磁控管灯丝电源控制系统的制作方法

1.本技术涉及微波磁控管技术领域，具体而言，涉及一种磁控管灯丝电源控制系统。


背景技术：

2.传统的磁控管灯丝电源多采用反激式的开关电源，反激式开关电源适合功率一般应用在100w以下，但是灯丝电源的输出的是小电压大电流，而且功率一般在100w以上，在实际应用中需要输出一个比较稳定的直流电压以给灯丝预热提供能量，并对其进行精确地保护，因此使用正激拓扑会更适合。
3.有一些厂家生产的磁控管灯丝电源虽然已经具备采样电路和采用电流模式pwm控制器来控制磁控管灯丝的工作，并且能对磁控管灯丝的输出电压信号和电流信号进行采样；但是缺少相应的集监控和保护功能一体化的电路，缺少对辅助电压、以及磁控管灯丝的输出电压信号和电流信号进行实时监测，及时调整电流模式pwm控制器的输出脉宽信号大小，以及不能及时对超过安全范围的电压和电流信号进行检测并控制磁控管灯丝停止工作。
4.针对上述问题，目前尚未有有效的技术解决方案。


技术实现要素：

5.本技术的目的在于提供一种磁控管灯丝电源控制系统，能实时对辅助电源的电压参数和正激式开关电源的输出电压电流参数进行监测，并判断电压和电流参数是否异常从而停止磁控管电源的功率输出以及实时调整电流模式pwm控制器的输出脉宽信号大小，实现一体化监控和保护的功能。
6.本技术提供了一种磁控管灯丝电源控制系统，用于控制磁控管灯丝的工作，包括主功率模块、采样控制模块和电流模式pwm控制器，所述主功率模块包括功率开关管，所述主功率模块和电流模式pwm控制器电性连接，所述主功率模块用于输出提供磁控管灯丝工作的功率，所述电流模式pwm控制器用于给所述主功率模块提供驱动所述功率开关管的脉冲信号；其中，还包括监控保护模块；所述监控保护模块的输出端和所述电流模式pwm控制器电性连接；所述采样控制模块分别和所述监控保护模块的输入端、所述电流模式pwm控制器以及所述主功率模块电性连接；所述采样控制模块用于对所述主功率模块的电压信号和电流信号进行采样，将采样后的电流信号和电压信号传输到所述监控保护模块和所述电流模式pwm控制器，所述电流模式pwm控制器还用于根据采样后的电压电流信号来调整输出输出脉宽信号大小；一方面，所述监控保护模块用于判断所述采样到的电压信号或者所述采样到的电流信号是否超过预设阈值，若超过，则控制所述电流模式pwm控制器停止输出，从而使所述主功率模块停止工作；另一方面，所述监控保护模块还用于根据采样到的电压电流信号来实时调整电流模式pwm控制器的输出脉宽信号大小。
7.本技术提供的磁控管灯丝电源控制系统，包括主功率模块、电流模式pwm控制器、采样控制模块和内置的监控保护模块，采样控制模块能采集主功率模块的电压信号和电流信号并传输给监控保护模块和电流模式pwm控制器，监控保护模块不仅能实现对主功率模块的电压参数和电流参数的实时监控，如果主功率模块的输出电压信号或者电流信号超过预设的安全范围，监控保护模块就会及时控制电流模式pwm控制器停止工作，保护电路和磁控管灯丝；还能根据采集到的电压电流信号的大小持续调整输出，从而调整电流模式pwm控制器的输出脉宽信号，实现闭环。
8.可选地，所述主功率模块为一个单管三绕组正激变换器。
9.相较于传统的反激变换器，正激变换器具有输出小电压，大电流的特点，并且更适合功率在100w以上的电源输出。
10.可选地，所述单管三绕组正激变换器包括原边模块、副边模块和磁复位模块，所述原边模块和所述磁复位模块电性连接，所述磁复位模块包括第三二极管和磁复位绕组，所述第三二极管和所述磁复位绕组串接；所述原边模块包括原边绕组和第五场效应管，所述原边绕组和所述第五场效应管串接；所述副边模块包括副边绕组、滤波电感、第一二极管、第二二极管、第一电容和负载电阻；所述副边绕组、所述第一二极管和所述第二二极管依次串接；所述滤波电感和所述第一电容串接后和所述第二二极管并联；所述负载电阻和所述第一电容并联；所述原边模块和所述功率开关管，通过对所述功率开关管的开关控制实现所述原边模块与所述副边模块的能量交换和功率传输。
11.单管三绕组正激变换器适用于100w以上200w以下的电源，且经过变换后的输出电压具备瞬时稳态特性，且电压电流输出特性较反激的好。
12.可选地，所述采样控制模块包括副边电流采样模块，所述副边电流采样模块的输入端和所述副边模块电性连接，所述副边电流采样模块的输出端和所述监控保护模块电性连接；所述副边电流采样模块用于采集所述副边模块的电流信号并传输给所述监控保护模块。
13.可选地，所述采样控制模块包括原边电流采样模块，所述原边电流采样模块用于采集所述原边模块的电流信号并传输给所述电流模式pwm控制器。
14.本技术通过原边电流采样模块和副边电流采样模块的采样反馈，实现分别对变换器的高压侧和低压侧的电流信号进行采样，从而实现对磁控管灯丝电源多方位进行采样，实现更精确的保护。
15.可选地，所述采样控制模块包括电压采样模块，所述电压采样模块用于采集所述主功率模块的输出电压信号并传输给所述监控保护模块。
16.可选地，所述电压采样模块包括电压转频率模块和频率转电压模块，所述电压转频率模块和所述频率转电压模块均包括lm331芯片。
17.可选地，所述监控保护模块包括保护电路和mcu控制单元，所述mcu控制单元的输出端和所述保护电路的输入端连接；所述mcu控制单元的输入端用于接收来自所述采样控制模块的电压信号和电流信号，并判断所述电压信号和所述电流信号是否超出预设阈值，若是，则控制所述保护电路停止输出，从而使所述电流模式pwm控制器停止输出。
18.可选地，所述保护电路包括第四三极管、第六电阻、第二电阻、光耦、第二场效应管
和ucc3804芯片，所述第四三极管的基极和所述mcu控制单元的输出端连接，所述第四三极管的发射极接地，所述第四三极管的集电极通过限流电阻和所述光耦的输入端连接，所述光耦的输出端和所述第二场效应管的栅极和源极连接，所述第二场效应管的栅极还连接外部供电电压，所述第二电阻串接在所述第二场效应管的漏极和外部供电电压之间，所述第二场效应管的源极接地，所述第二场效应管的漏极分别和所述ucc3804芯片的vcc引脚以及外部供电电压连接，所述第六电阻串接在所述第二场效应管的栅极和外部供电电压之间。
19.可选地，所述保护电路还包括电压基准芯片，所述电压基准芯片串接在所述第四三极管和所述光耦之间，所述电压基准芯片的ref脚连接15v辅助电源。
20.由上可知，本技术提供的磁控管灯丝电源控制系统，包括主功率模块、采样控制模块、电流模式pwm控制器、以及监控保护模块，其中主功率模块采用的是单管三绕组正激功率变换器，具备输出电压电流稳定且瞬态控制特性佳的优点，采样控制模块包括电流采样模块和电压采样模块，电压采样模块通过lm331芯片先将电压信号转频率信号，再将频率信号转为电压信号，实现模拟数字的有效隔离以及更有效地保证传输的稳定性；原边电流采样模块通过采样电阻进行采样反馈给电流模式pwm控制器，电流模式pwm控制器根据反馈回来的电流值，调整输出脉冲的占空比，使主功率模块的的电流稳定，从而使磁控管灯丝的输入电流保持稳定；副边电流采样模块通过霍尔传感器进行采样反馈到mcu控制单元，mcu控制单元进行实时地判断和及时的保护；保护电路使用电压基准芯片对辅助电源的电压进行监控；mcu控制单元实时监控电源的电压和电流参数，如果参数异常，mcu控制单元将通过保护电路将电流模式pwm控制器的电源电压拉至地，关闭其输出回路，从而使主功率模块停止工作，实现实时保护电路。
21.本技术的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本技术了解。本技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
22.图1为本技术提供的磁控管灯丝电源控制系统的一种流程图。
23.图2为本技术提供的单管三绕组正激变换器的一种电路原理图。
24.图3为本技术提供的保护电路的一种电路原理图。
25.标号说明：100、主功率模块；200、采样控制模块；210、副边电流采样模块；220、电压采样模块；221、电压转频率模块；222、频率转电压模块；230、原边电流采样模块；300、监控保护模块；310、保护电路；320、mcu控制单元；400、电流模式pwm控制器；111、磁复位模块；112、副边模块；113、原边模块；140、功率开关管；d1、第一二极管；d2、第二二极管；d3、第三二极管；n1、磁复位绕组；n2、原边绕组；n3、副边绕组；l1、滤波电感；c1、第一电容；rl、负载电阻；q4、第四三极管；q1、光耦；q2、第二场效应管；q5、第五场效应管；r6、第六电阻；r2、第二电阻；u1、ucc3804芯片；q3、电压基准芯片。
具体实施方式
26.下面将结合本技术实施例中附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整
地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术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技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
27.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本技术的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
28.请参照图1，图1是本技术一些实施方式中的磁控管灯丝电源控制系统的流程图，用于控制磁控管灯丝的工作，包括主功率模块100、采样控制模块200和电流模式pwm控制器400，主功率模块100包括功率开关管140，主功率模块100和电流模式pwm控制器400电性连接，主功率模块100用于输出提供磁控管灯丝工作的功率，电流模式pwm控制器400用于给主功率模块100提供驱动功率开关管140的脉冲信号；其特征在于，包括监控保护模块300；监控保护模块300的输出端和电流模式pwm控制器400电性连接；采样控制模块200分别和监控保护模块300的输入端、电流模式pwm控制器400以及主功率模块100电性连接；采样控制模块200用于对主功率模块100的电压信号和电流信号进行采样，将采样到的电流信号和电压信号传输到监控保护模块300和电流模式pwm控制器400，电流模式pwm控制器400还用于根据输入信号和采样到的电流信号来调整输出输出脉宽信号大小；一方面，监控保护模块300用于判断采样到的电压信号或者采样到的电流信号是否超过预设阈值，若超过，则控制电流模式pwm控制器400停止输出，从而使主功率模块100停止工作；另一方面，监控保护模块300还用于根据采样到的电压电流信号来实时调整电流模式pwm控制器400的输出脉宽信号大小。
29.其中，主功率模块100的输入电压具体先输入交流电压208v，然后交流电压208v通过emi滤波器（现有技术）进行滤波，将交流电压中的干扰信号去除；再经过功率变换以及现有的整流滤波电路，将交流电压转换为直流电压，减小脉动的直流电压中的交流成分，保留其直流成分，使输出电压纹波系数降低，波形变得比较平滑，最后输出一个稳定的直流电压给磁控管灯丝。
30.其中，采样控制模块200包括电压和电流的采样，主功率模块100的输出电压和电流经过采样，被传送到监控保护模块300。监控保护模块300对接收到的电压信号以及电流信号进行判断，如果电压信号或者电流信号超出安全范围，那么监控保护模块300控制电流模式pwm控制器400停止输出脉冲信号，从而使主功率模块100停止工作。
31.本技术提供的磁控管灯丝电源控制系统，包括主功率模块100、电流模式pwm控制器400、采样控制模块200和内置的监控保护模块300，采样控制模块200能采集主功率模块的电压信号和电流信号并传输给监控保护模块300和电流模式pwm控制器400，监控保护模块300不仅能实现对主功率模块100的电压参数和电流参数的实时监控，如果主功率模块100的输出电压信号或者电流信号超过预设的安全范围，监控保护模块300就会及时控制电流模式pwm控制器400停止工作，保护电路和磁控管灯丝；还能根据采集的电压电流信号的大小持续调整输出，从而调整电流模式pwm控制器400的输出脉宽电流信号，实现闭环。
32.在一些实施方式中，主功率模块100为一个单管三绕组正激变换器。在实际应用
中，交流电压208v经过emi滤波器滤波、正激变换器功率变换以及输出整流后，最终得到一个符合磁控管灯丝的工作电压。其中，相较于传统的反激变换器，正激变换器具有输出小电压，大电流的特点，可以为磁控管灯丝提供输出特性更好的工作电压电流信号。
33.参阅图2，在进一步的实施方式中，单管三绕组正激变换器包括原边模块113、副边模块112和磁复位模块111，原边模块113和磁复位模块111电性连接，磁复位模块111包括第三二极管d3和磁复位绕组n1，第三二极管d3和磁复位绕组n1串接；原边模块113包括原边绕组n2和第五场效应管q5，原边绕组n2和第五场效应管q5串接；副边模块112包括副边绕组n3、滤波电感l1、第一二极管d1、第二二极管d2、第一电容c1和负载电阻rl；副边绕组n3、第一二极管d1和第二二极管d2依次串接；滤波电感l1和第一电容c1串接后和第二二极管d2并联；负载电阻rl和第一电容c1并联；原边模块113和功率开关管140，通过对所述功率开关管140的开关控制实现原边模块113与副边模块112的能量交换和功率传输。
34.其中，负载电阻rl指代磁控管灯丝。
35.在实际应用中，当第五场效应管q5导通时，第一二极管d1导通，第二二极管d2截止，副边绕组n3和原边绕组n2之间相当于一个降压变换器，从原边模块113输入的电压经过原边绕组n2向负载电阻rl输送能量，滤波电感l1储存能量；当第五场效应管q5截止时，第一二极管d1截止，滤波电感l1的储能通过第二二极管d2向负载电阻rl释放，使负载电阻rl的输出电压具备瞬时稳态特性。磁复位绕组n1与第三二极管d3串联起到去磁复位的作用。由此可见，单管三绕组正激变换器适用于100w以上200w以下的电源，且经过变换后的输出电压具备瞬时稳态特性。
36.在一些实施方式中，采样控制模块200包括副边电流采样模块210，副边电流采样模块210的输入端和副边模块112电性连接，副边电流采样模块210的输出端和监控保护模块300电性连接；副边电流采样模块210用于采集副边模块112的电流信号并传输给监控保护模块300。在实际应用中，副边电流采样模块210通过现有的携带霍尔传感器的电路或者仪器进行采样，然后通过现有的放大电路，将放大后的采样信号传输到监控保护模块300。
37.在进一步的实施方式中，采样控制模块200包括原边电流采样模块230，原边电流采样模块230用于采集原边模块113的电流信号并传输给电流模式pwm控制器400，电流模式pwm控制器400能及时调整输出脉冲的占空比，实时调整电源输出的电压电流大小，使磁控管灯丝的输入保持稳定。
38.在实际应用中，由于本技术的单管三绕组正激变换器为降压变换器，原边模块113为高压侧，副边模块112为低压侧；磁控管灯丝预热的时候电流高达30多安培，因此如何对磁控管灯丝电源进行多方位的采样是整个磁控管灯丝电源的重中之重；本技术通过设置原边电流采样模块230和副边电流采样模块210，实现分别对变换器的高压侧和低压侧的电流信号进行采样，相比于只单独对副边模块112的电流信号进行采样，能够对磁控管灯丝电源多方位进行采样，实现更精确的保护。并且在实际应用中，原边电流采样模块230或者副边电流采样模块210之间为独立的模块，彼此互不干扰，即使原边电流采样模块230或者副边电流采样模块210其中一方出现故障，另一采样模块也能正常工作，提高了可靠性；而且，原边模块113和副边模块112的电流参数和电压参数存在一定的比例关系，因此还可以通过原边电流采样模块230和副边电流采样模块210采集的电流参数进行核算，进一步保证采样控
制模块200获取参数的真实性。
39.在一些实施方式中，采样控制模块200包括电压采样模块220，电压采样模块220用于采集主功率模块100的输出电压信号并将传输给监控保护模块300。其中，电压采样模块220可通过现有的电压采样电路实现。通过这种方式，可以进一步提高磁控管灯丝输出的稳定性。
40.在进一步的实施方式中，电压采样模块220包括电压转频率模块221和频率转电压模块222，电压转频率模块221和频率转电压模块222均包括lm331芯片。其中，lm331是一款高精度频率-电压转换芯片,可以用于ad转换、频率-电压转换、电压-频率转换和转速测量等，由于lm331采用了新的温度补偿能隙基准电路，在整个工作温度范围内和低到4.0v电源电压下都有极高的精度。lm331的动态范围宽，可达100db；线性度好，最大非线性失真小于0.01% ，工作频率低到1hz时尚有较好的线性；变换精度高，数字分辨率可达12位；本技术的电压转频率模块221和频率转电压模块222可由现有的设置有lm331芯片的转换电路实现，在此不再赘述。在实际应用中，电压采样模块220实际上是采集副边模块112的电压信号，即采集磁控管灯丝的工作电压信号，并且本技术的电压采样采用的是电压转频率、频率转电压的方式，不仅可以实现模拟与数字的隔离，以及主功率模块100和电压采样模块220的隔离，而且实现了传输无线损、无干扰的效果。
41.在一些实施方式中，监控保护模块300包括保护电路310和mcu控制单元320，mcu控制单元320的输出端和保护电路310的输入端连接；mcu控制单元320的输入端用于接收来自采样控制模块200的电压信号和电流信号 ，并判断电压信号和电流信号是否超出预设阈值，若是，则控制保护电路310停止输出，从而使主功率模块100停止工作。其中，mcu控制单元320又称微控制单元、或者单片机，为现有技术。单片机集成度高，可靠性强，即使单片机工作时间长，也不容易出现故障。
42.参阅图3，在进一步的实施方式中，保护电路310包括第四三极管q4、第六电阻r6、第二电阻r2、光耦q1、第二场效应管q2和ucc3804芯片u1，第四三极管q4的基极和mcu控制单元320的输出端连接，第四三极管q4的发射极接地，第四三极管q4的集电极通过限流电阻和光耦q1的输入端连接，光耦q1的输出端和第二场效应管q2的栅极和源极连接，第二场效应管q2的栅极还连接外部供电电压，第二电阻r2串接在第二场效应管q2的漏极和外部供电电压之间，第二场效应管q2的源极接地，第二场效应管q2的漏极分别和ucc3804芯片u1的vcc引脚以及外部供电电压连接，第六电阻r6串接在第二场效应管q2的栅极和外部供电电压之间。
43.其中，电压基准芯片q3为现有技术；ucc3804芯片u1的输出引脚和原边模块113电性连接；在实际应用中，第二电阻r2的阻值远小于第六电阻r6，通过这种设置方式，当保护电路310接收mcu控制单元320输出的电平信号为低电平时（即采集的电压信号或电流信号超出预设阈值），第四三极管q4截止，供电电压通过第六电阻r6给第二场效应管q2提供驱动电压，第二场效应管q2导通，且实际电路中第二电阻r2只有10ω，因此通过第二电阻r2将u1的vcc拉至地，即ucc3804芯片u1不工作，ucc3804芯片的输出引脚停止向原边模块113输出脉冲信号，使单管三绕组正激变换器停止工作，电路进入保护状态。
44.在进一步的实施方式中，保护电路310还包括电压基准芯片q3，电压基准芯片q3的串接在第四三极管q4和光耦q1之间，电压基准芯片q3的ref脚连接15v辅助电源。其中，辅助
电源可直接提供；当电压基准芯片q3的ref脚的电压大于内部基准电压2.5v时，它才能正常工作，因此当辅助电源的15v电压低于10v时，此时的ref脚电压不足会导致电压基准芯片q3工作发生故障，所以电压基准芯片q3有监控辅助电源的电压的作用，即当电压异常时，可以关闭输出。
45.其中，电压基准芯片q3为现有技术，限流电阻是为了避免过大的电流烧毁器件而串联的保护性电阻，图纸中的电阻r113、r112和r111都是限流电阻，在本技术的电路中起到了分压以及提供电流限制的作用，从而保护光耦q1、第四三极管q4和电压基准芯片q3；在实际应用中，当保护电路310接收mcu控制单元320电平输出的电平信号为高电平时，第四三极管q4导通，当15v辅助电源正常时，电压基准芯片q3也正常工作，因此光耦q1才可以正常工作输出，将第二场效应管q2的栅极的电平信号拉至地，外部供电电压通过限流电阻向ucc3804芯片u1的vcc引脚提供电源电压，ucc3804芯片的输出引脚正常工作向原边模块113输出脉冲信号，使单管三绕组正激变换器正常工作，电路正常输出。
46.由上可知，本技术提供的磁控管灯丝电源控制系统，包括主功率模块100、采样控制模块200、电流模式pwm控制器400、以及监控保护模块300，其中主功率模块100采用的是单管三绕组正激变换器，具备输出电压稳定且瞬态控制特性佳的优点，采样控制模块200包括副边电流采样模块210和电压采样模块220，电压采样模块220通过lm331芯片先将电压信号转频率信号，再将频率信号转为电压信号，实现模拟数字的有效隔离以及更有效地保证传输的稳定性；原边电流采样模块230通过采样电阻进行采样反馈给电流模式pwm控制器400，电流模式pwm控制器400根据输入信号以及反馈回来的电流值，调整输出脉冲的占空比，使磁控管灯丝的输入电流保持稳定；副边电流采样模块210通过霍尔传感器进行采样反馈到mcu控制单元320，mcu控制单元320进行实时地判断和及时的保护；保护电路310使用电压基准芯片q3对辅助电源的电压进行监控，mcu控制单元320实时监控电源的电压和电流参数，如果电源参数异常，mcu控制单元320将通过保护电路310将电流模式pwm控制器400的电源电压拉至地，关闭其输出回路，从而使主功率模块100停止工作，实现实时保护电路。
47.在本技术所提供的实施例中，应该理解到，所揭露系统和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，系统或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
48.另外，作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
49.再者，在本技术各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
50.在本文中，诸如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。
51.以上所述仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。