CN100588091C

CN100588091C - 周期分时控制电源调压电路

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Publication number: CN100588091C
Application number: CN200810096624A
Authority: CN
Inventors: 韩腊生
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-05-08
Filing date: 2008-04-29
Publication date: 2010-02-03
Anticipated expiration: 2028-04-29
Also published as: CN101262172B; CN101262172A; CN101262171A

Abstract

一种周期分时控制电源调压电路，包括周期分时执行电路(1)、控制驱动电路(2)、隔离耦合电路(3)、相位检测电路(4)和主控电路(7)，其特征是周期分时执行电路(1)的输入接电源输入端，其控制输入端接控制驱动电路(2)的输出，控制驱动电路(2)的输入通过隔离耦合电路(3)与主控电路(7)的周期分时控制输出口相连，相位检测电路(4)的输入端接电源的输入端，相位检测电路(4)的输出端接主控电路(7)的相位信号检测端；所述的周期分时执行电路(1)的每一电源电流方向中至少要有二个独立控制输入回路的开关管组成。本发明能有效的降低电源变换设备的温升，使主回路中的工作开关管工作时的管温降低，进一步提高了开关管应用的可靠性，同时降低了能耗和成本。

Description

周期分时控制电源调压电路

技术领域

本发明涉及一种交直流电源调压电路，尤其是一种无输出波形畸变的低功耗、高可靠、低成本的周期分时控制正弦波交流电源隔离或非隔调压电路，具体地说是一种周期分时控制电源调压电路。

背景技术

目前，采用IGBT开关管实现正弦波交流电源(或直流电源)调压多采用单管或多管并联的方法实现，但实际应用中还成在一些难以解决的问题，特别是在大功率高频率的状态下，如何使电能耗降低，提高可靠性、减少制造成本等还需要在研发设计技术上进一步作努力。

就IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)绝缘栅双极型功率开关管而言(以下简称：IGBT)器件本身发展非常快，特别是低功耗智能化、小体积、大电流方面正在不断的进步，这使得大功率工作回路中的损耗越来越小，IGBT的专用控制驱动集成电路的出现使控制更加方便、体积小、成本低、使用可靠性高，专用调压控制芯片技术研发设计的成熟提高了应用设计的灵活性、使得所有的调压、保护等信息高度集成，但仅有成熟的硬件条件还不够，要使IGBT高性能的应用与电路设计有直接的关系，IGBT工作时的热功耗，特别是在高频工作状态下应用，工作频率越高，IGBT的开关损耗越严重，导致使用可靠性下降和成本的增加。

IGBT在正弦波电源调压电路中的应用，已经有了一些很好的设计，解决了因可控硅调压波形畸变、谐波干扰和损耗，但就电路进一步的优化从而降低能耗，工作时的可靠性，特别是散热及散热成本，还需要深入的改进，才能真正的使产品更加顺利的进入应用领域。

在大功率高频调压回路中，IGBT随工作频率的提高，开关损耗的温升急剧增大，由于IGBT芯到散热器之间热阻的存在，IGBT在高频工作时的开关损耗(热量)很难做到热量的产生与散热同步，如能做到它的成本也是无法接受的，由于散热的迟缓，使得IGBT上的热量累加剧增，导致IGBT与散热器的温差增大，工作可靠性明显下降，为了减小这种温差，往往需要很高的散热成本。

发明内容

本发明的目的是针对交直流电源调压电路在高频工作状态下开关管热损耗大导致可靠性变差、制造成本高的问题，设计一种能大幅度降低开关管温升，延长使用寿命，提高稳定性的周期分时控制电源调压电路。

本发明的技术方案是：

一种周期分时控制电源调压电路，包括周期分时执行电路1、控制驱动电路2、隔离耦合电路3、相位检测电路4和主控电路7，其特征是Lin、Nin是周期分时控制电源调压电路的电源输入接周期分时执行电路1的输入，周期分时执行电路1的控制输入端接控制驱动电路2的输出，控制驱动电路2的输入通过隔离耦合电路3与主控电路7的周期分时控制输出口相连；相位检测电路4的输入端接电源的输入端Lin、Nin，相位检测电路4的输出端接主控电路7的相位信号检测端；周期分时执行电路1的输出或者直接与续流/滤波电路5的输入相连，续流/滤波电路5的输出Lout1接负载，负载的另一端接Nout构成回路；周期分时执行电路1的输出或者直接与变压器T的初级一端相连，初级另一端接Nout构成回路，变压器T的次级作为调压输出接负载；周期分时执行电路1的输出或者通过选择电路同时与续流/滤波电路5和变压器T相连；所述的周期分时执行电路1在每一电源电流方向中Lin流向Nin或Nin流向Lin，其中至少要有二个不同时工作的开关管或相应的开关电路周期分时完成。

所述的周期分时执行电路1由调压开关管Q1、Q2、Q3、Q4和二极管D1、D2组成，Q1的发射极接Q2的发射极，Q2的集电极接Q4的集电极，Q4的发射极接Q3的发射极，Q3的集电极接Q1的集电极，D1的负极接Q1和Q3的集电极，D1的正极连接到Q1、Q2、Q3、Q4的发射极和D2的正极，D2的负极接Q2和Q4的集电极，周期分时执行电路1的输入输出a端由Q1、Q3的集电极和D1的负极相连接组成，周期分时执行电路1的输入输出b端由Q2、Q4的集电极和D2的负极相连接组成，GN1是Q1的控制输入，GN2是Q2的控制输入，GN3是Q3的控制输入，GN4是Q4的控制输入，GN1、GN2、GN3和GN4分别接主控电路7对应的输出端。

所述的周期分时执行电路1由调压开关管Q1’、Q2’、Q3’、Q4’、二极管D1’、D2’、D3’、D4’组成，Q1’的集电极接D1’的负极，Q2’的集电极接D2’的负极，Q3’的集电极接D3’的负极，Q4’的集电极接D4’的负极，周期分时执行电路1的输入输出a端由Q2’的发射极、D1’的正极、Q4’的发射极、D3’的正极相连接组成，周期分时执行电路1的输入输出b端由D2’的正极、Q1’的发射极、D4’的正极、Q3’的发射极相连接组成，GN1’是Q1’的控制输入，GN2’是Q2’的控制输入，GN3’是Q3’的控制输入，GN4’是Q4’的控制输入，GN1’、GN2’、GN3’、GN4’分别接主控电路7对应的输出端。

所述的周期分时执行电路1由调压开关管Q1”、Q2”、二极管D1”、D2”、D3”、D4”组成，D1”的负极、Q1”的集电极、Q2”的集电极和D3”的负极相连接，D2的正极、Q1”的发射极、Q2”的发射极和D4”的正极相连接，周期分时执行电路1的输入输出a端由D1”的正极和D2”的负极相连接组成，周期分时执行电路1的输入输出b端由D3”的正极和D4”的负极相连接组成，GN1”是Q1”的控制输入，GN2”是Q2”的控制输入，GN1”和GN2”分别接主控电路7对应的输出端。

所述的控制驱动控制2或由专用驱动集成电路组成，或由分立元件电路组成。

是所述的隔离耦合电路3可由光电耦合器组成。

所述的驱动控制电路2和隔离耦合电路3可由光电隔离内带功率驱动输出于一体的光电耦合器组成。

所述的相位检测电路4在交流正弦波电源调压工作中检测正弦波正负半周的起始值以实现正负半周调压，它可由电压传感器组成，也可由电压互感器组成。

所述的续流/滤波电路5由续流部分和滤波部分二个紧密相联的电路组成，它有三个电源端a’端、b’端、c’端和可选的续流控制输入端，其中续流部分可由开关管和二极管组成，滤波部分可由储能电感和电容组成，续流部分是其中储能电感的放电通路，它的a’端和b’端可以是双向的也可以是单向的调压主电路电流通路，它的b’端和c’端可以组成双向的也可以组成单向的储能电感续流通路，在单向或直流电源调压中可以不需要控制输入端可直接由二极管组成储能电感的续流通路。

所述的续流/滤波电路5的续流部分或由开关管和串入了反向抑制电感的二极管组成，或开关管Q5、Q6和二极管D5、D6以及串接的反向抑制电感L2组成，或直接由单个二极管和串入的反向抑制电感L2组成，所述的滤波部分由电感L1和电容C2组成，GN5和GN6是开关管Q5、Q6的控制输入端。

本发明是采用多个独立控制回路的开关管周期分时控制实现电源调压，使单个开关管的工作频率成倍的降低、从而降低热损耗及散热成本，又进一步的确保了开关管实现高频电源变换工作的可靠性。

周期分时控制技术方法的实现目前是基于FPGA(Field ProgrammableGate Array)即现场可编程门阵列器件而提出的一种新的设计方案，其工作原理是：

周期分时控制，是指在一个电源电流控制回路中的高频PWM周期均分到二个或二个以上独立控制回路的开关管上周期分时循环控制工作(使其中的单个开关管工作频率降低)，使调压开关管的热损耗下降。

图6是周期分时控制技术在正弦波电源调压应用中假设的每一正弦波电源内的周期分时控制工作原理时序说明，设主控电路7的周期分时控制输出口有独立的四路输出L_A1、L_A2、N_A1、N_A2组成双向调压控制，其中L_A1、L_A2完成L向调压(L组)，N_A1、N_A2完成N向调压(N组)，图6中的a图是正弦波电源调压的波形，其中填充的部分为高频PWM周期中的电流开通期，图6中的b图是L组和N组周期分时控制输出L_A1、L_A2、N_A1、N_A2端的各输出控制端工作时序波形，其中L_A1、L_A2和N_A1、N_A2经驱动电路2、隔离耦合电路3分别对应控制了四个调压开关管Q1、Q3和Q2、Q4，从图6中的b图可以看出在一个正弦波电源周期内正负半周各由18个PWM控制周期完成一周正弦波的调压，在L周期间Q1分配的PWM周期是：1、3、5、7、9、11、13、15、17(称：奇数周)Q3分配的PWM周期是：2、4、6、8、10、12、14、16、18(称：偶数周)；同理在负半周Q2分配的PWM周期是：1、3、5、7、9、11、13、15、17，Q4分配的PWM周期是：2、4、6、8、10、12、14、16、18，显然在每一方向电源电流回路中的PWM周期均分到了二个调压开关管上，单个调压开关管的工作频率降低了一半，如果在每一方向电源电流回路中并联二个以上或更多个调压开关管调压开关管的工作频率将随调压开关管的应用数量的增加而成倍的降低，调压开关管的工作频率越低它的开通和关断损耗就相对减小，工作温度下降。实际中我们发现(IGBT)调压开关管在高频下工作时，工作频率的升高如果没有非常好的散热装置，温度会急剧的上升，这种温度的上升相比于周期分时控制远远的大于分时控制的总损耗，所以采用周期分时控制技术，能有效的降低散热成本、电能损耗、提高调压开关管工作时的可靠性，同时双能增加电源回路的工作频率，从而进一步的提高工作效力。

利用本发明的周期分时执行电路1可以组成单向电源开关电路，也可以组成双向电源开关电路。在单向开关电路中它至少由二个或者二个以上独立控回路的开关管组成，在双向开关电路中至少是四个或者四个以上独立控制回路的开关管组成。还可用二极管作电流通路以对开关管进行保护。

本发明的有益效果：

1、开关管工作的热损耗大幅度下降，电路的工作可靠性得到进一步的提高；

2、使单个调压开关管的工作频率成倍降低，而调压电源电流回中的工作频率可以设计得更高，提高工作效率；

3、电源调压输出的波形不失真具有高度的纯净，对供电电源电网没有污染；

4、可使散热器的制造成本大幅度的得到降低，同时减小了设备的体积；

5、因单个控制输入回路的工作频率降低，所以产品制造过程中对电子元器的选择范围扩大了，这对降低产品制造成本有及大的好处，使很多低频低成本的电子元器件得到充分应用；

6、周期分时控制工作方法比常规的控制方法应用更优越，常规的开关管并联调压在高频下工作，并联应用时难以做到均流，单靠开关管的正温特性均流是有限的，并联应用电路设计及结构布置要求高，开关管还要配对，特别是控制部分的布线要求严格的均等，现在的IGBT能承受的电流已经是很大的，关键是在高频率下工作管温会急剧的累加，因此本发明能够很好地解决高频下的电路运行，使开关管在大电流下可靠工作。

7、针对不同的应用场合，可实现非隔离或隔离调压输出；

8、专用调压控制电路芯片的设计简单，可采用FPGA编制，使控制电路高度集成，提高了应用的可靠性，大大缩小了体积、应用设计显得非常灵活方便、能耗及成本明显降低，过去要实现多路独立控制是一件非常难的事，而且成本高、占用面积大、工作期间的信息处理响应慢可靠性差。

9、本发明的电路还能方便的实现多种电源变换电路恒压、恒流、恒功率输出。

附图说明

图1是本发明的电原理结构框图。

图2是本发明的实例电原理图之一。

图3是本发明的实例电原理图之二。

图4是本发明的实例电原理图之三。

图5是本发明的集成电路式调压控制芯片的原理框图。

图6是本发明的周期分时控制输出时序图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

实施例一。

如图1、2、5、6所示。

一种周期分时控制电源调压电路，包括周期分时执行电路1、控制驱动电路2、隔离耦合电路3、相位检测电路4和主控电路7，周期分时执行电路1的输入接电源输入端Lin、Nin，其控制输入端接控制驱动电路2的输出，控制驱动电路2的输入通过隔离耦合电路3与主控电路7的周期分时控制输出口相连，电源的输入端Lin、Nin接相位检测电路4的输入端，相位检测电路4的输出端接主控电路7的相位信号检测端；周期分时执行电路1的输出或者直接与续流/滤波电路5的输入相连，续流/滤波电路5的输出Lout1接负载，负载的另一端接Nout构成回路；周期分时执行电路1的输出或者直接与变压器T的初级一端相连，初级另一端接Nout，变压器T的次级作为调压输出接负载；周期分时执行电路1的输出或者通过选择电路同时与续流/滤波电路5和变压器T相连，如图1所示。

所述的周期分时执行电路1由调压开关管Q1、Q2、Q3、Q4和二极管D1、D2组成，Q1的发射极接Q2的发射极，Q2的集电极接Q4的集电极，Q4的发射极接Q3的发射极，Q3的集电极接Q1的集电极，D1的负极接Q1和Q3的集电极，D1的正极连接到Q1、Q2、Q3、Q4的发射极和D2的正极，D2的负极接Q2和Q4的集电极，周期分时执行电路1的输入输出a端由Q1、Q3的集电极和D1的负极相连接组成，周期分时执行电路1的输入输出b端由Q2、Q4的集电极和D2的负极相连接组成，GN1是Q1的控制输入，GN2是Q2的控制输入，GN3是Q3的控制输入，GN4是Q4的控制输入，GN1、GN2、GN3和GN4分别接主控电路7对应的输出端。如图2所示。

所述的隔离耦合电路3由光电耦合器组成。

所述的驱动控制电路2和隔离耦合电路3由光电隔离内带功率驱动输出于一体的光电耦合器组成。

所述的续流/滤波电路5由续流部分和滤波部分二个紧密相联的电路组成，它有三个电源端a’端、b’端、c’端和可选的续流控制输入端，其中续流部分可由开关管和二极管组成，滤波部分可由储能电感和电容组成，续流部分是其中储能电感的放电通路，它的a’端和b’端可以是双向的也可以是单向的调压主电路电流通路，它的b’端和c’端可以组成双向的也可以组成单向的储能电感续流通路，在单向或直流电源调压中可以不需要控制输入端可直接由二极管组成储能电感的续流通路。如图2所示。

所述的续流/滤波电路5的续流部分或由开关管和串入了反向抑制电感的二极管组成，如由开关管Q5、Q6和二极管D5、D6以及串接的反向抑制电感L2组成，或直接由单个二极管和串入的反向抑制电感L2组成，所述的滤波部分由电感L1和电容C2组成，GN5和GN6是开关管Q5、Q6的控制输入端。

本实施例的工作原理是：在主控电路的控制作用下，将正弦波电源每一周期中的高频调压PWM斩波周期数均分到周期分时执行电路中的开关管上，使单个调压开关管的工作频率降低，从而降低调压开关管的热功耗。

本实施例的具体的工作过程如下：

主控电路的周期分时控制输出口的各输出端跟随相位信号输出控制，各输出端经光电隔离耦合通过控制驱动连接到对应周期分时控制执行电路的控制输入实行周期分时控制。

当正弦波电源电流从L流向N的半周时称正半周：

电源电流从Lin经周期分时执行电路的a端通过调压IGBT开关管Q1和Q3周期分时工作经二极管D2流向周期分时执行电路的b端，此时选择电路1、2端连接，故经储能滤波电感L1到负载，经负载流向Nout，完成正半周的调压工作，在该正半周的周期分时工作过程如下：

参见图6中的b图。

在第1、3、5、7、9、11、13、15、17……PWM周期期间控制了Q1开关管工作，Q3、Q2、Q4处于关闭状态；

在第2、4、6、8、10、12、14、16、18……PWM周期期间控制了Q3开关管工作，Q1、Q2、Q4处于关闭状态。

同时L1续流回路中的开关管受续流控制输出口控制，跟随正弦波电源的相位信号正负半周交替工作，在该电源周期下，Q5关闭，Q6导通。

实施例二。

如图1、3、5、6所示。

一种周期分时控制电源调压电路，包括周期分时执行电路1、控制驱动电路2、隔离耦合电路3、相位检测电路4和主控电路7，周期分时执行电路1的输入接电源输入端Lin、Nin，其控制输入端接控制驱动电路2的输出，控制驱动电路2的输入通过隔离耦合电路3与主控电路7的周期分时控制输出口相连，电源的输入端Lin、Nin接相位检测电路4的输入端，相位检测电路4的输出端接主控电路7的相位信号检测端；周期分时执行电路1的输出或者直接与续流/滤波电路5的输入相连，续流/滤波电路5的输出Lout1接负载，负载的另一端接Nout构成回路；周期分时执行电路1的输出或者直接与变压器T的初级一端相连，初级另一端接Nout，变压器T的次级作为调压输出接负载；周期分时执行电路1的输出或者通过选择电路同时与续流/滤波电路5和变压器T相连。如图1所示。

所述的周期分时执行电路1由调压开关管Q1’、Q2’、Q3’、Q4’二极管D1’、D2’、D3’、D4’组成，Q1’的集电极接D1’的负极，Q2’的集电极接D2’的负极，Q3’的集电极接D3’的负极，Q4’的集电极接D4’的负极，周期分时执行电路1的输入输出a端由Q2’的发射极、D1’的正极、Q4’的发射极、D3’的正极相连接组成，周期分时执行电路1的输入输出b端由D2’的正极、Q1’的发射极、D4’的正极、Q3’的发射极相连接组成，GN1’是Q1’的控制输入，GN2’是Q2’的控制输入，GN3’是Q3’的控制输入，GN4’是Q4’的控制输入，GN1’、GN2’、GN3’、GN4’分别接主控电路7对应的输出端，如图3所示。

所述的隔离耦合电路3由光电耦合器组成。

所述的相位检测4在交流正弦波电源调压工作中检测正弦波正负半周的起始值以实现正负半周调压，它可由电压传感器组成，也可由电压互感器组成。

本实施例的工作过程和工作原理与实施例一大致相同。

实施例三。

如图1、4、5、6所示。

一种周期分时控制电源调压电路，包括周期分时执行电路1、控制驱动电路2、隔离耦合电路3、相位检测电路4和主控电路7，周期分时执行电路1的输入接电源输入端Lin、Nin，其控制输入端接控制驱动电路2的输出，控制驱动电路2的输入通过隔离耦合电路3与主控电路7的周期分时控制输出口相连，电源的输入端Lin、Nin接相位检测电路4的输入端，相位检测电路4的输出端接主控电路7的相位信号检测端；周期分时执行电路1的输出或者直接与续流/滤波电路5的输入相连，续流/滤波电路5的输出Lout1接负载，负载的另一端接Nout构成回路；周期分时执行电路1的输出或者直接与变压器T的初级一端相连，初级另一端接Nout，变压器T的次级作为调压输出接负载；周期分时执行电路1的输出或者通过选择电路同时与续流/滤波电路5和变压器T相连。如图1所示

所述的周期分时执行电路1由调压开关管Q1”、Q2”二极管D1”、D2”、D3”、D4”组成，D1”的负极、Q1”的集电极、Q2”的集电极和D3”的负极相连接，D2的正极、Q1”的发射极、Q2”的发射极和D4”的正极相连接，周期分时执行电路1的输入输出a端由D1”的正极和D2”的负极相连接组成，周期分时执行电路1的输入输出b端由D3”的正极和D4”的负极相连接组成，GN1”是Q1”的控制输入，GN2”是Q2”的控制输入，GN1”和GN2”分别接主控电路7对应的输出端，如图4所示。

所述的隔离耦合电路3由光电耦合器组成。

上述实施例一、二、三中所涉及的主控电路7见图5为一集成电路控制芯片，可采用XilInx公司生产的XC4000系列FPGA器件或其它公司的FPGA等相应的器件，加以辅助电路编程实现，也可参照图5，制成非FPGA器件的专用集成电路加以实现。

FPGA(Field Programmable Gate Array)即现场可编程门阵列器件它是在PAL、GAL、EPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。FPGA的使用非常灵活，只要通过硬件语言描述编程不同的数据，就能方便的在同一电路芯片中实现不同的任何数字功能的电路。

该芯片通过[工作方式选择]的设定，可适用于交流或直流电源，单路、多路(三相)同步或非同步周期分时控制调压输出。控制芯片内部由电源单元、时钟源单元、复位信号单元、状态显示单元、工作方式选择单元、调压数据并(串)行输入接口单元、超温保护单元、过载(短路)保护单元、相位信号检测单元、周期分时控制输出单元、续流控制输出单元、保护控制输出单元，共12个工作单元组成。各主要单元的功能如下：

工作方式选择：

引脚名：A0、A1、A2、A3、CE2。

功能：由A0、A1、A3、A3的组合编码，实现不同工作方式的控制。

CE2是工作方式设定的使能，当给其一个前沿触发信号时，当前组合编码数据写入内部。

编码功能如下：

A3、A2、A1、A0＝0000停止工作，在此状态下通过调压数据并(串)输入接口，输入相位角补偿值；

A3、A2、A1、A0＝0001交流单相工作方式；

A3、A2、A1、A0＝0010交流两相同步工作方式；

A3、A2、A1、A0＝0011交流两相非同步工作方式；

A3、A2、A1、A0＝0100交流三相同步工作方式；

A3、A2、A1、A0＝0101交流三相非同步工作方式；

A3、A2、A1、A0＝0110直流单组工作方式；

A3、A2、A1、A0＝0111直流同步两组工作方式；

A3、A2、A1、A0＝1000直流非同步两组工作方式；

A3、A2、A1、A0＝1001直流同步三组工作方式；

A3、A2、A1、A0＝1010直流非同步三组工作方式

相位信号检测：

引脚名：LA、NA；LB、NB；LC、NC三组(A组、B组、C组)连接到相位检测传感器，实现三相制电源控制；

功能：在交流工作状态下检测当前正弦波交流电源电压波形的相位，控制各输出口的输出状态，从而控制对应回路的开关管工作或关闭；

内部具有正负相位角补偿，补偿数据通过调压数据并(串)行输入接口输入相位角补偿值，起到调压输出正负半周交域不失真的目的；

电压返馈输入：

引脚名：A_VI、B_VI、C_VI(A、B、C三路独立输入)从电源输出中通过相应的电路获得输出电压电流信号值；

功能：在闭环工作方式下，根据对输出电压电流的设定数值，电路实时监控返馈信号自动调节主控电路7的周期分时控输出口PWM占空比值，使电压或电流恒定在设定的数值上。

调压数据并(串)行输入接口：

引脚名：(D0-D7)8位数据双向并行口；TDI(双向串行数据线)；TCK(双向串行时钟线)；WE(写数据使能，并串有效)；RD(INT有效时，读数据使能，并串有效)；CE1(写数据允许，并串有效)；P\S(并口或串口选择)；G\R(复位后，低电平时电源调压输出软起动，高电平时电源调压输出值直接跟随调压数据)；

功能：该接口功能是通过并行口或串行口输入当前电源电压输出的数据值“0到255”，输入数据的大小直接控制输出电压的高低；在有故障报警信号(INT低电平)时，从并行口或串行口读取报警内容的具体数据；在工作方式选择的编码设定为“0000”有效时，(INT高电平状态时)从并行口或串行口输入正负相位角补偿值。

时钟源：

引脚名：CLK，接外部晶体振荡器；

功能：是该芯片的内部时钟源。

复位信号：

引脚名：RESET；

功能：低电平复位时，内部初始化，同时停止所有输出口工作。

过载(短路)保护：

引脚名：AI、BI、CI，连接到外部独立的三路过载(短路)检测传感器；

功能：对各自正在工作的回路，过载或短路实时检测，当发生过载或短路时立即输出保护控制，可设内部(延时自动调整)限流重起动输出功能。

超温保护：

引脚名：T1、T2、T3，连接到外部独立的三路温度检测传感器；

功能：对各自正在工作的回路，超温实时检测，超温时立即关闭对应的调压回路，可设延时(检测)重起动。

工作状态指示：引脚名：INT、A_LED、B_LED、C_LED；

功能：各检测口检测到过载、短路、超温时，INT引脚立即输出低电平(报警信号)，此时通过[调压数据并(串)输入接口]的并行口或串行口，(发RD读信号)就可以从并行口或串行口读到当前故障的具体内容；A_LED、B_LED、C_LED外接LED指示灯，各自独立指示A、B、C三个回路，工作正常时对应回路的指示灯常亮、过载或短路时对应回路的指示灯高速频闪、超温时对应的指示低速频闪、正常工作时输出电压调到等于零时灭灯。

周期分时控制输出口：

引脚名：

奇数周输出：L_A1、N_A1(A组)；L_B1、N_B1(B组)；L_C1、N_C1(C组)；

偶数周输出：L_A2、N_A2(A组)；L_B2、N_B2(B组)；L_C2、N_C2(C组)，

三组可同步或非同步调压电压输出；

功能：该控制输出口由对称的双组组成输出PWM控制信号电压，奇偶数周期分时分别控制双向调压电路中对应的调压开关管实现高频调压。

该控制输出端口由[工作方式选择]决定它的输出工作方式，在正弦波交流电源工作方式下，各组的L端和N端受相位信号检测的控制，跟随输入电源电压的正负半周交替工作。

续流控制输出口：

引脚名：LA_I、NA_I(A组)；LB_I、NB_I(B组)；LC_I、NC_I(C组)三组；

功能：该控制输出口控制双向续流开关电路中的开关管，在正弦波交流工作方式下，各组的L端和N端在相位信号检测的控制下，同步于对应的电源正负半周交替工作，输出工作方式由[工作方式选择]决定。

保护控制输出口：当检测到过载(短路)是，与内部同时输出保护控制信号。

电源：

引脚下名：VCC1、VCC2、GND(连接外部供电电源)；

功能：该芯片电源输入接口；

综观实施例一、二、三，采用多个独立控制回路的开关管以并串接等方式周期分时控制实现电源调压，使单个开关管的工作频率成倍的降低、从而降低热损耗及散热成本，又进一步的确保了开关管实现高频电源变换工作的可靠性是本发明的核心内容。

其中的周期分时控制技术方法的实现是基于FPGA(Field ProgrammableGate Array)即现场可编程门阵列器件而设计出的一种新的交直流电源调压电路，本发明的周期分时控制调压，是指在一个电源电流控制回路中的高频PWM周期均分到二个或二个以上开关管上周期分时循环控制工作(使其中的单个开关管工作频率降低)，使调压开关管的热损耗下降。

图6是周期分时控制技术在正弦波电源调压中的应用，每一正弦波内的高频PWM周期分时调压主控电路7的周期分时控制输出口有独立的四路输出L_A1、L_A2、N_A1、N_A2组成双向调压控制，其中L_A1、L_A2完成L向调压(L组)，N_A1、N_A2完成N向调压(N组)，图6中的a图是正弦波电源调压的波形，其中填充的部分为高频PWM周期中的电流开通期，图6中的b图是L组和N组周期分时控制输出L_A1、L_A2、N_A1、N_A2端的各输出控制端工作时序波形，其中L_A1、L_A2和N_A1、N_A2经隔离耦合控制驱动电路2分别对应控制了四个调压开关管Q1、Q3和Q2、Q4，从图6中的b图可以看出在一个正弦波电源周期内正负半周各由18个PWM控制周期完成一周正弦波的调压，在L周期间Q1分配的PWM周期是：1、3、5、7、9、11、13、15、17(称：奇数周)Q3分配的PWM周期是：2、4、6、8、10、12、14、16、18(称：偶数周)；同理在负半周Q2分配的PWM周期是：1、3、5、7、9、11、13、15、17，Q4分配的PWM周期是：2、4、6、8、10、12、14、16、18，显然在每一方向电源电流回路中的PWM周期均分到了二个调压开关管上，单个调压开关管的工作频率降低了一半，如果在每一方向电源电流回路中并联二个以上或更多个调压开关管，调压开关管的工作频率将随调压开关管的应用数量的增加而成倍的降低，调压开关管的工作频率越低它的开通和关断损耗就相对减小，工作温度下降。实际中我们发现(IGBT)调压开关管在高频下工作时，工作频率的升高如果没有非常好的散热装置，温度会急剧的上升，这种温度的上升相比于周期分时控制远远的大于分时控制的总损耗，所以采用周期分时控制技术，能有效的降低散热成本、电能损耗、提高调压开关管工作时的可靠性，同时双能增加电源回路的工作频率，从而进一步的提高工作效力。

本发明的另一内容是可实现隔离或者非隔离调压电路，可根据实际应用的需要进行电路选择，将图1中选择电路的连接点“1”和“2”连接起来(“3”不用)就是一个独立的非隔离的电源调压电路，或者将“1”和“3”连接起来(“2”不用)就是一个独立隔离的电源调压电路。

本发明的另一内容是在主控电路7中设计了电压返馈输入功能，从电源的输出通过相应的电路连接到电压返馈输入，可实现隔离或者非隔离恒流、恒压、恒功率电源输出电路。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims

1、一种周期分时控制电源调压电路，包括周期分时执行电路(1)、控制驱动电路(2)、隔离耦合电路(3)、相位检测电路(4)和主控电路(7)，其特征是周期分时控制电源调压电路具有第一电源输入端(Lin)和第二电源输入端(Nin)，第一电源输入端(Lin)接周期分时执行电路(1)的电源输入端，周期分时执行电路(1)的控制输入端接控制驱动电路(2)的输出，控制驱动电路(2)的输入通过隔离耦合电路(3)与主控电路(7)的周期分时控制输出口相连；相位检测电路(4)的输入端接第一电源输入端(Lin)和第二电源输入端(Nin)，相位检测电路(4)的输出端接主控电路(7)的相位信号检测端；周期分时执行电路(1)的输出或者直接与续流/滤波电路(5)的输入相连，续流/滤波电路(5)的输出作为周期分时控制电源调压电路的第一输出端(Lout1)接负载，负载的另一端接周期分时控制电源调压电路的第二输出端(Nout)构成回路；周期分时执行电路(1)的输出或者直接与变压器(T)的初级绕组的一端相连，初级绕组的另一端接第二输出端(Nout)构成回路，变压器(T)的次级绕组作为调压输出接负载；周期分时执行电路(1)的输出或者通过选择电路同时与续流/滤波电路(5)和变压器(T)相连；所述的周期分时执行电路(1)在每一电源电流方向中：即电源电流从第一电源输入端(Lin)流向第二电源输入端(Nin)或电源电源从第二电源输入端(Nin)流向第一电源输入端(Lin)的过程中至少要有二个不同时工作的开关管或相应的开关电路周期分时控制电源电流的流向。

2、根据权利要求1所述的周期分时控制电源调压电路，其特征是所述的周期分时执行电路(1)由第一调压开关管(Q1)、第二调压开关管(Q2)、第三调压开关管(Q3)、第四调压开关管(Q4)、第一二极管(D1)和第二二极管(D2)组成，第一调压开关管(Q1)的发射极接第二调压开关管(Q2)的发射极，第二调压开关管(Q2)的集电极接第四调压开关管(Q4)的集电极，第四调压开关管(Q4)的发射极接第三调压开关管(Q3)的发射极，第三调压开关管(Q3)的集电极接第一调压开关管(Q1)的集电极，第一二极管(D1)的负极接第一调压开关管(Q1)和第三调压开关管(Q3)的集电极，第一二极管(D1)的正极连接到第一调压开关管(Q1)、第二调压开关管(Q2)、第三调压开关管(Q3)和第四调压开关管(Q4)的发射极和第二二极管(D2)的正极，第二二极管(D2)的负极接第二调压开关管(Q2)和第四调压开关管(Q4)的集电极，周期分时执行电路(1)的输入端(a)由第一调压开关管(Q1)、第三调压开关管(Q3)的集电极和第一二极管(D1)的负极相连接组成，周期分时执行电路(1)的输出端(b)由第二调压开关管(Q2)、第四调压开关管(Q4)的集电极和第二二极管(D2)的负极相连接组成。

3、根据权利要求1所述的周期分时控制电源调压电路，其特征是所述的周期分时执行电路(1)由第五调压开关管(Q1’)、第六调压开关管(Q2’)、第七调压开关管(Q3’)、第八调压开关管(Q4’)、第三二极管(D1’)、第四二极管(D2’)、第五二极管(D3’)和第六二极管(D4’)组成，第五调压开关管(Q1’)的集电极接第三二极管(D1’)的负极，第六调压开关管(Q2’)的集电极接第四二极管(D2’)的负极，第七调压开关管(Q3’)的集电极接第五二极管(D3’)的负极，第八调压开关管(Q4’)的集电极接第六二极管(D4’)的负极，周期分时执行电路(1)的输入端(a)由第六调压开关管(Q2’)的发射极、第三二极管(D1’)的正极、第八调压开关管(Q4’)的发射极和第五二极管(D3’)的正极相连接组成，周期分时执行电路(1)的输出端(b)由第四二极管(D2’)的正极、第五调压开关管(Q1’)的发射极、第六二极管(D4’)的正极和第七调压开关管(Q3’)的发射极相连接组成。

4、根据权利要求1所述的周期分时控制电源调压电路，其特征是所述的周期分时执行电路(1)由第九调压开关管(Q1”)、第十调压开关管(Q2”)、第七二极管(D1”)、第八二极管(D2”)、第九二极管(D3”)和第十二极管(D4”)组成，第七二极管(D1”)的负极、第九调压开关管(Q1”)的集电极、第十调压开关管(Q2”)的集电极和第九二极管(D3”)的负极相连接，第八二极管(D2”)的正极、第九调压开关管(Q1”)的发射极、第十调压开关管(Q2”)的发射极和第十二极管(D4”)的正极相连接，周期分时执行电路(1)的输入端(a)由第七二极管(D1”)的正极和第八二极管(D2”)的负极相连接组成，周期分时执行电路(1)的输出端(b)由第九二极管(D3”)的正极和第十二极管(D4”)的负极相连接组成。

5、根据权利要求1所述的周期分时控制电源调压电路，其特征是所述的控制驱动电路(2)或由专用驱动集成电路组成，或由分立元件电路组成。

6、根据权利要求1所述的周期分时控制电源调压电路，其特征是所述的隔离耦合电路(3)由光电耦合器组成。

7、根据权利要求1所述的周期分时控制电源调压电路，其特征是所述的驱动控制电路(2)和隔离耦合电路(3)由光电隔离内带功率驱动输出于一体的光电耦合器组成。

8、根据权利要求1所述的周期分时控制电源调压电路，其特征是所述的相位检测电路(4)在交流正弦波电源调压工作中检测正弦波正负半周的起始值以实现正负半周调压，它由电压传感器或由电压互感器组成。

9、根据权利要求1所述的周期分时控制电源调压电路，其特征是所述的续流/滤波电路(5)的续流部分由第十一调压开关管(Q5)、第十二调压开关管(Q6)和第十一二极管(D5)、第十二二极管(D6)以及串接的反向抑制电感(L2)组成，或直接由单个二极管和反向抑制电感(L2)串接而成，所述的滤波部分由第一电感(L1)和第二电容(C2)组成。