一种PDM控制电路的制作方法

本实用新型属于保护电流技术领域，具体涉及一种PDM控制电路。

背景技术：

在开关电源设计中，输出电压的控制是高性能开关电源必须解决的关键问题，能否设计出性能良好的控制电路十分地重要。传统常用的基于PWM技术的控制电路存在诸多的不足，一个就在于其控制电路的响应时间，其使得控制电路的控制效率不高。随着PDM技术的提出，提高控制电路的响应时间和控制效率有了可行的方向。基于PDM技术的控制电路相对PWM有更短的收敛时间和更稳定的环路特性，本专利以基于脉冲密度调制(PDM) 的高频感应加热电源主要研究对象。但是目前基于PDM的控制电路不多，且PDM感应加热源在闭环工作状态下稳定性较差，调功开始和结束时响应速度慢，导致资源浪费，故这些问题还有待解决。

美国SiliconGeneral公司跟随电力电子技术发展需要适时推出了SG3525，该芯片被广泛应用于功率MOS管构成的逆变器中。该芯片是一种双端输出式电流控制型PWM控制器，其主要通过外接的反馈电流与基准信号的比较来对占空比进行调节。SG3525具有双环控制结构，提高了感应加热电源的功率调整率以及瞬态响应特征，是一款比较理想的控制器。该芯片既能运行于主从模式，又能通过连接外同步信号实现互补输出信号与其同步。目前的控制电路怎么样提高电路控制效率、响应速度和稳定性是研究的主要方向，基于SG3525 双环控制结构的提高功率调整率和响应快的优点进行控制电路设计，能够有效提高电路控制效率和响应速度。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于：解决目前传统PWM技术的控制电路响应时间慢，控制效率不高，且基于PDM的控制电路容易因为PDM感应加热源在闭环工作状态下稳定性较差，调功开始和结束时响应速度慢，导致资源浪费的问题，提出了一种PDM控制电路。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种PDM控制电路，包括将电源电路中电流互感器输出的感应电流信号输入到PDM 控制电路，PDM控制电路包括与电流互感器输出的电流信号连接的PDM调功电路和频率跟踪电路，频率跟踪电路的信号输出端连接PDM调功电路的时钟频率信号信号端，PDM 调功电路的信号输出端连接到下级功率器件驱动控制电路的驱动信号端，其中PDM调功电路由比较器和与比较器连接的PDM调制电路组成，频率跟踪电路由与SG3525同步模块和与SG3525的外同步端连接的过零比较器组成。

进一步，所述PDM调功电路连接如下：将电流互感器输出的感应电流信号经全波整流后转化为电压信号，将该电压信号输入RC峰值检波电路，RC峰值检波电路的输出信号端连接比较器U1的反向输入端，比较器U1的正向输入端连接可调基准电压信号，比较器 U1的输出信号连接比较器U1B的正向输入端，比较器U1B的反向输入端连接全波整流后的电压信号端，比较器U1B的信号输出端连接PDM调制电路的调功信号输入端；

PDM调制电路由5个D触发器和与D触发器连接的4个与非门组成，电路连接如下： D触发器U5A的清零端作为PDM调制电路的调功信号输入端连接比较器U1B的信号输出端，频率跟踪电路的信号输出端连接D触发器U4A、D触发器U4B、D触发器U5A、D触发器U6B的CLK端，D触发器U4A、D触发器U4B、D触发器U6B和D触发器U7A的清零端接电源，D触发器U5A的D端连接D触发器U4B的Q端，D触发器U5A的Q端连接D触发器U6B的D端，D触发器U6B的Q端连接D触发器U7A的CLK端，5个D 触发器的PR端都接电源，D触发器U4A的Q端分别与4个与非门U2A、U2B、U3A和 U3B的一个输入端连接，D触发器U7A的D端与D触发器U7A的Q非端连接，D触发器 U7A的CLK端分别与与非门U3A和U3B的另一个输入端连接，D触发器U7A的Q非端与与非门U2B的另一个输入端连接，D触发器U7A的Q端与非门U2A的另一个输入端连接。

进一步，所述下级驱动控制电路为MOS管驱动电路。

进一步，所述功率器件为由4个开关器件组成，形成4种工作状态的控制。

进一步，所述频率跟踪电路由一个过零电压比较器和与输出端分别连接的两个或非门组成。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型中，基于SG3525双环控制结构的提高功率调整率和响应快的优点进行 PDM控制电路设计，能够有效提高电路控制效率和响应速度，经过频率跟踪电路输出的信号输入至SG3525芯片外同步端，保证3525的11、14脚互补输出的方波驱动信号与系统的谐振频率一致，最终实现PDM控制模式，由于PDM感应加热电源在闭环工作状态下稳定性较差，调功开始和结束时响应速度慢，导致资源浪费，因此本设计在SG3525芯片处外接扫频电路，从而缩短响应时间，减少损耗。

2、本实用新型中，PDM调功电路设计采用逻辑电路实现，其工作稳定可靠且易于检查电路故障情况。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本实用新型电路示意图；

图2是本实用新型PDM调功电路示意图；

图3是本实用新型功率器件4种工作状态电路示意图；

图4是本实用新型实施例2中的频率跟踪电路示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本实用新型，即所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型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实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，术语“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。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

本实用新型较佳实施例提供的一种过流保护电路，电路原理图如图1所示，

一种PDM控制电路，包括将电源电路中电流互感器输出的感应电流信号输入到PDM 控制电路，PDM控制电路包括与电流互感器输出的电流信号连接的PDM调功电路和频率跟踪电路，频率跟踪电路的信号输出端连接PDM调功电路的时钟频率信号信号端，PDM 调功电路的信号输出端连接到下级功率器件驱动控制电路的驱动信号端，其中PDM调功电路由比较器和与比较器连接的PDM调制电路组成，频率跟踪电路由与SG3525同步模块和与SG3525的外同步端连接的过零比较器组成。

本实用新型中，基于SG3525双环控制结构的提高功率调整率和响应快的优点进行PDM 控制电路设计，能够有效提高电路控制效率和响应速度，经过频率跟踪电路输出的信号输入至SG3525芯片外同步端，保证3525的11、14脚互补输出的方波驱动信号与系统的谐振频率一致，最终实现PDM控制模式，由于PDM感应加热电源在闭环工作状态下稳定性较差，调功开始和结束时响应速度慢，导致资源浪费，因此本设计在SG3525芯片处外接扫频电路即频率跟踪电路，从而缩短响应时间，减少损耗。

SG3525芯片为16引脚封装，其引脚功能如下：(1)引脚1为误差放大器“-”输入端。此引脚在闭环工作状态下一般接反馈信号。在本设计中1脚接地。(2)引脚2为误差放大器“+”输入端。此端口一般均接入给定的基准信号。在本文中，2脚连接16脚。(3)引脚 3用来接入外部同步信号。通过外接同步脉冲信号能够使输出的两路驱动信号与谐振信号频率一致。在本文中，将频率跟踪电路的输出信号输入至引脚3。(4)引脚4为振荡器输出端。 (5)引脚5外接定时电容。(6)引脚6外接定时电阻。(7)引脚7为振荡器放电端。其之间与引脚5通过外接一个死区电阻形成放电回路。(8)引脚8为软启动接入端。本文中该引脚做悬空处理。(9)引脚9为补偿输入端。本文中该引脚做悬空处理。(10)为外部关断信号输入端引脚10。当引脚信号为高电平时关断控制器。在本文的电路中未用到该功能，该引脚做接地处理。(11)引脚11为互补输出端A。(12)引脚12为信号地。(13)引脚13 用于连接输出级偏置电压。本文中外接+5V电压。(14)引脚14为互补输出端B。(15)引脚15为偏置电源接入端。本文中外接+15V电压。(16)引脚16为基准电源输出端。

进一步，所述PDM调功电路如图2所示，连接如下：将电流互感器输出的感应电流信号经全波整流后转化为电压信号，将该电压信号输入RC峰值检波电路，RC峰值检波电路的输出信号端连接比较器U1的反向输入端，比较器U1的正向输入端连接可调基准电压信号，比较器U1的输出信号连接比较器U1B的正向输入端，比较器U1B的反向输入端连接全波整流后的电压信号端，比较器U1B的信号输出端连接PDM调制电路的调功信号输入端；

PDM调制电路由5个D触发器和与D触发器连接的4个与非门组成，电路连接如下： D触发器U5A的清零端作为PDM调制电路的调功信号输入端连接比较器U1B的信号输出端，频率跟踪电路的信号输出端连接D触发器U4A、D触发器U4B、D触发器U5A、D触发器U6B的CLK端，D触发器U4A、D触发器U4B、D触发器U6B和D触发器U7A的清零端接电源，D触发器U5A的D端连接D触发器U4B的Q端，D触发器U5A的Q端连接D触发器U6B的D端，D触发器U6B的Q端连接D触发器U7A的CLK端，5个D 触发器的PR端都接电源，D触发器U4A的Q端分别与4个与非门U2A、U2B、U3A和 U3B的一个输入端连接，D触发器U7A的D端与D触发器U7A的Q非端连接，D触发器 U7A的CLK端分别与与非门U3A和U3B的另一个输入端连接，D触发器U7A的Q非端与与非门U2B的另一个输入端连接，D触发器U7A的Q端与非门U2A的另一个输入端连接。

所述下级驱动控制电路为MOS管驱动电路。首先，将电流互感器产生的感应电流经全波整流后转化为电压信号，经过RC电路峰值检波后，该信号同可调的基准电压进行比较，当电流反馈信号超过给定基准信号上限值时，电源开始调功，比较器输出调功信号使D触发器UA5清零，从而使驱动信号变为低电平，关断MOS管，此时负载电流呈指数衰减，对工件的功率输出随之减小；之后当反馈信号低于给定基准下限值时，调功信号消失，相应的功率MOS管开通，功率调节停止，系统正常输出功率。通过上述的功率调节方案来实现输出频率和功率的稳定。

本实用新型中，PDM调功电路设计采用逻辑电路实现，其工作稳定可靠且易于检查电路故障情况。

实施例2

本实用新型较佳实施例在实施例1的基础上，所述功率器件为由4个开关器件组成，如图3所示，形成4种工作状态的控制。模式(a)，(b)时，开关器件1Q、3Q和2Q、4Q成组轮流导通，图中所示为串联谐振逆变电路。谐振时，逆变器负载电压为矩形波，电流为正弦波，理想状态下电流与电压相位一致。当1Q、4Q关断或2Q、3Q关断，且2Q、3Q或 1Q、4Q轮流导通时，逆变器工作在模式(c)或(d)。当处于模式(c)时，输出电流的流动方向为L-R-C-Q3-D2-L，即3Q和2D形成闭合回路；在模式(d)中，输出电流的流向为 C-R-L-D1-Q4-C即4Q和1D形成闭合回路。在(c)或(d)模式中，负载两端的电压为零，电流呈自然衰减振荡。

实施例2

本实用新型较佳实施例在实施例1的基础上，所述频率跟踪电路由一个过零电压比较器和与输出端分别连接的两个或非门组成，如图4所示。谐振回路的电流经感应线圈采样整流后生成iout，iout信号分成两路，一路经过R1转换为电压信号输入至比较器的同相输入端，另一路经过移相电路C1，R2，R3处理后输入比较器的反相输入端，经过对比后比较器输出一组5V的窄方波信号。该方波信号先经过上拉后分别输入至或非门UA2的其中一端和或非门UC2的两端，或非门UA2的另一侧输入信号为或非门UC2的输出经过移相后的信号。这两路信号通过或非运算后产生的窄脉冲直接输入至SG3525的3脚外同步端，从而让驱动频率和输出电流的频率保持一致。此时，MOSFET的驱动频率fc随着谐振频率 f0变化而变化。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。