專利名稱:紫外燈電源的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及電源技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種紫外燈電源，其電路結(jié)構(gòu)簡單，能夠靈活調(diào)節(jié)脈沖輸出頻率和單次充電電壓，電源功率易于擴展，其包括主電路、啟輝電路、控制電路和檢測電路，主電路包括主電壓輸入單元和電容充放電單元，啟輝電路包括啟輝電壓輸入單元、啟輝單元、PWM控制器和脈沖氙燈，檢測電路包括電流檢測單元和電壓檢測單元，控制電路包括MCU單元，主電路、啟輝電路和檢測電路均連接MCU單元，主電壓輸入單元對主電容進行充電以提供放電電壓，啟輝電壓輸入單元提供給啟輝電路啟輝電壓來控制脈沖氙燈啟輝和通過PWM控制器提供預(yù)燃電流實現(xiàn)脈沖氙燈的預(yù)電離狀態(tài)，電壓檢測單元檢測主電容的電壓，電流檢測單元檢測脈沖氙燈的電流。
【專利說明】
紫外燈電源
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實用新型涉及電源技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種紫外燈電源。
【背景技術(shù)】
[0002] 紫外線英文為Ultraviolet，簡稱UV，紫外線燈管是利用紫外線的特殊作用制成的 燈管，廣泛用于污水處理、殺菌消毒、印刷固化、粘接等領(lǐng)域。強紫外線燈管由高品質(zhì)的純石 英管材料制成，純石英材料每毫米厚度的紫外線透過率約為87%，遠高于其他材料。紫外殺 菌的原理是通過輻射導(dǎo)致某些光敏分子誘發(fā)自由基和造成脂質(zhì)過氧化反應(yīng)等方式而損害 有機體，對微生物作用時，構(gòu)成生命體基本成分的核酸受紫外輻射達一定劑量時發(fā)生變異， 引起微生物體內(nèi)蛋白質(zhì)和酶和合成障礙，導(dǎo)致微生物失去繁殖能力或死亡。紫外線殺菌快 速，沒有化學反應(yīng)，不會造成二次污染，在海洋船舶壓載水處理系統(tǒng)中有廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)連 續(xù)型紫外電源驅(qū)動的燈管多為汞燈。連續(xù)型紫外電源的不足是紫外輻射成分低，啟動停止 過程需要數(shù)分鐘的預(yù)熱狀態(tài)，燈管電極材料持續(xù)揮發(fā)導(dǎo)致工作效率降低。另外一種紫外燈 管是氙燈，氙燈最初用于攝影領(lǐng)域，現(xiàn)已擴展到液體固化和殺菌領(lǐng)域。氙燈里面的氙是氣 體，因此它既可作連續(xù)光源，也可作脈沖光源。連續(xù)發(fā)光時紫外輸出低而紅外區(qū)較高;脈沖 方式發(fā)光時，因為氣體壓力增高和等離子區(qū)溫度上升使紫外輸出成分顯著提高。用于船舶 壓載水殺菌處理的氙燈是脈沖式。脈沖氙燈優(yōu)點是：（1)激發(fā)電位和電離電位相差??；（2)紫 外頻段所占比例大于30%，而傳統(tǒng)汞燈的紫外頻段僅10%左右。（3)光、電參數(shù)一致性好， 工作狀態(tài)受外界影響?。唬?)一經(jīng)點燃，幾乎瞬時達到穩(wěn)定的光輸出，燈滅之后可以瞬時再 點燃。
[0003] 在紫外線殺菌的過程中，光化學反應(yīng)占據(jù)了主導(dǎo)地位。紫外線殺菌近似一級光化 學反應(yīng)，表示為：
[0005]式中：
[0006] N--微生物活體的濃度(個/L);
[0007] t--滅菌照射時間，s;
[0008] I――平均紫外線輻射強度，yW/cm2
[0009] k--一級反應(yīng)速率常數(shù)，cm2/W.s
[0010] 從上式看出，滅菌效果和輻射強度I成正比，脈沖氙燈在放電期間，較大的電壓和 電流，實時輻射強度較高。耗費相同的電能，脈沖氙燈殺菌效果比連續(xù)汞燈高30%。
[0011]在日常生活中，普通的家庭電爐需要調(diào)節(jié)功率、電扇需要調(diào)節(jié)速度、白熾燈需要調(diào) 節(jié)亮度。脈沖氙燈也不例外，需要根據(jù)應(yīng)用環(huán)境的不同對調(diào)節(jié)紫外線燈管的輻射強度進行 調(diào)節(jié)，而脈沖氙燈輻射強度(功率）的調(diào)節(jié)一般是通過調(diào)節(jié)為紫外線燈管供電頻率實現(xiàn)的， 這就要求為紫外線燈管供電的電源必須是輸出可調(diào)。傳統(tǒng)脈沖電源體積較大，電路結(jié)構(gòu)復(fù) 雜，頻率調(diào)節(jié)的分辨率低，且不易擴展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 為了解決上述問題，本實用新型提供了一種紫外燈電源，其電路結(jié)構(gòu)簡單，能夠靈 活調(diào)節(jié)脈沖輸出頻率和單次充電電壓，電源功率易于擴展。
[0013] 其技術(shù)方案是這樣的：一種紫外燈電源，其特征在于，其包括主電路、啟輝電路、控 制電路和檢測電路，所述主電路包括主電壓輸入單元和電容充放電單元，所述啟輝電路包 括啟輝電壓輸入單元、啟輝單元、PWM控制器和脈沖氙燈，所述檢測電路包括電流檢測單元 和電壓檢測單元，所述控制電路包括MCU單元，所述主電路、啟輝電路和檢測電路均連接所 述MCU單元，所述主電壓輸入單元包括第一輸入整流濾波器、全橋變換器、第一高頻變壓器 和第一輸出整流濾波器，所述電容充放電單元包括主電容，所述主電壓輸入單元對所述主 電容進行充電以提供放電電壓，所述啟輝電壓輸入單元包括第二輸入整流濾波器、半橋逆 變器、第二高頻變壓器、第二輸出整流濾波器，所述啟輝電壓輸入單元提供給所述啟輝電路 啟輝電壓來控制所述脈沖氙燈啟輝和通過所述PWM控制器提供預(yù)燃電流實現(xiàn)所述脈沖氙燈 的預(yù)電離狀態(tài)，所述電壓檢測單元檢測所述主電容的電壓，所述電流檢測單元檢測所述脈 沖氙燈的電流。
[0014] 其進一步特征在于，所述第一輸入整流濾波器包括二極管全橋整流電路，所述全 橋變換器包括IGBT模塊，所述第一輸出整流濾波器通過高壓硅堆整流；
[0015] 所述啟輝單元包括電阻R016和電容C021，所述電阻R016通過電阻R017連接二極管 D020的正極，所述二極管D020的負極連接電容C020-端、電阻R018-端，所述電阻R018另一 端連接電阻R019-端，所述電阻R019另一端連接所述電容C020另一端、擊穿放電管FD2- 端和所述脈沖氙燈，所述擊穿放電管Π )2另一端與所述二極管D020的負極連接變壓器TG8- 端，所述變壓器TG8另一端連接電阻R020-端、二極管D021的負極，所述電容C021-端連接 所述二極管D021的正極、另一端連接所述電阻R020另一端；
[0016] 所述MCU單元包括dsPIC30F2020單片機；
[0017] 所述電容充放電單元還包括可控硅控制電路和可控硅觸發(fā)電路，所述可控硅觸發(fā) 電路包括電阻R329,所述電阻R329-端連接所述MCU單元的P-7腳、另一端連接反相器U1A的 輸入端和反相器U1B的輸入端，所述反相器U1A的輸出端和所述反相器U1B輸出端均連接電 阻R318-端、電容C329-端，所述電阻R318另一端連接電源VCC、電阻R319-端、二極管D321 負極，所述電容C329另一端連接所述電阻R319另一端、二極管D321正極，所述二極管D321兩 端還通過變壓器TQ11連接所述MCU單元的Portl腳和Port2腳；
[0018] 所述可控硅控制電路包括IC3芯片和IC4芯片，所述芯片IC3的la腳通過電阻R45連 接所述Μ⑶單元的P-25腳、lb腳通過電阻R46連接所述MCU單元的P-26腳、G腳通過電容C33和 電阻R47連接V腳、0a腳和Ob腳連接變壓器TG2-端，所述變壓器TG2另一端連接電阻R55 - 端、電阻R56-端、電阻R57-端、電阻R58-端、電阻R59-端、電阻R60-端、穩(wěn)壓管VD14負 極、穩(wěn)壓管VD16負極、接線端子排X9的2腳和3腳，所述電阻R55另一端連接二極管D11的正 極、所述電阻R57另一端、穩(wěn)壓管VD13負極、接線端子排X9的1腳，所述電阻R56另一端連接所 述二極管D11的負極，所述穩(wěn)壓管VD13的正極與所述穩(wěn)壓管VD14的正極相連，所述電阻R58 另一端連接二極管D12的正極、所述電阻R60另一端、穩(wěn)壓管VD15負極、接線端子排X9的4腳， 所述電阻R59另一端連接所述二極管D12的負極，所述穩(wěn)壓管VD16的正極與所述穩(wěn)壓管VD14 的正極相連，所述芯片IC4的la腳通過電阻R51連接所述MCU單元的P-21腳、lb腳通過電阻R2 連接所述Μ⑶單元的P-22腳、Oa腳和Ob腳連接變壓器TG2、G腳接地、V腳通過電阻R53連接電 阻R50-端和VCC，所述電阻R50另一端連接LED18-端，所述LED18另一端連接三極管Q11的 集電極，所述三極管Q11的發(fā)射極接地、基極連接電阻R49-端，所述電阻R49另一端連接所 述MCU單元的P-26腳，所述變壓器TG3另一端連接電阻R61-端、電阻R62-端、電阻R63-端、 電阻R64-端、電阻R65-端、電阻R66-端、穩(wěn)壓管VD17負極、穩(wěn)壓管VD19負極、接線端子排 X10的2腳和3腳，所述電阻R61另一端連接二極管D13的正極、所述電阻R63另一端、穩(wěn)壓管 VD17負極、接線端子排X10的1腳，所述電阻R62另一端連接所述二極管D13的負極，所述穩(wěn)壓 管VD17的正極與所述穩(wěn)壓管VD18的正極相連，所述電阻R64另一端連接二極管D14的正極、 所述電阻R66另一端、穩(wěn)壓管VD19負極、芯片X10的4腳，所述電阻R65另一端連接所述二極管 D12的正極，所述穩(wěn)壓管VD19的正極與所述穩(wěn)壓管VD20的正極相連；
[0019] 所述電壓檢測單元包括接口 X4，所述接口 X4連接所述主電容，所述接口 X4的2腳連 接電阻R15、電阻R18-端，所述電阻R15另一端連接電容C8-端、運放U2A的4腳，所述運放 U2A的的2腳連接所述MCU單元的P2腳，所述運放U2A的5腳連接電阻R13、電阻R14-端，所述 電阻R14另一端與所述運放U2A的12腳相連后接地，所述電阻R13另一端連接電源Μ⑶單元的 電源VCC和電容C7-端，所述電容C7另一端與所述電容C8另一端相連后接地，所述電阻R18 另一端連接電容C9一端、電阻R19-端、穩(wěn)壓管VD 1負極、電阻R20-端，所述電阻R20的另一 端連接電容C10-端、所述MCU單元的Ρ4腳，所述接口 Χ4的一腳、電容C9另一端、電阻R19另一 端、穩(wěn)壓管VD1的正極、電容C10另一端均接地；
[0020] 所述電流檢測單元包括接線端子排Χ22,所述接線端子排Χ22的1腳連接電阻R100、 電容C108-端，所述Χ22的4腳連接所述電容C108另一端、電阻R83-1-端、電阻R83-2-端、 電阻R83-4-端、電容C58-端、穩(wěn)壓管VD21負極，所述電阻R100，、另一端連接電容C55-端， 所述電容C55另一端連接電容C56-端，所述電容C56另一端連接所述電阻R83-1另一端、電 阻R83-2另一端、電阻R83-4另一端、電容C58另一端、電阻R83-3-端，所述電阻R83-3另一端 連接電容C211-端、穩(wěn)壓管VD211正極、運放U14A的4腳，所述穩(wěn)壓管VD211的負極連接穩(wěn)壓 管VD212的負極，所述穩(wěn)壓管VD212正極連接所述運放U14A的5腳、電阻R201-端、電容C212 一端、TIL300芯片Β19的7腳，所述電阻R201另一端、電容C211另一端、穩(wěn)壓管VD21的正極均 接地，所述運放U14Α的2腳連接所述電容C212另一端、電阻R212-端，所述電阻R212另一端 連接所述TIL300芯片Β19的3腳，所述TIL300芯片Β19的5腳連接電容C213-端、所述運放 U14A的3腳，所述電容C213另一端和所述TIL300芯片Β19的1腳均接地，所述TIL300芯片Β19 的8腳連接運放U15A的5腳、電容R213-端，所述運放U15A的2腳與4腳相連并連接電阻R214 一端，所述電阻R214另一端連接接線端子排Χ30的4腳、電容C214-端，所述電容C214另一 端、接線端子排Χ30的3腳、運放U15Α的12腳、電阻R213另一端均接地。
[0021] 采用本實用新型的裝置后，主電壓輸入單元對主電容進行充電提供放電電壓，啟 輝電壓輸出單元提供給所述啟輝電路啟輝電壓來控制所述脈沖氙燈啟輝，同時還通過所述 PWM控制器提供預(yù)燃電流實現(xiàn)脈沖氙燈的預(yù)電離狀態(tài)，使得在氙燈工作期間，維持電流始終 存在，電壓檢測單元檢測主電容的電壓，對電壓的實時調(diào)整、確定是否對氙燈放電，電流檢 測單元檢測脈沖氙燈的電流，實現(xiàn)對氙燈的恒流控制，若氙燈沒有電流，則認為不在預(yù)燃狀 態(tài)，則MCU不會對主電容充電，也不會操作主電容對氙燈放電，整體結(jié)構(gòu)簡單，能夠靈活調(diào)節(jié) 脈沖輸出頻率和單次充電電壓，電源功率易于擴展。
【附圖說明】

[0022]圖1為本實用新型工作原理圖；
[0023]圖2為本實用新型系統(tǒng)框圖；
[0024]圖3為啟輝電路系統(tǒng)框圖；
[0025]圖4為啟輝電路圖；
[0026]圖5為電流檢測單元電路圖；
[0027]圖6為可控硅觸發(fā)電路圖；
[0028]圖7為電壓檢測單元電路圖；
[0029] 圖8為可控硅控制電路圖；
[0030] 圖9為脈沖氙燈點亮狀態(tài)時程序流程圖；
[0031] 圖10為主電容充電電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換中斷響應(yīng)過程流程圖；
【具體實施方式】
[0032] 見圖2,圖3所示，一種紫外燈電源，其包括主電路、啟輝電路、控制電路和檢測電 路，主電路包括主電壓輸入單元和電容充放電單元，啟輝電路包括啟輝電壓輸入單元、啟輝 單元、PWM控制器和脈沖氙燈，檢測電路包括電流檢測單元和電壓檢測單元，控制電路包括 MCU單元，主電路、啟輝電路和檢測電路均連接MCU單元，主電壓輸入單元包括第一輸入整流 濾波器、全橋變換器、第一高頻變壓器和第一輸出整流濾波器，電容充放電單元包括主電 容，主電壓輸入單元對主電容進行充電提供放電電壓，啟輝電壓輸入單元包括第二輸入整 流濾波器、半橋逆變器、第二高頻變壓器、第二輸出整流濾波器，啟輝電壓輸出單元提供給 啟輝電路啟輝電壓來控制脈沖氙燈啟輝和通過PWM控制器提供預(yù)燃電流實現(xiàn)脈沖氙燈的預(yù) 電離狀態(tài)，電壓檢測單元檢測主電容的電壓，電流檢測單元檢測脈沖氙燈的電流。整體的工 作原理如原理圖所示，即圖1所示，U3是是系統(tǒng)主電容C1提供的放電電壓，U1電壓用于脈沖 氙燈啟輝，U2提供保持燈管處于預(yù)燃狀態(tài)的維持電流。驅(qū)動脈沖氙燈的過程是：電壓U1向啟 輝電容C2充電，然后可控硅VT2導(dǎo)通，電容C2經(jīng)變壓器放電，變壓器次級電壓很高，使得氙燈 氣體電離，氙燈內(nèi)阻變得很小(約〇. 1歐），此時維持電壓U2通過二極管D和電阻R1對氙燈放 電，形成約200mA的維持電流。在氙燈工作期間，維持電流始終存在。系統(tǒng)的能量輸入部分不 斷對主電容C1充電，提供放電電壓U3，當可控硅VT1導(dǎo)通，主電容C1對氙燈放電，電壓放完之 后，VT1關(guān)閉，系統(tǒng)對主電容C1充電，直到下一次放電。主電容C1充放電的頻率即為系統(tǒng)脈沖 的頻率，取值范圍為1 - 100Hz，調(diào)整該頻率，實現(xiàn)脈沖氙燈功率的改變，從而實現(xiàn)滅菌劑量的 調(diào)整。
[0033] 本實用新型的系統(tǒng)實現(xiàn)電能到紫外光能轉(zhuǎn)換、氙燈啟輝、過流保護和電壓檢測等 功能。Μ⑶單元采用dsPIC30F2020單片機，完成系統(tǒng)時序控制，它含有8路PWM輸出，用于完成 系統(tǒng)的電壓、電流閉環(huán)控制功能。運行在微控制器MCU上的軟件功能主要有:主邏輯時序控 制、PWM輸出控制、通信模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換和過載保護。MCU的軟件部分采用模塊化設(shè)計，其中主 程序?qū)崿F(xiàn)各個模塊的初始化，在程序初始期間初始化各個硬件模塊，包括I/O 口模塊、PWM模 塊、AD模塊、串口通信模塊、定時器模塊，模擬比較器模塊，然后進入主循環(huán)。主循環(huán)中判斷 各個子程序的標志位，確定是否調(diào)用該子程序。用戶按鈕輸入和串口通信響應(yīng)在中毒服務(wù) 程序中實現(xiàn)。整個軟件有9個子模塊，分別是通信模塊、指令處理模塊、充電過程模塊、放電 過程模塊，啟輝過程模塊，維持電流控制模塊、過熱處理、燈管報警處理和電源報警處理模 塊。其中通信和和指令處理在中斷響應(yīng)中初步操作，置位對應(yīng)的標志位，返回主程序，由主 程序根據(jù)標志位進行進一步處理。通信協(xié)議采用MODBUS協(xié)議485總線，紫外脈沖電源作為從 站。當氙燈處于點亮狀態(tài)時的主程序流程圖如圖9所示。
[0034]第一輸入整流濾波器包括二極管全橋整流電路，全橋轉(zhuǎn)換器使用IGBT模塊，高頻 驅(qū)動部分輸出高壓，第一輸出濾波器使用高壓硅堆進行整流，電容器過可控硅對脈沖氙燈 進行放電。全橋變換器工作在高頻開關(guān)狀態(tài)，需要對其電流進行檢測，以便確定MCU是否進 行保護動作。
[0035] 見圖4所示，其中，啟輝單元包括電阻R016和電容C021，電阻R016通過電阻R017連 接二極管D020的正極，二極管D020的負極連接電容C020-端、電阻R018-端，電阻R018另一 端連接電阻R019-端，電阻R019另一端連接電容C020另一端、擊穿放電管Π )2-端和脈沖氙 燈，擊穿放電管Π )2另一端與二極管D020的負極連接變壓器TG8-端，變壓器TG8另一端連接 電阻R020-端、二極管D021的負極，電容C021-端連接二極管D021的正極、另一端連接電阻 R020另一端。其余電路為常規(guī)電路，具體見圖所示。
[0036] 見圖6，圖8所示，電容充放電單元還包括可控硅控制電路和可控硅觸發(fā)電路，可控 硅觸發(fā)電路包括電阻R329,電阻R329-端連接MCU單元的Ρ-7腳、另一端連接反相器U1A的輸 入端和反相器U1B的輸入端，反相器U1A的輸出端和反相器U1B輸出端均連接電阻R318-端、 電容C329-端，電阻R318另一端連接電源VCC、電阻R319-端、二極管D321負極，電容C329另 一端連接電阻R319另一端、二極管D321正極，二極管D321兩端還通過變壓器TQ11連接MCU單 元的Portl腳和Port2腳。根據(jù)脈沖氙燈放電的特點，當觸發(fā)脈沖到來，主電容對氙燈放電， 即電能從主電容轉(zhuǎn)換到氙燈，部分以紫外光能的形式發(fā)散出去，實現(xiàn)對微生物紫外輻射。根 據(jù)設(shè)計指標，每個脈沖能量大于80焦耳，主電容電壓常規(guī)之為3千伏，根據(jù)電容儲能公式
[0038]確定主電容容值大于20微法。根據(jù)容值、耐壓和體積要求，選定了某型耐壓5.5千 伏、容值22微法的電容器。當需要主電容放電時，MCU使能P-7腳，使可控硅迅速導(dǎo)通，放電電 路接通?？煽毓栎斎攵瞬⒙?lián)的反相器是為了增加負載驅(qū)動能力。電容充電電壓為3KV附近可 調(diào)，脈沖氙燈最大電流為1500A。
[0039] 可控硅控制電路包括IC3芯片和IC4芯片，IC3和IC4是IXDN504,即4安培雙低側(cè)超 快M0SFET驅(qū)動器。芯片IC3的la腳通過電阻R45連接Μ⑶單元的P-25腳、lb腳通過電阻R46連 接MCU單元的P-26腳、G腳通過電容C33和電阻R47連接V腳、0a腳和Ob腳連接變壓器TG2-端， 變壓器TG2另一端連接電阻R55-端、電阻R56-端、電阻R57-端、電阻R58-端、電阻R59- 端、電阻R60-端、穩(wěn)壓管VD14負極、穩(wěn)壓管VD16負極、接線端子排X9的2腳和3腳，電阻R55另 一端連接二極管D11的正極、電阻R57另一端、穩(wěn)壓管VD13負極、接線端子排X9的1腳，電阻 R56另一端連接二極管D11的負極，穩(wěn)壓管VD13的正極與穩(wěn)壓管VD14的正極相連，電阻R58另 一端連接二極管D12的正極、電阻R60另一端、穩(wěn)壓管VD15負極、接線端子排X9的4腳，電阻 R59另一端連接二極管D12的負極，穩(wěn)壓管VD16的正極與穩(wěn)壓管VD14的正極相連，芯片IC4 的la腳通過電阻R51連接MCU單元的P-21腳、lb腳通過電阻R2連接MCU單元的P-22腳、Oa腳和 〇b腳連接變壓器TG2、G腳接地、V腳通過電阻R53連接電阻R50-端和VCC，電阻R50另一端連 接LED18-端，LED18另一端連接三極管Ql 1的集電極，三極管Ql 1的發(fā)射極接地、基極連接電 阻R49-端，電阻R49另一端連接Μ⑶單元的P-26腳，變壓器TG3另一端連接電阻R61-端、電 阻R62-端、電阻R63-端、電阻R64-端、電阻R65-端、電阻R66-端、穩(wěn)壓管VD17負極、穩(wěn)壓 管VD19負極、接線端子排Χ10的2腳和3腳，電阻R61另一端連接二極管D13的正極、電阻R63另 一端、穩(wěn)壓管VD17負極、接線端子排Χ10的1腳，電阻R62另一端連接二極管D13的負極，穩(wěn)壓 管VD17的正極與穩(wěn)壓管VD18的正極相連，電阻R64另一端連接二極管D14的正極、電阻R66另 一端、穩(wěn)壓管VD19負極、接線端子排Χ10的4腳，電阻R65另一端連接二極管D12的正極，穩(wěn)壓 管VD19的正極與穩(wěn)壓管VD20的正極相連;對燈管放電的可控硅模塊由IGBT逆變器控制。為 了簡化電路設(shè)計，IGBT的驅(qū)動信號由單片機產(chǎn)生，為降低開關(guān)損耗，采用移相PWM技術(shù)，見圖 8,單片機的21、22、25和26管腳是PWM波輸出管腳。由于逆變器工作在高頻開關(guān)狀態(tài)，容易干 擾單片機，IGBT的驅(qū)動信號需要15-20V的電壓，需把單片機輸出用變壓器TG2隔離并放大， 然后再驅(qū)動IGBT工作。驅(qū)動IGBT的四路信號結(jié)構(gòu)相似，單片機輸出P-25和P-26經(jīng)過電阻R45 和R46進入IC3功率放大芯片，IC3的5腳和脈沖變壓器之間連接電容C34,以加速IGBT關(guān)斷和 平衡ΠΜ波不對稱引起的脈沖變壓器飽和問題。為了限制驅(qū)動電流和更好的關(guān)閉IGBT，在 變壓器的副端，驅(qū)動信號經(jīng)過并聯(lián)電阻R55和R56和二極管D1，然后經(jīng)過穩(wěn)壓管才接到IGBT 豐旲塊上，實現(xiàn)對后者的驅(qū)動。
[0040] 見圖7所示，電壓檢測單元包括接口 X4，接口 X4連接主電容，接口 X4的2腳連接電阻 R15、電阻R18-端，電阻R15另一端連接電容C8-端、運放U2A的4腳，運放U2A的的2腳連接 Μ⑶單元的P2腳，運放U2A的5腳連接電阻R13、電阻R14-端，電阻R14另一端與運放U2A的12 腳相連后接地，電阻R13另一端連接電源MCU單元的電源VCC和電容C7-端，電容C7另一端與 電容C8另一端相連后接地，電阻R18另一端連接電容C9 一端、電阻R19-端、穩(wěn)壓管VD1負極、 電阻R20-端，電阻R20的另一端連接電容C10-端、Μ⑶單元的Ρ4腳，接口 Χ4的一腳、電容C9 另一端、電阻R19另一端、穩(wěn)壓管VD1的正極、電容C10另一端均接地;本系統(tǒng)控制并檢測主電 容上的電壓，主電容每次放電時，系統(tǒng)檢測主電容電壓，判斷是否放電正常，電壓檢測電路 如圖7所示。電阻R30接控制芯片的模擬量輸入接口 P4。P4用于檢測充電電壓，主電容充電時 電壓逐步上升，電壓值經(jīng)過RC濾波和穩(wěn)壓管VD1進入P4口，控制芯片在充電期間讀取電壓 值。放電時，可控硅每觸發(fā)一次，主電容放電一次，根據(jù)電壓判斷，若電容一定時間內(nèi)放電異 常次數(shù)超過閾值，則發(fā)出報警信息。主電容電壓反饋信號經(jīng)過電阻R15接到比較器負端，正 端接恒定電壓。比較器輸出接控制芯片2號腳。每次主電容放電3ms后，控制芯片檢測2號腳 電壓，若為高電平則放電正常。
[0041] 見圖5所示，電流檢測單元包括接線端子排X22,接線端子排X22的1腳連接電阻 R100、電容C108-端，接線端子排X22的4腳連接電容C108另一端、電阻R83-1-端、電阻R83-2-端、電阻R83-4-端、電容C58-端、穩(wěn)壓管VD21負極，電阻R100，、另一端連接電容C55- 端，電容C55另一端連接電容C56-端，電容C56另一端連接電阻R83-1另一端、電阻R83-2另 一端、電阻R83-4另一端、電容C58另一端、電阻R83-3-端，電阻R83-3另一端連接電容C211 一端、穩(wěn)壓管VD211正極、運放U14A的4腳，穩(wěn)壓管VD211的負極連接穩(wěn)壓管VD212的負極，穩(wěn) 壓管VD212正極連接運放U14A的5腳、電阻R201-端、電容C212-端、TIL300芯片B19的7腳， 電阻R201另一端、電容C211另一端、穩(wěn)壓管VD21的正極均接地，運放U14A的2腳連接電容 C212另一端、電阻R212-端，電阻R212另一端連接TIL300芯片B19的3腳，TIL300芯片B19的5 腳連接電容C213-端、運放U14A的3腳，電容C213另一端和TIL300芯片B19的1腳均接地， TIL300芯片B19的8腳連接運放U15A的5腳、電容R213-端，運放U15A的2腳與4腳相連并連接 電阻R214-端，電阻R214另一端連接接線端子排X30的4腳、電容C214-端，電容C214另一 端、接線端子排X30的3腳、運放U15A的12腳、電阻R213另一端均接地;根據(jù)氙燈的特性，在點 燃后，需要維持預(yù)電離狀態(tài)，若維持電流小，則容易熄滅，若電流太大，則功耗增加。本實用 新型的維持電流為100mA。在氙燈啟輝后，UC3825會持續(xù)檢測燈管維持電流，它根據(jù)電流的 大小調(diào)整驅(qū)動信號的占空比，實現(xiàn)恒流控制。UC3825的11腳和14腳輸出ΠΜ波形，通過功率 放大后驅(qū)動MOSFET來完成電流控制。為保持恒流，需要檢測電流，在燈管回路中串聯(lián)電阻 R83,其電壓和電流成正比，將R83上電壓經(jīng)過VD11穩(wěn)壓后作為運算放大器的輸入，穩(wěn)壓管 VD211和VD212限制運放的輸入電壓，確保不會損壞后續(xù)的運算電路。燈管電路電壓較大，需 要和弱電部分隔離，元件B19是TIL300芯片，用于信號隔離，并且?guī)捄途€性度滿足使用要 求，已知電阻R201和R213的比值，通過運放輸出端電壓值，可以計算出R83兩端電壓，由此得 出燈管電流值。
[0042] AD采樣中斷程序用于對主電容充電電壓的讀取。單片機根據(jù)AD結(jié)果確定PWM模塊 的開關(guān)，確保主電容電壓精確地穩(wěn)定在設(shè)定值上。本系統(tǒng)采用的dsPIC30f2020單片機自帶 逐次逼近型AD模塊分辨率為10位，轉(zhuǎn)換速度和精確度達到本系統(tǒng)要求。AD目標對象電壓在 千伏數(shù)量級，同時在主控PCB上有開關(guān)電源，這些因素對AD模塊的抗干擾能力提出很高要 求。圖10顯示了AD中斷處理的全過程，為了消除外部干擾對單片機接收數(shù)據(jù)的影響，對AD結(jié) 果進行預(yù)處理，處理方法是每采集到三個數(shù)據(jù)就排序并取中間值，以此降低外部干擾。然后 判斷目標數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)和預(yù)設(shè)值的差異，若連續(xù)三次接收值大于或等于設(shè)定值，則認為充電完 畢，并關(guān)閉PWM輸出；若接收值小于設(shè)定值，若PWM正在關(guān)閉狀態(tài)且連續(xù)超過三次，則打開 PWM，對主電容進行充電。
[0043]本實用新型以主電容充放電功能為核心，通過共用的硬件電路實現(xiàn)紫外燈管啟輝 和維持，利用控制芯片對主電容充電和放電頻率進行調(diào)節(jié)，就完成了對電源的輸出功率的 靈活調(diào)節(jié)，不僅電路結(jié)構(gòu)簡單，而且電源功率易于擴展。除了充放電頻率可調(diào)，主電容的充 電電壓、充電電流和放電電流都可調(diào)，能夠匹配不同脈沖氙燈的特性，提高了產(chǎn)品的穩(wěn)定性 和適應(yīng)性。
【主權(quán)項】
1. 一種紫外燈電源，其特征在于，其包括主電路、啟輝電路、控制電路和檢測電路，所述 主電路包括主電壓輸入單元和電容充放電單元，所述啟輝電路包括啟輝電壓輸入單元、啟 輝單元、PWM控制器和脈沖氙燈，所述檢測電路包括電流檢測單元和電壓檢測單元，所述控 制電路包括MCU單元，所述主電路、啟輝電路和檢測電路均連接所述MCU單元，所述主電壓輸 入單元包括第一輸入整流濾波器、全橋變換器、第一高頻變壓器和第一輸出整流濾波器，所 述電容充放電單元包括主電容，所述主電壓輸入單元對所述主電容進行充電以提供放電電 壓，所述啟輝電壓輸入單元包括第二輸入整流濾波器、半橋逆變器、第二高頻變壓器、第二 輸出整流濾波器，所述啟輝電壓輸入單元提供給所述啟輝電路啟輝電壓來控制所述脈沖氙 燈啟輝和通過所述PWM控制器提供預(yù)燃電流實現(xiàn)所述脈沖氙燈的預(yù)電離狀態(tài)，所述電壓檢 測單元檢測所述主電容的電壓，所述電流檢測單元檢測所述脈沖氙燈的電流。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紫外燈電源，其特征在于，所述第一輸入整流濾波器包括 二極管全橋整流電路，所述全橋變換器包括IGBT模塊，所述第一輸出整流濾波器通過高壓 硅堆整流。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紫外燈電源，其特征在于，所述啟輝單元包括電阻R016和 電容C021，所述電阻R016通過電阻R017連接二極管D020的正極，所述二極管D020的負極連 接電容C020-端、電阻R018-端，所述電阻R018另一端連接電阻R019-端，所述電阻R019另 一端連接所述電容C020另一端、擊穿放電管Π )2-端和所述脈沖氙燈，所述擊穿放電管Π )2 另一端與所述二極管D020的負極連接變壓器TG8-端，所述變壓器TG8另一端連接電阻R020 一端、二極管D021的負極，所述電容C021-端連接所述二極管D021的正極、另一端連接所述 電阻R020另一端。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紫外燈電源，其特征在于，所述MCU單元包括 dsPIC30F2020 單片機。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紫外燈電源，其特征在于，所述電容充放電單元還包括可 控硅控制電路和可控硅觸發(fā)電路，所述可控硅觸發(fā)電路包括電阻R329，所述電阻R329-端 連接所述MCU單元的P-7腳、另一端連接反相器U1A的輸入端和反相器U1B的輸入端，所述反 相器U1A的輸出端和所述反相器U1B輸出端均連接電阻R318-端、電容C329-端，所述電阻 R318另一端連接電源VCC、電阻R319-端、二極管D321負極，所述電容C329另一端連接所述 電阻R319另一端、二極管D321正極，所述二極管D321兩端還通過變壓器TQ11連接所述MCU單 元的Portl腳和Port2腳。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種紫外燈電源，其特征在于，所述可控硅控制電路包括IC3 芯片和IC4芯片，所述芯片IC3的la腳通過電阻R45連接所述Μ⑶單元的P-25腳、lb腳通過電 阻R46連接所述Μ⑶單元的P-26腳、G腳通過電容C33和電阻R47連接V腳、Oa腳和Ob腳連接變 壓器TG2-端，所述變壓器TG2另一端連接電阻R55-端、電阻R56-端、電阻R57-端、電阻 R58-端、電阻R59-端、電阻R60-端、穩(wěn)壓管VD14負極、穩(wěn)壓管VD16負極、接線端子排X9的 2腳和3腳，所述電阻R55另一端連接二極管D11的正極、所述電阻R57另一端、穩(wěn)壓管VD13負 極、接線端子排X9的1腳，所述電阻R56另一端連接所述二極管D11的負極，所述穩(wěn)壓管VD13 的正極與所述穩(wěn)壓管VD14的正極相連，所述電阻R58另一端連接二極管D12的正極、所述電 阻R60另一端、穩(wěn)壓管VD15負極、接線端子排X9的4腳，所述電阻R59另一端連接所述二極管 D12的負極，所述穩(wěn)壓管VD16的正極與所述穩(wěn)壓管VD14的正極相連，所述芯片IC4的la腳通 過電阻R51連接所述MCU單元的P-21腳、lb腳通過電阻R2連接所述MCU單元的P-22腳、Oa腳和 〇b腳連接變壓器TG2、G腳接地、V腳通過電阻R53連接電阻R50-端和VCC，所述電阻R50另一 端連接LED18-端，所述LED18另一端連接三極管Q11的集電極，所述三極管Q11的發(fā)射極接 地、基極連接電阻R49-端，所述電阻R49另一端連接所述MCU單元的P-26腳，所述變壓器TG3 另一端連接電阻R61-端、電阻R62-端、電阻R63-端、電阻R64-端、電阻R65-端、電阻R66 一端、穩(wěn)壓管VD17負極、穩(wěn)壓管VD19負極、接線端子排X10的2腳和3腳，所述電阻R61另一 端連接二極管D13的正極、所述電阻R63另一端、穩(wěn)壓管VD17負極、接線端子排X10的1腳，所 述電阻R62另一端連接所述二極管D13的負極，所述穩(wěn)壓管VD17的正極與所述穩(wěn)壓管VD18的 正極相連，所述電阻R64另一端連接二極管D14的正極、所述電阻R66另一端、穩(wěn)壓管VD19負 極、芯片X10的4腳，所述電阻R65另一端連接所述二極管D12的正極，所述穩(wěn)壓管VD19的正極 與所述穩(wěn)壓管VD20的正極相連。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紫外燈電源，其特征在于，所述電壓檢測單元包括接口 X4，所述接口 X4連接所述主電容，所述接口 X4的2腳連接電阻R15、電阻R18-端，所述電阻 R15另一端連接電容C8-端、運放U2A的4腳，所述運放U2A的2腳連接所述Μ⑶單元的P2腳，所 述運放U2A的5腳連接電阻R13、電阻R14-端，所述電阻R14另一端與所述運放U2A的12腳相 連后接地，所述電阻R13另一端連接電源MCU單元的電源VCC和電容C7-端，所述電容C7另一 端與所述電容C8另一端相連后接地，所述電阻R18另一端連接電容C9 一端、電阻R19-端、穩(wěn) 壓管VD1負極、電阻R20-端，所述電阻R20的另一端連接電容C10-端、所述Μ⑶單元的Ρ4腳， 所述接口 Χ4的一腳、電容C9另一端、電阻R19另一端、穩(wěn)壓管VD1的正極、電容C10另一端均接 地。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紫外燈電源，其特征在于，所述電流檢測單元包括接線端 子排Χ22,所述接線端子排Χ22的1腳連接電阻R100、電容C108-端，所述Χ22的4腳連接所述 電容C108另一端、電阻R83-1-端、電阻R83-2-端、電阻R83-4-端、電容C58-端、穩(wěn)壓管 VD21負極，所述電阻R100,另一端連接電容C55-端，所述電容C55另一端連接電容C56-端， 所述電容C56另一端連接所述電阻R83-1另一端、電阻R83-2另一端、電阻R83-4另一端、電容 C58另一端、電阻R83-3-端，所述電阻R83-3另一端連接電容C211-端、穩(wěn)壓管VD211正極、 運放U14A的4腳，所述穩(wěn)壓管VD211的負極連接穩(wěn)壓管VD212的負極，所述穩(wěn)壓管VD212正極 連接所述運放U14A的5腳、電阻R201-端、電容C212-端、TIL300芯片Β19的7腳，所述電阻 R201另一端、電容C211另一端、穩(wěn)壓管VD21的正極均接地，所述運放U14Α的2腳連接所述電 容C212另一端、電阻R212-端，所述電阻R212另一端連接所述TIL300芯片Β19的3腳，所述 TIL300芯片Β19的5腳連接電容C213-端、所述運放U14A的3腳，所述電容C213另一端和所述 TIL300芯片Β19的1腳均接地，所述TIL300芯片Β19的8腳連接運放U15A的5腳、電容R213- 端，所述運放U15A的2腳與4腳相連并連接電阻R214-端，所述電阻R214另一端連接接線端 子排Χ30的4腳、電容C214-端，所述電容C214另一端、接線端子排Χ30的3腳、運放U15A的12 腳、電阻R213另一端均接地。
【文檔編號】H05B37/02GK205726583SQ201620126901
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年2月18日
【發(fā)明人】胡業(yè)磊, 黃波, 郭昭存
【申請人】無錫藍天電子股份有限公司