CN201004608Y

CN201004608Y - 一种全波谐振式驱动电源电路

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Publication number: CN201004608Y
Application number: CNU2006200994910U
Authority: CN
Inventors: 杨秋波; 田丰; 张文宝
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-10-17
Filing date: 2006-10-17
Publication date: 2008-01-09
Anticipated expiration: 2016-10-17

Abstract

本实用新型的名称为一种全波谐振式驱动电源电路。属于驱动电源技术领域。它主要是解决现有电磁加热的电源存在IGBT承受耐压高和功率输出不高，不能直接应用于超声波加工的电源，不能将输出电源电路切断的问题。它的主要特征在于：它包含有开关电源电路(5)、IGBT驱动电路(2)、IGBT全桥逆变电路(3)、脉宽调制电路(4)、检测保护电路(6)及输出电源切断电路组成(1)。本实用新型具有加热效率高、升温快、节电效果显著，体积小，保护功能完善，运行稳定可靠的优点。本实用新型主要用于电磁加热和超声波加工电源。

Description

一种全波谐振式驱动电源电路

技术领域

本实用新型属于驱动电源技术领域，具体涉及一种输出频率为15KHZ-30KHZ变频率、变功率的全波谐振式驱动电源电路，主要应用于电磁加热和超声波加工设备。

背景技术

现有用于电磁加热的电源主要由开关电源电路、IGBT驱动电路、IGBT半桥逆变或单管逆变电路、脉宽调制电路、检测保护电路和电磁线圈组成，其中，由开关电源电路、IGBT驱动电路、IGBT半桥逆变或单管逆变电路、脉宽调制电路、检测保护电路构成驱动电源电路，与电磁线圈组成电源整体，其不足之处一是由于未采用全波逆变电路，存在IGBT承受耐压高和功率输出低的问题，加热时效率不高、升温不快、节电效果不显著；二是不能直接应用于超声波加工的电源，而现有超声波加工的电源功率低，存在装置体积大，易损坏的问题。另外，由于现有驱动电源电路中未采用输出电源切断电路，因而存在不能将整个输出电源电路切断的问题。

发明内容

本实用新型的目的就是针对上述不足之处而提供一种使功率输出增加一倍，每个IGBT承受耐压降低一半，热效率高、升温快、节电效果显著，并可应用于超声波加工电源，装置体积小，保护功能完善，运行稳定可靠的全波谐振式驱动电源电路。

本实用新型的技术解决方案是：一种全波谐振式驱动电源电路，它包含有开关电源电路、IGBT驱动电路、IGBT逆变电路、脉宽调制电路、检测保护电路，其特征在于：所述的IGBT逆变电路为IGBT全桥逆变电路；检测保护电路中包含有输出电源切断电路。

本实用新型技术解决方案中所述的脉宽调制电路可以是由脉宽调制集成块，调整电位器，模拟量输入信号电压跟随器电路构成。

本实用新型技术解决方案中所述的检测保护电路可以是由五组由比较器构成的检测电路和输出电源切断电路组成。该五组检测电路分别为：过压检测电路、过流检测电路、漏电检测电路、IGBT过温检测电路、负载过温检测电路构成。输出电源切断电路由开关管及继电器构成。

本实用新型由开关电源电路、IGBT驱动电路、IGBT全桥逆变电路、脉宽调制电路、含输出电源切断电路的检测保护电路组成，构成全波谐振式驱动电源电路，既可用于电磁加热电源，又可用于超声波加工电源。由于在电路中采用IGBT全桥逆变电路，使功率输出增加一倍，每个IGBT承受耐压降低一半。用于加热时，有加热效率高、升温快、节电效果显著等优点。用于超声波加工时：原加工电源使用电子管，装置体积大，易损坏。本装置体积小，保护功能完善，运行稳定可靠。由于在电路中采用输出电源切断电路，因而可将整个电源电路切断，能够充分保护整个电源电路。本实用新型主要用于电磁加热和超声波加工电源。

附图说明

图1是本实用新型的结构框图；

图2是图1中检测保护电路的电路框图；

图3是图1中输出电源切断电路的电路图；

图4是图1中IGBT驱动电路的电路图；

图5是图1中IGBT全桥逆变电路的电路图；

图6是图1中脉宽调制电路的电路图；

图7是图1中开关电源电路的电路图；

图8是图2中故障停止电路的电路图；

图9是图2中过压检测电路的电路图；

图10是图2中的过流检测电路电路图；

图11是图2中漏电检测电路的电路图；

图12是图2中IGBT过温检测电路的电路图；

图13是图2中负载超温检测电路的电路图。

具体实施方式

本实用新型的结构框图如图1所示。图中标号如下：输出电源切断电路1、IGBT驱动电路2、IGBT全桥逆变电路3、脉宽调制电路4、开关电源电路5、检测保护电路6。

检测保护电路结构框图如图2所示。图中标号如下：过压检测电路7、过流检测电路8、漏电检测电路9、IGBT过温检测电路10、负载过温检测电路11、故障停止电路12。

输出电源切断电路1如图3所示。输出电源切断电路1由切断电路和整流电路组成。切断电路由继电器K1、开关三极管Q1组成。整流电路由整流桥D1及相关元器件组成。A、B点接工作电源(交流)，正常时检测保护电路6输出高电平到C点，开关三极管Q1导通，继电器K1吸合，交流电源通过继电器、二极管D1桥式整流，电容C1滤波，输出直流电压P、N。

当检测保护电路6检测到有过压、过流、漏电、IGBT过温、负载过温任何一种故障时，检测保护电路6输出低电平到C点，开关三极管Q1截止，继电器K1断开，P、N两点无电压输出，将整个输出电源切断。

IGBT驱动电路如图4所示，为常规电路。U1-U4为快速光电耦合器，VC1-VC3为开关电源输出三路互相隔离电源，供给光电耦合器，光电耦合器是单电源供电方式，用稳压二极管提供IGBT负偏置电压使IGBT关断。四个光电耦合器U1-U4直接驱动四只IGBT工作。

信号PWM1、PWM2由脉宽调制电路4输出，信号的频率、脉冲宽度可调节，由此改变电源的输出频率和功率。G1、E1、G2、E2、G3、E3、G4、E4分别接全桥逆变电路3中的四只IGBT。

IGBT全桥逆变电路如图5所示。由四个IGBT管T1-T4、二极管D1-D4、电容C等元件组成IGBT全桥逆变电路。当IGBT管T1、T4导通时，正电流经T1、负载、C4、T4，当T2、T3导通时，负电流经T3、负载、C4、T2。图4中P、N接图2中P、N处，A、B两点接负载。G1、E1、G2、E2、G3、E3、G4、E4接IGBT驱动电路图3相应端子。

脉宽调制电路4如图6所示。脉宽调制电路4由电压跟随器电路和脉宽调制电路组成，电压跟随器电路由运算放大器IC1及相关元件组成，脉宽调制电路由脉宽调制集成块IC2及相关元件组成。图6为脉宽调制电路，由PLC或温度控制器输出0-10V电压信号接至插座J1第2脚，IC1为电压跟随器，经过调整电位器VR1分压后输出至脉宽调制集成块IC2的IN+，改变此电压大小可改变脉宽调制集成块IC2的输出脉冲宽度，此变化改变加热功率。调节调整电位器VR2可改变输出频率大小。

开关电源电路5如图7所示，为常规电路。采用TOP Switch芯片输出多路电源，VC1-VC3为相互隔离，电压为20V的电源，供四个IGBT驱动。±12V供检测和控制回路，开关电源通过检测12V电压，自动调整保证输出电压稳定。24V供散热风扇和继电器K1。

图中I、H点接检测电路6中过压检测，通过光电耦合器输出信号，保证检测电路与输出电源回路隔离。

本电源工作电压范围宽：输入电压AC85-265V。

检测保护电路6如图2所示。共有5路：(1)、过压检测电路7；(2)、过流检电路测8；(3)、漏电检测电路9；(4)、IGBT过温检测电路10；(5)、负载超温检测电路11。

图8为故障停止电路，由三个非门构成的逻辑转换电路组成。M点为检测到的故障信号，当有故障信号时：

①IC9A的1脚为高电平，反相器IC9A取非后，K点输出为低电平信号。K点接到图3的C处，图3中继电器关断，切断输出电源电路。

②IC9B的3脚为高电平，反相器IC9B取非后，IC9C的5脚为低电平，取反后IC9C的6脚为高电平。图8中的OFF接至图6中的OFF处，此高电平信号关断图6中的IC2脉冲输出，全桥逆变电路3无输出。

过压检测电路如图9所示，为常规电路。图9中I、H接至图7中I、H处，检测光藕输出的电压信号，此信号和比较器IC8A第2脚的设定电压比较，当电源电压升高，3脚电压也升高，超过第2脚设定电压时，比较器输出高电平使可控硅Q2导通，过压保护指示灯亮。同时IC10B第3脚为低电平，反相后IC10B输出高电平，M点也为高电平。M点接至图8中的M点，使故障停止电路动作。图9中D17为限制M点高电平输出到IC10B。

过流检测电路如图10所示。图10中S接至图5中OUT处，霍尔电流传感器检测直流回路的电流信号，此信号和比较器IC8B第5脚的设定电压比较，当电流升高，5脚电压也升高，超过第6脚设定电压时，比较器输出高电平使可控硅Q3导通，过流保护指示灯亮。同时IC10C第5脚为低电平，反相后IC10B输出高电平，M点也为高电平。M点接至图8中的M点，使故障停止电路动作。图10中D18为限制M点高电平输出到IC10。

漏电检测电路如图11所示。图11中的CT2为零序电流互感器，图3中的主电源A和B穿过CT2，当无漏电现象时，CT2中的电流矢量和为零。当电源漏电时，流过CT2中的电流失去平衡，CT2检测到漏电流。此漏电流输出到IC7经过比较驱动Q5导通，漏电指示灯亮，同时U9E第11脚为低电平，反相后U9E输出高电平，M点也为高电平。M点接至图8中的M点，使故障停止电路动作。图11中D21为限制M点高电平输出到U9E。

IGBT过温检测电路如图12所示。S1为安装在IGBT散热片上的常开型温控开关，当散热片温度超过S1温度时，S1导通，可控硅Q6导通，IGBT过温指示灯亮，同时非门U9F第13脚为低电平，反相后U9F输出高电平，M点也为高电平。M点接至图8中的M点，使故障停止电路动作。图12中二极管D22为限制M点高电平输出到非门U9F。

负载超温检测电路如图13所示，由比较器及其外围的元器件构成。图13中NTC为安装在负载处的测温元件，当温度升高时，NTC电阻值降低，当温度超过设定温度时，比较器U6B第5脚电压超过第6脚设定电压，比较器输出高电平，可控硅Q4导通，IGBT过温指示灯亮，同时非门U9C第5脚为低电平，反相后U9F输出高电平，M点也为高电平。M点接至图8中的M点，使故障停止电路动作。图13中D18为限制M点高电平输出到U9C。

全波谐振式驱动电源由输出电源切断电路1、IGBT驱动电路2、IGBT全桥逆变电路3、脉宽调制电路4、开关电源电路5、检测保护电路6构成，交流电源经过输出电源切断电路1中的整流电路整流转换为直流电，直流电经过IGBT全桥逆变电路3将直流电转换为频率和幅度可变的交变电流，此交变电流作用于负载上使负载发热或振动。脉宽调制电路4产生频率和占空比可变的方波信号，输出至IGBT驱动电路2上，IGBT驱动2驱动IGBT全桥逆变电路3。开关电源电路5提供输出电源切断电路1、IGBT驱动电路2、IGBT全桥逆变电路3、脉宽调制电路4、检测保护电路6、过压检测电路7、过流检测电路8、漏电检测电路9、IGBT过温检测电路10、负载过温检测电路11所需要的各种电源。检测保护电路6检测到故障时切断输出电源电路，保证电源运行可靠。

Claims

1、一种全波谐振式驱动电源电路，它包含有开关电源电路(5)、IGBT驱动电路(2)、IGBT逆变电路、脉宽调制电路(4)、检测保护电路；其中，开关电源电路(5)输入端接交流市电，电源输出端分别接IGBT驱动电路(2)、IGBT逆变电路、脉宽调制电路(4)、检测保护电路；IGBT驱动电路(2)的输入信号端与脉宽调制电路(4)的输出端连接，输出端与IGBT逆变电路的输入端连接；IGBT逆变电路的输入端与IGBT驱动电路(2)的输出端连接，输出端与负载连接；脉宽调制电路(4)的输入信号端与外部控制电压连接，输出信号端与IGBT驱动电路(2)的输入端连接；检测保护电路的信号输入端分别与开关电源电路(5)、IGBT逆变电路的输出端连接，输出端与脉宽调制电路(4)的输出端连接；其特征在于：所述的IGBT逆变电路为IGBT全桥逆变电路(3)；检测保护电路(6、1)中包含有输出电源切断电路(1)，输出电源切断电路(1)的电源输入端接交流市电，输出端与IGBT逆变电路的输入端连接。

2、根据权利要求1所述的一种全波谐振式驱动电源电路，其特征在于：所述的脉宽调制电路(4)由脉宽调制集成块，调整电位器，模拟量输入信号电压跟随器电路构成，调整电位器连接在脉宽调制集成块与模拟量输入信号电压跟随器电路之间。

3、根据权利要求1或2所述的一种全波谐振式驱动电源电路，其特征在于：所述的检测保护电路(6、1)由五组由比较器构成的检测电路(7、8、9、10、11)和输出电源切断电路(1)组成；该五组检测电路(7、8、9、10、11)分别为：过压检测电路(7)、过流检测电路(8)、漏电检测电路(9)、IGBT过温检测电路(10)、负载过温检测电路(11)构成，其输出端并联，构成故障信号输出端；输出电源切断电路(1)由开关管(Q1)及继电器(K1)构成。