CN109343611A - 宽电压开关控制型恒电阻加热控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种宽电压开关控制型恒电阻加热控制电路，宽电压开关控制电路的输出电压输入到惠斯通电桥电路中；同时，由取样电阻对宽电压开关控制电路的输出电压取样得到取样电压；惠斯通电桥电路中包括由加热器电阻在内的四个电阻形成四个桥臂的电桥；电桥输出加热器电压和定值电压；定值电压、加热器电压输入至积分放大器电路运算放大；取样电压、基准源电路输出电压、积分放大器电路的输出信号经加减法电路运算放大后反馈至宽电压开关控制电路中的开关控制器控制端。本专利采用宽电压开关式电路，MOS管工作在开关状态，降低损耗，应用脉宽调制驱动信号的占空比来调节输出电压相对稳定，保障电压宽范围输入。

Description

宽电压开关控制型恒电阻加热控制电路

技术领域

本发明涉及一种宽电压开关控制型恒电阻加热控制电路。

背景技术

目前的恒电阻加热控制电路在电路设计时，通常使用电桥电路，放大和电压调整技术来保证加热电阻的恒定，采用软启动模式控制加热温度缓慢上升。但输出电压调节电路由于调整管工作在线性区，在负载电流较大时，调整管的集电极损耗相当大；供电输入电压范围窄。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种宽电压开关控制型恒电阻加热控制电路，采用宽电压开关式电路，调整管工作在开关状态，降低损耗，应用脉宽调制驱动信号的占空比来调节输出电压相对稳定，保障电压宽范围输入。

实现本发明目的的技术方案：

一种宽电压开关控制型恒电阻加热控制电路，其特征是，包括宽电压开关控制电路、惠斯通电桥电路、积分放大器电路和加减法电路；

宽电压开关控制电路包括由开关控制器控制的MOS管；

宽电压开关控制电路的输出电压输入到惠斯通电桥电路中；同时，由取样电阻对宽电压开关控制电路的输出电压取样得到取样电压U_取样；

惠斯通电桥电路中包括由加热器电阻在内的四个电阻形成四个桥臂的电桥；电桥输出一随加热器阻值R_加热器的变化而改变的加热器电压U_加热器和一定值电压U_R3；定值电压U_R3、加热器电压U_加热器输入至积分放大器电路运算放大；

取样电压U_取样、基准源电路输出电压U_基准源、积分放大器电路的输出信号经加减法电路中运算放大后反馈至宽电压开关控制电路中的开关控制器控制端。

宽电压开关控制电路还包括电源转换器和变压器；

输入电压由电源转换器转换成开关控制器所需的工作电压，通过开关控制器控制MOS管的开关，MOS管的漏极输出经变压器隔离转换后输出电压。

输入电压经过电源滤波滤除高频干扰信号后再输入电源转换器。

积分放大器电路包括第二运算放大器；

定值电压U_R3、加热器电压U_加热器分别作为第二运算放大器的一个输入端，第二运算放大器输出信号输入至加减法电路中。

积分放大器电路中还包含由两个二极管组成的双向限幅电路，双向限幅电路跨接在第二运放的两个输入端。

加减法电路包括第一运算放大器和基准源电路；加减法电路中的运算放大由第一运算放大器实现。

取样电压U_取样和基准源电路输出电压U_基准源共接在第一运算放大器的同相端；第二运算放大器输出信号连接至第一运放的反相端；第一运算放大器的输出信号反馈至宽电压开关控制电路中的开关控制器控制端。

本发明的优点为：

本专利采用宽电压开关式电路，MOS管工作在开关状态，降低损耗，应用脉宽调制驱动信号的占空比来调节输出电压相对稳定，保障电压宽范围输入。

附图说明

图1为宽电压开关控制型恒电阻加热电路原理框图；

图2为宽电压开关控制型恒电阻加热电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

由图1所示，本专利是宽电压开关控制型恒电阻加热电路，主要包括宽电压开关控制电路1、惠斯通电桥电路2、积分放大器电路4、加减法电路3等几部分组成。

图2为本专利的电路原理图，图中，宽电压开关控制电路1包括电源滤波，电源转换，开关控制器，整流滤波，电阻R12、R13、R14、R15，MOS管V1和变压器T1。惠斯通电桥电路2包括电阻R1、R2、R3和加热器电阻。积分放大器电路4包括电容C1、C2，运放N2，二极管V2、V3和电阻R4、R5。加减法电路3包括电阻R6、R7、R8、R9、R10、R11，运放N1和基准源N3。

宽电压开关控制电路1原理：宽输入电压经过电源滤波滤除高频干扰信号后，通过电源转换变成开关控制器所需的工作电压，再通过开关控制器控制MOS管V1的开关，变压器T1隔离转换，而后经过整流滤波输出电压。电阻R12、R13是取样电路，取样的取样电压U_取样反馈到加减法电路3，再作用于开关控制器的FB端，实现对输出电压的调节。调整管V1工作在开关状态，管耗主要发生在状态开与关的转换过程中，降低电路损耗。宽电压开关控制电路1的输出电压由脉宽调制驱动信号的占空比来调节。输出电压由于输入电压的变化而引起的不稳定，可以通过调节脉冲宽度来进行补偿。在供电电压宽范围变化时，电路仍能够保证具有稳定的输出电压。

惠斯通电桥电路2原理：宽电压开关控制电路1的输出电压U₂输入到惠斯通电桥电路2，电阻R1、R2、R3和加热器电阻是电桥的四个桥臂，电桥的输出电压即电阻R3、加热器端的输出电压，分别为U_R3、U_加热器，计算公式如下：

因为R1、R3电阻值为定值，所以U_R3电压为定值，U_加热器电压值随着加热器阻值R_加热器的变化而改变。

积分放大器电路4原理：惠斯通电桥电路2的输出电压输入到积分放大器电路4。其中，定值电压U_R3输入至运放N2的同相端，加热器电压U_加热器输入至运放N2的反相端。利用虚断概念，由于运放N2的输入电阻阻值很高，流经两输入端之间的电流相等约等于0，同相输入端电压约为U_R3；利用虚短概念，反相端电压与同相端电压相等为U_R3。假设电容C2初始电压U_c(0),输出电压U₀为

当温度升高，加热器电阻变大，加热器电压U_加热器增大，由公式(4)可知，积分放大电路输出电压U₀减小。当温度降低，加热器电阻变小，加热器电压U_加热器减小，由公式(4)可知，积分放大器电路4输出电压U₀增大。

利用V2、V3二极管组成的双向限幅电路，运放N2输入端的信号幅度受到限制，可防止电压过大造成的运放性能恶化。

加减法电路3原理：宽电压开关控制电路1取样的输出电压U_取样和电阻R8、R9、基准源N3构成的基准源电路输出电压U_基准源共接在运放N1的同相端，即同相端电压为取样电压U_取样与基准源电路输出电压U_基准源二者之和；电阻R6、R7与运放N1组成反馈放大电路反馈至宽电压开关控制电路1中的开关控制器FB端，则反馈放大电路的输出电压U₃的计算公式为：

当加热器电压U_加热器增大，U₀减小，根据公式(5)可知U₃电压增大，反馈到开关控制器FB端的电压增大，经过开关控制器调节，输出电压U₂减小，即加热器电压U_加热器降低。当加热器电压U_加热器减小，U₀增大，根据公式(5)可知U₃电压减小，反馈到开关控制器FB端的电压减小，经过开关控制器调节，输出电压U₂增大，即加热器电压U_加热器变大。

以此来调节加热器电阻大小，使电阻保持动态平衡，加热温度稳定。加热温度升高，加热器电阻的调节过程可表示为：

本发明创新性主要体现在采用开关式电路，MOS管V1工作在开关状态，管耗主要发生在状态开与关的转换过程中，降低电路损耗；输入电压的范围宽，电路的输出电压相对稳定不随供电电压大幅度变化。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种宽电压开关控制型恒电阻加热控制电路，其特征是，包括宽电压开关控制电路、惠斯通电桥电路、积分放大器电路和加减法电路；

宽电压开关控制电路包括由开关控制器控制的MOS管；

宽电压开关控制电路的输出电压输入到惠斯通电桥电路中；同时，由取样电阻对宽电压开关控制电路的输出电压取样得到取样电压U_取样；

惠斯通电桥电路中包括由加热器电阻在内的四个电阻形成四个桥臂的电桥；电桥输出一随加热器阻值R_加热器的变化而改变的加热器电压U_加热器和一定值电压U_R3；定值电压U_R3、加热器电压U_加热器输入至积分放大器电路运算放大；

取样电压U_取样、基准源电路输出电压U_基准源、积分放大器电路的输出信号经加减法电路运算放大后反馈至宽电压开关控制电路中的开关控制器控制端。

2.根据权利要求1所述的宽电压开关控制型恒电阻加热控制电路，其特征是，宽电压开关控制电路还包括电源转换器和变压器；

输入电压由电源转换器转换成开关控制器所需的工作电压，通过开关控制器控制MOS管的开关，MOS管的漏极输出经变压器隔离转换后输出电压。

3.根据权利要求2所述的宽电压开关控制型恒电阻加热控制电路，其特征是，输入电压经过电源滤波滤除高频干扰信号后再输入电源转换器。

4.根据权利要求1所述的宽电压开关控制型恒电阻加热控制电路，其特征是，积分放大器电路包括第二运算放大器；

定值电压U_R3、加热器电压U_加热器分别作为第二运算放大器的一个输入端，第二运算放大器输出信号输入至加减法电路中。

5.根据权利要求4所述的宽电压开关控制型恒电阻加热控制电路，其特征是，积分放大器电路中还包含由两个二极管组成的双向限幅电路，双向限幅电路跨接在第二运放的两个输入端。

6.根据权利要求4所述的宽电压开关控制型恒电阻加热控制电路，其特征是，加减法电路包括第一运算放大器和基准源电路；

取样电压U_取样和基准源电路输出电压U_基准源共接在第一运算放大器的同相端；第二运算放大器输出信号连接至第一运放的反相端；第一运算放大器的输出信号反馈至宽电压开关控制电路中的开关控制器控制端。