CN206180830U - 基于电流镜调制的脉冲频率调节控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于大功率电源控制领域，提供了一种基于电流镜调制的脉冲频率调节控制电路，包括：电流调节电路、芯片控制电路、逆变模块电路、整流滤波电路和分压采样电路；电流调节电路用于将分压采样电路反馈的电压变化转化为电流变化，再以镜像的方式调节输出电流；芯片控制电路用于根据电流调节电路输出的电流的大小来调节自身所输出脉冲的频率；逆变模块电路用于接收芯片控制电路输出的脉冲，并根据脉冲的频率将待变电压逆变成相应频率的矩形脉冲电压，并输出；整流滤波电路用于对矩形脉冲电压进行整流滤波得到直流电压，并输出；分压采样电路用于对直流电压进行分压采样后反馈给电流调节电路。本实用新型提供的电路节省成本，简化电路结构。

Description

基于电流镜调制的脉冲频率调节控制电路

技术领域

本实用新型属于大功率电源控制领域，尤其涉及一种基于电流镜调制的脉冲频率调节控制电路。

背景技术

在医疗影像设备数字成像技术中，需要强电场来激发电子云，产生X射线，其中高频高压发生器被用来提供所需电场。所述高频高压发生器的主要功能是把工频输入的380V的交流电转化为几万至十几万伏特的高压直流电，为了减小所述发生器的体积，我们一般将380V的交流电整流后再进行高频逆变，逆变后的交流脉冲通过所述发生器升压、整流，最后由高压电缆输出到负载。所述高频高压发生器对于电源控制部分而言，由于产生射线时的工作时间短，通常在1秒以内，个别短时间的工作模式，只有几个毫秒，所以要求在逆变过程中的控制电路有很快的响应时间，用来提升电压的上升时间以及稳态过程中电压的稳定性；再一点是随着科技的发展，高频高压发生器的功率范围越做越大，到目前市面上常用的高频高压发生器最大功率已达到100KW，而同一台发生器上最小功率只有100W，跨度达1000倍，造成了对控制电路很大的压力，而现有的关于高频高压发生器的电源控制部分的控制电路通常有两种方式：

一是采用改变脉冲宽度来做控制电路，由于脉冲宽度的控制电路都要有误差放大器，故回路的增益和响应速度受到影响，输出电压上升到稳态时间较慢，在稳定状态下微调整也比较缓慢，电压上升时间过长降低了射线的硬度，影响诊断图像质量。

二是采用脉冲频率控制电路，脉冲频率控制电路中没有误差放大器，工作过程中电压上升速度快，但是现有技术中，大都通过采用采样反馈电压，来调节流过线性光耦的电流大小进而改变频率的大小，受限于一般线性光耦的电流传输比在100％-500％之间，调节区间只有5倍，要控制输出功率范围跨度100W-100KW的高频高压发生器，需要用多路光耦来并联，增加了电路的成本以及复杂性。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种基于电流镜调制的脉冲频率调节控制电路，旨在解决高频高压发生器输出电压上升时间较慢导致射线硬度不够的问题和输出功率范围太窄的问题。

本实用新型提供了一种基于电流镜调制的脉冲频率调节控制电路，包括：电流镜式电流调节电路、芯片控制电路、逆变模块电路、整流滤波电路和分压采样电路；

所述电流调节电路与所述分压采样电路连接，用于接收所述分压采样电路反馈的电压变化，将所述电压变化转化为电流变化，并基于镜像的方式，根据所述电流变化调节输出电流；

所述芯片控制电路与所述电流调节电路连接，用于接收所述电流调节电路输出的电流，并根据所述电流的大小来调节自身所输出脉冲的频率；

所述逆变模块电路与所述芯片控制电路连接，用于接收所述芯片控制电路输出的脉冲，并根据所述脉冲的频率来将待变电压逆变成相应频率的矩形脉冲电压，并输出；

所述整流滤波电路与所述逆变模块电路连接，用于接收所述逆变模块电路输出的相应频率的矩形脉冲电压，并对相应频率的所述矩形脉冲电压进行整流滤波得到直流电压，并输出；

所述分压采样电路与所述整流滤波电路连接，用于接收所述整流滤波电路输出的直流电压，并对所述直流电压进行分压采样，并将分压采样后的电压值反馈给所述电流调节电路。

进一步地，所述电流调节电路包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1、第二电容C2、第一二极管D1、第二二极管D2、PNP型第一三极管Q1和PNP型第二三极管Q2；

所述第一三极管Q1的基极通过所述第二电容C2接地，集电极通过所述第三电阻R3与所述第二二极管D2的阳极连接，并与所述第一三极管Q1的基极连接，发射极通过所述第一电阻R1接电源VCC、第一电容C1的一端；所述第二三极管Q2的基极与所述第一三极管Q1的基极连接，集电极与所述第一二极管D1的阳极连接，发射极通过所述第二电阻R2连接电源VCC；所述第一电容C1的另一端接地；所述第二二极管D2的阴极与所述分压采样电路的采样节点连接；所述第一二极管D1的阴极与所述芯片控制电路的振荡器放电端连接。

进一步地，所述芯片控制电路包括：第三电容C3、第四电容C4、第四电阻R4、第五电阻R5和控制芯片SG3525；

所述控制芯片SG3525的基准电压端通过所述第三电容C3接地，定时电阻端通过所述第四电阻R4接地，定时电容端通过所述第四电容C4接地，并通过所述第五电阻R5与所述振荡器放电端连接，脉冲输出B端与所述逆变模块电路的第二脉冲接收端子连接，脉冲输出A端与所述逆变模块电路的第一脉冲接收端子连接。

进一步地，所述逆变模块电路包括：第三MOS管Q3、第四MOS管Q4、变压器T1；

所述第三MOS管Q3的漏极与外接正极性直流母线电压VIN+连接，源极与所述变压器T1的第三端连接，并与所述第四MOS管Q4的漏极连接，基极作为所述第一脉冲接收端子与所述脉冲输出A端连接；所述第四MOS管Q4的源极与负极性外接直流母线电压VIN-连接，并与所述变压器T1的第四端连接，基极作为所述第二脉冲接收端子与所述脉冲输出B端连接。

进一步地，所述整流滤波电路包括：第三二极管D3、第六电容C6、第七电容C7；

第六电容C6与所述第七电容C7为并联结构，所述并联结构的一端与所述第三二极管D3的阴极连接，所述并联结构的另一端与所述变压器T1的第二端连接并同时接地，所述第三二极管D3的阳极与所述变压器T1的第一端连接。

进一步地，所述分压采样电路包括：第五电容C5、第六电阻R6、第七电阻R7；

所述第六电阻R6与所述第七电阻R7形成串联分压结构，所述串联分压结构的正极DC+与所述并联结构的一端连接，所述串联分压结构的负极DC-与所述并联结构的另一端连接；所述第六电阻R6与所述第七电阻R7的连接处作为所述采样节点与所述第二二极管的D2的阴极连接，并同时通过所述第五电容C5接地。

本实用新型与现有技术相比，有益效果在于：本实用新型提供的一种基于电流镜调制的脉冲频率调节控制电路，一是脉冲频率调节控制电路里没有误差放大器，能提升电压的上升时间，提高射线的硬度，在工作稳态状态下，快速微调整电压变化，提高射线质量，二是相比现有技术采用线性光耦来调节驱动脉冲的频率，受限于线性光耦的电流工作范围，本实用新型采用电流镜电路根据输出反馈电压的大小调节电流镜的输出电流，进而控制输出驱动脉冲的频率，所述电流镜电路中的三极管的输出电流可以从几个毫安到几安，电流跨度也可以达到1000倍及以上，在控制上满足高频高压发生器对功率范围的跨度要求，节省了成本，简化了电路结构。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种基于电流镜调制的脉冲频率调节控制电路的结构原理图；

图2是本实用新型实施例提供的一种基于电流镜调制的脉冲频率调节控制电路的具体电路图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型介绍了一种基于电流镜调制的脉冲频率调节控制电路，所述脉冲频率调节控制电路是关于高频高压发生器的电源控制部分的控制电路，如图1所示，具体包括：电流镜式电流调节电路1、芯片控制电路2、逆变模块电路3、整流滤波电路4和分压采样电路5。

所述电流调节电路1与所述分压采样电路5连接，用于接收所述分压采样电路反馈的电压变化，将所述电压变化转化为电流变化，并基于镜像的方式，根据所述电流变化调节输出电流。

具体地，当所述分压采样电路5反馈的电压变大时，电流变小，输出电流(镜像)变小；当所述分压采样电路反馈的电压变小时，电流变大，输出电流(镜像)变大。

所述芯片控制电路2与所述电流调节电路1连接，用于接收所述电流调节电路1输出的电流，并根据所述电流的大小来调节自身所输出脉冲的频率。

具体地，电流调节电路1输出到其引脚的电流越小，所述芯片控制电路2两路输出端的脉冲频率越低；电流调节电路1输出到其引脚的电流越大，所述芯片控制电路2两路输出端的脉冲频率越高。

所述逆变模块电路3与所述芯片控制电路2连接，用于接收所述芯片控制电路2输出的脉冲，并根据所述脉冲的频率来将待变电压逆变成相应频率的矩形脉冲电压，并输出。

具体地，所述逆变模块电路3用于根据所述脉冲的频率来将其主电路上直流母线的待变电压逆变得到相应频率的矩形脉冲电压波形。

所述整流滤波电路4与所述逆变模块电路3连接，用于接收所述逆变模块电路3输出的相应频率的矩形脉冲电压，并对相应频率的所述矩形脉冲电压进行整流滤波得到平滑的直流电压，并输出。

所述分压采样电路5与所述整流滤波电路4连接，用于接收所述整流滤波电路4输出的直流电压，并对所述直流电压进行分压采样，并将分压采样后的电压值反馈给所述电流调节电路1。

具体地，所述分压采样电路5用于将所述整流滤波电路4输出的电压进行分压采样，并将分压采样后的电压值反馈给所述电流调节电路1；采样电压的大小会影响所述电流调节电路1输出电流的大小，进而形成一个完整的闭环链。

下面具体介绍这种基于电流镜调制的脉冲频率调节控制电路的电路图，结合图1和图2所示：

所述电流调节电路1包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1、第二电容C2、第一二极管D1、第二二极管D2、PNP型第一三极管Q1和PNP型第二三极管Q2；所述第一三极管Q1的基极通过所述第二电容C2接地，集电极通过所述第三电阻R3与所述第二二极管D2的阳极连接，并与所述第一三极管Q1的基极连接，发射极通过所述第一电阻R1接电源VCC、第一电容C1的一端；所述第二三极管Q2的基极与所述第一三极管Q1的基极连接，集电极与所述第一二极管D1的阳极连接，发射极通过所述第二电阻R2连接电源VCC；所述第一电容C1的另一端接地；所述第二二极管D2的阴极与所述分压采样电路5的采样节点连接；所述第一二极管D1的阴极与所述芯片控制电路的振荡器放电端连接。

所述电流调节电路1用于从所述分压采样电路5接收反馈电压值，根据反馈电压的大小输出不同大小的电流到所述芯片控制电路2的控制芯片的振荡器放电端，反馈电压值越高，输出电流越小；反馈电压值越低，输出电流越大。

具体地，所述电流调节电路1用于从所述分压采样电路5接收反馈电压值，最终我们需要对DC+对DC-的值进行闭环调节，反馈值的大小为DC+对DC-通过第六电阻R6和第七电阻R7分压的大小，分压比例为Vi＝R7*(DC+－DC-)/(R6+R7)，其中流过电流调节电路1的第一三极管Q1发射极到集电极的电流大小为i1，i1等于电源VCC减去Vi，再减去第二二极管D2的管压降，再减去第一三极管Q1的压降之后除以(R1+R3)的阻值，即i1＝(VCC-Vi-VD2)/(R1+R3)。流过第一三极管Q1基极的电流i2大小等于i1除以三极管的固定电流放大倍数β，那么i2＝i1/β＝(VCC-Vi-VD2)/(R1+R3)β。由于第一三极管Q1和第二三极管Q2选用同型号的三极管，第一电阻R1的阻值等于第二电阻R2的阻值，所以第一三极管Q1的基极电位与第二三极管Q2的基极电位相等，PN结导通电压相同，电源VCC一样，则流过第二三极管Q2的基极电流i3与流过第一三极管Q1的基极电流i2相等。在这种情况下，流过第二三极管Q2的发射极到集电极的电流等于i3乘以电流放大倍数β，i3＝i2＝(VCC-Vi-VD2)/(R1+R3)β；所以当Vi越大的时候，i3越小，这样流入控制芯片U1振荡器放电端的电流就越小，当Vi越小的时候，i3就越大，流入控制芯片SG3525振荡器放电端的电流就越大。

所述芯片控制电路2包括：第三电容C3、第四电容C4、第四电阻R4、第五电阻R5和控制芯片SG3525；所述控制芯片SG3525的基准电压端通过所述第三电容C3接地，定时电阻端通过所述第四电阻R4接地，定时电容端通过所述第四电容C4接地，并通过所述第五电阻R5与所述振荡器放电端连接，脉冲输出B端与所述逆变模块电路的第二脉冲接收端子连接，脉冲输出A端与所述逆变模块电路3的第一脉冲接收端子连接。

所述芯片控制电路2的控制芯片SG3525接收来自所述电流调节电路的电流，电流的大小会改变所述控制芯片SG3525外围电路中电容的充放电时间，进而影响控制芯片SG3525的脉冲输出B端和脉冲输出A端的脉冲输出频率，进而会输出不同频率的脉冲到逆变模块电路3。

所述逆变模块电路3包括：第三MOS管Q3、第四MOS管Q4、变压器T1；所述第三MOS管Q3的漏极与外接正极性直流母线电压VIN+连接，源极与所述变压器T1的第三端连接，并与所述第四MOS管Q4的漏极连接，基极作为所述第一脉冲接收端子与所述脉冲输出A端连接；所述第四MOS管Q4的源极与负极性外接直流母线电压VIN-连接，并与所述变压器T1的第四端连接，基极作为所述第二脉冲接收端子与所述脉冲输出B端连接。

所述逆变模块电路3接收到来自所述控制芯片SG3525的驱动脉冲后，第三MOS管Q3和第四MOS管Q4根据高电平有效的控制脉冲开通与关断，将正极性直流母线电压VIN+和VIN-逆变成不同频率的矩形脉冲波到所述变压器T1。

所述整流滤波电路4包括：第三二极管D3、第六电容C6、第七电容C7；第六电容C6与所述第七电容C7为并联结构，所述并联结构的一端与所述第三二极管D3的阴极连接，所述并联结构的另一端与所述变压器T1的第二端连接并同时接地；，所述第三二极管D3的阳极与所述变压器T1的第一端连接。

所述整流滤波模块4接收到来自所述逆变模块电路3的矩形脉冲波以后，经所述第三二极管D3整流及所述第六电容C6和第七电容C7滤波后得到平滑的直流电压DC+和DC-。

所述分压采样电路5包括：第五电容C5、第六电阻R6、第七电阻R7；所述第六电阻R6与所述第七电阻R7形成串联分压结构，所述串联分压结构的正极DC+与所述并联结构的一端连接，所述串联分压结构的负极DC-与所述并联结构的另一端连接；所述第六电阻R6与所述第七电阻R7的连接处作为所述采样节点与所述第二二极管的D2的阴极连接、并同时通过所述第五电容C5接地。

所述分压采样电路5通过所述分压电阻即所述第六电阻R6和第七电阻R7将所述整流滤波电路整流后的直流电压分压，再把电压信号输出到所述电流调节电路1。

关于本实用新型提供的基于电流镜调制的脉冲频率调节控制电路的电路图，在控制逆变模块3电路中的第三MOS管Q3和第四MOS管Q4的开关过程中，流过电流镜电路中第一三极管Q1的电流大小i1会根据输入分压采样值Vi的高低来变化，当Vi变小时，流过第一三极管Q1的电流由于第一三极管Q1的Vce变大，流过第一三极管Q1的发射极-集电极的电流i1也变大；由于电流镜的电流对称特性，流过第二电阻R2、第二三极管Q2、第一二极管D1的电流i2也会变大，这样控制芯片SG3525流过第五电阻R5的电流也会变大，控制芯片SG3525给第四电容C4的充电电流会变小，控制芯片SG3525的脉冲输出A端和脉冲输出B端会跟随第四电容C4上的电压变化而发生频率变化；第四电容C4上的充电电压越低，脉冲输出A端和脉冲输出B端输出的脉冲频率就越低，脉冲输出A端和脉冲输出B端输出的脉冲死区时间固定，所以频率越低，占空比越大，输出有效功率越大，后续逆变整流后的采样值Vi就会变大，由此完成一个完整的闭环体系。

本实用新型提供的一种基于电流镜调制的脉冲频率调节控制电路，一是脉冲频率调节控制电路里没有误差放大器，能提升电压的上升时间，提高射线的硬度，在工作稳态状态下，快速微调整电压变化，提高射线质量，二是相比现有技术采用线性光耦来调节驱动脉冲的频率，受限于线性光耦的电流工作范围，本实用新型能提供的电流调节能力更加广泛，本实用新型采用电流镜电路根据输出反馈电压的大小调节电流镜的输出电流，进而控制输出驱动脉冲的频率，所述电流镜电路中的三极管的输出电流可以从几个毫安到几安，电流跨度也可以达到1000倍及以上，在控制上满足高频高压发生器对功率范围的跨度要求，节省了成本，简化了电路结构。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于电流镜调制的脉冲频率调节控制电路，其特征在于，包括：电流镜式电流调节电路、芯片控制电路、逆变模块电路、整流滤波电路和分压采样电路；

所述电流调节电路与所述分压采样电路连接，用于接收所述分压采样电路反馈的电压变化，将所述电压变化转化为电流变化，并基于镜像的方式，根据所述电流变化调节输出电流；

所述芯片控制电路与所述电流调节电路连接，用于接收所述电流调节电路输出的电流，并根据所述电流的大小来调节自身所输出脉冲的频率；

所述逆变模块电路与所述芯片控制电路连接，用于接收所述芯片控制电路输出的脉冲，并根据所述脉冲的频率来将待变电压逆变成相应频率的矩形脉冲电压，并输出；

所述整流滤波电路与所述逆变模块电路连接，用于接收所述逆变模块电路输出的相应频率的矩形脉冲电压，并对相应频率的所述矩形脉冲电压进行整流滤波得到直流电压，并输出；

所述分压采样电路与所述整流滤波电路连接，用于接收所述整流滤波电路输出的直流电压，并对所述直流电压进行分压采样，并将分压采样后的电压值反馈给所述电流调节电路。

2.如权利要求1所述的脉冲频率调节控制电路，其特征在于，所述电流调节电路包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1、第二电容C2、第一二极管D1、第二二极管D2、PNP型第一三极管Q1和PNP型第二三极管Q2；

所述第一三极管Q1的基极通过所述第二电容C2接地，集电极通过所述第三电阻R3与所述第二二极管D2的阳极连接，并与所述第一三极管Q1的基极连接，发射极通过所述第一电阻R1接电源VCC、第一电容C1的一端；所述第二三极管Q2的基极与所述第一三极管Q1的基极连接，集电极与所述第一二极管D1的阳极连接，发射极通过所述第二电阻R2连接电源VCC；所述第一电容C1的另一端接地；所述第二二极管D2的阴极与所述分压采样电路的采样节点连接；所述第一二极管D1的阴极与所述芯片控制电路的振荡器放电端连接。

3.如权利要求2所述的脉冲频率调节控制电路，其特征在于，所述芯片控制电路包括：第三电容C3、第四电容C4、第四电阻R4、第五电阻R5和控制芯片SG3525；

所述控制芯片SG3525的基准电压端通过所述第三电容C3接地，定时电阻端通过所述第四电阻R4接地，定时电容端通过所述第四电容C4接地，并通过所述第五电阻R5与所述振荡器放电端连接，脉冲输出B端与所述逆变模块电路的第二脉冲接收端子连接，脉冲输出A端与所述逆变模块电路的第一脉冲接收端子连接。

4.如权利要求3所述的脉冲频率调节控制电路，其特征在于，所述逆变模块电路包括：第三MOS管Q3、第四MOS管Q4、变压器T1；

所述第三MOS管Q3的漏极与外接正极性直流母线电压VIN+连接，源极与所述变压器T1的第三端连接，并与所述第四MOS管Q4的漏极连接，基极作为所述第一脉冲接收端子与所述脉冲输出A端连接；所述第四MOS管Q4的源极与负极性外接直流母线电压VIN-连接，并与所述变压器T1的第四端连接，基极作为所述第二脉冲接收端子与所述脉冲输出B端连接。

5.如权利要求4所述的脉冲频率调节控制电路，其特征在于，所述整流滤波电路包括：第三二极管D3、第六电容C6、第七电容C7；

第六电容C6与所述第七电容C7为并联结构，所述并联结构的一端与所述第三二极管D3的阴极连接，所述并联结构的另一端与所述变压器T1的第二端连接并同时接地，所述第三二极管D3的阳极与所述变压器T1的第一端连接。

6.如权利要求5所述的脉冲频率调节控制电路，其特征在于，所述分压采样电路包括：第五电容C5、第六电阻R6、第七电阻R7；

所述第六电阻R6与所述第七电阻R7形成串联分压结构，所述串联分压结构的正极DC+与所述并联结构的一端连接，所述串联分压结构的负极DC-与所述并联结构的另一端连接；所述第六电阻R6与所述第七电阻R7的连接处作为所述采样节点与所述第二二极管的D2的阴极连接，并同时通过所述第五电容C5接地。