电源启动控制电路及其控制方法与流程

本发明涉及电力电子领域，尤其涉及一种电源启动控制电路及其控制方法。

背景技术：

本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明实施例提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

众所周知，x射线在各个领域的应用日益广泛，已经从医疗领域逐步应用到其他领域，例如，安检系统采用x射线照射携带的行李，通过成像技术检测行李中是否存在违禁物品。由于安检系统工作过程中，x射线源会频繁地启动、停止，这便要求x射线源的高压上升时间尽可能的快，同时又要防止输出的高压有较大的过冲，因为较大的高压过冲量会导致x射线管的损伤，降低x射线管的使用寿命。

由此，急需一种能够具有较快高压上升速度，且又能防止高压较大过冲的电源启动控制电路，能够应用于x射线源设备或类似设备的电源启动。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种电源启动控制电路，用以解决现有高压电源以较快速度上升到高压时导致输出高压有较大过冲的技术问题，包括：软启动电路和全桥移相控制电路；软启动电路包括：同相比例放大电路、第一电阻、第一电容、第二电阻、第一二极管和第一三极管；其中，同相比例放大电路的输入端接入软启动电压信号；同相比例放大电路的输出端经第一电阻、第一电容和第二电阻接地；第一电阻和第一电容的连接点与第一三极管的基极端连接；第一三极管的集电极端接地；第一三极管的发射极端与全桥移相控制电路的输入端连接；全桥移相控制电路的输出端与全桥移相串联谐振电压发生电路连接，用于驱动全桥移相串联谐振电压发生电路向负载输出直流电压；第一二极管的阳极端与第一三极管的基极端连接；第一二极管的阴极端与同相比例放大电路的输出端连接。

本发明实施例提供一种电源启动控制电路的控制方法，用以解决现有高压电源以较快速度上升到高压时导致输出高压有较大过冲的技术问题，该电源启动控制电路包括：软启动电路、全桥移相控制电路、反馈补偿控制电路、电压跟随器和模数转换器；软启动电路的输出端与全桥移相控制电路的输入端、电压跟随器的输入端分别连接；电压跟随器的输出端与模数转换器连接；全桥移相控制电路的输出端与全桥移相串联谐振电压发生电路的输入端连接，用于驱动全桥移相串联谐振电压发生电路向负载输出直流电压；反馈补偿控制电路的第一输入端与全桥移相串联谐振电压发生电路的输出端连接；反馈补偿控制电路的第二输入端接入电压参考信号；该方法包括：获取当前电压输出值和负载电流值；根据当前电压输出值和负载电流值，获取对应的控制电压，其中，控制电压为预先学习并通过电压跟随器和模数转换器记录的电源在当前电压输出值和负载电流值下稳定运行时的控制电压；根据当前电压输出值和负载电流值对应的控制电压，设定软启动电路的软启动电压。

本发明实施例中，与全桥移相控制电路连接的软启动电路，其软启动电压的起点值由第一电阻和第二电阻的比值确定，而软启动电压的上升速度由第一电阻、第二电阻和第一电容构成的阻尼回路的时间常数确定，使得软启动电压在开始阶段的工作占空比为非零值；且随着时间延长占空比增加量逐渐减少，从而使得输出电压既能够较快升高又不会有较大调量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。在附图中：

图1为本发明实施例中提供的一种电源启动控制电路示意图；

图2为本发明实施例中提供的一种软启动电压上升曲线示意图；

图3为本发明实施例中提供的一种电压参考信号示意图；

图4为本发明实施例中提供的一种全桥移相串联谐振逆变高压发生电路示意图；

图5为本发明实施例中提供的一种基于全桥移相串联谐振逆变高压发生电路的电源启动控制电路示意图；

图6为本发明实施例中提供的一种电源启动控制电路的控制方法流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

在本说明书的描述中，所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。参考术语“一个实施例”、“一个具体实施例”、“一些实施例”、“例如”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。各实施例中涉及的步骤顺序用于示意性说明本申请的实施，其中的步骤顺序不作限定，可根据需要作适当调整。

本发明实施例中提供了一种电源启动控制电路，该启动控制电路可以应用但不限于高压电源。图1为本发明实施例中提供的一种电源启动控制电路示意图，如图1所示，该电源启动控制电路包括：软启动电路101和全桥移相控制电路102；软启动电路101包括：同相比例放大电路101a、第一电阻r1、第一电容c1、第二电阻r2、第一二极管d1和第一三极管q1；

其中，同相比例放大电路101a的输入端接入软启动电压信号vhsoft；同相比例放大电路101a的输出端经第一电阻r1、第一电容c1和第二电阻r2接地agnd；第一电阻r1和第一电容c1的连接点与第一三极管q1的基极端连接；第一三极管q1的集电极端接地agnd；第一三极管q1的发射极端与全桥移相控制电路102的输入端连接；全桥移相控制电路的输出端与全桥移相串联谐振电压发生电路108连接，用于驱动全桥移相串联谐振电压发生电路108向负载109输出直流电压；第一二极管d1的阳极端与第一三极管q1的基极端连接；第一二极管d1的阴极端与同相比例放大电路101a的输出端连接。

可选地，上述同相比例放大电路101a可以由运算放大器来实现，由此，作为一种可选的实施方式，本发明实施例提供的电源启动控制电路中，同相比例放大电路101a可以具体包括：第一运算放大器u2a、第三电阻r3和第四电阻r4；

其中，第一运算放大器u2a的正输入端接入软启动电压信号；第一运算放大器u2a的输出端与第一电阻r1的第一端连接；第一运算放大器u2a的输出端经第三电阻r3和第四电阻r4接地agnd；第三电阻r3和第四电阻r4的连接点与第一运算放大器u2a的负输入端的连接。

本发明实施例提供的电源启动控制电路，其工作原理为：

与全桥移相控制电路连接的软启动电路，其软启动电压的起点值由第一电阻r1和第二电阻r2的比值确定，而软启动电压的上升速度由第一电阻r1、第二电阻r2和第一电容c1构成的阻尼回路的时间常数确定，使得软启动电压在开始阶段的工作占空比为非零值；且随着时间延长占空比增加量逐渐减少，从而使得输出电压既能够较快升高又不会有较大超调量。图2所示为本发明实施例提供的软启动电压上升曲线示意图。

需要注意的是，本发明实施例通过在软启动电路101中设置第一二极管d1，当系统停止工作(软启动电压信号vhsoft即刻被设置为0v)后，可以快速泄放第一电容c1上的电压，使得第一电阻r1和第一电容c1的连接点处的软启动控制电压(vks)迅速降为0v，以便为下次电源软启动准备好初始值。

在一种可选的实施例中，如图1所示，本发明实施例提供的电源启动控制电路还可以进一步包括：反馈补偿控制电路103、电压跟随器104和模数转换器105；

其中，反馈补偿控制电路103的输出端与全桥移相控制电路102的输入端连接；反馈补偿控制电路103的输入端与全桥移相串联谐振电压发生电路108的输出端连接，用于根据直流电压反馈信号对控制电压进行控制；电压跟随器104与软启动电路101中第一三极管q1的发射极端、反馈补偿控制电路103的输出端分别连接；用于将电源稳定运行后的控制电压送入模数转换器105中，记录电源稳定运行时的控制电压，以便下次运行时，根据记录的电源稳定运行时的控制电压设定软启动电路的软启动电压，使得电源启动时不超压或尽可能减少超压。

需要说明的是，反馈补偿控制电路103包括两个输入端，一个输入端与全桥移相串联谐振电压发生电路108的输出端连接(由于全桥移相串联谐振电压发生电路108输出为高压，因而，实际电路中可与全桥移相串联谐振电压发生电路108输出端的采样电路连接)，另一个输入端接入电压参考信号；根据接入的电压参考信号和反馈比值，则反馈补偿控制电路103输出电压由电压参考信号与反馈电路的输出电压确定。通过设定不同的电压参考值，反馈补偿控制电路103能够输出不同的电压。

以高压电源为例，图3为本发明实施例中提供的一种电压参考信号示意图，如图3所示，电压参考信号vhref由系统控制在一定的时间内按特定曲线从零上升到终点值。

本发明实施例中，全桥移相串联谐振电压发生电路108可以是但不限于图4所示的全桥移相串联谐振逆变高压发生电路，如图4所示，q3、q4、q5、q6为全桥的4个功率开关管，其中，q4和q6组成超前桥臂，q3和q5组成滞后桥臂，t2为超前桥臂驱动变压器，t1为滞后桥臂驱动变压器，t3为逆变变压器，c34、l1为串联谐振电路的谐振电容和电感，t3右侧为经典c-w倍压整流电路。在全桥移相芯片(例如，uc3879芯片)的驱动下，t3输出交变电压，经倍压整流后得到直流高压。

作为一种可选的实施方式，本发明实施例提供的电源启动控制电路中，全桥移相控制电路102采用uc3879全桥移相芯片，则图5所示本发明实施例中提供的一种基于全桥移相串联谐振逆变高压发生电路的电源启动控制电路示意图，图5中uc3879全桥移相芯片的输出端子h_outd和h_outc与图4所示的全桥移相串联谐振逆变高压发生电路中相应的端子连接，用于驱动超前桥臂驱动变压器；图5中uc3879全桥移相芯片的输出端子h_outb和h_outa与图4所示的全桥移相串联谐振逆变高压发生电路中相应的端子连接，用于驱动滞后桥臂驱动变压器。

如图5所示，本发明实施例提供的电源启动控制电路中，反馈补偿控制电路103可以具体包括：第二运算放大器u4a、第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7、第二电容c2、第三电容c3、第四电容c4；其中，第二运算放大器u4a的正输入端接入电压参考信号；第五电阻r5的第一端接入直流电压反馈信号；第五电阻r5的第二端与第二电容c2的第一端连接；第六电阻r6的第一端与第五电阻r5的第一端连接；第六电阻r6的第二端与第二电容c2的第二端连接；第七电阻r7的第一端与第二运算放大器u4a的负输入端连接；第七电阻r7的第二端与第三电容c3的第一端连接；第三电容c3的第二端与第二运算放大器u4a的输出端连接；第四电容c4的第一端与第七电阻r7的第一端连接；第四电容c4的第二端与第三电容c3的第二端连接；第二运算放大器u4a的输出端与全桥移相控制电路102的输入端连接。

可选地，如图5所示，本发明实施例提供的电源启动控制电路还可以进一步包括：反馈电路106；反馈电路106包括：第三运算放大器u4b、第八电阻r8、第九电阻r9；其中，第三运算放大器u4b的输出端与第五电阻r5的第一端连接；第三运算放大器u4b的输出端经第八电阻r8和第九电阻r9接地agnd；第八电阻r8和第九电阻r9的连接点与第三运算放大器u4b的负输入端连接；第三运算放大器u4b的正输入端与全桥移相串联谐振电压发生电路108的输出端连接。

需要注意的是，全桥移相串联谐振电压发生电路108的输出电压为高压，而反馈电路106的输入电压为低压，因而，反馈电路106可与全桥移相串联谐振电压发生电路108输出端的采样电路(图1和图5中省略未示出)连接，该采样电路可以是一个分压电路，用于将全桥移相串联谐振电压发生电路108输出的高压信号转换为反馈电路106所需的低压。

进一步地，该反馈电路106还可以包括：第十电阻r10、第十一电阻r11和第五电容c5；其中，第十电阻r10的第一端与全桥移相串联谐振电压发生电路108的输出端的采样电路连接；第十电阻r10的第二端与第八电阻r8的第一端连接；第八电阻r8的第二端与第三运算放大器u4b的正输入端连接；第七电阻r7和第八电阻r8的连接点经第五电容c5接地agnd。

作为一种可选的实施方式，如图5所示，本发明实施例提供的电源启动控制电路还可以进一步包括：分压电路107，用于将反馈补偿控制电路103中第二运算放大器u4a输出的电压进行分压后得到uk。该分压电路107可以包括：第十二电阻r12、第十三电阻r13、第二三极管q2；其中，第二运算放大器u4a的输出端经第十二电阻r12和第十三电阻r13接地agnd；第十二电阻r12和第十三电阻r13的连接点与第二三极管q2的基极端连接；第二三极管q2的集电极端与全桥移相控制电路的输入端连接；第二三极管q2的发射极端接地agnd。

优选地，如图5所示，本发明实施例提供的分压电路107还包括：第二二极管d2(稳压二极管)，与第十三电阻r13并联，用于对第十三电阻r13两端电压信号进行限压。需要注意的是，第二二极管d2可以确保uk最大值不超过其基准电压，例如，5.1v。

优选地，如图5所示，本发明实施例提供的分压电路107还可以包括：第六电容c6，与第十三电阻r13并联，用于对第十三电阻r13两端电压信号进行滤波。即滤除uk的毛刺。

如图5所示，本发明实施例提供的电源启动控制电路中，电压跟随器104可以具体包括：第四运算放大器u2b，第四运算放大器u2b的输出端与第四运算放大器u2b的负输入端连接；第四运算放大器u2b的正输入端与第一三极管q1的发射极端连接；第四运算放大器u2b的输出端与模数转换器105连接。可选地，模数转换器105采用ads8344nb芯片。

基于上述任意一种可选的或优选的电源启动控制电路，该电源启动控制电路的负载可以是但不限于x射线源设备，任何需要高压启动且频繁启停的设备均可以采用本发明实施例提供的电源启动控制电路。

本发明实施例提供的电源启动控制电路可以具体应用时，可以通过预先学习得到一系列不同电压输出、不同负载电流值下电源稳定运行时的控制电压值，以便在正常电源启动过程中，直接根据当前电压输出、负载电流值获取对应的控制电压来设置软启动电路的软启动电压。

由此，本发明实施例中还提供了一种电源启动控制电路的控制方法，如下面的实施例所述。由于该方法实施例解决问题的原理与电源启动控制电路相似，因此该方法实施例的实施可以参见上述电源启动控制电路实施例的实施，重复之处不再赘述。

需要说明的是，本发明实施例提供的控制方法可以应用但不限于图1或图5所示的电源启动控制电路，该电源启动控制电路可以包括：软启动电路、全桥移相控制电路、反馈补偿控制电路、电压跟随器和模数转换器；软启动电路的输出端与全桥移相控制电路的输入端、电压跟随器的输入端分别连接；电压跟随器的输出端与模数转换器连接；全桥移相控制电路的输出端与全桥移相串联谐振电压发生电路的输入端连接，用于驱动全桥移相串联谐振电压发生电路向负载输出直流电压；反馈补偿控制电路的第一输入端与全桥移相串联谐振电压发生电路的输出端连接；反馈补偿控制电路的第二输入端接入电压参考信号。

图6为本发明实施例中提供的一种电源启动控制电路的控制方法流程图，如图6所示，该控制方法可以包括如下步骤：

s601，获取当前电压输出值和负载电流值；

s602，根据当前电压输出值和负载电流值，获取对应的控制电压，其中，控制电压为预先学习并通过电压跟随器和模数转换器记录的电源在当前电压输出值和负载电流值下稳定运行时的控制电压；

s603，根据当前电压输出值和负载电流值对应的控制电压，设定软启动电路的软启动电压。

需要说明的是，上述s601至s603提供的方案，是本发明实施例提供的电源启动控制电路对控制电压进行学习后正常启动电源(例如，x射线源的高压电源)的过程中。

以图5所示的基于全桥移相串联谐振逆变高压发生电路的电源启动控制电路，正常启动过程中，假设第一运算放大器u2b引脚5处是运行时的控制电压(vkr)，第一电阻r1和第一电容c1连接点处的电压为软启动控制电压(vks)。高压一开始运行时刻，vkr被vks钳位为vks的值，随着vks从0v开始上升，当vks大于vkr后，vkr由反馈补偿控制电路决定大小。

学习前，由vhsoft确定的vks值可能不合适。因而，在学习过程中，每次高压启动将vhsoft设置为最大值(即高压逆变电路工作在最大占空比时的电压值，以图5所示的电源启动控制电路为例，当uc3879全桥移相芯片的脚2处为5v时，图4所示的高压逆变电路工作在最大占空比状态，则此时软启动控制电压vks为5v，或大于5v就是软启动控制电压的最大值，vks是由vhsoft经运算放大器放大，电阻分压后得到，其大小是vhsoft的倍，则vks的最大值缩小此倍数后得到数值即为vhsoft的最大值)。vks按图2所示软启动电压上升曲线上升到最大值，高压稳定后，vkr由vhref确定为一稳定值，此值对应本次的电压输出值(例如，图4所示的高压逆变电路的高压输出值)和负载电流值(例如，x射线管的管电流，由x射线管的阳极经过x射线管内的真空空间后到x射线管的阴极)，系统通过电压跟随器和模数转换器记录下此时的vkr值。这样系统获得了电压输出值、负载电流值和vkr值，这三个值中前两个为设定值，第三个为系统按前两个值稳定运行后的控制值。通过设定不同的电压输出值、负载电流值，可以学习获得一系列vkr值。

当学习模式结束后，可以获得一系列由电压输出值、负载电流值和vkr值为一组的数值表。当系统进入正常工作模式时，系统工作前，根据当前电压输出值(x射线管高压输出值)、负载电流值(x射线管电流输出值)的设定值，获得相应的控制电压vkr值，预先得到vks的最终值(例如，可以设定vks的最终值是vkr稳定值的1.2倍)，从而获得vhsoft。这样系统运行时，vkr的最大值不会超过其稳定值的1.2倍，从而限制了系统可能的超调量。

需要注意的是，设定vks的最终值是vkr稳定值的1.2倍仅为示例，具体比例值可以根据开发过程中调试结果确定，例如，当调试结果为1.15或1.25更合适，则设定vks的最终值是vkr稳定值的1.15或1.25倍。

综上所述，本发明实施例提供了一种电源启动控制电路，可以应用但不限于高压电源的启动控制，尤其是x射线源等需要频繁启动、停止的高压电源的启动。通过本发明实施例提供的电源启动控制电路能够使得电源输出具有较快的上升速度，又能防止高压较大过冲。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。