一種新型的自動(dòng)追頻控制電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公布了一種新型的自動(dòng)進(jìn)行頻率追蹤的控制電路，包括：時(shí)序發(fā)生與起動(dòng)信號(hào)發(fā)生電路(1)，邏輯切換控制電路(2)和電流過零比較環(huán)節(jié)電路(3)，其中時(shí)序發(fā)生與起動(dòng)信號(hào)發(fā)生電路(1)的輸出和電流過零比較環(huán)節(jié)電路(3)的輸出都傳遞給邏輯切換控制電路(2)，由它根據(jù)時(shí)序判決策決定將哪一路信號(hào)輸出，實(shí)現(xiàn)起動(dòng)和自動(dòng)追頻。特征在于利用當(dāng)實(shí)現(xiàn)頻率追蹤目標(biāo)時(shí)超聲焊機(jī)電源的電壓與電流的相位關(guān)系，通過檢測焊機(jī)電源電流，在電流過零時(shí)刻控制主電路的開關(guān)切換，即可達(dá)到自動(dòng)追頻的目的。此外，邏輯切換控制電路(2)采用分時(shí)實(shí)現(xiàn)起動(dòng)和自動(dòng)追頻控制并具有保護(hù)功能。該控制電路與傳統(tǒng)上用鎖相環(huán)的方案相比，相位鎖定的可靠性高和電路結(jié)構(gòu)簡單。
【專利說明】一種新型的自動(dòng)追頻控制電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種自動(dòng)追頻控制電路，尤其是應(yīng)用于頻率調(diào)節(jié)和諧振控制場合如超聲波金屬焊接電源的頻率自動(dòng)控制電路。
【背景技術(shù)】
[0002]超聲波金屬焊接是利用高頻振動(dòng)波傳遞到兩個(gè)需焊接的金屬表面，在加壓的情況下，使兩個(gè)金屬表面相互摩擦而形成分子層之間的熔合，其優(yōu)點(diǎn)在于快速、節(jié)能、熔合強(qiáng)度高、導(dǎo)電性好、無火花、接近冷態(tài)加工；超聲波金屬焊接應(yīng)用于鎳氫電池、鋰電池、聚合物電池的電極加工及電線與名種電子元件、接點(diǎn)、連接器互熔等場合。
[0003]超聲波設(shè)備的驅(qū)動(dòng)電源必須和換能器模具良好配合，匹配對(duì)整機(jī)性能的影響是決定性的，若匹配不好，輕者是換能器無力，焊不牢；重者換能器發(fā)熱嚴(yán)重，燒壞電極片及驅(qū)動(dòng)電源；為實(shí)現(xiàn)匹配，驅(qū)動(dòng)電源根據(jù)換能器及傳動(dòng)系統(tǒng)和被加工工件的參數(shù)來調(diào)整輸出高頻電源的頻率，然而，這些參數(shù)往往是變化的，所以驅(qū)動(dòng)電源的頻率須自動(dòng)地調(diào)整以適應(yīng)這些變化，即實(shí)現(xiàn)自動(dòng)追頻。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)一般用鎖相環(huán)控制可以實(shí)現(xiàn)這種頻率自動(dòng)跟蹤，但是相位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，它的穩(wěn)定性和可靠性也低于幅值控制系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為克服鎖相環(huán)控制的上述缺陷，本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)簡單，相位鎖定可靠性高的頻率自動(dòng)追蹤電路。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0007]—種新型的自動(dòng)追頻控制電路，包括:時(shí)序發(fā)生與起動(dòng)信號(hào)發(fā)生電路(1)，邏輯切換控制電路(2)，和電流過零比較環(huán)節(jié)電路(3)。上電起動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)電源頻率由起動(dòng)信號(hào)發(fā)生電路(I)給出，起動(dòng)階段結(jié)束后，經(jīng)過邏輯切換，驅(qū)動(dòng)電源頻率由電流過零比較環(huán)節(jié)電路
(3)的輸出決定，電壓與電流同相位為原則，實(shí)現(xiàn)頻率自動(dòng)追蹤。
[0008]所述時(shí)序發(fā)生與起動(dòng)信號(hào)發(fā)生電路(1)，由時(shí)基芯片555 (A)，555 (B)及其外圍分立元件電路構(gòu)成，其中由時(shí)基芯片555(A)及其外圍電路構(gòu)成的時(shí)序發(fā)生環(huán)節(jié)是一個(gè)單穩(wěn)態(tài)電路，上電起動(dòng)時(shí)，它產(chǎn)生一個(gè)高電平信號(hào)經(jīng)555 (A)的3管腳輸出，起動(dòng)結(jié)束時(shí)，該信號(hào)變?yōu)榈碗娖剑粫r(shí)基芯片555(B)及其外圍電路構(gòu)成多諧振蕩器，它產(chǎn)生一個(gè)高頻信號(hào)，它經(jīng)分頻后用作起動(dòng)時(shí)的頻率控制信號(hào)。
[0009]所述邏輯切換控制電路(2)由四個(gè)二輸入與非門、集成電路IC(1)、集成電路IC(2)及若干分立兀件組成。上電起動(dòng)時(shí),555(A)的3管腳輸出高電平,一方面該信號(hào)經(jīng)與非門B反相后，再經(jīng)二極管D5輸入到與非門C的I管腳，將比較器IC(3)的輸出信號(hào)封鎖，另一方面該信號(hào)輸入到與非門A的I管腳使之開放；位于555 (B)的3管腳的起動(dòng)頻率信號(hào)經(jīng)分頻器IC(1)、非門(A)、觸發(fā)器IC(2)和與非門D后輸出，控制后續(xù)主電路的開關(guān)管。起動(dòng)結(jié)束時(shí)，555 (A)的3號(hào)管腳電平變?yōu)榈停撔盘?hào)一方面通過與非門(A)將起動(dòng)頻率信號(hào)封鎖，另一方面它經(jīng)與非門(B)反相后變?yōu)楦唠娖?，為將比較器的輸出信號(hào)解除封鎖作準(zhǔn)備。由電阻R4、電容C5、及二極管D5組成的網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)功能為高電平延時(shí)通過的單向延時(shí)環(huán)節(jié)，該延時(shí)是為在切換時(shí)保護(hù)主電路。延時(shí)結(jié)束后，與非門C解除封鎖，比較器IC(3)的輸出信號(hào)可以通過與非門(C)和與非門(D)傳遞給后續(xù)主電路實(shí)現(xiàn)頻率自動(dòng)追蹤控制。
[0010]所述電流過零比較電路(3)由比較器IC(3)及外圍分立元件電路構(gòu)成，當(dāng)電源頻率接近目標(biāo)頻率時(shí)，系統(tǒng)工作在諧振狀態(tài)，此時(shí)焊機(jī)電源的電流相位與電壓的相位相同，通過檢測電流，在它過零時(shí)刻控制主電路的開關(guān)切換，即可達(dá)到自動(dòng)追頻的目的。
[0011]工作原理是:驅(qū)動(dòng)焊機(jī)電源主電路的頻率信號(hào)來自本電路的的輸出(2)，因此焊機(jī)電源的電壓就是本電路的的輸出(2)信號(hào)經(jīng)功率放大所成；當(dāng)達(dá)到頻率追蹤目標(biāo)時(shí)，焊機(jī)電源的電壓應(yīng)該與電流的頻率和相位一致，通過檢測焊機(jī)電源電流，在它過零時(shí)刻控制主電路的開關(guān)切換，即可達(dá)到自動(dòng)追頻的目的；由單穩(wěn)態(tài)電路來分時(shí)發(fā)出起動(dòng)和自動(dòng)追頻信號(hào)，上電起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)頻率由多諧振蕩器的振蕩頻率經(jīng)分頻后所得，控制該頻率的值同時(shí)可達(dá)到軟啟動(dòng)的目的，進(jìn)入追頻階段時(shí)，本電路的輸出信號(hào)就是電流過零比較電路(3)的輸出，當(dāng)電源頻率接近目標(biāo)頻率時(shí)，系統(tǒng)工作在諧振狀態(tài)，此時(shí)焊機(jī)電源的電流相位與電壓的相位相同，通過檢測電流，在它過零時(shí)刻控制主電路的開關(guān)切換，即可達(dá)到自動(dòng)追頻的目的。
[0012]所述電流過零比較電路(3)由比較器IC(3)及外圍分立元件電路構(gòu)成，當(dāng)電源頻率接近自標(biāo)頻率時(shí)，系統(tǒng)工作在諧振狀態(tài)，此時(shí)焊機(jī)電源的電流相位與電壓的相位相同，通過檢測電流，在它過零時(shí)刻控制主電路的開關(guān)切換，即可達(dá)到自動(dòng)追頻的目的。電阻R8的作用是引入微量正反饋，提高比較器的抗干擾能力。
[0013]邏輯切換控制電路(2)由四個(gè)二輸入與非門、集成電路IC(I)、集成電路IC⑵及若干分立元件組成；上電起動(dòng)時(shí)，它將比較器IC(3)的輸出信號(hào)封鎖，而讓多諧振蕩器的振蕩頻率經(jīng)分頻后作為輸出信號(hào)，實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)；在自動(dòng)追頻階段，它將多諧振蕩器的頻率信號(hào)封鎖，而讓比較器IC(3)的輸出作為輸出信號(hào)信號(hào)，經(jīng)傳遞給后續(xù)主電路后實(shí)現(xiàn)頻率自動(dòng)追蹤控制。由電阻R4、電容C5、及二極管D5組成的網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)功能為高電平延時(shí)通過的單向延時(shí)環(huán)節(jié)，其作用是在切換時(shí)對(duì)主電路實(shí)行最小脈寬保護(hù)。
【具體實(shí)施方式】
[0014]以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說明
[0015]圖1為本發(fā)明的一種實(shí)施例的原理圖，其中⑴時(shí)序發(fā)生與起動(dòng)信號(hào)發(fā)生電路，
(2)邏輯切換控制電路，(3)電流過零比較環(huán)節(jié)電路；
[0016]在圖1中，時(shí)序發(fā)生與起動(dòng)信號(hào)發(fā)生電路⑴的輸出和電流過零比較環(huán)節(jié)電路(3)的輸出都傳遞給邏輯切換控制電路(2)，由它根據(jù)時(shí)序決定將哪一路信號(hào)輸出，實(shí)現(xiàn)起動(dòng)和自動(dòng)追頻。
[0017]本圖1中，上述時(shí)序發(fā)生與起動(dòng)信號(hào)發(fā)生電路(I)由時(shí)基芯片555 (A) ,555(B)及其外圍分立元件電路構(gòu)成，其中由時(shí)基芯片555(A)及電阻R1、電容Cl、電容C2及二極管Dl構(gòu)成的時(shí)序發(fā)生環(huán)節(jié)是一個(gè)典型的單穩(wěn)態(tài)電路，上電起動(dòng)時(shí)，它產(chǎn)生一個(gè)高電平信號(hào)經(jīng)555 (A)的3管腳輸出，起動(dòng)結(jié)束時(shí)，該信號(hào)變?yōu)榈碗娖?；時(shí)基芯片555(B)及電阻R2、電阻R3、電容C3、電容C4、二極管D2及二極管D3構(gòu)成一個(gè)典型的多諧振蕩器,輸出方波信號(hào)。[0018]在圖1中，上述邏輯切換控制電路(2)由四個(gè)二輸入與非門、集成電路IC(I)、集成電路IC (2)及若干分立元件組成；對(duì)于非門(A):1管腳與芯片555(A)的3管腳連接，2管腳與芯片IC(I)的Q管腳連接，3管腳與芯片IC (2)的D管腳連接；對(duì)于非門(B):1管腳、2管腳都與芯片555(A)的3管腳連接，3管腳與二極管D5的陰極連接；對(duì)于非門(C):1管腳與二極管D5的陽極連接，2管腳與二極管D6的陰極連接；對(duì)于非門(D):1管腳與芯片IC(2)的Q管腳連接，2管腳與非門(C)的3管腳連接，3管腳為本電路的輸出端；對(duì)于芯片IC(I):Q管腳與D管腳連接,構(gòu)成分頻器，R管腳與S管腳連接并接地，C管腳與芯片555(B)的3管腳連接，同時(shí)與電阻R5的一端連接，Q管腳和與非門A的2管腳連接；上述電阻R5的另一端與電容C6的一端連接，電容C6的另一端接地；對(duì)于芯片IC(2):R管腳與S管腳連接并接地，C管腳與電阻R5和電容C6的公共端連接，D管腳和與非門(A)的3管腳連接，Q管腳和與非門(D)的I管腳連接；電阻R4與二極管D5并聯(lián)；電容C5的一端與二極管D5的陽極連接，另一端接地。
[0019]在圖1中，上述電流過零比較電路(3)由比較器IC (3)及外圍分立元件電路構(gòu)成；對(duì)于芯片IC (3):8管腳與正電源+V連接，4管腳與負(fù)電源-V連接，2管腳接地，3管腳與輸入電流信號(hào)連接，I管腳與電阻R7的一端連接，電容C7跨接于2管腳和3管腳之間，電阻R8跨接于I管腳和3管腳之間，電阻R6跨接于I管腳和8管腳之間；上述電阻R7的另一端與二極管D6的陰極和與非門(C)的2管腳連接，二極管D6的陽極接地。
[0020]在本實(shí)例中:正電源+V選12V，負(fù)電源-V選-12V ;與非門(A)、與非門⑶、與非門(C)及與非門⑶可用一個(gè)接單電源的集成芯片MC4011來實(shí)現(xiàn)，芯片IC⑴和IC⑵用集成電路MC4013實(shí)現(xiàn)，芯片IC(3)用集成電路LM393實(shí)現(xiàn)；所用電阻都選擇功率為0.25W的金屬膜電阻，精度為1% ;所用電容都選擇低壓無極性型；二極管Dl選普通型，其它二極管選擇快速恢復(fù)型，便于處理較高頻率的信號(hào)。
[0021]本發(fā)明的有益效果
[0022]克服了鎖相環(huán)控制電路相位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，穩(wěn)定性和可靠性也低于幅值控制系統(tǒng)的缺陷。本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)簡單，相位鎖定可靠性高的頻率自動(dòng)追蹤電路。
【權(quán)利要求】
1.一種新型高頻高壓開關(guān)電源用IGBT驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，包括開關(guān)控制電路(I)、脈沖變壓器隔離電路(2)和穩(wěn)壓電路(3)組成；前端控制器MCU產(chǎn)生IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)后輸入到高速雙路同相驅(qū)動(dòng)器MC33152;輸出端連接脈沖變壓器隔離電路的初級(jí)電路，經(jīng)由脈沖變壓器隔離電路隔離傳輸?shù)酱渭?jí)電路；脈沖變壓器次級(jí)電路的輸出連接穩(wěn)壓電路的輸入端，穩(wěn)壓電路的輸出端則分別接入IGBT的柵極和射極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型高頻高壓開關(guān)電源用IGBT驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于開關(guān)控制電路⑴由前端控制器MCU、電源VCC、電容C1、MC33152組成；其中MCU的輸出端與MC33152的4管腳連接，電源VCC端接MC33152的6管腳并與電容Cl的一端連接，電源VCC負(fù)端接地；電容Cl的一端接VCC的正端并與MC33152的6管腳連接，另一端接地；MC33152的3管腳接地；MC33152的5管腳接脈沖變壓器隔離電路(2)的輸入端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型高頻高壓開關(guān)電源用IGBT驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于脈沖變壓器隔離電路⑵由電容C2和脈沖變壓器Tl組成；C2的一端與MC33152的5管腳連接，另一端與脈沖變壓器Tl的初級(jí)線圈的接腳I連接；脈沖變壓器Tl的初級(jí)線圈的接腳2接地；脈沖變壓器Tl的次級(jí)線圈的接腳3、接腳4分別與穩(wěn)壓電路(3)的兩個(gè)輸入端連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型高頻高壓開關(guān)電源用IGBT驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于穩(wěn)壓電路(3)由電阻R1、R2、R3、肖特基二極管D1、齊納二極管DZ1、DZ2組成；D1和R2串聯(lián)后再和Rl并聯(lián)后的并聯(lián)電路的一端與脈沖變壓器Tl的次級(jí)線圈的接腳3并與R3的一端連接，Dl和R2串聯(lián)后再和Rl并聯(lián)后的并聯(lián)電路的另一端與DZl和DZ2組成的串聯(lián)電路的一端并與IGBT的柵極連接；R3的一端與Dl和R2串聯(lián)后再和Rl并聯(lián)后的并聯(lián)電路的一端并與脈沖變壓器Tl的次級(jí)線圈的接腳3連接，R3的另一端與IGBT的發(fā)射極和脈沖變壓器Tl的次級(jí)線圈的接腳4并與DZl和DZ2組成的串聯(lián)電路的一端連接；DZ1和DZ2組成的串聯(lián)電路的一端與Dl和R2串聯(lián)后再和Rl并聯(lián)后的并聯(lián)電路的一端并與IGBT的柵極連接，DZl和DZ2組成的串聯(lián)電路的另一端與R3的一端和脈沖變壓器Tl的次級(jí)線圈的接腳4并與IGBT的發(fā)射極連接。
【文檔編號(hào)】H03K17/567GK103441752SQ201310312747
【公開日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年7月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月24日
【發(fā)明者】張潮海, 陸焱 申請(qǐng)人:南京勞倫斯電子科技有限公司