CN209343216U - 一种能够降低功率器件温升的控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种能够降低功率器件温升的控制电路，其包括：N76E003芯片、参数输入电路、参数显示电路、温度检测电路、PWM驱动放大电路、驱动隔离电路、主回路电路、互感器电流反馈电路、输出电流反馈电路和输出电压反馈电路。本实用新型的有益之处在于：本实用新型提供的控制电路，能够根据预设参数(例如电流值)的大小输出相应的频率，PWM信号的占空比随一次电流反馈信号、输出电流反馈信号和输出电压反馈信号的变化而变化，从而可以有效降低逆变功率器件的温升，进而可以避免出现逆变功率器件寿命缩短的情况，即便逆变功率器件长时间使用也不容易造成永久性损坏。

Description

一种能够降低功率器件温升的控制电路

技术领域

本实用新型涉及一种控制电路，具体涉及一种能够降低功率器件温升的控制电路，属于电学技术领域。

背景技术

目前，市场上销售的逆变弧焊(包括手工焊、氩弧焊、等离子、气保焊及多用机)，它们的控制电路的PWM频率都是固定的，定频控制电路的一个具体实施方式如图1所示。由于定频控制电路的PWM频率是固定的，所以在输出大电流时，随着开关损耗的增加，容易导致功率器件温升过高、过快，进而会出现器件寿命缩短的情况，长时间使用容易造成功率器件永久性损坏。

实用新型内容

为解决现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种能够降低功率器件温升的控制电路。

为了实现上述目标，本实用新型采用如下的技术方案：

一种能够降低功率器件温升的控制电路，其特征在于，该控制电路包括：N76E003芯片、参数输入电路、参数显示电路、温度检测电路、PWM驱动放大电路、驱动隔离电路、主回路电路、互感器电流反馈电路、输出电流反馈电路和输出电压反馈电路，其中：

前述参数输入电路、参数显示电路、温度检测电路和PWM驱动放大电路分别与N76E003芯片的相应的引脚直接连接；

前述驱动隔离电路的输入端、输出端分别与PWM驱动放大电路的输出端、主回路电路中的逆变电路连接；

前述互感器电流反馈电路、输出电流反馈电路和输出电压反馈电路的输入端分别与主回路电路的互感器T、输出负极、输出正极连接，输出端分别与N76E003芯片的相应的引脚直接连接。

前述的能够降低功率器件温升的控制电路，其特征在于，前述互感器电流反馈电路由5个二极管、6个电阻、1个电压跟随器、1个电压比较器和1个电容组成，其中：

二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4组成桥式整流电路，该桥式整流电路的输入端与主回路电路中的互感器T连接；

电阻R18、电阻R19和电阻R20构成三个I-V变换电阻，此三个I-V变换电阻与桥式整流电路的输出信号并联；

电阻R21与电容C5连接，电阻R21的另一端与桥式整流电路的输出端连接，电容C5的另一端接地；

电压跟随器U6B的正输入端与电阻R21和电容C5的连接节点连接、负输入端与输出端连接，输出端与N76E003芯片的引脚连接；

二极管D5的两端分别与电压跟随器U6B的正输入端、电压比较器U6A的负输入端连接；

电阻R22和电阻R23均与电压比较器U6A的正输入端连接，电阻R22的另一端接地，电阻R23的另一端与+15V电源连接；

电压比较器U6A的输出端与N76E003芯片的引脚连接。

前述的能够降低功率器件温升的控制电路，其特征在于，前述输出电流反馈电路由4个电阻、1个电容、1个电压放大器和1个电压跟随器组成，其中：

电阻R9和电容C1均与电压放大器U5A的正输入端连接，电阻R9的另一端与主回路电路的输出负极连接，电容C1的另一端接地；

电阻R10和电阻R11均与电压放大器U5A的负输入端连接，电阻R10的另一端接地，电阻R11的另一端与电压放大器U5A的输出端连接；

电阻R12的两端分别与电压放大器U5A的输出端、电压跟随器U5B的正输入端连接；

电压跟随器U5B的负输入端与输出端连接，输出端与N76E003芯片的引脚连接。

前述的能够降低功率器件温升的控制电路，其特征在于，前述输出电压反馈电路由4个电阻、4个电容和2个电压跟随器组成，其中：

电容C2、电阻R14和电阻R15均与电阻R13连接，电阻R13的另一端与主回路电路的输出正极连接，电容C2和电阻R14的另一端均接地，电阻R15的另一端与电压跟随器U7A的正输入端连接；

电压跟随器U7A的负输入端与输出端连接，输出端与电容C3连接，电容C3的另一端接地；

电阻R16的两端分别与电压跟随器U7A的负输入端、电压跟随器U7B的正输入端连接；

电容C4和电容C7分别与电压跟随器U7B的输出端、+15V电源连接，另一端均接地；

电压跟随器U7B的负输入端与输出端连接，输出端与N76E003芯片的引脚连接。

本实用新型的有益之处在于：本实用新型提供的控制电路，能够根据预设参数(例如电流值)的大小输出相应的频率，PWM信号的占空比随一次电流反馈信号、输出电流反馈信号和输出电压反馈信号的变化而变化，从而可以有效降低逆变功率器件的温升，进而可以避免出现逆变功率器件寿命缩短的情况，即便逆变功率器件长时间使用也不容易造成永久性损坏。

附图说明

图1是现有的定频控制电路的一个具体实施方式的电路图；

图2是本实用新型提供的能够降低功率器件温升的控制电路的组成示意图；

图3是本实用新型提供的能够降低功率器件温升的控制电路的一个具体实施方式的电路图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述技术方案能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施例对本实用新型做详细的介绍。

本实用新型提供的能够降低功率器件温升的控制电路，其能够根据预设参数(例如电流值)的大小输出相应的频率，PWM信号的占空比随一次电流反馈信号、输出电流反馈信号和输出电压反馈信号的变化而变化。

参照图2，本实用新型提供的能够降低功率器件温升的控制电路包括：N76E003芯片、参数输入电路、参数显示电路、温度检测电路、PWM驱动放大电路、驱动隔离电路、主回路电路、互感器电流反馈电路、输出电流反馈电路和输出电压反馈电路。

参数输入电路、参数显示电路、温度检测电路和PWM驱动放大电路分别与N76E003芯片的相应的引脚直接连接，其中：

参数输入电路用于向N76E003芯片中输入需要设置的参数(例如电流)的大小；

参数显示电路用于显示通过参数输入电路输入的参数的大小；

温度检测电路用于检测设备内部逆变电路功率器件的温升，并将检测到的温度数据传输给N76E003芯片，该电路具有温控开关、热敏电阻等元件，温度变化时热敏电阻自身的阻值也会有变化，该变化是有规律的，所以热敏电阻的对地电压可以经N76E003芯片处理后用来检测设备内部逆变电路功率器件的温度变化情况，当功率器件的温升上升到温控开关的动作温度后，温控开关闭合，N76E003芯片检测到此信号后，关断PWM信号输出，功率器件经风机冷却后，温控开关断开，N76E003芯片检测到此信号后，继续输出PWM信号；

N76E003芯片根据预设参数的大小输出一组频率可变且带死区控制的PWM信号，PWM驱动放大电路用于驱动放大N76E003芯片输出的频率可变且带死区控制的PWM信号。

驱动隔离电路的输入端与PWM驱动放大电路的输出端连接，驱动隔离电路的输出端与主回路电路中的逆变电路连接。驱动隔离电路用于将PWM驱动放大电路输出的频率可变且带死区控制的PWM信号转换成多组同步反向不共地的驱动信号，该驱动信号用来驱动主回路电路中的逆变电路工作。

互感器电流反馈电路的输入端与主回路电路中的互感器T连接，输出端与N76E003芯片的相应的引脚直接连接。互感器电流反馈电路用于采集主回路电路的一次电流大小，并输出反馈调节信号给N76E003芯片。

输出电流反馈电路的输入端与主回路电路的输出负极连接，输出端与N76E003芯片的相应的引脚直接连接。输出电流反馈电路用于采集主回路电路中的采样电阻R两端的电压差信号，并输出反馈调节信号给N76E003芯片。

输出电压反馈电路的输入端与主回路电路的输出正极连接，输出端与N76E003芯片的相应的引脚直接连接。输出电压反馈电路用于采集主回路电路的输出电压的大小，并输出反馈调节信号给N76E003芯片。

作为一种优选的方案，参照图3，互感器电流反馈电路由5个二极管、6个电阻、1个电压跟随器、1个电压比较器和1个电容组成。

二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4组成桥式整流电路，该桥式整流电路的输入端与主回路电路中的互感器T连接。

电阻R18、电阻R19和电阻R20构成三个I-V变换电阻，此三个I-V变换电阻与桥式整流电路的输出信号并联。

电阻R21与电容C5连接，电阻R21的另一端与桥式整流电路的输出端连接，电容C5的另一端接地。

电压跟随器U6B的正输入端与电阻R21和电容C5的连接节点连接、负输入端与输出端连接，输出端与N76E003芯片的P06/TXD/AIN3引脚连接。

二极管D5的两端分别与电压跟随器U6B的正输入端、电压比较器U6A的负输入端连接。

电阻R22和电阻R23均与电压比较器U6A的正输入端连接，电阻R22的另一端接地，电阻R23的另一端与+15V电源连接。

电压比较器U6A的输出端与N76E003芯片的P07/RXD/AIN2引脚连接。

互感器电流反馈电路从主回路电路上采集的一次电流，经桥式整流电路和三个I-V变换电阻处理后，分成了两路：

一路经电压跟随器U6B阻抗变换后，形成一次电流反馈信号AD3，该一次电流反馈信号AD3经P06/TXD/AIN3引脚传输给N7E003芯片，进行PWM占空比的调节；

另一路经电压比较器U6A比较后，形成一次电流反馈信号AD4，该一次电流反馈信号AD4经P07/RXD/AIN2引脚传输给N7E003芯片，当一次电流反馈信号AD4的电压值高于电压比较器U6A的正输入端的预设电压值时，电压比较器U6A输出一个低电平信号，当N7E003芯片采集到这个低电平信号后，立即关断PWM信号的输出，实现逐波关断的功能。

作为一种优选的方案，参照图3，输出电流反馈电路由4个电阻、1个电容、1个电压放大器和1个电压跟随器组成。

电阻R9和电容C1均与电压放大器U5A的正输入端连接，电阻R9的另一端与主回路电路的输出负极连接，电容C1的另一端接地。

电阻R10和电阻R11均与电压放大器U5A的负输入端连接，电阻R10的另一端接地，电阻R11的另一端与电压放大器U5A的输出端连接。

电阻R12的两端分别与电压放大器U5A的输出端、电压跟随器U5B的正输入端连接。

电压跟随器U5B的负输入端与输出端连接，输出端与N76E003芯片的P04/AIN5/STADC/PWM3/IC3引脚连接。

输出电流反馈电路从主回路电路上的采样电阻R上采集的微小的电压差信号，先经电压放大器U5A进行电压放大，然后经电压跟随器U5B进行阻抗变换，形成输出电流反馈信号AD1，该输出电流反馈信号AD1通过P04/AIN5/STADC/PWM3/IC3引脚传输给N76E003芯片，进行PWM占空比的调节。

作为一种优选的方案，参照图3，输出电压反馈电路由4个电阻、4个电容和2个电压跟随器组成。

电容C2、电阻R14和电阻R15均与电阻R13连接，电阻R13的另一端与主回路电路的输出正极连接，电容C2和电阻R14的另一端均接地，电阻R15的另一端与电压跟随器U7A的正输入端连接。

电压跟随器U7A的负输入端与输出端连接，输出端与电容C3连接，电容C3的另一端接地。

电阻R16的两端分别与电压跟随器U7A的负输入端、电压跟随器U7B的正输入端连接。

电容C4和电容C7分别与电压跟随器U7B的输出端、+15V电源连接，另一端均接地。

电压跟随器U7B的负输入端与输出端连接，输出端与N76E003芯片的P05/PWM2/IC6/T0/AIN4引脚连接。

输出电压反馈电路从主回路电路上采集的输出正负极两端的电压，先经电阻分压，然后经电压跟随器U7A和电压跟随器U7B进行阻抗变换，形成输出电压反馈信号AD2，该输出电压反馈信号AD2通过P05/PWM2/IC6/T0/AIN4引脚传输给N76E003芯片，进行PWM占空比、起弧电流和推力电流的调节。

N76E003芯片通过采集并处理一次电流反馈信号AD3、输出电流反馈信号AD1和输出电压反馈信号AD2，最终输出的是一个频率不变、占空比随反馈信号变化的PWM信号。

在逆变频率不变的弧焊机控制电路中，在小电流时，通过逆变器功率器件的电流也小，逆变器的开关损耗也低，温升也低；但在大电流时，通过逆变器功率器件的电流变大，逆变器的开关损耗也增大，温升急剧升高。

在半导体器件使用规范中，温度每升高10℃，半导体器件的使用寿命就会减半，所以在半导体使用的过程中，严格控制器件的温升是很有必要的。

当我们在弧焊机中使用本实用新型提供的控制电路后，逆变电路功率器件的温升能够得到有效的降低，具体如下：

在小电流时，主回路电路中的逆变电路输出一个较高的频率，这时通过逆变电路功率器件的电流较小，功率器件的开关损耗也较低，从而功率器件的温升相应也较低；

当预设电流变大时，主回路电路中的逆变电路的频率相应降低，这时通过逆变电路的电流会增大，但随着频率的降低，功率器件的开关损耗也随着降低，从而控制功率器件的温升，使功率器件的温升工作在安全温度范围，从而提高功率器件的使用寿命。

由此可见，本实用新型提供的控制电路，通过预设参数(例如电流)的大小，可以输出不同频率的PWM信号，改变PWM信号的占空比，从而可以有效降低逆变功率器件的温升，进而可以避免出现逆变功率器件寿命缩短的情况，即便逆变功率器件长时间使用也不容易造成永久性损坏。

需要说明的是，上述实施例不以任何形式限制本实用新型，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围内。

Claims (4)

1.一种能够降低功率器件温升的控制电路，其特征在于，该控制电路包括：N76E003芯片、参数输入电路、参数显示电路、温度检测电路、PWM驱动放大电路、驱动隔离电路、主回路电路、互感器电流反馈电路、输出电流反馈电路和输出电压反馈电路，其中：

所述参数输入电路、参数显示电路、温度检测电路和PWM驱动放大电路分别与N76E003芯片的相应的引脚直接连接；

所述驱动隔离电路的输入端、输出端分别与PWM驱动放大电路的输出端、主回路电路中的逆变电路连接；

所述互感器电流反馈电路、输出电流反馈电路和输出电压反馈电路的输入端分别与主回路电路的互感器T、输出负极、输出正极连接，输出端分别与N76E003芯片的相应的引脚直接连接。

2.根据权利要求1所述的能够降低功率器件温升的控制电路，其特征在于，所述互感器电流反馈电路由5个二极管、6个电阻、1个电压跟随器、1个电压比较器和1个电容组成，其中：

二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4组成桥式整流电路，该桥式整流电路的输入端与主回路电路中的互感器T连接；

电阻R18、电阻R19和电阻R20构成三个I-V变换电阻，此三个I-V变换电阻与桥式整流电路的输出信号并联；

电阻R21与电容C5连接，电阻R21的另一端与桥式整流电路的输出端连接，电容C5的另一端接地；

电压跟随器U6B的正输入端与电阻R21和电容C5的连接节点连接、负输入端与输出端连接，输出端与N76E003芯片的引脚连接；

二极管D5的两端分别与电压跟随器U6B的正输入端、电压比较器U6A的负输入端连接；

电阻R22和电阻R23均与电压比较器U6A的正输入端连接，电阻R22的另一端接地，电阻R23的另一端与+15V电源连接；

电压比较器U6A的输出端与N76E003芯片的引脚连接。

3.根据权利要求1所述的能够降低功率器件温升的控制电路，其特征在于，所述输出电流反馈电路由4个电阻、1个电容、1个电压放大器和1个电压跟随器组成，其中：

电阻R9和电容C1均与电压放大器U5A的正输入端连接，电阻R9的另一端与主回路电路的输出负极连接，电容C1的另一端接地；

电阻R10和电阻R11均与电压放大器U5A的负输入端连接，电阻R10的另一端接地，电阻R11的另一端与电压放大器U5A的输出端连接；

电阻R12的两端分别与电压放大器U5A的输出端、电压跟随器U5B的正输入端连接；

电压跟随器U5B的负输入端与输出端连接，输出端与N76E003芯片的引脚连接。

4.根据权利要求1所述的能够降低功率器件温升的控制电路，其特征在于，所述输出电压反馈电路由4个电阻、4个电容和2个电压跟随器组成，其中：

电容C2、电阻R14和电阻R15均与电阻R13连接，电阻R13的另一端与主回路电路的输出正极连接，电容C2和电阻R14的另一端均接地，电阻R15的另一端与电压跟随器U7A的正输入端连接；

电压跟随器U7A的负输入端与输出端连接，输出端与电容C3连接，电容C3的另一端接地；

电阻R16的两端分别与电压跟随器U7A的负输入端、电压跟随器U7B的正输入端连接；

电容C4和电容C7分别与电压跟随器U7B的输出端、+15V电源连接，另一端均接地；

电压跟随器U7B的负输入端与输出端连接，输出端与N76E003芯片的引脚连接。