可控硅中頻電源電路的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種可控硅中頻電源電路。解決現(xiàn)有技術(shù)中頻電源采用預(yù)充電、預(yù)充磁啟動(dòng)方式，存在電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、啟動(dòng)成功率低的問(wèn)題。電源電路包括主電路和啟動(dòng)觸發(fā)電路，主電路包括由四個(gè)可控硅構(gòu)成的單相逆變橋，所述啟動(dòng)觸發(fā)電路包括有啟動(dòng)電路和逆變觸發(fā)電路，啟動(dòng)電路與逆變觸發(fā)電路相連接，逆變觸發(fā)電路連接至單相逆變橋的可控硅控制端上。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是采用由鎖相環(huán)構(gòu)成的逆變觸發(fā)電路，采用掃頻式零壓?jiǎn)?dòng)方式，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且啟動(dòng)成功率更高。
【專利說(shuō)明】可控硅中頻電源電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種電源，尤其是涉及一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、啟動(dòng)成功率高的可控硅中頻電源電路。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)的發(fā)展，中頻電源的應(yīng)用也日益廣泛，其工作方式多采用并聯(lián)逆變結(jié)構(gòu)。
[0003]其工作原理為:采用三相橋式全控整流電路將交流電整流為直流電，經(jīng)電抗器平波后成為一個(gè)恒定的直流電流源，再經(jīng)單相逆變橋，把直流逆變成一空頻率的單相中頻電流。負(fù)載由感應(yīng)線圈和補(bǔ)償電容器組成連接并聯(lián)諧振電路。
[0004]可控硅中頻電源的難點(diǎn)在于啟動(dòng)，即在電源正常工作前如何使頻率跟蹤電路獲得正確的槽路諧振頻率信號(hào)。傳統(tǒng)的中頻電源采用預(yù)充磁、預(yù)充電啟動(dòng)方式。傳統(tǒng)的中頻電源多用預(yù)充電的方法，這種方法很難一次就正確檢測(cè)諧振信號(hào)，需多次重復(fù)充電、放電的過(guò)程，啟動(dòng)成功率低，而且它需要輔助電源、開關(guān)及相應(yīng)的控制電路，大大增加了整機(jī)的復(fù)雜程度和成本，故障率高，不適于現(xiàn)場(chǎng)使用。同樣，對(duì)直流部分的穩(wěn)流電感預(yù)充磁方法，也具相同的缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型主要是解決現(xiàn)有技術(shù)中頻電源采用預(yù)充電、預(yù)充磁啟動(dòng)方式，存在電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、啟動(dòng)成功率低的問(wèn)題，提供了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、啟動(dòng)成功率高的可控硅中頻電源電路。
[0006]本實(shí)用新型的上述技術(shù)問(wèn)題主要是通過(guò)下述技術(shù)方案得以解決的:一種可控硅中頻電源電路，包括主電路和啟動(dòng)觸發(fā)電路，主電路包括由四個(gè)可控硅構(gòu)成的單相逆變橋，所述啟動(dòng)觸發(fā)電路包括有啟動(dòng)電路和逆變觸發(fā)電路，啟動(dòng)電路與逆變觸發(fā)電路相連接，逆變觸發(fā)電路連接至單相逆變橋的可控硅控制端上，
[0007]逆變觸發(fā)電路:以一個(gè)高于槽路諧振頻率的他激信號(hào)去觸發(fā)可控硅，通過(guò)啟動(dòng)電路產(chǎn)生他激信號(hào)，控制他激信號(hào)頻率從高向低進(jìn)行掃頻，直至他激信號(hào)頻率下降到接近槽路諧振頻率，建立起中頻電壓，然后停止工作；
[0008]啟動(dòng)電路:根據(jù)逆變觸發(fā)電路比較的結(jié)果，向逆變觸發(fā)電路提供不斷與中頻電壓相位接近的啟動(dòng)信號(hào)。本發(fā)明采用由鎖相環(huán)構(gòu)成的逆變觸發(fā)電路，采用掃頻式零壓?jiǎn)?dòng)方式，在單向逆變橋電路啟動(dòng)前，先以一個(gè)高于槽路諧振頻率的他激信號(hào)去觸發(fā)可控硅，在電路檢測(cè)到主電路直流電流時(shí)，便控制他激信號(hào)頻率從高向低進(jìn)行掃頻，當(dāng)他激信號(hào)頻率下降到接近槽路的諧振頻率時(shí)，中頻電壓便建立起來(lái)，然后便停止他激信號(hào)的頻率掃描，轉(zhuǎn)由啟動(dòng)調(diào)頻電路控制可控硅逆變前弓I腳，使設(shè)備進(jìn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。如果它激信號(hào)頻率下至最低，中頻電壓仍未建立，則它激又恢復(fù)到最高值，重復(fù)上述啟動(dòng)過(guò)程，直至啟動(dòng)成功。本發(fā)明相比傳統(tǒng)采用預(yù)充磁、預(yù)充電啟動(dòng)方式，電路根據(jù)簡(jiǎn)單，且啟動(dòng)成功率更高。
[0009]作為一種優(yōu)選方案，所述逆變觸發(fā)電路包括鎖相環(huán)芯片、JK觸發(fā)器、兩個(gè)555定時(shí)器，該鎖相環(huán)芯片具有第一比較輸入端、第二比較輸入端、啟動(dòng)信號(hào)輸入端、信號(hào)輸出端、t匕較信號(hào)輸出端，JK觸發(fā)器具有輸入端、第一輸出端和第二輸出端，第一比較端輸入設(shè)定的中頻信號(hào)，比較信號(hào)輸出端連接啟動(dòng)電路的輸入端，啟動(dòng)電路輸出端連接啟動(dòng)信號(hào)輸入端，鎖相環(huán)芯片信號(hào)輸出端連接在JK觸發(fā)器的輸入端，JK觸發(fā)器的第一輸出端連接第二比較輸入端，且JK觸發(fā)器的第一輸出端和第二輸出端分別與555定時(shí)器連接,每個(gè)555定時(shí)器具有兩個(gè)輸出腳，每個(gè)輸出腳連接到單相逆變橋的一個(gè)可控硅控制端上。該鎖相環(huán)芯片是一個(gè)相位自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，由相位比較器、壓控振蕩器和低通濾波器三個(gè)基本單元構(gòu)成。鎖相環(huán)芯片的第一比較輸入端輸入設(shè)定的中頻電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)采集處理后，轉(zhuǎn)換為同頻率的方波信號(hào)，信號(hào)輸出端信號(hào)經(jīng)過(guò)JK觸發(fā)器二分頻，在JK觸發(fā)器第一輸出端和第二輸出端形成相差150°的方波，再經(jīng)555定時(shí)器得到兩路逆變觸發(fā)脈沖Vl和V2。JK觸發(fā)器的第一輸出端信號(hào)作為鎖相環(huán)比較器的另一輸入信號(hào)反饋至鎖相環(huán)芯片第二比較輸入端，通第一比較輸入端的中頻電壓信號(hào)進(jìn)行比較，經(jīng)過(guò)相位比較后輸出相位差，該相位差經(jīng)過(guò)低通濾波得到一個(gè)平均電壓，由比較信號(hào)輸出端輸出，再由啟動(dòng)電路運(yùn)算后輸入到鎖相環(huán)啟動(dòng)信號(hào)輸入端，該啟動(dòng)信號(hào)輸入端相當(dāng)于壓控振蕩器輸入端，通過(guò)內(nèi)部壓控振蕩器的處理后由信號(hào)輸出端輸出，信號(hào)輸出端輸出的信號(hào)的頻率值隨啟動(dòng)信號(hào)輸入端電壓大小而改變，信號(hào)輸出端信號(hào)經(jīng)過(guò)JK觸發(fā)器后又送回到第二比較輸入端，構(gòu)成了一個(gè)閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，使得鎖相環(huán)芯片的信號(hào)輸出端的信號(hào)相位和頻率不斷跟蹤第一比較輸入端的中頻信號(hào)的相位和頻率，使兩個(gè)信號(hào)的相位差不斷減小趨近于零。然后鎖相環(huán)芯片就進(jìn)入鎖定狀態(tài)，這樣就實(shí)現(xiàn)了觸發(fā)脈沖與中頻電壓信號(hào)的嚴(yán)格同步，而鎖相環(huán)芯片信號(hào)輸出端的輸出頻率是觸發(fā)脈沖頻率的兩倍。
[0010]作為一種優(yōu)選方案，所述啟動(dòng)電路包括有555定時(shí)器、比較器、調(diào)節(jié)器，555定時(shí)器的信號(hào)輸出端分別連接到比較強(qiáng)的正相輸入端和負(fù)相輸入端，在比較器的正相輸入端上通過(guò)電阻連接到電源，比較器的輸入端連接在二極管的負(fù)極，二極管正極通過(guò)連接電位器后連接在調(diào)節(jié)器的正相輸入端上，調(diào)節(jié)器的負(fù)相輸入端連接電源，二極管的正極通過(guò)連接電阻后連接電源，二極管的正極還通過(guò)連接電容后接地，調(diào)節(jié)器的輸出端連接至鎖相環(huán)芯片啟動(dòng)信號(hào)輸入端，調(diào)節(jié)器的正相輸入端連接至鎖相環(huán)芯片比較信號(hào)輸出端。該啟動(dòng)電路啟動(dòng)時(shí),555定時(shí)器信號(hào)輸出端截止，比較器輸出高電平，二極管截止，二極管正極上的電容通過(guò)電源充電，則二極管正極上增大的電壓逆至調(diào)節(jié)器，運(yùn)算后輸出一減小的電壓，送至逆變觸發(fā)電路的啟動(dòng)信號(hào)輸入端，控制逆變脈沖頻率從高到低變化，即掃頻。調(diào)節(jié)電容及其充電電阻，可以設(shè)定電容的充電時(shí)間，即設(shè)定一次掃頻時(shí)間。調(diào)節(jié)電位器可以調(diào)節(jié)電容送到調(diào)節(jié)器的電壓，即設(shè)定掃頻起始的最高頻率。
[0011]因此，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:采用由鎖相環(huán)構(gòu)成的逆變觸發(fā)電路，采用掃頻式零壓?jiǎn)?dòng)方式，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且啟動(dòng)成功率更高。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]附圖1是本實(shí)用新型中主電路的一種結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]附圖2是本實(shí)用新型中觸發(fā)逆變電路的一種電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]附圖3是本實(shí)用新型中啟動(dòng)電路的一種電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]附圖4是本實(shí)用新型中鎖相環(huán)芯片的功能結(jié)構(gòu)示意圖；[0016]附圖5是本實(shí)用新型中觸發(fā)逆變電路中若干端腳處的電壓波形圖；
[0017]附圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例中例舉實(shí)驗(yàn)中各點(diǎn)的一種電壓波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面通過(guò)實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說(shuō)明。
[0019]實(shí)施例:
[0020]本實(shí)施例一種可控硅中頻電源電路，包括主電路和啟動(dòng)觸發(fā)電路，主電路包括由四個(gè)可控娃構(gòu)成的單相逆變橋,啟動(dòng)觸發(fā)電路包括有啟動(dòng)電路和逆變觸發(fā)電路，啟動(dòng)電路與逆變觸發(fā)電路相連接，逆變觸發(fā)電路連接至單相逆變橋的可控硅控制端上。
[0021]主電路電路結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括三相橋式全控整流電路和單相逆變橋電路，三相電接入到三相橋式全控整流電路，單向逆變橋與三相橋式全控整流電路相連，該單向逆變橋電路由四個(gè)可控硅組成，單相逆變橋電路連接負(fù)載。
[0022]如圖2所示，逆變觸發(fā)電路包括鎖相環(huán)芯片、JK觸發(fā)器、兩個(gè)555定時(shí)器，該鎖相環(huán)芯片具有第一比較輸入端SIGNALIN、第二比較輸入端C0MPIN、啟動(dòng)信號(hào)輸入端VCOINjf號(hào)輸出端VC00UT、比較信號(hào)輸出端PHIIOUT。JK觸發(fā)器具有輸入端、第一輸出端Q和第二輸
出端G、，第一比較輸入端SIGNALIN輸入設(shè)定的中頻信號(hào)，比較信號(hào)輸出端PHIIOUT連接
啟動(dòng)電路的輸入端，啟動(dòng)電路輸出端連接啟動(dòng)信號(hào)輸入端VC0IN，鎖相環(huán)芯片信號(hào)輸出端連接在JK觸發(fā)器的輸入端，JK觸發(fā)器的第一輸出端連接第二比較輸入端，且JK觸發(fā)器的第一輸出端和第二輸出端分別與555定時(shí)器連接,每個(gè)555定時(shí)器具有兩個(gè)輸出腳,每個(gè)輸出腳連接到單相逆變橋的一個(gè)可控硅控制端上。
[0023]鎖相環(huán)芯片采用⑶4046芯片，其由相位比較器、壓控振蕩器和低通濾波器三個(gè)基本單元構(gòu)成，其功能圖如圖4所示，施加于相位比較器有兩個(gè)信號(hào):輸出信號(hào)Vi(t)和壓控振蕩器的輸出信號(hào)Vo (t)。相位比較器的輸出信號(hào)Ve⑴正比于Vi⑴和Vo(t)的相位差，即:Ve (t) =Kp (0i_0o)。式中Kp為比例系數(shù)，V/rad; 01為輸入端相位，rad; 00為輸出端相位，rad.[0024]Ve (t)經(jīng)低通濾波器濾去高頻成分后得到平均電壓Va (t)，去控制壓控振蕩器的頻率，使輸出信號(hào)Vo (t)的頻率跟隨輸入信號(hào)Vi (t)的頻率而變化。這一電路功能滿足了可控硅中頻電源的要求，使逆變觸發(fā)脈沖跟蹤負(fù)載振蕩頻率而變化。
[0025]如圖3所示，啟動(dòng)電路包括有555定時(shí)器、比較器LM324A、調(diào)節(jié)器LM324B，555定時(shí)器的信號(hào)輸出端分別連接到比較強(qiáng)的正相輸入端和負(fù)相輸入端，在比較器LM324A的正相輸入端上通過(guò)電阻連接到電源，比較器LM324A的輸出端連接在二極管的負(fù)極，二極管正極通過(guò)連接電位器后連接在調(diào)節(jié)器的正相輸入端上，調(diào)節(jié)器LM324B的負(fù)相輸入端連接電源，二極管的正極通過(guò)連接電阻后連接電源，二極管的正極還通過(guò)連接電容后接地，調(diào)節(jié)器LM324B的輸出端連接至鎖相環(huán)芯片啟動(dòng)信號(hào)輸入端，調(diào)節(jié)器LM324B的正相輸入端連接至鎖相環(huán)芯片比較信號(hào)輸出端。
[0026]啟動(dòng)電路啟動(dòng)時(shí)，555定時(shí)器信號(hào)輸出端截止，比較器輸出高電平，二極管截止，二極管正極上的電容通過(guò)電源充電，則二極管正極上增大的電壓逆至調(diào)節(jié)器，運(yùn)算后輸出一減小的電壓，送至逆變觸發(fā)電路的啟動(dòng)信號(hào)輸入端，即“掃頻”。調(diào)節(jié)電容及其充電電阻，可以設(shè)定電容的充電時(shí)間，即設(shè)定一次掃頻時(shí)間。調(diào)節(jié)電位器可以調(diào)節(jié)電容送到調(diào)節(jié)器LM324B的電壓，即設(shè)定掃頻起始的最高頻率。
[0027]如果掃頻啟動(dòng)成功，中頻電源進(jìn)入正常工作狀態(tài)，禁止啟動(dòng)電路工作；如果掃頻啟動(dòng)失敗，則重復(fù)前述“掃頻”，啟動(dòng)過(guò)程直至啟動(dòng)成功。
[0028]啟動(dòng)電路工作時(shí)，采用零電壓軟啟動(dòng)方式。將直流電壓限定在較小值，保證中頻電源啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的沖擊較小，待到電源啟動(dòng)成功后，再逐步將直流電壓升高，直至達(dá)到額定值。在掃頻啟動(dòng)時(shí)，禁止控制電路的電壓閉環(huán)調(diào)節(jié)器工作，只給定較小的調(diào)節(jié)量；電源啟動(dòng)成功后，再將電壓閉環(huán)調(diào)節(jié)器投入，使得直流電壓逐步達(dá)到額定值。
[0029]逆變觸發(fā)電路工作時(shí)，鎖相環(huán)芯片的第一比較輸入端SIGNALIN輸入設(shè)定的中頻電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)采集處理后，轉(zhuǎn)換為同頻率的方波信號(hào)，信號(hào)輸出端信號(hào)經(jīng)過(guò)JK觸發(fā)器二分頻，在JK觸發(fā)器第一輸出端和第二輸出端形成相差150°的方波，再經(jīng)555定時(shí)器得到兩路逆變觸發(fā)脈沖Vl和V2。JK觸發(fā)器的第一輸出端信號(hào)作為鎖相環(huán)比較器的另一輸入信號(hào)反饋至鎖相環(huán)芯片第二比較輸入端C0MPIN，通第一比較輸入端SIGNALIIN的中頻電壓信號(hào)進(jìn)行比較，經(jīng)過(guò)相位比較后輸出相位差，該相位差經(jīng)過(guò)低通濾波得到一個(gè)平均電壓，由比較信號(hào)輸出端PHIIOUT輸出，再由啟動(dòng)電路運(yùn)算后輸入到鎖相環(huán)啟動(dòng)信號(hào)輸入端，該啟動(dòng)信號(hào)輸入端相當(dāng)于壓控振蕩器輸入端，通過(guò)內(nèi)部壓控振蕩器的處理后由信號(hào)輸出端輸出，信號(hào)輸出端輸出的信號(hào)的頻率值隨啟動(dòng)信號(hào)輸入端電壓大小而改變，信號(hào)輸出端信號(hào)經(jīng)過(guò)JK觸發(fā)器后又送回到第二比較輸入端，構(gòu)成了一個(gè)閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，使得鎖相環(huán)芯片的信號(hào)輸出端的信號(hào)相位和頻率不斷跟蹤第一比較輸入端的中頻信號(hào)的相位和頻率，使兩個(gè)信號(hào)的相位差不斷減小趨近于零。然后鎖相環(huán)芯片就進(jìn)入鎖定狀態(tài)，這樣就實(shí)現(xiàn)了觸發(fā)脈沖與中頻電壓信號(hào)的嚴(yán)格同步，而鎖相環(huán)芯片信號(hào)輸出端的輸出頻率是觸發(fā)脈沖頻率的兩倍。其中部分端腳波形圖如圖5所示。
[0030]接下來(lái)例舉具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。上機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。額定電壓380V，電流200A，負(fù)載諧振頻率約1000HZ。試驗(yàn)中啟動(dòng)電路各點(diǎn)波形圖如圖6所示，其中I為逆變觸發(fā)脈沖波形，2為電容充放電波形，3為PI調(diào)節(jié)器LM324B輸出波形，4為比較器LM324C輸出波形。
[0031]在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，如果他激信號(hào)最高頻率設(shè)置得當(dāng)(一般為槽路諧振頻率的1.2倍)，啟動(dòng)成功率可達(dá)100%。通過(guò)調(diào)節(jié)鎖相環(huán)芯片CD4046的第6、7腳之間所接的電容，可以線性改變控制電壓與輸出脈沖頻率的關(guān)系，即調(diào)整他激信號(hào)最高、最低頻率，以滿足不同情況下的啟動(dòng)要求。
[0032]本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明精神作舉例說(shuō)明。本實(shí)用新型所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，但并不會(huì)偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種可控硅中頻電源電路，包括主電路和啟動(dòng)觸發(fā)電路，主電路包括由四個(gè)可控硅構(gòu)成的單相逆變橋，其特征在于:所述啟動(dòng)觸發(fā)電路包括有啟動(dòng)電路和逆變觸發(fā)電路，啟動(dòng)電路與逆變觸發(fā)電路相連接，逆變觸發(fā)電路連接至單相逆變橋的可控硅控制端上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可控硅中頻電源電路，其特征是所述逆變觸發(fā)電路包括鎖相環(huán)芯片、JK觸發(fā)器、兩個(gè)555定時(shí)器，該鎖相環(huán)芯片具有第一比較輸入端、第二比較輸入端、啟動(dòng)信號(hào)輸入端、信號(hào)輸出端、比較信號(hào)輸出端，JK觸發(fā)器具有輸入端、第一輸出端和第二輸出端，第一比較輸入端輸入設(shè)定的中頻信號(hào)，比較信號(hào)輸出端連接啟動(dòng)電路的輸入端，啟動(dòng)電路輸出端連接啟動(dòng)信號(hào)輸入端，鎖相環(huán)芯片信號(hào)輸出端連接在JK觸發(fā)器的輸入端，JK觸發(fā)器的第一輸出端連接第二比較輸入端，且JK觸發(fā)器的第一輸出端和第二輸出端分別與555定時(shí)器連接,每個(gè)555定時(shí)器具有兩個(gè)輸出腳,每個(gè)輸出腳連接到單相逆變橋的一個(gè)可控硅控制端上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可控硅中頻電源電路，其特征是所述啟動(dòng)電路包括有555定時(shí)器、比較器、調(diào)節(jié)器，555定時(shí)器的信號(hào)輸出端分別連接到比較強(qiáng)的正相輸入端和負(fù)相輸入端，在比較器的正相輸入端上通過(guò)電阻連接到電源，比較器的輸出端連接在二極管的負(fù)極，二極管正極通過(guò)連接電位器后連接在調(diào)節(jié)器的正相輸入端上，調(diào)節(jié)器的負(fù)相輸入端連接電源，二極管的正極通過(guò)連接電阻后連接電源，二極管的正極還通過(guò)連接電容后接地，調(diào)節(jié)器的輸出端連接至鎖相環(huán)芯片啟動(dòng)信號(hào)輸入端，調(diào)節(jié)器的正相輸入端連接至鎖相環(huán)芯片比較信號(hào)輸出端。
【文檔編號(hào)】H02M5/45GK203788161SQ201320731757
【公開日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2013年11月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月19日
【發(fā)明者】蔡幼清 申請(qǐng)人:寧波萬(wàn)航實(shí)業(yè)有限公司