本實用新型涉及到一種電子電路，特別涉及到一種高頻開關電源控制電路。

背景技術：

當前，等離子技術已得到廣泛的應用，工業(yè)上應用于等離子點火、等離子噴涂、金屬冶煉、等離子加熱制造納米材料、切割、垃圾焚燒和廢物處理等。近幾年來，利用等離子體處理危險有害的廢棄物和生活垃圾的技術發(fā)展很快，等離子體的處理方式和一般的焚燒方式大不一樣，等離子體是在電離層或放電現象下所形成的一種狀態(tài)，伴隨著放電現象將會生成了激發(fā)原子、激發(fā)分子、離解原子、游離原子團、原子或分子離子群的活性化學物以及它們與其它的化學物碰撞而引起的反應。在等離子體發(fā)生器中，放電作用使得工作氣分子失去外層電子而形成離子狀態(tài)，經相互碰撞而產生高溫，等離子體火炬的中心溫度可高達攝氏5萬度以上，火炬邊緣溫度也可達到3千度以上，被處理的垃圾廢物受到高溫高壓的等離子體沖擊時，其分子、原子將會重新組合而生成新的物質，從而使有害物質變?yōu)闊o害物質。利用等離子體噴槍把水蒸汽氣化劑加熱分解后再噴入生活垃圾氣化爐內或煤氣化爐內與焦炭進行化學反應，所發(fā)生的反應是放熱反應，可以為氣化爐提供原料烘干和熱解所需的熱量，從而使氣化爐不需輸入空氣或氧氣，生產的合成氣中氫氣的分數比例高，廢氣的含量低，可作為生產甲醇的原料氣利用。因此，用等離子體噴槍加熱分解水蒸汽做氣化劑來氣化煤或垃圾將成為今后的首選。

等離子熱解水制氫技術是最近幾年提出來的水制氫候選技術之一，因為水是一種相當穩(wěn)定的物質，在常壓條件下，溫度在2000K時水分子幾乎不分解，2500K時有25%的水發(fā)生分解，3400～3500K時氫氣和氧氣的摩爾分數達到最大，分別為18%和6%，當溫度達到4200K時，水分子將全部分解為氫氣、氫、氧氣、氧和氫氧原子團，一般的加熱方式難以達到這么高的溫度，而使用等離子體噴槍則很容易做到。

用于分解水分子的等離子體噴槍需要高壓電源進行引弧，中國專利公告號CN105072794A開了公開了“一種高頻引弧電源的驅動控制電路”，采用非門電路為主控元件，包括振蕩門、反相門、延遲門、第一輸出門和第二輸出門。該電路中，反相門與第一輸出門構成的二級反相電路來獲取振蕩周期的前半周信號，用來驅動上功率開關管；第二輸出門構成的一級反相電路來獲取振蕩周期的后半周信號，用來驅動下功率開關管。該電路為了避免上功率開關管和下功率開關管共態(tài)導通而造成損壞，由死區(qū)控制電阻和延遲電容器組成的延遲電路來設定第一輸出門輸出前半周開關信號的占空時間和第二輸出門輸出后半周開關信號的占空時間。該電路的前半周開關信號的占空時間和后半周開關信號的占空時間是共用一個延遲電路來設定的，具有結構簡單的特點，但該電路只有當振蕩門的輸出端與延遲電容器的正極同時為高電平時，第一輸出門的輸出端才能輸出開關信號，只有當振蕩門的輸出端與延遲電容器的正極同時為低電平時，第二輸出門的輸出端才能輸出開關信號，由于受元件參數影響，延遲電容器的充電時間與放電時間會不一致，因此，該電路存在正半周脈沖寬度與負半周脈沖寬度不一致的缺點，并且存在正、負半周信號拖尾現象，使得開關損耗大。

技術實現要素：

本實用新型的目的是克服現有技術的缺點，提供一種開關電源的控制電路，不僅使高壓引弧電源結構簡單和工作可靠，而且使控制電路輸出的開關信號特性好，減少開關損耗，使開關電源的效率更高。

本實用新型的一種開關電源的控制電路，主要由非門電路、電阻、電容器和二極管組成，非門電路包括振蕩門、反相門、延遲門和輸出門，振蕩電阻連接在振蕩門的輸入端與輸出端之間，在振蕩門的輸入端與地線之間有振蕩電容器，其特征是振蕩門（IC1）的輸出端連接到反相門（IC2）的輸入端、第一放電電阻（R2）的第一端和第一死區(qū)控制電阻（R3）的第一端，第一放電電阻（R2）的第二端連接到第一放電二極管（VD1）的陰極，第一死區(qū)控制電阻（R3）的第二端連接到第一延遲電容器（C2）的第一端、第一放電二極管（VD1）的陽極和第一延遲門（IC3）的輸入端，第一延遲電容器（C2）的第二端連接到地線，第一延遲門（IC3）的輸出端連接到第一輸出門（IC4）的輸入端，第一輸出門（IC4）的輸出端通過第一輸出電阻（R8）連接到正半周信號輸出端（1）；反相門（IC2）的輸出端連接到第二放電電阻（R4）的第一端和第二死區(qū)控制電阻（R5）的第一端，第二放電電阻（R4）的第二端連接到第二放電二極管（VD2）的陰極，第二放電二極管（VD2）的陽極連接到第二死區(qū)控制電阻（R5）的第二端、第二延遲電容器（C3）的第一端和第二延遲門（IC5）的輸入端，第二延遲電容器（C3）的第二端連接到地線，第二延遲門（IC5）的輸出端連接到第二輸出門（IC6）的輸入端，第二輸出門（IC6）的輸出端通過第二輸出電阻（R9）連接到負半周信號輸出端（3）。

本實用新型中，控制電路中有第一電位器（RP1）和第二電位器（RP2），第一電位器（RP1）與第二電位器（RP2）為同軸進行同步調節(jié)的雙聯(lián)電位器；當在控制電路中有第一電位器（RP1）和第二電位器（RP2）時，第一電位器（RP1）連接在第一死區(qū)控制電阻（R3）的第二端與第一延遲電容器（C2）的第一端之間，第二電位器（RP2）連接在第二死區(qū)控制電阻（R5）的第二端與第二延遲電容器（C3）的第一端之間；在控制電路中有過載信號反饋端（2）和過載保護電路，過載保護電路由電壓比較器（IC7）、定壓電阻（R10）、穩(wěn)壓二極管（VD5）、抗干擾電容器（C4）、第一隔離二極管（VD3）和第二隔離二極管（VD4）組成，電壓比較器（IC7）的同相輸入端連接到過載信號反饋端（2），電壓比較器（IC7）的反相輸入端通過定壓電阻（R10）連接到工作電源的正極，穩(wěn)壓二極管（VD5）和抗干擾電容器（C4）以并聯(lián)方式連接在電壓比較器（IC7）的反相輸入端與地線之間，電壓比較器（IC7）的輸出端連接到第一隔離二極管（VD3）的陽極和第二隔離二極管（VD4）的陽極；當控制電路中有過載保護電路時，在第一延遲門（IC3）輸出端與第一輸出門（IC4）輸入端之間有第一隔離電阻（R6），第一隔離二極管（VD3）的陰極連接到第一隔離電阻（R6）與第一輸出門（IC4）輸入端之間的線路上，第二延遲門（IC5）輸出端與第二輸出門（IC6）輸入端之間有第二隔離電阻（R7），第二隔離二極管（VD4）的陰極連接到第二隔離電阻（R7）與第二輸出門（IC6）輸入端之間的線路上。

本實用新型在用于等離子體噴槍引弧的高壓開關電源中應用，高壓開關電源的工作頻率為10-100KHz。高壓開關電源主要由工作電源、控制電路、驅動電路和功率升壓電路組成，其中，功率升壓電路由功率開關管和升壓變壓器構成，功率開關管包括上功率開關管和下功率開關管，升壓變壓器包括初級低壓線圈和次級高壓線圈。工作時，控制電路通過驅動電路使上功率開關管和下功率開關管交替導通，使得升壓變壓器的初級低壓線圈中流過交變電流，次級高壓線圈便感應產生數萬至數十萬伏的高電壓，用于等離子體噴槍引弧。

本實用新型中，振蕩門IC1產生的振蕩頻率由振蕩電阻R1和振蕩電容器C1的值確定，即f=1/1.4RC，振蕩門IC1的輸出為高、低電平交替的矩形脈沖波。當振蕩門IC1輸出為高電平矩形脈沖波時，振蕩門IC1輸出的為正半周高電平信號，正半周高電平信號經第一死區(qū)控制電阻（R3）和第一延遲電容器（C2）延遲后輸入到第一延遲門（IC3）的輸入端，然后再經第一延遲門（IC3）、第一輸出門（IC4）二級反相后由第一輸出電阻（R8）輸出正半周的高電平信號到后級電路，驅動上功率開關管導通；當振蕩門IC1輸出為低電平矩形脈沖波時，第一輸出門（IC4）的輸出端反轉為低電平，上功率開關管截止，同時，振蕩門IC1輸出的為負半周低電平信號經反相門（IC2）反相后，成為負半周高電平信號，負半周高電平信號經第二死區(qū)控制電阻（R5）和第二延遲電容器（C3）延遲后輸入到第二延遲門（IC5）的輸入端，然后再經第二延遲門（IC5）、第二輸出門（IC6）二級反相后由第二輸出電阻（R9）輸出負半周的高電平信號到后級電路，驅動下功率開關管導通；當振蕩門IC1輸出又反轉為高電平矩形脈沖波時，第二輸出門（IC6）的輸出端反轉為低電平，下功率開關管截止，同時，振蕩門IC1輸出的正半周高電平信號又經第一死區(qū)控制電阻（R3）和第一延遲電容器（C2）延遲后輸入到第一延遲門（IC3）的輸入端，如此周而復始，使上功率開關管和下功率開關管交替導通或截止。本實用新型的正半周高電平信號和負半周高電平信號分別由各自獨立的元件進行延遲，容易達到正半周脈沖寬度與負半周脈沖寬度一致；當正半周信號結束，振蕩門（IC1）的輸出端由高電平反轉為低電平時，第一延遲電容器（C2）通過第一放電二極管（VD1）和第一放電電阻（R2）進行快速放電，消除了正半周信號反轉時的拖尾現象，減小上功率開關管的開關損耗；當負半周信號結束，振蕩門（IC1）的輸出端由低電平反轉為高電平時，反相門（IC2）的輸出端反轉為低電平，第二延遲電容器（C3）通過第二放電二極管（VD2）和第二放電電阻（R4）進行快速放電，消除了負半周信號反轉時的拖尾現象，減小下功率開關管的開關損耗。

為了避免上功率開關管和下功率開關管共態(tài)導通而造成損壞，本實用新型分別在正半周的信號通路上設置第一死區(qū)控制電阻（R3）和第一延遲電容器（C2）、在負半周的信號通路上設置第二死區(qū)控制電阻（R5）和第二延遲電容器（C3），使正半周信號和負半周信號具有死區(qū)控制時間，所述死區(qū)控制時間為輸出開關信號的占空時間,略大于功率開關管的存儲時間。正半周的死區(qū)控制時間由第一死區(qū)控制電阻（R3）和第一延遲電容器（C2）的值確定，當振蕩門IC1輸出端的矩形脈沖波呈高電平時，高電平通過第一死區(qū)控制電阻（R3）對第一延遲電容器（C2）進行充電，在第一延遲電容器（C2）的充電電壓低于2/3工作電壓時，第一延遲門（IC3）的輸出端為高電平，把第一輸出門（IC4）的輸出端鎖死在低電平，使上功率開關管截止，直至第一延遲電容器（C2）的充電電壓達到2/3工作電壓時，第一延遲門（IC3）的輸出端反轉為低電平，使第一輸出門（IC4）輸出開關信號，上功率開關管導通，這時，上功率開關管的導通時間已獲取延時，其延時時間即為振蕩周期的正半周死區(qū)時間；同理，負半周的死區(qū)控制時間由第二死區(qū)控制電阻（R5）和第二延遲電容器（C3）的值確定，第二死區(qū)控制電阻（R5）和第二延遲電容器（C3）的工作原理與第一死區(qū)控制電阻（R3）和第一延遲電容器（C2）的工作原理相同，不再贅述。本實用新型中，正半周的死區(qū)控制元件和負半周的死區(qū)控制元件是各自獨立的，因此，死區(qū)控制更可靠，可以更有效避免上功率開關管和下功率開關管共態(tài)導通。

本實用新型中，第一電位器（RP1）和第二電位器（RP2）連接為可變電阻的方式，第一電位器（RP1）用來調節(jié)第一延遲電容器（C2）的充電時間，在具有死區(qū)控制時間的基礎上調節(jié)正半周信號的脈沖寬度，以此調節(jié)上功率開關管的導通時間，第二電位器（RP2）用來調節(jié)第二延遲電容器（C3）的充電時間，在具有死區(qū)控制時間的基礎上調節(jié)負半周信號的脈沖寬度，以此調節(jié)下功率開關管的導通時間，通過調節(jié)上功率開關管和下功率開關管的導通時間，從而調節(jié)升壓變壓器的磁能，使升壓變壓器次級高壓線圈的電壓幅度受到調節(jié)，以適應等離子體噴槍引弧的需要。

為了避免功率開關管過載損壞，當流過功率開關管的電流達到設定值時，功率開關級電路通過取樣電阻將反饋信號輸入到電壓比較器（IC7）的同相輸入端，當反饋信號的電壓幅度超過電壓比較器（IC7）反相輸入端設定的電壓值時，電壓比較器（IC7）的輸出端反轉為高電平，高電平分別通過第一隔離二極管（VD3）和第二隔離二極管（VD4）輸入到第一輸出門（IC4）的輸入端和第二輸出門（IC6）的輸入端，使第一輸出門（IC4）的輸出端和第二輸出門（IC6）的輸出端為低電平，使上功率開關管和下功率開關管截止，實現逐周過流保護。通過改變穩(wěn)壓二極管（VD5）的穩(wěn)壓值來設定過載保護的范圍。

本實用新型中，電路結構中采用以非門電路為主控元件，非門電路為數字化的集成電路，非常適合矩形脈沖波的形成和控制，其產生的開關信號用來驅動功率開關管也非常匹配，CMOS數字集成電路還是一種微功耗元件，具有電源電壓工作范圍寬、抗干擾能力強、輸入阻抗高、電路接口簡單、工作可靠和使用壽命長的特點。第一輸出門（IC4）和第二輸出門（IC6）優(yōu)選具有整形功能的施密特觸發(fā)器非門電路，具體實施時，振蕩門（IC1）、反相門（IC2）、第一延遲門（IC3）、第一輸出門（IC4）、第二延遲門（IC5）、第二輸出門（IC6）共用一只有施密特觸發(fā)器的型號為CC40106的CMOS六反相器的數字集成電路，數字集成電路的電源端連接到工作電源的正極，數字集成電路的接地端連接到地線。

本實用新型的有益效果是：提供的一種開關電源的控制電路，正半周的死區(qū)控制元件和負半周的死區(qū)控制元件是各自獨立，正、負半周的脈寬調節(jié)元件各自獨立且同步調節(jié)，不僅使高壓引弧電源結構簡單和工作可靠，而且使控制電路輸出的開關信號特性好，消除了正、負半周信號反轉時的拖尾現象，減小功率開關管的開關損耗，使開關電源的效率更高。

附圖說明

附圖1是本實用新型的一種開關電源的控制電路圖。

圖中：R1.振蕩電阻，R2.第一放電電阻，R3.第一死區(qū)控制電阻，R4.第二放電電阻，R5.第二死區(qū)控制電阻，R6.第一隔離電阻，R7.第二隔離電阻，R8.第一輸出電阻，R9.第二輸出電阻，R10.定壓電阻，RP1.第一電位器，RP2.第二電位器，C1.振蕩電容器，C2.第一延遲電容器，C3.第二延遲電容器，C4.抗干擾電容器，VD1.第一放電二極管，VD2.第二放電二極管，VD3.第一隔離二極管，VD4.第二隔離二極管，VD5.穩(wěn)壓二極管，IC1.振蕩門，IC2.反相門，IC3.第一延遲門，IC4.第一輸出門，IC5.第二延遲門，IC6.第二輸出門，IC7.電壓比較器，V+.工作電源的正極，1.正半周信號輸出端，2.過載信號反饋端，3.負半周信號輸出端。

具體實施方式

實施例1 附圖1所示的實施方式中，一種開關電源的控制電路主要由非門電路、電阻、電容器和二極管組成，非門電路包括振蕩門（IC1）、反相門（IC2）、第一延遲門（IC3）、第一輸出門（IC4）、第二延遲門（IC5）和第二輸出門（IC6），振蕩電阻（R1）連接在振蕩門（IC1）的輸入端與輸出端之間，在振蕩門（IC1）的輸入端與地線之間有振蕩電容器（C1），振蕩門（IC1）的輸出端連接到反相門（IC2）的輸入端、第一放電電阻（R2）的第一端和第一死區(qū)控制電阻（R3）的第一端，第一放電電阻（R2）的第二端連接到第一放電二極管（VD1）的陰極，第一死區(qū)控制電阻（R3）的第二端連接到第一延遲電容器（C2）的第一端、第一放電二極管（VD1）的陽極和第一延遲門（IC3）的輸入端，第一延遲電容器（C2）的第二端連接到地線，第一延遲門（IC3）的輸出端連接到第一輸出門（IC4）的輸入端，第一輸出門（IC4）的輸出端通過第一輸出電阻（R8）連接到正半周信號輸出端（1）；反相門（IC2）的輸出端連接到第二放電電阻（R4）的第一端和第二死區(qū)控制電阻（R5）的第一端，第二放電電阻（R4）的第二端連接到第二放電二極管（VD2）的陰極，第二放電二極管（VD2）的陽極連接到第二死區(qū)控制電阻（R5）的第二端、第二延遲電容器（C3）的第一端和第二延遲門（IC5）的輸入端，第二延遲電容器（C3）的第二端連接到地線，第二延遲門（IC5）的輸出端連接到第二輸出門（IC6）的輸入端，第二輸出門（IC6）的輸出端通過第二輸出電阻（R9）連接到負半周信號輸出端（3）。本實施例的控制電路中可設置第一電位器（RP1）和第二電位器（RP2），第一電位器（RP1）與第二電位器（RP2）為同軸進行同步調節(jié)的雙聯(lián)電位器；當在控制電路中有第一電位器（RP1）和第二電位器（RP2）時，第一電位器（RP1）連接在第一死區(qū)控制電阻（R3）的第二端與第一延遲電容器（C2）的第一端之間，第二電位器（RP2）連接在第二死區(qū)控制電阻（R5）的第二端與第二延遲電容器（C3）的第一端之間。本實施例的控制電路中可設置過載保護電路，過載保護電路由電壓比較器（IC7）、定壓電阻（R10）、穩(wěn)壓二極管（VD5）、抗干擾電容器（C4）、第一隔離二極管（VD3）和第二隔離二極管（VD4）組成，電壓比較器（IC7）的同相輸入端連接到過載信號反饋端（2），電壓比較器（IC7）的反相輸入端通過定壓電阻（R10）連接到工作電源的正極，穩(wěn)壓二極管（VD5）和抗干擾電容器（C4）以并聯(lián)方式連接在電壓比較器（IC7）的反相輸入端與地線之間，電壓比較器（IC7）的輸出端連接到第一隔離二極管（VD3）的陽極和第二隔離二極管（VD4）的陽極；當控制電路中有過載保護電路時，在第一延遲門（IC3）輸出端與第一輸出門（IC4）輸入端之間有第一隔離電阻（R6），第一隔離二極管（VD3）的陰極連接到第一隔離電阻（R6）與第一輸出門（IC4）輸入端之間的線路上，第二延遲門（IC5）輸出端與第二輸出門（IC6）輸入端之間有第二隔離電阻（R7），第二隔離二極管（VD4）的陰極連接到第二隔離電阻（R7）與第二輸出門（IC6）輸入端之間的線路上。

本實施例在用于等離子體噴槍引弧的高壓開關電源中應用，高壓開關電源的工作頻率為10-100KHz，當振蕩電阻R1取值為5KΩ、振蕩電容器C1取值為0.0033uF時，振蕩門IC1輸出頻率為43KHz的矩形脈沖波。高壓開關電源主要由工作電源、控制電路、驅動電路和功率升壓電路組成，其中，功率升壓電路由功率開關管和升壓變壓器構成，功率開關管包括上功率開關管和下功率開關管，升壓變壓器包括初級低壓線圈和次級高壓線圈。工作時，控制電路通過驅動電路使上功率開關管和下功率開關管交替導通，使得升壓變壓器的初級低壓線圈中流過交變電流，次級高壓線圈便感應產生數萬至數十萬伏的高電壓，用于等離子體噴槍引弧。本實施例的電路工作時，振蕩門IC1的輸出為高、低電平交替的矩形脈沖波，當振蕩門IC1輸出為高電平矩形脈沖波時，振蕩門IC1輸出的為正半周高電平信號，正半周高電平信號經第一死區(qū)控制電阻（R3）和第一延遲電容器（C2）延遲后輸入到第一延遲門（IC3）的輸入端，然后再經第一延遲門（IC3）、第一輸出門（IC4）二級反相后由第一輸出電阻（R8）輸出正半周的高電平信號到后級電路，驅動上功率開關管導通；當振蕩門IC1輸出為低電平矩形脈沖波時，第一輸出門（IC4）的輸出端反轉為低電平，上功率開關管截止，同時，振蕩門IC1輸出的為負半周低電平信號經反相門（IC2）反相后，成為負半周高電平信號，負半周高電平信號經第二死區(qū)控制電阻（R5）和第二延遲電容器（C3）延遲后輸入到第二延遲門（IC5）的輸入端，然后再經第二延遲門（IC5）、第二輸出門（IC6）二級反相后由第二輸出電阻（R9）輸出負半周的高電平信號到后級電路，驅動下功率開關管導通；當振蕩門IC1輸出又反轉為高電平矩形脈沖波時，第二輸出門（IC6）的輸出端反轉為低電平，下功率開關管截止，同時，振蕩門IC1輸出的正半周高電平信號又經第一死區(qū)控制電阻（R3）和第一延遲電容器（C2）延遲后輸入到第一延遲門（IC3）的輸入端，如此周而復始，使上功率開關管和下功率開關管交替導通或截止。本實施例的正半周高電平信號和負半周高電平信號分別由各自獨立的元件進行延遲，容易達到正半周脈沖寬度與負半周脈沖寬度一致；當正半周信號結束，振蕩門（IC1）的輸出端由高電平反轉為低電平時，第一延遲電容器（C2）通過第一放電二極管（VD1）和第一放電電阻（R2）進行快速放電；當負半周信號結束，振蕩門（IC1）的輸出端由低電平反轉為高電平時，反相門（IC2）的輸出端反轉為低電平，第二延遲電容器（C3）通過第二放電二極管（VD2）和第二放電電阻（R4）進行快速放電。本實施例中，正半周的死區(qū)控制元件和負半周的死區(qū)控制元件各自獨立，死區(qū)控制更可靠，可以更有效避免上功率開關管和下功率開關管共態(tài)導通。

上述的實施例中，第一電位器（RP1）和第二電位器（RP2）連接為可變電阻的方式，第一電位器（RP1）和第二電位器（RP2）分別用來調節(jié)正、負半周信號的脈沖寬度，以此調節(jié)上功率開關管和下功率開關管的導通時間，從而調節(jié)升壓變壓器的磁能，使升壓變壓器次級高壓線圈的電壓幅度受到調節(jié)，以適應等離子體噴槍引弧的需要；當流過功率開關管的電流達到設定的保護值時，功率開關級電路通過取樣電阻將反饋信號輸入到電壓比較器（IC7）的同相輸入端，當反饋信號的電壓幅度超過電壓比較器（IC7）反相輸入端設定的電壓值時，電壓比較器（IC7）的輸出端反轉為高電平，高電平分別通過第一隔離二極管（VD3）和第二隔離二極管（VD4）輸入到第一輸出門（IC4）的輸入端和第二輸出門（IC6）的輸入端，使第一輸出門（IC4）的輸出端和第二輸出門（IC6）的輸出端為低電平，使上功率開關管和下功率開關管截止，實現逐周過流保護。通過改變穩(wěn)壓二極管（VD5）的穩(wěn)壓值來設定過載保護的范圍。

上述實施例中，振蕩門（IC1）、反相門（IC2）、第一延遲門（IC3）、第一輸出門（IC4）、第二延遲門（IC5）、第二輸出門（IC6）共用一只有施密特觸發(fā)器的型號為CC40106的CMOS六反相器的數字集成電路，數字集成電路的電源端連接到工作電源的正極，數字集成電路的接地端連接到地線。