CN117811326B - Igbt供电电源调节控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了IGBT供电电源调节控制系统，包括整流滤波电路、IGBT电路拓扑、变压器、IGBT控制电路，整流滤波电路输入端和交流电源连接，输出端和IGBT电路拓扑供电端连接，整流滤波电路对交流电源进行整流滤波，以获取直流电，IGBT电路拓扑控制端和IGBT控制电路连接，IGBT控制电路控制IGBT电路拓扑将直流逆变为高频交流电并反馈到变压器一次侧，变压器二次侧的线圈进行供电。

Description

IGBT供电电源调节控制系统

技术领域

本发明涉及电器技术领域，特别涉及IGBT供电电源调节控制系统。

背景技术

粉末冶金加热过程中，需对压制成型的粉饼进行加热，传统的感应加热电源采用自激谐振等控制方式以及对IGBT的开通时间的控制，完成感应加热和输出功率的调节，但谐振电压会因IGBT的集电极电流在到达峰值时，如果在对IGBT进行关断，会直接出现过压情况，甚至其集电极到发射极电流峰值直接超出IGBT限值，并且控制过程元件也会受环境变化而产生参数变化，无法进行精确控制。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的是提供IGBT供电电源调节控制系统，包括整流滤波电路Z1、IGBT电路拓扑Z2、变压器TX、IGBT控制电路，所述整流滤波电路Z1输入端和交流电源连接，输出端和IGBT电路拓扑Z2供电端连接，整流滤波电路Z1对交流电源进行整流滤波，以获取直流电，IGBT电路拓扑Z2控制端和IGBT控制电路连接，IGBT控制电路控制IGBT电路拓扑Z2将直流逆变为高频交流电并反馈到变压器TX一次侧，变压器TX二次侧的线圈进行供电。

进一步，所述IGBT控制电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第一运算放大器U1、第二运算放大器U2、第三可调电位器U3、第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第一连接端子P1、第二连接端子P2、第一电容C1，所述第一电阻R1一端和电源连接，第一电阻R1另一端和第二电阻R2一端、第三电阻R3一端、第一运算放大器U1同相端、第二运算放大器U2反相端连接，第一运算放大器U1反相端和第一电容C1一端、第三可调电位器U3的10引脚连接，第三可调电位器U3的11引脚、12引脚和第二电阻R2另一端、第一运算放大器U1输出端连接，第二运算放大器U2输出端和第一MOS管Q1栅极、第二MOS管Q2栅极连接，第一MOS管Q1源极、第二MOS管Q2漏极和电源连接，第一MOS管Q1漏极和第四电阻R4一端、第一连接端子P1连接，第一连接端子P1和IGBT电路拓扑Z2第一输入端连接，第二MOS管Q2源极和第二连接端子P2、第五电阻R5一端连接，第二连接端子P2和IGBT电路拓扑Z2第二输入端连接，第四电阻R4另一端、第五电阻R5另一端、第一电容C1另一端和接地端连接。

进一步，所述IGBT控制电路还包括第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第四与门U4、第五运算放大器U5、第六运算放大器U6、第七运算放大器U7、第三MOS管Q3、第四三极管Q4、第五三极管Q5、第三连接端子P3、第四连接端子P4、第五连接端子P5、第六连接端子P6、第一开关S1、第一晶闸管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四晶闸管D4，所述第四与门U4输出端和第三可调电位器U3的3引脚、第三MOS管Q3栅极连接，第四与门U4的第一输入端和第三连接端子P3、第三MOS管Q3源极连接，第三MOS管Q3漏极和第三可调电位器U3的5引脚连接，第三连接端子P3和第五运算放大器U5输出端连接，第五运算放大器U5同相端和第一晶闸管D1阴极、第六电阻R6一端连接，第一晶闸管D1控制极和第七电阻R7一端、第四三极管Q4集电极连接，第四三极管Q4发射极和第八电阻R8一端连接，第四三极管Q4基极和第九电阻R9一端、第二二极管D2阴极连接，第二二极管D2阳极和第三二极管D3阳极、第七运算放大器U7输出端连接，第三二极管D3阴极和第五三极管Q5基极连接，第五三极管Q5发射极和第十电阻R10一端、第四晶闸管D4控制极连接，第四晶闸管D4阴极和第十一电阻R11一端、第六运算放大器U6同相端连接，第六运算放大器U6输出端和第四连接端子P4连接，第四连接端子P4和第四与门U4的第二输入端连接，第八电阻R8另一端、第五三极管Q5集电极、第一开关S1一端和电源连接，第一开关S1另一端和第一晶闸管D1阳极、第四晶闸管D4阳极连接，第一开关S1控制端和第六连接端子P6连接，第十一电阻R11另一端、第十电阻R10另一端、第六电阻R6另一端、第七电阻R7另一端、第九电阻R9另一端和接地端连接。

进一步，所述IGBT控制电路还包括第十二电阻R12、第十三电阻R13，所述第十二电阻R12一端和第三可调电位器U3的3引脚连接，第十三电阻R13一端和第三可调电位器U3的5引脚连接，第十二电阻R12另一端、第十三电阻R13另一端和接地端连接。

进一步，所述IGBT控制电路还包括第十四电阻R14、第十五电阻R15，所述第十四电阻R14一端和电源连接，第十四电阻R14另一端和第二运算放大器U2同相端、第十五电阻R15一端连接，第十五电阻R15另一端和接地端连接。

进一步，所述IGBT控制电路还包括第十六电阻R16、第十七电阻R17，所述第十六电阻R16一端和电源连接，第十六电阻R16另一端和第十七电阻R17一端、第七运算放大器U7的同相端连接，第十七电阻R17另一端和接地端连接。

进一步，所述IGBT控制电路还包括第十八电阻R18、第十九电阻R19，所述第十八电阻R18一端和电源连接，第十八电阻R18另一端和第六运算放大器U6反相端、第五运算放大器U5反相端、第十九电阻R19一端连接，第十九电阻R19另一端和接地端连接。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

采用自反馈的方式进行供电，并提供两种精调方式保证精确控制，同时两种方式均可对初始状态进行检测以及对应加热后信号翻转进行自动处理。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的整体连接示意图。

图2为本发明提供的部分电路连接示意图。

图3为本发明提供的IGBT电路拓扑示意图。

图4和图5为本发明提供的IGBT控制电路示意图

具体实施方式

为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行具体说明，应当理解，以下文字仅仅用以描述本发明的一种或几种具体的实施方式，并不对本发明具体请求的保护范围进行严格限定。

参阅图2，本发明是IGBT供电电源调节控制系统，包括整流滤波电路Z1、IGBT电路拓扑Z2、变压器TX、IGBT控制电路，所述整流滤波电路Z1输入端和交流电源连接，输出端和IGBT电路拓扑Z2供电端连接，整流滤波电路Z1对交流电源进行整流滤波，以获取直流电，IGBT电路拓扑Z2控制端和IGBT控制电路连接，IGBT控制电路控制IGBT电路拓扑Z2将直流逆变为高频交流电并反馈到变压器TX一次侧，变压器TX二次侧的线圈进行供电。

参阅图4，具体地，所述IGBT控制电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第一运算放大器U1、第二运算放大器U2、第三可调电位器U3、第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第一连接端子P1、第二连接端子P2、第一电容C1，所述第一电阻R1一端和电源连接，第一电阻R1另一端和第二电阻R2一端、第三电阻R3一端、第一运算放大器U1同相端、第二运算放大器U2反相端连接，第一运算放大器U1反相端和第一电容C1一端、第三可调电位器U3的10引脚连接，第三可调电位器U3的11引脚、12引脚和第二电阻R2另一端、第一运算放大器U1输出端连接，第二运算放大器U2输出端和第一MOS管Q1栅极、第二MOS管Q2栅极连接，第一MOS管Q1源极、第二MOS管Q2漏极和电源连接，第一MOS管Q1漏极和第四电阻R4一端、第一连接端子P1连接，第一连接端子P1和IGBT电路拓扑Z2第一输入端连接，第二MOS管Q2源极和第二连接端子P2、第五电阻R5一端连接，第二连接端子P2和IGBT电路拓扑Z2第二输入端连接，第四电阻R4另一端、第五电阻R5另一端、第一电容C1另一端和接地端连接。

参阅图5，具体地，所述IGBT控制电路还包括第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第四与门U4、第五运算放大器U5、第六运算放大器U6、第七运算放大器U7、第三MOS管Q3、第四三极管Q4、第五三极管Q5、第三连接端子P3、第四连接端子P4、第五连接端子P5、第六连接端子P6、第一开关S1、第一晶闸管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四晶闸管D4，所述第四与门U4输出端和第三可调电位器U3的3引脚、第三MOS管Q3栅极连接，第四与门U4的第一输入端和第三连接端子P3、第三MOS管Q3源极连接，第三MOS管Q3漏极和第三可调电位器U3的5引脚连接，第三连接端子P3和第五运算放大器U5输出端连接，第五运算放大器U5同相端和第一晶闸管D1阴极、第六电阻R6一端连接，第一晶闸管D1控制极和第七电阻R7一端、第四三极管Q4集电极连接，第四三极管Q4发射极和第八电阻R8一端连接，第四三极管Q4基极和第九电阻R9一端、第二二极管D2阴极连接，第二二极管D2阳极和第三二极管D3阳极、第七运算放大器U7输出端连接，第三二极管D3阴极和第五三极管Q5基极连接，第五三极管Q5发射极和第十电阻R10一端、第四晶闸管D4控制极连接，第四晶闸管D4阴极和第十一电阻R11一端、第六运算放大器U6同相端连接，第六运算放大器U6输出端和第四连接端子P4连接，第四连接端子P4和第四与门U4的第二输入端连接，第八电阻R8另一端、第五三极管Q5集电极、第一开关S1一端和电源连接，第一开关S1另一端和第一晶闸管D1阳极、第四晶闸管D4阳极连接，第一开关S1控制端和第六连接端子P6连接，第十一电阻R11另一端、第十电阻R10另一端、第六电阻R6另一端、第七电阻R7另一端、第九电阻R9另一端和接地端连接。

参阅图4，具体地，所述IGBT控制电路还包括第十二电阻R12、第十三电阻R13，所述第十二电阻R12一端和第三可调电位器U3的3引脚连接，第十三电阻R13一端和第三可调电位器U3的5引脚连接，第十二电阻R12另一端、第十三电阻R13另一端和接地端连接。

参阅图4，具体地，所述IGBT控制电路还包括第十四电阻R14、第十五电阻R15，所述第十四电阻R14一端和电源连接，第十四电阻R14另一端和第二运算放大器U2同相端、第十五电阻R15一端连接，第十五电阻R15另一端和接地端连接。

参阅图5，具体地，所述IGBT控制电路还包括第十六电阻R16、第十七电阻R17，所述第十六电阻R16一端和电源连接，第十六电阻R16另一端和第十七电阻R17一端、第七运算放大器U7的同相端连接，第十七电阻R17另一端和接地端连接。

参阅图5，具体地，所述IGBT控制电路还包括第十八电阻R18、第十九电阻R19，所述第十八电阻R18一端和电源连接，第十八电阻R18另一端和第六运算放大器U6反相端、第五运算放大器U5反相端、第十九电阻R19一端连接，第十九电阻R19另一端和接地端连接。

在第一实施例中，整流滤波电路Z1用于交流电源整流滤波，第一连接端子P1和第二连接端子P2用于IGBT电路拓扑Z2拓扑结构进行控制，第三可调电位器U3在此实施例中为可调电阻与第二电阻R2和第一电容C1组成自反馈输出电路输出到第二运算放大器U2（也是改变变压器TX二次侧线圈的实际加热温度），第二运算放大器U2控制第一MOS管Q1或第二MOS管Q2导通，在经第一连接端子P1和第二连接端子P2所对应连接的两组IGBT依次进行导通放大，放大电流经变压器TX一次侧时，二次侧在完成感应加热，以此代替采用自激谐振等方式进行供电，防止出现不可控，第四电阻R4和第五电阻R5用于第一连接端子P1和第二连接端子P2信号上拉，第二运算放大器U2同相端输入参考电压。

在第二实施例中，第三可调电位器U3为数字可调电阻，其中第三可调电位器U3的3引脚、5引脚（代替第一实施例中的旋钮调节）和后级电路进行共用，代替旋钮调节的连接方式参考MAX5481的数据手册的连接方式，在此不进行阐述，此实施例是对第三可调电位器U3调节后实际加热过程进行精调保护，其中第四与门U4检测第三连接端子P3和第四连接端子P4后输出停调信号，第三连接端子P3也作为精调信号经第三MOS管Q3反馈到第三可调电位器U3的5引脚，第五连接端子P5用于输入实际参数，参数可以是变压器TX二次侧的实际线圈电流也可以是线圈的加热温度信号（利用温度传感器或变压器TX二次侧加设热敏电阻的方式进行采集），第七运算放大器U7的反相端输入对应的参考信号，信号幅值可以对应第三可调电位器U3的调节或进行独立设置，第六连接端子P6 用于输入PWM信号以控制第一开关S1导通，PWM的信号频宽（脉冲宽）对应精调周期内第三可调电位器U3的调节次数（第三可调电位器U3的4引脚），而第三可调电位器U3调节加热后会出现上调或下调两种精调状态，也就是初始加热状态检测和加热过程时的信号翻转，信号均由第七运算放大器U7进行输出，每种状态使第四三极管Q4或第五三极管Q5导通或截止，当第四三极管Q4导通时，第一晶闸管D1导通使第五运算放大器U5输出（第六连接端子P6信号输入时），信号经第三连接端子P3、第三MOS管Q3反馈到第三可调电位器U3，直至第六运算放大器U6输出后，第四与门U4输出停调信号，第三MOS管Q3截止以及第三可调电位器U3停止；反之第五三极管Q5导通时，第四晶闸管D4导通使第六运算放大器U6输出（第六连接端子P6信号输入时），直至第五运算放大器U5输出后，第四与门U4输出停调信号，完成精调，第六连接端子P6停止信号输入后，电路复位，直至第六连接端子P6再次输入。既第七运算放大器U7反相端对应第三可调电位器U3调节时，根据第五连接端子P5输入的实际参数和第六连接端子P6输入的PWM的信号频宽对第三可调电位器U3进行二次精调，当第七运算放大器U7反相端独立设置时（第十六电阻R16和第十七电阻R17设置）进行固定保护，检测周期为第六连接端子P6输入的PWM的信号频宽。

在第三实施例中，第十二电阻R12和第十三电阻R13用于第三可调电位器U3信号下拉，也是代替旋钮时候为外部搭建的调节电路提供接口，第十四电阻R14和第十五电阻R15代替电源分压为第二运算放大器U2输入参考电压，第十八电阻R18和第十九电阻R19用于第六运算放大器U6和第五运算放大器U5共用参考信号，信号幅值大于失调电压既可。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (5)

1.IGBT供电电源调节控制系统，其特征在于，包括整流滤波电路、IGBT电路拓扑、变压器、IGBT控制电路，所述整流滤波电路输入端和交流电源连接，输出端和IGBT电路拓扑供电端连接，整流滤波电路对交流电源进行整流滤波，以获取直流电，IGBT电路拓扑控制端和IGBT控制电路连接，IGBT控制电路控制IGBT电路拓扑将直流逆变为高频交流电并反馈到变压器一次侧，变压器二次侧的线圈进行供电；

所述IGBT控制电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一运算放大器、第二运算放大器、第三可调电位器、第一MOS管、第二MOS管、第一连接端子、第二连接端子、第一电容，所述第三可调电位器采用MAX5481，第一电阻一端和电源连接，第一电阻另一端和第二电阻一端、第三电阻一端、第一运算放大器同相端、第二运算放大器反相端连接，第一运算放大器反相端和第一电容一端、第三可调电位器的10引脚连接，第三可调电位器的11引脚、12引脚和第二电阻另一端、第一运算放大器输出端连接，第二运算放大器输出端和第一MOS管栅极、第二MOS管栅极连接，第一MOS管源极、第二MOS管漏极和电源连接，第一MOS管漏极和第四电阻一端、第一连接端子连接，第一连接端子和IGBT电路拓扑第一输入端连接，第二MOS管源极和第二连接端子、第五电阻一端连接，第二连接端子和IGBT电路拓扑第二输入端连接，第四电阻另一端、第五电阻另一端、第一电容另一端和接地端连接；

所述IGBT控制电路还包括第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第四与门、第五运算放大器、第六运算放大器、第七运算放大器、第三MOS管、第四三极管、第五三极管、第三连接端子、第四连接端子、第五连接端子、第六连接端子、第一开关、第一晶闸管、第二二极管、第三二极管、第四晶闸管，所述第四与门输出端和第三可调电位器的3引脚、第三MOS管栅极连接，第四与门的第一输入端和第三连接端子、第三MOS管源极连接，第三MOS管漏极和第三可调电位器的5引脚连接，第三连接端子和第五运算放大器输出端连接，第五运算放大器同相端和第一晶闸管阴极、第六电阻一端连接，第一晶闸管控制极和第七电阻一端、第四三极管集电极连接，第四三极管发射极和第八电阻一端连接，第四三极管基极和第九电阻一端、第二二极管阴极连接，第二二极管阳极和第三二极管阳极、第七运算放大器输出端连接，第三二极管阴极和第五三极管基极连接，第五三极管发射极和第十电阻一端、第四晶闸管控制极连接，第四晶闸管阴极和第十一电阻一端、第六运算放大器同相端连接，第六运算放大器输出端和第四连接端子连接，第四连接端子和第四与门的第二输入端连接，第八电阻另一端、第五三极管集电极、第一开关一端和电源连接，第一开关另一端和第一晶闸管阳极、第四晶闸管阳极连接，第一开关控制端和第六连接端子连接，第十一电阻另一端、第十电阻另一端、第六电阻另一端、第七电阻另一端、第九电阻另一端和接地端连接。

2.根据权利要求1所述的IGBT供电电源调节控制系统，其特征在于，所述IGBT控制电路还包括第十二电阻、第十三电阻，所述第十二电阻一端和第三可调电位器的3引脚连接，第十三电阻一端和第三可调电位器的5引脚连接，第十二电阻另一端、第十三电阻另一端和接地端连接。

3.根据权利要求1所述的IGBT供电电源调节控制系统，其特征在于，所述IGBT控制电路还包括第十四电阻、第十五电阻，所述第十四电阻一端和电源连接，第十四电阻另一端和第二运算放大器同相端、第十五电阻一端连接，第十五电阻另一端和接地端连接。

4.根据权利要求1所述的IGBT供电电源调节控制系统，其特征在于，所述IGBT控制电路还包括第十六电阻、第十七电阻，所述第十六电阻一端和电源连接，第十六电阻另一端和第十七电阻一端、第七运算放大器的同相端连接，第十七电阻另一端和接地端连接。

5.根据权利要求1所述的IGBT供电电源调节控制系统，其特征在于，所述IGBT控制电路还包括第十八电阻、第十九电阻，所述第十八电阻一端和电源连接，第十八电阻另一端和第六运算放大器反相端、第五运算放大器反相端、第十九电阻一端连接，第十九电阻另一端和接地端连接。