专利名称：数字化调宽脉冲开关电源装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种开关电源装置，尤其涉及一种数字化调宽脉冲开关电源装置。
背景技术：
众所周知，所有开关电源都有一个调宽脉冲产生装置，目前有3种方法产生调宽脉冲， 但都存在一定的缺陷
1、 用PWM专用集成电路，有外围元器件，整个电路复杂，稳定性不高。
2、 用自激振荡电路，用在输出不需要调节或要求不高的场合，外围元器件多，调试复杂。
3、 用数字信号处理器DSP，要产生高频及高分辨率的调宽脉冲，需要高速的DSP，且产生 调宽脉冲需要占用DSP的运算时间，而且高速DSP价格昂贵。
发明内容
本实用新型主要解决原有开关电源的调宽脉冲电路的外围元器件多，电路复杂，调试也 复杂，稳定性不高，若采用DSP会占用DSP的运算时间，且高速DSP价格昂贵的技术问题；提 供一种采用自带捕获/比较单元的单片机，不需要添加任何元器件，不需要任何调试，提高工 作效率，降低成本的数字化调宽脉冲开关电源装置。
本实用新型同时解决原有开关电源工作较不稳定，可靠性不高的技术问题；提供一种具 有保护功能和自动复位功能，工作稳定，可靠性高的数字化调宽脉冲开关电源装置。
本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的本实用新型包括由互 感器和功率模块桥式电路构成的全桥开关电源主电路，所述的功率模块桥式电路与全桥开关 电源控制电路相连，所述的全桥开关电源控制电路包括单片机U20及与单片机U20相连的第一 驱动电路、第二驱动电路、第三驱动电路和第四驱动电路，每个驱动电路包括IGBT驱动模块 ，单片机U20的两个脉冲输出脚PWMb、 PWMa分别与或非门U19A、或非门U19B的第一输入脚相 连，单片机U20的控制脚control接或非门U19A、或非门U19B的第二输入脚，或非门U19A、或 非门U19B的输出脚分别接反相器U18A、 U18B的输入端，反相器U18A的输出端与第一、第二驱 动电路的IGBT驱动模块的输入端相连，反相器U18B的输出端与第三、第四驱动电路的IGBT驱 动模块的输入端相连，四个IGBT驱动模块的输出端分别接所述的桥式电路的四个功率模块， 所述的单片机U20为自带捕获/比较单元的单片机。单片机U20内预先存储有根据需要编制的工作程序，使单片机的捕获/比较单元产生调宽脉冲，工作在非对称模式，使其PWM脉冲通道 A/B和C/D为交替输出，输出4路带死区的互锁的调宽脉冲，其T0R2寄存器的值决定PWM脉冲的 周期，OCRA、 0CRB、 OCRC和OCRD寄存器的值决定P丽脉冲的宽度，它们的最大值40R2寄存器 值-死区时间。设置OCRA^CRB^CRC^CRD二PWM脉冲宽度值，设置T0R2二PWM脉冲周期值，从单 片机的脉冲输出脚输出的脉冲信号的周期、宽度及死区都是由寄存器的值决定的。单片机输 出的脉冲信号，经过或非门和反相器后到达IGBT驱动模块，驱动功率模块桥式电路工作。当 脉冲信号为低电平时，功率器件IGBT导通，当脉冲信号为高电平时，功率器件IGBT关断。单 片机U20的控制脚control为控制端口， control为低电平时，让脉冲信号正常通过，control 为高电平时，阻断脉冲信号通过。因此该开关电源装置的调宽脉冲电路不需要添加任何元器 件，所以结构特别简单，只要简单编程，就能产生4路带死区且互锁的PWM脉冲，输出灵活，不 需要调试，提高工作效率，降低成本，不但能产生调宽脉冲，也能产生调频脉冲或同时产生 调频又调宽脉冲，并且该过程不占用单片机的运算时间。
作为优选，所述的第一、第二、第三和第四驱动电路的IGBT驱动模块均连接有各自的保 护电路，每个保护电路的输入端与各自的IGBT驱动模块相连，保护电路的输出端分两路，其 中一路接或非门U19A和或非门U19B的第三输入脚，另一路接所述的单片机U20的中断引脚 INT。当主电路过电流时，IGBT驱动模块输出低电平给保护电路，保护电路输出高电平，一路 给或非门，封锁脉冲信号通过，另一路给单片机的中断引脚INT，经单片机内的工作程序处理 后，单片机的控制脚control和脉冲输出脚均输出高电平，关断脉冲的输出。起到很好的过电 流保护作用，提高开关电源装置工作的可靠性。
作为优选，所述的单片机U20上连接有自动复位电路，自动复位电路的输入端接单片机 U20的控制脚control和两个脉冲输出脚PWMb、 PWMa，自动复位电路的输出端接单片机U20的 复位脚RST。假如单片机输出错误的驱动信号，此时单片机的脉冲输出脚PWMa、 PWMb和控制脚 control均为低电平，这些信号输送给自动复位电路，使得自动复位电路的输出端输出低电平 ，该低电平输送给单片机的复位脚，促使单片机自动复位，关断输出。自动复位电路有效避免 单片机输出错误的驱动信号时开关电源装置仍在工作的现象发生，进一步确保开关电源装置 工作更可靠，提高稳定性。
作为优选，所述的IGBT驱动模块为M57962芯片，所述的单片机U20为P89LPC938芯片，所 述的保护电路包括光耦6N136芯片；在每个驱动电路中，6N136芯片的3脚接M57962芯片的8脚 ，6N136芯片的5脚接两路，其中一路接或非门U19a和或非门U19b的第三输入脚，另一路接 P89LPC938芯片的19脚，即中断引脚INT。进一步确保全桥开关电源控制电路结构简单，实现
5方便，成本较低。
作为优选，所述的自动复位电路包括电源监控芯片U21、或非门U19C和反相器U18C，或 非门U19C的三个输入脚分别与单片机U20的控制脚contro1、两个脉冲输出脚PWMb、 PWMa相连 ，或非门U19C的输出脚接反相器U18C的输入脚，反相器U18C的输出脚与单片机U20的复位脚 RST相连，反相器U18C的输出脚还与电源监控芯片U21相连。确保复位电路结构简单，实现方 便，性能稳定可靠，成本较低。
本实用新型的有益效果是利用单片机内的一个功能部件抓捕获/比较单元，只需通过 简单编程，就能产生4路带死区且互锁的PWM脉冲，不需要添加任何元器件，结构简单，无需 调试，输出灵活，不但能产生调宽脉冲，也能产生调频脉冲或调频又调宽脉冲，并且不占用单 片机的运算时间。通过设置保护电路，起到很好的过电流保护作用，通过设置自动复位电路 ，有效避免单片机输出错误的驱动信号时开关电源装置仍在工作的现象发生，提高开关电源 装置工作的可靠性和稳定性。
图l是本实用新型的全桥开关电源主电路连结示意图。 图2是本实用新型中全桥开关电源控制电路的原理图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。
实施例l:本实施例的数字化调宽脉冲开关电源装置，如图l、图2所示，包括由互感器 T2和功率模块桥式电路VT1、 VT2、 VT3、 VT4构成的全桥开关电源主电路，功率模块桥式电路 与全桥开关电源控制电路相连。全桥开关电源控制电路包括单片机U20及与单片机U20相连的 第一驱动电路、第二驱动电路、第三驱动电路和第四驱动电路，每个驱动电路包括IGBT驱动 模块，单片机U20为自带捕获/比较单元的单片机。本实施例中IGBT驱动模块为M57962芯片， 单片机U20为P89LPC938芯片。
单片机U20的脉冲输出脚PWMb与或非门U19A的2脚相连，单片机U20的控制脚control接或 非门U19A的1脚，单片机U20的中断引脚INT接或非门U19A的13脚，或非门U19A的输出脚即12 脚接反相器U18A的1脚，反相器U18A的2脚既与第一驱动电路的IGBT驱动模块M1的13脚相连又 与第二驱动电路的IGBT驱动模块M2的13脚相连，Ml的输出端C 1 、 Gl和E1接功率模块桥式电 路中的VT1， M2的输出端C2、 G2和E2接功率模块桥式电路中的VT2。
单片机U20的脉冲输出脚PWMa与或非门U19B的3脚相连，单片机U20的控制脚control接或 非门U19B的4脚，单片机U20的中断引脚INT接或非门U19B的5脚，或非门U19B的输出脚即6脚
6接反相器U18B的3脚，反相器U18B的4脚既与第三驱动电路的IGBT驱动模块M3的13脚相连又与 第四驱动电路的IGBT驱动模块M4的13脚相连，M3的输出端C3、 G3和E3接功率模块桥式电路 中的VT3， M4的输出端C4、 G4和E4接功率模块桥式电路中的VT4。
IGBT驱动模块M1、 M2、 M3和M4的8脚均与各自的保护电路相连，保护电路为光耦芯片U1 、U2、 U3、 U4，本实施例中采用光耦6N136芯片。在第一驱动电路中，U1的3脚接M1的8脚， U1的5脚接单片机U20的中断引脚INT。在第二、第三和第四驱动电路中，保护电路的连接与 上述相同，不再多述。
单片机U20上连接有自动复位电路，自动复位电路包括电源监控芯片U21、或非门U19C和 反相器U18C，或非门U19C的9脚接单片机U20的控制脚contro1，或非门U19C的11脚、IO脚分 别接单片机U20的两个脉冲输出脚PWMa、 PWMb，或非门U19C的输出脚即8脚接反相器U18C的5 脚，反相器U18C的6脚与单片机U20的复位脚RST相连，反相器U18C的6脚还与电源监控芯片 U21的2脚相连，电源监控芯片U21采用芯片CAT809L。
工作过程以第二驱动电路为例进行说明。单片机U20产生的一路PWMb脉冲信号经或非 门U19A、反相器U18A到达IGBT驱动模块M2的13脚，驱动功率器件IGBT工作。当PWMb为低电平 时，功率器件IGBT导通，当PWMb为高电平时，功率器件IGBT关断。单片机U20的控制脚 control为控制端口， control为低电平时，让PWMb脉冲正常通过，control为高电平时阻断 PWMb脉冲通过。当主电路过电流时，M2的8脚输出低电平给光耦芯片U2，光耦芯片U2的5脚输出 高电平， 一路给或非门U19A的13脚以封锁脉冲PWMb通过，另一路给单片机U20的中断引脚，经单 片机内的工作程序处理后使control和PWMb输出高电平，关断输出脉冲，起到过电流保护作用 。假如单片机输出错误的驱动信号，此时PWMa、 PWMb和control均为低电平，分别输送给或非 门U19C的11、 10、 9脚，使U19C的8脚输出高电平，则U18C的6脚输出低电平，最后到达单片机 U20的复位脚RST，促使单片机自动复位，关断输出。
输出电流I+、 I-通过分流器产生一个毫伏级的电压信号经比较放大器U13差分放大，光电 隔离芯片U16线性光电隔离，最后进入单片机U20的模拟通道AD00;输出的电压信号U+经电阻 R18和电位器VR10分压，光电隔离芯片U17线性光电隔离，最后进入单片机U20的模拟通道 ADOl。单片机U20模数转换精度为10位，过采样后可达到ll位。电阻R24和R23的串联电路实 现分压，产生的基准电压输入到单片机U20的基准端22脚。电流互感器T2输出的信号T20、 T21经二极管D10、 Dll、 D12和D13整流，电阻R25和电容C63、 C64滤波，在电位器VR11上取出 含有输出电流信号的电压，送入单片机U20的23脚，当输出发生过电流时，单片机U20的内部比 较器状态发生改变，经程序处理，关断脉冲输出，从而保护功率器件。X16和X15为数据通讯端，用于和上位机通讯，为了增强抗干扰能力，使用了强上拉电阻R16和R17。
图1中，T2为输出一次回路电流取样互感器，VT1、 VT2、 VT3和VT4组成桥式电路，电阻 Rl 02为二次回路电流取样分流器。
权利要求1.一种数字化调宽脉冲开关电源装置，其特征在于包括由互感器和功率模块桥式电路构成的全桥开关电源主电路，所述的功率模块桥式电路与全桥开关电源控制电路相连，所述的全桥开关电源控制电路包括单片机U20及与单片机U20相连的第一驱动电路、第二驱动电路、第三驱动电路和第四驱动电路，每个驱动电路包括IGBT驱动模块，单片机U20的两个脉冲输出脚PWMb、PWMa分别与或非门U19A、或非门U19B的第一输入脚相连，单片机U20的控制脚control接或非门U19A、或非门U19B的第二输入脚，或非门U19A、或非门U19B的输出脚分别接反相器U18A、U18B的输入端，反相器U18A的输出端与第一、第二驱动电路的IGBT驱动模块的输入端相连，反相器U18B的输出端与第三、第四驱动电路的IGBT驱动模块的输入端相连，四个IGBT驱动模块的输出端分别接所述的桥式电路的四个功率模块，所述的单片机U20为自带捕获/比较单元的单片机。
2.根据权利要求l所述的数字化调宽脉冲开关电源装置，其特征在于 所述的第一、第二、第三和第四驱动电路的IGBT驱动模块均连接有各自的保护电路，每个保 护电路的输入端与各自的IGBT驱动模块相连，保护电路的输出端分两路，其中一路接或非门 U19A和或非门U19B的第三输入脚，另一路接所述的单片机U20的中断引脚INT。
3.根据权利要求1或2所述的数字化调宽脉冲开关电源装置，其特征 在于所述的单片机U20上连接有自动复位电路，自动复位电路的输入端接单片机U20的控制脚 control和两个脉冲输出脚PWMb、 PWMa，自动复位电路的输出端接单片机U20的复位脚RST。
4.根据权利要求1或2所述的数字化调宽脉冲开关电源装置，其特征 在于所述的IGBT驱动模块为M57962芯片，所述的单片机U20为P89LPC938芯片，所述的保护电 路包括光耦6N136芯片；在每个驱动电路中，6N136芯片的3脚接M57962芯片的8脚，6N136芯 片的5脚接两路，其中一路接或非门U19a和或非门U19b的第三输入脚，另一路接P89LPC938芯 片的19脚，即中断引脚INT。
5.根据权利要求3所述的数字化调宽脉冲开关电源装置，其特征在于 所述的自动复位电路包括电源监控芯片U21、或非门U19C和反相器U18C，或非门U19C的三个输入脚分别与单片机U20的控制脚contro1、两个脉冲输出脚PWMb、 PWMa相连，或非门U19C的 输出脚接反相器U18C的输入脚，反相器U18C的输出脚与单片机U20的复位脚RST相连，反相器 U18C的输出脚还与电源监控芯片U21相连。
专利摘要本实用新型涉及一种数字化调宽脉冲开关电源装置，包括由互感器和功率模块桥式电路构成的全桥开关电源主电路，构成全桥开关电源控制电路的单片机自带捕获/比较单元，单片机的脉冲输出脚、控制脚经或非门、反相器与驱动电路的输入端相连，驱动电路的输出端接功率模块桥式电路。四个驱动电路有各自的保护电路，保护电路的输出端既接或非门又接单片机的中断引脚。单片机的脉冲输出脚、控制脚还与自动复位电路相连，自动复位电路又接单片机的复位脚。本实用新型的调宽脉冲不需要添加任何元器件，无需调试，不占用单片机运算时间。既有过电流保护作用，又能有效避免输出信号错误时开关电源装置仍在工作的现象发生，提高可靠性和稳定性。
文档编号H02M7/217GK201435688SQ200920302909
公开日2010年3月31日 申请日期2009年5月7日 优先权日2009年5月7日
发明者陈水木 申请人:东阳市海天电器厂