開關管電壓過零檢測系統及方法
2023-09-20 11:05:10
專利名稱：開關管電壓過零檢測系統及方法
技術領域：
本發明涉及一種利用普通單片機實現PWM直接驅動電磁感應能量傳遞電 路的開關管電壓過零點檢測的系統及方法。
背景技術：
如今電磁感應能量傳遞電路使用越來越廣泛，諸如電磁爐，無極燈，感應 取電，熱處理等領域。隨著單片機產品性能的不斷提高，PWM直接驅動電磁感 應能量傳遞電路因成本低而被廣泛使用。這種電路處理方式的關鍵，是在主諧 振迴路連續工作的條件下檢測開關管電壓過零點。檢測的目的是為了達到開關 管零電壓開啟。現有的技術一般是通過在主振蕩線圈兩端加電壓比較器，測試 實時主諧振頻率，從而達到PWM信號與開關管電壓過零同步的目的。這種方法 的不足一是要在測試期間停止主驅動信號運行，二是難以解決負載大範圍變化 時的過零點的快速跟蹤問題。
發明內容
針對現有技術的不足，本發明提供一種不需要停止主驅動信號，在負載大 範圍變動時能及時跟蹤過零點變化的系統。
為實現上述目的，本發明採用一觸發電路，用於在LC振蕩電壓峰值點輸出 下降沿觸發信號，並將此信號傳送給單片機進行處理。觸發電路由一第三電容、 第一至第三電阻、第一至第三二極體組成，其中，第三電容一端連接單管他激 開關電源電路，另一端連接第二電阻。第二電阻另一端和第一電阻一端以及第 一二極體的正極連接，為節點N1。節點N1連接第二二極體負極，第二二極體 的正極連接第三二極體的負極，和第三電阻一端，並連接單片機的I/0口。第一 電阻另一端連接第三二極體正極，並與單片機的VDD連接。第三電阻另一端連 接第一二極體的負極。
為實現上述目的，本發明還提供一種不需要停止主驅動信號，在負載大範 圍變動時能及時跟蹤過零點變化的方法，包括步驟
單片機等待PWM驅動的後沿；
單片機在後沿到達時啟動定時器，等待1/0 口的下降沿信號； 當下降沿信號到達，單片機關閉定時器，存儲定時時間X;
單片機將存儲的定時時間x乘以2，得2x作為下次PWM信號的驅動電平 之後的間歇時間；
多次採集定時時間x，取平均值乘以2，再輸出到單片機的PWM發生模塊。
本發明採用普通單片機，不需要停止主驅動信號，在負載大範圍變動時能 及時跟蹤過零點變化。
圖1為本發明開關管電壓過零檢測系統及方法電路框圖2為本發明開關管電壓過零檢測系統及方法一次時間採集的軟體流程圖3為本發明開關管電壓過零檢測系統及方法的PWM、開關管C極、單片 機1/0 口電壓波形的關係圖。
具體實施例方式
如圖1所示，在本實施例中，主振蕩線圈10是能量交換的媒介，電容11 和主振蕩線圈10構成諧振迴路。開關管2和主振蕩線圈10，電容11構成普通 的單管他激開關電源電路。
觸發電路3用於在LC振蕩電壓峰值點輸出下降沿觸發信號。觸發電路3由 第三電容13、第一至第三電阻31至33、第一至第三二極體21至23組成，其 中，第三電容13—端連接單管他激開關電源電路，另一端連接第二電阻32。第 二電阻32另一端和第一電阻31 —端以及第一二極體21的正極連接，為節點 Nl。節點Nl連接第二二極體22負極，第二二極體22的正極連接第三二極體 23的負極，和第三電阻33 —端，並連接單片機1的I/O 口。第一電阻31另--端連接第三二極體23正極，並與單片機1的VDD連接。第三電阻33另一端連 接第一二極體21的負極。
一旦開關管2導通，電容13很快達到平衡狀態，兩端電壓為VDD，也就是 說電阻32通過電流幾乎為零，二極體21處於截至狀態。同時，取電阻33阻值
大大超過電阻31的阻值，例如本實施方式取20倍左右，那麼單片機1的I/O 口
從電阻31， 二極體22，和電阻33分壓得到高電平信號。 一旦開關管2截至， 儲存在主振蕩線圈10中的磁場能量即刻向電容11轉移，主振蕩線圈10同時也 通過電容13，電阻32， 二極體22，電阻33，電容12釋放能量，加上二極體23 的鉗位作用，單片機l的I/0口也保持高電平；當儲存在主振蕩線圈IO中的磁 場能量全部轉移到電容11後，電容11中的電場能量開始向主振蕩線圈10中釋 放，這也是開關管電壓的峰值電壓點，這時候儲存在電容13中的電場能量也開 始沿著主振蕩線圈10，電容12、 二極體21和電阻32的路徑放電，也就是從這 時候起二極體21開始正嚮導通了，節點N1的電壓為負，二極體22不再導通， 單片機1的1/0 口電平在電阻33的下拉下變為零。通過此過程，本系統可捕捉 開關管2的電壓峰值點。
如圖2和圖3所示，為本發明的一次時間採集軟體處理流程圖。在步驟S210 中，單片機1等待PWM驅動信號的後沿；在步驟S220中，單片機1在後沿到 達時啟動自身的定時器，等待I/0口的下降沿信號；在步驟S230中，當下降沿 信號到達，單片機l關閉自身的定時器，存儲定時時間x;在步驟S240中，單 片機l將步驟S230中存儲的定時時間x乘以2，得2x，作為下次PWM信號的 驅動電平之後的間歇時間，完成一次時間採集。此處的優選方案為，單片機1 重複執行多次流程圖中步驟，將多個x值取其均值，再乘以2得2x，將此結果 輸出到單片機l的PWM發生模塊，PWM發生模塊為普通單片機通常具備的軟 件功能模塊。
以上內容是結合具體的實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認
定本發明的具體實施只局限於這些說明。對於本發明所屬技術領域的普通技術 人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換， 都應當視為屬於本發明由所提交的權利要求書確定的專利保護範圍。
權利要求
1、一種開關管電壓過零檢測系統，包括一單管他激開關電源電路、一觸發電路和一單片機所述單管他激開關電源電路與所訴觸發電路連接，所述觸發電路與所述單片機連接，由所述觸發電路在振蕩電壓峰值點輸出下降沿觸發信號，並將此信號傳送給所述單片機進行處理，其特徵在於，所述觸發電路包括一第三電容、第一至第三電阻、第一至第三二極體；其中，所述第三電容一端連接所述單管他激開關電源電路，另一端連接所述第二電阻；所述第二電阻另一端和所述第一電阻一端以及所述第一二極體的正極連接，並連接所述第二二極體負極，所述第二二極體的正極連接所述第三二極體的負極，和所述第三電阻一端，並連接所述單片機的I/O口；所述第一電阻另一端連接所述第三二極體正極，並與所述單片機的VDD連接；所述第三電阻另一端連接所述第一二極體的負極。
2、 如權利要求l所述開關管電壓過零檢測系統，其特徵在於，所述第三電 阻阻值至少是所述第一電阻阻值的20倍。
3、 一種開關管電壓過零檢測方法，其特徵在於，包括步驟 所述單片機等待PWM驅動的後沿；所述單片機在後沿到達時啟動定時器，等待1/0 口的下降沿信號； 當下降沿信號到達，所述單片機關閉定時器，存儲定時時間；所述單片機將存儲的定時時間乘以2，作為下次PWM信號的驅動電平之後 的間歇時間。
4、 如權利要求3所述開關管電壓過零檢測方法，其特徵在於，還包括步驟 所述單片機多次採集定時時間，取其平均值再乘以2，再輸出到所述單片機的 PWM發生模塊。
全文摘要
本發明通過一單管他激開關電源電路、一觸發電路和一單片機實現PWM直接驅動電磁感應能量傳遞電路的開關管電壓過零點檢測。由觸發電路在LC振蕩電壓峰值點輸出下降沿觸發信號，並將此信號傳送給單片機進行處理，單片機採集多次時間取其均值輸出到PWM輸出模塊。本發明採用普通單片機即可實現，不需要停止主驅動信號，在負載大範圍變動時能及時跟蹤過零點變化。
文檔編號G01R19/165GK101105511SQ200710075629
公開日2008年1月16日 申請日期2007年8月4日 優先權日2007年8月4日
發明者宋護朝 申請人:深圳市拓邦電子科技股份有限公司