前記第1のMOSFETをオフ状態に制御し、前記検出遮断期間および前記強制遮断期間以外の期間において前記第1のMOSFETをオン状態に制御する遮断回路とを備えている。 In order to achieve such an object, an excitation circuit according to the present invention supplies an excitation current from an excitation circuit to an excitation coil arranged outside the measurement tube, thereby allowing fluid flowing in the measurement tube to flow. The electromotive force perpendicular to the magnetic field from the excitation coil generated in the fluid by the excitation is detected from a pair of electrodes arranged in the measurement tube, and the flow rate value of the fluid is measured based on the electromotive force. An excitation circuit used in an electromagnetic flow meter that performs input current flowing from a current input terminal to a current output terminal to one end or the other end of the excitation coil based on an excitation signal composed of a pulse signal having an excitation frequency. A switching circuit for switching and supplying the exciting current, a capacitive element connected between the current input terminal and the ground potential, and a back electromotive voltage generated from the exciting coil are rectified. A diode bridge for charging the capacitive element; a detection circuit for detecting a detection cutoff period in which a charging voltage charged to the capacitive element is higher than the power supply potential; and outputting a detection cutoff signal; A first control circuit for controlling connection / disconnection between a potential and the current input terminal, and flowing a current from one contact terminal connected to the power supply potential side to the other contact terminal connected to the current input terminal side. A first MOSFET including a parasitic diode, and based on the detection cutoff signal from the detection circuit and a forced cutoff signal indicating a forced cutoff period having a certain time length from the switching timing of the excitation signal, In the detection cutoff period and the forced cutoff period, the first MOSFET is controlled to be in an OFF state, and in a period other than the detection cutoff period and the forced cutoff period There are and a cutoff circuit for controlling the first MOSFET to the on state.
また、上記励磁回路にかかる他の一構成例は、前記遮断回路が、ドレイン端子が前記電源電位に接続され、ソース端子が前記電流入力端子に接続されて、ドレイン端子からソース端子に電流を流す寄生ダイオードを含む、PチャネルMOSFETからなる前記第1のMOSFETと、前記検出遮断信号と前記強制遮断信号とに基づいて、前記検出遮断期間および前記強制遮断期間に、前記第1のMOSFETをオフ状態に制御することにより、前記電源電位に対する前記充電電圧の逆流を遮断する、NチャネルMOSFETからなる第2のMOSFETとを有するものである。 According to another configuration example of the excitation circuit, the cutoff circuit includes a drain terminal connected to the power supply potential, a source terminal connected to the current input terminal, and a current flowing from the drain terminal to the source terminal. Based on the first MOSFET comprising a P-channel MOSFET including a parasitic diode, the detection cutoff signal and the forced cutoff signal, the first MOSFET is turned off during the detection cutoff period and the forced cutoff period. And a second MOSFET made of an N-channel MOSFET that blocks reverse flow of the charging voltage with respect to the power supply potential.
また、上記励磁回路にかかる他の一構成例は、前記電源電位から定電圧電位を生成し、前記電源電位に代えて当該定電圧電位を前記電流入力端子へ供給する電圧レギュレータをさらに備え、前記検出回路は、前記充電電圧が前記定電圧電位より高い期間を前記検出遮断期間として検出し、前記検出遮断信号として出力し、前記遮断回路は、ソース端子が前記定電圧電位に接続され、ドレイン端子が前記電流入力端子に接続されて、ソース端子からドレイン端子に電流を流す寄生ダイオードを含む、NチャネルMOSFETからなる前記第1のMOSFETを有し、前記検出遮断期間と前記強制遮断期間において、前記第1のMOSFETをオフ状態とすることにより、前記定電圧電位に対する前記充電電圧の逆流を遮断するようにしたものである。 Further, another configuration example according to the excitation circuit further includes a voltage regulator that generates a constant voltage potential from the power supply potential and supplies the constant voltage potential to the current input terminal instead of the power supply potential, The detection circuit detects a period in which the charging voltage is higher than the constant voltage potential as the detection cutoff period and outputs the detection cutoff signal. The cutoff circuit has a source terminal connected to the constant voltage potential, and a drain terminal. Is connected to the current input terminal, and includes the first MOSFET including an N-channel MOSFET including a parasitic diode that flows current from the source terminal to the drain terminal. In the detection cutoff period and the forced cutoff period, By turning off the first MOSFET, the reverse flow of the charging voltage with respect to the constant voltage potential is cut off. That.
また、上記励磁回路にかかる他の一構成例は、前記切替回路が、一方の接点端子が前記電流入力端子に接続されて、前記励磁信号に応じてオン/オフ動作する第1のスイッチ回路と、一方の接点端子が前記電流入力端子に接続されて、前記第1のスイッチ回路とは逆位相でオン/オフ動作する第2のスイッチ回路と、一方の接点端子が前記励磁コイルの前記一端に接続され、他方の接点端子が前記電流出力端子に接続されて、前記第1のスイッチ回路とは逆位相でオン/オフ動作する第3のスイッチ回路と、一方の接点端子が前記励磁コイルの前記他端に接続され、他方の接点端子が前記電流出力端子に接続されて、前記第1のスイッチ回路と同位相でオン/オフ動作する第4のスイッチ回路とを有し、前記励磁回路は、前記電源電位から定電圧電位を生成し、前記電源電位に代えて当該定電圧電位を前記電流入力端子へ供給する電圧レギュレータと、前記容量素子から前記励磁コイルの前記一端に対する前記放電電流の供給を、前記第1のスイッチ回路と同位相でオン/オフ制御する第1の高耐圧スイッチ回路と、前記容量素子から前記励磁コイルの前記他端に対する前記放電電流の供給を、前記第1のスイッチ回路とは逆位相でオン/オフ制御する第2の高耐圧スイッチ回路とをさらに備え、前記検出回路は、前記充電電圧が前記定電圧電位より高い期間を前記検出遮断期間として検出し、前記検出遮断信号として出力し、前記遮断回路は、ソース端子が前記第1のスイッチ回路の他方の接点端子に接続され、ドレイン端子が前記第3のスイッチ回路の前記一方の接点端子に接続されて、ソース端子からドレイン端子に電流を流す寄生ダイオードを含む、NチャネルMOSFETからなる前記第1のMOSFETと、ソース端子が前記第2のスイッチ回路の他方の接点端子に接続され、ドレイン端子が前記第4のスイッチ回路の前記一方の接点端子に接続されて、ソース端子からドレイン端子に電流を流す寄生ダイオードを含む、NチャネルMOSFETからなる第2のMOSFETとを有し、前記遮断回路は、前記検出遮断期間と前記強制遮断期間において、前記第1のMOSFETおよび前記第2のMOSFETをオフ状態とすることにより、前記定電圧電位に対する前記励磁コイルの前記一端または前記他端の電圧の逆流を遮断するようにしたものである。 According to another configuration example of the excitation circuit, the switching circuit includes a first switch circuit in which one contact terminal is connected to the current input terminal and is turned on / off according to the excitation signal. , One contact terminal connected to the current input terminal, a second switch circuit that is turned on / off in the opposite phase to the first switch circuit, and one contact terminal at the one end of the excitation coil A third switch circuit connected to the current output terminal and operating on / off in a phase opposite to that of the first switch circuit, and one contact terminal of the excitation coil A fourth switch circuit connected to the other end and having the other contact terminal connected to the current output terminal and performing on / off operation in the same phase as the first switch circuit, and the excitation circuit includes: Determined from the power supply potential A voltage regulator for generating a voltage potential and supplying the constant voltage potential to the current input terminal instead of the power supply potential; and supplying the discharge current from the capacitive element to the one end of the exciting coil. A first high-breakdown-voltage switch circuit that performs on / off control in the same phase as the switch circuit; and supply of the discharge current from the capacitive element to the other end of the exciting coil in an opposite phase to the first switch circuit. A second high-breakdown-voltage switch circuit that performs on / off control, and the detection circuit detects a period during which the charging voltage is higher than the constant voltage potential as the detection cutoff period, and outputs the detected cutoff period as the detection cutoff signal. The interrupting circuit has a source terminal connected to the other contact terminal of the first switch circuit, and a drain terminal connected to the one contact terminal of the third switch circuit. The first MOSFET including an N-channel MOSFET including a parasitic diode that flows current from the source terminal to the drain terminal, the source terminal is connected to the other contact terminal of the second switch circuit, and the drain terminal is A second MOSFET comprising an N-channel MOSFET connected to the one contact terminal of the fourth switch circuit and including a parasitic diode that allows a current to flow from the source terminal to the drain terminal; In the detection cutoff period and the forced cutoff period, by turning off the first MOSFET and the second MOSFET, a reverse flow of the voltage at the one end or the other end of the exciting coil with respect to the constant voltage potential is achieved. It is intended to block.
本発明によれば、強制遮断期間および検出遮断期間には、第1のMOSFETがオフして、電源電位と電流入力端子の間が遮断されるため、充電電圧が電源電位より高くなっても電源電位側に逆流して吸収されてしまうことが防止される。一方、上記以外の期間には、第1のMOSFETがオンして、電源電位と電流入力端子の間が接続されるため、電源電位からの入力電流が電流入力端子に入力される。
したがって、従来のように、電源電位と電流入力端子との間に逆流防止用のダイオードを設けた場合と比較して、逆流防止のために発生する電圧降下を大幅に削減できる。これにより、1対の信号線を介して上位装置からの電源供給を受ける2線式電磁流量計や、搭載した電池で動作する電池式電磁流量計のように、十分な電圧の電源電位を使用できない場合でも、電源電位により励磁コイルを効率よく駆動することが可能となる。
According to the present invention, in the forced cutoff period and the detection cutoff period, the first MOSFET is turned off and the power supply potential and the current input terminal are shut off. Therefore, even if the charging voltage becomes higher than the power supply potential, the power supply Backflow to the potential side and absorption are prevented. On the other hand, during a period other than the above, the first MOSFET is turned on to connect between the power supply potential and the current input terminal, so that an input current from the power supply potential is input to the current input terminal.
Therefore, compared with the conventional case where a diode for preventing backflow is provided between the power supply potential and the current input terminal, the voltage drop generated for preventing backflow can be greatly reduced. As a result, a power supply potential of sufficient voltage is used, such as a two-wire electromagnetic flow meter that receives power supply from a host device via a pair of signal lines, or a battery-type electromagnetic flow meter that operates with an installed battery. Even if this is not possible, the exciting coil can be efficiently driven by the power supply potential.
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
[第1の実施の形態]
まず、図1を参照して、本発明の第1の実施の形態にかかる電磁流量計の励磁回路10について説明する。図1は、第1の実施の形態にかかる励磁回路の構成を示す回路図である。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[First Embodiment]
First, an
この励磁回路10は、電磁流量計において、励磁コイルへ励磁電流を供給するための回路である。
一般に、導電性を有する流体の流量を測定する電磁流量計では、測定管内を流れる流体の流れ方向に対して磁界発生方向が垂直となるよう配置された励磁コイルへ、極性が交互に切り替われる励磁電流を供給し、励磁コイルからの発生磁界と直交して測定管内に配置された一対の電極間に生じる起電力を検出し、この電極間に生じる起電力を増幅した後、サンプリングして信号処理することにより、測定管内を流れる流体の流量を測定している。なお、電磁流量計の全体的な構成については、前述した図5と同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。
The
In general, in an electromagnetic flowmeter that measures the flow rate of a fluid having electrical conductivity, excitation is performed in which polarity is alternately switched to an excitation coil that is arranged so that the direction of magnetic field generation is perpendicular to the flow direction of the fluid flowing in the measurement tube. Supply current, detect the electromotive force generated between a pair of electrodes arranged in the measuring tube perpendicular to the magnetic field generated from the excitation coil, amplify the electromotive force generated between the electrodes, and then sample and signal processing By doing so, the flow rate of the fluid flowing in the measuring tube is measured. The overall configuration of the electromagnetic flow meter is the same as that in FIG. 5 described above, and a detailed description thereof is omitted here.
図1において、励磁回路10は、切替回路11、定電流回路12、検出回路13、遮断回路14、ダイオードブリッジDB、および容量素子Cから構成されている。
定電流回路12は、前述の図6に示したように、例えば、トランジスタQ、オペアンプOP、および抵抗素子Rからなるエミッタフォロワ回路からなり、切替回路11の電流出力端子Toutと接地電位GNDとの間に接続されて、電源電位VPから切替回路11に対して定電流で入力電流を供給する、一般的な定電流回路である。
In FIG. 1, the
As shown in FIG. 6 described above, the constant
切替回路11は、変換器の信号処理部(図示せず)から出力される、互いに相補的な位相関係を有し、励磁周波数のパルス信号からなる励磁信号SAおよび励磁信号SBに基づいて、定電流回路12により供給された、電流入力端子Tinから電流出力端子Toutへ流れる入力電流を、励磁コイルLの端子L2(一端)または端子L1(他端)へ、交流の励磁電流Iexとして切り替えて供給する機能を有している。
The switching
ダイオードブリッジDBは、励磁コイルLの端子L1−L2間(両端)に発生した逆起電圧を整流して容量素子Cへ充電する機能を有している。DBの交流端子は、それぞれL1,L2に接続されており、プラス端子が容量素子Cの一端に接続されており、マイナス端子が接地電位GNDに接続されている。このDBについては、ショットキーダイオードで構成すれば、DBを構成する各ダイオードにおける順方向での電圧降下を削減することができる。 The diode bridge DB has a function of rectifying the counter electromotive voltage generated between the terminals L1 and L2 (both ends) of the exciting coil L and charging the capacitive element C. The AC terminals of DB are connected to L1 and L2, respectively, the plus terminal is connected to one end of the capacitive element C, and the minus terminal is connected to the ground potential GND. If this DB is constituted by a Schottky diode, the voltage drop in the forward direction in each diode constituting the DB can be reduced.
容量素子Cは、電流入力端子Tinと接地電位GNDとの間に接続されて、DBで整流された逆起電圧を充電する機能を有している。
検出回路13は、容量素子Cに充電された充電電圧VCがVCより高い期間を、電源電位VPと電流入力端子Tinとの間を遮断すべき検出遮断期間TYとして検出し、この検出結果を検出遮断信号SYとして出力する機能を有している。
The capacitive element C is connected between the current input terminal Tin and the ground potential GND, and has a function of charging the counter electromotive voltage rectified by DB.
The
遮断回路14は、2つの接点端子により電源電位VPと電流入力端子Tinとを接続/遮断を制御するとともに、VP側に接続された一方の接点端子からTin側に接続された他方の接点端子へ電流を流す寄生ダイオード(第1の寄生ダイオード)を含むMOSFET(第1のMOSFET)Q1を有し、検出回路13からの検出遮断信号SY、および、外部からの強制遮断信号SXに基づいて、Q1をオン/オン制御する機能を有している。
The
強制遮断信号SXは、変換器の信号処理部(図示せず)から出力されて、励磁信号SA,SBの切替タイミングから一定時間長を持つ期間を、電源電位VPと電流入力端子Tinとの間を遮断すべき強制遮断期間TXとして指示する制御信号である。 The forced cut-off signal SX is output from a signal processing unit (not shown) of the converter, and has a certain time length from the switching timing of the excitation signals SA and SB between the power supply potential VP and the current input terminal Tin. Is a control signal instructing as a forced cutoff period TX to cut off.
寄生ダイオードは、内蔵ダイオードとも呼ばれ、一般的なMOSFETの内部に寄生するダイオードである。MOSFETは、ドレイン−ソース間に電流を流す場合、順方向だけでなく逆方向にも電流を流すことができる。この際、逆方向については2つの電流経路が存在し、1つはドレイン−ソース間のチャネルからなる経路であり、もう1つが寄生ダイオードからなる経路である。このため、MOSFETがオフ状態にある場合、逆方向について、寄生ダイオードが通常のダイオードとして動作することになる。 The parasitic diode is also called a built-in diode, and is a diode that is parasitic inside a general MOSFET. When a current flows between the drain and the source, the MOSFET can flow a current not only in the forward direction but also in the reverse direction. At this time, there are two current paths in the reverse direction, one is a path composed of a drain-source channel, and the other is a path composed of a parasitic diode. For this reason, when the MOSFET is in the OFF state, the parasitic diode operates as a normal diode in the reverse direction.
本実施の形態において、切替回路11は、一方の接点端子が電流入力端子Tinに接続されて、励磁信号SAに応じてオン/オフ動作するスイッチ回路SW1(第1のスイッチ回路)と、一方の接点端子がTinに接続されて、励磁信号SBに応じてスイッチ回路SW1とは逆位相でオン/オフ動作するスイッチ回路SW2(第2のスイッチ回路)と、一方の接点端子がSW1の他方の接点端子とL2とに接続され、他方の接点端子が電流出力端子Toutに接続されて、SBに応じてSW1とは逆位相でオン/オフ動作するスイッチ回路SW3(第3のスイッチ回路)と、一方の接点端子がSW2の他方の接点端子とL1とに接続され、他方の接点端子がToutに接続されて、SAに応じてSW1と同位相でオン/オフ動作するスイッチ回路SW4(第4のスイッチ回路)とを有している。
In the present embodiment, the switching
また、遮断回路14は、ドレイン端子が電源電位VPに接続され、ソース端子がTinに接続されて、ドレイン端子からソース端子に電流を流す寄生ダイオードを含む、PチャネルのMOSFET(第1のMOSFET)Q1と、カソード端子がQ1のゲート端子に接続され、アノード端子がQ1のソース端子に接続された定電圧ダイオードZD1と、Q1のゲート端子とソース端子との間に接続された抵抗素子(第1の抵抗素子)R1と、ドレイン端子が抵抗素子(第2の抵抗素子)R2を介してQ1のゲート端子に接続され、ソース端子が接地電位GNDに接続された、NチャネルのMOSFET(第2のMOSFET)Q2と、アノード端子がQ2のゲート端子に接続され、カソード端子が検出遮断信号SYに接続されたダイオードD1と、アノード端子がQ2のゲート端子に接続され、カソード端子が強制遮断信号SXに接続されたダイオードD2と、一端がVPに接続され、他端がQ1のゲート端子、D1のアノード端子、およびD2のアノード端子の接続ノードに接続された抵抗素子(第3の抵抗素子)R3とを有している。これらD1,D2については、ショットキーダイオードで構成すれば、これらダイオードにおける順方向での電圧降下を削減することができる。
The
また、検出回路13は、一端が容量素子Cの一端に接続された抵抗素子R4と、一端がR4の他端に接続され、他端が接地電位GNDに接続された抵抗素子R5と、カソード端子がR5の一端に接続され、アノード端子がGNDに接続された定電圧ダイオードZD2と、一端が電源電位VPに接続された抵抗素子R6と、一端がR6の他端に接続され、他端がGNDに接続された抵抗素子R7と、VPとGNDを動作電源として動作して、反転入力端子がR4の他端、R5の一端、およびZD2のアノード端子の接続ノードに接続され、非反転入力端子が、R6の他端とR7の一端との接続ノードに接続され、出力端子から検出遮断信号SYを出力するオペアンプOP1とを有している。
この場合、R4とR5の抵抗比と、R6とR7の抵抗比とを、VCのピーク値とVPとの比と等しく設定しておくことにより、VPとGNDを動作電源とするOP1で、VPとVCを比較することができる。
The
In this case, by setting the resistance ratio of R4 and R5 and the resistance ratio of R6 and R7 to be equal to the ratio of the peak value of VC and VP, OP1 using VP and GND as the operation power supply, VP And VC can be compared.
このように、本実施の形態は、電源電位VPと電流入力端子Tinとの間の接続/遮断を制御する遮断回路14を設け、検出遮断信号SYが示す、容量素子Cの充電電圧VCがVPより高い検出遮断期間TYと、強制遮断信号SXが示す、SA,SBの切替タイミングから一定時間長を持つ強制遮断期間TXの両方において、電源電位VPと電流入力端子Tinの間を遮断し、これら以外の期間において電源電位VPと電流入力端子Tinの間を接続するようにしたものである。
As described above, in this embodiment, the
これにより、検出遮断期間TYおよび強制遮断期間TXには、Q1がオフして、VPとTinの間が遮断されるため、VCがVPより高くなってもVP側に逆流して吸収されてしまうことが防止される。一方、TYおよびTX以外の期間には、Q1がオンして、VPとTinの間が接続されるため、VPからの入力電流がTinに入力される。 As a result, in the detection cutoff period TY and the forced cutoff period TX, Q1 is turned off and the gap between VP and Tin is cut off, so that even if VC becomes higher than VP, it flows back to the VP side and is absorbed. It is prevented. On the other hand, during a period other than TY and TX, Q1 is turned on and VP and Tin are connected, so that an input current from VP is input to Tin.
ここで、一般的なMOSFETのオン抵抗は1Ω以下であり、100mΩ以下のものもある。したがって、Q1のオン抵抗が1Ωであって電流を50mA流したとしても、Q1での電圧降下は、0.05V以下である。このため、従来のように、VPとTinとの間に逆流防止用のダイオードを使用した場合と比較して、Q1での電圧降下を大幅に削減できる。これにより、電源電位VPにより、励磁コイルLを効率よく駆動できる。 Here, the on-resistance of a general MOSFET is 1 Ω or less, and there are some having a resistance of 100 mΩ or less. Therefore, even if the on-resistance of Q1 is 1Ω and a current of 50 mA is supplied, the voltage drop at Q1 is 0.05 V or less. For this reason, compared with the case where the diode for backflow prevention is used between VP and Tin like the past, the voltage drop in Q1 can be reduced significantly. Thereby, the exciting coil L can be efficiently driven by the power supply potential VP.
[第1の実施の形態の動作]
次に、図1および図2を参照して、本実施の形態にかかる励磁回路10の動作について説明する。図2は、第1の実施の形態にかかる励磁回路の動作を示す信号波形図である。
[Operation of First Embodiment]
Next, the operation of the
時刻T0に示すように、SAが立ち上がるとともにSBが立ち下がった場合、SW1,SW4がオンして、SW2,SW3がオフする。これにより、Tinからの入力電流が流れる経路として、SW1→端子L2→励磁コイルL→端子L1→SW4→Tout→定電流回路12という経路が形成され、励磁電流Iexの極性の切り替えが行われる。
As shown at time T0, when SA rises and SB falls, SW1 and SW4 are turned on and SW2 and SW3 are turned off. Thereby, a path of SW1 → terminal L2 → excitation coil L → terminal L1 → SW4 → Tout → constant
この際、時刻T0において、それ以前にVCが励磁コイルLへ放電されてVPを僅かに下回っているため、検出回路13からの検出遮断信号SYはハイレベル(VPまたはハイインピーダンス状態)であり、検出遮断期間TYを示していない。
一方、時刻T0において、強制遮断信号SXがローレベル(GND電位)であり、強制遮断期間TXを示している。これにより、ダイオードD2を介してQ2のゲート電位が低下してオフ状態となって、Q1のゲート電位もR1を介してソース電位と等しくなるため、Q1もオフ状態となる。なお、VCがVPより低い場合には、Q1の寄生ダイオードにより、VPがTinに供給される。
At this time, at time T0, VC is discharged to the exciting coil L and slightly lower than VP before that, so that the detection cutoff signal SY from the
On the other hand, at time T0, the forced cutoff signal SX is at a low level (GND potential), indicating the forced cutoff period TX. As a result, the gate potential of Q2 is lowered and turned off via the diode D2, and the gate potential of Q1 becomes equal to the source potential via R1, so that Q1 is also turned off. When VC is lower than VP, VP is supplied to Tin by the parasitic diode of Q1.
また、時刻T0に励磁電流Iexの極性を切替制御した際、励磁コイルLの自己インダクタンスにより、励磁コイルLの両端L1−L2間に逆起電圧が発生する。
例えば、時刻T0において、励磁電流Iexを、それまでのL1→L2方向からL2→L1方向へ切替制御しているため、端子L1−L2間に発生した逆起電圧により、L2の電圧がL1より高くなる。これにより、端子L1−L2間の端子間電圧VLとして負電圧が発生し、この逆起電圧が、DBを介して容量素子Cに充電されることになる。
Further, when the polarity of the excitation current Iex is switched and controlled at time T0, a counter electromotive voltage is generated between both ends L1 and L2 of the excitation coil L due to the self-inductance of the excitation coil L.
For example, at time T0, the excitation current Iex is switched from the previous L1 → L2 direction to the L2 → L1 direction, so that the voltage of L2 is lower than L1 due to the back electromotive voltage generated between the terminals L1 and L2. Get higher. As a result, a negative voltage is generated as the inter-terminal voltage VL between the terminals L1 and L2, and this back electromotive voltage is charged to the capacitive element C via DB.
これにより、VCが、VPからQ1の寄生ダイオードの電圧降下Vfを差し引いた電圧を上回った時点で、VPからTinへの入力電流が停止して、VCからTinへの放電電流が流れ始める。
この後、さらにVCが上昇してVPに到達した時刻T1に、検出回路13からのSYがローレベル(GND電位)に変化して、検出遮断期間TYを示すことになるため、ダイオードD1を介してQ2のゲート電位が低下してオフ状態となり、逆起電圧の発生が終了してVCがVPより低くなる時刻T3まで、Q1がオフ状態となる。
Thereby, when VC exceeds the voltage obtained by subtracting the voltage drop Vf of the parasitic diode of Q1 from VP, the input current from VP to Tin stops, and the discharge current from VC to Tin begins to flow.
Thereafter, at time T1 when VC further rises and reaches VP, SY from the
なお、TXの時間長は、SA,SBの切替タイミング、ここでは時刻T0から、少なくともVCがVPに到達してSYが出力される時刻T1までの時間長を有している。したがって、時刻T0から時刻T1までの期間において、VCがVPまで到達しておらずSYが出力されていなくても、Q1がオフ状態に維持される。このため、VCがVPへ逆流しなくなり、逆起電圧を順次Cへ充電できる。なお、TXは、時刻T1以降であって時刻T3までの間の時刻T2にハイレベル(VPまたはハイインピーダンス状態)に変化する。 The time length of TX has a time length from the switching timing of SA and SB, here time T0 to time T1 at least when VC reaches VP and SY is output. Therefore, in the period from time T0 to time T1, Q1 is maintained in the off state even if VC does not reach VP and SY is not output. For this reason, VC does not flow backward to VP, and the back electromotive voltage can be sequentially charged to C. Note that TX changes to a high level (VP or high impedance state) at time T2 after time T1 and before time T3.
このようにして、時刻T1から時刻T3までの期間にはQ1がオフ状態となり、VPに対するVCの逆流が防止されるため、VCからの放電電流がTinからSW1を介してL2へ供給される。これにより、L2に対して、VPからの入力電流より大きな電力を供給することができ、励磁信号SA,SBの切替タイミングから、励磁電流Iexが最大値に達するまでの遅れが短縮される。したがって、励磁コイルLの逆起電圧を利用しない場合(図2の破線波形)と比較して、励磁電流Iexの立ち下がり(立ち上がり)を速くすることが可能となる。 In this manner, Q1 is turned off during the period from time T1 to time T3, and the reverse flow of VC with respect to VP is prevented, so that the discharge current from VC is supplied from Tin to L2 via SW1. As a result, power larger than the input current from VP can be supplied to L2, and the delay until the excitation current Iex reaches the maximum value from the switching timing of the excitation signals SA and SB is shortened. Therefore, compared with the case where the counter electromotive voltage of the excitation coil L is not used (the broken line waveform in FIG. 2), the fall (rise) of the excitation current Iex can be accelerated.
一方、時刻T4に示すように、SAが立ち下がるとともにSBが立ち上がった場合、SW1,SW4がオフして、SW2,SW3がオンする。これにより、Tinからの入力電流が流れる経路として、SW2→端子L1→励磁コイルL→端子L2→SW3→Tout→定電流回路12という経路が形成され、励磁電流Iexの極性の切り替えが行われる。
On the other hand, as shown at time T4, when SA falls and SB rises, SW1 and SW4 are turned off and SW2 and SW3 are turned on. Thereby, as a path through which the input current from Tin flows, a path of SW2 → terminal L1 → excitation coil L → terminal L2 → SW3 → Tout → constant
この際、時刻T4において、それ以前にVCが励磁コイルLへ放電されてVPを僅かに下回っているため、検出回路13からの検出遮断信号SYはハイレベル(VPまたはハイインピーダンス状態)であり、検出遮断期間TYを示していない。
一方、時刻T4において、強制遮断信号SXがローレベル(GND電位)であり、強制遮断期間TXを示している。これにより、ダイオードD2を介してQ2のゲート電位が低下してオフ状態となって、Q1のゲート電位もR1を介してソース電位と等しくなるため、Q1もオフ状態となる。なお、VCがVPより低い場合には、Q1の寄生ダイオードにより、VPがTinに供給される。
At this time, at time T4, VC is discharged to the exciting coil L and slightly lower than VP before that, so the detection cutoff signal SY from the
On the other hand, at time T4, the forced cutoff signal SX is at the low level (GND potential), indicating the forced cutoff period TX. As a result, the gate potential of Q2 is lowered and turned off via the diode D2, and the gate potential of Q1 becomes equal to the source potential via R1, so that Q1 is also turned off. When VC is lower than VP, VP is supplied to Tin by the parasitic diode of Q1.
また、時刻T4に励磁電流Iexの極性を切替制御した際、励磁コイルLの自己インダクタンスにより、励磁コイルLの両端L1−L2間に逆起電圧が発生する。
例えば、時刻T4において、励磁電流Iexを、それまでのL2→L1方向からL1→L2方向へ切替制御しているため、端子L1−L2間に発生した逆起電圧により、L1の電圧がL2より高くなる。これにより、端子L1−L2間の端子間電圧VLとして正電圧が発生し、この逆起電圧が、DBを介して容量素子Cに充電されることになる。
Further, when the polarity of the excitation current Iex is switched at time T4, a counter electromotive voltage is generated between both ends L1 and L2 of the excitation coil L due to the self-inductance of the excitation coil L.
For example, at time T4, the excitation current Iex is controlled to be switched from the L2 → L1 direction to the L1 → L2 direction, so that the voltage of L1 is lower than L2 due to the back electromotive voltage generated between the terminals L1 and L2. Get higher. As a result, a positive voltage is generated as the inter-terminal voltage VL between the terminals L1 and L2, and this back electromotive voltage is charged in the capacitive element C via DB.
これにより、VCが、VPからQ1の寄生ダイオードの電圧降下Vfを差し引いた電圧を上回った時点で、VPからTinへの入力電流が停止して、VCからTinへの放電電流が流れ始める。
この後、さらにVCが上昇してVPに到達した時刻T5に、検出回路13からのSYがローレベル(GND電位)に変化して、検出遮断期間TYを示すことになるため、ダイオードD1を介してQ2のゲート電位が低下してオフ状態となり、逆起電圧の発生が終了してVCがVPより低くなる時刻T7まで、Q1がオフ状態となる。
Thereby, when VC exceeds the voltage obtained by subtracting the voltage drop Vf of the parasitic diode of Q1 from VP, the input current from VP to Tin stops, and the discharge current from VC to Tin begins to flow.
Thereafter, at time T5 when VC further rises and reaches VP, SY from the
なお、TXの時間長は、SA,SBの切替タイミング、ここでは時刻T4から、少なくともVCがVPに到達してSYが出力される時刻T5までの時間長を有している。したがって、時刻T4から時刻T5までの期間において、VCがVPまで到達しておらずSYが出力されていなくても、Q1がオフ状態に維持される。このため、VCがVPへ逆流しなくなり、逆起電圧を順次Cへ充電できる。なお、TXは、時刻T5以降であって時刻T7までの間の時刻T6にハイレベル(VPまたはハイインピーダンス状態)に変化する。 The time length of TX has a time length from the switching timing of SA and SB, here, time T4 to time T5 when at least VC reaches VP and SY is output. Therefore, in the period from time T4 to time T5, even if VC does not reach VP and SY is not output, Q1 is maintained in the off state. For this reason, VC does not flow backward to VP, and the back electromotive voltage can be sequentially charged to C. Note that TX changes to a high level (VP or high impedance state) at time T6 after time T5 and before time T7.
このようにして、時刻T5から時刻T7までの期間にはQ1がオフ状態となり、VPに対するVCの逆流が防止されるため、VCからの放電電流がTinからSW2を介してL1へ供給される。これにより、L1に対して、VPからの入力電流より大きな電力を供給することができ、励磁信号SA,SBの切替タイミングから、励磁電流Iexが最大値に達するまでの遅れが短縮される。したがって、励磁コイルLの逆起電圧を利用しない場合(図2の破線波形)と比較して、励磁電流Iexの立ち上がり(立ち下がり)を速くすることが可能となる。 In this way, Q1 is turned off during the period from time T5 to time T7, and the reverse flow of VC with respect to VP is prevented, so that the discharge current from VC is supplied from Tin to L1 via SW2. As a result, power larger than the input current from VP can be supplied to L1, and the delay until the excitation current Iex reaches the maximum value from the switching timing of the excitation signals SA and SB is shortened. Therefore, compared with the case where the counter electromotive voltage of the exciting coil L is not used (the broken line waveform in FIG. 2), the rising (falling) of the exciting current Iex can be accelerated.
[第1の実施の形態の効果]
このように、本実施の形態は、電源電位VPと電流入力端子Tinとの間の接続/遮断を制御する遮断回路14を設け、検出遮断信号SYが示す、容量素子Cの充電電圧VCが電源電圧VPより高い検出遮断期間TYと、強制遮断信号SXが示す、SA,SBの切替タイミングから一定時間長を持つ強制遮断期間TXの両方において、電源電位VPと電流入力端子Tinの間を遮断し、これら以外の期間において電源電位VPと電流入力端子Tinの間を接続するようにしたものである。
[Effect of the first embodiment]
As described above, in this embodiment, the
具体的には、切替回路11が、SA,SBに基づいて、TinからToutへ流れる入力電流を、LのL1またはL2へIexとして切り替えて供給し、DBが、Lから発生する逆起電圧を整流して、TinとGNDとの間に接続されたCへ充電し、検出回路13が、VCとVPとを比較し、VCがVPより高いTYを検出してSDとして出力し、遮断回路14が、2つの接点端子によりVPとTinとを接続/遮断を制御するとともに、VP側に接続された一方の接点端子からTin側に接続された他方の接点端子へ電流を流す寄生ダイオードを含むQ1を有し、SYと、励磁信号の切替タイミングから一定時間長を持つTXを示すSXとに基づいて、SYとSXにおいてQ1をオフ状態に制御し、これら以外の期間においてQ1をオン状態に制御するようにしたものである。
Specifically, the switching
これにより、TYおよびTXには、Q1がオフして、VPとTinの間が遮断されるため、VCがVPより高くなってもVP側に逆流して吸収されてしまうことが防止される。一方、TYおよびTX以外の期間には、Q1がオンして、VPとTinの間が接続されるため、VPからの入力電流がTinに入力される。
したがって、従来のように、VPとTinとの間に逆流防止用のダイオードを設けた場合と比較して、逆流防止のために発生する電圧降下を大幅に削減できる。これにより、1対の信号線を介して上位装置からの電源供給を受ける2線式電磁流量計や、搭載した電池で動作する電池式電磁流量計のように、十分な電圧のVPを使用できない場合でも、VPによりLを効率よく駆動できる。
As a result, Q1 is turned off in TY and TX, and the gap between VP and Tin is blocked, so that even if VC is higher than VP, it is prevented from flowing back and being absorbed into the VP side. On the other hand, during a period other than TY and TX, Q1 is turned on and VP and Tin are connected, so that an input current from VP is input to Tin.
Therefore, as compared with the conventional case where a diode for preventing a backflow is provided between VP and Tin, a voltage drop generated for preventing a backflow can be greatly reduced. As a result, a VP having a sufficient voltage cannot be used, such as a two-wire electromagnetic flow meter that receives power supply from a host device via a pair of signal lines or a battery-type electromagnetic flow meter that operates with an installed battery. Even in this case, L can be driven efficiently by VP.
なお、本実施の形態では、SAに基づきSW1およびSW4をオン/オフ制御し、SBに基づきSW2およびSW3をオン/オフ制御する場合を例として説明したが、これに限定されるものではない。これらスイッチ回路間のオン/オフ動作の関係が前述と同じであれば、各スイッチ回路を構成するMOSFETの制御論理に合わせて、SA,SBとこれらMOSFETの組み合わせを決定すればよい。 In the present embodiment, SW1 and SW4 are controlled to be turned on / off based on SA, and SW2 and SW3 are controlled to be turned on / off based on SB. However, the present invention is not limited to this. If the ON / OFF operation relationship between these switch circuits is the same as described above, the combination of SA and SB and these MOSFETs may be determined in accordance with the control logic of the MOSFETs constituting each switch circuit.
また、本実施の形態では、変換器の信号処理部からSXが供給される場合を例として説明したが、これに限定されるものではない。前述したように、SXは、SA,SBの切替タイミングにローレベル(GND電位)となり、SYがハイレベル(VPまたはハイインピーダンス状態)に戻るまでの一定期間内にハイレベル(VPまたはハイインピーダンス状態)となればよい。したがって、例えば、検出回路13に時定数回路や順序回路を設けて、SA,SBから上記のようなSXを生成してもよい。この際、SXとSYの論理和をとることにより、図2のQ1の動作状態を示すような制御信号を生成し、SX,SYに代えて、検出回路13からQ2のゲート端子へ出力するようにしてもよい。
In the present embodiment, the case where SX is supplied from the signal processing unit of the converter has been described as an example, but the present invention is not limited to this. As described above, SX becomes low level (GND potential) at the timing of switching between SA and SB, and high level (VP or high impedance state) within a certain period until SY returns to high level (VP or high impedance state). ). Therefore, for example, a time constant circuit or a sequential circuit may be provided in the
[第2の実施の形態]
次に、図3を参照して、本発明の第2の実施の形態にかかる励磁回路10について説明する。図3は、第2の実施の形態にかかる励磁回路を示す回路図であり、前述の図1と同じまたは同等部分には、同一符号を付してある。
第1の実施の形態では、PチャネルMOSFETを用いて電源電位VPと電流入力端子Tinとの間の接続/遮断を制御する場合を例として説明した。本実施の形態では、NチャネルMOSFETを用いてVPとTinとの間の接続/遮断を制御する場合について説明する。
[Second Embodiment]
Next, an
In the first embodiment, the case where connection / cutoff between the power supply potential VP and the current input terminal Tin is controlled using a P-channel MOSFET has been described as an example. In the present embodiment, a case where connection / cutoff between VP and Tin is controlled using an N-channel MOSFET will be described.
図3において、励磁回路10は、電源電位VPから定電圧電位VRを生成し、VPに代えてVRを切替回路11の電流入力端子Tinへ供給する電圧レギュレータREGをさらに備えている。
このREGは、トランジスタの制御端子に基準電圧を印加することにより定電圧電位を発生させる3端子レギュレータなどの一般的なリニアレギュレータでもよく、DC−DCコンバータなどのスイッチングレギュレータでもよい。
In FIG. 3, the
The REG may be a general linear regulator such as a three-terminal regulator that generates a constant voltage potential by applying a reference voltage to the control terminal of the transistor, or a switching regulator such as a DC-DC converter.
遮断回路14は、ソース端子がVRに接続され、ドレイン端子がTinに接続されて、ソース端子からドレイン端子に電流を流す寄生ダイオードを含む、NチャネルMOSFETからなるQ11(第1のMOSFET)を有し、検出遮断期間TYと強制遮断期間TXにおいて、Q11をオフ状態とすることにより、VRに対するVCの逆流を遮断する機能を有している。
より具体的には、Q11のソース端子がVRに接続され、Q11のドレイン端子がTinに接続され、Q11のゲート端子が抵抗素子R3の他端、D1のアノード端子、およびD2のアノード端子の接続ノードに接続されている。
The
More specifically, the source terminal of Q11 is connected to VR, the drain terminal of Q11 is connected to Tin, the gate terminal of Q11 is connected to the other end of the resistor element R3, the anode terminal of D1, and the anode terminal of D2. Connected to the node.
検出回路13は、VCがVRより高い期間を検出遮断期間TYとして検出し、検出遮断信号SYとして出力する機能を有している。本実施の形態では、Tinに対してVPではなくVRが供給されるため、検出回路13では、VCとVRを比較する必要がある。また、必要に応じて、TXも調整すればよい。
なお、本実施の形態にかかる励磁回路10におけるこの他の構成については、図1と同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。
The
In addition, about the other structure in the
[第2の実施の形態の動作]
次に、図3を参照して、本実施の形態にかかる励磁回路10の動作について説明する。なお、信号波形については、前述の図2を参照する。
時刻T0において、強制遮断信号SXがローレベル(GND電位)となった場合、ダイオードD2を介してQ11のゲート電位が低下するため、Q11がオフ状態となる。したがって、Q11により、VRに対する充電電圧VCの逆流が防止される。
また、時刻T1に、検出遮断信号SYがローレベル(GND電位)となった場合、ダイオードD1を介してQ11のゲート電位が低下するため、Q11がオフ状態となる。したがって、Q11により、VRに対する充電電圧VCの逆流防止が継続される。
[Operation of Second Embodiment]
Next, the operation of the
When the forced cutoff signal SX becomes low level (GND potential) at time T0, the gate potential of Q11 is lowered via the diode D2, so that Q11 is turned off. Therefore, reverse flow of the charging voltage VC with respect to VR is prevented by Q11.
Further, when the detection cutoff signal SY becomes a low level (GND potential) at time T1, the gate potential of Q11 decreases via the diode D1, so that Q11 is turned off. Therefore, the backflow prevention of the charging voltage VC with respect to VR is continued by Q11.
この後、SXがハイレベル(VPまたはハイインピーダンス状態)となり、時刻T2に、検出遮断信号SYもハイレベル(VPまたはハイインピーダンス状態)となった場合、R2を介してQ11のゲート電位が、ソース電位であるVRよりも高いVPとなるため、Q11がオン状態となる。したがって、VRがQ11を介してTinに供給される。なお、REGは、VPからVRまでの電圧降下分が、Q11がオン状態となるゲート・ソース間電圧以上の電圧差を有するVRを、予め生成するものとなっている。 Thereafter, when SX is at a high level (VP or high impedance state) and the detection cutoff signal SY is also at a high level (VP or high impedance state) at time T2, the gate potential of Q11 is set to the source via R2. Since VP is higher than VR which is the potential, Q11 is turned on. Therefore, VR is supplied to Tin via Q11. Note that REG generates VR in advance in which the voltage drop from VP to VR has a voltage difference equal to or greater than the gate-source voltage at which Q11 is turned on.
一方、時刻T3において、強制遮断信号SXがローレベル(GND電位)となった場合、ダイオードD2を介してQ11のゲート電位が低下するため、Q11がオフ状態となる。したがって、Q11により、VRに対する充電電圧VCの逆流が防止される。
また、時刻T4に、検出遮断信号SYがローレベル(GND電位)となった場合、ダイオードD1を介してQ11のゲート電位が低下するため、Q11がオフ状態となる。したがって、Q11により、VRに対する充電電圧VCの逆流防止が継続される。
On the other hand, when the forced cut-off signal SX becomes low level (GND potential) at time T3, the gate potential of Q11 decreases via the diode D2, and thus Q11 is turned off. Therefore, reverse flow of the charging voltage VC with respect to VR is prevented by Q11.
Further, when the detection cutoff signal SY becomes a low level (GND potential) at time T4, the gate potential of Q11 is lowered via the diode D1, so that Q11 is turned off. Therefore, the backflow prevention of the charging voltage VC with respect to VR is continued by Q11.
この後、SXがハイレベル(VPまたはハイインピーダンス状態)となり、時刻T5に、検出遮断信号SYもハイレベル(VPまたはハイインピーダンス状態)となった場合、R2を介してQ11のゲート電位が、ソース電位であるVRよりも高いVPとなるため、Q11がオン状態となる。したがって、VRがQ11を介してTinに供給される。 Thereafter, when SX is at a high level (VP or high impedance state) and the detection cutoff signal SY is also at a high level (VP or high impedance state) at time T5, the gate potential of Q11 is set to the source via R2. Since VP is higher than VR which is the potential, Q11 is turned on. Therefore, VR is supplied to Tin via Q11.
[第2の実施の形態の効果]
このように、本実施の形態は、電源電位VPから定電圧電位VRを生成し、VPに代えてVRを電流入力端子Tinへ供給する電圧レギュレータREGをさらに備え、遮断回路14は、ソース端子がVRに接続され、ドレイン端子がTinに接続されて、ソース端子からドレイン端子に電流を流す寄生ダイオードを含む、NチャネルMOSFETからなるQ11を有し、検出遮断期間TYと強制遮断期間TXにおいて、Q11をオフ状態とすることにより、VRに対する充電電圧VCの逆流を遮断するようにしたものである。
したがって、第1の実施の形態と同様の作用効果が得られるとともに、第1の実施の形態と比較して、遮断回路14の回路構成を簡素化することができる。
[Effect of the second embodiment]
As described above, the present embodiment further includes the voltage regulator REG that generates the constant voltage potential VR from the power supply potential VP and supplies VR to the current input terminal Tin instead of VP. It has Q11 which consists of N channel MOSFET including a parasitic diode which is connected to VR, drain terminal is connected to Tin, and current flows from the source terminal to the drain terminal, and in the detection cutoff period TY and the forced cutoff period TX, Q11 Is turned off to block the reverse flow of the charging voltage VC with respect to VR.
Therefore, the same operational effects as those of the first embodiment can be obtained, and the circuit configuration of the
[第3の実施の形態]
次に、図4を参照して、本発明の第3の実施の形態にかかる励磁回路10について説明する。図4は、第3の実施の形態にかかる励磁回路を示す回路図であり、前述の図1と同じまたは同等部分には、同一符号を付してある。
第1および第2の実施の形態では、電源電位VPと電流入力端子Tinとの間に遮断回路14を設けた場合を例として説明した。本実施の形態では、切替回路11の内部に遮断回路14を設けた場合について説明する。
[Third Embodiment]
Next, an
In the first and second embodiments, the case where the
図4において、切替回路11は、一方の接点端子がTinに接続されて、SAに応じてオン/オフ動作するスイッチ回路SW1(第1のスイッチ回路)と、一方の接点端子がTinに接続されて、SBに応じてSW1とは逆位相でオン/オフ動作するスイッチ回路SW2(第2のスイッチ回路)と、一方の接点端子がL2に接続され、他方の接点端子がToutに接続されて、SBに応じてSW1とは逆位相でオン/オフ動作するスイッチ回路SW3(第3のスイッチ回路)と、一方の接点端子がL1に接続され、他方の接点端子がToutに接続されて、SAに応じてSW1と同位相でオン/オフ動作するスイッチ回路SW4(第4のスイッチ回路)とを有している。
In FIG. 4, a switching
遮断回路14は、ソース端子がSW1の他方の接点端子に接続され、ドレイン端子がSW3の一方の接点端子に接続されて、ソース端子からドレイン端子に電流を流す寄生ダイオードを含む、NチャネルのMOSFET(第1のMOSFET)Q21と、ソース端子がSW2の他方の接点端子に接続され、ドレイン端子がSW4の一方の接点端子に接続されて、ソース端子からドレイン端子に電流を流す寄生ダイオードを含む、NチャネルのMOSFET(第2のMOSFET)Q22と、アノード端子がQ21のゲート端子に接続され、カソード端子が強制遮断信号SXに接続されたダイオードD21と、アノード端子がQ21のゲート端子に接続され、カソード端子が検出遮断信号SYに接続されたダイオードD22と、一端がQ21のゲート端子に接続され、他端がVPに接続された抵抗素子R21と、アノード端子がQ22のゲート端子に接続され、カソード端子が強制遮断信号SXに接続されたダイオードD23と、アノード端子がQ22のゲート端子に接続され、カソード端子が検出遮断信号SYに接続されたダイオードD24とを有している。
The
また、励磁回路10は、電源電位VPから定電圧電位VRを生成し、VPに代えてVRを切替回路11の電流入力端子Tinへ供給する電圧レギュレータREGをさらに備えている。
このREGは、トランジスタの制御端子に基準電圧を印加することにより定電圧電位を発生させる3端子レギュレータなどの一般的なリニアレギュレータでもよく、DC−DCコンバータなどのスイッチングレギュレータでもよい。
The
The REG may be a general linear regulator such as a three-terminal regulator that generates a constant voltage potential by applying a reference voltage to the control terminal of the transistor, or a switching regulator such as a DC-DC converter.
これに加えて、励磁回路10は、容量素子Cから励磁コイルLの端子L2(一端)に対する放電電流の供給を、励磁信号SAに基づきスイッチ回路SW1と同位相でオン/オフ制御する高耐圧スイッチ回路(第1の高耐圧スイッチ回路)SW31と、CからLの端子L1(他端)に対する放電電流の供給を、励磁信号SBに基づきSW1とは逆位相でオン/オフ制御する高耐圧スイッチ回路(第2の高耐圧スイッチ回路)SW32とをさらに備えている。
In addition, the
検出回路13は、容量素子Cの充電電圧VCが、VRより高い期間を検出遮断期間TYとして検出し、検出遮断信号SYとして出力する機能を有している。本実施の形態では、Tinに対してVPではなくVRが供給されるため、検出回路13では、VCとVRを比較する必要がある。また、必要に応じて、TXも調整すればよい。
なお、本実施の形態にかかる励磁回路10におけるこの他の構成については、図1と同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。
The
In addition, about the other structure in the
このように、本実施の形態は、切替回路11の電流入力端子Tinから容量素子Cを切り離し、励磁コイルLの端子L1,L2と切替回路11のSW1,SW2との間に、Q21,Q22設け、検出遮断期間TYと強制遮断期間TXにおいて、これらQ21,Q22をオフ状態とすることにより、VRに対するL1,L2の電圧の逆流を遮断するようにしたものである。
Thus, in the present embodiment, the capacitive element C is disconnected from the current input terminal Tin of the switching
これにより、検出遮断期間TYおよび強制遮断期間TXには、Q21,Q22がオフして、SW1,SW2とL1,L2との間が遮断されるため、L1,L2の電圧がVRより高くなってもVR側に逆流して吸収されてしまうことが防止される。一方、TYおよびTX以外の期間には、Q21,Q22がオンして、SW1,SW2とL1,L2との間が接続されるため、Tinからの入力電流がL1,L2へ供給される。 As a result, in the detection cutoff period TY and the forced cutoff period TX, Q21 and Q22 are turned off, and the gap between SW1, SW2 and L1, L2 is cut off, so that the voltage of L1, L2 becomes higher than VR. Is also prevented from flowing back into the VR side and being absorbed. On the other hand, during a period other than TY and TX, Q21 and Q22 are turned on and SW1 and SW2 are connected to L1 and L2, so that an input current from Tin is supplied to L1 and L2.
[第3の実施の形態の動作]
次に、図4を参照して、本実施の形態にかかる励磁回路10の動作について説明する。なお、信号波形については、前述の図2を参照する。
[Operation of Third Embodiment]
Next, the operation of the
時刻T0において、強制遮断信号SXがローレベル(GND電位)となった場合、ダイオードD21を介してQ21のゲート電位が低下し、ダイオードD22を介してQ22のゲート電位が低下するため、Q21,Q22がオフ状態となる。したがって、Q21,Q22により、VRに対する充電電圧VCの逆流が防止される。 When the forced cutoff signal SX becomes low level (GND potential) at time T0, the gate potential of Q21 decreases via the diode D21 and the gate potential of Q22 decreases via the diode D22, so that Q21, Q22 Is turned off. Therefore, reverse flow of charging voltage VC with respect to VR is prevented by Q21 and Q22.
また、時刻T1に、検出遮断信号SYがローレベル(GND電位)となった場合、ダイオードD22を介してQ21のゲート電位が低下し、ダイオードD23を介してQ22のゲート電位が低下するため、Q21,Q22がオフ状態となる。したがって、Q21,Q22により、VRに対する充電電圧VCの逆流防止が継続される。
なお、時刻T0において、SAによりSW31がオン状態となり、SBによりSW32がオフ状態となるため、CからSW31を介してL2に放電電流が供給される。
Further, when the detection cutoff signal SY becomes low level (GND potential) at time T1, the gate potential of Q21 decreases via the diode D22, and the gate potential of Q22 decreases via the diode D23. , Q22 is turned off. Therefore, the backflow prevention of the charging voltage VC with respect to VR is continued by Q21 and Q22.
At time T0, SW31 is turned on by SA and SW32 is turned off by SB, so that a discharge current is supplied from C to SW2 via SW31.
この後、SXがハイレベル(VPまたはハイインピーダンス状態)となり、時刻T2に、検出遮断信号SYもハイレベル(VPまたはハイインピーダンス状態)となった場合、R21を介してQ21のゲート電位が、ソース電位であるVRよりも高いVPとなるため、Q21がオン状態となる。同じく、R22を介してQ22のゲート電位が、ソース電位であるVRよりも高いVPとなるため、Q22がオン状態となる。
したがって、Tinに供給されているVRが、SW1からQ21を介してL2に供給される。なお、REGは、VPからVRまでの電圧降下分が、Q11がオン状態となるゲート・ソース間電圧以上の電圧差を有するVRを、予め生成するものとなっている。
Thereafter, when SX is at a high level (VP or high impedance state) and the detection cutoff signal SY is also at a high level (VP or high impedance state) at time T2, the gate potential of Q21 is set to the source via R21. Since VP is higher than VR which is the potential, Q21 is turned on. Similarly, since the gate potential of Q22 becomes VP higher than VR which is the source potential via R22, Q22 is turned on.
Therefore, VR supplied to Tin is supplied to L2 from SW1 through Q21. Note that REG generates VR in advance in which the voltage drop from VP to VR has a voltage difference equal to or greater than the gate-source voltage at which Q11 is turned on.
一方、時刻T3において、強制遮断信号SXがローレベル(GND電位)となった場合、ダイオードD21を介してQ21のゲート電位が低下し、ダイオードD22を介してQ22のゲート電位が低下するため、Q21,Q22がオフ状態となる。したがって、Q21,Q22により、VRに対する充電電圧VCの逆流が防止される。 On the other hand, when the forced cutoff signal SX becomes low level (GND potential) at time T3, the gate potential of Q21 decreases via the diode D21 and the gate potential of Q22 decreases via the diode D22. , Q22 is turned off. Therefore, reverse flow of charging voltage VC with respect to VR is prevented by Q21 and Q22.
また、時刻T4に、検出遮断信号SYがローレベル(GND電位)となった場合、ダイオードD22を介してQ21のゲート電位が低下し、ダイオードD23を介してQ22のゲート電位が低下するため、Q21,Q22がオフ状態となる。したがって、Q21,Q22により、VRに対する充電電圧VCの逆流防止が継続される。
なお、時刻T3において、SAによりSW31がオフ状態となり、SBによりSW32がオン状態となるため、CからSW32を介してL1に放電電流が供給される。
Further, when the detection cutoff signal SY becomes a low level (GND potential) at time T4, the gate potential of Q21 decreases via the diode D22 and the gate potential of Q22 decreases via the diode D23. , Q22 is turned off. Therefore, the backflow prevention of the charging voltage VC with respect to VR is continued by Q21 and Q22.
At time T3, SW31 is turned off by SA and SW32 is turned on by SB, so that a discharge current is supplied from C to SW1 through SW32.
この後、SXがハイレベル(VPまたはハイインピーダンス状態)となり、時刻T5に、検出遮断信号SYもハイレベル(VPまたはハイインピーダンス状態)となった場合、R21を介してQ21のゲート電位が、ソース電位であるVRよりも高いVPとなるため、Q21がオン状態となる。同じく、R22を介してQ22のゲート電位が、ソース電位であるVRよりも高いVPとなるため、Q22がオン状態となる。
したがって、Tinに供給されているVRが、SW2からQ22を介してL1に供給される。
Thereafter, when SX becomes high level (VP or high impedance state) and detection cutoff signal SY also becomes high level (VP or high impedance state) at time T5, the gate potential of Q21 is set to the source via R21. Since VP is higher than VR which is the potential, Q21 is turned on. Similarly, since the gate potential of Q22 becomes VP higher than VR which is the source potential via R22, Q22 is turned on.
Therefore, VR supplied to Tin is supplied to L1 from SW2 via Q22.
[第3の実施の形態の効果]
このように、本実施の形態は、電源電位VPから定電圧電位VRを生成し、VPに代えてVRを電流入力端子Tinへ供給する電圧レギュレータREGをさらに備え、遮断回路14は、ソース端子がSW1の他端に接続され、ドレイン端子がL2に接続されて、ソース端子からドレイン端子に電流を流す寄生ダイオードを含む、NチャネルMOSFETからなるQ21と、ソース端子がSW2の他端に接続され、ドレイン端子がL1に接続されて、ソース端子からドレイン端子に電流を流す寄生ダイオードを含む、NチャネルMOSFETからなるQ22とを有し、検出遮断期間TYと強制遮断期間TXにおいて、Q21,Q22をオフ状態とすることにより、VRに対する充電電圧VCの逆流を遮断するようにしたものである。
[Effect of the third embodiment]
As described above, the present embodiment further includes the voltage regulator REG that generates the constant voltage potential VR from the power supply potential VP and supplies VR to the current input terminal Tin instead of VP. Q21 made of an N-channel MOSFET including a parasitic diode that is connected to the other end of SW1, the drain terminal is connected to L2, and a current flows from the source terminal to the drain terminal, and the source terminal is connected to the other end of SW2. Q22 made of an N-channel MOSFET including a parasitic diode that has a drain terminal connected to L1 and flows a current from the source terminal to the drain terminal, and Q21 and Q22 are turned off in the detection cutoff period TY and the forced cutoff period TX By setting the state, the reverse flow of the charging voltage VC with respect to the VR is cut off.
したがって、第1の実施の形態と同様の作用効果が得られるとともに、第1の実施の形態と比較して、励磁コイルLから高い逆起電圧が発生する場合でも、高耐圧MOSFETのオン抵抗による励磁電流の低減を抑制できるため、励磁コイルLを効率よく駆動することが可能となる。 Therefore, the same operational effects as those of the first embodiment can be obtained, and even when a high counter electromotive voltage is generated from the exciting coil L as compared with the first embodiment, the on-resistance of the high breakdown voltage MOSFET is used. Since the reduction of the excitation current can be suppressed, the excitation coil L can be driven efficiently.
すなわち、本実施の形態によれば、切替回路11の電流入力端子Tinから容量素子Cを切り離されているため、励磁コイルLで発生した高い逆起電圧が、CからTinを経由してSW1,SW2の接点端子へ印加されるのを回避できるとともに、同じく励磁コイルLで発生した高い逆起電圧がSW1,SW2の接点端子へ印加されるのを、Q21,Q22により防止できる。
このため、SW1,SW2として、高耐圧MOSFETを用いる必要がないことから、オン抵抗の小さいMOSFETを用いることができる。これにより、SW1,SW2における励磁電流Iexの低減を抑制することができ、結果として、定電圧電位VRにより、Lを効率よく駆動することが可能となる。
That is, according to the present embodiment, since the capacitive element C is disconnected from the current input terminal Tin of the switching
For this reason, since it is not necessary to use high voltage MOSFETs as SW1 and SW2, MOSFETs with low on-resistance can be used. Thereby, reduction of the excitation current Iex in SW1 and SW2 can be suppressed, and as a result, L can be efficiently driven by the constant voltage potential VR.
なお、励磁コイルLで発生した高い逆起電圧は、SW3,SW4の接点端子にも印加されるが、これら接点端子は、一般的には、MOSFET(Nチャネル)のドレイン端子となるため、高耐圧仕様ではなくても、MOSFETが損傷を受けることはない。 The high counter electromotive voltage generated in the exciting coil L is also applied to the contact terminals of SW3 and SW4. However, these contact terminals generally serve as the drain terminals of MOSFETs (N-channels). Even if it does not have a breakdown voltage specification, the MOSFET is not damaged.
また、励磁コイルLで発生した高い逆起電圧は、SW11,SW12の接点端子にも印加されるが、SW11,SW12が高耐圧仕様であるため、損傷の心配はない。この際、SW11,SW12のオン抵抗は通常仕様のスイッチ回路と比較的して大きな値となるが、このSW11,SW12のオン抵抗では、励磁電流Iexのうち、容量素子Cから励磁コイルLへ放電される、電力に余裕がある放電電流分が低減するだけである。したがって、VRからLへ供給される、電力にあまり余裕がない入力電流分については、低減することなく効率よく供給することができる。 Further, the high counter electromotive voltage generated in the exciting coil L is also applied to the contact terminals of SW11 and SW12. However, since SW11 and SW12 have a high breakdown voltage specification, there is no fear of damage. At this time, the on-resistances of SW11 and SW12 have a relatively large value as compared with the switch circuit of the normal specification. With the on-resistances of SW11 and SW12, discharge is performed from the capacitive element C to the exciting coil L in the exciting current Iex. Only the discharge current that has a margin in power is reduced. Therefore, it is possible to efficiently supply the input current component supplied from VR to L with little power margin without being reduced.
また、本実施の形態では、切替回路11の電流入力端子Tinから容量素子Cを切り離されているため、CからVPへ逆流する経路が、SW1,SW2を介した経路だけとなる。このため、強制遮断信号SXで指定される強制遮断期間TXに代えて、SA,SBの両方をローレベル(GND電位)に制御する励磁停止期間を設けて、SW1,SW2を同時にオフ状態としてもよい。これにより、VCがVPに上昇するまでの期間において、Q21,Q22はオン状態のままでも、CからVPへの逆流を防止することができ、強制遮断信号SXを省くことができる。
Further, in the present embodiment, since the capacitive element C is disconnected from the current input terminal Tin of the switching
[実施の形態の拡張]
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。また、各実施形態については、矛盾しない範囲で任意に組み合わせて実施することができる。
[Extended embodiment]
The present invention has been described above with reference to the embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments. Various changes that can be understood by those skilled in the art can be made to the configuration and details of the present invention within the scope of the present invention. In addition, each embodiment can be implemented in any combination within a consistent range.
10…励磁回路、11…切替回路、12…定電流回路、13…検出回路、14…遮断回路、REG…電圧レギュレータ、SW1,SW2,SW3,SW4…スイッチ回路、SW31,SW32…高耐圧スイッチ回路、Q1…MOSFET(Pチャネル)、Q2…MOSFET(Nチャネル)、Q11,Q21,Q22…MOSFET(Nチャネル)、ZD1,ZD2…定電圧ダイオード、D1,D2,D21,D22,D23,D24…ダイオード、DB…ダイオードブリッジ、C…容量素子、L…励磁コイル、R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7,R11,R12…抵抗素子、Tin…電流入力端子、Tout…電流出力端子、L1,L2…端子、VP…電源電位、VR…定電圧電位、VC…充電電圧、GND…接地電位、SA,SB…励磁信号、SX…強制遮断信号、SY…検出遮断信号、TX…強制遮断期間、TY…検出遮断期間、Iex…励磁電流、VL…端子間電圧。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
励磁周波数を持つパルス信号からなる励磁信号に基づいて、電流入力端子から電流出力端子へ流れる入力電流を、前記励磁コイルの一端または他端へ前記励磁電流として切り替えて供給する切替回路と、
前記電流入力端子と接地電位との間に接続された容量素子と、
前記励磁コイルから発生する逆起電圧を整流して、前記容量素子へ充電するダイオードブリッジと、
前記容量素子に充電された充電電圧が前記電源電位より高い検出遮断期間を検出し、検出遮断信号として出力する検出回路と、
2つの接点端子により前記電源電位と前記電流入力端子との間の接続/遮断を制御するとともに、前記電源電位側に接続された一方の接点端子から前記電流入力端子側に接続された他方の接点端子へ電流を流す第1の寄生ダイオードを含む第1のMOSFETを有し、前記検出回路からの前記検出遮断信号と、前記励磁信号の切替タイミングから一定時間長を持つ強制遮断期間を示す強制遮断信号とに基づいて、前記検出遮断期間と前記強制遮断期間において前記第1のMOSFETをオフ状態に制御し、前記検出遮断期間および前記強制遮断期間以外の期間において前記第1のMOSFETをオン状態に制御する遮断回路と
を備えることを特徴とする励磁回路。 By supplying an excitation current from an excitation circuit to an excitation coil arranged outside the measurement tube, the fluid flowing in the measurement tube is excited, and from a pair of electrodes arranged in the measurement tube, the excitation An excitation circuit that is used in an electromagnetic flowmeter that detects an electromotive force orthogonal to a magnetic field from the excitation coil generated in the fluid and measures a flow value of the fluid based on the electromotive force,
A switching circuit that supplies an input current that flows from a current input terminal to a current output terminal based on an excitation signal composed of a pulse signal having an excitation frequency and that is switched and supplied as one of the excitation coils to the other end of the excitation coil;
A capacitive element connected between the current input terminal and a ground potential;
A diode bridge that rectifies a counter electromotive voltage generated from the exciting coil and charges the capacitive element;
A detection circuit that detects a detection cutoff period in which a charging voltage charged in the capacitive element is higher than the power supply potential, and outputs a detection cutoff signal;
The connection / cutoff between the power supply potential and the current input terminal is controlled by two contact terminals, and the other contact connected from the one contact terminal connected to the power supply potential side to the current input terminal side A first MOSFET including a first parasitic diode that allows a current to flow to a terminal, and a forced cutoff that indicates a forced cutoff period having a predetermined length from the switching timing of the detection cutoff signal and the excitation signal from the detection circuit; Based on the signal, the first MOSFET is controlled to be in an off state during the detection cutoff period and the forced cutoff period, and the first MOSFET is turned on in a period other than the detection cutoff period and the forced cutoff period. An excitation circuit comprising: a cutoff circuit to be controlled.
前記遮断回路は、
ドレイン端子が前記電源電位に接続され、ソース端子が前記電流入力端子に接続されて、ドレイン端子からソース端子に電流を流す寄生ダイオードを含む、PチャネルMOSFETからなる前記第1のMOSFETと、
前記検出遮断信号と前記強制遮断信号とに基づいて、前記検出遮断期間および前記強制遮断期間に、前記第1のMOSFETをオフ状態に制御することにより、前記電源電位に対する前記充電電圧の逆流を遮断する、NチャネルMOSFETからなる第2のMOSFETとを有する
ことを特徴とする励磁回路。 The excitation circuit according to claim 1,
The interruption circuit is
The first MOSFET consisting of a P-channel MOSFET, including a parasitic diode having a drain terminal connected to the power supply potential, a source terminal connected to the current input terminal, and a current flowing from the drain terminal to the source terminal;
Based on the detection cutoff signal and the forced cutoff signal, the reverse flow of the charging voltage with respect to the power supply potential is cut off by controlling the first MOSFET to be in an off state during the detection cutoff period and the forced cutoff period. And a second MOSFET made of an N-channel MOSFET.
前記電源電位から定電圧電位を生成し、前記電源電位に代えて当該定電圧電位を前記電流入力端子へ供給する電圧レギュレータをさらに備え、
前記検出回路は、前記充電電圧が前記定電圧電位より高い期間を前記検出遮断期間として検出し、前記検出遮断信号として出力し、
前記遮断回路は、ソース端子が前記定電圧電位に接続され、ドレイン端子が前記電流入力端子に接続されて、ソース端子からドレイン端子に電流を流す寄生ダイオードを含む、NチャネルMOSFETからなる前記第1のMOSFETを有し、前記検出遮断期間と前記強制遮断期間において、前記第1のMOSFETをオフ状態とすることにより、前記定電圧電位に対する前記充電電圧の逆流を遮断する
ことを特徴とする励磁回路。 The excitation circuit according to claim 1,
A voltage regulator that generates a constant voltage potential from the power supply potential and supplies the constant voltage potential to the current input terminal instead of the power supply potential;
The detection circuit detects a period in which the charging voltage is higher than the constant voltage potential as the detection cutoff period, and outputs the detection cutoff signal.
The cutoff circuit includes the first N channel MOSFET including a parasitic diode that has a source terminal connected to the constant voltage potential, a drain terminal connected to the current input terminal, and a current flowing from the source terminal to the drain terminal. An excitation circuit that shuts off a reverse flow of the charging voltage with respect to the constant voltage potential by turning off the first MOSFET in the detection cutoff period and the forced cutoff period. .
前記切替回路は、
一方の接点端子が前記電流入力端子に接続されて、前記励磁信号に応じてオン/オフ動作する第1のスイッチ回路と、
一方の接点端子が前記電流入力端子に接続されて、前記第1のスイッチ回路とは逆位相でオン/オフ動作する第2のスイッチ回路と、
一方の接点端子が前記励磁コイルの前記一端に接続され、他方の接点端子が前記電流出力端子に接続されて、前記第1のスイッチ回路とは逆位相でオン/オフ動作する第3のスイッチ回路と、
一方の接点端子が前記励磁コイルの前記他端に接続され、他方の接点端子が前記電流出力端子に接続されて、前記第1のスイッチ回路と同位相でオン/オフ動作する第4のスイッチ回路とを有し、
前記励磁回路は、
前記電源電位から定電圧電位を生成し、前記電源電位に代えて当該定電圧電位を前記電流入力端子へ供給する電圧レギュレータと、
前記容量素子から前記励磁コイルの前記一端に対する前記放電電流の供給を、前記第1のスイッチ回路と同位相でオン/オフ制御する第1の高耐圧スイッチ回路と、
前記容量素子から前記励磁コイルの前記他端に対する前記放電電流の供給を、前記第1のスイッチ回路とは逆位相でオン/オフ制御する第2の高耐圧スイッチ回路とをさらに備え、
前記検出回路は、前記充電電圧が前記定電圧電位より高い期間を前記検出遮断期間として検出し、前記検出遮断信号として出力し、
前記遮断回路は、
ソース端子が前記第1のスイッチ回路の他方の接点端子に接続され、ドレイン端子が前記第3のスイッチ回路の前記一方の接点端子に接続されて、ソース端子からドレイン端子に電流を流す寄生ダイオードを含む、NチャネルMOSFETからなる前記第1のMOSFETと、
ソース端子が前記第2のスイッチ回路の他方の接点端子に接続され、ドレイン端子が前記第4のスイッチ回路の前記一方の接点端子に接続されて、ソース端子からドレイン端子に電流を流す寄生ダイオードを含む、NチャネルMOSFETからなる第2のMOSFETとを有し、
前記遮断回路は、前記検出遮断期間と前記強制遮断期間において、前記第1のMOSFETおよび前記第2のMOSFETをオフ状態とすることにより、前記定電圧電位に対する前記励磁コイルの前記一端または前記他端の電圧の逆流を遮断する
ことを特徴とする励磁回路。 The excitation circuit according to claim 1,
The switching circuit is
A first switch circuit having one contact terminal connected to the current input terminal and performing an on / off operation in response to the excitation signal;
A second switch circuit having one contact terminal connected to the current input terminal and performing an on / off operation in an opposite phase to the first switch circuit;
A third switch circuit that has one contact terminal connected to the one end of the exciting coil and the other contact terminal connected to the current output terminal, and is turned on / off in a phase opposite to that of the first switch circuit. When,
A fourth switch circuit that has one contact terminal connected to the other end of the exciting coil and the other contact terminal connected to the current output terminal, and is turned on / off in the same phase as the first switch circuit. And
The excitation circuit is
A voltage regulator that generates a constant voltage potential from the power supply potential and supplies the constant voltage potential to the current input terminal instead of the power supply potential;
A first high-breakdown-voltage switch circuit that performs on / off control of the supply of the discharge current from the capacitive element to the one end of the exciting coil in the same phase as the first switch circuit;
A second high-breakdown-voltage switch circuit that controls on / off of supply of the discharge current from the capacitive element to the other end of the exciting coil in a phase opposite to that of the first switch circuit;
The detection circuit detects a period in which the charging voltage is higher than the constant voltage potential as the detection cutoff period, and outputs the detection cutoff signal.
The interruption circuit is
A parasitic diode having a source terminal connected to the other contact terminal of the first switch circuit, a drain terminal connected to the one contact terminal of the third switch circuit, and a current flowing from the source terminal to the drain terminal; Including the first MOSFET comprising an N-channel MOSFET;
A parasitic diode that has a source terminal connected to the other contact terminal of the second switch circuit, a drain terminal connected to the one contact terminal of the fourth switch circuit, and allows a current to flow from the source terminal to the drain terminal; Including a second MOSFET made of an N-channel MOSFET,
The cut-off circuit turns off the first MOSFET and the second MOSFET in the detection cut-off period and the forced cut-off period, so that the one end or the other end of the exciting coil with respect to the constant voltage potential An excitation circuit characterized by blocking the reverse flow of the voltage.
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