CN111224552A - 高压驱动电路及电器设备 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种高压驱动电路及电器设备，高压驱动电路包括变压器、控制开关、采样电阻、过流检测电路、升压电路和控制器，变压器包括初级绕组和次级绕组。过流检测电路用于对流经初级绕组的电流进行检测，并在出现过电流时控制控制开关断开，以及输出保护信号至控制器；控制器用于输出脉宽调制信号至控制开关的控制端，以控制控制开关的通断；以及在接收到保护信号后停止输出脉宽调制信号；升压电路用于对变压器的次级绕组输出的电压进行升压后输出。当高压驱动电路出现过流现象时，过流检测电路及时控制控制开关关断，断开电源以达到保护的作用，提高了高压驱动电路的运行安全可靠性。

Description

高压驱动电路及电器设备
技术领域
本申请涉及智能电器设备技术领域，特别是涉及一种高压驱动电路及电器设备。
背景技术
随着科技的发展和社会的不断进步，越来越多电子设备需要采用高压驱动，然而高压驱动需要足够稳定以及安全的情况下才能更好运用到高压电子设备中。当需要获得高压来驱动设备时，安全以及成本问题往往是两个决定性的因素。在生活中，无处不在的静电、瞬间冲击的电流等，对我们日常生活中所使用的设备都会容易造成严重的损害，而当我们需要使用到如此之类的设备时，高压驱动电容往往容易受外界因素干扰。这种情况下更需要我们将安全放在第一位，将高压设备驱动的安全做好，使其能更好地服务我们的日常生活。如何提高高压驱动电路运行的安全可靠性，是一个亟待解决的问题。
发明内容
基于此，有必要针对传统的高压驱动电路容易受外界因素干扰的问题，提供一种可提高运行安全可靠性的高压驱动电路及电器设备。
一种高压驱动电路，包括变压器、控制开关、采样电阻、过流检测电路、升压电路和控制器，所述变压器包括初级绕组和次级绕组；
所述初级绕组的一端连接电源接入端，所述初级绕组的另一端连接所述控制开关的第一端，所述次级绕组的两端连接所述升压电路；所述控制开关的控制端连接所述控制器，所述采样电阻的一端连接所述控制开关的第二端以及所述过流检测电路，所述采样电阻的另一端接地，所述过流检测电路连接所述控制开关的控制端和所述控制器；
所述过流检测电路用于对流经所述初级绕组的电流进行检测，并在出现过电流时控制所述控制开关断开，以及输出保护信号至所述控制器；所述控制器用于输出脉宽调制信号至所述控制开关的控制端，以控制所述控制开关的通断；以及在接收到所述保护信号后停止输出脉宽调制信号；所述升压电路用于对所述变压器的次级绕组输出的电压进行升压后输出。
在其中一个实施例中，高压驱动电路还包括RCD电路，所述RCD电路连接所述初级绕组的两端。
在其中一个实施例中，所述RCD电路包括吸收电容、吸收电阻和第一单向二极管，所述吸收电阻一端连接所述初级绕组的一端，所述吸收电阻另一端连接所述第一单向二极管的阴极，所述第一单向二极管的阳极连接所述初级绕组的另一端；所述吸收电容与所述吸收电阻并联。
在其中一个实施例中，所述过流检测电路包括触发器和电压放大器，所述电压放大器的同相输入端连接所述采样电阻和所述控制开关的公共端，所述电压放大器的输出端连接所述触发器，所述触发器连接所述控制开关的控制端和所述控制器。
在其中一个实施例中，所述升压电路包括第二单向二极管、第三单向二极管、第一储能电容和第二储能电容，所述次级绕组的一端连接所述第二单向二极管的阴极和所述第三单向二极管的阳极，所述次级绕组的另一端连接所述第一储能电容的一端和所述第二储能电容的一端，所述第二单向二极管的阳极连接输出负极，所述第三单向二极管的阴极连接输出正极，所述第一储能电容的另一端连接所述输出正极，所述第二储能电容的另一端连接所述输出负极。
在其中一个实施例中，高压驱动电路还包括寄生电容，所述寄生电容的一端连接所述控制开关的第一端，所述寄生电容的另一端连接所述控制开关的第二端。
在其中一个实施例中，所述控制开关为IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)管。
在其中一个实施例中，所述控制器为MCU(Micro Control Unit，微控制单元)。
一种电器设备，包括上述高压驱动电路。
在其中一个实施例中，所述电器设备为静电吸尘器。
上述高压驱动电路及电器设备，控制器输出脉宽调制信号控制控制开关的通断，升压电路对变压器的次级绕组输出的电压进行升压后输出。过流检测电路用于对流经初级绕组的电流进行检测，并在出现过电流时控制控制开关断开，以及输出保护信号至控制器，控制器在接收到保护信号后停止输出脉宽调制信号。当高压驱动电路出现过流现象时，过流检测电路及时控制控制开关关断，断开电源以达到保护的作用，提高了高压驱动电路的运行安全可靠性。
附图说明
图1为一实施例中高压驱动电路的结构原理图；
图2为另一实施例中高压驱动电路的结构原理图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在一个实施例中，提供了一种高压驱动电路，用作对接入的外部电源进行升压后输出，来驱动需要高压驱动的电子设备。如图1所示，高压驱动电路包括变压器TR1、控制开关M2、采样电阻R1、过流检测电路110、升压电路120和控制器130，变压器TR1包括初级绕组Np和次级绕组Ns。初级绕组Np的一端连接电源接入端DC，初级绕组Np的另一端连接控制开关M2的第一端，次级绕组Ns的两端连接升压电路120；控制开关M2的控制端连接控制器130，采样电阻R1的一端连接控制开关M2的第二端以及过流检测电路110，采样电阻R1的另一端接地，过流检测电路110连接控制开关M2的控制端和控制器130。
过流检测电路110用于对流经初级绕组Np的电流进行检测，并在出现过电流时控制控制开关M2断开，以及输出保护信号至控制器130；控制器130用于输出脉宽调制信号至控制开关M2的控制端，以控制控制开关M2的通断，以及在接收到保护信号后停止输出脉宽调制信号；升压电路120用于对变压器TR1的次级绕组Ns输出的电压进行升压后输出。
具体地，过流现象包括静电、瞬间冲击、漏感等原因引起的过流。高压驱动电路在未出现过流时，控制器130输出脉宽调制信号至控制开关M2的控制端，以控制控制开关M2的通断。变压器TR1的次级绕组Ns输出的感应电压经升压电路120升压处理后输出，以供用作驱动需要高压驱动的电子设备。与此同时，利用采样电阻R1和过流检测电路110实时对流经初级绕组Np的电流进行检测，在检测到出现过流时控制控制开关M2关断从而断开电源，同时输出保护信号至控制器130，以使控制器130停止输出脉宽调制信号。
此外，当过流现象消失后，过流检测电路110还使控制开关M2恢复正常工作状态，并发送恢复信号至控制器130，以使控制器130继续输出脉宽调制信号对控制开关M2进行通断控制。
其中，升压电路120输出的升压后的电压幅值并不唯一，可以是4KV或8KV等，具体可根据电子设备所需的驱动高压来设置。控制开关M2和控制器130的具体类型并不唯一，控制开关M2可以是三极管或MOS管等器件，控制器130可以是MCU或CPU(Central ProcessingUnit，中央处理器)等处理器。在一个实施例中，控制开关M2为IGBT管。进一步地，在一个实施例中，控制器130为MCU。
上述高压驱动电路，当高压驱动电路出现过流现象时，过流检测电路110及时控制控制开关M2关断，断开电源以达到保护的作用，提高了高压驱动电路的运行安全可靠性。
在一个实施例中，高压驱动电路还包括RCD电路140，RCD电路140连接初级绕组Np的两端。利用RCD电路140吸收变压器TR1产生的漏感，同样可提高高压驱动电路的运行可靠性。RCD电路140的具体结构并不唯一，在一个实施例中，如图2所示，RCD电路140包括吸收电容C1、吸收电阻R2和第一单向二极管D1，吸收电阻R2一端连接初级绕组Np的一端，吸收电阻R2另一端连接第一单向二极管D1的阴极，第一单向二极管D1的阳极连接初级绕组Np的另一端，吸收电容C1与吸收电阻R2并联。利用吸收电容C1、吸收电阻R2和第一单向二极管D1对变压器TR1产生的漏感进行吸收，结构简单可靠、成本低。
在一个实施例中，继续参照图2，过流检测电路110包括触发器U1和电压放大器U2-B，电压放大器U2-B的同相输入端+连接采样电阻R1和控制开关M2的公共端，电压放大器U2-B的输出端连接触发器U1，触发器U1连接控制开关M2的控制端和控制器130。在其他实施例中，触发器U1也可采用三极管等元器件替代。
具体地，电压放大器U2-B的同相输入端+连接采样电阻R1，电压放大器U2-B的反相输入端-接入参考电压refV，电压放大器U2-B的输出端连接触发器U1的S端，触发器U1的R端接地，触发器U1的Q端连接控制开关M2的控制端以及控制器130。采用电压放大器U2-B以及触发器U1进行控制开关M2的自关断，达到快速响应，高精度过流保护功能效果。
在一个实施例中，升压电路120包括第二单向二极管D2、第三单向二极管D3、第一储能电容C3和第二储能电容C4，次级绕组Ns的一端连接第二单向二极管D2的阴极和第三单向二极管D3的阳极，次级绕组Ns的另一端连接第一储能电容C3的一端和第二储能电容C4的一端，第二单向二极管D2的阳极连接输出负极V-，第三单向二极管D3的阴极连接输出正极V+，第一储能电容C3的另一端连接输出正极V+，第二储能电容C4的另一端连接输出负极V-。只需两个电容器简单组成的倍压器获取高压，解决了因过多元器件而导致高压驱动电路成本高的问题。
此外，在一个实施例中，高压驱动电路还包括寄生电容C2，寄生电容C2的一端连接控制开关M2的第一端，寄生电容C2的另一端连接控制开关M2的第二端。
为便于更好地理解上述高压驱动电路，下面结合具体实施例进行详细解释说明。
如图2所示为高压驱动电路的原理图，高压驱动电路主要包括：
DC：电源输入端，上+下-；D1、D2、D3：单向二极管；C2：寄生电容；M2:控制开关(具体为IGBT管)；R1：采样电阻；U1：触发器；U2-B：电压放大器；TR1：变压器；C3、C4：充电电容。其中，采样电阻R1、触发器U1以及电压放大器U2-B组成过流检测部分，单向二极管D1、电阻R2以及电容C1组成一个RCD电路，吸收部分漏感。
正常工作情况，MCU调节PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)波频率输出控制控制开关M2的通断。控制开关M2开通，变压器TR1的初级线圈进行充电；根据变压器电流比等于匝数比的倒数以及同名端特性，变压器TR1次级可以得到感应电流，根据公式：
Ip＝Ns/Np*Is
其中，Ns/Np表示次级线圈与初级线圈的匝数比，Ip为初级侧电流，Is为次级侧电流。此时电流正向通过二极管D3，二极管D2反向截止，电容器C3处于充电状态，可以得到4KV高压。
控制开关M2关断，变压器TR1的初级线圈进行放电；根据变压器电流比等于匝数比的倒数以及同名端特性，变压器TR1次级可以得到反向的感应电流，同理可根据公式：
Ip＝Ns/Np*Is
此时电流正向通过二极管D2，二极管D3反向截止，电容器C4处于充电状态，可以得到4KV高压。
另外，得到高压的储能电容同时释放能量后，便可以得到高达8KV的高压，来驱动需要高压驱动的电子设备，例如静电吸尘器。
过流情况:当过流时，因变压器TR1的二次侧获得高压的同时，也会对一次侧产生一个反向电流，就是通常所说的漏感的由来。当控制开关M2开通的时候，产生的电压值等于电源电压加上变压器TR1次级反馈的电压，瞬间会产生一个漏感电压的同时会导致电流过大，容易产生高压火花，造成损坏元器件等后果。电流留经采样电阻R1，当达到一定的值，采样电阻R1采样电压值并由电压放大器U2-B进行对比比较，当采样电压大于原来设定的refV电压值，电压放大器U2-B输出与原来相反的信号，输出高电平或者低电平来使触发器U1输出一个低电平，将IGBT管进行关断，断开电源以达到保护的作用。利用运放以及触发器进行处理，精度较高，有利掌握尖峰电流的参数大小，保护元器件。当触发器U1输出一个异常电平的时候，同时传送到给MCU，MCU控制停止输出/调节PWM波。
当过流结束后，采样电阻分压变小，此时电压放大器的同相输入端+的电压值小于基准电压refV，电压放大器U2-B恢复原来的输出电平，触发器U1恢复原来的电平，使IGBT管恢复正常工作状态。当触发器U1恢复原来状态的时候，同时传送到给MCU，MCU控制继续输出/调节PWM波。
上述高压驱动电路，利用电压放大器U2-B以及触发器U1就可以进行对PWM波的控制/调节，对次级反馈回来的瞬间高压火花进行检测，当达到设定值时进行处理，时间迅速、精度高而且能自恢复。避免了高压产生高压火花带来的影响，提高安全性。此外，还能轻松得到8KV高压电源，电路简单，元器件较少，成本优势明显。
高压驱动电路利用采样电阻感应高压火花，使用过电流检测电路110关闭电源，解决因高压变压器反馈产生的高压火花而导致瞬间过流对电路的影响。采用电压放大器U2-B以及触发器U1进行IGBT管的自关断控制，达到快速响应，高精度达到过流保护功能效果。而且，只需两个电容器简单组成的倍压器获取高压，解决因过多元器件导致高压驱动电路的高成本问题。
在一个实施例中，还提供了一种电器设备，包括上述高压驱动电路。电器设备具体可以是需要高压驱动的电子设备，本实施例中，电器设备为静电吸尘器。
上述电器设备，当高压驱动电路出现过流现象时，过流检测电路110及时控制控制开关M2关断，断开电源以达到保护的作用，提高了高压驱动电路的运行安全可靠性。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种高压驱动电路，其特征在于，包括变压器、控制开关、采样电阻、过流检测电路、升压电路和控制器，所述变压器包括初级绕组和次级绕组；
所述初级绕组的一端连接电源接入端，所述初级绕组的另一端连接所述控制开关的第一端，所述次级绕组的两端连接所述升压电路；所述控制开关的控制端连接所述控制器，所述采样电阻的一端连接所述控制开关的第二端以及所述过流检测电路，所述采样电阻的另一端接地，所述过流检测电路连接所述控制开关的控制端和所述控制器；
所述过流检测电路用于对流经所述初级绕组的电流进行检测，并在出现过电流时控制所述控制开关断开，以及输出保护信号至所述控制器；所述控制器用于输出脉宽调制信号至所述控制开关的控制端，以控制所述控制开关的通断；以及在接收到所述保护信号后停止输出脉宽调制信号；所述升压电路用于对所述变压器的次级绕组输出的电压进行升压后输出。
2.根据权利要求1所述的高压驱动电路，其特征在于，还包括RCD电路，所述RCD电路连接所述初级绕组的两端。
3.根据权利要求2所述的高压驱动电路，其特征在于，所述RCD电路包括吸收电容、吸收电阻和第一单向二极管，所述吸收电阻一端连接所述初级绕组的一端，所述吸收电阻另一端连接所述第一单向二极管的阴极，所述第一单向二极管的阳极连接所述初级绕组的另一端；所述吸收电容与所述吸收电阻并联。
4.根据权利要求1所述的高压驱动电路，其特征在于，所述过流检测电路包括触发器和电压放大器，所述电压放大器的同相输入端连接所述采样电阻和所述控制开关的公共端，所述电压放大器的输出端连接所述触发器，所述触发器连接所述控制开关的控制端和所述控制器。
5.根据权利要求1所述的高压驱动电路，其特征在于，所述升压电路包括第二单向二极管、第三单向二极管、第一储能电容和第二储能电容，所述次级绕组的一端连接所述第二单向二极管的阴极和所述第三单向二极管的阳极，所述次级绕组的另一端连接所述第一储能电容的一端和所述第二储能电容的一端，所述第二单向二极管的阳极连接输出负极，所述第三单向二极管的阴极连接输出正极，所述第一储能电容的另一端连接所述输出正极，所述第二储能电容的另一端连接所述输出负极。
6.根据权利要求1所述的高压驱动电路，其特征在于，还包括寄生电容，所述寄生电容的一端连接所述控制开关的第一端，所述寄生电容的另一端连接所述控制开关的第二端。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的高压驱动电路，其特征在于，所述控制开关为IGBT管。
8.根据权利要求1-6任意一项所述的高压驱动电路，其特征在于，所述控制器为MCU。
9.一种电器设备，其特征在于，包括权利要求1-8任意一项所述的高压驱动电路。
10.根据权利要求9所述的电器设备，其特征在于，所述电器设备为静电吸尘器。
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