一种加热控制电路的制作方法

1.本实用新型涉及合成金刚石技术领域，特别涉及一种加热控制电路。


背景技术：

2.人工高温高压法合成金刚石，国内主要以六面顶液压机为主，其工作时在油压的作用下，液压缸带动六个活塞和顶锤，施加在正六面体的合成块上，形成高压腔体，同时通过低压大电流隔离变压器次级、铜编织线和相对方向的两个顶锤构成电流回路，合成块内导电材料在大电流作用下自发热产生高温，从而在压机中心位置形成高温超高压腔体，合理的控制内部压强和温度才能生产出高品级金刚石，由于高温高压合成腔体内部压强可达15gpa~30gpa，温度达1300度左右，任何物质在如此高温超高压环境中都会发生物性的变化，所以金刚石合成的高温超高压腔体内温度和压强直接检测十分困难，其中温度控制通常采用腔体外部易测电压和电流得到加热功率，用施加功率和时间的正比关系来衡量合成腔体内温度，即“间接测量”，施加合成腔体的功率则采用晶闸管移相调压，来调整低压大电流隔离变压器初级电压，从而改变次级输出电压和加热电流，达到控制合成腔体内温度的目的。间接测量技术要求外部检测的参数与被测参数密切相关，且尽可能准确、误差小，对于人工合成金刚石来说，只有对施加腔体的电压电流进行精确控制腔体施加的功率，反映内部温度的变化。
3.现有技术中，由于晶闸管移相调功装置简单，可靠性高，在国内人工合成金刚石的加热过程中普遍采用这种方式， 但晶闸管移相调压会产生寄次高次谐波成分，使用常规仪表和传感器测量存在较大的误差。
4.在加热过程中，要求加热回路与地或机体绝缘隔离，实际工作中，主要依靠隔离大电流变压器、顶锤和液压缸体之间的环氧树脂板及固定顶锤的螺栓绝缘垫来达到对地绝缘的目的，但由于工作时缸体和顶锤之间承受非常高的压力和温度，长期工作会造成环氧树脂板和绝缘垫破裂或老化等，使加热顶锤失去绝缘，当一端接地，尚可继续工作，对加热腔体温度影响甚微，如若出现两端同时接地，严重影响金刚石合成质量或造成产品报废，甚至造成机体损坏和人身事故。公告号为cn2583872y的中国实用新型专利公开了一种具有真有效值反馈的可控硅调压稳压装置，该装置采用了真有效值转换放大器实现了精准调压并具有过流保护和不对称保护，但对于加热回路接地时不能确定是哪一端接地，需要将一侧大截面铜排或编织线拆除，才能确定具体接地端，费时费工。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种加热控制电路，在实现精准调压的同时，准确确定加热顶锤两端对地短路无绝缘时的具体接地部位。
6.为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：本实用新型提供的加热控制电路，包括电源、同步脉冲电路、移相控制电路、放大推动电路、绝缘监测指示电路。
7.同步脉冲电路由可控硅移相触发器和可控脉冲振荡器组成，用于产生触发晶闸管
导通的移相触发脉冲；移相控制电路由电压真有效值检测电路和移相控制电压产生电路组成，用于产生同步脉冲电路的移相控制电压；放大推动电路用于对移相触发脉冲放大并控制晶闸管导通；绝缘监测指示电路用于识别加热负载是否接地，所述绝缘监测指示电路由至少两路取样电压输入电路、整流桥、电压耦合电路、放大驱动电路、指示电路组成，所述整流桥的其中一个输入端接取样电压输入电路的输出端，另一个输入端接地。
8.在一些实施例中，所述取样电压输入电路为轮流导通的第一开关和第二开关，所述的第一开关和第二开关的取样电压输出端分别连接第一整流桥和第二整流桥的输入端，电压耦合电路包括第一耦合电路和第二耦合电路，所述第一耦合电路和第二耦合电路分别对应连接所述第一整流桥和第二整流桥的输出端，所述第一耦合电路和第二耦合电路的输出端与所述放大驱动电路的输入端连接，所述指示电路包括第四开关、第五开关、第一指示器和第二指示器，所述第四开关和第五开关的输入端连接所述放大驱动电路的输出端，所述第四开关和第五开关的输出端分别对应连接第一指示器和第二指示器。
9.在一些实施例中，所述的第一开关和第二开关分别为第一继电器和第二继电器，所述的第一整流桥和第二整流桥为全桥整流桥，所述的第一耦合电路和第二耦合电路分别为第一光电耦合器和第二光电耦合器，所述放大驱动电路为高电压驱动器，所述第四开关和第五开关分别为第四继电器和第五继电器，所述第一指示器和第二指示器分别为第一发光管和第二发光管。
10.在一些实施例中，所述移相控制电压产生电路包括缓冲放大器、比例积分放大器和电压跟随器，所述缓冲放大器的输入端与上位机连接，所述缓冲放大器的输出端连接所述比例积分放大器的输入端，所述比例积分放大器的输出端连接所述电压跟随器的输入端，所述电压跟随器的输出端连接所述可控硅移相触发器的移相控制端。
11.在一些实施例中，所述电压真有效值检测电路包括取样电压电流放大电路、电流真有效值转换放大电路、电压真有效值转换放大电路和反馈电路，合成腔体的电压与电流通过所述取样电压电流放大电路输入所述电流真有效值转换放大电路和所述电压真有效值转换放大电路的输入端，所述电流真有效值转换放大电路和所述电压真有效值转换放大电路的输出端与所述反馈电路的输入端连接，所述反馈电路的输出端与所述比例积分放大器的输入端连接。
12.在一些实施例中，还设有电压不对称报警电路，所述电压不对称报警电路包括比较放大电路、和逻辑判断电路，所述比较放大电路的输入端连接加热电源，所述比较放大电路的输出端连接所述逻辑判断电路，所述逻辑判断电路的输出端连接所述放大驱动电路的输入端，所述放大驱动电路的输出端分别连接第三继电器和第三发光二极管。
13.在一些实施例中，还设有过流保护电路，所述过流保护电路包括迟滞比较器，所述迟滞比较器的输入端与所述电流真有效值转换放大电路的输出端和设定的保护电压连接，所述迟滞比较器的输出端与所述逻辑判断电路的输入端连接，所述逻辑判断电路的输出端连接所述放大驱动电路的输入端，所述放大驱动电路的输出端分别连接第三继电器和第三发光二极管。
14.在一些实施例中，所述比较放大电路包括第一运放单元、第二运放单元和第三运放单元，所述第一运放单元的输入端与加热电源连接，其输出端分别连接第二运放单元和第三运放单元，所述第二运放单元的输出端和所述第三运放单元的输出端均与所述逻辑判
断电路输入端连接。
15.在一些实施例中，所述逻辑判断电路包括四与非门电路和四或非门电路，所述四与非门电路包括第一与非门、第二与非门、第三与非门和第四与非门，所述四或非门电路包括第一或非门、第二或非门、第三或非门和第四或非门，所述第二或非门的输入端连接所述第二运放单元的输出端，所述第三与非门的输入端分别连接所述第二或非门的输出端和所述第三运放单元的输出端，所述第四与非门的输入端连接所述迟滞比较器的输出端，所述第一或非门的输入端分别连接所述第三与非门的输出端和所述第四与非门的输出端，所述第一或非门的输出端分别连接所述第一与非门和所述第二与非门的输入端，所述第一与非门的输出端分别连接所述放大驱动电路和所述第二与非门的另一输入端，所述第二与非门的输出端分别连接所述第一与非门的另一输入端和所述第三或非门的两输入端，所述第三或非门的输出端连接所述放大驱动电路，所述第四或非门的输入端接地。
16.本实用新型所具有的有益效果为：
17.由于本实用新型在加热电路中设置了绝缘监测指示电路，由至少两路取样电压输入电路、整流桥、电压耦合电路、放大驱动电路、指示电路组成，所述整流桥的其中一个输入端接取样电路输入电路的输出端，另一个输入端接地，当加热元件两端其中一端接地时，该路无电压输入到绝缘监测指示电路，该路无电压输出，没有接地的另一路电压即可通过绝缘监测指示电路中的指示电路发出指示信号，指示另一端存在接地情况，这样就不需要拆除一端的大截面铜排或编织线就可确定对地短路的部位，省时省力。
18.由于本实用新型在加热控制电路中采用真有效值检测电路，对取样自合成腔体的电压和电流进行真有效值转换，由移相控制电路将电压或电流的真有效值与给定控制电压比较并输出移相控制电压，控制同步脉冲电路输出移相后的移相触发脉冲，通过改变晶闸管导通角改变晶闸管输出电压的大小，实现控制金刚石合成腔体内部温度的目的。
19.本实用新型还设有过流保护电路和电压不对称报警电路，以便在出现过流或者电压不对称时关断加热回路，保障了六面顶液压机的加热安全和产品质量。
附图说明
20.图1为本实用新型的同步脉冲电路原理图；
21.图2为本实用新型的移相控制电路原理图；
22.图3为本实用新型的绝缘监察电路及不对称报警电路原理图。
具体实施方式
23.下面结合附图对本实用新型进一步描述。
24.本实用新型实施例的加热控制电路包括电源、同步脉冲电路、移相控制电路、绝缘监测指示电路。此控制电路适用于两个单向晶闸管反并联的移相调压的加热回路。
25.具体地，如图1所示，同步脉冲电路包括可控硅移相触发器u7（kj004）及其外围电路、由555集成电路u7-1及其外围电路组成的可控脉冲振荡器，可控脉冲振荡器的工作电压为 15v，由r711、r712、c703组成的时间常数电路决定振荡频率，振荡频率可以设定在3-15khz。u7的13脚输出移相触发电压，输入到u7-1的7脚及r711、r712、c703的充放电回路，当有触发脉冲时，振荡电路起振，在u7-1的3脚产生调制脉冲，输入到u7的14脚，在u7的1脚和
15脚产生调制的移相触发脉冲，移相触发脉冲的宽度由u7的11脚和12脚的外接电容c702决定。与晶闸管两端同相位的17v电源电压经电阻r704、r705限流和电容c701滤波后输入到u7的8脚，使 u7内部产生正负半周相同且线性增长的锯齿波电压，锯齿波斜率由15v的正负直流工作电压、u7的9脚外接电阻vr700、r707、r706、u7的4脚外接电阻r701、r702 、电容c700及移相控制电路输出到u7的9脚的移相控制电压决定。u7的1脚15脚输出两路相位相反的移相触发脉冲串且分别经过功率晶体管q3、q4放大，分别推动脉冲变压器t2、t3，从而触发相应的晶闸管导通从而实现移相调压的目的。
26.如图2所示，移相控制电路包括电压真有效值检测电路、移相控制电压产生电路，电压真有效值检测电路包括取样电压电流放大电路、真有效值转换放大电路和反馈网络。取样电压电流放大电路由四运放集成电路u2（lm124）及外围元件组成，来自合成腔体的电压和电流分别通过电压传感器t7、t1取样后，分别输入到u2的5脚、6脚及2脚和3脚进行放大处理，并由u2的1脚和7脚分别输出交流电流和交流电压信号，由真有效值转换放大电路转换为与取样电压和电流对应的电压电流真有效值。真有效值转换放大电路由电流真有效值转换放大器u3（ad536）、电压真有效值转换放大器u4（ad536）及其外接元件组成，u3输出电流真有效值信号，u4输出电压真有效值信号。电流真有效值信号和电压真有效值信号经拨码开关s1选择后，经由电阻r105、r106、r107、r108、电容c101组成的反馈网络反馈，获得正的反馈电压输入移相控制电压产生电路作为反馈信号。移相控制电压产生电路由四运放集成电路u1（lm124）及及外围元件组成。u1的12、13、14脚及和8、9、10脚以及电阻r109、r110、r111、r112、r113、电容c102、c103和三极管q1组成缓冲放大器，u1的1、2、3脚以及外接电阻r100、r101、r102、电容c100、三极管q3组成比例积分放大器。
27.给定控制电压ug由上位机输入，经电阻r111输入到u1的12脚，经过缓冲放大器缓冲放大后由u1的8脚输出负的电压信号，正的反馈电压信号与负的电压信号在u1的2脚进行比较，若存在误差，该误差信号经比例积分放大器放大后从1脚输出，通过电阻r101进入由u1的5、6、7脚组成的电压跟随器，然后从u1的6脚、7脚输出移相控制电压，通过r708送入u7的移相控制端9脚，控制触发脉冲移相，u7输出经过调整后的移相触发脉冲，通过改变晶闸管导通角改变晶闸管输出电压的大小，实现控制金刚石合成腔体内部温度的目的。
28.如图3所示，绝缘监察电路包括第一开关k0、第二开关k1、第一整流桥u31、第二整流桥u34、第一耦合电路u15、第二耦合电路u16、放大驱动电路u8、第四开关k3、第五开关k4、第一指示器l-d、第二指示器r-d，整流桥u31和u34其中一端均接地。加热元件两端引出的电压分别通过通过电阻r30、发光二极管l-d和电阻r33、发光二极管r-d输入到继电器k0、k1的常开触点，由上位控制器发出指令并输入到k0和k1，使二者轮流导通，当加热元件两端其中一端接地时，该路无电压输入到继电器k0或k1，该路的整流桥无电压输出，没有接地的另一路电压即可通过相应的整流桥u31或u34，然后经过相应的光电耦合器u15或u16进入高电压驱动器u8的3脚或4脚，高电压驱动器u8的14脚或13脚输出电压驱动相应的继电器k3或k4动作，继电器常开触点闭合，发光二极管r-i或l-i导通发光，从而具体指示哪一端接地，具体来说，r-i发光表示与继电器k1连接的一端接地，l-i发光表示与继电器k0连接的一端接地。同时，绝缘接地信号还可以输入上位机中作为上位机的报警指示信号。
29.如图3所示，还设有电压不对称报警电路，电压不对称报警电路包括比较放大电路和逻辑判断电路，比较放大电路由第一运放单元u10a、第二运放单元u10b和第三运放单元
u10c及外围元件组成。第一运放单元u10a、第二运放单元u10b和第三运放单元u10c采用四运放集成电路lm124中的其中三个运放单元。逻辑判断电路由四与非门电路和四或非门电路组成，四与非门电路包括第一与非门u5a、第二与非门u5b、第三与非门u5c、第四与非门u5d，四或非门电路包括第一或非门u6a、第二或非门u6b、第三或非门u6c、第四或非门u6d组成。所述第一与非门u5a、第二与非门u5b、第三与非门u5c、第四与非门u5d采用四二输入与非门集成电路cd4011，所述第一或非门u6a、第二或非门u6b、第三或非门u6c、第四或非门u6d采用四二输入或非门集成电路cd4011。外部电源产生与加热电压相同的交流电压并输入u10a中并分为两路输出分别输入u10b和u10c中， u10b的输出信号输入u6b的两个输入端， u10c的输出信号输入u5c的其中一个输入端，u6b的输出端输入u5c的另一个输入端， u5c的输出形成不对称信号输入到u6a的其中一个输入端。u6d的两输入端均接地。
30.过流保护电路包括迟滞比较器u0（lm393），通过vr00设定的保护电压信号输入u0的3脚，真有效值转换放大器u3输出的电流信号还输入u0的2脚 。电流信号与保护电压信号比较形成过流信号ip由u0的1脚输出，输入到u5d的输入端，u5d的输出端输出到u6a的另一个输入端。u6a的输出信号输入到u5a和u5b组成的rs触发器中，u5a的输出端一路输出in1信号并输入到u8的1脚，另一路输入u5b的另一输入端，u5b的输出端分别与u5a的另一输入端和u6c的两个输入端连接，u6c的输出端输出in2信号并与u8的2脚连接。in1驱动发光管ol发亮用于指示加热回路出现过流或者电压不对称，in2驱动继电器k3闭合从而启动保护电路。
31.当电路板上电时，由u5a、u5b组成的rs触发器被强制复位，in1、in2输出皆为0，当输出电压波形对称时，u10b、u10c输出全为电平0，u6b输出为1，u5c输出为0，u6a输出为1。由u5a、u5b组成的rs触发器，由于上电时已经将u5a和u5b强制使u5a输出置为0、u5b输出置为1，因此由u5a、u5b组成的rs触发器输出状态保持不变；当输出电压正半周或负半周波形不对称时，则u6b输出为0，u5c输出为1，u6a输出为0，将触发器翻转，in1、in2输出为1，启动保护电路工作，此时即使u6a输出为1，in1、in2仍然保持输出状态，直到故障解除，电路板断电后，重新上电，触发器复位，in1、in2输出为0。
32.过流时的电路工作过程，与不对称时类似，正常工作时，u0输出高电平，ip信号也为高电平，u5d输出为0，触发器不翻转，当过流时u0输出低电平，u5d输出为1，u6a则输出为0，触发器翻转。
33.当不对称或过流，或者两者均同时出现时，触发器都会翻转，使in1、in2输出为1。启动保护电路工作，封锁晶闸管触发脉冲，晶闸管停止工作。