CN218243913U - 一种恒流速调管灯丝电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种恒流速调管灯丝电源，包括交直流转换器DC1、滤波电容C1、桥式逆变电路、LC滤波器，市电经交直流转换器DC1后输出直流电至桥式逆变电路的两端，在交直流转换器DC1的两个输出端之间并联设置电容C1；桥式逆变电路的输出端经LC滤波器后输出用于恒流速调管灯丝供电的电源；桥式逆变电路的四个开关管的驱动端分别连接远程控制隔离电路，所述远程控制隔离电路用于控制桥式逆变电路的工作状态。本实用新型的优点在于：电路结构简单可靠，电路稳定，可以输出稳定的工频交流电为灯丝供电；电路稳定可靠，可以自适应调节。

Description

一种恒流速调管灯丝电源

技术领域

本实用新型电源控制领域，特别涉及一种恒流速调管灯丝电源。

背景技术

随着疫情的开始以及人们对食品的保存时间和食品质量要求，人们需要对食品进行灭菌，对医疗器械进行消毒，以至于工业辐照技术随工业化发展已经广泛应用于市场。速调管属于系统组成的一部分，其输出稳定性直接影响辐照效果，速调管灯丝电流是影响速调管稳定性重要的因素之一。

传统的速调管灯丝电源多是通过工频市电输入220V，然后通过变压器跳档来控制输出电压，再通过脉冲变压器的次级双绕组馈送到灯丝变压器上，最后接到速调管灯丝上。由于速调管灯丝负载的特性，在其温度较低时，其阻抗较小，并随着温度的升高，逐渐变大。传统的速调管灯丝电源一般采用跳档控制电压，分多个电压档位逐渐提升预热电压。这种方式在跳档之初的短时间内，虽加在速调管灯丝上的电压不大，但由于灯丝初始电阻较小，灯丝的冲击电流仍会很大，对速调管灯丝的寿命有一定的影响。由于速调管灯丝负载电流能达到几十安培，若采用直流电源会在成很大的损耗；采用交流形式，在脉冲高压端通过灯丝变压器耦合过去，给速调管灯丝供电，效率会大大增加。市面上现在采用的工频交流恒流电源多是通过MCU或者DSP控制的交流恒流电源，其编程复杂，抗干扰能力弱，对环境要求高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种恒流速调管灯丝电源，该电源电路简单、系统稳定可靠的。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种恒流速调管灯丝电源，包括交直流转换器DC1、滤波电容C1、桥式逆变电路、LC滤波器，市电经交直流转换器DC1后输出直流电至桥式逆变电路的两端，在交直流转换器DC1的两个输出端之间并联设置电容C1；桥式逆变电路的输出端经LC滤波器后输出用于恒流速调管灯丝供电的电源；桥式逆变电路的四个开关管的驱动端分别连接远程控制隔离电路，所述远程控制隔离电路用于控制桥式逆变电路的工作状态。

所述远程控制隔离电路包括控制芯片U1、连锁保护电路，所述控制芯片U1输出驱动信号至连锁保护电路，所述连锁保护电路将控制芯片U1输出的驱动信号转换成四路驱动控制信号，用于分别驱动桥式逆变电路的每个开关管。

所述远程控制隔离电路还包括驱动隔离自举升压电路，其包括左上光耦、左下光耦、右下光耦、右上光耦，所述连锁保护电路输出四路驱动信号分别至所述左上光耦、左下光耦、右下光耦、右上光耦的输入端，所述左上光耦、左下光耦、右下光耦、右上光耦的输出端分别对应连接左上开关管V1、左下开关管V2、右下开关管V4、右上开关管V3的驱动端；电源VCC1分别连接至左下光耦、右下光耦的VCC端；电源VCC1经二极管D1连接至右上光耦的VCC端、经二极管D2连接左上光耦的VCC端；左上光耦的VCC端经电容C4接其GND端；右上光耦的VCC端经电容C3接其GND端。

所述连锁保护电路包括四输入与非门NAND1、NAND2，与非门NAND1的输入端分别输入交直流转换器DC1输出直流采样信号、交流市电正半周电压采样信号、灯丝电源低压供电的采样信号以及与非门NAND2的输出信号；与非门NAND2的输入端分别输入交直流转换器DC1输出直流采样信号、交流市电负半周电压采样信号、灯丝电源低压供电的采样信号以及与非门NAND1的输出信号；与非门NAND1、NAND2的输出端分别与取反电路后分别输入值与非门NAND3的一个输入端以及与非门NAND4的一个输入端，与非门NAND3的另一个输入端、与非门NAND4的另一个输入端均连接至控制芯片U1的驱动信号输出端；与非门NAND3、与非门NAND4输出端分别连接至左上光耦的输入端、左下光耦的输入端；与非门NAND1、NAND2的输出端分别连接至右下光耦的输入端、右上光耦的输入端。

所述控制芯片U1分别连接电压采样电路、电流采样电路以及基准电压输入电路、基准电流输入电路，所述控制芯片U1根据电压采样电路采集的输出的交流电源的电压信号与基准电压之间的差值以及根据电流采样电路采集的输出的交流电源的电流信号与基准电流之间的差值来调节控制驱动信号的输出。

所述控制芯片U1与过流信号采集电路连接，所述控制芯片U1用于在电流过流时控制切断驱动信号的输出。

所述电压采样电路包括电压互感器T2，所述电压互感器T2互感得到输出的交流电源的电压信号，所述电压互感器T2依次连接整流桥、运算放大器后形成电压取样信号送入到控制芯片U1中。

所述电流采样电路包括电流互感器T1，所述电流互感器T1互感得到输出的交流电源的电流信号，所述电流互感器T1依次连接整流桥、运算放大器后形成电流取样信号送入到控制芯片U1中。

本实用新型的优点在于：电路结构简单可靠，电路稳定，可以输出稳定的工频交流电为灯丝供电；电路稳定可靠，可以自适应调节；基于电压电流动态调节输出保证了输出的稳定；输出滤波设置保证了输出的波形的可靠，滤除高频谐波。

附图说明

下面对本实用新型说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本实用新型连锁保护电路原理图；

图2为本实用新型控制系统U1原理图；

图3为本实用新型电压、电流采样原理图；

图4为本实用新型的逆变输出原理图。

具体实施方式

下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

本方案是一种交流恒流电源，其先将市电输入整流，得到300V直流电，在以全桥逆变的和输出滤波达到交流输出，通过电流和电压取样实现电流和电压的双闭环控制。包括交直流转换电路、自举驱动隔离电路、连锁保护电路、取样控制电路、远程控制隔离电路、输出滤波电路。交直流转换电路将市电转成直流电，在通过滤波电容滤波后得到直流电。所述的连锁保护电路通过判断输入电压和芯片电源经过简单的逻辑控制电路来控制驱动的输出，所述的取样控制电路时通过电流互感器和电压互感器对输出电流、电压取样，在经过运算放大器对取样信号放大，送到控制芯片，形成电流、电压闭环控制，所述的远程控制隔离电路将远端的PWM信号通过光耦隔离和电容滤波产生基准控制电平来控制电源输出。所述的输出整形滤波电路时将全桥逆产生的方波经过电感和电容滤波产生工频交流电源。具体电路原理如下：

如图4所示，一种恒流速调管灯丝电源，包括交直流转换器DC1、滤波电容C1、桥式逆变电路、LC滤波器，市电经交直流转换器DC1后输出直流电至桥式逆变电路的两端，在交直流转换器DC1的两个输出端之间并联设置电容C1；桥式逆变电路的输出端经LC滤波器后输出用于恒流速调管灯丝供电的电源；桥式逆变电路的四个开关管的驱动端分别连接远程控制隔离电路，远程控制隔离电路用于控制桥式逆变电路的工作状态。

如图2、图4所示，远程控制隔离电路包括控制芯片U1、连锁保护电路，控制芯片U1输出驱动信号至连锁保护电路，连锁保护电路将控制芯片U1输出的驱动信号转换成四路驱动控制信号，用于分别驱动桥式逆变电路的每个开关管。

如图4所示，远程控制隔离电路还包括驱动隔离自举升压电路，其包括左上光耦、左下光耦、右下光耦、右上光耦，连锁保护电路输出四路驱动信号分别至所述左上光耦、左下光耦、右下光耦、右上光耦的输入端，所述左上光耦、左下光耦、右下光耦、右上光耦的输出端分别对应连接左上开关管V1、左下开关管V2、右下开关管V4、右上开关管V3的驱动端；电源VCC1分别连接至左下光耦、右下光耦的VCC端；电源VCC1经二极管D1连接至右上光耦的VCC端、经二极管D2连接左上光耦的VCC端；左上光耦的VCC端经电容C4接其GND端；右上光耦的VCC端经电容C3接其GND端。

如图1所示，连锁保护电路包括四输入与非门NAND1、NAND2，与非门NAND1的输入端分别输入交直流转换器DC1输出直流采样信号、交流市电正半周电压采样信号、灯丝电源低压供电的采样信号以及与非门NAND2的输出信号；与非门NAND2的输入端分别输入交直流转换器DC1输出直流采样信号、交流市电负半周电压采样信号、灯丝电源低压供电的采样信号以及与非门NAND1的输出信号；与非门NAND1、NAND2的输出端分别与取反电路后分别输入值与非门NAND3的一个输入端以及与非门NAND4的一个输入端，与非门NAND3的另一个输入端、与非门NAND4的另一个输入端均连接至控制芯片U1的驱动信号输出端；与非门NAND3、与非门NAND4输出端分别连接至左上光耦的输入端、左下光耦的输入端；与非门NAND1、NAND2的输出端分别连接至右下光耦的输入端、右上光耦的输入端。

如图2所示，控制芯片U1分别连接电压采样电路、电流采样电路以及基准电压输入电路、基准电流输入电路，所述控制芯片U1根据电压采样电路采集的输出的交流电源的电压信号与基准电压之间的差值以及根据电流采样电路采集的输出的交流电源的电流信号与基准电流之间的差值来调节控制驱动信号的输出。

如图3所示，电压采样电路包括电压互感器T2，所述电压互感器T2互感得到输出的交流电源的电压信号，所述电压互感器T2依次连接整流桥、运算放大器后形成电压取样信号送入到控制芯片U1中。

电流采样电路包括电流互感器T1，所述电流互感器T1互感得到输出的交流电源的电流信号，所述电流互感器T1依次连接整流桥、运算放大器后形成电流取样信号送入到控制芯片U1中。

如图2、4所示，控制芯片U1与过流信号采集电路连接，控制芯片U1用于在电流过流时控制切断驱动信号的输出，过流信号通过过流电阻R1获取，过流电阻设置在电源的输出端采集输出电流，然后送入到过流信号的采样电路将采样电阻的电流信号转换后送入到控制芯片U1中进行处理后根据过流与否来进行控制。

控制芯片U1采用具有控制功能的芯片来实现可以采用专用的PWM芯片或一些具有PWM功能的单片机来实现，主要实现对于驱动信号的输出以及简单的数据逻辑处理。

如图2所示，外部的PWM信号经过光耦G1来控制电压基准和电流基准的输入，通过远程外部的PWM控制基准从而实现了远程控制的电源输出的控制。

本申请的具体工作原理包括：

图1主要用于将控制芯片U1输出的驱动信号转换成四路连锁的驱动信号来驱动桥式逆变电路，在图1中将灯丝电源的低压供电部分的电源经过电阻取样后得到一定电位的电平，再送入到与非门，将市电整流后的直流电经过电阻分压后送入到4输入与非门，通过市电的正负半周，以及两个4输入与非门输出互锁，得到了图1中驱动输出3和驱动输出4两路相反的工频触发脉冲，两路驱动送入光耦处隔离。驱动输出3、驱动输出4的驱动经过取反处理后和控制芯片驱动输出与非后得到驱动输出1、驱动输出2两路高频驱动，然后送入光耦进行隔离。驱动信号通过4路光耦隔离，左上和右上的二极管和电容是为了将驱动电源VCC1与主回路电源隔离，左下与右下两路不需要与主回路电源隔离。

如图4中，四路输入驱动信号1、2、3、4对应的驱动桥式电路V1～V4实现了直流到交流的变换然后经过LC滤波后输出交流电。交直流转换电路DC1是将～220V市电通过整流和电解电容滤波得到纹波较小的300V直流电，然后再经过逆变桥式电路输出交流。

如图1所示，连锁保护电路中，通过电阻分压分别对～220V市电两个半周电压取样，再经过电容滤波及稳压管稳压后分别送入两组具有施密特触发器的与非门，将灯丝电源的低压供电部分的电源经过电阻取样后得到一定点位的电平，再送入到与非门，将市电整流后的直流电经过电阻分压后送入到与非门，通过市电的正负半周，以及两个与非门输出互锁，得到了两路相反的工频触发脉冲，然后经光耦隔离驱动分别送入右半边的上下管IGBT。电源通过电流取样电阻取样，接入电源控制芯片，当电源过流时直接切断电源的驱动，直接切断电源输出。在电流经过互感器取样之后，通过信号处理后送入运算放大器，与基准保护信号进行对比，当电流大于或小于一定值时，指示灯由亮变灭，进行告警。在电压经过互感器取样之后，通过信号处理后送入运算放大器，与基准保护信号进行对比，当电压大于或小于一定值时，指示灯由亮变灭报警。

如图1所示，通过光耦将外部PWM信号与内部进行隔离，在经过光耦隔离，其产生的PWM信号通过控制芯片U1的基准电平来控制电源输出。取样控制电路如图3显示，通过电流互感器T1取样，经过整流桥整流之后再经过运算放大器对取样电流放大整形后得到电压信号送入图1中的控制芯片U1。通过电压互感器T2对输出电压取样，经过整流桥整流之后再经过运算放大器对取样电压放大整形后得到电压信号送入控制芯片U1。控制芯片通过远程控制隔离电路输出的基准信号分别与电流取样和电压取样进行差分比较，分别达到了电流闭环控制和电压闭环控制。图2中在控制芯片U1信号处理之后，会输出一段宽度可变的SPWM驱动信号，经过光耦隔离放大后，送入IGBT开关控制电源输出。

驱动隔离自举升压如图4所示，控制芯片U1输出的驱动经过与非门进行信号处理之后得到4路输出驱动，经过四个光耦进行隔离，两个逆变电路的上管的驱动都是低压供电，然后经过二极管隔离左右两个上管IGBT导通时的高电位。电容在导通前充满电，然后在IGBT开通时给上管的驱动供电，达到自举升压的目的。

输出滤波电路是将图4的逆变电路产生的高频的PWM波形整形成正弦交流电，在逆变电路中右半边的上下管V3和V4工频交替导通，在右上管V3导通时，左下管V2经过控制芯片输出的SPWM驱动信号，高频导通，此时形成一个高频的PWM波形，再通过电感和电容的滤波整形之后输出交流电。在右下管V4导通时，左上管V1与前一时间段的左下管相同，两管产生高频的PWM波形，经输出滤波后，滤除高频谐波，产生工频交流电。往复如此产生持续交流输出。

显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种恒流速调管灯丝电源，其特征在于：包括交直流转换器DC1、滤波电容C1、桥式逆变电路、LC滤波器，市电经交直流转换器DC1后输出直流电至桥式逆变电路的两端，在交直流转换器DC1的两个输出端之间并联设置电容C1；桥式逆变电路的输出端经LC滤波器后输出用于恒流速调管灯丝供电的电源；桥式逆变电路的四个开关管的驱动端分别连接远程控制隔离电路，所述远程控制隔离电路用于控制桥式逆变电路的工作状态。

2.如权利要求1所述的一种恒流速调管灯丝电源，其特征在于：所述远程控制隔离电路包括控制芯片U1、连锁保护电路，所述控制芯片U1输出驱动信号至连锁保护电路，所述连锁保护电路将控制芯片U1输出的驱动信号转换成四路驱动控制信号，用于分别驱动桥式逆变电路的每个开关管。

3.如权利要求2所述的一种恒流速调管灯丝电源，其特征在于：所述远程控制隔离电路还包括驱动隔离自举升压电路，其包括左上光耦、左下光耦、右下光耦、右上光耦，所述连锁保护电路输出四路驱动信号分别至所述左上光耦、左下光耦、右下光耦、右上光耦的输入端，所述左上光耦、左下光耦、右下光耦、右上光耦的输出端分别对应连接左上开关管V1、左下开关管V2、右下开关管V4、右上开关管V3的驱动端；电源VCC1分别连接至左下光耦、右下光耦的VCC端；电源VCC1经二极管D1连接至右上光耦的VCC端、经二极管D2连接左上光耦的VCC端；左上光耦的VCC端经电容C4接其GND端；右上光耦的VCC端经电容C3接其GND端。

4.如权利要求2或3所述的一种恒流速调管灯丝电源，其特征在于：所述连锁保护电路包括四输入与非门NAND1、NAND2，与非门NAND1的输入端分别输入交直流转换器DC1输出直流采样信号、交流市电正半周电压采样信号、灯丝电源低压供电的采样信号以及与非门NAND2的输出信号；与非门NAND2的输入端分别输入交直流转换器DC1输出直流采样信号、交流市电负半周电压采样信号、灯丝电源低压供电的采样信号以及与非门NAND1的输出信号；与非门NAND1、NAND2的输出端分别与取反电路后分别输入值与非门NAND3的一个输入端以及与非门NAND4的一个输入端，与非门NAND3的另一个输入端、与非门NAND4的另一个输入端均连接至控制芯片U1的驱动信号输出端；与非门NAND3、与非门NAND4输出端分别连接至左上光耦的输入端、左下光耦的输入端；与非门NAND1、NAND2的输出端分别连接至右下光耦的输入端、右上光耦的输入端。

5.如权利要求2或3所述的一种恒流速调管灯丝电源，其特征在于：所述控制芯片U1分别连接电压采样电路、电流采样电路以及基准电压输入电路、基准电流输入电路，所述控制芯片U1根据电压采样电路采集的输出的交流电源的电压信号与基准电压之间的差值以及根据电流采样电路采集的输出的交流电源的电流信号与基准电流之间的差值来调节控制驱动信号的输出。

6.如权利要求2或3所述的一种恒流速调管灯丝电源，其特征在于：所述控制芯片U1与过流信号采集电路连接，所述控制芯片U1用于在电流过流时控制切断驱动信号的输出。

7.如权利要求5所述的一种恒流速调管灯丝电源，其特征在于：所述电压采样电路包括电压互感器T2，所述电压互感器T2互感得到输出的交流电源的电压信号，所述电压互感器T2依次连接整流桥、运算放大器后形成电压取样信号送入到控制芯片U1中。

8.如权利要求5所述的一种恒流速调管灯丝电源，其特征在于：

所述电流采样电路包括电流互感器T1，所述电流互感器T1互感得到输出的交流电源的电流信号，所述电流互感器T1依次连接整流桥、运算放大器后形成电流取样信号送入到控制芯片U1中。

9.如权利要求5所述的一种恒流速调管灯丝电源，其特征在于：

所述控制芯片U1与指示模块连接，所述指示模块用于指示输出电压、电流状态。

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