CN103313450A - 超高频大功率感应加热电源 - Google Patents
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Abstract
超高频大功率感应加热电源,属于开关电源领域。本发明解决了现有高频感应加热电源对于负载两端电压和电流的相位锁定准确度低和功率低的问题。本发明的电压信号检测及相位处理电路输出的电压相位信号经电压相位信号隔离电路后送至处理器,电流检测电路将采集到的电流信号经电流信号滤波电路后,分别发送至电流信号相位处理电路和电流幅值处理电路,电流信号相位处理电路输出的电流相位信号经电流相位信号隔离电路后,发送至处理器,处理器接收到电流相位信号和电压相位信号后,通过模糊PID控制策略,调整输出PWM开关频率和占空比,来达到减小电压和电流相位差,并且达到控制功率的目的,本发明主要应用在开关电源领域。
Description
技术领域
本发明属于开关电源领域。
背景技术
高频大功率感应加热电源主要是针对细小金属工件进行热处理操作。通过相位跟踪可以实现负载近似于纯电阻的状态下工作。目前市场上并未见到基于TMS320F2812处理器与相位信号处理电路相配合的成熟产品,而与此相类似的产品是通过电压和电流传感器,或者使用模拟电路来实现相位跟踪功能,甚至有的并不对负载相位进行跟踪,这样的产品工作可靠性不高,性能不理想,功率也不大。
发明内容
本发明是为了解决现有高频感应加热电源对于负载两端电压和电流的相位锁定准确度低和功率低的问题,本发明提供了一种超高频大功率感应加热电源。
超高频大功率感应加热电源,它包括电压信号检测及相位处理电路、逆变电路、整流电路、电流检测电路、负载输出电路、电流信号滤波电路、电流信号相位处理电路、电流相位信号隔离电路、电流幅值处理电路、模拟信号隔离电路、处理器、状态参数显示电路、驱动信号隔离电路、逆变器功率开关管驱动电路和电压相位信号隔离电路,
所述的整流电路的直流信号输出端与逆变电路的直流信号输入端连接,
电压信号检测及相位处理电路用于检测所述的逆变电路的输出电压信号,所述的电压信号检测及相位处理电路的信号输出端与电压相位信号隔离电路的信号输入端连接,所述的电压相位信号隔离电路的信号输出端与处理器的电压相位信号输入端连接,所述的处理器的显示信号输出端与状态参数显示电路的信号输入端连接,
电流检测电路串联在逆变电路的输出端和负载输出电路之间,用于检测所述逆变电路输出的电流信号,所述的电流检测电路的检测结果信号输出端与电流信号滤波电路的信号输入端连接,所述的电流信号滤波电路的信号输出端同时与电流信号相位处理电路的信号输入端和电流幅值处理电路的信号输入端连接,电流信号相位处理电路的信号输出端与电流相位信号隔离电路的信号输入端连接,所述的电流相位信号隔离电路的信号输出端与处理器的电流相位信号输入端连接,所述的电流幅值处理电路的信号输出端与模拟信号隔离电路的电流幅值信号输入端连接,所述的模拟信号隔离电路的电流幅值信号输出端与处理器的电流幅值信号输入端连接,
所述的处理器的控制信号输出端与驱动信号隔离电路的信号输入端连接,所述的驱动信号隔离电路的信号输出端与逆变器功率开关管驱动电路的信号输入端连接,所述的逆变器功率开关管驱动电路的驱动信号输出端与逆变电路的控制信号输入端连接。
电压信号检测及相位处理电路输出的电压相位信号经电压相位信号隔离电路后,送至处理器,电流检测电路将采集到的电流信号经电流信号滤波电路后,分别发送至电流信号相位处理电路和电流幅值处理电路,电流信号相位处理电路输出的电流相位信号经电流相位信号隔离电路后,发送至处理器,处理器接收到电流相位信号和电压相位信号后,通过模糊PID控制策略,调整输出PWM开关频率和占空比,来达到减小电压和电流相位差,并且达到控制功率的目的,本发明主要应用在开关电源领域。
本发明带来的有益效果是,本发明所述的超高频大功率感应加热电源对负载两端电压和电流的相位锁定准确度提高了15%、功率提高了15%。
附图说明
图1为本发明所述的超高频大功率感应加热电源的电气原理示意图。
图2为具体实施方式三所述的电压信号检测及相位处理电路的结构示意图。
图3为具体实施方式四所述的电流信号滤波电路的结构示意图。
图4为具体实施方式五所述的电流信号相位处理电路的结构示意图。
图5为具体实施方式六所述的电流幅值处理电路的结构示意图。
图6为具体实施方式七所述的模拟信号隔离电路的结构示意图。
图7为具体实施方式一所述的电压相位信号隔离电路的结构示意图。
图8为具体实施方式一所述的驱动信号隔离电路的结构示意图。
图9为具体实施方式一所述的电流相位信号隔离电路的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一:参见图1、7、8、和9说明本实施方式,本实施方式所述的超高频大功率感应加热电源,它包括电压信号检测及相位处理电路1、逆变电路2、整流电路3、电流检测电路4、负载输出电路5、电流信号滤波电路6、电流信号相位处理电路7、电流相位信号隔离电路8、电流幅值处理电路9、模拟信号隔离电路10、处理器11、状态参数显示电路12、驱动信号隔离电路13、逆变器功率开关管驱动电路14和电压相位信号隔离电路15,
所述的整流电路3的直流信号输出端与逆变电路2的直流信号输入端连接,
电压信号检测及相位处理电路1用于检测所述的逆变电路2的输出电压信号,所述的电压信号检测及相位处理电路1的信号输出端与电压相位信号隔离电路15的信号输入端连接,所述的电压相位信号隔离电路15的信号输出端与处理器11的电压相位信号输入端连接,所述的处理器11的显示信号输出端与状态参数显示电路12的信号输入端连接,
电流检测电路4串联在逆变电路2的输出端和负载输出电路5之间,用于检测所述逆变电路2输出的电流信号,所述的电流检测电路4的检测结果信号输出端与电流信号滤波电路6的信号输入端连接,所述的电流信号滤波电路6的信号输出端同时与电流信号相位处理电路7的信号输入端和电流幅值处理电路9的信号输入端连接,电流信号相位处理电路7的信号输出端与电流相位信号隔离电路8的信号输入端连接,所述的电流相位信号隔离电路8的信号输出端与处理器11的电流相位信号输入端连接,所述的电流幅值处理电路9的信号输出端与模拟信号隔离电路10的电流幅值信号输入端连接,所述的模拟信号隔离电路10的电流幅值信号输出端与处理器11的电流幅值信号输入端连接,
所述的处理器11的控制信号输出端与驱动信号隔离电路13的信号输入端连接,所述的驱动信号隔离电路13的信号输出端与逆变器功率开关管驱动电路14的信号输入端连接,所述的逆变器功率开关管驱动电路14的驱动信号输出端与逆变电路2的控制信号输入端连接。
具体实施方式二:参见图1、7、8、和9说明本实施方式,本实施方式与具体实施方式一所述的超高频大功率感应加热电源的区别在于,所述的处理器11采用芯片TMS320F2812实现。
具体实施方式三:参见图1、2、7、8、和9说明本实施方式,本实施方式与具体实施方式一或二所述的超高频大功率感应加热电源的区别在于,所述的电压信号检测及相位处理电路1包括二极管D1、二极管D2、二极管D3、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电容C1、电容C2和芯片TLV3502,所述的二极管D2的正极接+5V电源地HGND,二极管D2的负极同时与二极管D1的正极、芯片TLV3502的+INA端口和电阻R4的另一端连接,所述的二极管D1的负极同时与电阻R1的一端、电阻R2的一端和+5V电源连接,所述的电阻R1的另一端同时与电阻R5的一端和电阻R3的一端连接,所述的电阻R5的另一端与芯片TLV3502的-INA端口连接,所述的电阻R3的另一端接+5V电源地HGND,所述的电阻R2的另一端同时与电阻R4的一端、电容C1的一端和二极管D3的正极连接,所述的电容C1的另一端接+5V电源地HGND,所述的二极管D3的负极与逆变电路2的电压信号输出端连接,所述的芯片TLV3502的V+端口同时与+5V电源和电容C2的一端连接,所述的电容C2的另一端与芯片TLV3502的V-端口连接,所述的电容C2的另一端接+5V电源地HGND,所述的芯片TLV3502的OUTA端口与电压相位信号隔离电路15的信号输入端连接,所述的芯片TLV3502的OUTA端口为电压信号检测及相位处理电路1的信号输出端,所述的二极管D3的负极用于接收所述的逆变电路2的输出电压信号。
具体实施方式四:参见图1、3、7、8、和9说明本实施方式,本实施方式与具体实施方式一所述的超高频大功率感应加热电源的区别在于,所述的电流信号滤波电路6包括电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电容C3、电容C4和芯片OPA3690,所述的芯片OPA3690的1号端口同时与电容C3的一端和电阻R9的一端连接,所述的电容C3的另一端同时与电容C4的一端、电阻R6的一端和电阻R7的一端连接,所述的电容C4的另一端同时与电阻R9的另一端、芯片OPA3690的14号端口、电流信号相位处理电路7的信号输入端和电流幅值处理电路9的信号输入端连接,所述的电阻R6的另一端同时与电流检测电路4的检测结果信号输出端、电阻R7的另一端和电阻R8的另一端连接,所述的电阻R8的另一端接信号地SGND,所述的的电阻R8的一端与芯片OPA3690的2号端口连接,所述的芯片OPA3690的16号端口与Vcc连接,所述的电阻R6的另一端为电流信号滤波电路6的信号输入端,所述的电阻R9的另一端为电流信号滤波电路6的信号输出端。
具体实施方式五:参见图1、4、7、8、和9说明本实施方式,本实施方式与具体实施方式一所述的超高频大功率感应加热电源的区别在于,所述的电流信号相位处理电路7包括电阻R10、电阻R11和芯片TL3016ID,所述的芯片TL3016ID的1号端口与Vcc连接,所述的芯片TL3016ID的5号端口和6号端口接信号地SGND,所述的芯片TL3016ID的3号端口与电阻R10的一端连接,所述的电阻R10的另一端与电流信号滤波电路6的信号输出端连接,所述的芯片TL3016ID的2号端口与电阻R11的一端连接,所述的电阻R11的另一端接信号地SGND,所述的芯片TL3016ID的7号端口与电流相位信号隔离电路8的信号输入端连接,所述的电阻R10的另一端为电流信号相位处理电路7的信号输入端,所述的芯片TL3016ID的7号端口为电流信号相位处理电路7的信号输出端。
具体实施方式六:参见图1、5、7、8、和9说明本实施方式,本实施方式与具体实施方式一所述的超高频大功率感应加热电源的区别在于,所述的电流幅值处理电路9包括电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19、二极管D4、二极管D5和2个芯片OPA360,所述的电阻R12的一端同时与电流信号滤波电路6的信号输出端和电阻R18的一端连接,所述的电阻R12的另一端同时与第一芯片OPA360的4号端口、电阻R14的一端和二极管D4的负极连接,所述的电阻R14的另一端与同时与电阻R19的一端和二极管D5的正极连接,所述的二极管D5的负极同时与第一芯片OPA360的12号端口和二极管D4的正极连接,所述的第一芯片OPA360的5号端口与电阻R13的一端连接,所述的电阻R13的另一端接信号地SGND,所述的第一芯片OPA360的3号端口与第二芯片OPA360的6号端口连接,所述的电阻R18的另一端同时与电阻R19的另一端、电阻R16的一端和第二芯片OPA360的7号端口连接,所述的电阻R16的另一端同时与模拟信号隔离电路10的电流幅值信号输入端和第二芯片OPA360的10号端口连接,所述的第二芯片OPA360的8号端口与电阻R17的一端连接,所述的电阻R17的另一端接信号地SGND,所述的电阻R12的一端为电流幅值处理电路9的信号输入端,所述的电阻R16的另一端为电流幅值处理电路9的信号输出端。
具体实施方式七:参见图1、6、7、8、和9说明本实施方式,本实施方式与具体实施方式一所述的超高频大功率感应加热电源的区别在于,所述的模拟信号隔离电路10包括电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R23、电容C5、电容C6和光电耦合器,所述的电阻R20的一端与电流幅值处理电路9的信号输出端连接,所述的电阻R20的另一端同时与电容C5的一端、电阻R21的一端和电阻R22的一端连接,所述的电容C5的另一端、电阻R22的另一端和光电耦合器输入端的发光二极管的阴极连接,所述的电阻R22的另一端接信号地SGND,所述的电阻R21的另一端与光电耦合器输入端的发光二极管的阳极连接,所述的光电耦合器的输出端的光敏三极管的集电极同时与+3.3V电源和电容C6的一端连接,所述的电容C6的另一端同时与光电耦合器的输出端的光敏三极管的发射极、电阻R23的一端和处理器11的电流幅值信号输入端连接,所述的电阻R23的另一端接+3.3V电源地GND,所述的电容C6的另一端为模拟信号隔离电路10的信号输出端,所述的电阻R20的一端为模拟信号隔离电路10的电流幅值信号输入端。
具体实施方式八:参见图1、6、7、8、和9说明本实施方式,本实施方式与具体实施方式一所述的超高频大功率感应加热电源的区别在于,所述的光耦隔离器采用TLP421实现的。
Claims (8)
1.超高频大功率感应加热电源,其特征在于,它包括电压信号检测及相位处理电路(1)、逆变电路(2)、整流电路(3)、电流检测电路(4)、负载输出电路(5)、电流信号滤波电路(6)、电流信号相位处理电路(7)、电流相位信号隔离电路(8)、电流幅值处理电路(9)、模拟信号隔离电路(10)、处理器(11)、状态参数显示电路(12)、驱动信号隔离电路(13)、逆变器功率开关管驱动电路(14)和电压相位信号隔离电路(15),
所述的整流电路(3)的直流信号输出端与逆变电路(2)的直流信号输入端连接,
电压信号检测及相位处理电路(1)用于检测所述的逆变电路(2)的输出电压信号,所述的电压信号检测及相位处理电路(1)的信号输出端与电压相位信号隔离电路(15)的信号输入端连接,所述的电压相位信号隔离电路(15)的信号输出端与处理器(11)的电压相位信号输入端连接,所述的处理器(11)的显示信号输出端与状态参数显示电路(12)的信号输入端连接,
电流检测电路(4)串联在逆变电路(2)的输出端和负载输出电路(5)之间,用于检测所述逆变电路(2)输出的电流信号,所述的电流检测电路(4)的检测结果信号输出端与电流信号滤波电路(6)的信号输入端连接,所述的电流信号滤波电路(6)的信号输出端同时与电流信号相位处理电路(7)的信号输入端和电流幅值处理电路(9)的信号输入端连接,电流信号相位处理电路(7)的信号输出端与电流相位信号隔离电路(8)的信号输入端连接,所述的电流相位信号隔离电路(8)的信号输出端与处理器(11)的电流相位信号输入端连接,所述的电流幅值处理电路(9)的信号输出端与模拟信号隔离电路(10)的电流幅值信号输入端连接,所述的模拟信号隔离电路(10)的电流幅值信号输出端与处理器(11)的电流幅值信号输入端连接,
所述的处理器(11)的控制信号输出端与驱动信号隔离电路(13)的信号输入端连接,所述的驱动信号隔离电路(13)的信号输出端与逆变器功率开关管驱动电路(14)的信号输入端连接,所述的逆变器功率开关管驱动电路(14)的驱动信号输出端与逆变电路(2)的控制信号输入端连接。
2.根据权利要求1所述的超高频大功率感应加热电源,其特征在于,所述的处理器(11)采用芯片TMS320F2812实现。
3.根据权利要求1或2所述的超高频大功率感应加热电源,其特征在于,所述的电压信号检测及相位处理电路(1)包括二极管D1、二极管D2、二极管D3、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电容C1、电容C2和芯片TLV3502,所述的二极管D2的正极接+5V电源地HGND,二极管D2的负极同时与二极管D1的正极、芯片TLV3502的+INA端口和电阻R4的另一端连接,所述的二极管D1的负极同时与电阻R1的一端、电阻R2的一端和+5V电源连接,所述的电阻R1的另一端同时与电阻R5的一端和电阻R3的一端连接,所述的电阻R5的另一端与芯片TLV3502的-INA端口连接,所述的电阻R3的另一端接+5V电源地HGND,所述的电阻R2的另一端同时与电阻R4的一端、电容C1的一端和二极管D3的正极连接,所述的电容C1的另一端接+5V电源地HGND,所述的二极管D3的负极与逆变电路(2)的电压信号输出端连接,所述的芯片TLV3502的V+端口同时与+5V电源和电容C2的一端连接,所述的电容C2的另一端与芯片TLV3502的V-端口连接,所述的电容C2的另一端接+5V电源地HGND,所述的芯片TLV3502的OUTA端口与电压相位信号隔离电路(15)的信号输入端连接,所述的芯片TLV3502的OUTA端口为电压信号检测及相位处理电路(1)的信号输出端,所述的二极管D3的负极用于接收所述的逆变电路(2)的输出电压信号。
4.根据权利要求1所述的超高频大功率感应加热电源,其特征在于,所述的电流信号滤波电路(6)包括电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电容C3、电容C4和芯片OPA3690,所述的芯片OPA3690的1号端口同时与电容C3的一端和电阻R9的一端连接,所述的电容C3的另一端同时与电容C4的一端、电阻R6的一端和电阻R7的一端连接,所述的电容C4的另一端同时与电阻R9的另一端、芯片OPA3690的14号端口、电流信号相位处理电路(7)的信号输入端和电流幅值处理电路(9)的信号输入端连接,所述的电阻R6的另一端同时与电流检测电路(4)的检测结果信号输出端、电阻R7的另一端和电阻R8的另一端连接,所述的电阻R8的另一端接信号地SGND,所述的的电阻R8的一端与芯片OPA3690的2号端口连接,所述的芯片OPA3690的16号端口与Vcc连接,所述的电阻R6的另一端为电流信号滤波电路(6)的信号输入端,所述的电阻R9的另一端为电流信号滤波电路(6)的信号输出端。
5.根据权利要求1所述的超高频大功率感应加热电源,其特征在于,所述的电流信号相位处理电路(7)包括电阻R10、电阻R11和芯片TL3016ID,所述的芯片TL3016ID的1号端口与Vcc连接,所述的芯片TL3016ID的5号端口和6号端口接信号地SGND,所述的芯片TL3016ID的3号端口与电阻R10的一端连接,所述的电阻R10的另一端与电流信号滤波电路(6)的信号输出端连接,所述的芯片TL3016ID的2号端口与电阻R11的一端连接,所述的电阻R11的另一端接信号地SGND,所述的芯片TL3016ID的7号端口与电流相位信号隔离电路(8)的信号输入端连接,所述的电阻R10的另一端为电流信号相位处理电路(7)的信号输入端,所述的芯片TL3016ID的7号端口为电流信号相位处理电路(7)的信号输出端。
6.根据权利要求1所述的超高频大功率感应加热电源,其特征在于,所述的电流幅值处理电路(9)包括电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19、二极管D4、二极管D5和2个芯片OPA360,所述的电阻R12的一端同时与电流信号滤波电路(6)的信号输出端和电阻R18的一端连接,所述的电阻R12的另一端同时与第一芯片OPA360的4号端口、电阻R14的一端和二极管D4的负极连接,所述的电阻R14的另一端与同时与电阻R19的一端和二极管D5的正极连接,所述的二极管D5的负极同时与第一芯片OPA360的12号端口和二极管D4的正极连接,所述的第一芯片OPA360的5号端口与电阻R13的一端连接,所述的电阻R13的另一端接信号地SGND,所述的第一芯片OPA360的3号端口与第二芯片OPA360的6号端口连接,所述的电阻R18的另一端同时与电阻R19的另一端、电阻R16的一端和第二芯片OPA360的7号端口连接,所述的电阻R16的另一端同时与模拟信号隔离电路(10)的电流幅值信号输入端和第二芯片OPA360的10号端口连接,所述的第二芯片OPA360的8号端口与电阻R17的一端连接,所述的电阻R17的另一端接信号地SGND,所述的电阻R12的一端为电流幅值处理电路(9)的信号输入端,所述的电阻R16的另一端为电流幅值处理电路(9)的信号输出端。
7.根据权利要求1所述的超高频大功率感应加热电源,其特征在于,所述的模拟信号隔离电路(10)包括电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R23、电容C5、电容C6和光电耦合器,所述的电阻R20的一端与电流幅值处理电路(9)的信号输出端连接,所述的电阻R20的另一端同时与电容C5的一端、电阻R21的一端和电阻R22的一端连接,所述的电容C5的另一端、电阻R22的另一端和光电耦合器输入端的发光二极管的阴极连接,所述的电阻R22的另一端接信号地SGND,所述的电阻R21的另一端与光电耦合器输入端的发光二极管的阳极连接,所述的光电耦合器的输出端的光敏三极管的集电极同时与+3.3V电源和电容C6的一端连接,所述的电容C6的另一端同时与光电耦合器的输出端的光敏三极管的发射极、电阻R23的一端和处理器(11)的电流幅值信号输入端连接,所述的电阻R23的另一端接+3.3V电源地GND,所述的电容C6的另一端为模拟信号隔离电路(10)的信号输出端,所述的电阻R20的一端为模拟信号隔离电路(10)的电流幅值信号输入端。
8.根据权利要求1所述的超高频大功率感应加热电源,其特征在于,所述的光耦隔离器采用TLP421实现的。
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