一種感應(yīng)加熱電源新型復(fù)合控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種感應(yīng)加熱電源新型復(fù)合控制系統(tǒng)。技術(shù)方案包括交流輸入模塊、全橋整流模塊、IGBT逆變電路、檢測保護電路、觸屏顯示屏、隔離驅(qū)動電路、電流采樣電路、電壓采樣電路、鎖相環(huán)電路、移相調(diào)功電路、CPU和諧振回路；所述觸摸顯示屏與CPU）連接用以通過用戶操作來控制系統(tǒng)相關(guān)變量，并且可以顯示CPU發(fā)送過來的電壓、電流以及功率值，所述CPU連接檢測保護電路、移相調(diào)功電路以及電壓采樣電路、電流采樣電路，所述檢測保護電路連接有全橋整流模塊和IGBT逆變電路。
【專利說明】
一種感應(yīng)加熱電源新型復(fù)合控制系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種電源控制系統(tǒng)，具體為一種感應(yīng)加熱電源控制系統(tǒng)。【背景技術(shù)】
[0002]感應(yīng)加熱電源在現(xiàn)代工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用，它的負載由感應(yīng)線圈和被加熱工件共同組成，其等效參數(shù)會隨著溫度等各種因素發(fā)生改變，從而引起負載的固有諧振頻率的變化。為了使逆變器工作在諧振或準諧振狀態(tài)，減小無功電流，一般采用鎖相環(huán)技術(shù)實現(xiàn)頻率跟蹤。同時由于溫度工藝的要求，有時必須實現(xiàn)電源輸出功率的調(diào)節(jié)。
[0003]傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)主要有輸入直流電壓調(diào)功和逆變橋內(nèi)調(diào)功兩大類方法。前者需要可控整流電路或直流斬波電路，主電路拓撲結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，成本偏高。逆變橋內(nèi)調(diào)功主要采用調(diào)頻調(diào)功(PFM)、移向調(diào)功(PSM)和脈沖密度調(diào)功(PDM)，這些主電路拓撲仍然較為復(fù)雜， 并且不能較好地與頻率跟蹤的控制進行有效地結(jié)合。同時，傳統(tǒng)感應(yīng)電源主電路啟動過程中，電流沖擊很大，安全性較差。
[0004]在以往感應(yīng)電源控制系統(tǒng)設(shè)計中，采用分立元件進行邏輯組合的控制系統(tǒng)較為復(fù)雜且穩(wěn)定性較差，采用DSP或CPLD等數(shù)字化的控制系統(tǒng)成本較高，不適宜中小功率場合，并且傳統(tǒng)的感應(yīng)電源在人機交互中不夠人性化。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種簡化主電路拓撲結(jié)構(gòu)、提高人機交互體驗的感應(yīng)加熱電源新型復(fù)合控制系統(tǒng)。
[0006]為解決上述問題，本發(fā)明的技術(shù)方案包括交流輸入模塊、全橋整流模塊、IGBT逆變電路、檢測保護電路、觸屏顯示屏、隔離驅(qū)動電路、電流采樣電路、電壓采樣電路、鎖相環(huán)電路、移相調(diào)功電路、CPU和諧振回路；所述觸摸顯示屏與CHJ連接用以通過用戶操作來控制系統(tǒng)相關(guān)變量，并且可以顯示CPU 發(fā)送過來的電壓、電流以及功率值，所述CPU連接檢測保護電路、移相調(diào)功電路以及電壓采樣電路、電流采樣電路，所述檢測保護電路連接有全橋整流模塊和IGBT逆變電路。
[0007]所述的感應(yīng)加熱電源新型復(fù)合控制系統(tǒng)，其特征在于:所述IGBT逆變電路包括由一組IGBT構(gòu)成的可控全橋逆變電路，并且由移相調(diào)功模塊控制其導(dǎo)通，所述移相調(diào)功電路連接隔離驅(qū)動電路和鎖相環(huán)電路，所述全橋整流模塊連接交流輸入模塊和IGBT逆變電路， 所述IGBT逆變電路連接隔離驅(qū)動電路和諧振回路，所述諧振回路連接電壓采樣電路和電流米樣電路電路，所述鎖相環(huán)電路連接電流米樣電路，米樣其頻率。
[0008]所示的感應(yīng)加熱電源新型復(fù)合控制系統(tǒng)，其特征在于:所述諧振回路主要由諧振電容、諧振電感和負載三部分構(gòu)成，并接受逆變橋電壓的輸入，形成諧振回路。
[0009]所示的感應(yīng)加熱電源新型復(fù)合控制系統(tǒng)，其特征在于:所述隔離驅(qū)動電路模塊包括主要由四個6N137光耦及其外圍電路組成的光耦隔離模塊和由IR2110及自舉電容構(gòu)成的逆變驅(qū)動模塊，由6N137組成的光耦隔離模塊通過信號線與移相調(diào)功電路相連接，由IR2110構(gòu)成的逆變驅(qū)動模塊通過信號線與IGBT逆變電路相連接，并通過光耦隔離與驅(qū)動電路的結(jié)合，實現(xiàn)強弱電的分離。
[0010]所示的感應(yīng)加熱電源新型復(fù)合控制系統(tǒng)，其特征在于:所述移相調(diào)功電路包括相位調(diào)節(jié)電路、死區(qū)控制電路、工作頻率設(shè)置電路和軟啟動設(shè)置電路，通過相位調(diào)節(jié)電路來控制輸出的電壓、電流或功率的大小，通過由RC電路構(gòu)成的死區(qū)控制電路來避免IGBT逆變電路逆變橋上下橋臂直通的風險，通過工作頻率設(shè)置電路來保證工作頻率在初始設(shè)定值。
[0011]本發(fā)明的感應(yīng)加熱電源新型復(fù)合控制系統(tǒng)優(yōu)點如下:1、安全性高:通過移相調(diào)功模塊的死區(qū)控制電路，可以有效地避免逆變橋上下橋臂直通的危險，通過軟啟動設(shè)置電路，可以減小主電路啟動時電流的沖擊，通過光耦的接入，使得控制模塊和驅(qū)動模塊隔離，實現(xiàn)強弱電的分離，使整個系統(tǒng)更加安全。
[0012]2、適用性廣:整個系統(tǒng)將移相調(diào)功模塊與鎖相環(huán)模塊獨立起來，僅通過信號線連接，如果頻率或功率、電壓需要調(diào)節(jié)或改變，僅需改變相應(yīng)模塊的參數(shù)即可，非常符合高內(nèi)聚，低耦合的系統(tǒng)設(shè)計思想。
[0013]3、智能性好:通過觸摸顯示屏的接入，虛擬按鍵的設(shè)置，包括電壓、電流、功率的設(shè)定顯示提供友好的人機交互界面，使用戶獲得最佳體驗。
[0014]4、維修接線方便:按照強弱電分離的原則，將控制電路與主電路分離，如果哪個模塊發(fā)生故障，只需要更換相應(yīng)模塊，完成相應(yīng)模塊的接線即可，不需要對整個系統(tǒng)進行維修調(diào)整。
[0015]5、可以通過由比較器LM339及外圍電路組成的檢測保護電路及時檢測電流電壓狀態(tài)，反饋給CPU，當過流或過壓時，CPU向移相調(diào)功電路及隔離驅(qū)動電路發(fā)送中斷信號，保護整個系統(tǒng)。
[0016]6、穩(wěn)定性好成本低:相對傳統(tǒng)的感應(yīng)電源控制系統(tǒng)而言，本發(fā)明采用專用集成控制芯片，穩(wěn)定性更好，價格相對DSP或CPLD控制方式而言更加低廉，可同時滿足控制效果和成本要求?！靖綀D說明】
[0017]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
[0018]圖1是本發(fā)明的電路原理框圖；圖2是本發(fā)明的串聯(lián)諧振電路原理圖；圖3是本發(fā)明的移相調(diào)功電路和鎖相環(huán)電路的原理框圖；圖4是本發(fā)明的移相調(diào)功電路原理圖；圖5是本發(fā)明的鎖相環(huán)電路原理圖；圖6是本發(fā)明的隔離驅(qū)動電路原理圖?！揪唧w實施方式】
[0019]如圖1-6所示，本發(fā)明的感應(yīng)加熱電源新型復(fù)合控制系統(tǒng)，包括交流輸入模塊1、全橋整流模塊2、IGBT逆變電路3、檢測保護電路4、觸屏顯示屏5、隔離驅(qū)動電路6、電流采樣電路7、電壓采樣電路8、鎖相環(huán)電路9、移相調(diào)功電路10、CPU11和諧振回路12。
[0020]所述觸摸顯示屏5與CPU11連接用以通過用戶操作來控制系統(tǒng)相關(guān)變量，并且可以顯示CPU11發(fā)送過來的電壓、電流以及功率值。所述CPU11連接有檢測保護電路4和移相調(diào)功電路10以及電壓采樣電路8、電流采樣電路7,所述檢測保護電路4連接有全橋整流模塊2和 IGBT逆變電路3,進一步的，所述IGBT逆變電路3包括由一組IGBT構(gòu)成的可控全橋逆變電路， 并且由移相調(diào)功模塊10控制其導(dǎo)通。所述移相調(diào)功電路10連接有隔離驅(qū)動電路6和鎖相環(huán)電路9，所述全橋整流模塊2連接有交流輸入模塊1和IGBT逆變電路3，所述IGBT逆變電路3連接有隔離驅(qū)動電路6和諧振回路12,所述諧振回路12連接有電壓采樣電路8和電流采樣電路 7，所述鎖相環(huán)電路9連接有電流采樣電路7，采樣其頻率。
[0021]進一步的，所述諧振回路12由諧振電容12a，諧振電感12b和負載12c三部分構(gòu)成， 并接受逆變橋電壓的輸入，形成諧振回路。[〇〇22]進一步的，所述隔離驅(qū)動電路模塊6包括由四個6N137光耦及其外圍電路組成的光耦隔離模塊6a和由IR2110及自舉電容構(gòu)成的逆變驅(qū)動模塊6b，由6N137組成的光耦隔離模塊6a通過信號線與移相調(diào)功電路模塊相連接，由IR2110構(gòu)成的逆變驅(qū)動模塊6b通過信號線與IGBT逆變電路3相連接，通過光耦隔離與驅(qū)動電路的結(jié)合，從而在保證驅(qū)動逆變橋的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了強弱電的分離，提高了整個系統(tǒng)的安全性。
[0023]進一步的，所述移相調(diào)功電路10包括相位調(diào)節(jié)電路10a，死區(qū)控制電路10b，工作頻率設(shè)置電路l〇c和軟啟動設(shè)置電路10d。通過相位調(diào)節(jié)電路10a來控制輸出的電壓、電流或功率的大小，通過由RC電路構(gòu)成的死區(qū)控制電路來避免IGBT逆變電路3逆變橋上下橋臂直通的風險，通過頻率設(shè)置電路來保證工作頻率在初始設(shè)定值，軟啟動設(shè)置電路可減小主電路啟動時電流的沖擊。[〇〇24] 工作原理:感應(yīng)加熱電源新型復(fù)合控制系統(tǒng)接通電源后，電源開始工作。220V，50Hz的交流輸入模塊1能經(jīng)過全橋整流模塊2轉(zhuǎn)化為具有波動的直流電流，在此過程中，濾波器可消除直流脈動，以獲得IGBT逆變電路3需要的直流電壓，IGBT逆變電路3根據(jù)特定的加熱要求，將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)檩^高頻率且功率可控的交流電，提供給諧振回路9。[〇〇25]在此過程中，CPU11檢測觸摸顯示屏5的輸入信號，電壓或功率設(shè)定值，并將其設(shè)定值轉(zhuǎn)換為控制電壓，傳送至移相調(diào)功電路10,控制量可控制移相角度，進而控制輸出功率和電壓，UC3875的輸入誤差放大器接成電壓跟隨器的形式，通過控制EA+端的電壓，即可控制移相角度大小。電壓越高，移相角度越小。通過可調(diào)電阻R調(diào)整UC3875的鋸齒波信號的斜面斜率?？蛇x用合適電阻分別設(shè)置A、B通道和C、D通道的死區(qū)時間。通過RC電路可設(shè)置UC3875 內(nèi)部振蕩器的工作頻率。[〇〇26]隔離驅(qū)動電路模塊6包括四個6N137光耦及其外圍電路組成的光耦隔離模塊6a和由IR2110及自舉電容構(gòu)成的逆變驅(qū)動模塊6b，由6N137組成的光耦隔離模塊6a通過信號線與移相調(diào)功電路模塊相連接，由IR2110構(gòu)成的逆變驅(qū)動模塊6b通過信號線與IGBT逆變電路相連接，通過光耦隔離與驅(qū)動電路的結(jié)合，從而在保證驅(qū)動逆變橋的基礎(chǔ)上，分離強弱電， 更加安全。[〇〇27]所述CPU11根據(jù)觸摸顯示屏5的按鍵信號和檢測保護電路4發(fā)回的信號，通過由比較器LM339及外圍電路組成的檢測保護電路及時檢測電流電壓狀態(tài)，反饋給CPU，當過流或過壓時，CPU向移相調(diào)功電路及隔離驅(qū)動電路發(fā)送中斷信號，保護整個系統(tǒng)。
[0028]所述鎖相環(huán)電路9包括頻率起振電路，確保電路起振時能鎖定在一定的頻率范圍，頻率跟蹤電路和濾波電路，確保系統(tǒng)中產(chǎn)生頻率和負載諧振頻率相同。整個鎖相環(huán)電路9形成一個頻率控制閉環(huán)，主電路IGBT逆變電路3輸出電流采樣7后，送到CD4046鎖相環(huán)電路9的鑒相器，經(jīng)過低通濾波控制壓控振蕩器VCO的輸出信號頻率啟動掃頻電路。[〇〇29]更進一步，啟動掃頻電路9a在上電時，將主動控制⑶4046鎖相環(huán)電路9的壓控振蕩電路9b的輸入電壓，使其由高到低變化。此時壓控振蕩電路9b輸出方波信號頻率也從高到低變化。鎖相環(huán)電路輸出的同步信號將送到UC3875移相調(diào)功電路10,相位調(diào)節(jié)電路10a將根據(jù)這個信號輸出IGBT逆變電路3的開關(guān)脈沖信號。IGBT逆變電路3的輸出電壓頻率跟隨壓控振蕩電路9b的輸出頻率變化。隨著IGBT逆變電路3的工作，負載中電流增大，負載電流諧振形成。電流經(jīng)檢測電路整形后，送入鎖相環(huán)電路。鎖相環(huán)電路9將負載12c電流信號與移相控制器輸出的IGBT逆變電路3開關(guān)信號進行比較。當兩個信號頻率相同時，壓控振蕩電路9b 的輸入電壓將維持在某個電平。此時，啟動掃頻電路將與鎖相環(huán)電路9自動分離，系統(tǒng)工作在頻率閉環(huán)自激狀態(tài)。
[0030]所述鎖相環(huán)電路9與UC3875移相控制電路10相結(jié)合，共同構(gòu)成了功率和頻率結(jié)合的控制閉環(huán)。根據(jù)UC3875移相控制電路10的同步信號要求，其同步信號為輸出開關(guān)信號的2 倍。那么CD4046鎖相環(huán)電路9中壓控振蕩電路9b的工作頻率是IGBT逆變電路3開關(guān)信號的2倍。[〇〇31]本發(fā)明設(shè)計負載12c的工作頻率為40kHz左右，由于負載參數(shù)在加熱過程中，溫度變化小，所以電源在恒功率工作時，負載12c電路的諧振頻率變化范圍較小，僅在感性移相調(diào)功時有一定的頻率上升。因此選取負載12c的工作頻率在35—45kHz的范圍。則CD4046鎖相環(huán)電路9的壓控振蕩電路9b工作頻率范圍為70—90kHZ。鎖相環(huán)電路9將跟蹤的頻率信號通過信號線發(fā)送給移相控制電路10,移相控制電路10根據(jù)收到的頻率信號產(chǎn)生對應(yīng)的控制 IGBT逆變電路3的信號，并且通過CPU11發(fā)送的控制信號進行移相，進而調(diào)節(jié)功率。
[0032]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種感應(yīng)加熱電源新型復(fù)合控制系統(tǒng)，其特征在于:包括交流輸入模塊(1)、全橋整 流模塊(2)、IGBT逆變電路(3)、檢測保護電路(4)、觸屏顯示屏(5)、隔離驅(qū)動電路(6)、電流 采樣電路(7)、電壓采樣電路(8)、鎖相環(huán)電路(9)、移相調(diào)功電路(10)、CPU(11)和諧振回路 (12)，所述觸摸顯示屏(5)與CPU(ll)連接用以通過用戶操作來控制系統(tǒng)相關(guān)變量，并且可 以顯示CPU(ll)發(fā)送過來的電壓、電流以及功率值，所述CPU(ll)連接檢測保護電路(4)、移 相調(diào)功電路(10)以及電壓采樣電路(8)、電流采樣電路(7)，所述檢測保護電路(4)連接有全 橋整流模塊(2 )和IGBT逆變電路(3 )。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的感應(yīng)加熱電源新型復(fù)合控制系統(tǒng)，其特征在于:所述IGBT逆變 電路(3)包括由一組IGBT構(gòu)成的可控全橋逆變電路，并且由移相調(diào)功模塊(10)控制其導(dǎo)通， 所述移相調(diào)功電路(10)連接隔離驅(qū)動電路(6)和鎖相環(huán)電路(9)，所述全橋整流模塊(2)連 接交流輸入模塊(1)和IGBT逆變電路(3)，所述IGBT逆變電路(3)連接隔離驅(qū)動電路(6)和諧 振回路(12)，所述諧振回路(12)連接電壓采樣電路(8)和電流采樣電路(7)電路，所述鎖相 環(huán)電路(9)連接電流米樣電路(7)，米樣其頻率。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所示的感應(yīng)加熱電源新型復(fù)合控制系統(tǒng)，其特征在于:所述諧振 回路(12)主要由諧振電容(12a)、諧振電感(12b)和負載(12c)三部分構(gòu)成，并接受逆變橋電 壓的輸入，形成諧振回路。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所示的感應(yīng)加熱電源新型復(fù)合控制系統(tǒng)，其特征在于:所述隔離 驅(qū)動電路模塊(6 )包括主要由四個6N137光耦及其外圍電路組成的光耦隔離模塊(6a )和由 IR2110及自舉電容構(gòu)成的逆變驅(qū)動模塊(6b)，由6N137組成的光耦隔離模塊(6a)通過信號 線與移相調(diào)功電路(10)相連接，由IR2110構(gòu)成的逆變驅(qū)動模塊(6b)通過信號線與IGBT逆變 電路(3)相連接，并通過光耦隔離與驅(qū)動電路的結(jié)合，實現(xiàn)強弱電的分離。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所示的感應(yīng)加熱電源新型復(fù)合控制系統(tǒng)，其特征在于:所述移相 調(diào)功電路(10)包括相位調(diào)節(jié)電路(l〇a)、死區(qū)控制電路(10b)、工作頻率設(shè)置電路(10c)和軟 啟動設(shè)置電路(1 〇d )，通過相位調(diào)節(jié)電路(10a )來控制輸出的電壓、電流或功率的大小，通過 由RC電路構(gòu)成的死區(qū)控制電路(10b)來避免IGBT逆變電路(3)逆變橋上下橋臂直通的風險， 通過工作頻率設(shè)置電路(1 〇c )來保證工作頻率在初始設(shè)定值。
【文檔編號】H05B6/06GK105960042SQ201610501918
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月30日
【發(fā)明人】黃華圣, 張榆平, 李興勝, 劉文富, 鄔志明
【申請人】浙江天煌科技實業(yè)有限公司