一種高頻大功率電子式功率切換器及切換方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及電磁感應(yīng)加熱【技術(shù)領(lǐng)域】，公開一種高頻率大功率電子式功率切換器及切換方法，包括:功率切換器主電路、四路驅(qū)動(dòng)電路，所述功率切換器主電路輸入端與電源相連，功率切換器主電路輸出端分別與1#負(fù)載、2#負(fù)載相連，功率切換器主電路的控制端通過四路驅(qū)動(dòng)電路與控制信號(hào)產(chǎn)生電路相連。本發(fā)明能夠有效提高功率切換器的切換頻率、生產(chǎn)效率、使用壽命，減少了切換器的體積、工作噪音、維護(hù)工作量以及故障帶來的直接經(jīng)濟(jì)損失。
【專利說明】一種高頻大功率電子式功率切換器及切換方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電磁感應(yīng)加熱【技術(shù)領(lǐng)域】。尤其涉及一種高頻大功率電子式功率切換器及切換方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，在汽車、工程機(jī)械、農(nóng)用機(jī)械、工具等零部件鍛造成型前的感應(yīng)加熱以及后續(xù)的表面淬火感應(yīng)加熱，鋼管、鋼板、鋼筋生產(chǎn)過程中的感應(yīng)熱處理，鑄造成型生產(chǎn)過程中的感應(yīng)熔煉等領(lǐng)域；為了提高設(shè)備的利用率、生產(chǎn)效率，降低投資成本，因此普遍性采用一臺(tái)感應(yīng)加熱電源帶兩套或多套加熱負(fù)載，在應(yīng)用上必須使用切換器按規(guī)定的操作制度完成不同加熱負(fù)載之間的功率切換或選擇，如今，都是使用電動(dòng)切換器、氣動(dòng)切換器、手動(dòng)切換完成功率切換的任務(wù)。
[0003]專利號(hào)為201120231878.8公開了一種“氣動(dòng)高頻大功率切換器”，它是采用氣缸活塞桿運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)觸塊與靜觸塊閉合或斷開完成功率切換；在應(yīng)用中切換器需要頻繁動(dòng)作并有較大的沖擊力、接觸壓力容易造成觸塊表面疲勞點(diǎn)蝕、表面氧化物、機(jī)械機(jī)構(gòu)松動(dòng)等因素造成接觸不良，引起打火燒毀觸塊及感應(yīng)加熱電源內(nèi)部器件的損壞，并且結(jié)構(gòu)復(fù)雜、后續(xù)維護(hù)工作量較大。
[0004]專利號(hào)為02280721.7公開了一種“水冷式功率切換器”，其結(jié)構(gòu)是氣缸帶動(dòng)動(dòng)觸頭、與帶有冷卻水管的靜觸頭閉合或斷開完成功率切換，在電流較小、切換頻率較低時(shí)使用基本可以，然而在自動(dòng)化程度較高、生產(chǎn)速度較快、電流較大，要求切換頻率較高、壽命較長(zhǎng)的應(yīng)用中已無法滿足生產(chǎn)要求。
[0005]因此，本行業(yè)迫切需要一種能夠連續(xù)高頻率切換、大功率、使用壽命無次數(shù)限制、安裝方便、維護(hù)簡(jiǎn)單、體積小、噪音小的功率切換器。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]為了克服現(xiàn)有功率切換器存在的壽命短、故障率高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、接觸不良打火、切換頻率低、噪音大的技術(shù)難題，本發(fā)明公開一種高頻率大功率電子式功率切換器及切換方法。
[0007]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
一種高頻率大功率電子式功率切換器，包括:功率切換器主電路、四路驅(qū)動(dòng)電路，所述功率切換器主電路輸入端與電源相連，功率切換器主電路輸出端分別與1#負(fù)載、2#負(fù)載相連，功率切換器主電路的控制端通過四路驅(qū)動(dòng)電路與控制信號(hào)產(chǎn)生電路相連。
[0008]一種高頻率大功率電子式功率切換器，所述功率切換器主電路包括.Λ#負(fù)載切換器電路、2#負(fù)載切換器電路，
所述1#負(fù)載切換器由兩個(gè)反向并聯(lián)的功率半導(dǎo)體器件Tl、Τ2組成，Tl的控制極連接Net009、Net008 端；T2 的控制極連接 NetOlO, NetOll 端；
所述2#負(fù)載切換器由兩個(gè)反向并聯(lián)的功率半導(dǎo)體器件Τ3、Τ4組成，Τ3的控制極連接Net013、Net012 端；T4 的控制極連接 Net015、Net014 端。
[0009]一種高頻率大功率電子式功率切換器，所述控制信號(hào)產(chǎn)生電路包括:同步變壓器BK1、電壓比較器U2、選通互鎖電路、觸發(fā)器，所述與電源相連的同步變壓器BKl經(jīng)電壓比較器U2與選通互鎖電路相連，所述選通互鎖電路由邏輯或非門U3、邏輯與門U4、邏輯或門U5、邏輯與非門U6電連接構(gòu)成，所述邏輯或非門U3、邏輯與門U4、邏輯或門U5、邏輯與非門U6的輸出端分別與觸發(fā)器U1A、U1B、U2A、U2B電連接構(gòu)成。
[0010]一種高頻率大功率電子式功率切換器，所述功率半導(dǎo)體器件T1、T2、T3、T4為晶閘管或Mos管、IGBT。
[0011]一種高頻率大功率電子式功率切換器，所述同步變壓器BKl為鐵氧體磁芯，相位延時(shí)為小于 I。，觸發(fā)信號(hào) Net020、Net021、Net022、Net023 與信號(hào) Net014、Net016 同步。
[0012]一種高頻率大功率電子式功率切換器，所述4路驅(qū)動(dòng)電路的觸發(fā)信號(hào)Net020、Net021、Net022、Net023為短脈沖信號(hào)；所述4路驅(qū)動(dòng)電路的每路驅(qū)動(dòng)電路由功率放大三極管與脈沖變壓器連接的隔離二次側(cè)二極管電路電連接構(gòu)成，功率放大三極管的基極為短脈沖信號(hào)輸入端，脈沖變壓器輸出端連接的半波整流二極管負(fù)極為控制功率半導(dǎo)體開通與關(guān)斷的開關(guān)信號(hào)。
[0013]一種高頻率大功率電子式功率切換方法，其步驟如下:
1)、同步變壓器BKl的輸入端信號(hào)取至電源輸出母線，經(jīng)降壓隔離后產(chǎn)生低電壓信號(hào)Net003傳輸至比較器U2 ；
2)、經(jīng)比較器U2處理后產(chǎn)生占空比為50%的對(duì)稱方波信號(hào)Net002傳輸至W、2#負(fù)載的選通、互鎖電路U3-1、U4-2、U5-3、U6-1引腳端口 ；
3)、將控制的選通信號(hào)NetOOl傳輸至互鎖電路U3-2、U4-l、U5-l、U6-2引腳端口； 當(dāng)選通信號(hào)NetOOl為高電平時(shí)，互鎖電路U3-3、U5-3輸出為低電平，互鎖電路U4-3、
U6-3輸出方波信號(hào)Net004、Net005 ;其上升沿使觸發(fā)器U1A、UlB輸出短脈沖信號(hào)Net020、Net021傳輸并控制驅(qū)動(dòng)電路使1#負(fù)載工作，驅(qū)動(dòng)電路每路經(jīng)三極管功率放大脈沖變壓器隔離二次側(cè)二極管半波整流后輸出觸發(fā)信號(hào)分別為Net008/Net009、NetOlO/NetOll，分別控制功率半導(dǎo)體器件的控制極用于控制Tl、T2的開通與關(guān)斷，1#負(fù)載工作時(shí)，電源正半周經(jīng)Tl，負(fù)半周經(jīng)T2到負(fù)載形成電流回路；
當(dāng)選通信號(hào)NetOOl為低電平時(shí)，互鎖電路U4-3、U6-3輸出為低電平，互鎖電路U3-3、U5-3輸出方波信號(hào)Net006、Net007 ;其上升沿使觸發(fā)器U2A、U2B輸出短脈沖信號(hào)Net022、Net023傳輸并控制驅(qū)動(dòng)電路使2#負(fù)載工作；驅(qū)動(dòng)電路每路經(jīng)三極管功率放大脈沖變壓器隔離二次側(cè)二極管半波整流后輸出觸發(fā)信號(hào)分別為Net012/Net013、Net014/Net015，分別控制功率半導(dǎo)體器件的控制極用于控制T3、T4的開通與關(guān)斷，2#負(fù)載工作時(shí)電源正半周經(jīng)Τ3、負(fù)半周經(jīng)Τ4負(fù)載形成電流回路。
[0014]其中，Net003為同步變壓器降壓后的信號(hào)，Net002為比較器U2輸出的方波信號(hào)，NetOOl為1#負(fù)載、2#負(fù)載之間的選通與互鎖信號(hào)，Net004、Net005、Net020、Net021為NetOOl高電平1#負(fù)載選通時(shí)的輸出波形，Net006、Net007、Net022、Net023為NetOOl低電平2#負(fù)載選通時(shí)的輸出波形。
[0015]由于采用如上所述的技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下優(yōu)越性:
本發(fā)明能夠有效提高功率切換器的切換頻率、生產(chǎn)效率、使用壽命，減少了切換器的體 積、工作噪音、維護(hù)工作量以及故障帶來的直接經(jīng)濟(jì)損失。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1是功率切換器主電路與驅(qū)動(dòng)電路圖。
[0017]圖2是控制信號(hào)產(chǎn)生電路圖。
[0018]圖3是高頻率大功率電子式功率切換器關(guān)鍵控制點(diǎn)的時(shí)序波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]如圖1、2、3所示，一種高頻率大功率電子式功率切換器，包括:功率切換器主電路、四路驅(qū)動(dòng)電路，所述功率切換器主電路輸入端與電源相連，功率切換器主電路輸出端分別與1#負(fù)載、2#負(fù)載相連，功率切換器主電路的控制端通過四路驅(qū)動(dòng)電路與控制信號(hào)產(chǎn)生電路相連。
[0020]所述功率切換器主電路包括:1#負(fù)載切換器電路、2#負(fù)載切換器電路，
所述1#負(fù)載切換器由兩個(gè)反向并聯(lián)的功率半導(dǎo)體器件Tl、T2組成，Tl的控制極連接Net009、Net008 端；T2 的控制極連接 NetOlO, NetOll 端；
所述2#負(fù)載切換器由兩個(gè)反向并聯(lián)的功率半導(dǎo)體器件Τ3、Τ4組成，Τ3的控制極連接Net013、Net012 端；T4 的控制極連接 Net015、Net014 端。
[0021]所述控制信號(hào)產(chǎn)生電路包括:同步變壓器BK1、電壓比較器U2、選通互鎖電路、觸發(fā)器，所述與電源相連的同步變壓器BKl經(jīng)電壓比較器U2與選通互鎖電路相連，所述選通互鎖電路由邏輯或非門U3、邏輯與門U4、邏輯或門U5、邏輯與非門U6電連接構(gòu)成，所述邏輯或非門U3、邏輯與門U4、邏輯或門U5、邏輯與非門U6的輸出端分別與觸發(fā)器U1A、U1B、U2A、U2B電連接構(gòu)成。
[0022]所述功率半導(dǎo)體器件Tl、T2、T3、T4為晶閘管或Mos管、IGBT。所述同步變壓器BKl為鐵氧體磁芯，相位延時(shí)為小于1°，觸發(fā)信號(hào)Net020、Net021、Net022、Net023與信號(hào)Net014、Net016同步。所述4路驅(qū)動(dòng)電路的觸發(fā)信號(hào)Net020、Net021、Net022、Net023為短脈沖信號(hào)；所述4路驅(qū)動(dòng)電路的每路驅(qū)動(dòng)電路由功率放大三極管與脈沖變壓器連接的隔離二次側(cè)二極管電路電連接構(gòu)成，功率放大三極管的基極為短脈沖信號(hào)輸入端，脈沖變壓器輸出端連接的半波整流二極管負(fù)極為控制功率半導(dǎo)體開通與關(guān)斷的開關(guān)信號(hào)。
[0023]一種高頻率大功率電子式功率切換方法，其步驟如下:
1)、同步變壓器BKl的輸入端信號(hào)取至電源輸出母線，經(jīng)降壓隔離后產(chǎn)生低電壓信號(hào)Net003傳輸至比較器U2 ；
2)、經(jīng)比較器U2處理后產(chǎn)生占空比為50%的對(duì)稱方波信號(hào)Net002傳輸至W、2#負(fù)載的選通、互鎖電路U3-1、U4-2、U5-3、U6-1引腳端口 ；
3)、將控制的選通信號(hào)NetOOl傳輸至互鎖電路U3-2、U4-l、U5-l、U6-2引腳端口； 當(dāng)選通信號(hào)NetOOl為高電平時(shí)，互鎖電路U3-3、U5-3輸出為低電平，互鎖電路U4-3、
U6-3輸出方波信號(hào)Net004、Net005 ;其上升沿使觸發(fā)器U1A、UlB輸出短脈沖信號(hào)Net020、Net021傳輸并控制驅(qū)動(dòng)電路使1#負(fù)載工作，驅(qū)動(dòng)電路每路經(jīng)三極管功率放大脈沖變壓器隔離二次側(cè)二極管半波整流后輸出觸發(fā)信號(hào)分別為Net008/Net009、NetOlO/NetOll，分別控制功率半導(dǎo)體器件的控制極用于控制Tl、T2的開通與關(guān)斷，1#負(fù)載工作時(shí)，電源正半周經(jīng)Tl，負(fù)半周經(jīng)T2到負(fù)載形成電流回路；
當(dāng)選通信號(hào)NetOOl為低電平時(shí)，互鎖電路U4-3、U6-3輸出為低電平，互鎖電路U3-3、U5-3輸出方波信號(hào)Net006、Net007 ;其上升沿使觸發(fā)器U2A、U2B輸出短脈沖信號(hào)Net022、Net023傳輸并控制驅(qū)動(dòng)電路使2#負(fù)載工作；驅(qū)動(dòng)電路每路經(jīng)三極管功率放大脈沖變壓器隔離二次側(cè)二極管半波整流后輸出觸發(fā)信號(hào)分別為Net012/Net013、Net014/Net015,分別控制功率半導(dǎo)體器件的控制極用于控制T3、T4的開通與關(guān)斷，2#負(fù)載工作時(shí)電源正半周經(jīng)Τ3、負(fù)半周經(jīng)Τ4負(fù)載形成電流回路。
[0024]其中，Net003為同步變壓器降壓后的信號(hào)，Net002為比較器U2輸出的方波信號(hào)，NetOOl為1#負(fù)載、2#負(fù)載之間的選通與互鎖信號(hào)，Net004、Net005、Net020、Net021為NetOOl高電平1#負(fù)載選通時(shí)的輸出波形，Net006、Net007、Net022、Net023為NetOOl低電平2#負(fù)載選通時(shí)的輸出波形。
[0025]在圖1中，觸發(fā)信號(hào)Net020、Net021、Net022、Net023為短脈沖信號(hào)控制4路驅(qū)動(dòng)電路，經(jīng)三極管功率放大脈沖變壓器隔離二次側(cè)二極管半波整流后輸出4路觸發(fā)信號(hào)分別為 Net008/Net009、NetOlO/NetOll、Net012/Net013、Net014/Net015,分別控制功率半導(dǎo)體器件的控制極用于控制T1、T2、T3、T4的開通與關(guān)斷，1#負(fù)載工作時(shí)電源正半周經(jīng)Tl、負(fù)半周經(jīng)Τ2到負(fù)載形成電流回路，2#負(fù)載工作時(shí)電源正半周經(jīng)Τ3、負(fù)半周經(jīng)Τ4負(fù)載形成電流回路。
[0026]在圖2中，同步變壓器BKl的輸入端信號(hào)取至電源輸出母線經(jīng)降壓隔離后產(chǎn)生低電壓信號(hào)Net003連接至比較器U2，經(jīng)比較器處理后產(chǎn)生占空比為50%的對(duì)稱方波信號(hào)Net002連接至1#、2#負(fù)載的選通、互鎖電路U3_l、U4_2、U5_3、U6-1引腳端口，選通信號(hào)NetOOl連接至U3-2、U4-1、U5-1、U6-2引腳端口且為高電平時(shí)，U3_3、U5-3輸出為低電平，U4-3、U6-3輸出方波信號(hào)Net004、Net005其上升沿使觸發(fā)器U1A、UlB輸出短脈沖信號(hào)Net020、Net021并控制驅(qū)動(dòng)電路使1#負(fù)載工作；選通信號(hào)NetOOl為低電平時(shí)U4_3、U6-3輸出為低電平，U3-3、U5-3輸出方波信號(hào)Net006、Net007其上升沿使觸發(fā)器U2A、U2B輸出短脈沖信號(hào)Net022、Net023并控制驅(qū)動(dòng)電路使2#負(fù)載工作。
[0027]在圖3中，Net003為同步變壓器降壓后的信號(hào)，Net002為比較器U2輸出的方波信號(hào)，NetOOl為1#負(fù)載、2#負(fù)載之間的選通與互鎖信號(hào)，Net004、Net005、Net020、Net021為NetOOl高電平1#負(fù)載選通時(shí)的輸出波形，Net006、Net007、Net022、Net023為NetOOl低電平2#負(fù)載選通時(shí)的輸出波形。
【權(quán)利要求】
1.一種高頻率大功率電子式功率切換器，其特征在于:包括:功率切換器主電路、四路驅(qū)動(dòng)電路，所述功率切換器主電路輸入端與電源相連，功率切換器主電路輸出端分別與1#負(fù)載、2#負(fù)載相連，功率切換器主電路的控制端通過四路驅(qū)動(dòng)電路與控制信號(hào)產(chǎn)生電路相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高頻率大功率電子式功率切換器，其特征在于:所述功率切換器主電路包括:1#負(fù)載切換器電路、2#負(fù)載切換器電路， 所述1#負(fù)載切換器由兩個(gè)反向并聯(lián)的功率半導(dǎo)體器件Tl、T2組成，Tl的控制極連接Net009、Net008 端；T2 的控制極連接 NetOlO, NetOll 端； 所述2#負(fù)載切換器由兩個(gè)反向并聯(lián)的功率半導(dǎo)體器件Τ3、Τ4組成，Τ3的控制極連接Net013、Net012 端；T4 的控制極連接 Net015、Net014 端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高頻率大功率電子式功率切換器，其特征在于:所述控制信號(hào)產(chǎn)生電路包括:同步變壓器BK1、電壓比較器U2、選通互鎖電路、觸發(fā)器，所述與電源相連的同步變壓器BKl經(jīng)電壓比較器U2與選通互鎖電路相連，所述選通互鎖電路由邏輯或非門U3、邏輯與門U4、邏輯或門U5、邏輯與非門U6電連接構(gòu)成，所述邏輯或非門U3、邏輯與門U4、邏輯或門U5、邏輯與非門U6的輸出端分別與觸發(fā)器U1A、U1B、U2A、U2B電連接構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高頻率大功率電子式功率切換器，其特征在于:所述功率半導(dǎo)體器件Tl、T2、T3、T4為晶閘管或Mos管、IGBT0
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高頻率大功率電子式功率切換器，其特征在于:所述同步變壓器BKl為鐵氧體磁芯，相位延時(shí)為小于1°，觸發(fā)信號(hào)Net020、Net02U Net022、Net023 與信號(hào) Net01 4、Net016 同步。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高頻率大功率電子式功率切換器，其特征在于:所述4路驅(qū)動(dòng)電路的觸發(fā)信號(hào)Net020、Net021、Net022、Net023為短脈沖信號(hào)；所述4路驅(qū)動(dòng)電路的每路驅(qū)動(dòng)電路由功率放大三極管與脈沖變壓器連接的隔離二次側(cè)二極管電路電連接構(gòu)成，功率放大三極管的基極為短脈沖信號(hào)輸入端，脈沖變壓器輸出端連接的半波整流二極管負(fù)極為控制功率半導(dǎo)體開通與關(guān)斷的開關(guān)信號(hào)。
7.一種高頻率大功率電子式功率切換方法，其特征在于:其步驟如下: 1)、同步變壓器BKl的輸入端信號(hào)取至電源輸出母線，經(jīng)降壓隔離后產(chǎn)生低電壓信號(hào)Net003傳輸至比較器U2 ； 2)、經(jīng)比較器U2處理后產(chǎn)生占空比為50%的對(duì)稱方波信號(hào)Net002傳輸至W、2#負(fù)載的選通、互鎖電路U3-1、U4-2、U5-3、U6-1引腳端口 ； 3)、將控制的選通信號(hào)NetOOl傳輸至互鎖電路U3-2、U4-l、U5-l、U6-2引腳端口； 當(dāng)選通信號(hào)NetOO I為高電平時(shí)，互鎖電路U3-3、U5-3輸出為低電平，互鎖電路U4-3、U6-3輸出方波信號(hào)Net004、Net005 ;其上升沿使觸發(fā)器U1A、UlB輸出短脈沖信號(hào)Net020、Net021傳輸并控制驅(qū)動(dòng)電路使1#負(fù)載工作，驅(qū)動(dòng)電路每路經(jīng)三極管功率放大脈沖變壓器隔離二次側(cè)二極管半波整流后輸出觸發(fā)信號(hào)分別為Net008/Net009、NetOlO/NetOll，分別控制功率半導(dǎo)體器件的控制極用于控制Tl、T2的開通與關(guān)斷，1#負(fù)載工作時(shí)，電源正半周經(jīng)Tl，負(fù)半周經(jīng)T2到負(fù)載形成電流回路； 當(dāng)選通信號(hào)NetOOl為低電平時(shí)，互鎖電路U4-3、U6-3輸出為低電平，互鎖電路U3-3、U5-3輸出方波信號(hào)Net006、Net007 ;其上升沿使觸發(fā)器U2A、U2B輸出短脈沖信號(hào)Net022、Net023傳輸并控制驅(qū)動(dòng)電路使2#負(fù)載工作；驅(qū)動(dòng)電路每路經(jīng)三極管功率放大脈沖變壓器隔離二次側(cè)二極管半波整流后輸出觸發(fā)信號(hào)分別為Net012/Net013、Net014/Net015,分別控制功率半導(dǎo)體器件的控制極用于控制T3、T4的開通與關(guān)斷，2#負(fù)載工作時(shí)電源正半周經(jīng)Τ3、負(fù)半周經(jīng)Τ4負(fù)載形成電流回路； 其中，Net003為同步變壓器降壓后的信號(hào)，Net002為比較器U2輸出的方波信號(hào)，NetOOl為1#負(fù)載、2#負(fù)載之間的選通與互鎖信號(hào)，Net004、Net005、Net020、Net021為NetOOl高電平1#負(fù)載選通時(shí)的輸出波形，Net006、Net007、Net022、Net023為NetOOl低電平2#負(fù)載選通時(shí)的輸出波形。
【文檔編號(hào)】H05B6/06GK103813555SQ201410041809
【公開日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2014年1月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月29日
【發(fā)明者】劉光輝, 王傳智, 郭鵬超 申請(qǐng)人:洛陽(yáng)科諾工業(yè)設(shè)備有限公司