一种电焊机输出电流原边采样控制电路和方法

一种电焊机输出电流原边采样控制电路和方法，通过原边电流采样电路采集电焊机逆变主回路的原边电流，并向电流转换电路输出电流信号，电流转换电路将电流信号转换为电压信号，电流保持比较电路根据此电压信号输出反馈电压，PI调节单元根据此反馈电压动态调节电焊机的输出电流。本发明通过采集电焊机逆变主回路的原边电流间接反映电焊机输出电流的大小，对采集的电流进行处理，PI调节单元根据处理结果动态调整电焊机的输出电流，本发明采用互感器采样原边电流成本低、无干扰，本发明采用比较器控制反馈电压，提升电路精度，本发明能够动态调节输出电流，形成稳定的闭环控制系统，动态响应好且稳定。2100433B

截至2012年3月，开关电源是常用的交流转直流的电源装置，原边反馈开关电源由于其除了能根据反馈信息对输出电压进行调节外，还能根据从原边检测出的电流信息对输出电流进行适当的调节，为此原边反馈开关电源的应用越来越广泛，相应也出现了许多原边反馈开关电源控制芯片。

《一种原边反馈开关电源控制芯片》的发明人注意到了CN102237812A所公开的一种原边反馈开关电源控制器，CN102237812A所公开的这种原边反馈开关电源控制器，尽管在电压控制回路和电流控制回路上有所变化，但其本质上与市售的AP3708原边反馈开关电源控制芯片为同一种类型，附图1是简化后的CN102237812A所公开的以及市售的AP3708原边反馈开关电源控制芯片系统框图。如附图1所示，所述的原边反馈控制芯片（1）包括电压控制单元（101）、RS触发器（102）、斩波器单元（103）、驱动单元（104）、电流控制单元（105），这类原边反馈控制芯片（1）的一个显著的特点是至少包括VDD、GND、OUT、FB、CS五个引脚，所述FB引脚为辅助绕组Na电压反馈引入脚，其从与辅助绕组Na相联接的由电阻R1和电阻R2构成取样电路中取得电压反馈信号。芯片内部，FB引脚联接到电压控制单元（101）的输入端，所述CS引脚为初级电流检测信号引入脚，功率三极管G的发射极通过电阻R3接地，所述功率三极管G的集电极接至变压器3的原边绕组Np的下端，原边绕组Np的上端接至VDD引脚，所述CS引脚外部电路接至功率三极管G的发射极，以获取原边绕组Np的电流值，在芯片内部CS引脚联接到过流保护单元（105）的输入端，电压控制单元（101）和电流控制单元（105）的输出端分别联接到RS触发器（102）的S端和R端，所述RS触发器（102）的输出端即Q端联接到斩波器单元（103）的输入端，所述斩波器单元（103）可以是PWM型的，也可以是PFM型的，所述斩波器单元（103）联接到驱动单元（104），所述驱动单元（104）的输出为OUT引脚，OUT引脚外部电路接至功率三极管G的基极。VDD引脚为原边反馈控制芯片（1）的电源引脚，用于为整个芯片接入电源；FB引脚为辅助绕组Na电压反馈引入脚，通过侦测辅助绕组Na的电压来调节驱动单元（104）的输出的，使得辅助绕组Na的电压稳定在设定的值，同时控制原边绕组Np的电流在规定的范围内，最终使次级绕组Ns的输出电压稳定在设定的值，当系统正常工作时，根据变压器原理，我们有（Vdd Vz）/（Vo Vz）=NA/NS，其中Vz为二极管D1和二极管D2的正向压降，Vo为次级绕组Ns二极管D2整流后的输出电压，NA为辅助绕组Na的圈数，NS为次级绕组Ns的圈数，Vdd为VDD引脚位置处的电压值。从而我们有FB引脚的电压为（Vdd Vz）通过分压电阻R1和R2得到的分压，因此FB引脚的电压间接地反映了输出电压Vo的大小，所以可以作为输出电压Vo的反馈信号；OUT引脚为芯片的驱动单元（104）的输出引脚，用于驱动外部的功率三极管G，CS引脚为原边绕组Np电流侦测引脚，用于侦测原边绕组Np导通时的峰值电流；GND引脚为芯片的接地引脚、C1、C2为滤波电容。在采用原边反馈控制芯片（1）构成的开关电源系统中，VDD引脚位置处的电压值Vdd会随着输出电压和负载变化而在很大范围内变化，因此VDD引脚的耐压要求一般较高，即使从VDD引脚引入的外部电源的电压为5伏的情况下，控制芯片（1）仍必须采用相对耐高压BI-CMOS工艺，因为VDD引脚的耐压值要考虑至少能耐压40伏，所以2012年3月前技术的控制芯片面积较大、生产成本较高。

再者，2012年3月前技术的原边反馈控制芯片还存在由于外引脚较多，故采用这种原边反馈控制芯片来构建开关电源，所需的外围元件和应用电路亦相对复杂。

当然人们在减少开关电源控制芯片的外引脚，以使得配套的外部电路简单化，从而降低成本，提升可靠性方面还在做了不少的工作，该案发明人特别注意到了市售的TOP221-227开关电源控制芯片的结构特点，TOP221-227这种开关电源控制芯片只有漏极引脚、源极引脚以及控制极引脚三个外引脚，所述漏极引脚在使用中接原边绕组Np的下端，所述源极引脚接地，所述控制极引脚作电压信号采集端。TOP221-227这种开关电源控制芯片较为特别的地方在于将一个MOS开关管集成到了芯片中，在芯片内部利用MOS开关管的漏极作为原边绕组Np的电流信号采集点，其本质上是利用了MOS开关管导通时源极和漏极间等效于一个电阻特性实现的控制，TOP221-227这种开关电源控制芯片虽然外引脚极少，外部电路相对简单，但其存在的问题在于其功率受集成的MOS开关管的功率限制，应用起来不是太灵活，同时，在低成本应用的场合，开关管多采用普通三极管，显然TOP221-227这种开关电源控制芯片的结构特征决定了对普通三极管不适应。综上所述，2012年3月前技术有进一步改进的必要。

从一次侧加大电流的检查方法

任何反应电流的保护，都应采用这种检查方法，它是从电流互感器的一次侧通大电流来检查其二次回路接线的正确性和保护装置的动作情况等，这是一种仿真方法。实践证明，这是一种行之有效和必不可少的检查方法，特别对二次回路接线极性的检查，其他方法是难于取代的 。

试验电流

由于被保护的电气设备和线路负荷容量不一，因而主回路电流大小不一，往往由于条件的限制，试验电流的数值不能使保护装置直接按整定值动作。一般按以下情况考虑：

1）在可能的情况下，应尽可能达到使保护装置直接动作。

2）在上述要求达不到的情况下，可采取如下办法：暂时降低整定值直至最小，使保护装置动作。按比例加试验电流，测量保护元件（继电器）内的电流来检验 。

大电流试验设备

一般采用专用的负荷变压器，这种变压器的二次电压低、电流大，因容量不同而异，可任意选择。还可利用适合的变压器进行，如有适合的铁心，还可自制这种简易的变压器，也较方便适用 。

一种原边反馈开关电源控制芯片专利目的

《一种原边反馈开关电源控制芯片》的目的在于提供一种原边反馈开关电源控制芯片，其通过选择合适的电压反馈取样点以及通过选择合适的电流反馈取样点来降低原边反馈开关电源控制芯片的耐压等级，从而降低原边反馈开关电源控制芯片的面积和生产成本，并提升应用的灵活性，同时通过前述的技术措施来实现原边反馈开关电源控制芯片外引脚的减少，以简化外部配套电路，提高应用可靠性以及降低应用成本。

一种原边反馈开关电源控制芯片技术方案

《一种原边反馈开关电源控制芯片》包括电压控制单元（101）、RS触发器（102）、斩波器单元（103）、驱动单元（104）、电流控制单元（105），以及VDD、GND、OUT三个引脚，所述斩波器单元（103）经驱动单元（104）放大后由OUT引脚输出以驱动外部开关管，所述电压控制单元（101）和电流控制单元（105）分别联接到RS触发器（102）的S端和R端，以通过RS触发器（102）控制斩波器单元（103），其特征在于选择VDD引脚作为反馈电压采集点，选择OUT引脚作为原边电流信号采集点，还包括第一电压比较器（107）、第二电压比较器（108），分别将VDD引脚的电压信号和OUT引脚的电压信号接入到第一电压比较器（107）和第二电压比较器（108）的输入端，并使之与标准电压信号进行比较后分别输出到电压控制单元（101）和电流控制单元（105）。

《一种原边反馈开关电源控制芯片》的这种原边反馈开关电源控制芯片，使用时与外部电路一起构成原边反馈开关电源，其中外部电路包括变压器（3）、开关三极管G以及整流滤波单元（2），所述变压器（3）包括原边绕组Np、辅助绕组Na以及次级绕组Ns，所述开关三极管G的发射极通过电阻R3接地，集电极接至变压器（3）的原边绕组Np的下端，基极与原边反馈开关电源控制芯片的OUT引脚联接，VDD引脚与外部整流滤波单元（2）的输出侧、原边绕组Np的上端并联接，且通过反接的二极管D1联接辅助绕组Na的上端，辅助绕组Na的下端和GND引脚接地。次级绕组Ns则通过二极管D2整流和电容C1滤波后输出到负载。

在前述的应用系统中，根据变压器原理我们有（Vdd Vz）/（Vo Vz）=NA/NS，其中Vdd为VDD引脚位置的电压值，Vz为二极管的结电压，Vo为次级绕组Ns经二极管D2整流、电容C2滤波后的输出电压值。因此VDD引脚位置的电压也间接反映了次级绕组Ns经二极管D2整流，电容C2滤波后的输出电压Vo的大小，所以VDD引脚可以作为输出电压Vo的反馈信号采集点。将VDD引脚直接作为了反馈信号采集点，为此VDD引脚位置的电压值Vdd会被稳定在设定值附近，一般等于整流滤波单元（2）的输出电压值，不会随输出电压Vo和负载等外部参数而有太大的变化。在2012年3月前技术中，VDD引脚位置的电压值Vdd在5伏时，考虑输出电压Vo和负载等外部参数变化的因素，芯片仍要按远高于5伏的耐压值来设计，而《一种原边反馈开关电源控制芯片》不需要，在整流滤波单元（2）的输出电压值为5伏时，可以采用标准的5伏低压CMOS工艺，从而降低芯片的面积和生产成本。

在《一种原边反馈开关电源控制芯片》中，OUT引脚为芯片的驱动单元（104）的输出引脚，用于驱动外部的开关三极管G，同时在该发明中，OUT引脚还复用为原边绕组Np电流侦测引脚，在开关三极管G导通过程中，如果流经原边绕组Np的电流增加，电阻R3上压降Vcs亦增加，OUT引脚的电压也随之上升，OUT引脚上的电压Vout=Vbe Vcs，Vbe为功率三极管G的基极与发射极间电压，Vcs为原边绕组Np的电流流经电阻R3两端的所产生压降，由于Vbe是一个相对固定的值，因此OUT引脚上的电压Vout值的变化，直接反映了Vcs值的变化，即OUT引脚上的电压Vout可作为原边绕组Np电流信号采集点。在发明中，所述OUT引脚上的电压信号最好通过一过滤波单元（109）接至第二电压比较单元（108）的输入端，以避免杂波干扰。

选择OUT引脚作为原边电流信号采集点的积极效果在于这样使《一种原边反馈开关电源控制芯片》的原边反馈开关电源控制芯片在应用时具有极大的灵活性，由其构建的开关电源的功率在许可的范围内仅取决于开关三极管G的功率，与驱动价格昂贵的MOS管相比，显然驱动普通大功率三极管有成本上的优势，这对开关电源的低成本应用极为重要。

另外，由于《一种原边反馈开关电源控制芯片》的原边反馈开关电源控制芯片只有VDD、GND、OUT三个引脚，这也相应带来了外部电路的简单化，对降低开关电源的成本和可靠性显然有着积极的效果。

所述电压控制单元（101）可以是一个恒压控制单元，也可以是一个恒流控制单元，其具体的电路在CN102237812A所公开内容中以及以AP3708原边反馈开关电源控制芯片为代表的电路中均有充分的公开，在此不作详述。所述电流控制单元（105）主要根据采集的电流信号将原边绕组Np的电流值箝位在极限电流值上，其构成如电压控制单元（101）一样，为众多的2012年3月前技术所公开，包括CN102237812A以及以AP3708原边反馈开关电源控制芯片为代表的电路中均有充分的公开。