紫外灯驱动电源的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种紫外灯驱动电源，通过设置分别与交流电源和紫外灯连接的主驱动电路单元，主驱动电路单元将交流电压变换成预设矩形方波电压驱动紫外灯工作，主控制单元通过隔离保护单元与主驱动电路单元连接，在主驱动电路单元上设置用于监测主驱动电路单元输出电流的监测单元；主控制单元根据监测单元监测到的主驱动电路单元的输出电流控制主驱动电路单元，以使主驱动电路单元输出的矩形方波电压处于预设值范围内。从而实现了根据主驱动电路单元输出电流的大小的变化精确控制输出电压，能够对输出功率进行最有效的调节，解决了现有技术中采用升压变压器驱动紫外灯能耗较高的技术问题。
【专利说明】
紫外灯驱动电源
技术领域
[0001]本实用新型涉及电源设备领域，具体而言，涉及一种紫外灯驱动电源。
【背景技术】
[0002]紫外灯属于气体放电灯。目前，市场普遍采用升压变压器驱动紫外灯，具体是通过变压器将工频电压升高到紫外灯的启动电压(大约600-2000V)。一方面，由于升压变压器的体积较大、发热严重，从而造成工作效率低、能耗高。另一方面，采用升压变压器无法实现对紫外灯的智能控制，无法对输出电压进行精确调控，使紫外灯持续在大功率下工作，进一步造成很高的能耗。
[0003]针对现有技术中采用升压变压器驱动紫外灯能耗较高的技术问题，目前尚未提出有效的解决方案。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型实施例提供了一种紫外灯驱动电源，以至少解决现有技术中采用升压变压器驱动紫外灯能耗较高的技术问题。
[0005]根据本实用新型的内容，提供了一种紫外灯驱动电源，包括:主驱动电路单元，分别与交流电源和紫外灯连接，用于将交流电压变换成预设矩形方波电压驱动紫外灯工作，其中，主驱动电路单元上设置有用于监测主驱动电路单元输出电流和输出电压的监测单元;主控制单元，通过隔离保护单元与主驱动电路单元连接，用于根据监测单元监测到的主驱动电路单元的输出电流和输出电压向所述主驱动电路单元发送PWM(中文名称，脉冲宽度调制)控制信号，以使主驱动电路单元输出的矩形方波电压处于预设值范围内。
[0006]进一步地，主驱动电路单元包括:整流滤波电路，与交流电源连接，其中，交流电源为三相交流电源，整流滤波电路用于将三相交流电源的三相交流电压变换为直流电压并进行滤波;BUCK电路(中文名称，降压时变换电路)，与整流滤波电路连接，用于将经过整流滤波电路的直流电压降低至预设值;H桥逆变电路，与BUCK电路和紫外灯连接，用于将经过BUCK电路降低至预设值的直流电压变换为矩形方波电压输出至紫外灯。
[0007]进一步地，整流滤波电路包括:电流调节电路，用于使整流滤波电路的输出电流保持在预设值范围内，其中，电流调节电路包括:调节电感，与三相不控整流桥电路串联;调节电阻，设置有至少一个，调节电阻之间相互并联并与调节电感串联;控制继电器，与调节电阻相互并联，用于控制调节电阻的接通和断开。
[0008]进一步地，BUCK电路包括:开关管电路，与整流滤波电路连接，用于调节经过整流滤波电路的直流电压的占空比将经过整流滤波电路的直流电压降低至预设值。
[0009]进一步地，监测单元包括:电流监测模块，与开关管电路连接，用于监测开关管电路输出的电流值并通过隔离保护单元反馈至主控制单元。
[0010]进一步地，H桥逆变电路包括:H桥逆变器，与BUCK电路连接，其中，H桥逆变器包括四只IGBT管(中文名称，绝缘栅双极型晶体管)，用于将经过BUCK电路降低至预设值的直流电压变换为矩形方波电压;高频变压器，与H桥逆变器连接，用于调节H桥逆变器变换后的矩形方波电压幅值大小。
[0011 ]进一步地，监测单元还包括:电压监测模块，设置在H桥逆变器与高频变压器之间，用于监测H桥逆变器的输出电压值并通过隔离保护单元反馈至主控制单元。
[0012]进一步地，主控制单元包括:DSP控制器;A/D转换模块，通过隔离保护单元与监测单元连接，用于监测单元监测到的输出电流和输出电压进行A/D转换后传送至DSP控制器；D/A转换模块，通过隔离保护单元与主驱动电路单元连接，用于将DSP控制器发送的PffM控制信号进行转换后发送至主驱动电路单元。
[0013]进一步地，主控制单元还包括:数据传输接口，用于与上位机进行连接;故障检测模块，通过隔离保护单元与主驱动电路单元连接，用于根据预设故障模型判断主驱动电路单元发生的故障是否属于预设故障。
[0014]进一步地，紫外灯驱动电源还包括:辅助开关电源，分别与主控制单元和隔离保护单元连接，用于向主控制单元和隔离保护单元供电。
[0015]应用本实用新型技术方案的紫外灯驱动电源，通过设置分别与交流电源和紫外灯连接的主驱动电路单元，主驱动电路单元将交流电压变换成预设矩形方波电压驱动紫外灯工作，主控制单元通过隔离保护单元与主驱动电路单元连接，在主驱动电路单元上设置用于监测主驱动电路单元输出电流和输出电压的监测单元;主控制单元根据监测单元监测到的主驱动电路单元的输出电流和输出电压向主驱动电路单元发送PWM控制信号，以使主驱动电路单元输出的矩形方波电压处于预设值范围内。从而实现了根据主驱动电路单元输出电流的大小的变化精确控制输出电压，能够对输出功率进行最有效的调节，解决了现有技术中采用升压变压器驱动紫外灯能耗较高的技术问题，达到了功率调节精确、快速、准确以及安全智能的技术效果。
【附图说明】
[0016]此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中:
[0017]图1是根据本实用新型实施例可选的一种紫外灯驱动电源的结构框图；
[0018]图2是根据本实用新型实施例可选的另一种紫外灯驱动电源的结构框图；
[0019]图3是根据本实用新型实施例可选的紫外灯驱动电源的主驱动电路单元的电路图；
[0020]图4是根据本实用新型实施例可选的紫外灯驱动电源的整流滤波电路的电路图；
[0021]图5是根据本实用新型实施例可选的紫外灯驱动电源的BUCK电路的电路图；
[0022]图6是根据本实用新型实施例可选的紫外灯驱动电源的H桥逆变电路的电路图；
[0023]图7是根据本实用新型实施例可选的另一种紫外灯驱动电源的结构框图；
[0024]图8是根据本实用新型实施例可选的另一种紫外灯驱动电源的结构框图。
【具体实施方式】
[0025]为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。
[0026]根据本实用新型实施例的紫外灯驱动电源，如图1所示，包括:主驱动电路单元1、主控制单元2和隔离保护单元3，主驱动电路单元I分别与交流电源4和紫外灯5连接，用于将交流电压变换成预设矩形方波电压驱动紫外灯5工作，其中，主驱动电路单元I上设置有用于监测主驱动电路单元输出电流和输出电压的监测单元6;主控制单元2通过隔离保护单元3与主驱动电路单元I连接，用于根据监测单元6监测到的主驱动电路单元I的输出电流和输出电压向主驱动电路单元I发送PWM控制信号，以使主驱动电路单元I输出的矩形方波电压处于预设值范围内。
[0027]应用本实用新型技术方案的紫外灯驱动电源，通过设置分别与交流电源4和紫外灯5连接的主驱动电路单元I，主驱动电路单元I将交流电压变换成预设矩形方波电压驱动紫外灯工作，主控制单元2通过隔离保护单元3与主驱动电路单元I连接，在主驱动电路单元I上设置用于监测主驱动电路单元I输出电流和输出电压的监测单元6;主控制单元2根据监测单元6监测到的主驱动电路单元I的输出电流和输出电压向主驱动电路单元I发送PWM控制信号，使主驱动电路单元I输出的矩形方波电压处于预设值范围内。从而实现了根据主驱动电路单元I输出电流和输出电压的大小的变化精确控制输出电压，对输出功率进行最有效的调节，解决了现有技术中采用升压变压器驱动紫外灯能耗较高的技术问题，达到了功率调节精确、快速、准确以及安全智能的技术效果。
[0028]具体实施时，如图2和图3所示，主驱动电路单元I包括:整流滤波电路11、BUCK电路12和H桥逆变电路13，如图4所示，整流滤波电路11由三相不控整流桥电路和滤波电路构成，三相不控整流桥电路与三相交流电源直接连接，将三相交流电压转换为直流电压。滤波电路由一个泄放电阻R3和四个滤波电容Cl、C2、C3和C4组成，四个滤波电容实现对三相不控整流桥电路整流后的直流电压进行滤波，经过滤波后得到约537V的直流母线电压，泄放电阻R3用于在电路断电时对各个滤波电容进行放电。为了减小主驱动电路单元I启动时的冲击电流，防止电流突变，损坏主驱动电路单元I，因此，整流滤波电路11还包括:电流调节电路，电流调节电路包括串联在三相不控整流桥电路后的调节电感T4以及相互并联的两个调节电阻Rl和R2，调节电感T4能够使经过三相不控整流桥电路变换后的直流电流更加平滑。调节电阻Rl和R2上并联有用于控制调节电阻Rl和R2的接通和断开的继电器Kl，电源刚启动时继电器Kl断开，将调节电阻Rl和R2接入电路，经过三相不控整流桥电路变换后的直流电流通过电阻Rl和R2对四个滤波电容Cl、C2、C3和C4进行充电，从而限制刚启动时的冲击电流，经过一个开关周期后，继电器Kl接通，将电阻R1、R2短路，经过三相不控整流桥电路变换后的直流电流直接对四个滤波电容Cl、C2、C3和C4进行充电，电源进入正常工作模式。
[0029]BUCK电路12与整流滤波电路11连接，用于将经过整流滤波电路11的直流电压降低至预设值;如图5所示，BUCK电路通过两个铜排与整流滤波电路11连接，BUCK电路12中包括有开关管电路，开关管电路的两个IGBT开关管通过分时导通调节经过整流滤波电路的直流电压的占空比，同时，经过电感T3和储能电容C5、C6、C7和C8的作用输出范围为O至537V的直流电压，本实用新型实施例BUCK电路输出直流电压为371V。
[0030]如图6所示，H桥逆变电路13包括:H桥逆变器和高频变压器Tl，H桥逆变器由四只大功率IGBT管组成，Q2上下桥的两只IGBT管组成逆变器的超前桥臂，Q3上下桥两个IGBT管组成逆变器的滞后桥臂，输出端分别与超前桥臂的A端和滞后桥臂的B端连接，通过改变四只IGBT管的通断状态，即可在H桥逆变器的A端和B端获得一幅值为Vin的矩形方波电压VAB，通过高频变压器Tl进行变压，即可得到输出电压Vuv用于驱动紫外灯5工作。同时，高频变压器Tl还能起到电磁隔离的作用。
[0031]如图7所示，监测单元6包括:电流监测模块61和电压监测模块62，如图5所示，电流监测模块61为设置在BUCK电路12的开关管电路和电感T3之间电流传感器SI，电流传感器SI用于监测开关管电路Ql输出的电流值并通过隔离保护单元3反馈至主控制单元2;如图6所示，电压监测模块62为设置在H桥逆变电路13的H桥逆变器与高频变压器Tl之间的电压传感器S2，电压传感器S2用于监测H桥逆变器的输出电压值并通过隔离保护单元3反馈至主控制单元2，主控制单元2接收到主驱动电路单元I的输出电流和输出电压信号后，通过向BUCK电路12中的两个IGBT开关管发送相应的PffM控制信号控制两个IGBT开关管的导通时间从而调节主驱动电路单元I的输出电压，另外，主控制单元2通过向H桥逆变电路13中的四只IGBT管发送相应的PWM控制信号控制四只IGBT管的通断状态从而获取幅值为Vin的矩形方波电压Vab驱动紫外灯5工作。
[0032]如图7所示，主控制单元2包括:A/D转换模块21、D/A转换模块22、数据传输接口23、故障检测模块24和DSP控制器25 j/D转换模块21通过隔离保护单元3与监测单元6的电流监测模块61和电压监测模块62连接，电流监测模块61和电压监测模块62将检测到的电压和电流参数通过A/D转换模块21进行采样得到相应的数字信号发送至DSP控制器25，DSP控制器25将该数字信号与系统给定的预设数值进行相减得到偏差，同时根据设定的控制算法计算得到下一时刻控制量的具体模拟参数并通过D/A转换模块22进行转换后分别控制BUCK电路12的两个IGBT开关管的导通时间以及H桥逆变电路13的四只大功率IGBT管的通断状态从而实现对紫外灯5输入电压的闭环精确控制，达到功率调节的目的，有效避免功耗浪费。
[0033]故障检测模块24通过隔离保护单元3与主驱动电路单元I连接，能够对主驱动电路单元I在工作过程中的故障数据进行采集并传送至DSP控制器25，DSP控制器25将故障数据与系统的给定的预设数值进行比较即可得到故障原因，从而使实现故障检测。
[0034]为了实现与上位机的数据交互，主控制单元2还设置数据传输接口23与上位机连接，可以将上位机的控制算法数据传送至DSP控制器25对DSP控制器25进行测试，也可以将DSP控制器25采集的主驱动电路单元I的故障数据进行保存，作为系统改进的依据。可选地，数据传输接口 23可采用JTAG接口。
[0035]另外，为了保证主控制单元2和隔离保护单元3的正常供电，如图8所示，本实用新型实施例的紫外灯驱动电源还设置有辅助开关电源7，辅助开关电源7的输入端与整流滤波电路11连接，辅助开关电源7的输出端分别与主控制单元2和隔离保护单元3连接，将整流滤波电路11输出的直流电压进行变压后得到DSP控制器工作需要的3.3V和1.8V工作电压，以及隔离保护单元3和其他芯片工作所需的+5V、+15V、-15V、24V和28V工作电压。
[0036]以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.一种紫外灯驱动电源，其特征在于，包括: 主驱动电路单元，分别与交流电源和紫外灯连接，用于将交流电压变换成预设矩形方波电压驱动所述紫外灯工作，其中，所述主驱动电路单元上设置有用于监测所述主驱动电路单元输出电流和输出电压的监测单元； 主控制单元，通过隔离保护单元与所述主驱动电路单元连接，用于根据所述监测单元监测到的所述主驱动电路单元的所述输出电流和所述输出电压向所述主驱动电路单元发送PffM控制信号，以使所述主驱动电路单元输出的所述矩形方波电压处于预设值范围内。2.根据权利要求1所述紫外灯驱动电源，其特征在于，所述主驱动电路单元包括: 整流滤波电路，与所述交流电源连接，其中，所述交流电源为三相交流电源，所述整流滤波电路用于将所述三相交流电源的三相交流电压变换为直流电压并进行滤波； BUCK电路，与所述整流滤波电路连接，用于将经过所述整流滤波电路的所述直流电压降低至预设值； H桥逆变电路，与所述BUCK电路和所述紫外灯连接，用于将经过所述BUCK电路降低至预设值的所述直流电压变换为所述矩形方波电压输出至所述紫外灯。3.根据权利要求2所述的紫外灯驱动电源，其特征在于，所述整流滤波电路包括:电流调节电路，用于使所述整流滤波电路的输出电流保持在预设值范围内，其中，所述电流调节电路包括: 调节电感，与所述三相不控整流桥电路串联； 调节电阻，设置有至少一个，所述调节电阻之间相互并联并与所述调节电感串联； 控制继电器，与所述调节电阻相互并联，用于控制所述调节电阻的接通和断开。4.根据权利要求2所述的紫外灯驱动电源，其特征在于，所述BUCK电路包括: 开关管电路，与所述整流滤波电路连接，用于调节经过所述整流滤波电路的所述直流电压的占空比将经过所述整流滤波电路的所述直流电压降低至预设值。5.根据权利要求4所述的紫外灯驱动电源，其特征在于，所述监测单元包括: 电流监测模块，与所述开关管电路连接，用于监测所述开关管电路输出的电流值并通过所述隔离保护单元反馈至所述主控制单元。6.根据权利要求2所述的紫外灯驱动电源，其特征在于，所述H桥逆变电路包括: H桥逆变器，与所述BUCK电路连接，其中，所述H桥逆变器包括四只IGBT管，用于将经过所述BUCK电路降低至预设值的直流电压变换为矩形方波电压； 高频变压器，与所述H桥逆变器连接，用于调节所述H桥逆变器变换后的矩形方波电压幅值大小。7.根据权利要求6所述的紫外灯驱动电源，其特征在于，所述监测单元还包括: 电压监测模块，设置在所述H桥逆变器与所述高频变压器之间，用于监测所述H桥逆变器的输出电压值并通过所述隔离保护单元反馈至所述主控制单元。8.根据权利要求1所述的紫外灯驱动电源，其特征在于，所述主控制单元包括: DSP控制器； A/D转换模块，通过隔离保护单元与所述监测单元连接，用于所述监测单元监测到的所述输出电流和所述输出电压进行A/D转换后传送至所述DSP控制器； D/A转换模块，通过隔离保护单元与所述主驱动电路单元连接，用于将所述DSP控制器发送的PffM控制信号进行转换后发送至所述主驱动电路单元。9.根据权利要求8所述的紫外灯驱动电源，其特征在于，所述主控制单元还包括: 数据传输接口，用于与上位机进行连接； 故障检测模块，通过隔离保护单元与所述主驱动电路单元连接，用于根据预设故障模型判断所述主驱动电路单元发生的故障是否属于预设故障。10.根据权利要求1所述的紫外灯驱动电源，其特征在于，所述紫外灯驱动电源还包括: 辅助开关电源，分别与所述主控制单元和所述隔离保护单元连接，用于向所述主控制单元和所述隔离保护单元供电。
【文档编号】H02M5/458GK205490172SQ201620046593
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年1月18日
【发明人】杜尧生, 岳强, 杨友超, 杨芳勇
【申请人】烟台德和信电子技术有限公司