CN203788161U - 可控硅中频电源电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种可控硅中频电源电路。解决现有技术中频电源采用预充电、预充磁启动方式，存在电路结构复杂、成本高、启动成功率低的问题。电源电路包括主电路和启动触发电路，主电路包括由四个可控硅构成的单相逆变桥，所述启动触发电路包括有启动电路和逆变触发电路，启动电路与逆变触发电路相连接，逆变触发电路连接至单相逆变桥的可控硅控制端上。本实用新型的优点是采用由锁相环构成的逆变触发电路，采用扫频式零压启动方式，电路结构简单，且启动成功率更高。

Description

可控硅中频电源电路

技术领域

本实用新型涉及一种电源，尤其是涉及一种结构简单、启动成功率高的可控硅中频电源电路。

背景技术

随着工业的发展，中频电源的应用也日益广泛，其工作方式多采用并联逆变结构。

其工作原理为：采用三相桥式全控整流电路将交流电整流为直流电，经电抗器平波后成为一个恒定的直流电流源，再经单相逆变桥，把直流逆变成一空频率的单相中频电流。负载由感应线圈和补偿电容器组成连接并联谐振电路。

可控硅中频电源的难点在于启动，即在电源正常工作前如何使频率跟踪电路获得正确的槽路谐振频率信号。传统的中频电源采用预充磁、预充电启动方式。传统的中频电源多用预充电的方法，这种方法很难一次就正确检测谐振信号，需多次重复充电、放电的过程，启动成功率低，而且它需要辅助电源、开关及相应的控制电路，大大增加了整机的复杂程度和成本，故障率高，不适于现场使用。同样，对直流部分的稳流电感预充磁方法，也具相同的缺点。

发明内容

本实用新型主要是解决现有技术中频电源采用预充电、预充磁启动方式，存在电路结构复杂、成本高、启动成功率低的问题，提供了一种结构简单、启动成功率高的可控硅中频电源电路。

本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种可控硅中频电源电路，包括主电路和启动触发电路，主电路包括由四个可控硅构成的单相逆变桥，所述启动触发电路包括有启动电路和逆变触发电路，启动电路与逆变触发电路相连接，逆变触发电路连接至单相逆变桥的可控硅控制端上，

逆变触发电路：以一个高于槽路谐振频率的他激信号去触发可控硅，通过启动电路产生他激信号，控制他激信号频率从高向低进行扫频，直至他激信号频率下降到接近槽路谐振频率，建立起中频电压，然后停止工作；

启动电路：根据逆变触发电路比较的结果，向逆变触发电路提供不断与中频电压相位接近的启动信号。本发明采用由锁相环构成的逆变触发电路，采用扫频式零压启动方式，在单向逆变桥电路启动前，先以一个高于槽路谐振频率的他激信号去触发可控硅，在电路检测到主电路直流电流时，便控制他激信号频率从高向低进行扫频，当他激信号频率下降到接近槽路的谐振频率时，中频电压便建立起来，然后便停止他激信号的频率扫描，转由启动调频电路控制可控硅逆变前引脚，使设备进入稳态运行。如果它激信号频率下至最低，中频电压仍未建立，则它激又恢复到最高值，重复上述启动过程，直至启动成功。本发明相比传统采用预充磁、预充电启动方式，电路根据简单，且启动成功率更高。

作为一种优选方案，所述逆变触发电路包括锁相环芯片、JK触发器、两个555定时器，该锁相环芯片具有第一比较输入端、第二比较输入端、启动信号输入端、信号输出端、比较信号输出端，JK触发器具有输入端、第一输出端和第二输出端，第一比较端输入设定的中频信号，比较信号输出端连接启动电路的输入端，启动电路输出端连接启动信号输入端，锁相环芯片信号输出端连接在JK触发器的输入端，JK触发器的第一输出端连接第二比较输入端，且JK触发器的第一输出端和第二输出端分别与555定时器连接，每个555定时器具有两个输出脚，每个输出脚连接到单相逆变桥的一个可控硅控制端上。该锁相环芯片是一个相位自动调节系统，由相位比较器、压控振荡器和低通滤波器三个基本单元构成。锁相环芯片的第一比较输入端输入设定的中频电压信号，经过采集处理后，转换为同频率的方波信号，信号输出端信号经过JK触发器二分频，在JK触发器第一输出端和第二输出端形成相差150°的方波，再经555定时器得到两路逆变触发脉冲V1和V2。JK触发器的第一输出端信号作为锁相环比较器的另一输入信号反馈至锁相环芯片第二比较输入端，通第一比较输入端的中频电压信号进行比较，经过相位比较后输出相位差，该相位差经过低通滤波得到一个平均电压，由比较信号输出端输出，再由启动电路运算后输入到锁相环启动信号输入端，该启动信号输入端相当于压控振荡器输入端，通过内部压控振荡器的处理后由信号输出端输出，信号输出端输出的信号的频率值随启动信号输入端电压大小而改变，信号输出端信号经过JK触发器后又送回到第二比较输入端，构成了一个闭环调节系统，使得锁相环芯片的信号输出端的信号相位和频率不断跟踪第一比较输入端的中频信号的相位和频率，使两个信号的相位差不断减小趋近于零。然后锁相环芯片就进入锁定状态，这样就实现了触发脉冲与中频电压信号的严格同步，而锁相环芯片信号输出端的输出频率是触发脉冲频率的两倍。

作为一种优选方案，所述启动电路包括有555定时器、比较器、调节器，555定时器的信号输出端分别连接到比较强的正相输入端和负相输入端，在比较器的正相输入端上通过电阻连接到电源，比较器的输入端连接在二极管的负极，二极管正极通过连接电位器后连接在调节器的正相输入端上，调节器的负相输入端连接电源，二极管的正极通过连接电阻后连接电源，二极管的正极还通过连接电容后接地，调节器的输出端连接至锁相环芯片启动信号输入端，调节器的正相输入端连接至锁相环芯片比较信号输出端。该启动电路启动时，555定时器信号输出端截止，比较器输出高电平，二极管截止，二极管正极上的电容通过电源充电，则二极管正极上增大的电压逆至调节器，运算后输出一减小的电压，送至逆变触发电路的启动信号输入端，控制逆变脉冲频率从高到低变化，即扫频。调节电容及其充电电阻，可以设定电容的充电时间，即设定一次扫频时间。调节电位器可以调节电容送到调节器的电压，即设定扫频起始的最高频率。

因此，本发明的优点是：采用由锁相环构成的逆变触发电路，采用扫频式零压启动方式，电路结构简单，且启动成功率更高。

附图说明

附图1是本实用新型中主电路的一种结构示意图；

附图2是本实用新型中触发逆变电路的一种电路结构示意图；

附图3是本实用新型中启动电路的一种电路结构示意图；

附图4是本实用新型中锁相环芯片的功能结构示意图；

附图5是本实用新型中触发逆变电路中若干端脚处的电压波形图；

附图6是本实用新型实施例中例举实验中各点的一种电压波形图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

本实施例一种可控硅中频电源电路，包括主电路和启动触发电路，主电路包括由四个可控硅构成的单相逆变桥，启动触发电路包括有启动电路和逆变触发电路，启动电路与逆变触发电路相连接，逆变触发电路连接至单相逆变桥的可控硅控制端上。

主电路电路结构如图1所示，包括三相桥式全控整流电路和单相逆变桥电路，三相电接入到三相桥式全控整流电路，单向逆变桥与三相桥式全控整流电路相连，该单向逆变桥电路由四个可控硅组成，单相逆变桥电路连接负载。

如图2所示，逆变触发电路包括锁相环芯片、JK触发器、两个555定时器，该锁相环芯片具有第一比较输入端SIGNALIN、第二比较输入端COMPIN、启动信号输入端VCOIN、信号输出端VCOOUT、比较信号输出端PHIIOUT。JK触发器具有输入端、第一输出端Q和第二输出端 、，第一比较输入端SIGNALIN输入设定的中频信号，比较信号输出端PHIIOUT连接启动电路的输入端，启动电路输出端连接启动信号输入端VCOIN，锁相环芯片信号输出端连接在JK触发器的输入端，JK触发器的第一输出端连接第二比较输入端，且JK触发器的第一输出端和第二输出端分别与555定时器连接，每个555定时器具有两个输出脚，每个输出脚连接到单相逆变桥的一个可控硅控制端上。

锁相环芯片采用CD4046芯片，其由相位比较器、压控振荡器和低通滤波器三个基本单元构成，其功能图如图4所示，施加于相位比较器有两个信号：输出信号Vi(t)和压控振荡器的输出信号Vo(t)。相位比较器的输出信号Ve(t)正比于Vi(t)和Vo(t)的相位差，即：Ve(t)=Kp(øi-øo)。式中Kp为比例系数，V/rad; øi为输入端相位，rad; øo为输出端相位，rad.

Ve(t)经低通滤波器滤去高频成分后得到平均电压Va(t),去控制压控振荡器的频率，使输出信号Vo(t)的频率跟随输入信号Vi(t)的频率而变化。这一电路功能满足了可控硅中频电源的要求，使逆变触发脉冲跟踪负载振荡频率而变化。

如图3所示，启动电路包括有555定时器、比较器LM324A、调节器LM324B，555定时器的信号输出端分别连接到比较强的正相输入端和负相输入端，在比较器LM324A的正相输入端上通过电阻连接到电源，比较器LM324A的输出端连接在二极管的负极，二极管正极通过连接电位器后连接在调节器的正相输入端上，调节器LM324B的负相输入端连接电源，二极管的正极通过连接电阻后连接电源，二极管的正极还通过连接电容后接地，调节器LM324B的输出端连接至锁相环芯片启动信号输入端，调节器LM324B的正相输入端连接至锁相环芯片比较信号输出端。

启动电路启动时，555定时器信号输出端截止，比较器输出高电平，二极管截止，二极管正极上的电容通过电源充电，则二极管正极上增大的电压逆至调节器，运算后输出一减小的电压，送至逆变触发电路的启动信号输入端，即“扫频”。调节电容及其充电电阻，可以设定电容的充电时间，即设定一次扫频时间。调节电位器可以调节电容送到调节器LM324B的电压，即设定扫频起始的最高频率。

如果扫频启动成功，中频电源进入正常工作状态，禁止启动电路工作；如果扫频启动失败，则重复前述“扫频”，启动过程直至启动成功。

启动电路工作时，采用零电压软启动方式。将直流电压限定在较小值，保证中频电源启动时产生的冲击较小，待到电源启动成功后，再逐步将直流电压升高，直至达到额定值。在扫频启动时，禁止控制电路的电压闭环调节器工作，只给定较小的调节量；电源启动成功后，再将电压闭环调节器投入，使得直流电压逐步达到额定值。

逆变触发电路工作时，锁相环芯片的第一比较输入端SIGNALIN输入设定的中频电压信号，经过采集处理后，转换为同频率的方波信号，信号输出端信号经过JK触发器二分频，在JK触发器第一输出端和第二输出端形成相差150°的方波，再经555定时器得到两路逆变触发脉冲V1和V2。JK触发器的第一输出端信号作为锁相环比较器的另一输入信号反馈至锁相环芯片第二比较输入端COMPIN，通第一比较输入端SIGNALIIN的中频电压信号进行比较，经过相位比较后输出相位差，该相位差经过低通滤波得到一个平均电压，由比较信号输出端PHIIOUT输出，再由启动电路运算后输入到锁相环启动信号输入端，该启动信号输入端相当于压控振荡器输入端，通过内部压控振荡器的处理后由信号输出端输出，信号输出端输出的信号的频率值随启动信号输入端电压大小而改变，信号输出端信号经过JK触发器后又送回到第二比较输入端，构成了一个闭环调节系统，使得锁相环芯片的信号输出端的信号相位和频率不断跟踪第一比较输入端的中频信号的相位和频率，使两个信号的相位差不断减小趋近于零。然后锁相环芯片就进入锁定状态，这样就实现了触发脉冲与中频电压信号的严格同步，而锁相环芯片信号输出端的输出频率是触发脉冲频率的两倍。其中部分端脚波形图如图5所示。

接下来例举具体实验数据和结果来进行说明。上机进行实验。额定电压380V,电流200A，负载谐振频率约1000HZ。试验中启动电路各点波形图如图6所示，其中1为逆变触发脉冲波形，2为电容充放电波形，3为PI调节器LM324B输出波形，4为比较器LM324C输出波形。

在试验中发现，如果他激信号最高频率设置得当（一般为槽路谐振频率的1.2倍）,启动成功率可达100%。通过调节锁相环芯片CD4046的第6、7脚之间所接的电容，可以线性改变控制电压与输出脉冲频率的关系，即调整他激信号最高、最低频率，以满足不同情况下的启动要求。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (1)

1.一种可控硅中频电源电路，包括主电路和启动触发电路，主电路包括由四个可控硅构成的单相逆变桥，其特征在于：所述启动触发电路包括有启动电路和逆变触发电路，启动电路与逆变触发电路相连接，逆变触发电路连接至单相逆变桥的可控硅控制端上。

2.根据权利要求1所述的可控硅中频电源电路，其特征是所述逆变触发电路包括锁相环芯片、JK触发器、两个555定时器，该锁相环芯片具有第一比较输入端、第二比较输入端、启动信号输入端、信号输出端、比较信号输出端，JK触发器具有输入端、第一输出端和第二输出端，第一比较输入端输入设定的中频信号，比较信号输出端连接启动电路的输入端，启动电路输出端连接启动信号输入端，锁相环芯片信号输出端连接在JK触发器的输入端，JK触发器的第一输出端连接第二比较输入端，且JK触发器的第一输出端和第二输出端分别与555定时器连接，每个555定时器具有两个输出脚，每个输出脚连接到单相逆变桥的一个可控硅控制端上。

3.根据权利要求2所述的可控硅中频电源电路，其特征是所述启动电路包括有555定时器、比较器、调节器，555定时器的信号输出端分别连接到比较强的正相输入端和负相输入端，在比较器的正相输入端上通过电阻连接到电源，比较器的输出端连接在二极管的负极，二极管正极通过连接电位器后连接在调节器的正相输入端上，调节器的负相输入端连接电源，二极管的正极通过连接电阻后连接电源，二极管的正极还通过连接电容后接地，调节器的输出端连接至锁相环芯片启动信号输入端，调节器的正相输入端连接至锁相环芯片比较信号输出端。