一種電焊機輸出電流原邊采樣控制電路和方法

一種電焊機輸出電流原邊采樣控制電路和方法，通過原邊電流采樣電路采集電焊機逆變主回路的原邊電流，并向電流轉(zhuǎn)換電路輸出電流信號，電流轉(zhuǎn)換電路將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，電流保持比較電路根據(jù)此電壓信號輸出反饋電壓，PI調(diào)節(jié)單元根據(jù)此反饋電壓動態(tài)調(diào)節(jié)電焊機的輸出電流。本發(fā)明通過采集電焊機逆變主回路的原邊電流間接反映電焊機輸出電流的大小，對采集的電流進行處理，PI調(diào)節(jié)單元根據(jù)處理結(jié)果動態(tài)調(diào)整電焊機的輸出電流，本發(fā)明采用互感器采樣原邊電流成本低、無干擾，本發(fā)明采用比較器控制反饋電壓，提升電路精度，本發(fā)明能夠動態(tài)調(diào)節(jié)輸出電流，形成穩(wěn)定的閉環(huán)控制系統(tǒng)，動態(tài)響應(yīng)好且穩(wěn)定。2100433B

截至2012年3月，開關(guān)電源是常用的交流轉(zhuǎn)直流的電源裝置，原邊反饋開關(guān)電源由于其除了能根據(jù)反饋信息對輸出電壓進行調(diào)節(jié)外，還能根據(jù)從原邊檢測出的電流信息對輸出電流進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，為此原邊反饋開關(guān)電源的應(yīng)用越來越廣泛，相應(yīng)也出現(xiàn)了許多原邊反饋開關(guān)電源控制芯片。

《一種原邊反饋開關(guān)電源控制芯片》的發(fā)明人注意到了CN102237812A所公開的一種原邊反饋開關(guān)電源控制器，CN102237812A所公開的這種原邊反饋開關(guān)電源控制器，盡管在電壓控制回路和電流控制回路上有所變化，但其本質(zhì)上與市售的AP3708原邊反饋開關(guān)電源控制芯片為同一種類型，附圖1是簡化后的CN102237812A所公開的以及市售的AP3708原邊反饋開關(guān)電源控制芯片系統(tǒng)框圖。如附圖1所示，所述的原邊反饋控制芯片（1）包括電壓控制單元（101）、RS觸發(fā)器（102）、斬波器單元（103）、驅(qū)動單元（104）、電流控制單元（105），這類原邊反饋控制芯片（1）的一個顯著的特點是至少包括VDD、GND、OUT、FB、CS五個引腳，所述FB引腳為輔助繞組Na電壓反饋引入腳，其從與輔助繞組Na相聯(lián)接的由電阻R1和電阻R2構(gòu)成取樣電路中取得電壓反饋信號。芯片內(nèi)部，F(xiàn)B引腳聯(lián)接到電壓控制單元（101）的輸入端，所述CS引腳為初級電流檢測信號引入腳，功率三極管G的發(fā)射極通過電阻R3接地，所述功率三極管G的集電極接至變壓器3的原邊繞組Np的下端，原邊繞組Np的上端接至VDD引腳，所述CS引腳外部電路接至功率三極管G的發(fā)射極，以獲取原邊繞組Np的電流值，在芯片內(nèi)部CS引腳聯(lián)接到過流保護單元（105）的輸入端，電壓控制單元（101）和電流控制單元（105）的輸出端分別聯(lián)接到RS觸發(fā)器（102）的S端和R端，所述RS觸發(fā)器（102）的輸出端即Q端聯(lián)接到斬波器單元（103）的輸入端，所述斬波器單元（103）可以是PWM型的，也可以是PFM型的，所述斬波器單元（103）聯(lián)接到驅(qū)動單元（104），所述驅(qū)動單元（104）的輸出為OUT引腳，OUT引腳外部電路接至功率三極管G的基極。VDD引腳為原邊反饋控制芯片（1）的電源引腳，用于為整個芯片接入電源；FB引腳為輔助繞組Na電壓反饋引入腳，通過偵測輔助繞組Na的電壓來調(diào)節(jié)驅(qū)動單元（104）的輸出的，使得輔助繞組Na的電壓穩(wěn)定在設(shè)定的值，同時控制原邊繞組Np的電流在規(guī)定的范圍內(nèi)，最終使次級繞組Ns的輸出電壓穩(wěn)定在設(shè)定的值，當(dāng)系統(tǒng)正常工作時，根據(jù)變壓器原理，我們有（Vdd Vz）/（Vo Vz）=NA/NS，其中Vz為二極管D1和二極管D2的正向壓降，Vo為次級繞組Ns二極管D2整流后的輸出電壓，NA為輔助繞組Na的圈數(shù)，NS為次級繞組Ns的圈數(shù)，Vdd為VDD引腳位置處的電壓值。從而我們有FB引腳的電壓為（Vdd Vz）通過分壓電阻R1和R2得到的分壓，因此FB引腳的電壓間接地反映了輸出電壓Vo的大小，所以可以作為輸出電壓Vo的反饋信號；OUT引腳為芯片的驅(qū)動單元（104）的輸出引腳，用于驅(qū)動外部的功率三極管G，CS引腳為原邊繞組Np電流偵測引腳，用于偵測原邊繞組Np導(dǎo)通時的峰值電流；GND引腳為芯片的接地引腳、C1、C2為濾波電容。在采用原邊反饋控制芯片（1）構(gòu)成的開關(guān)電源系統(tǒng)中，VDD引腳位置處的電壓值Vdd會隨著輸出電壓和負(fù)載變化而在很大范圍內(nèi)變化，因此VDD引腳的耐壓要求一般較高，即使從VDD引腳引入的外部電源的電壓為5伏的情況下，控制芯片（1）仍必須采用相對耐高壓BI-CMOS工藝，因為VDD引腳的耐壓值要考慮至少能耐壓40伏，所以2012年3月前技術(shù)的控制芯片面積較大、生產(chǎn)成本較高。

再者，2012年3月前技術(shù)的原邊反饋控制芯片還存在由于外引腳較多，故采用這種原邊反饋控制芯片來構(gòu)建開關(guān)電源，所需的外圍元件和應(yīng)用電路亦相對復(fù)雜。

當(dāng)然人們在減少開關(guān)電源控制芯片的外引腳，以使得配套的外部電路簡單化，從而降低成本，提升可靠性方面還在做了不少的工作，該案發(fā)明人特別注意到了市售的TOP221-227開關(guān)電源控制芯片的結(jié)構(gòu)特點，TOP221-227這種開關(guān)電源控制芯片只有漏極引腳、源極引腳以及控制極引腳三個外引腳，所述漏極引腳在使用中接原邊繞組Np的下端，所述源極引腳接地，所述控制極引腳作電壓信號采集端。TOP221-227這種開關(guān)電源控制芯片較為特別的地方在于將一個MOS開關(guān)管集成到了芯片中，在芯片內(nèi)部利用MOS開關(guān)管的漏極作為原邊繞組Np的電流信號采集點，其本質(zhì)上是利用了MOS開關(guān)管導(dǎo)通時源極和漏極間等效于一個電阻特性實現(xiàn)的控制，TOP221-227這種開關(guān)電源控制芯片雖然外引腳極少，外部電路相對簡單，但其存在的問題在于其功率受集成的MOS開關(guān)管的功率限制，應(yīng)用起來不是太靈活，同時，在低成本應(yīng)用的場合，開關(guān)管多采用普通三極管，顯然TOP221-227這種開關(guān)電源控制芯片的結(jié)構(gòu)特征決定了對普通三極管不適應(yīng)。綜上所述，2012年3月前技術(shù)有進一步改進的必要。

從一次側(cè)加大電流的檢查方法

任何反應(yīng)電流的保護，都應(yīng)采用這種檢查方法，它是從電流互感器的一次側(cè)通大電流來檢查其二次回路接線的正確性和保護裝置的動作情況等，這是一種仿真方法。實踐證明，這是一種行之有效和必不可少的檢查方法，特別對二次回路接線極性的檢查，其他方法是難于取代的 。

試驗電流

由于被保護的電氣設(shè)備和線路負(fù)荷容量不一，因而主回路電流大小不一，往往由于條件的限制，試驗電流的數(shù)值不能使保護裝置直接按整定值動作。一般按以下情況考慮：

1）在可能的情況下，應(yīng)盡可能達到使保護裝置直接動作。

2）在上述要求達不到的情況下，可采取如下辦法：暫時降低整定值直至最小，使保護裝置動作。按比例加試驗電流，測量保護元件（繼電器）內(nèi)的電流來檢驗 。

大電流試驗設(shè)備

一般采用專用的負(fù)荷變壓器，這種變壓器的二次電壓低、電流大，因容量不同而異，可任意選擇。還可利用適合的變壓器進行，如有適合的鐵心，還可自制這種簡易的變壓器，也較方便適用 。

一種原邊反饋開關(guān)電源控制芯片專利目的

《一種原邊反饋開關(guān)電源控制芯片》的目的在于提供一種原邊反饋開關(guān)電源控制芯片，其通過選擇合適的電壓反饋取樣點以及通過選擇合適的電流反饋取樣點來降低原邊反饋開關(guān)電源控制芯片的耐壓等級，從而降低原邊反饋開關(guān)電源控制芯片的面積和生產(chǎn)成本，并提升應(yīng)用的靈活性，同時通過前述的技術(shù)措施來實現(xiàn)原邊反饋開關(guān)電源控制芯片外引腳的減少，以簡化外部配套電路，提高應(yīng)用可靠性以及降低應(yīng)用成本。

一種原邊反饋開關(guān)電源控制芯片技術(shù)方案

《一種原邊反饋開關(guān)電源控制芯片》包括電壓控制單元（101）、RS觸發(fā)器（102）、斬波器單元（103）、驅(qū)動單元（104）、電流控制單元（105），以及VDD、GND、OUT三個引腳，所述斬波器單元（103）經(jīng)驅(qū)動單元（104）放大后由OUT引腳輸出以驅(qū)動外部開關(guān)管，所述電壓控制單元（101）和電流控制單元（105）分別聯(lián)接到RS觸發(fā)器（102）的S端和R端，以通過RS觸發(fā)器（102）控制斬波器單元（103），其特征在于選擇VDD引腳作為反饋電壓采集點，選擇OUT引腳作為原邊電流信號采集點，還包括第一電壓比較器（107）、第二電壓比較器（108），分別將VDD引腳的電壓信號和OUT引腳的電壓信號接入到第一電壓比較器（107）和第二電壓比較器（108）的輸入端，并使之與標(biāo)準(zhǔn)電壓信號進行比較后分別輸出到電壓控制單元（101）和電流控制單元（105）。

《一種原邊反饋開關(guān)電源控制芯片》的這種原邊反饋開關(guān)電源控制芯片，使用時與外部電路一起構(gòu)成原邊反饋開關(guān)電源，其中外部電路包括變壓器（3）、開關(guān)三極管G以及整流濾波單元（2），所述變壓器（3）包括原邊繞組Np、輔助繞組Na以及次級繞組Ns，所述開關(guān)三極管G的發(fā)射極通過電阻R3接地，集電極接至變壓器（3）的原邊繞組Np的下端，基極與原邊反饋開關(guān)電源控制芯片的OUT引腳聯(lián)接，VDD引腳與外部整流濾波單元（2）的輸出側(cè)、原邊繞組Np的上端并聯(lián)接，且通過反接的二極管D1聯(lián)接輔助繞組Na的上端，輔助繞組Na的下端和GND引腳接地。次級繞組Ns則通過二極管D2整流和電容C1濾波后輸出到負(fù)載。

在前述的應(yīng)用系統(tǒng)中，根據(jù)變壓器原理我們有（Vdd Vz）/（Vo Vz）=NA/NS，其中Vdd為VDD引腳位置的電壓值，Vz為二極管的結(jié)電壓，Vo為次級繞組Ns經(jīng)二極管D2整流、電容C2濾波后的輸出電壓值。因此VDD引腳位置的電壓也間接反映了次級繞組Ns經(jīng)二極管D2整流，電容C2濾波后的輸出電壓Vo的大小，所以VDD引腳可以作為輸出電壓Vo的反饋信號采集點。將VDD引腳直接作為了反饋信號采集點，為此VDD引腳位置的電壓值Vdd會被穩(wěn)定在設(shè)定值附近，一般等于整流濾波單元（2）的輸出電壓值，不會隨輸出電壓Vo和負(fù)載等外部參數(shù)而有太大的變化。在2012年3月前技術(shù)中，VDD引腳位置的電壓值Vdd在5伏時，考慮輸出電壓Vo和負(fù)載等外部參數(shù)變化的因素，芯片仍要按遠高于5伏的耐壓值來設(shè)計，而《一種原邊反饋開關(guān)電源控制芯片》不需要，在整流濾波單元（2）的輸出電壓值為5伏時，可以采用標(biāo)準(zhǔn)的5伏低壓CMOS工藝，從而降低芯片的面積和生產(chǎn)成本。

在《一種原邊反饋開關(guān)電源控制芯片》中，OUT引腳為芯片的驅(qū)動單元（104）的輸出引腳，用于驅(qū)動外部的開關(guān)三極管G，同時在該發(fā)明中，OUT引腳還復(fù)用為原邊繞組Np電流偵測引腳，在開關(guān)三極管G導(dǎo)通過程中，如果流經(jīng)原邊繞組Np的電流增加，電阻R3上壓降Vcs亦增加，OUT引腳的電壓也隨之上升，OUT引腳上的電壓Vout=Vbe Vcs，Vbe為功率三極管G的基極與發(fā)射極間電壓，Vcs為原邊繞組Np的電流流經(jīng)電阻R3兩端的所產(chǎn)生壓降，由于Vbe是一個相對固定的值，因此OUT引腳上的電壓Vout值的變化，直接反映了Vcs值的變化，即OUT引腳上的電壓Vout可作為原邊繞組Np電流信號采集點。在發(fā)明中，所述OUT引腳上的電壓信號最好通過一過濾波單元（109）接至第二電壓比較單元（108）的輸入端，以避免雜波干擾。

選擇OUT引腳作為原邊電流信號采集點的積極效果在于這樣使《一種原邊反饋開關(guān)電源控制芯片》的原邊反饋開關(guān)電源控制芯片在應(yīng)用時具有極大的靈活性，由其構(gòu)建的開關(guān)電源的功率在許可的范圍內(nèi)僅取決于開關(guān)三極管G的功率，與驅(qū)動價格昂貴的MOS管相比，顯然驅(qū)動普通大功率三極管有成本上的優(yōu)勢，這對開關(guān)電源的低成本應(yīng)用極為重要。

另外，由于《一種原邊反饋開關(guān)電源控制芯片》的原邊反饋開關(guān)電源控制芯片只有VDD、GND、OUT三個引腳，這也相應(yīng)帶來了外部電路的簡單化，對降低開關(guān)電源的成本和可靠性顯然有著積極的效果。

所述電壓控制單元（101）可以是一個恒壓控制單元，也可以是一個恒流控制單元，其具體的電路在CN102237812A所公開內(nèi)容中以及以AP3708原邊反饋開關(guān)電源控制芯片為代表的電路中均有充分的公開，在此不作詳述。所述電流控制單元（105）主要根據(jù)采集的電流信號將原邊繞組Np的電流值箝位在極限電流值上，其構(gòu)成如電壓控制單元（101）一樣，為眾多的2012年3月前技術(shù)所公開，包括CN102237812A以及以AP3708原邊反饋開關(guān)電源控制芯片為代表的電路中均有充分的公開。