CN105656340A - 用于开关电源具有调频调幅特性的触发电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于开关电源具有调频调幅特性的触发电路，包括调幅调频电路和滤波电路，所述调幅调频电路和滤波电路连接，调幅调频电路用于连接逆变电路。本发明采用一个逆变电路，在不增加高压电容容量的基础上，满足KV电路纹波电压的要求，实现了简化电路，降低成本，减小体积的目的。并能够使逆变电路中的功率开关管IGBT栅极的激励脉冲电压的幅值与IGBT的实际工作功率同步。实现了逆变电路中的功率开关管IGBT从大功率到小功率全过程的最佳激励状态，减少了功率开关管IGBT的温升，从根本上提高了电路的可靠性。

Description

用于开关电源具有调频调幅特性的触发电路

技术领域

本发明涉及一种触发电路，具体地说是用于开关电源中逆变电路的触发电路。

背景技术

工业X射线探伤机用高频高压电源的输出功率从零到几千瓦的范围内变化。因此其逆变电路中的功率开关管IGBT的工作状态也是从零到几千瓦的范围内变化，如果功率开关管IGBT栅极的激励脉冲电压的幅值不能随其功率变化而相应变化，必然导致其功率开关管IGBT在某个工作功率区间产生发热的现象，进而降低了其使用寿命。相同问题也存在于医用X射线、激光及测量用高频高压电源上，以及普通的开关电源上。

发明内容

本发明的目的是提供一种应用于开关电源的具有调频调幅特性的触发电路，解决高频高压电源逆变电路中的功率开关管IGBT寿命低的问题，提高电路可靠性、降低成本。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：用于开关电源具有调频调幅特性的触发电路，包括调幅调频电路和滤波电路，所述调幅调频电路和滤波电路连接，调幅调频电路用于连接逆变电路。

所述调幅调频电路采用定时芯片和三极管；所述定时芯片的输出端与逆变电路的输入端连接；电源端与复位端连接，还分别通过电阻与电源、放电端连接；阀值端与触发端连接，还通过电阻与放电端连接、通过电容与接地端连接；接地端经串联的两个二极管后与第一三极管的发射极连接；控制端通过电容与接地端连接，还通过电阻与第一三极管的集电极连接；第一三极管的集电极通过电阻与复位端连接，基极和发射极之间连有滤波电路。

所述滤波电路的两个输入端之间连有电容，该电容两端连有串联的电阻和另一电容，二者间的结点通过另一电阻后作为控制端的正极，电容的接地端作为控制端的负极，用于连接外部控制电路。

用于开关电源具有调频调幅特性的触发电路，还包括两个光耦芯片；第一光耦芯片的输入端用于连接整流滤波电路的输出端，正、负输出端分别通过电阻与定时芯片的电源端、放电端连接；第二光耦芯片的输入端用于连接整流滤波电路的输出端，正输出端与定时芯片的复位端连接，负输出端通过电阻与第一三极管的基极连接。

所述第一光耦芯片的正极输入端与整流滤波电路的正输出端连接，负极输入端与第二光耦芯片的负极输入端连接；第二光耦芯片的正极输入端与整流滤波电路的正输出端连接。

用于开关电源具有调频调幅特性的触发电路，还包括短路保护电路。

所述短路保护电路采用两个三极管；第二三极管的集电极与定时芯片的电源端连接，基极与第三三极管的集电极连接，还通过电阻与电源连接；第三三极管的发射极用于连接整流滤波电路的负输出端，基极通过电阻与第二三极管的发射极连接，并用于连接整流滤波电路的正输出端。

用于开关电源具有调频调幅特性的触发电路，还包括基准电压电路。

所述基准电压电路包括两个电阻和一个稳压二极管；一个电阻串接于第二光耦芯片的正极输入端与整流滤波电路的正输出端之间；另一个电阻串接于第一光耦芯片的正极输入端与整流滤波电路的正输出端之间；稳压二极管负极与第二光耦芯片的负极输入端连接，正极与整流滤波电路的负输出端连接。

所述滤波电路为电容。

本发明具有以下有益效果及优点：

1)可采用一个逆变电路，在不增加高压电容容量的基础上，满足KV电路纹波电压的要求，实现了简化电路，降低成本，减小体积的目的。

2)能够使逆变电路中的功率开关管IGBT栅极的激励脉冲电压的幅值与IGBT的实际工作功率同步。即：IGBT的实际工作功率增大的同时，其栅极的激励脉冲电压的幅值相应的增大；反之，功率减小时，其栅极的激励脉冲电压的幅值相应的减小。从而实现了逆变电路中的功率开关管IGBT从大功率到小功率全过程的最佳激励状态，减少了功率开关管IGBT的温升，从根本上提高了电路的可靠性。

3)本发明不仅可以应用在工业X射线、医用X射线、激光及测量用高频高压电源上，同时也可应用在普通的开关电源上。

附图说明

图1为本发明具有调频调幅特性的触发电路的电路图；

图2为用于恒压输出的开关电源电路的触发电路电路图；

图3为用于输出电压变化范围大的开关电源电路的触发电路电路图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。

本发明的具有调频调幅特性的触发电路，其电路连接关系如图1所示：集成电路IC₁的7脚、8脚之间连有电阻R1，还分别通过电阻R3、R2与第一光耦IC₂的发射极、集电极连接，第一光耦IC₂内的发光二极管的正负极组成该触发电路的控制端A；第四电阻R₄的两端及第三二极管负极和正极分别与集成电路IC₁的6脚和7脚相连，其2脚与6脚相连且6脚经第一电容C₁、5脚经第二电容C₂分别与1脚相连，1脚接第一二极管的D₁正极，其负极接第二二极管D₂的正极，其负极与第一三极管Q₁的发射极相连，Q₁的集电极经第六电阻R₆连接集成电路IC₁的8脚，同时还经第五电阻R₅接集成电路IC₁的5脚，Q₁的基极接第七电阻R₇的一端，其另一端接第二光耦IC₃的发射极，IC₃的集电极与集成电路IC₁的4脚相连，IC₃中的发光二极管的正负极组成控制端B；IC₁的4脚接8脚，第三电容C₃两端分别接第一三极管Q₁的发射极和基极，第八电阻R₈的一端接Q₁的基极，R₈的另一端接第四电容C₄的一端及第九电阻R₉的一端，C₄的另一端接Q₁的的发射极，Q₁的的发射极与R₉的另一端组成控制端C。电阻R₁₀的一端与集成电路IC₁的8脚相连、另一端与电源Vcc相连。

第二三极管Q₂的集电极接集成电路IC₁的8脚、基极通过第十一电阻R₁₁接供电电源Vcc；第三三极管Q₃的集电极接第二三极管Q₂的基极、第三三极管Q₃的基极通过十二电阻R₁₂接第二三极管Q₂的发射极，第二、三三极管Q₂、Q₃、第十一、二电阻R₁₁、R₁₂组成短路保护电路；第三三极管Q₃的发射极还连接第一三极管Q₁的发射极，集成电路IC₁的3脚U₀为调频调幅脉冲电压的输出端。该电路的A、B端为恒压输出电源的控制端，C端为外部控制或输出电压变化范围较大的电源的控制端。

应用实施例1

以本发明具有调频调幅特性的触发电路为核心电路组成的恒压开关电源，恒压输出：输出直流电压DC12V，最大输出电流10A；开关电源电路的连接，如图2所示：由AC220V整流滤波电路连接逆变电路，由集成电路IC₁、光耦IC₂、IC₃、三极管Q₁～Q₃、二极管D₁、D₂、电容C₁～C₃、电阻R₁～R₇、R₁₀～R₁₂组成的触发电路通过集成电路IC₁的3脚与逆变电路相连，逆变电路与12V的开关变压器电路相连，12V的开关变压器电路与12V的整流滤波电路相连，第一稳压二极管D₄、第十三电阻R₁₃及第十四电阻R₁₄组成基准电压电路。

电路的连接关系：第一稳压二极管D₄的正极接DC12V的负电压端，D₄的负极分别与控制端A中第一光耦IC₂发光二极管的负极、控制端B中第二光耦IC₃发光二极管的负极相连，第十三电阻R₁₃的一端和第十四电阻R₁₄的一端与DC12V的正电压端相连，R₁₄的另一端与控制端A第一光耦IC₂中发光二极管的正极相连，R₁₃的另一端与控制端B第二光耦IC₃中发光二极管的正极相连，第二三极管Q₂的发射极接DC12V的正电压端，第三三极管Q₃的发射极接DC12V的负电压端。三极管Q₂Q₃电阻R₁₁R₁₂组成短路保护电路。该开关电源在采用图1所示的触发电路的控制端A、B，已经能够完成DC12V恒压输出，因此不必保留控制端C中的电容C₄、电阻R₈、R₉。

当DC12V电压升高时，由于流过光耦IC₂、IC₃的电流增加，使IC₂、IC₃的等效电阻值变小。一方面，由于IC₂的等效电阻与R₂、R₃的串联值减小，使其与R₁并联值减小，结果使IC₁工作频率升高，同时使流经IC₁的电流I_IC1增大；另一方面，由于IC₃的等效电阻变小，使Q₁集电极电流I_C升高，电阻R₆上的压降增大使5脚电压下降，结果使IC₁工作频率进一步的升高，流经IC₁的电流I_IC1与Q₁集电极电流I_C增大使电阻R₁₀上的压降明显增大，并使8脚电压下降，最终使集成电路IC₁的3脚输出的激励脉冲电压的幅值明显减小的同时，工作频率明显的增高。上述两方面的变化使逆变电路和开关变压器电路输出的交流电压的幅值明显的减小，经整流滤波电路后的直流电压跟着下降至DC12V后，上述调整过程结束。

当DC12V电压下降时，由于流过光耦IC₂、IC₃的电流减小，使IC₂、IC₃的等效电阻值变大。一方面，由于IC₂的等效电阻与R₂、R₃的串联值变大，使其与R₁并联值增大，结果使IC₁工作频率降低，同时使流经IC₁的电流I_IC1减小；另一方面，由于IC₃的等效电阻增大，使Q₁集电极电流I_C降低，电阻R₆上的压降减小，使5脚电压升高，结果使IC₁工作频率进一步的降低，I_IC1与I_C减小使电阻R₁₀上的压降明显减小，结果使8脚电压升高，最终使IC₁的3脚输出的激励脉冲电压的幅值明显增大的同时，工作频率明显的降低。上述两方面的变化使逆变电路及开关变压器电路输出的交流电压的幅值明显的增大，经整流滤波电路后的直流电压跟着增加至DC12V后，上述调整过程结束。

正常工作时，晶体管Q₂截止，Q₃导通，当直流输出端DC12V正负端短路时，Q₃由导通变为截止，Q₂由截止变为导通；结果使IC₁的8脚对DC12V负端短路后，IC₁停止工作，实现了短路保护的作用，当故障排除后电路自动恢复正常工作。

应用实施例2

是输出电压变化范围大的开关电源：以具有调频调幅特性的触发电路为核心组成的输出直流电压DC0～400V连续可调、最大输出电流1A的开关电源，如图3所示。

图3中输出直流电压DC0～400V连续可调最大输出电流1A的开关电源电路的连接：AC220V整流滤波电路连接逆变电路、集成电路IC₁、晶体三极管Q₁、二极管D₁、D₂电容C₁～C₄、电阻R₁、R₄～R₆、R₈～R₁₀组成触发电路通过集成电路IC₁的3脚与逆变电路相连，逆变电路与0～400V的开关变压器电路相连，0～400V的开关变压器电路与0～400V的整流滤波电路相连，控制端C与外部控制台相连。该开关电源采用图1所示控制端C来完成DC0～400V连续可调的功能。该触发电路控制端A、B中的光耦IC₂、IC₃、电阻R₂、R₃、R₇及短路保护电路三极管Q₂、Q₃电阻R₁₁、R₁₂没有被采用。

当控制端C电压升高时，晶体三极管Q₁的集电极电流I_C增大，I_C增大一方面由于电阻R₁₀上的压降增大，8脚工作电压下降，另一方面由于电阻R₆上的压降增大使5脚电压下降IC₁的工作频率增加，逆变电路激励脉冲电压频率的增加和幅值的下降，使逆变电路和变压器电路输出的交流电压的幅值下降，经整流滤波后的直流电压下降，当C端电压升高至某一电压值时，输出电压降至0V；反之，当控制端C的电压降低时，晶体三极管Q₁的集电极电流I_C减小，I_C的减小一方面由于电阻R₁₀上的压降减小，8脚工作电压升高，另一方面由于电阻R₆上的压降减小使5脚电压升高IC₁的工作频率减小，逆变电路激励脉冲电压频率的减小和幅值的增加，使逆变电路和变压器电路输出的交流电压的幅值升高，经整流滤波后的直流电压升高，当C端电压降低至某一电压值时，输出电压升高至400V。从而实现了外部控制电路调整其输出电压在0～400V的范围内变化。

Claims (10)

1.用于开关电源具有调频调幅特性的触发电路，其特征在于：包括调幅调频电路和滤波电路，所述调幅调频电路和滤波电路连接，调幅调频电路用于连接逆变电路。

2.根据权利要求1所述的用于开关电源具有调频调幅特性的触发电路，其特征在于所述调幅调频电路采用定时芯片(IC1)和三极管；所述定时芯片(IC1)的输出端(脚3)与逆变电路的输入端连接；电源端(脚8)与复位端(脚4)连接，还分别通过电阻(R10、R1)与电源、放电端(脚7)连接；阀值端(脚6)与触发端(脚2)连接，还通过电阻(R4)与放电端(脚7)连接、通过电容(C1)与接地端(脚1)连接；接地端(脚1)经串联的两个二极管后与第一三极管(Q1)的发射极连接；控制端(脚5)通过电容(C2)与接地端(脚1)连接，还通过电阻(R5)与第一三极管(Q1)的集电极连接；第一三极管(Q1)的集电极通过电阻(R6)与复位端(脚4)连接，基极和发射极之间连有滤波电路。

3.根据权利要求2所述的用于开关电源具有调频调幅特性的触发电路，其特征在于所述滤波电路的两个输入端之间连有电容(C3)，该电容两端连有串联的电阻(R8)和另一电容(C4)，二者间的结点通过另一电阻(R9)后作为控制端的正极，电容(C3)的接地端作为控制端的负极，用于连接外部控制电路。

4.根据权利要求2所述的用于开关电源具有调频调幅特性的触发电路，其特征在于还包括两个光耦芯片；第一光耦芯片(IC2)的输入端用于连接整流滤波电路的输出端，正、负输出端分别通过电阻(R2、R3)与定时芯片(IC1)的电源端(脚8)、放电端(脚7)连接；第二光耦芯片(IC3)的输入端用于连接整流滤波电路的输出端，正输出端与定时芯片(IC1)的复位端(脚4)连接，负输出端通过电阻(R7)与第一三极管(Q1)的基极连接。

5.根据权利要求4所述的用于开关电源具有调频调幅特性的触发电路，其特征在于所述第一光耦芯片(IC2)的正极输入端与整流滤波电路的正输出端连接，负极输入端与第二光耦芯片(IC3)的负极输入端连接；第二光耦芯片(IC3)的正极输入端与整流滤波电路的正输出端连接。

6.根据权利要求2所述的用于开关电源具有调频调幅特性的触发电路，其特征在于还包括短路保护电路。

7.根据权利要求6所述的用于开关电源具有调频调幅特性的触发电路，其特征在于所述短路保护电路采用两个三极管；第二三极管(Q2)的集电极与定时芯片(IC1)的电源端(脚8)连接，基极与第三三极管(Q3)的集电极连接，还通过电阻(R11)与电源连接；第三三极管(Q3)的发射极用于连接整流滤波电路的负输出端，基极通过电阻(R12)与第二三极管(Q2)的发射极连接，并用于连接整流滤波电路的正输出端。

8.根据权利要求6所述的用于开关电源具有调频调幅特性的触发电路，其特征在于还包括基准电压电路。

9.根据权利要求8所述的用于开关电源具有调频调幅特性的触发电路，其特征在于所述基准电压电路包括两个电阻和一个稳压二极管；一个电阻(R13)串接于第二光耦芯片(IC3)的正极输入端与整流滤波电路的正输出端之间；另一个电阻(R14)串接于第一光耦芯片(IC2)的正极输入端与整流滤波电路的正输出端之间；稳压二极管(D4)负极与第二光耦芯片(IC3)的负极输入端连接，正极与整流滤波电路的负输出端连接。

10.根据权利要求2所述的用于开关电源具有调频调幅特性的触发电路，其特征在于所述滤波电路为电容(C3)。