专利名称：一种智能全桥软开关恒电位仪的制作方法
技术领域：
本发明属于腐蚀与防护技术领域，涉及一种外加电流阴极保护装 置，特别是一种智能全桥软开关恒电位仪。
背景技术：
目前应用于船舶、港工设施、海洋工程及埋地管线等外加电流阴 极保护系统的恒电位仪设备一般是以可控硅和磁饱和变流电源为主。 在中小功率范围内，现有的恒电位仪设备存在技术原理落后、体积和 重量大、效率低、成本高等缺点；已有少数厂商正在推出自己设计研 制的开关式恒电位仪设备或产品，该类产品普遍采用传统开关电源拓 扑结构及控制方式，开关器件的功率损耗较大。由于近年来开关电源 控制理论、技术及功率器件迅速发展， 一些电子器件厂商又新推出了 新一代功率开关器件及高度集成的控制芯片，这些器件更适于一些较 理想的控制理论和方法的实现，提高了开关电源整体性能；这些技术 及器件在开关电源领域己经或正在逐渐推广，但恒电位仪装置采用上 述技术和器件的广泛应用进程比较滞后，其应用效果明显或应用成功 的装置还未见有公开报道。特别是采用该类控制器件及功率器件，实 现功率器件的软开关过程，减小开关损耗，达到预定控制精度及效果 的恒电位仪装置未见有市售产品。
发明内容
本发明的目的在于克服传统恒电位仪存在的不足与缺点，本发明 采用开关电源领域的领先技术，设计制做一种适用于外加电流阴极保 护领域的智能开关恒电位仪产品，以实现降低产品生产成本、提高效 率、降低能耗、减小产品体积和重量的效果。为了实现上述目的，本发明功率回路采用全桥软开关结构，控制 方法为脉冲移相全桥控制，功率器件选用绝缘栅双极晶体管(IGBT)，
控制芯片采用大规模集成控制器，有效实现开关电源最新技术在外加 电流阴极保护领域扩展应用问题，既具备开关电源最新技术的优点， 又兼顾外加电流阴极保护对恒电位仪参数的控制要求，有效的提高了 保护电位控制精度及保护电位的稳定性。本发明的主体电路由交流电源整流滤波电路、全桥变换器、软开 关电路、高频变压器、高频输出整流滤波电路、脉冲移相控制驱动电 路电连通组合构成；其交流整流电路输入端连接交流输入电源，输出 端与交流滤波电路连通，交流滤波电路输出端、软开关电路、脉冲相 移控制驱动电路和高频变压器的输入端口分别与全桥变换器原理性 电连通，高频变压器输出端与高频整流滤波电路输入端电对接，高频 整流滤波电路输出端输出直流电源；脉冲移相控制驱动电路由参比电 极隔离放大电路、移相控制器、开关管驱动电路、信号比较控制电路、 液晶显示及按键电路和单片机系统电连通构成；单片机系统包含数据 显示、通信、模/数转换、数/模转换、报警、参数给定和控制功能， 实现模/数、数/模转换，并对阴极保护参数进行监测、报警、保护， 其串行接口，与上位机进行通讯，上位机通过上位机软件，对恒电位 仪进行远程控制和监测。本发明的全桥变换器为脉冲移相全桥控制，移相角大小由反馈信 号与给定信号比较得到；软开关电路参数根据主电路相关参数计算得 到，并根据具体实验结果进行调整，通过波形测试，实现软开关功效， 有效降低开关损耗；液晶显示及按键电路在液晶显示屏上，显示外加 电流阴极保护各项参数，通过按键调整各项参数；本发明工作时工频交流市电经整流滤波电路后产生直流电流； 直流电流进入全桥变换器产生高频方波信号；同时，由全桥变换器并 联电容、串连电感构成的软开关电路，控制全桥变换器的软开关过程； 全桥变换器的驱动信号由IGBT脉冲移相控制驱动电路产生；全桥变 换器产生的高频方波信号经高频变压器变换为合适的低压高频信号， 该信号经高频输出整流滤波电路，产生需要的直流电流。IGBT脉冲 移相控制驱动电路是按照以下过程产生全桥变换器驱动信号的参比电极信号经过参比电极隔离放大电路后，经模/数转换后进入计算机系统，并与设定的阴极保护电位比较，按照比较结果，IGBT脉冲移 相控制驱动电路产生相应驱动信号，从而调整直流输出电流大小，设 定的阴极保护电位通过液晶显示及按键操作电路调整并产生。本发明在开机时自动测量被保护体的原始电位，根据原始电位自 动调整初始给定，自动适应不同类型的参比电极，不需要人工选择， 避免了不适当的初始给定引起的电流冲击；对参比电极信号进行有效 隔离放大，抑制了共模信号的干扰；同时对参比电极信号进行可靠滤 波放大，提高恒电位仪电位信号控制的稳定性；本发明的主要参数如下给定电位范围为-2V +3V连续可调； 电位控制误差《士10mV;电流控制误差《1%;电源效率》90%;半 载纹波系数《10%。本发明涉及的恒电位仪产品是电源产品在外加电流阴极保护领 域扩展应用，在技术途径上兼顾开关电源技术和外加电流阴极保护参 数控制，与传统晶闸管恒电位仪、磁饱和恒电位仪或类似产品相关的 技术相比，本发明采用独特的功率回路拓扑结构及参比电极信号采 集、隔离放大技术，不同类型参比电极自适应技术，同时采用功能高 度集成的控制芯片，降低设计难度，提高了设备可靠性，其整机结构 原理新颖，原理简单，产品体积和重量小，制备成本低，使用操作方 便，节省能源。
图1为本发明主电路结构原理示意框图，其中包括交流整流电路 1，交流滤波电路2，全桥变换器3，高频变压器4，高频输出整流滤 波电路5，脉冲相移控制驱动电路6，软开关电路7， A为交流输入电 源，B为驱动控制信号，C为直流输出端。图2为本发明脉冲相移控制驱动电路结构原理示意框图，其中包 括参比电极隔离放大电路8，移相控制器9，开关管驱动电路IO，单 片机系统ll,液晶显示及按键电路12，信号比较控制电路13， D为 参比电极信号，E为隔离处理后的参比电极信号，F为电流反馈信号，G为电压反馈信号，H为开关电路驱动信号，I为数据远传信号。
具体实施例方式下面结合附图并通过实施例做进一步说明。 实施例本实施例的主体电路由交流电源整流和滤波电路1和2、全桥变换器3、软开关电路7、高频变压器4、高频输出整流滤波电路5、脉冲移相控制驱动电路6电连通组合构成；其交流整流电路1输入端连接交流输入电源，输出端与交流滤波电路2连通，交流滤波电路2输 出端、软开关电路7、脉冲相移控制驱动电路6和高频变压器4的输 入端口分别与全桥变换器3原理性电连通，高频变压器4输出端与高 频输出整流滤波电路5输入端电对接，高频输出整流滤波电路5输出 端输出直流电源；脉冲移相控制驱动电路6由参比电极隔离放大电路 8、移相控制器9、开关管驱动电路IO、信号比较控制电路13、液晶 显示及按键电路12和单片机系统11电连通构成；参比电极隔离放大 电路8的输入端接参比电极信号，输出端分别与信号比较控制电路 13和计算机系统11信息连通，信号比较控制电路13、液晶显示及按 键电路12、移相控制器9及电流、电压反馈信号F和G分别与计算 机系统11信息或电连通，信号比较控制电路13输出端连接移相控制 器9的输入端，其输出端与开关管驱动电路10电连通；单片机系统 11包含数据显示、通信、模/数转换、数/模转换、报警、参数给定 和控制功能，实现模/数、数/模转换，并对阴极保护参数进行监测、 报警、保护，其串行接口与上位机进行通讯，上位机通过上位机软件 对恒电位仪进行远程控制和监测。本实施例的信号处理过程为外部参比电极信号D首先经过参比 电极隔离放大电路8进行处理成为E信号，参比电极隔离放大电路8 充分考虑了实际参比电极信号的特点，选用合适的滤波放大电路结构 及隔离放大器件，有效抑制了参比电极共模信号的干扰；移相控制器 9选用国际流行的控制器，降低了设计生产成本，形成系列产品；单 片机系统11能够在开机时自动测量被保护体的原始电位，并根据原
始电位自动调整初始给定，可以自动适应不同类型的参比电极，不需要人工选择，同时避免了不适当的初始给定引起的电流冲击；同时， 单片机系统11含有远程通讯功能，上位机通过配套的通讯软件，可 以方便读取恒电位仪各项参数，并实现对恒电位仪的控制。本实施例的开关电路驱动信号H驱动软开关电路7的开关器件， 功率电路拓扑结构采用在中大功率开关电源领域广泛采用的移相全 桥结构，软开关电路7的各项参数根据具体功率电路相关参数计算得 到，并根据实际运行情况进行调整。本实施例恒电位仪上电启动后，工频市电经交流滤波电路1和交 流整波电路2滤波整流后，进入全桥变换器3，脉冲相移控制电路6 产生的驱动信号B控制移相角的大小，从而控制直流输出C的大小， 同时，软开关电路7对全桥变换器3的开关过程进行调整，实现开关 管软开关过程。其具体操作过程为通电启动后，在液晶操作面板上， 选择恒电位状态，按动上下键，调节恒电位电位大小，设备自动调节 输出，使参比电极电位稳定在设定值附近；外部参比电极信号D经参 比电位隔离放大电路8处理后成为处理后的参比电位信号E，信号E 与参比电位给定信号比较，比较结果给移相控制器9，移相控制器9 产生开关电路驱动信号H，该H信号经开关管驱动电路10驱动开关 管开关，从而输出电流。单片机系统11在该过程中采集参比电极信 号E、电流反馈信号F、电压反馈信号G，输出给定值，并同时对设 备温度等其它运行状况进行采集，即时产生报警、保护信号，使设备 能够安全稳定运行。单片机系统ll同时包含串行通讯接口，可与上 位机方便通讯。本实施例的实际运行情况及详细性能测试表明，其涉及的恒电位 仪设备运行可靠稳定，效率高，操作简便，能使恒电位仪电位稳定在 较精确的范围内，同时有限减小了体积重量，降低生产成本，整体性 能达到或高于相应国标及行业标准，能够在于外加电流阴极保护领域 内，很好的替代传统产品。
权利要求
1、一种智能全桥软开关恒电位仪，其特征在于主体电路由交流电源整流滤波电路、全桥变换器、软开关电路、高频变压器、高频输出整流滤波电路、脉冲移相控制驱动电路电连通组合构成；其交流整流电路输入端连接交流输入电源，输出端与交流滤波电路连通，交流滤波电路输出端、软开关电路、脉冲相移控制驱动电路和高频变压器的输入端口分别与全桥变换器原理性电连通，高频变压器输出端与高频整流滤波电路输入端电对接，高频整流滤波电路输出端输出直流电源；脉冲移相控制驱动电路由参比电极隔离放大电路、移相控制器、开关管驱动电路、信号比较控制电路、液晶显示及按键电路和单片机系统电连通构成；单片机系统包含数据显示、通信、模/数转换、数/模转换、报警、参数给定和控制功能，实现模/数、数/模转换，并对阴极保护参数进行监测、报警、保护，其串行接口，与上位机进行通讯，上位机通过上位机软件，对恒电位仪进行远程控制和监测。
2、根据权利要求1所述的智能全桥软开关恒电位仪，其特征在 于全桥变换器为脉冲移相全桥控制，移相角大小由反馈信号与给定信 号比较得到；软开关电路参数根据主电路相关参数计算得到，并根据 具体实验结果进行调整，通过波形测试，实现软开关功效；液晶显示 及按键电路在液晶显示屏上，显示外加电流阴极保护参数并通过按键 调整参数。
3、根据权利要求1所述的智能全桥软开关恒电位仪，其特征在 于主要参数如下给定电位范围为-2V +3V连续可调；电位控制误 差《士10mV;电流控制误差《1%;电源效率》90%;半载纹波系数 《腦。
全文摘要
本发明属于腐蚀与防护技术领域中的一种智能全桥软开关恒电位仪；其交流整流电路输入端连接交流输入电源，输出端与交流滤波电路连通，交流滤波电路输出端、软开关电路、脉冲相移控制驱动电路和高频变压器的输入端口分别与全桥变换器原理性电连通，高频变压器输出端与高频整流滤波电路输入端电对接，高频整流滤波电路输出端输出直流电源；脉冲移相控制驱动电路由参比电极隔离放大电路、移相控制器、开关管驱动电路、信号比较控制电路、液晶显示及按键电路和单片机系统电连通构成；其整机结构原理新颖，原理简单，产品体积和重量小，制备成本低，使用操作方便，节省能源。
文档编号C23F13/22GK101397674SQ200810157980
公开日2009年4月1日 申请日期2008年10月19日 优先权日2008年10月19日
发明者刘雪雷, 王文茂, 王智磊 申请人:青岛双瑞防腐防污工程有限公司