CN115955090A - 一种磁控管高压电源的控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及磁控管的电源电路设计领域，具体公开了一种磁控管高压电源的控制电路，包括主功率模块和反馈调节模块，主功率模块设置有IGBT元件，反馈调节模块包括电流调节模块、电压调节模块和IGBT驱动模块，电流调节模块、IGBT驱动模块和主功率模块构成第一回路；电压调节模块、IGBT驱动模块和主功率模块构成第二回路；电流调节模块采集供电电流并输出电位；电压调节模块采集供电电压并输出电位；IGBT驱动模块根据电流调节模块或电压调节模块的输出电位变化控制IGBT元件的栅极脉冲频率；本发明的反馈调节过程不受通信协议影响，利用对IGBT元件栅极脉冲频率的补偿作用，实现电源稳压和稳流。

Description

一种磁控管高压电源的控制电路

技术领域

本发明涉及磁控管的电源电路设计领域，具体涉及一种磁控管高压电源的控制电路。

背景技术

实际应用中，一般会使用高压的阳极驱动电源驱动大功率磁控管，而磁控管阳极谐振腔输入参数要求大电压小电流，因此要求阳极驱动电源输出较稳定的电流，以此控制磁控管功率的稳定输出。

而现有的阳极驱动电源一般是通过主控芯片配合相应程序实现对电源输出的调节，即通过将后级输出反馈给主控芯片再控制开关管驱动芯片来进行调节，然而在这种方式下，通过主控芯片的程序来调节往往会受到通信协议的影响，导致调节不精准进而影响电源输出电流和输出电压的稳定性。

因此，现有技术有待改进和发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磁控管高压电源的控制电路，不受通信协议影响，利用对IGBT元件栅极脉冲频率的补偿作用，实现电源稳压和稳流，以此达到提高电源输出电流和输出电压稳定性的效果。

本发明的技术方案如下：

一种磁控管高压电源的控制电路，包括主功率模块，所述主功率模块用于为磁控管阳极谐振腔供电，所述主功率模块设置有IGBT元件；所述磁控管高压电源的控制电路还包括：

反馈调节模块，所述反馈调节模块包括电流调节模块、电压调节模块和IGBT驱动模块，所述电流调节模块、所述IGBT驱动模块和所述主功率模块构成第一回路；所述电压调节模块、所述IGBT驱动模块和所述主功率模块构成第二回路；所述电流调节模块用于采集所述主功率模块对所述磁控管阳极谐振腔的供电电流并根据所述供电电流改变自身输出端的电位；所述电压调节模块用于采集所述主功率模块对所述磁控管阳极谐振腔的供电电压并根据所述供电电压改变自身输出端的电位；

所述IGBT驱动模块用于根据所述电流调节模块输出端的电位变化或所述电压调节模块输出端的电位变化控制所述IGBT元件的栅极脉冲频率。

本发明提供的磁控管高压电源的控制电路，利用电流调节模块和电压调节模块采集电压和电流，根据电压或电流调节输出端的电位以此替换现有技术的主控芯片实现对供电电压或供电电流的反馈调节，但不受通信协议的影响，达到电源输出电流和输出电压更加稳定的效果。

进一步的，所述主功率模块还包括电压采样电阻；

所述电压调节模块包括第一可调增益仪表放大器、第五电容、第五电阻、第六电阻、第二稳压二极管、第七电阻、第六电容、第七电容和第二放大器；

其中，所述电压采样电阻的一端与所述第一可调增益仪表放大器的Vina-引脚连接且另一端与所述第一可调增益仪表放大器的Vina+引脚连接；所述第一可调增益仪表放大器通过VCC引脚和VEE引脚接入电源电压；所述第一可调增益仪表放大器的Voa引脚分别与Sensea引脚和Refa引脚连接，且所述第五电容连接在所述第一可调增益仪表放大器的Voa引脚与Refa引脚之间；所述第一可调增益仪表放大器的Refa引脚接地；所述第一可调增益仪表放大器的Voa引脚还与所述第六电阻的一端连接；所述第六电阻的另一端与所述第二放大器的阴极连接；所述第二放大器的阳极接地；所述第二放大器接入电源电压；所述第五电阻的其中一端接入基准电压，且另一端与所述第二放大器的阴极连接；所述第七电容通过所述第二放大器的阴极和第二放大器的输出端与所述第二放大器并联连接；所述第七电阻与所述第六电容串联连接后通过所述第二放大器的阴极和第二放大器的输出端与所述第二放大器并联连接；所述第二稳压二极管通过所述第二放大器的阴极和第二放大器的输出端与所述第二放大器并联连接。

对电压进行精确采样后，通过信号放大、比例积分运放电路处理以及与基准电压值比较，进而实现根据电位判断供电电压是否正常，整个过程基于器件的数学特性和逻辑特性，无需通过主控芯片的程序进行调节就能实现。

进一步的，所述主功率模块还包括电流采样电阻；

所述电流调节模块包括第十三电阻、第三可调增益仪表放大器、第九电容、第十电阻、第十一电阻、第三稳压二极管、第十二电阻、第十电容、第十一电容和第四放大器；

其中，所述电流采样电阻的一端与所述第三可调增益仪表放大器的Vinb-引脚连接且另一端与所述第三可调增益仪表放大器的Vinb+引脚连接；所述第十三电阻的两端分别对应与所述第三可调增益仪表放大器的一个Rgb引脚连接；所述第三可调增益仪表放大器的Vob引脚分别与Senseb引脚和Refb引脚连接，且所述第九电容连接在所述第三可调增益仪表放大器的Vob引脚与Refb引脚之间；所述第三可调增益仪表放大器的Refb引脚接地；所述第三可调增益仪表放大器的Vob引脚还与所述第十一电阻的一端连接；所述第十一电阻的另一端与所述第四放大器的阴极连接；所述第四放大器的阳极接地；所述第四放大器接入电源电压；所述第十电阻的其中一端接入基准电流，且另一端与所述第四放大器的阴极连接；所述第十一电容通过所述第四放大器的阴极和第四放大器的输出端与所述第四放大器并联连接；所述第十二电阻与所述第十电容串联连接后通过所述第四放大器的阴极和第四放大器的输出端与所述第四放大器并联连接；所述第三稳压二极管通过所述第四放大器的阴极和第四放大器的输出端与所述第四放大器并联连接。

对电流进行精确采样后，通过信号放大、比例积分运放电路处理以及与基准电流值比较，进而实现根据电位判断供电电流是否正常，整个过程基于器件的数学特性和逻辑特性，无需通过主控芯片的程序进行调节就能实现。

进一步的，还包括MCU，所述基准电压和所述基准电流均由所述MCU给定输出。

进一步的，所述IGBT驱动模块包括IGBT驱动芯片、第十四电阻和第四共阳极二极管；

所述第二放大器的输出端和所述第四放大器的输出端分别对应与所述第四共阳极二极管的一个阴极连接；所述第四共阳极二极管的阳极与所述IGBT驱动芯片的NI引脚连接；所述第十四电阻的一端连接在所述第四共阳极二极管与所述IGBT驱动芯片之间且另一端接入电源。

利用共阳极二极管对电压调节模块和电流调节模块的输出电位进行钳位取小，确保电压或电流任意一个出现异常时均能够被及时反馈并修正。

进一步的，所述IGBT驱动模块还包括光耦，所述IGBT驱动芯片与所述光耦连接且用于通过所述光耦控制所述IGBT元件的栅极脉冲频率。

进一步的，所述IGBT元件包括第一IGBT、第二IGBT、第三IGBT和第四IGBT；所述主功率模块还包括第一整流桥、第一电容、第二变压器、第一共阳极二极管、第一电阻、第二电容、第一电感、第一变压器、第二整流桥、第三电容、第三变压器、第二电阻；

其中，所述第一整流桥接入交流市电；所述第一电容与所述第一整流桥并联连接；所述第一IGBT和所述第二IGBT串联连接后与所述第一整流桥并联连接；所述第三IGBT和所述第四IGBT串联连接后与所述第一整流桥并联连接；所述第一IGBT、所述第二IGBT、所述第三IGBT和所述第四IGBT均分别与对应的一个所述光耦连接；所述第二变压器包括设置在原边一侧的第一线圈和第二线圈，所述第一线圈串联连接在所述第一IGBT和所述第二IGBT之间，所述第二线圈串联连接在所述第三IGBT和所述第四IGBT之间；所述第二变压器还包括设置在副边一侧的第三线圈和第四线圈，所述第一共阳极二极管的两个阴极与所述第三线圈和所述第四线圈串联连接以构成第三回路，所述第三线圈和所述第四线圈之间接地；所述第一共阳极二极管的阳极与所述第一电阻的一端连接，所述第一电阻的另一端接地；所述第二电容的一端连接在所述第一IGBT和所述第二IGBT之间，且另一端与所述第一电感的一端连接，所述第一电感的另一端连接在所述第三IGBT和所述第四IGBT之间；所述第一变压器包括设置在原边一侧的第五线圈和设置在副边一侧的第六线圈，所述第五线圈串联连接在所述第二电容和所述第一电感之间，所述第六线圈与所述第二整流桥的其中两端相连构成第四回路；所述第三电容与所述第二整流桥的另外两端并联连接；所述电压采样电阻和所述电流采样电阻串联连接后与所述第二整流桥的另外两端并联连接；所述电压采样电阻的两端为用于向负载输出电压的电压输出端；所述第三变压器包括设置在原边一侧的第七线圈和设置在副边一侧的第八线圈，所述第七线圈与所述负载串联连接，所述第八线圈与所述第二电阻串联连接以构成第五回路；所述第二电阻的其中一端接地。

进一步的，还包括监控保护模块，所述监控保护模块与所述反馈调节模块连接且用于监测所述主功率模块和所述反馈调节模块的电流。

进一步的，所述监控保护模块包括第一监测模块、第二监测模块和第三监测模块；

所述第一监测模块用于监测所述第二变压器和所述第三变压器的原边电流；所述第二监测模块用于监测所述IGBT驱动芯片驱动所述光耦时与所述光耦相连接的所述IGBT元件中的CE端的饱和集电极电压；所述第三监测模块用于监测漏电流。

进一步的，所述第一监测模块、所述第二监测模块和所述第三监测模块分别与同一个与非数字门的输入端连接，所述与非数字门的输出端与所述IGBT驱动芯片连接；

所述与非数字门用于在所述第一监测模块、所述第二监测模块或所述第三监测模块监测到异常时，控制所述IGBT驱动芯片停止向所述IGBT元件发送驱动脉冲信号。

本发明的有益效果：本发明的磁控管高压电源的控制电路，通过获取磁控管阳极谐振腔的供电电压和供电电流，供电电压会影响电压调节模块输出端的电位，供电电流则会影响电流调节模块输出端的电位，当供电电压或供电电流出现不稳定时，IGBT驱动模块接收到电位信号的变化，进而调控IGBT元件的栅极脉冲频率，以此改变供电电压或供电电流，使其重新趋于稳定。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种磁控管高压电源的控制电路的结构示意图。

图2为本发明实施例中反馈调节模块和IGBT驱动模块的电路图。

图3为本发明实施例中主功率模块的电路图。

图4为本发明实施例中主功率模块的其中一个局部的电路图。

图5为本发明实施例中主功率模块的另一个局部的电路图。

标号说明：

100、主功率模块；200、反馈调节模块；210、电流调节模块；220、电压调节模块；310、光耦；400、监控保护模块；410、第一监测模块；420、第二监测模块；430、第三监测模块；440、与非数字门；Rv、电压采样电阻；U1、第一可调增益仪表放大器；C5、第五电容；R5、第五电阻；R6、第六电阻；D2、第二稳压二极管；R7、第七电阻；C6、第六电容；C7、第七电容；U2、第二放大器；Ri、电流采样电阻；R13、第十三电阻；U3、第三可调增益仪表放大器；C9、第九电容；R10、第十电阻；R11、第十一电阻；D3、第三稳压二极管；R12、第十二电阻；C10、第十电容；C11、第十一电容；U4、第四放大器；U5、IGBT驱动芯片；R14、第十四电阻；D4、第四共阳极二极管；Bridge1、第一整流桥；C1、第一电容；Q1、第一IGBT；Q2、第二IGBT；Q3、第三IGBT；Q4、第四IGBT；T2、第二变压器；D1、第一共阳极二极管；R1、第一电阻；C2、第二电容；L1、第一电感；T1、第一变压器；Bridge2、第二整流桥；C3、第三电容；T3、第三变压器；R2、第二电阻；load、负载。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

在某些实施例中，参考附图1，一种磁控管高压电源的控制电路，包括主功率模块100，主功率模块100用于为磁控管阳极谐振腔供电，主功率模块100设置有IGBT元件；磁控管高压电源的控制电路还包括：

反馈调节模块200，反馈调节模块200包括电流调节模块210、电压调节模块220和IGBT驱动模块，电流调节模块210、IGBT驱动模块和主功率模块100构成第一回路；电压调节模块220、IGBT驱动模块和主功率模块100构成第二回路；电流调节模块210用于采集主功率模块100对磁控管阳极谐振腔的供电电流并根据供电电流改变自身输出端的电位；电压调节模块220用于采集主功率模块100对磁控管阳极谐振腔的供电电压并根据供电电压改变自身输出端的电位；

IGBT驱动模块用于根据电流调节模块210输出端的电位变化或电压调节模块220输出端的电位变化控制IGBT元件的栅极脉冲频率。

本实施例中，磁控管阳极谐振腔作为主功率模块100的负载load，主功率模块100接入市电后为磁控管阳极谐振腔供电，反馈调节模块200中通过设置电流调节模块210和电压调节模块220从主功率模块100的输出端监测其供电电压和供电电流，并在供电电压或供电电流出现异常时向IGBT驱动模块输出低电位信号，IGBT驱动模块在监测到低电位信号时调控IGBT元件的栅极脉冲频率，以此改变主功率模块100的供电电压或供电电流，形成闭环的反馈环路，确保主功率模块100的输出电流和输出电压总是趋于稳定。

其中，这种采样反馈驱动调节机制是基于器件的数学特性和逻辑特性决定的，且在不通过主控芯片的情况下就能实现，安全可靠，成本低廉，能有效降低故障带来的二次维修成本；同时调控过程不会受通信协议的影响，从而达到精准调控的效果。

在某些实施例中，参考附图2、附图3、附图4和附图5，主功率模块100还包括电压采样电阻Rv；

电压调节模块220包括第一可调增益仪表放大器U1、第五电容C5、第五电阻R5、第六电阻R6、第二稳压二极管D2、第七电阻R7、第六电容C6、第七电容C7和第二放大器U2；其中，第一可调增益仪表放大器U1的具体型号为INA2128U，第二放大器U2的具体型号为OP482GPZ。

其中，电压采样电阻Rv的一端（即VF_1信号端）与第一可调增益仪表放大器U1的Vina-引脚连接且另一端（即VF_2信号端）与第一可调增益仪表放大器U1的Vina+引脚连接；第一可调增益仪表放大器U1通过VCC引脚和VEE引脚接入电源电压；第一可调增益仪表放大器U1的Voa引脚分别与Sensea引脚和Refa引脚连接，且第五电容C5连接在第一可调增益仪表放大器U1的Voa引脚与Refa引脚之间；第一可调增益仪表放大器U1的Refa引脚接地（PE即为地）；第一可调增益仪表放大器U1的Voa引脚还与第六电阻R6的一端连接；第六电阻R6的另一端与第二放大器U2的阴极连接；第二放大器U2的阳极接地；第二放大器U2接入电源电压（+V1和-V1即为电源电压）；第五电阻R5的其中一端接入基准电压，且另一端与第二放大器U2的阴极连接；第七电容C7通过第二放大器U2的阴极和第二放大器U2的输出端与第二放大器U2并联连接；第七电阻R7与第六电容C6串联连接后通过第二放大器U2的阴极和第二放大器U2的输出端与第二放大器U2并联连接；第二稳压二极管D2通过第二放大器U2的阴极和第二放大器U2的输出端与第二放大器U2并联连接。

本实施例中，电压采样电阻Rv采用精密采样电阻，通过精密放大器传输模拟量给到比例积分运放电路，模拟量将与给定的基准电压值比较，最后输出不同的电位。

具体的，第一可调增益仪表放大器U1的Vina-引脚和Vina+引脚接入到电压采样电阻Rv两端，电压采样电阻Rv采集到电压信号VF_1和VF_2后经过第一可调增益仪表放大器U1的增益，将电压信号放大到采样电压值Vo_samp与设定的基准电压Vo_set进行运算（基准电压Vo_set一般设置为负值），其中第六电阻R6、第七电阻R7、第六电容C6和第七电容C7均用于设定PID参数，而第二稳压二极管D2则用于对电压调节模块220的输出端（即PIout_Vo点）的电压阈值上限进行钳位，当主功率模块100的输出电压出现异常时，经电路运算后电压调节模块220的输出端的电位将会降低，以此实现通过电压调节模块220的输出端的电位变化判断主功率模块100的输出电压是否异常。

在某些实施例中，参考附图2、附图3、附图4和附图5，主功率模块100还包括电流采样电阻Ri；

电流调节模块210包括第十三电阻R13、第三可调增益仪表放大器U3、第九电容C9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第三稳压二极管D3、第十二电阻R12、第十电容C10、第十一电容C11和第四放大器U4；其中，第三可调增益仪表放大器U3的具体型号为INA2128U，第四放大器U4的具体型号为OP482GPZ。

其中，电流采样电阻Ri的一端（即IF_1信号端）与第三可调增益仪表放大器U3的Vinb-引脚连接且另一端（即IF_2信号端）与第三可调增益仪表放大器U3的Vinb+引脚连接；第十三电阻R13的两端分别对应与第三可调增益仪表放大器U3的一个Rgb引脚连接；第三可调增益仪表放大器U3的Vob引脚分别与Senseb引脚和Refb引脚连接，且第九电容C9连接在第三可调增益仪表放大器U3的Vob引脚与Refb引脚之间；第三可调增益仪表放大器U3的Refb引脚接地；第三可调增益仪表放大器U3的Vob引脚还与第十一电阻R11的一端连接；第十一电阻R11的另一端与第四放大器U4的阴极连接；第四放大器U4的阳极接地；第四放大器U4接入电源电压；第十电阻R10的其中一端接入基准电流，且另一端与第四放大器U4的阴极连接；第十一电容C11通过第四放大器U4的阴极和第四放大器U4的输出端与第四放大器U4并联连接；第十二电阻R12与第十电容C10串联连接后通过第四放大器U4的阴极和第四放大器U4的输出端与第四放大器U4并联连接；第三稳压二极管D3通过第四放大器U4的阴极和第四放大器U4的输出端与第四放大器U4并联连接。

本实施例中，电流采样电阻Ri采用精密采样电阻，通过精密放大器传输模拟量给到比例积分运放电路，模拟量将与给定的基准电流值比较，最后输出不同的电位。

具体的，第三可调增益仪表放大器U3的Vina-引脚和Vina+引脚接入到电流采样电阻Ri两端，电流采样电阻Ri采集到电流信号IF_1和IF_2后经过第三可调增益仪表放大器U3的增益（增益倍数由第十三电阻R13控制），将电流信号放大到采样电压值Io_samp与设定的基准电压Io_set进行运算（基准电流Io_set一般设置为负值），其中第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十电容C10和第十一电容C11均用于设定PID参数，而第三稳压二极管D3则用于对电流调节模块210的输出端（即PIout_Io点）的电流阈值上限进行钳位，当主功率模块100的输出电流出现异常时，经电路运算后电流调节模块210的输出端的电位将会降低，以此实现通过电流调节模块210的输出端的电位变化判断主功率模块100的输出电流是否异常。

在某些实施例中，磁控管高压电源的控制电路还包括MCU（MCU未画出，MCU为现有技术，在此不再赘述），基准电压和基准电流均由MCU给定输出。

在某些实施例中，参考附图2，IGBT驱动模块包括IGBT驱动芯片U5、第十四电阻R14和第四共阳极二极管D4；其中IGBT驱动芯片U5具体型号为UC3867。

第二放大器U2的输出端和第四放大器U4的输出端分别对应与第四共阳极二极管D4的一个阴极连接；第四共阳极二极管D4的阳极与IGBT驱动芯片U5的NI引脚连接；第十四电阻R14的一端连接在第四共阳极二极管D4与IGBT驱动芯片U5之间且另一端接入电源（VC即为电源）。

本实施例中，电流调节模块210的输出端和电压调节模块220的输出端分别对应与第四共阳极二极管D4的一个阴极连接，当电流调节模块210的输出端的电位降低时，第四共阳极二极管D4中与电流调节模块210连接的二极管导通，使得与之相连的IGBT驱动芯片U5的NI引脚会降至零电压，此时IGBT驱动芯片U5内部产生振荡的阻容值发生变化，从而导致振荡频率发生变化，进而引起IGBT驱动芯片U5输出频率的变化，IGBT驱动芯片U5输出频率作用于IGBT元件，IGBT元件则控制主功率模块100的供电电压和供电电流，反馈引起的IGBT驱动芯片U5输出频率变化使得主功率模块100的供电电压和供电电流得以重新修正，确保输出稳定。

当电压调节模块220的输出端的电位降低时，第四共阳极二极管D4中与电压调节模块220连接的二极管导通，与上述同理，反馈引起的IGBT驱动芯片U5输出频率变化使得主功率模块100的供电电压和供电电流得以重新修正，确保输出稳定。

实际应用时，第四共阳极二极管D4对电压调节模块220和电流调节模块210的输出电位进行钳位取小，即电压调节模块220和电流调节模块210任意一个出现电位降低时，都会导致IGBT驱动芯片U5的NI引脚降低至零电压。

需要说明的是，共阳极二极管由多个二极管集成，为现有的产品，在此不再赘述；而钳位取小指的是电压调节模块和电流调节模块只要任意一个的输出电位变小则共阳极二极管中与其连接的二极管就会导通（共阳极二极管中的二极管起到钳位作用），因此可以理解为：共阳极二极管中，起到钳位作用的二极管因对应的输出电位变小而被选取导通。

在某些实施例中，参考附图3、附图4和附图5，IGBT驱动模块还包括光耦310，IGBT驱动芯片U5与光耦310连接且用于通过光耦310控制IGBT元件的栅极脉冲频率。

本实施例中，IGBT驱动芯片U5向光耦310发送驱动脉冲信号，光耦310将驱动脉冲信号放大到IGBT元件的开通阈值（放大后的信号即为Vge1、Vge2、Vge3和Vge4），形成控制IGBT元件的栅极脉冲频率，以此驱动主功率模块100为负载load输出供电电压和供电电流，主功率模块100的供电电压和供电电流受IGBT元件的栅极脉冲频率影响，利用光耦310间接控制主功率模块100，对IGBT驱动芯片U5起到电气隔离的作用，有利于保护IGBT驱动芯片U5。

在某些实施例中，参考附图3、附图4和附图5，IGBT元件包括第一IGBT Q1、第二IGBT Q2、第三IGBT Q3和第四IGBT Q4；主功率模块100还包括第一整流桥Bridge1、第一电容C1、第二变压器T2、第一共阳极二极管D1、第一电阻R1、第二电容C2、第一电感L1、第一变压器T1、第二整流桥Bridge2、第三电容C3、第三变压器T3、第二电阻R2；

其中，第一整流桥Bridge1接入交流市电；第一电容C1与第一整流桥Bridge1并联连接；第一IGBT Q1和第二IGBT Q2串联连接后与第一整流桥Bridge1并联连接；第三IGBTQ3和第四IGBT Q4串联连接后与第一整流桥Bridge1并联连接；第一IGBT Q1、第二IGBT Q2、第三IGBT Q3和第四IGBT Q4均分别与对应的一个光耦310连接；第二变压器T2包括设置在原边一侧的第一线圈和第二线圈，第一线圈串联连接在第一IGBT Q1和第二IGBT Q2之间，第二线圈串联连接在第三IGBT Q3和第四IGBT Q4之间；第二变压器T2还包括设置在副边一侧的第三线圈和第四线圈，第一共阳极二极管D1的两个阴极与第三线圈和第四线圈串联连接以构成第三回路，第三线圈和第四线圈之间接地；第一共阳极二极管D1的阳极与第一电阻R1的一端连接，第一电阻R1的另一端接地；第二电容C2的一端连接在第一IGBT Q1和第二IGBT Q2之间，且另一端与第一电感L1的一端连接，第一电感L1的另一端连接在第三IGBTQ3和第四IGBT Q4之间；第一变压器T1包括设置在原边一侧的第五线圈和设置在副边一侧的第六线圈，第五线圈串联连接在第二电容C2和第一电感L1之间，第六线圈与第二整流桥Bridge2的其中两端相连构成第四回路；第三电容C3与第二整流桥Bridge2的另外两端并联连接；电压采样电阻Rv和电流采样电阻Ri串联连接后与第二整流桥Bridge2的另外两端并联连接；电压采样电阻Rv的两端为用于向负载load输出电压的电压输出端；第三变压器T3包括设置在原边一侧的第七线圈和设置在副边一侧的第八线圈，第七线圈与负载load串联连接，第八线圈与第二电阻R2串联连接以构成第五回路；第二电阻R2的其中一端接地。

本实施例中，交流市电接入后，经过第一整流桥Bridge1得到输出电压VA，再通过IGBT元件的两个桥臂（两个桥臂由第一IGBT Q1、第二IGBT Q2、第三IGBT Q3和第四IGBT Q4组成），当两个桥臂交替开关时，与第一变压器T1原边连接的第一电容C2和第一电感L1生成谐振电流，谐振电流通过第一变压器T1副边与第二整流桥Bridge2耦合，经过第三电容C3进行滤波后输出高压直流电到负载load上。

在某些实施例中，参考附图1，磁控管高压电源的控制电路还包括监控保护模块400，监控保护模块400与反馈调节模块200连接且用于监测主功率模块100和反馈调节模块200的电流。

在实际应用中，当设备发生过流、漏电和短路等故障时，往往会导致过多电路器件损坏，使得修复处理难度大大增加，而本实施例通过设置监控保护模块400时刻监测主功率模块100和反馈调节模块200工作时的电流，在发生故障时也能够控制及时避险，起到保护作用。

在某些实施例中，参考附图1、附图3、附图4和附图5，监控保护模块400包括第一监测模块410、第二监测模块420和第三监测模块430；

第一监测模块410用于监测第二变压器T2和第三变压器T3的原边电流；第二监测模块420用于监测IGBT驱动芯片U5驱动光耦310时与光耦310相连接的IGBT元件中的CE端的饱和集电极电压；第三监测模块430用于监测漏电流。

本实施例中，第二变压器T2通过第一共阳极二极管D1的作用输出与第二变压器T2原边谐振电流耦合的电压VIr；第三变压器T3则通过第二电阻R2的作用输出与第三变压器T3原边电流耦合的电压VIo。第一监测模块410通过采集电压VIr和电压VIo的数据通过后续的处理（具体电路未画出，处理部分的电路为现有技术，在此不再赘述）实现对第二变压器T2和第三变压器T3的原边电流的监测。

其中，监控保护机制是基于器件的数学特性和逻辑特性决定的，且在不通过主控芯片的情况下就能实现，安全可靠，成本低廉，能有效降低故障带来的二次维修成本。

在某些实施例中，参考附图1，第一监测模块410、第二监测模块420和第三监测模块430分别与同一个与非数字门440的输入端连接，与非数字门440的输出端与IGBT驱动芯片U5连接；

与非数字门440用于在第一监测模块410、第二监测模块420或第三监测模块430监测到异常时，控制IGBT驱动芯片U5停止向IGBT元件发送驱动脉冲信号。

本实施例中，第一监测模块410、第二监测模块420或第三监测模块430任意一个监测到异常时，经与非数字门440判断输出高低电平以此触发IGBT驱动芯片U5的故障保护功能，从而停止向IGBT元件发送驱动脉冲信号，进而使主功率模块100停止输出。该方式下，通过数模电路的电平转换输出故障电平，实现了与高压回路的隔离。

综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以上述所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种磁控管高压电源的控制电路，包括主功率模块（100），所述主功率模块（100）用于为磁控管阳极谐振腔供电，其特征在于，所述主功率模块（100）设置有IGBT元件；所述磁控管高压电源的控制电路还包括：

反馈调节模块（200），所述反馈调节模块（200）包括电流调节模块（210）、电压调节模块（220）和IGBT驱动模块，所述电流调节模块（210）、所述IGBT驱动模块和所述主功率模块（100）构成第一回路；所述电压调节模块（220）、所述IGBT驱动模块和所述主功率模块（100）构成第二回路；所述电流调节模块（210）用于采集所述主功率模块（100）对所述磁控管阳极谐振腔的供电电流并根据所述供电电流改变自身输出端的电位；所述电压调节模块（220）用于采集所述主功率模块（100）对所述磁控管阳极谐振腔的供电电压并根据所述供电电压改变自身输出端的电位；

所述IGBT驱动模块用于根据所述电流调节模块（210）输出端的电位变化或所述电压调节模块（220）输出端的电位变化控制所述IGBT元件的栅极脉冲频率。

2.根据权利要求1所述的磁控管高压电源的控制电路，其特征在于，所述主功率模块（100）还包括电压采样电阻（Rv）；

所述电压调节模块（220）包括第一可调增益仪表放大器（U1）、第五电容（C5）、第五电阻（R5）、第六电阻（R6）、第二稳压二极管（D2）、第七电阻（R7）、第六电容（C6）、第七电容（C7）和第二放大器（U2）；

其中，所述电压采样电阻（Rv）的一端与所述第一可调增益仪表放大器（U1）的Vina-引脚连接且另一端与所述第一可调增益仪表放大器（U1）的Vina+引脚连接；所述第一可调增益仪表放大器（U1）通过VCC引脚和VEE引脚接入电源电压；所述第一可调增益仪表放大器（U1）的Voa引脚分别与Sensea引脚和Refa引脚连接，且所述第五电容（C5）连接在所述第一可调增益仪表放大器（U1）的Voa引脚与Refa引脚之间；所述第一可调增益仪表放大器（U1）的Refa引脚接地；所述第一可调增益仪表放大器（U1）的Voa引脚还与所述第六电阻（R6）的一端连接；所述第六电阻（R6）的另一端与所述第二放大器（U2）的阴极连接；所述第二放大器（U2）的阳极接地；所述第二放大器（U2）接入电源电压；所述第五电阻（R5）的其中一端接入基准电压，且另一端与所述第二放大器（U2）的阴极连接；所述第七电容（C7）通过所述第二放大器（U2）的阴极和第二放大器（U2）的输出端与所述第二放大器（U2）并联连接；所述第七电阻（R7）与所述第六电容（C6）串联连接后通过所述第二放大器（U2）的阴极和第二放大器（U2）的输出端与所述第二放大器（U2）并联连接；所述第二稳压二极管（D2）通过所述第二放大器（U2）的阴极和第二放大器（U2）的输出端与所述第二放大器（U2）并联连接。

3.根据权利要求2所述的磁控管高压电源的控制电路，其特征在于，所述主功率模块（100）还包括电流采样电阻（Ri）；

所述电流调节模块（210）包括第十三电阻（R13）、第三可调增益仪表放大器（U3）、第九电容（C9）、第十电阻（R10）、第十一电阻（R11）、第三稳压二极管（D3）、第十二电阻（R12）、第十电容（C10）、第十一电容（C11）和第四放大器（U4）；

其中，所述电流采样电阻（Ri）的一端与所述第三可调增益仪表放大器（U3）的Vinb-引脚连接且另一端与所述第三可调增益仪表放大器（U3）的Vinb+引脚连接；所述第十三电阻（R13）的两端分别对应与所述第三可调增益仪表放大器（U3）的一个Rgb引脚连接；所述第三可调增益仪表放大器（U3）的Vob引脚分别与Senseb引脚和Refb引脚连接，且所述第九电容（C9）连接在所述第三可调增益仪表放大器（U3）的Vob引脚与Refb引脚之间；所述第三可调增益仪表放大器（U3）的Refb引脚接地；所述第三可调增益仪表放大器（U3）的Vob引脚还与所述第十一电阻（R11）的一端连接；所述第十一电阻（R11）的另一端与所述第四放大器（U4）的阴极连接；所述第四放大器（U4）的阳极接地；所述第四放大器（U4）接入电源电压；所述第十电阻（R10）的其中一端接入基准电流，且另一端与所述第四放大器（U4）的阴极连接；所述第十一电容（C11）通过所述第四放大器（U4）的阴极和第四放大器（U4）的输出端与所述第四放大器（U4）并联连接；所述第十二电阻（R12）与所述第十电容（C10）串联连接后通过所述第四放大器（U4）的阴极和第四放大器（U4）的输出端与所述第四放大器（U4）并联连接；所述第三稳压二极管（D3）通过所述第四放大器（U4）的阴极和第四放大器（U4）的输出端与所述第四放大器（U4）并联连接。

4.根据权利要求3所述的磁控管高压电源的控制电路，其特征在于，还包括MCU，所述基准电压和所述基准电流均由所述MCU给定输出。

5.根据权利要求3所述的磁控管高压电源的控制电路，其特征在于，所述IGBT驱动模块包括IGBT驱动芯片（U5）、第十四电阻（R14）和第四共阳极二极管（D4）；

所述第二放大器（U2）的输出端和所述第四放大器（U4）的输出端分别对应与所述第四共阳极二极管（D4）的一个阴极连接；所述第四共阳极二极管（D4）的阳极与所述IGBT驱动芯片（U5）的NI引脚连接；所述第十四电阻（R14）的一端连接在所述第四共阳极二极管（D4）与所述IGBT驱动芯片（U5）之间且另一端接入电源。

6.根据权利要求5所述的磁控管高压电源的控制电路，其特征在于，所述IGBT驱动模块还包括光耦（310），所述IGBT驱动芯片（U5）与所述光耦（310）连接且用于通过所述光耦（310）控制所述IGBT元件的栅极脉冲频率。

7.根据权利要求6所述的磁控管高压电源的控制电路，其特征在于，所述IGBT元件包括第一IGBT（Q1）、第二IGBT（Q2）、第三IGBT（Q3）和第四IGBT（Q4）；所述主功率模块（100）还包括第一整流桥（Bridge1）、第一电容（C1）、第二变压器（T2）、第一共阳极二极管（D1）、第一电阻（R1）、第二电容（C2）、第一电感（L1）、第一变压器（T1）、第二整流桥（Bridge2）、第三电容（C3）、第三变压器（T3）、第二电阻（R2）；

其中，所述第一整流桥（Bridge1）接入交流市电；所述第一电容（C1）与所述第一整流桥（Bridge1）并联连接；所述第一IGBT（Q1）和所述第二IGBT（Q2）串联连接后与所述第一整流桥（Bridge1）并联连接；所述第三IGBT（Q3）和所述第四IGBT（Q4）串联连接后与所述第一整流桥（Bridge1）并联连接；所述第一IGBT（Q1）、所述第二IGBT（Q2）、所述第三IGBT（Q3）和所述第四IGBT（Q4）均分别与对应的一个所述光耦（310）连接；所述第二变压器（T2）包括设置在原边一侧的第一线圈和第二线圈，所述第一线圈串联连接在所述第一IGBT（Q1）和所述第二IGBT（Q2）之间，所述第二线圈串联连接在所述第三IGBT（Q3）和所述第四IGBT（Q4）之间；所述第二变压器（T2）还包括设置在副边一侧的第三线圈和第四线圈，所述第一共阳极二极管（D1）的两个阴极与所述第三线圈和所述第四线圈串联连接以构成第三回路，所述第三线圈和所述第四线圈之间接地；所述第一共阳极二极管（D1）的阳极与所述第一电阻（R1）的一端连接，所述第一电阻（R1）的另一端接地；所述第二电容（C2）的一端连接在所述第一IGBT（Q1）和所述第二IGBT（Q2）之间，且另一端与所述第一电感（L1）的一端连接，所述第一电感（L1）的另一端连接在所述第三IGBT（Q3）和所述第四IGBT（Q4）之间；所述第一变压器（T1）包括设置在原边一侧的第五线圈和设置在副边一侧的第六线圈，所述第五线圈串联连接在所述第二电容（C2）和所述第一电感（L1）之间，所述第六线圈与所述第二整流桥（Bridge2）的其中两端相连构成第四回路；所述第三电容（C3）与所述第二整流桥（Bridge2）的另外两端并联连接；所述电压采样电阻（Rv）和所述电流采样电阻（Ri）串联连接后与所述第二整流桥（Bridge2）的另外两端并联连接；所述电压采样电阻（Rv）的两端为用于向负载（load）输出电压的电压输出端；所述第三变压器（T3）包括设置在原边一侧的第七线圈和设置在副边一侧的第八线圈，所述第七线圈与所述负载（load）串联连接，所述第八线圈与所述第二电阻（R2）串联连接以构成第五回路；所述第二电阻（R2）的其中一端接地。

8.根据权利要求7所述的磁控管高压电源的控制电路，其特征在于，还包括监控保护模块（400），所述监控保护模块（400）与所述反馈调节模块（200）连接且用于监测所述主功率模块（100）和所述反馈调节模块（200）的电流。

9.根据权利要求8所述的磁控管高压电源的控制电路，其特征在于，所述监控保护模块（400）包括第一监测模块（410）、第二监测模块（420）和第三监测模块（430）；

所述第一监测模块（410）用于监测所述第二变压器（T2）和所述第三变压器（T3）的原边电流；所述第二监测模块（420）用于监测所述IGBT驱动芯片（U5）驱动所述光耦（310）时与所述光耦（310）相连接的所述IGBT元件中的CE端的饱和集电极电压；所述第三监测模块（430）用于监测漏电流。

10.根据权利要求9所述的磁控管高压电源的控制电路，其特征在于，所述第一监测模块（410）、所述第二监测模块（420）和所述第三监测模块（430）分别与同一个与非数字门（440）的输入端连接，所述与非数字门（440）的输出端与所述IGBT驱动芯片（U5）连接；

所述与非数字门（440）用于在所述第一监测模块（410）、所述第二监测模块（420）或所述第三监测模块（430）监测到异常时，控制所述IGBT驱动芯片（U5）停止向所述IGBT元件发送驱动脉冲信号。

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