專利名稱：數(shù)字化調(diào)寬脈沖開關(guān)電源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種開關(guān)電源裝置，尤其涉及一種數(shù)字化調(diào)寬脈沖開關(guān)電源裝置。
背景技術(shù)：
眾所周知，所有開關(guān)電源都有一個調(diào)寬脈沖產(chǎn)生裝置，目前有3種方法產(chǎn)生調(diào)寬脈沖， 但都存在一定的缺陷
1、 用PWM專用集成電路，有外圍元器件，整個電路復(fù)雜，穩(wěn)定性不高。
2、 用自激振蕩電路，用在輸出不需要調(diào)節(jié)或要求不高的場合，外圍元器件多，調(diào)試復(fù)雜。
3、 用數(shù)字信號處理器DSP，要產(chǎn)生高頻及高分辨率的調(diào)寬脈沖，需要高速的DSP，且產(chǎn)生 調(diào)寬脈沖需要占用DSP的運算時間，而且高速DSP價格昂貴。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型主要解決原有開關(guān)電源的調(diào)寬脈沖電路的外圍元器件多，電路復(fù)雜，調(diào)試也 復(fù)雜，穩(wěn)定性不高，若采用DSP會占用DSP的運算時間，且高速DSP價格昂貴的技術(shù)問題；提 供一種采用自帶捕獲/比較單元的單片機，不需要添加任何元器件，不需要任何調(diào)試，提高工 作效率，降低成本的數(shù)字化調(diào)寬脈沖開關(guān)電源裝置。
本實用新型同時解決原有開關(guān)電源工作較不穩(wěn)定，可靠性不高的技術(shù)問題；提供一種具 有保護功能和自動復(fù)位功能，工作穩(wěn)定，可靠性高的數(shù)字化調(diào)寬脈沖開關(guān)電源裝置。
本實用新型的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的本實用新型包括由互 感器和功率模塊橋式電路構(gòu)成的全橋開關(guān)電源主電路，所述的功率模塊橋式電路與全橋開關(guān) 電源控制電路相連，所述的全橋開關(guān)電源控制電路包括單片機U20及與單片機U20相連的第一 驅(qū)動電路、第二驅(qū)動電路、第三驅(qū)動電路和第四驅(qū)動電路，每個驅(qū)動電路包括IGBT驅(qū)動模塊 ，單片機U20的兩個脈沖輸出腳PWMb、 PWMa分別與或非門U19A、或非門U19B的第一輸入腳相 連，單片機U20的控制腳control接或非門U19A、或非門U19B的第二輸入腳，或非門U19A、或 非門U19B的輸出腳分別接反相器U18A、 U18B的輸入端，反相器U18A的輸出端與第一、第二驅(qū) 動電路的IGBT驅(qū)動模塊的輸入端相連，反相器U18B的輸出端與第三、第四驅(qū)動電路的IGBT驅(qū) 動模塊的輸入端相連，四個IGBT驅(qū)動模塊的輸出端分別接所述的橋式電路的四個功率模塊， 所述的單片機U20為自帶捕獲/比較單元的單片機。單片機U20內(nèi)預(yù)先存儲有根據(jù)需要編制的工作程序，使單片機的捕獲/比較單元產(chǎn)生調(diào)寬脈沖，工作在非對稱模式，使其PWM脈沖通道 A/B和C/D為交替輸出，輸出4路帶死區(qū)的互鎖的調(diào)寬脈沖，其T0R2寄存器的值決定PWM脈沖的 周期，OCRA、 0CRB、 OCRC和OCRD寄存器的值決定P麗脈沖的寬度，它們的最大值40R2寄存器 值-死區(qū)時間。設(shè)置OCRA^CRB^CRC^CRD二PWM脈沖寬度值，設(shè)置T0R2二PWM脈沖周期值，從單 片機的脈沖輸出腳輸出的脈沖信號的周期、寬度及死區(qū)都是由寄存器的值決定的。單片機輸 出的脈沖信號，經(jīng)過或非門和反相器后到達(dá)IGBT驅(qū)動模塊，驅(qū)動功率模塊橋式電路工作。當(dāng) 脈沖信號為低電平時，功率器件IGBT導(dǎo)通，當(dāng)脈沖信號為高電平時，功率器件IGBT關(guān)斷。單 片機U20的控制腳control為控制端口， control為低電平時，讓脈沖信號正常通過，control 為高電平時，阻斷脈沖信號通過。因此該開關(guān)電源裝置的調(diào)寬脈沖電路不需要添加任何元器 件，所以結(jié)構(gòu)特別簡單，只要簡單編程，就能產(chǎn)生4路帶死區(qū)且互鎖的PWM脈沖，輸出靈活，不 需要調(diào)試，提高工作效率，降低成本，不但能產(chǎn)生調(diào)寬脈沖，也能產(chǎn)生調(diào)頻脈沖或同時產(chǎn)生 調(diào)頻又調(diào)寬脈沖，并且該過程不占用單片機的運算時間。
作為優(yōu)選，所述的第一、第二、第三和第四驅(qū)動電路的IGBT驅(qū)動模塊均連接有各自的保 護電路，每個保護電路的輸入端與各自的IGBT驅(qū)動模塊相連，保護電路的輸出端分兩路，其 中一路接或非門U19A和或非門U19B的第三輸入腳，另一路接所述的單片機U20的中斷引腳 INT。當(dāng)主電路過電流時，IGBT驅(qū)動模塊輸出低電平給保護電路，保護電路輸出高電平，一路 給或非門，封鎖脈沖信號通過，另一路給單片機的中斷引腳INT，經(jīng)單片機內(nèi)的工作程序處理 后，單片機的控制腳control和脈沖輸出腳均輸出高電平，關(guān)斷脈沖的輸出。起到很好的過電 流保護作用，提高開關(guān)電源裝置工作的可靠性。
作為優(yōu)選，所述的單片機U20上連接有自動復(fù)位電路，自動復(fù)位電路的輸入端接單片機 U20的控制腳control和兩個脈沖輸出腳PWMb、 PWMa，自動復(fù)位電路的輸出端接單片機U20的 復(fù)位腳RST。假如單片機輸出錯誤的驅(qū)動信號，此時單片機的脈沖輸出腳PWMa、 PWMb和控制腳 control均為低電平，這些信號輸送給自動復(fù)位電路，使得自動復(fù)位電路的輸出端輸出低電平 ，該低電平輸送給單片機的復(fù)位腳，促使單片機自動復(fù)位，關(guān)斷輸出。自動復(fù)位電路有效避免 單片機輸出錯誤的驅(qū)動信號時開關(guān)電源裝置仍在工作的現(xiàn)象發(fā)生，進一步確保開關(guān)電源裝置 工作更可靠，提高穩(wěn)定性。
作為優(yōu)選，所述的IGBT驅(qū)動模塊為M57962芯片，所述的單片機U20為P89LPC938芯片，所 述的保護電路包括光耦6N136芯片；在每個驅(qū)動電路中，6N136芯片的3腳接M57962芯片的8腳 ，6N136芯片的5腳接兩路，其中一路接或非門U19a和或非門U19b的第三輸入腳，另一路接 P89LPC938芯片的19腳，即中斷引腳INT。進一步確保全橋開關(guān)電源控制電路結(jié)構(gòu)簡單，實現(xiàn)
5方便，成本較低。
作為優(yōu)選，所述的自動復(fù)位電路包括電源監(jiān)控芯片U21、或非門U19C和反相器U18C，或 非門U19C的三個輸入腳分別與單片機U20的控制腳contro1、兩個脈沖輸出腳PWMb、 PWMa相連 ，或非門U19C的輸出腳接反相器U18C的輸入腳，反相器U18C的輸出腳與單片機U20的復(fù)位腳 RST相連，反相器U18C的輸出腳還與電源監(jiān)控芯片U21相連。確保復(fù)位電路結(jié)構(gòu)簡單，實現(xiàn)方 便，性能穩(wěn)定可靠，成本較低。
本實用新型的有益效果是利用單片機內(nèi)的一個功能部件抓捕獲/比較單元，只需通過 簡單編程，就能產(chǎn)生4路帶死區(qū)且互鎖的PWM脈沖，不需要添加任何元器件，結(jié)構(gòu)簡單，無需 調(diào)試，輸出靈活，不但能產(chǎn)生調(diào)寬脈沖，也能產(chǎn)生調(diào)頻脈沖或調(diào)頻又調(diào)寬脈沖，并且不占用單 片機的運算時間。通過設(shè)置保護電路，起到很好的過電流保護作用，通過設(shè)置自動復(fù)位電路 ，有效避免單片機輸出錯誤的驅(qū)動信號時開關(guān)電源裝置仍在工作的現(xiàn)象發(fā)生，提高開關(guān)電源 裝置工作的可靠性和穩(wěn)定性。


圖l是本實用新型的全橋開關(guān)電源主電路連結(jié)示意圖。 圖2是本實用新型中全橋開關(guān)電源控制電路的原理圖。
具體實施方式

下面通過實施例，并結(jié)合附圖，對本實用新型的技術(shù)方案作進一步具體的說明。
實施例l:本實施例的數(shù)字化調(diào)寬脈沖開關(guān)電源裝置，如圖l、圖2所示，包括由互感器 T2和功率模塊橋式電路VT1、 VT2、 VT3、 VT4構(gòu)成的全橋開關(guān)電源主電路，功率模塊橋式電路 與全橋開關(guān)電源控制電路相連。全橋開關(guān)電源控制電路包括單片機U20及與單片機U20相連的 第一驅(qū)動電路、第二驅(qū)動電路、第三驅(qū)動電路和第四驅(qū)動電路，每個驅(qū)動電路包括IGBT驅(qū)動 模塊，單片機U20為自帶捕獲/比較單元的單片機。本實施例中IGBT驅(qū)動模塊為M57962芯片， 單片機U20為P89LPC938芯片。
單片機U20的脈沖輸出腳PWMb與或非門U19A的2腳相連，單片機U20的控制腳control接或 非門U19A的1腳，單片機U20的中斷引腳INT接或非門U19A的13腳，或非門U19A的輸出腳即12 腳接反相器U18A的1腳，反相器U18A的2腳既與第一驅(qū)動電路的IGBT驅(qū)動模塊M1的13腳相連又 與第二驅(qū)動電路的IGBT驅(qū)動模塊M2的13腳相連，Ml的輸出端C 1 、 Gl和E1接功率模塊橋式電 路中的VT1， M2的輸出端C2、 G2和E2接功率模塊橋式電路中的VT2。
單片機U20的脈沖輸出腳PWMa與或非門U19B的3腳相連，單片機U20的控制腳control接或 非門U19B的4腳，單片機U20的中斷引腳INT接或非門U19B的5腳，或非門U19B的輸出腳即6腳
6接反相器U18B的3腳，反相器U18B的4腳既與第三驅(qū)動電路的IGBT驅(qū)動模塊M3的13腳相連又與 第四驅(qū)動電路的IGBT驅(qū)動模塊M4的13腳相連，M3的輸出端C3、 G3和E3接功率模塊橋式電路 中的VT3， M4的輸出端C4、 G4和E4接功率模塊橋式電路中的VT4。
IGBT驅(qū)動模塊M1、 M2、 M3和M4的8腳均與各自的保護電路相連，保護電路為光耦芯片U1 、U2、 U3、 U4，本實施例中采用光耦6N136芯片。在第一驅(qū)動電路中，U1的3腳接M1的8腳， U1的5腳接單片機U20的中斷引腳INT。在第二、第三和第四驅(qū)動電路中，保護電路的連接與 上述相同，不再多述。
單片機U20上連接有自動復(fù)位電路，自動復(fù)位電路包括電源監(jiān)控芯片U21、或非門U19C和 反相器U18C，或非門U19C的9腳接單片機U20的控制腳contro1，或非門U19C的11腳、IO腳分 別接單片機U20的兩個脈沖輸出腳PWMa、 PWMb，或非門U19C的輸出腳即8腳接反相器U18C的5 腳，反相器U18C的6腳與單片機U20的復(fù)位腳RST相連，反相器U18C的6腳還與電源監(jiān)控芯片 U21的2腳相連，電源監(jiān)控芯片U21采用芯片CAT809L。
工作過程以第二驅(qū)動電路為例進行說明。單片機U20產(chǎn)生的一路PWMb脈沖信號經(jīng)或非 門U19A、反相器U18A到達(dá)IGBT驅(qū)動模塊M2的13腳，驅(qū)動功率器件IGBT工作。當(dāng)PWMb為低電平 時，功率器件IGBT導(dǎo)通，當(dāng)PWMb為高電平時，功率器件IGBT關(guān)斷。單片機U20的控制腳 control為控制端口， control為低電平時，讓PWMb脈沖正常通過，control為高電平時阻斷 PWMb脈沖通過。當(dāng)主電路過電流時，M2的8腳輸出低電平給光耦芯片U2，光耦芯片U2的5腳輸出 高電平， 一路給或非門U19A的13腳以封鎖脈沖PWMb通過，另一路給單片機U20的中斷引腳，經(jīng)單 片機內(nèi)的工作程序處理后使control和PWMb輸出高電平，關(guān)斷輸出脈沖，起到過電流保護作用 。假如單片機輸出錯誤的驅(qū)動信號，此時PWMa、 PWMb和control均為低電平，分別輸送給或非 門U19C的11、 10、 9腳，使U19C的8腳輸出高電平，則U18C的6腳輸出低電平，最后到達(dá)單片機 U20的復(fù)位腳RST，促使單片機自動復(fù)位，關(guān)斷輸出。
輸出電流I+、 I-通過分流器產(chǎn)生一個毫伏級的電壓信號經(jīng)比較放大器U13差分放大，光電 隔離芯片U16線性光電隔離，最后進入單片機U20的模擬通道AD00;輸出的電壓信號U+經(jīng)電阻 R18和電位器VR10分壓，光電隔離芯片U17線性光電隔離，最后進入單片機U20的模擬通道 ADOl。單片機U20模數(shù)轉(zhuǎn)換精度為10位，過采樣后可達(dá)到ll位。電阻R24和R23的串聯(lián)電路實 現(xiàn)分壓，產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓輸入到單片機U20的基準(zhǔn)端22腳。電流互感器T2輸出的信號T20、 T21經(jīng)二極管D10、 Dll、 D12和D13整流，電阻R25和電容C63、 C64濾波，在電位器VR11上取出 含有輸出電流信號的電壓，送入單片機U20的23腳，當(dāng)輸出發(fā)生過電流時，單片機U20的內(nèi)部比 較器狀態(tài)發(fā)生改變，經(jīng)程序處理，關(guān)斷脈沖輸出，從而保護功率器件。X16和X15為數(shù)據(jù)通訊端，用于和上位機通訊，為了增強抗干擾能力，使用了強上拉電阻R16和R17。
圖1中，T2為輸出一次回路電流取樣互感器，VT1、 VT2、 VT3和VT4組成橋式電路，電阻 Rl 02為二次回路電流取樣分流器。
權(quán)利要求1.一種數(shù)字化調(diào)寬脈沖開關(guān)電源裝置，其特征在于包括由互感器和功率模塊橋式電路構(gòu)成的全橋開關(guān)電源主電路，所述的功率模塊橋式電路與全橋開關(guān)電源控制電路相連，所述的全橋開關(guān)電源控制電路包括單片機U20及與單片機U20相連的第一驅(qū)動電路、第二驅(qū)動電路、第三驅(qū)動電路和第四驅(qū)動電路，每個驅(qū)動電路包括IGBT驅(qū)動模塊，單片機U20的兩個脈沖輸出腳PWMb、PWMa分別與或非門U19A、或非門U19B的第一輸入腳相連，單片機U20的控制腳control接或非門U19A、或非門U19B的第二輸入腳，或非門U19A、或非門U19B的輸出腳分別接反相器U18A、U18B的輸入端，反相器U18A的輸出端與第一、第二驅(qū)動電路的IGBT驅(qū)動模塊的輸入端相連，反相器U18B的輸出端與第三、第四驅(qū)動電路的IGBT驅(qū)動模塊的輸入端相連，四個IGBT驅(qū)動模塊的輸出端分別接所述的橋式電路的四個功率模塊，所述的單片機U20為自帶捕獲/比較單元的單片機。
2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的數(shù)字化調(diào)寬脈沖開關(guān)電源裝置，其特征在于 所述的第一、第二、第三和第四驅(qū)動電路的IGBT驅(qū)動模塊均連接有各自的保護電路，每個保 護電路的輸入端與各自的IGBT驅(qū)動模塊相連，保護電路的輸出端分兩路，其中一路接或非門 U19A和或非門U19B的第三輸入腳，另一路接所述的單片機U20的中斷引腳INT。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的數(shù)字化調(diào)寬脈沖開關(guān)電源裝置，其特征 在于所述的單片機U20上連接有自動復(fù)位電路，自動復(fù)位電路的輸入端接單片機U20的控制腳 control和兩個脈沖輸出腳PWMb、 PWMa，自動復(fù)位電路的輸出端接單片機U20的復(fù)位腳RST。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的數(shù)字化調(diào)寬脈沖開關(guān)電源裝置，其特征 在于所述的IGBT驅(qū)動模塊為M57962芯片，所述的單片機U20為P89LPC938芯片，所述的保護電 路包括光耦6N136芯片；在每個驅(qū)動電路中，6N136芯片的3腳接M57962芯片的8腳，6N136芯 片的5腳接兩路，其中一路接或非門U19a和或非門U19b的第三輸入腳，另一路接P89LPC938芯 片的19腳，即中斷引腳INT。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的數(shù)字化調(diào)寬脈沖開關(guān)電源裝置，其特征在于 所述的自動復(fù)位電路包括電源監(jiān)控芯片U21、或非門U19C和反相器U18C，或非門U19C的三個輸入腳分別與單片機U20的控制腳contro1、兩個脈沖輸出腳PWMb、 PWMa相連，或非門U19C的 輸出腳接反相器U18C的輸入腳，反相器U18C的輸出腳與單片機U20的復(fù)位腳RST相連，反相器 U18C的輸出腳還與電源監(jiān)控芯片U21相連。
專利摘要本實用新型涉及一種數(shù)字化調(diào)寬脈沖開關(guān)電源裝置，包括由互感器和功率模塊橋式電路構(gòu)成的全橋開關(guān)電源主電路，構(gòu)成全橋開關(guān)電源控制電路的單片機自帶捕獲/比較單元，單片機的脈沖輸出腳、控制腳經(jīng)或非門、反相器與驅(qū)動電路的輸入端相連，驅(qū)動電路的輸出端接功率模塊橋式電路。四個驅(qū)動電路有各自的保護電路，保護電路的輸出端既接或非門又接單片機的中斷引腳。單片機的脈沖輸出腳、控制腳還與自動復(fù)位電路相連，自動復(fù)位電路又接單片機的復(fù)位腳。本實用新型的調(diào)寬脈沖不需要添加任何元器件，無需調(diào)試，不占用單片機運算時間。既有過電流保護作用，又能有效避免輸出信號錯誤時開關(guān)電源裝置仍在工作的現(xiàn)象發(fā)生，提高可靠性和穩(wěn)定性。
文檔編號H02M7/217GK201435688SQ200920302909
公開日2010年3月31日 申請日期2009年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月7日
發(fā)明者陳水木 申請人:東陽市海天電器廠