CN104539157A - 峰值电流控制模式逆变焊接电源斜率补偿控制方法及电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及峰值电流控制模式逆变焊接电源斜率补偿控制方法及电路。目的是提供的控制方法以及控制电路应能有效解决次谐波振荡，而且能够真实的反映功率器件的电流，提高***抗偏磁能力和功率器件电流实时保护能力。技术方案是：一种峰值电流控制模式逆变焊接电源的斜率补偿控制方法，其特征在于：输入锯齿波形信号源输出的锯齿振荡波形的电压信号，与误差放大器输出的电压信号作加法或者减法运算，得到负斜率锯齿波波形的电压信号，所述负斜率锯齿波波形的电压信号与原边电流采样反馈信号进行实时比较，调节输出的PWM脉宽。

Description

峰值电流控制模式逆变焊接电源斜率补偿控制方法及电路

技术领域

本发明涉及逆变焊接电源技术领域，具体涉及一种峰值电流控制模式逆变焊接电源的斜率补偿控制方法，以及一种峰值电流控制模式逆变焊接电源的斜率补偿控制电路。

背景技术

逆变式焊接电源中，DC-DC功率变换器的控制方式可分为电压模式和电流模式两大类，其中电流模式控制又分为峰值电流控制和平均电流控制。与电压模式相比，由于峰值电流控制技术具有动态响应快、调整性能好、易于实现限流和过流保护、自动抗偏磁及易于均流等优点而被广泛使用。但是，在峰值电流模式中，当占空比大于50％时存在***的开环不稳定、次谐波振荡、抗干扰能力差等问题，特别是当电感中的纹波电流成分很小时，这种情况更为严重。解决上述问题通常采用斜率补偿电路。

现有逆变焊接电源的电流斜率补偿实现方法主要有两种：一，将补偿斜率叠加在采样电阻的感应电压上，使反馈信号电压变化率增大，再与平滑的误差电压进行比较，调节脉宽输出，但由于叠加了额外的电流斜率信号，使得功率器件的电流并不能被真实的反映；二，在功率变压器的次级或初级增加感性负载装置从而提高电流斜率，但该方法增加了额外的物理器件，而且电感磁场的空间辐射及传导不利于满足逆变焊接电源的节能环保要求，同时又增加了通过开关器件的电流，加大了开关器件的压力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述背景技术的不足，提供一种峰值电流控制模式逆变焊接电源的斜率补偿控制方法以及一种峰值电流控制模式逆变焊接电源的斜率补偿控制电路，上述控制方法以及控制电路应能有效解决次谐波振荡，而且能够真实的反映功率器件的电流，提高***抗偏磁能力和功率器件电流实时保护能力。

为实现以上目的，本发明采用的技术方案是：

一种峰值电流控制模式逆变焊接电源的斜率补偿控制方法，其特征在于：输入锯齿波形信号源输出的锯齿振荡波形的电压信号，与误差放大器输出的电压信号作加法或者减法运算，得到负斜率锯齿波波形的电压信号，所述负斜率锯齿波波形的电压信号与原边电流采样反馈信号进行实时比较，调节输出的PWM脉宽。

所述输入锯齿波形信号源输出正斜率锯齿振荡波形的电压信号时，该正斜率锯齿振荡波形的电压信号，与误差放大器输出的电压信号作减法运算，得到所述负斜率锯齿波波形的电压信号。

所述输入锯齿波形信号源输出正斜率锯齿振荡波形的电压信号时，该正斜率锯齿振荡波形的电压信号先作反向运算，得到负斜率锯齿振荡波形的电压信号，再与误差放大器输出的电压信号作加法运算，得到所述负斜率锯齿波波形的电压信号。

所述输入锯齿波形信号源输出负斜率锯齿振荡波形的电压信号时，该负斜率锯齿振荡波形的电压信号直接与误差放大器输出的电压信号作加法运算，得到所述负斜率锯齿波波形的电压信号。

所述减法运算按以下公式进行：Vg＝Ve-(K1*Vr+K2)；式中，Vg为所述负斜率锯齿波波形的电压信号，Ve为所述误差放大器输出的电压信号，Vr为所述正斜率锯齿波形的电压信号；K1值代表该负斜率锯齿波形的斜率，通过改变K1值可得到不同的补偿斜率，K2值代表该负斜率锯齿波形的幅值，通过改变K2值可改变该斜率基值与峰值的大小。

所述加法运算按以下公式进行：Vg＝(-K1*Vr+K2)+Ve；式中，Vg为所述负斜率锯齿波波形的电压信号，Ve为所述误差放大器输出的电压信号，Vr为所述正斜率锯齿波形的电压信号；K1值代表该负斜率锯齿波形的斜率，通过改变K1值可得到不同的补偿斜率，K2值代表该负斜率锯齿波形的幅值，通过改变K2值可改变该斜率基值与峰值的大小。

所述控制电路包括一全桥控制芯片、一误差放大器、一采样电阻、一开关管、一运算器、一变压器、一整流滤波电路以及一隔离反馈电路；

全桥控制芯片的反向输入端连接运算器的输出端，从而引入负斜率锯齿波波形的电压信号Vg；全桥控制芯片的正向输入端连接采样电阻，引入变压器的原边电流采样反馈电压信号Vs；运算器的输入端连接误差放大器的输出端，引入误差放大器输出的电压信号Ve，运算器的输入端还连接振荡器，引入锯齿振荡波形的电压信号Vr；误差放大器的输入端通过隔离反馈电路、整流滤波电路与变压器的副边连接，引入副边的输出电流反馈信号Vf；变压器的原边通过开关管连接全桥控制芯片的输出端以及采样电阻。

本发明具有的有益效果是：本发明对于采样电阻的原边电流采样反馈信号的波形不再做任何的电流斜率的叠加，而是直接把原边电流采样反馈的电压信号Vs和负斜率锯齿波波形的电压信号Vg作用于全桥控制芯片的内部比较，从而调节输出PWM波形，该控制方法不仅能够有效解决次谐波振荡，而且能够真实的反映功率器件的电流，可靠性高，提高***抗偏磁能力和功率器件电流实时保护能力。

附图说明

图1是本发明所述斜率补偿控制电路的示意图。

图2是本发明所述斜率补偿控制方法的PWM波形调制示意图。

图3-图5是本发明中输入锯齿波形信号源的实施方式示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图，对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。

如图1所示，本发明提供了一种峰值电流控制模式逆变焊接电源的斜率补偿控制电路，包括一全桥控制芯片、一误差放大器、一采样电阻Rs、一开关管、一运算器(可采用LF353、LF347等增益带宽积大于3MHz的运放)、一变压器、一整流滤波电路以及一隔离反馈电路。

全桥控制芯片内部至少集成有振荡器、PWM比较器、恒频时钟脉冲置位R-S锁存器。全桥控制芯片的反向输入端(即PWM比较器的负引脚)连接所述运算器的输出端，从而引入负斜率锯齿波波形的电压信号Vg，全桥控制芯片的正向输入端(即PWM比较器的正引脚)连接采样电阻从而获取原边电流采样反馈电压信号Vs，全桥控制芯片的PWM输出引脚(即恒频时钟脉冲置位R-S锁存器的输出端)输出PWM波形，用于实时调节开关管的占空比，从而实现***的恒流特性。

误差放大器的输入端通过隔离反馈电路、整流滤波电路与变压器的副边连接，引入副边的输出电流反馈信号Vf(为电压信号)，Vref是误差放大器的设定电压；变压器的原边通过开关管连接全桥控制芯片的PWM输出引脚以及采样电阻。运算器输入端的其中一个引脚(图1中正引脚)连接误差放大器的输出端从而获取误差放大器输出的电压信号Ve，运算器输入端的另一个引脚(图1中负引脚)与全桥控制芯片的振荡器连接从而获取锯齿振荡波形的电压信号Vr，电压信号Ve、电压信号Vr在运算器中通过加法或减法运算后得到所述负斜率锯齿波波形的电压信号Vg，该负斜率锯齿波波形的电压信号从运算器的输出端引入到全桥控制芯片的反向输入端，与采样电阻的原边电流采样反馈电压信号Vs进行实时比较，从而调节全桥控制芯片输出的PWM脉宽。

上述原边电流采样反馈电压信号Vs，可通过互感器采集原边电流波形，然后通过采样电阻得到电压值；上述副边的输出电流反馈信号Vf，可通过霍尔传感器或分流器直接从输出回路采集，也可通过对原边电流采样反馈信号Vs的运算处理得到近似的Vf值，此为常规技术，在此不做详细介绍。

本发明还提供了一种应用上述斜率补偿控制电路进行斜率补偿控制的方法，具体技术方案是：

一种峰值电流控制模式逆变焊接电源的斜率补偿控制方法，包括：

当输入锯齿波形信号源输出正斜率锯齿振荡波形的电压信号时，该正斜率锯齿振荡波形的电压信号，与误差放大器输出的电压信号在运算器中作减法运算，得到所述负斜率锯齿波波形的电压信号；或者，

当输入锯齿波形信号源输出正斜率锯齿振荡波形的电压信号时，该正斜率锯齿振荡波形的电压信号先在运算器中作反向运算(反向运算式为-K1*Vr+K2)，得到负斜率锯齿振荡波形的电压信号，再与误差放大器输出的电压信号在运算器中作加法运算，得到负斜率锯齿波波形的电压信号；或者，

当输入锯齿波形信号源输出负斜率锯齿振荡波形的电压信号时，该负斜率锯齿振荡波形的电压信号直接与误差放大器输出的电压信号在运算器中作加法运算，得到负斜率锯齿波波形的电压信号；

所述负斜率锯齿波波形的电压信号与采样电阻的原边电流采样反馈信号在全桥控制芯片内进行实时比较，调节全桥控制芯片输出的PWM脉宽。输入锯齿波形信号源即全桥控制芯片的振荡器。

所述减法运算按以下公式进行：Vg＝Ve-(K1*Vr+K2)；所述加法运算按以下公式进行：Vg＝(-K1*Vr+K2)+Ve；式中，Vg为所述负斜率锯齿波波形的电压信号，Ve为所述误差放大器输出的电压信号，Vr为所述正斜率锯齿波形的电压信号；K1值代表该负斜率锯齿波形的斜率，通过改变K1值可得到不同的补偿斜率，K2值代表该负斜率锯齿波形的幅值，通过改变K2值可改变该斜率基值与峰值的大小。选取合适K1及K2的值可得到不同斜率及幅值的锯齿波波形。图1中V₀是变压器副边经整流滤波后的输出电压，

上述斜率补偿控制方法以及斜率补偿控制电路所涉及的全桥控制芯片可采用：德州TI品牌的UC1846/UC1847、UC2846/UC2847、UC3846/UC3847中任意一种；也可使用内部控制原理基本一致的其他品牌芯片，如FAIRCHILD品牌的KA3846等，具体根据需要确定。

恒频时钟脉冲置位R-S锁存器输出高电平，开关管导通，变压器的原边电流增大，采样电阻Rs的压降Vs达到或大于Vg时，PWM比较器翻转，输出高电平，恒频时钟脉冲置位R-S锁存器复位，输出低电平，驱动信号变低，开关管关断，直到下一个脉冲使开关管置位，这样可以实现逐个脉宽检测与电流控制调节。

所述锯齿振荡波形的电压信号可通过以下方式实现：

(一)直接从全桥控制芯片UC3846的8脚获取；

如图3所示，全桥控制芯片UC3846的CT引脚与GND引脚之间跨接的电容C1，RT引脚与GND引脚之间跨接的电阻R1共同决定振荡器的振荡频率；电阻R1的取值范围为1～500KΩ，电容C1的取值最好在100pF以上；根据R1阻值及C1的电容值，可计算出全桥控制芯片8脚输出的正斜率锯齿波形电压信号频率，而通过改变R1阻值及C1的电容值可得到不同的输出频率。

(二)由单片机直接提供输出锯齿振荡波形电压信号；

如图4所示，单片机管脚PINA提供矩形脉宽电压信号，管脚PINB提供锯齿波形电压信号，PINA与PINB管脚输出波形频率一致；PINA管脚波形的高电平持续时间Td与PINB管脚电压波形中的下降沿时间一致；其中单片机PINA管脚与全桥控制芯片的10脚(SYNC)相连进行同步，则全桥控制芯片输出两路互补PWM波形的死区时间即为Td；管脚PINB输出的锯齿波形电压信号的上升斜率及幅值可通过软件编程进行任意修改。

(三)由波形发生电路直接提供输出锯齿振荡波形电压信号；

如图5所示，波形发生电路中至少提供两路输出波形电压信号，波形一为矩形脉宽电压信号，波形二为锯齿波形电压信号，两路输出波形频率一致，波形一的高电平持续时间Td与波形二中的下降沿时间一致，波形一电压信号输入全桥控制芯片的10脚(SYNC)进行同步，则全桥控制芯片输出两路互补PWM波形的死区时间即为Td。

最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种峰值电流控制模式逆变焊接电源的斜率补偿控制方法，其特征在于：输入锯齿波形信号源输出的锯齿振荡波形的电压信号，与误差放大器输出的电压信号作加法或者减法运算，得到负斜率锯齿波波形的电压信号，所述负斜率锯齿波波形的电压信号与原边电流采样反馈信号进行实时比较，调节输出的PWM脉宽。

2.根据权利要求1所述的一种峰值电流控制模式逆变焊接电源的斜率补偿控制方法，其特征在于：所述输入锯齿波形信号源输出正斜率锯齿振荡波形的电压信号时，该正斜率锯齿振荡波形的电压信号，与误差放大器输出的电压信号作减法运算，得到所述负斜率锯齿波波形的电压信号。

3.根据权利要求1所述的一种峰值电流控制模式逆变焊接电源的斜率补偿控制方法，其特征在于：所述输入锯齿波形信号源输出正斜率锯齿振荡波形的电压信号时，该正斜率锯齿振荡波形的电压信号先作反向运算，得到负斜率锯齿振荡波形的电压信号，再与误差放大器输出的电压信号作加法运算，得到所述负斜率锯齿波波形的电压信号。

4.根据权利要求1所述的一种峰值电流控制模式逆变焊接电源的斜率补偿控制方法，其特征在于：所述输入锯齿波形信号源输出负斜率锯齿振荡波形的电压信号时，该负斜率锯齿振荡波形的电压信号直接与误差放大器输出的电压信号作加法运算，得到所述负斜率锯齿波波形的电压信号。

5.根据权利要求1或2所述的一种峰值电流控制模式逆变焊接电源的斜率补偿控制方法，其特征在于：所述减法运算按以下公式进行：Vg＝Ve-(K1*Vr+K2)；式中，Vg为所述负斜率锯齿波波形的电压信号，Ve为所述误差放大器输出的电压信号，Vr为所述正斜率锯齿波形的电压信号；K1值代表该负斜率锯齿波形的斜率，通过改变K1值可得到不同的补偿斜率，K2值代表该负斜率锯齿波形的幅值，通过改变K2值可改变该斜率基值与峰值的大小。

6.根据权利要求1或3或4所述的一种峰值电流控制模式逆变焊接电源的斜率补偿控制方法，其特征在于：所述加法运算按以下公式进行：Vg＝(-K1*Vr+K2)+Ve；式中，Vg为所述负斜率锯齿波波形的电压信号，Ve为所述误差放大器输出的电压信号，Vr为所述正斜率锯齿波形的电压信号；K1值代表该负斜率锯齿波形的斜率，通过改变K1值可得到不同的补偿斜率，K2值代表该负斜率锯齿波形的幅值，通过改变K2值可改变该斜率基值与峰值的大小。

7.一种应用权利要求1所述斜率补偿控制方法的斜率补偿控制电路，其特征在于：所述控制电路包括一全桥控制芯片、一误差放大器、一采样电阻、一开关管、一运算器、一变压器、一整流滤波电路以及一隔离反馈电路；

全桥控制芯片的反向输入端连接运算器的输出端，从而引入负斜率锯齿波波形的电压信号Vg；全桥控制芯片的正向输入端连接采样电阻，引入变压器的原边电流采样反馈电压信号Vs；运算器的输入端连接误差放大器的输出端，引入误差放大器输出的电压信号Ve，运算器的输入端还连接振荡器，引入锯齿振荡波形的电压信号Vr；误差放大器的输入端通过隔离反馈电路、整流滤波电路与变压器的副边连接，引入副边的输出电流反馈信号Vf；变压器的原边通过开关管连接全桥控制芯片的输出端以及采样电阻。