一种IGBT感应电源启动电路的设计

科技 博览 ｌ ４５
科 学 论 坛
Ｉ ■
他濑 自澉信
图 １ 启动 电路框 图
Ｔ
图 ４ 频 率口 踪 电路
图 ２ 峰 值检 测 电路
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图 ３ 电子 开关 电路
图 ５ 触 发重 叠电路
图 ６ 电子 开 关波 形 （ 纵轴 ：１ Ｖ ｄ ／ ｉ Ｏ ｖ；横 轴 ：２ ｎ ／ ｉ ｄ ０ Ｓ ｖ）
科 学 论 坛
●Ｉ
一
种 ＩＢ Ｇ Ｔ感 应 电源 启动 电路的设 计
黄 硕 朱欣神 胡 波
（ １上海 卫星 工程 研究 所 ２同济 大 学 上 海 ２ ０ ７ ） ０００
［ 摘 要 ］ Ｇ Ｔ感应 电源 在 工业 中韵 应用 越来 越广 泛 。本 文提 出了 一 Ｉ Ｂ ＩＢ 种 Ｇ Ｔ感 应 电源 启动 电路 的设计 方 案 ，采用他 激 定 频启 动转 自激 的方法 ，并给 出 了硬件 电路 设 计 。试 验 结 果 证 明 ，该 方案 能 够 正 常 启动 Ｉ Ｔ感 应 电 源 ，达 到 了较 高 的启 动 成 功 率 ， 电路 设 计 简 单有 效 ，具 有 实 用 意 义 。 Ｂ Ｇ
Ｌ Ｄ软件 设 计流 程 如 图 ２所示 。Ｌ Ｄ初 始化 需 要对 控制 器 的显 示 频率 、 Ｃ Ｃ 显 示行 数及 显 示 缓冲 区地 址 和 大 小进 行 设置 。 由于系 统 上 电 时 ，显示 缓 冲 区 的数 据是 不 固定 的 ，显 示 出乱 码 ，因此 在 液 晶显 示 操作 之 前 应将 缓 冲 区 清 零 。 液 晶初 始 化 ，清 零 结 束 后 ， 系 统 将 采集 来 的信 号通 过 处 理 后 用 文 字 、 图形等 显 示 到 Ｌ ＣＤ上 。 英 文显 示 和汉 字 显示 采用 不 同显示 方 法 ］ 。英 文显 示 模块 ，在 系 统初 ‘ 始化 时 已经 定义 了文本 区 的首地 址 ，此 地址 存放 显示 屏第 厅第一 列的 字符 代码 ，每 个 字 符位 置 对应 １个 字 节 ，逐 行 对 应 至屏 幕 右 下角 。英 文显 示 模块任 务 是将欲 显 示 的字 符代码 送 入与 行 列位 置对 应 的文 本显 示缓 冲 区 中 。 显 示时只 需定 位 首字符 地 址 ，设 置使 Ｌ Ｄ 制器 的地 址指 针 自动 加 Ｉ Ｃ 控 ，然 后 连 续 向 Ｌ Ｄ数据 口送 入 显示 数据 即可 。 Ｃ 汉字采 用 按 图形方 式进 行 、文 本方 式及 图形 和 文本 合成 方 式进行 显 示 。 本设 计采 用的 ２ ０× １８模块 的汉 字显 示液 晶屏 幕 ，要显 示 １ ４ ２ ６× １ 阵的 ６点 汉 字 ，每行 可显 示 ｉ 汉字 ，共 可 显 示 ８行 。Ｔ ９ Ｃ中 自带汉 字 字模 ， ｔ ５ ６６ ３ 系统 需要 显示 的汉 字可 以从 ＵＤ Ｓ 字 点阵 中提取 ，每 个汉 字对 应 的序 列 号 ＣＯ 汉 用 Ｎ ｍ表 示 ，显示 汉 字 的流程 如 图 ３所 示 ，首先 把 汉字 库 的地 址 赋给 变 量 ｕ ａ ｄｅ ｓ ｄ ｒ ｓ ，即 ａ ｄ ｅ ｓ ｕ ｄ ｒ ｓ ＝Ｎ ｍ× ３ ＋ ｄ ｒ ｓ 。将汉 字 的显示 位置 纵横坐 标 （， ２ ａ ｄｅ ｓ Ｘ Ｙ 保 存 。在 设置显 示地 址后 ，程序通 过循 环把 １ ） 个汉 字 的 ３ 个字 节一 一 到 ２ 一 写 输 出 【 ，完成 了一 个汉 字 的显示 过程 。 ＿ ］ ３ ３ 数据 传输 模块 软件 设计 主 机 端单 片机 Ｌ Ｃ ３ ｈ Ｐ ９ ２一 电复 位 后， 首先 应该 初始 化 定 时器 、ｓ 接 Ｐ Ｉ 口和 ｃ ¨ Ｏ ｃ Ｏ无线 芯片 ，然后 进 入超 低功 耗休 眠模 式 ¨。 当串 口中 断标志 置 ］ 位时， 明 串 口有 数据 输入， 表 单片机 接 收 串 口数据 再将 其 打包， 通过 Ｓ Ｉ 接 口 Ｐ
转发给 Ｃ Ｉ０ Ｃ １ｏ无线 芯片 发送 。ｃ ｌ ｏ 无 线收 发模块 支 持低 功率 电磁波 激 活 ｃ １０ （ 无线 唤 醒） 功能 。 。当 有数 据传 送 给 手持 遥控 器 时 ，无线 收 发模 块 检 测到 。 电磁波 信 号 ，系统 被 唤 醒 ，准备 接 受数 据 。无 线 芯片 接 收完 一 个 数据 包 后 会 在单片 机 的Ｔｏ ／ 口产 生一 个脉冲 ， 因此 单片机进 入相 应 的中断 函数， 通过 Ｓ Ｉ Ｐ
接 口接 收 Ｃ １ ０的数据 。该状 态 转换 过程 示 意 图如 图 ４所示 。 Ｃ １ ０ 结语 本文 设计 了一 款应 用于 工业 生产 领域 的数 传手 持遥 控系 统 ，并对 其硬 件 结 构及 软 件 设计 做 了主 要 研 究 。该 系统 能 够 实现 水 平 输送 机 启动 ／停 车控 制 ，并且 能 够 调节 输 送机 运 行 方 向和 运 行速 度 。无 线 射频 模 块 、键 盘 等选 用低 功 耗 的软 件 设 计 ，适用 于 功耗 要 求 较 高 的控 制场 合 。随着 无 线遥 控技 术 的发展 ， 以及 其 在 工业 控 制 领域 的广 泛应 用 ，数 传 手 持遥 控 设 备必 将 有 更广阔的发展前景。
送 至主 电路 Ｉ Ｂ Ｇ Ｔ进 行 触发 。 ３电路 设 计 （ ｉ） 峰 值 检 测 图 ２中前 一 的运 算放 大 器 Ｔ ３ ｌ 外 围的 电阻 、二极 管构 成半 波检 测 级 Ｌ３ 和 电路 ，将 输 入 的槽 路 电压 信 号正 半波 放 大 一倍 并 反 相 、滤 去负 半波 。输 出 的 半波 信 号和 原 始 信号 相 加 ，成 为 反相 的 半波 整 流 信号 ，由后 一 级 的运 算 放 大 器 通 过 电 阻 、 电容 形 成 平 均 值 信 号 输 出 。 （ ） 电子 开 关 ２ 电源 刚 启动 时 ，槽 路 电压 较 小 ，峰值 检 测 电 路输 出的 比较 信 号 为高 电 平 ，Ｄ触发 器 的正 相 输 出状 态 为高 ， 电子 开 关将 他激 信 号送 入 锁相 环 电路 。 当槽 路 起振 ，电压 升 高至 设 定值 时 ，峰值 检 测 电路 输 出低 电平 ，在 自激 信 号 与他 激 信 号相 与 的 上升 沿 ，Ｄ触 发 器 的 反相 输 出状 态 转 为 高 ， 电子 开关 将 自激信 号 送 入锁 相 环 电路 。可见 ， 自激 ／他激 信 号 的切 换 总是 发 生在 信
（ ４） 死 区 ／ 重 叠
触 发信 号加 到单 稳触 发 器 ４ ９ ０ ８的上升 沿 触发 端 Ｔ ＋ Ｒ ，经延 时后 ，输 出 至 Ｄ触 发器 ４ １ 。４ １ ０ ０ ３同相输 出上升 沿 同延 时信 号上 升沿 ，下 降沿 同触 发 ３ 信 号 下 降沿 。两路 触 发 信 号形 成 了死 区 。 同理 在 ４ ０１ ３的 反相 端 ， 两路 触 发 信 号 形成 了重 叠 。可 调 电阻可 以调 节 死 区 ／重 叠 时 间 。
锁 相环 ４ ６ ０ ６使用 相 位 比较 器 Ｉ ，仅对 输入 信 号的 上升 沿起 作用 。Ａ Ｎ Ｉ Ｉ 端输 入 的是他 激或 自激 信号 ，压 控振 荡器 Ｖ Ｃ的输 出作为 电流 控制 信号 。该 Ｏ 信号 经延 时后加 到 Ｂ Ｎ端 ，这样 锁 相环 锁 定 后 ，电流 相 位始 终超 前 电压相 Ｉ 位 。延 时 时 间 ， 即逆 变 的 相 位 角 可 以通 过 电位 器 调 节 。
号 的上升 沿 。而 所 以锁相 环 电路使 用延 边 型相 位 比较 器 Ｉ ，输 出的相 位差 Ｉ 只跟 输入 信号 的上 升沿 有关 。这样 就可 以避 免在 峰 值检测 高 低 电平 转 换期 间 产 生不 准 确 的信 号 ， 使触 发脉 冲 产 生 大 的波 动 。
（ ） 频 率 跟 踪 ３
图 ７ 槽路 电压波 形 （ ）（ 上 纵轴 ：１ ０ ／ ｉ ，横 轴 ：５ ｎ ／ ｉ ０ Ｖ ｄ ０ ｖ ｄ ０ Ｓ ｖ） 逆 变触 发信 号 （ 中、下 ）（ 轴 ：２ Ｖ ｄ ｖ 纵 ０ ／ ｉ ，横 轴：５ ｎ ／ ｉ ） ０ ｓ ｄｖ
参 考 文 献
［ ］ Ｒ ｎ Ｐ ｉ ｅ ，冉 晓曼 王彬 王锋 译 ． 线 网络 原理 与应用 ［ ］ 清 １ ｏ ｒ ｃ 著 无 Ｍ． 华 大 学出版 社 ． ０ ８ ２ ０
［３ 李晓 静， 云峰， ２ 姜 刘开 培． 液晶 显示 控制器 Ｔ３ ９ ［］ ６ ６ ＣＪ 与单 片机 的接 口 编 程． 机与应 用 ． ０ ９ ９ 微 ２０，． ［］汪 华章． 功耗无 线数据 ｆ ３ 低 专输模块 的研 究 与设计 ［］ 中原工 学 院学 Ｊ． 报 ．０ ９２ ４ ． ２ ０ ， ０（）
［ 关键 词］Ｇ Ｔ感应 电源 ＩＢ 中图 分类 号 ：Ｐ ３ Ｔ３１ 启 动 电路 文献 标识 码 ： Ａ 文 章编号 ：０ ９９ ４ （０ ０ １—０ ５ ０ １０ １Ｘ２ １ ）２ ０４ —２
１引言 在现 代 工业 中 ，感 应加 热 被广 泛 应用 金 属熔 炼 、透 热 、热 处理 和 焊 接等 过程 ，而 电源是 其关 键设 备 。 目前 ，在 中频 、大功 率领 域使 用 的感应 电 源逆 变部 分 多采用 晶闸管 器件 。 由于 晶闸管 不可 自关 断 ，因此感 应 电源 负 载 必须 工 作在容 性状 态 ，这给 电源 的启 动频 率选 择 带来 了 困难 。 随着 电力 电子技 术 的发展 ，全控 型器 件 Ｉ Ｂ Ｇ Ｔ正 以其优 异 的性 能 ，逐步 取代 传 统晶 闸管 容 性状 态 ，启 动成 功率 、工作 效率 均优 于 晶 闸管 电源 。本文 提 出了一 种 Ｉ Ｂ Ｇ Ｔ感 应 电源启 动 电 路 的 设计 方 案 ，采 用 他 激 转 自激 方 法 启动 ，达 到 了 较 高 的 启动 成 功 率 。 ２工 作原 理 感 应 电源 的负载线 圈在 加热 过程 中 ， 一 都要 求工 作在谐 振频 率或 接近 般 于谐 振 频率 ， 以获得 较 高 的效 率 。 因此感 应 电源 控 制 电路 设 计 一般 都 采用 锁 相 环等 电路 ，在工 作 过程 中 自动跟 踪 槽路 的 谐 振频 率 变化 。这 样 就造 成 了感应 电源 的启 动难 点 ，即在 电源 正 常工作 前如 何使 频率 跟踪 电路 获得 正确 的槽 路 谐 振 频 率 信 号 。 他激 转 自激启 动是 目前使 用较 多 的方法 之 。其 工作 原理 是在 电源 启动 时 以他 激频 率 去触 发 电源 的 逆变 回 路 ， 同时检 测 槽路 电压 的峰 值 。 当峰值 达 到 设 定水 平 时 ，表 明槽 路 起 振 ，再 通过 电子 开 关 切 换 到 自激 锁 频 方 式 。 由于 Ｉ Ｂ Ｇ Ｔ为全控 型 器件 ，可 以在正 向 电压下 关 断 ，因此 Ｉ Ｂ Ｇ Ｔ感 应 电 源 不像 晶 闸管感应 电源 那样 一 定 要工 作在 容性 状态 ， 电源 启动 时可 以 以固定 频 率或 变动 频率 去触 发逆 变 回路 ，而 不用 担心 换相 问题 。 ＩＢ Ｇ Ｔ感应 电源 启动 电路框 图如 图 １ 示 。在 启动 阶段 ，他 激频 率模 块 所 发 出 固定 或变 化 频率 的脉冲 ，通过 电子 开关 送至 锁 相 环 。锁相 环 跟踪 该 频 率 脉冲 ，并 加入 可调 的延 时 ，产 生 相差 １ ０ 的 Ｉ Ｂ ７ ８ Ｇ Ｔ触 发信 号 。 由于 串联 型和 并联 型感应 电源 分别 要求上 下 桥臂Ｉ Ｂ 的驱动 信 号有 一定 的死区 或重 叠 ＧＴ 时 问 ， 因此触 发信 号 经过 死 区 ／重 叠 模块 形 成 死 区 或 重叠 ，再经 过 放 大 ，