CN100499335C

CN100499335C - 程控电解制水机半导体高频开关变频变流换流电路

Info

Publication number: CN100499335C
Application number: CNB2005100473913A
Authority: CN
Inventors: 庄宇涛; 杨卫东; 杨学勇; 张伟
Original assignee: SHENYANG DONGYU GROUP CO Ltd
Current assignee: Shenyang Boer Technology Development Co., Ltd.
Priority date: 2005-10-13
Filing date: 2005-10-13
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2025-10-13
Also published as: CN1949643A

Abstract

本发明提供了程控电解制水机半导体高频开关变频变流换流电路，所要解决的问题是：目前水质因不同地区pH值、电导率不同，硬度差异较大，线性电源除了转换效率低、体积大、重量大等问题，更为主要的是无法依据不同的水质情况进行自适应调节，本发明的要点是：通过单片机控制第三开关管(M3)、第四开关管(M4)，控制驱动变压器(T2)，进而驱动第一开关管(M1)、第二开关管(M2)，第一开关管(M1)、第二开关管(M2)组成半桥式驱动电路，控制变流变压器(T1)，通过调整脉冲频率、占空比实现电解电流强度控制，单片机的接口通过隔离方式与电源电路连接，通过单片机控制第五开关管(M5)、第六开关管(M6)与全桥电路(D12～D15)实现瞬态变换电流方向。本发明的积极效果是：不但可以适应各种复杂的水质环境，更可理想地控制电解深度，从而有效提升制水机性能。

Description

程控电解制水机半导体高频开关变频变流换流电路

技术领域

本发明是电解制水机的电解电源电路，通过单片机程序控制电解的频率、电流强度、电流方向，以适应不同地区的水质、产生不同的电解效果，有效地控制水中小分子团与离子的产生量，从而获得更为理想的电解水。

背景技术

目前国内水质情况较为复杂，不同地区pH值、电导率、ORP、硬度等差异较大，常见的线性电源除了转换效率低、体积大、重量大等问题，更为主要的是无法依据不同的水质情况(如电导率)进行自适应调节，同时也无法提供更宽范围的电解强度调整。而普通开关电源虽然可以通过恒流控制进行适当的调节，但其调整范围较窄，难以适应复杂水质情况的宽范围调解，同时也无法提供频率调节满足控制电解深度的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供能适应各种复杂的水质环境、可理想地控制电解深度的程控电解制水机半导体高频开关变频变流换流电路。

本发明采用的技术方案是：通过单片机控制新型MOSFET开关管M3、M4，控制驱动变压器T2，进而驱动开关管M1、M2，利用其开关速度快、损耗小的优点设计半桥式驱动电路控制变流变压器T1，通过调整脉冲频率、占空比实现电解电流强度控制。单片机的接口通过隔离方式与电源电路连接，同时设计了“使能”输入端防止单片机死机或程序错误造成开关电路损坏。通过单片机控制M5、M6与D12～D15实现瞬态变换电流方向，从而防止极板结垢与极化，有效提高电解效果。

通过以上控制，不但可以适应各种复杂的水质环境，更可理想地控制电解深度，以及实现智能电解控制，从而有效提升制水机性能。

附图说明

以下结合附图进一步说明本发明。

附图是本发明的电路原理图。

具体实施方式

图中C1、C2、C3、C4、C5和LEMI1、LEMI2组成电源滤波网络，避免电路对其他用电电器干扰和对电源污染。同时也吸收来自电源的干扰。

DB1、C6～C11组成全波整流滤波电路，为实现M1、M2组成的半桥驱动变流电路，滤波电容C6、C8、C10并联后与C7、C9、C11三只并联电容串联，形成分压电路。滤波电容并联解决了大电容等效电感大影响高频工作的问题。R1、R2用于平衡中点电位并在关机时泄放滤波电容及电源滤波网络电容的残存电量。

开关控制集成电路U2、T3等组成单端反激式开关电源，为半桥驱动变流电路、保护电路提供±12V和为控制电路提供5V VCC电源。由于单端反激式开关电源是在开关控制集成电路内部开关管截至时传递能量的，T3的次级绕组会在初级绕组反射出感生电压，D2、D11组成限压电路保护集成电路内部开关管。D1为隔离二极管，避免C40在半桥驱动变流电路大动态变换时反向馈电造成开关电源输出功率不足。

图中T1是变流变压器，在半桥M1、M2MOSFET开关管的驱动下，将市电220V50Hz电能转换成20～50kHz的脉冲电流。C12、C13隔离整流滤波电路的支流通路，电容C17和R11吸收由于T1的漏感在M1、M2开关时产生的尖峰电压。为了隔离控制电路和半桥驱动电路电路，保证能够使用单片机可靠地控制变流的频率和电流，采用T2变压器偶合驱动半桥M1、M2，当驱动使能端DR_EN为高电平时，单片机产生的脉宽调制信号经DR_A、DR_B端和与门U1A、U1B，再由U1C、U1D反向控制驱动开关管M3、M4，M3、M4将来自单片机的小功率信号提升经T2偶合驱动M1、M2半桥。因为大功率MOSFET开关管的门极电容很大，高频工作时为了能迅速的建立门极开启电压(12V)或关断开关管，必须迅速地对门极电容充放电，因此设计M3、M4驱动开关管驱动半桥电路是必须的。过流、过压、过热信号与驱动使能端DR_EN通过4个二极管D4、D5、D7、D17构成的与逻辑电路共同控制半桥的驱动，当过流、过压、过热发生时通过与门U1A、U1B截断驱动信号，使半桥M1、M2截止，停止变换输出，并由过流信号P_OVC、过压信号P_OVT、过热信号P_HT端送至单片机。过热信号由热保护继电器HT1、HT2产生；过压信号来自电阻分压网络R31、R32、R33、R34和R29，当R29的分压高于U4的参考电压时，U4输出端下拉，使P_OVT端变低；过流检测自半桥电路是与单片机和驱动电路隔离的，因此使用光电耦合器OP2将信号传递至P_OVC端，当流经电阻R15、R16上的电流产生的电压大于U3参考电压和D6正向压降的和时，U3输出下拉，使过流指示D20和光偶发光，信号传递至控制端及过流信号P_OVC端。光电偶合器OP2和过流指示发光二极管D20的电能是由电容C19、稳压二极管Z1、二极管D3提供的。二极管D6起到加速过流检测反映的作用。电容C20起到防止干扰和通过电阻R18缓慢放电，在由过电流恢复正常时的短时间信号保持的作用。

T1变流变压器的次极绕组中心抽头接地，两端接入D12、D13、D14、D15组成的全桥整流电路。电容C18和R12吸收尖峰电压保护换向半桥MODFET开关管M5、M6及D12～D15整流二极管。CN2为输出连接器。当正极性驱动端POL_F低时，M5导通，由CN2输出的是正脉冲电流；当负极性驱动端POL_R低时，M6导通，由CN2输出的是负脉冲电流。T1的另两个独立次级绕组为MODFET开关管M5、M6提供隔离的驱动电源，OP3、OP4是隔离光偶，隔离控制电路与M5、M6的隔离驱动电源。电阻R24为恒流控制采样康铜电阻，信号由I_SEN端送至A/D转换电路。R30、R28为输出电压采样分压电阻，输出电压的幅值通过V_SEN端送至A/D转换电路。

Claims

1、一种程控电解制水机半导体高频开关变频变流换流电路，由单片机、驱动第三、第四开关管(M3、M4)、控制驱动变压器(T2)、第一、第二开关管(M1、M2)、变流变压器(T1)、第五、第六开关管(M5、M6)、全桥整流电路(D12～D15)、恒流控制采样康铜电阻(R24)、电压采样分压电阻(R30、R28)、与逻辑电路(D4、D5、D7、D17)、第一至第四与门电路(U1A～U1D)、热保护继电器(HT1、HT2)、过流指示发光二极管(D20)、电阻分压网络(R31～R34、R29)组成，其特征是：由程序控制单片机驱动引角(DR_A、DR_B)产生脉宽调制信号，通过第一、第二与门(U1A、U1B)，再经第三、第四与门(U1C、U1D)反向控制驱动第三、第四开关管(M3、M4)，反向控制驱动第三、第四开关管(M3、M4)将来自单片机的小功率方波信号提升经驱动变压器(T2)耦合驱动第一、第二开关管(M1、M2)，在第一、第二开关管(M1、M2)的控制下，变流变压器(T1)将市电转换为20-50KHz的脉冲电流，由次级绕组两端经全桥整流电路(D12～D15)整流输出。

2、按照权利要求1所述的程控电解制水机半导体高频开关变频变流换流电路，其特征是：由单片机正、负极性驱动端(POL_F、POL_R)控制，实现输出端(OUT)电流极性的换流控制；当正极性驱动时，单片机正极性驱动端(POL_F)置低，经第一光电耦合器(OP3)隔离控制第五开关管(M5)导通，由输出连接器(CN2)输出的是正脉冲电流；当负极性驱动时，单片机负极性驱动端(POL_R)置低时，经第二光电耦合器(OP4)隔离控制第六开关管(M6)导通，由输出连接器(CN2)输出的是负脉冲电流。