CN112327993A - 一种微型加热芯片自由可调功率的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微型加热芯片自由可调功率的方法和装置，包括：辅助电源电路、主控芯片电路、电气隔离电路、缓冲保护电路、电源芯片电路及微型加热芯片，利用低压控制电路和高压调压电路构成并联结构取代传统串联结构的电源供电方式，不仅可以实现对微型加热芯片端进行更安全稳定的供电，并且提高了该装置电源的总体效率；主控芯片电路与电源芯片电路之间通过电气隔离电路进行电气隔离，实现低压控制高压，微型加热芯片端的电压可在0‑220V之间可调，使得微型加热芯片在不同功率下实现加热温度的可控变化。
Description
技术领域
本发明提供了一种微型加热芯片自由可调功率的方法和装置。
背景技术
各类电子电路的控制板供电电源基本是直流供电，如由交流电源经整流输出的低压直流电源，或是采用电池供电方式等。目前，市面上的可调直流电压源通常是0-12V或0-30V的低压范围，采用DC-DC转换电路或者低压差线性稳压器（LDO）实现直流输入电源的降压或者升压，然后再给微型加热芯片进行供电。并且，如图1的电源拓扑结构，市面上的流行的串联式低压范围可调直流电源工作在低压时，其系统电源整体效率并不高。
对于气体传感器领域来说，微型加热芯片往往起着至关重要的作用。因为各种气敏材料与目标气体反应时往往需要活化能，这使得各个气体传感器节点的响应程度都非常依赖于工作温度。工作温度过低时，气体响应也会较低，而工作温度过高时，又可能导致气敏材料的烧结效应，影响气敏特性。通常在气体传感器实验中，是通过设定各个传感器节点与微型加热芯片的距离来控制传感器节点的工作温度，但是这种办法操作繁琐、且精度较差。本发明可以提供一种微型加热芯片自由可调功率的方法和装置，通过对于电源供电电压的调控，使得微型加热芯片可以工作在不同功率从而产生不同的温度环境；另外对于微型加热芯片自由可调功率的方法和装置，在大范围可调电压的情况下，不管使用低压还是高压，都应该可以电源效率。
发明内容
本发明提供一种微型加热芯片自由可调功率的方法和装置。该方法和装置通过电气隔离使控制电路工作在低压状态而又能控制高压电路，通过缓冲保护电路使驱动电路能够正常工作，并且一旦发生微型加热芯片端电流超过3A时就自动关闭电路。
本发明采用的技术方案是一种微型加热芯片自由可调功率的方法和装置，其特征在于：辅助电源电路、主控芯片电路、电气隔离电路、缓冲保护电路、电源芯片电路及微型加热芯片。其中，辅助电源电路和主控芯片电路组成低压控制电路，缓冲保护电路和电源芯片电路组成高压调压电路。外接交流电源连接辅助电源电路和缓冲保护电路的输入端提供电源；辅助电源电路的输出端连接主控芯片电路的输入端，主控芯片电路的输出端通过电气隔离电路连接电源芯片电路的使能端，电气隔离电路可以保证主控芯片电路调控电源芯片电路的安全可靠性；缓冲保护电路的输出端连接电源芯片电路的输入端，电源芯片电路的输出端连接微型加热芯片。其中，所述微型加热芯片处设置有采样电阻对电源芯片电路进行过流保护。
进一步地，在上述的微型加热芯片自由可调功率的方法和装置中，还包括，主控芯片电路所在电路为低压控制电路，电源芯片电路所在电路为高压可调电路，主控芯片电路与电源芯片电路之间是通过隔离电路进行电气隔离的；电气隔离电路中的主要元器件为精密隔离放大器和光耦隔离模块，可以保证低压控制电路调控高压可调电路的安全可靠性。
进一步地，在上述的微型加热芯片自由可调功率的方法和装置中，辅助电源电路包括全桥整流滤波电路和降压斩波电路，其中降压斩波电路为Buck电路，用于得到合适的电压电流供给。
进一步地，在上述的微型加热芯片自由可调功率的方法和装置中，主控芯片电路包括主控芯片、按键电路、显示电路、数模转换器及双运算放大器。主控芯片电路可以在稳定的低压环境中，通过电气隔离电路对高压调压电路实现数控功能。
进一步地，在上述的微型加热芯片自由可调功率的方法和装置中，缓冲保护电路包括电源控制芯片包括全桥整流滤波电路和大功率电容缓冲电路。其中全桥整流滤波电路中的整流桥处设置有保险丝，进行电流保护；大功率电容缓冲电路中使用大功率电容和运放电路避免较大的电压电流直接冲击。
进一步地，在上述的微型加热芯片自由可调功率的方法和装置中，电源芯片电路包括电源芯片电路包括开关电源脉宽调制控制芯片、电子开关电路。电子开关电路包括IGBT驱动芯片及IGBT模块。当微型加热芯片端的电流超过3A时，电源芯片电路将通过过流保护关断输出。
进一步地，在上述的微型加热芯片自由可调功率的方法和装置中，还包括：所述外接交流电源为市电220V交流电。
本发明实施例的技术方案通过将驱动电路的并联工作方式，使得微型加热芯片端工作在低压状态时，也能保证系统电源的总体效率。此外，控制电路与驱动电路之间进行的电气隔离可以有效提高电源电路的可靠安全性，而且控制电路和驱动电路之间的合作可以有效实现系统电路可以工作在0-220V的电压范围内。
附图说明
图1示出了现有的电源供电电路的结构示意图。
图2示出了本发明实施例的微型加热芯片自由可调功率的方法和装置的结构示意图。
具体实施方式
结合图2所示实施例的一种微型加热芯片自由可调功率的方法和装置100，包括辅助电源电路10、主控芯片电路20、电气隔离电路30、缓冲保护电路40、电源芯片电路50及微型加热芯片60。其中，辅助电源电路10和主控芯片电路20组成低压控制电路，缓冲保护电路40和电源芯片电路50组成高压调压电路。
主控芯片电路20与电源芯片电路50之间是通过电气隔离电路30进行电气隔离；电气隔离电路30中的主要元器件为精密隔离放大器和光耦隔离模块，可以保证主控芯片电路20调控电源芯片电路50的安全可靠性。
外接交流电源连接辅助电源电路10和缓冲保护电路40的输入端提供电源；辅助电源电路10的输出端连接主控芯片电路20的输入端，主控芯片电路20的输出端通过电气隔离电路30连接电源芯片电路50的使能端，电气隔离电路30可以保证主控芯片电路20调控电源芯片电路50的安全可靠性；缓冲保护电路40的输出端连接电源芯片电路50的输入端，电源芯片电路50的输出端用于连接微型加热芯片60。
低压控制电路包括辅助电源电路10和主控芯片电路20。
其中辅助电源电路10包括全桥整流滤波电路和降压斩波电路，其中全桥整流滤波电路的作用是将交流电转换为比较平稳的直流电；降压斩电路波为Buck电路，用于得到合适的电压电流供给。辅助电源电路10除了为主控芯片电路20供电外，还保证了主控芯片电路20的输入端没有直接接触到高压电路，从而保证了主控芯片电路20的正常工作。另外，为了避免输入电网电压的波动对电路可能造成的影响，可以加入稳压模块进一步保证电压电流供给的安全可靠性。
主控芯片电路20包括主控芯片、按键电路、显示电路、数模转换器及双运算放大器。由于本发明要实现数控功能，即操作人员输入指定电压值后，微型加热芯片的输入端就可以达到相应的电压，由于数值大小不一，跨度也比较大，所以本发明采用矩阵式键盘设计相应的按键电路。通过按键电路输入需要的电压值，可以在显示电路的显示屏中进行查看并确认，主控芯片收到信号后，将指令传送给数模转换器和双运算放大器，经由电气隔离电路30输入到电源芯片电路50的使能端。
高压调压电路包括缓冲保护电路40和电源芯片电路50。
缓冲保护电路40包括全桥整流滤波电路和大功率电容缓冲电路。大功率电容缓冲电路由大功率电容进行缓冲保护，避免开机瞬间电流过大造成电源芯片电路50烧毁。由于外接交流电源为市电220V交流电，缓冲保护电路40中的电压峰值可以达到310V，即使是大功率电容也很难承受较大的电压电流进行直接冲击。所以缓冲保护电路40加入了运放电路，避免大功率电容因受到较大的电压电流进行直接冲击而出现损坏。当缓冲保护电路40中的大电容充电完毕时，即缓冲保护电路40中的电压达到310V左右，此时运放电路导通，缓冲保护电路40开始对电源芯片电路50进行供电。另外，为了能够实现该电路的过流保护，在全桥整流滤波电路中的整流桥处设置有保险丝，如果电压电流过高就会烧毁断开，缓冲保护电路40从而停止工作。
电源芯片电路50包括开关电源脉宽调制控制芯片、电子开关电路。电子开关电路包括IGBT驱动芯片及IGBT模块。
由于开关电源脉宽调制控制芯片在一般使用中都是固定输出一定值的电压的，而本发明中需要电压值是可调的，所以在开关电源脉宽调制控制芯片的具体使用中，一些具体的引脚功能已经为了适应本设计的要求而改换了接法。
开关电源脉宽调制控制芯片通过电气隔离电路30与主控芯片电路20相连，由主控芯片电路20控制输出，从而解决了开关电源脉宽调制控制芯片固定输出的问题。开关电源脉宽调制控制芯片通过保护电阻与电子开关电路相连进行信号传送。而其基准电压则作为参考值与微型加热芯片60端通过采样电阻反馈回来的电压值进行比较，达到合理保护电源芯片正常工作的效果。
电子开关电路包括IGBT驱动芯片及IGBT模块。虽然IGBT作为电子开关具有频率高、导通电阻小等特点，但是因为IGBT的耐过流能力较差，所以本发明中为了实现电源芯片电路50的过流保护，从微型加热芯片60端接入一个低阻值的电阻作为采样电阻，作为采样电阻将电流信号传送给开关电源脉宽调制控制芯片。当采样电阻电流达到3A时，开关电源脉宽调制控制芯片中的误差放大器就开始工作，这时候如果采样电阻上的电流还在变大，开关电源脉宽调制控制芯片就会通过PWM减少占空比直至完全关闭输出，从而实现了过流保护。
上述实施例仅表达了本发明的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种微型加热芯片自由可调功率的方法和装置，其特征在于，该装置包括：辅助电源电路、主控芯片电路、电气隔离电路、缓冲保护电路、电源芯片电路及微型加热芯片；其中，辅助电源电路和主控芯片电路组成低压控制电路，缓冲保护电路和电源芯片电路组成高压调压电路；外接交流电源连接辅助电源电路和缓冲保护电路的输入端以提供电源；辅助电源电路的输出端连接主控芯片电路的输入端，主控芯片电路的输出端通过电气隔离电路连接电源芯片电路的使能端，电气隔离电路可以保证主控芯片电路调控电源芯片电路的安全可靠性；缓冲保护电路的输出端连接电源芯片电路的输入端，电源芯片电路的输出端连接微型加热芯片；其中，所述微型加热芯片处设置有采样电阻对电源芯片电路进行过流保护。
2.根据权利要求1所述的微型加热芯片自由可调功率的方法和装置，其特征在于主控芯片电路所在电路为低压控制电路，电源芯片电路所在电路为高压可调电路，主控芯片电路与电源芯片电路之间是通过电气隔离电路进行电气隔离的；电气隔离电路中的主要元器件为精密隔离放大器和光耦隔离模块，可以保证主控芯片电路调控电源芯片电路的安全可靠性。
3.根据权利要求1所述的辅助电源电路，其特征在于，辅助电源电路包括全桥整流滤波电路和降压斩波电路，其中降压斩波电路为Buck电路，用于得到合适的电压电流供给。
4.根据权利要求1所述的主控芯片电路，其特征在于，主控芯片电路包括主控芯片、按键电路、显示电路、数模转换器及双运算放大器；主控芯片电路可以在稳定的低压环境中，通过电气隔离电路对高压调压电路实现数控功能。
5.根据权利要求1所述的缓冲保护电路，其特征在于，缓冲保护电路包括电源控制芯片、全桥整流滤波电路和大功率电容缓冲电路；其中全桥整流滤波电路中的整流桥处设置有保险丝进行过流保护；大功率电容缓冲电路中使用大功率电容和运放电路避免较大的电压电流直接冲击。
6.根据权利要求1所述的电源芯片电路，其特征在于，电源芯片电路包括开关电源脉宽调制控制芯片、电子开关电路；电子开关电路包括IGBT驱动芯片及IGBT模块，当微型加热芯片端的电流超过3A时，电源芯片电路将通过过流保护关断输出。
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