一驅(qū)動電路驅(qū)動第二功率管，經(jīng)第二驅(qū)動電路驅(qū)動第三功率管；所述第二電流采樣對第二功率管進(jìn)行電流采樣并將采樣信號反饋至MCU ;所述第二電壓采樣電路對輸入電源采樣并將采樣信號輸入至MCU;所述線圈接二極管輸出，所述線圈的輸出分別接第二功率管及去磁回路；第三功率管的輸出接去磁回路。
[0020]在本發(fā)明一實施例中，當(dāng)整流后的電壓瞬時值小于輸出電壓目標(biāo)時，控制方案為boost-斬波模式；第一功率管處于高頻開、關(guān)狀態(tài)，第一電壓采樣電路的采樣信號輸入至PWM控制器內(nèi)部的誤差放大器，與內(nèi)部的基準(zhǔn)電壓比較，同時采樣升壓電感上的電流，二者比較完成脈沖寬度的調(diào)制；當(dāng)?shù)谝还β使荛]合時，電流流過升壓電感和第一功率管，向升壓電感充磁，而無電流流向電流變換模塊，當(dāng)?shù)谝还β使軘嚅_時，輸出電壓等于輸入電壓加上升壓電感兩端的電壓之和。
[0021]進(jìn)一步的，所述PWM控制器通過外部設(shè)置控制頻率。
[0022]較佳的，所述第一功率管門極驅(qū)動接地。
[0023]在本發(fā)明一實施例中，當(dāng)整流后的電壓瞬時值大于輸出電壓目標(biāo)時，控制方案為斬波模式；第一功率管始終處于關(guān)斷狀態(tài)，升壓電感和電容構(gòu)成前置LC濾波器，第三功率管在電磁開關(guān)吸合、吸持過程不觸發(fā)，線圈進(jìn)行自然續(xù)流，電磁機(jī)構(gòu)分?jǐn)鄷r，觸發(fā)第三功率管，線圈電流通過去磁回路，磁能迅速被消耗，加快分?jǐn)噙M(jìn)程；電流反饋環(huán)路決定第二功率管的開、關(guān)狀態(tài)，從而調(diào)節(jié)流過線圈的電流，進(jìn)而改變了電磁狀態(tài)，能夠間接控制電磁音頻噪聲。
[0024]常見的110/220V智能控制方案的基本拓?fù)渲?，均屬于單管型的變換器，單管型并非指某一具體電路只用到一個功率管，本質(zhì)的意義為:電路拓?fù)渫ㄟ^調(diào)節(jié)單管進(jìn)行功率的變換，控制環(huán)路的目標(biāo)只有一個，電壓穩(wěn)定或者電流穩(wěn)定，這類拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都可稱為單管型。而在低電壓供電系統(tǒng)中，對電磁開關(guān)進(jìn)行智能控制，電壓和電流是兩個同時需要滿足的目標(biāo)量。圖1所示的控制原理，從電路拓?fù)渖峡磳儆陔p管、級聯(lián)型架構(gòu)，控制方案是三控制環(huán)路方案，有兩個控制目標(biāo)，將輸出電壓穩(wěn)定在給定值，并將線圈電流控制成給定目標(biāo)。因此，所提級聯(lián)型方案有兩個開關(guān)管需要控制，控制靈活性大。
[0025]從圖1所示的控制原理，可以看出，基本電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以分為3個部分:1)全橋整流環(huán)節(jié)，當(dāng)輸入電壓為交流時，該環(huán)節(jié)將交流電壓整流為正弦半波或者直流，當(dāng)輸入電壓為直流時，直流電壓接入電路的輸入極性方向通過整流環(huán)節(jié)，不影響后端電路的正常。2)Boost直流/直流變換環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)的輸出電壓(虛線處)是需要的控制目標(biāo)量一 ；3)斬波直流/直流變換環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)的電磁機(jī)構(gòu)音頻噪聲是需要的控制目標(biāo)量二，通過線圈電流間接控制。
[0026]該裝置由兩種工作模式，具體如下:
工作模式一:當(dāng)整流后電壓瞬時值小于輸出電壓目標(biāo)時，從輸入、輸出電壓關(guān)系看，控制方案處于boost-斬波模式，此時前級的boost變換器功率管I處于高頻開、關(guān)狀態(tài)。功率管I的門極驅(qū)動可接地，避免懸浮驅(qū)動。PWM控制器I是boost變換器控制的核心，可以外部設(shè)置控制頻率?？刂骗h(huán)路設(shè)計為電壓/電流雙閉環(huán)。為實現(xiàn)輸出電壓高于輸入電壓，為后級電路提供穩(wěn)定電壓，此穩(wěn)定值能在外部進(jìn)行設(shè)定。取樣輸出電壓的直流信號送到內(nèi)部的誤差放大器，與內(nèi)部的基準(zhǔn)電壓比較，同時采樣升壓電感上的電流，二者比較完成脈沖寬度的調(diào)制。當(dāng)功率管I閉合時，電流流過升壓電感和功率管1，給電感充磁，而沒有任何電流流向后級，當(dāng)功率管I斷開時，輸出電壓等于輸入電壓加上電感兩端的電壓之和。此種調(diào)制方式的特點在于:1)脈寬調(diào)制同時由輸出電壓和電感電流決定，當(dāng)外界條件變化時，輸出電壓由于電容而變化滯后，但電流變化快于電壓，因此反饋環(huán)路能夠快速做出響應(yīng)，迅速穩(wěn)定輸出電壓的同時對電感電流峰值進(jìn)行限制，起到保護(hù)作用。補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)針對接觸器的供電電壓波動大和電磁機(jī)構(gòu)存在運(yùn)動過程的特點，調(diào)節(jié)反饋的增益和相位特性，使得電磁機(jī)構(gòu)在吸合到吸持的瞬態(tài)過程中具有良好的動態(tài)響應(yīng)能力。斜坡補(bǔ)償用于消除升壓電感上產(chǎn)生的次諧波振蕩，使得電感電流能夠在每個周期回到原始磁能狀態(tài)，減小輸出電壓紋波，提高電路穩(wěn)定性。后級電路參見工作模式二。
[0027]工作模式二:當(dāng)整流后的電壓瞬時值大于輸出電壓目標(biāo)時，從輸入、輸出的關(guān)系看，控制方案處于斬波模式。此時，前級電路中的功率管I始終處于關(guān)斷狀態(tài)，前級boost變換器的升壓電感和電容構(gòu)成了前置LC濾波器。采用離線整流、電容輸入濾波，若不采取任何措施，電流波形是窄脈沖，結(jié)果由于電流波形的大諧波畸變使功率因數(shù)很低。此時通過前級的升壓變換，能夠起到功率因數(shù)預(yù)調(diào)節(jié)的作用，提高控制電路的功率因數(shù)，減少輸入電流諧波含量，防止對電網(wǎng)的污染。后級的斬波變換器以超低功耗的數(shù)字MCU為核心。進(jìn)行數(shù)字化的電流反饋環(huán)路靈活設(shè)計決定:在電磁開關(guān)吸合過程以線圈電流為控制目標(biāo)，對吸合、分?jǐn)噙^程進(jìn)行優(yōu)化。功率管3在電磁開關(guān)吸合、吸持過程不觸發(fā)，線圈進(jìn)行自然續(xù)流。電磁機(jī)構(gòu)分?jǐn)鄷r，觸發(fā)功率管3，線圈電流通過去磁回路，磁能迅速被消耗，加快分?jǐn)噙M(jìn)程。電磁開關(guān)吸持的目標(biāo)為電磁音頻噪聲抑制是本發(fā)明的特色:電流反饋環(huán)路決定功率管2的開、關(guān)狀態(tài)，從而調(diào)節(jié)流過線圈的電流，進(jìn)而改變了電磁狀態(tài)，能夠間接控制電磁音頻噪聲。脈寬調(diào)制的智能開關(guān)電器噪聲產(chǎn)生的原因正是反饋環(huán)路的設(shè)計不當(dāng)引起的。以往的智能控制方案控制的目標(biāo)僅僅是對線圈電流峰值的限制，無法抑制電磁音頻噪聲。反饋環(huán)路設(shè)計的原理為:配合電磁開關(guān)本體的電磁機(jī)構(gòu)本體，自動搜索最佳的占空比范圍，使得調(diào)節(jié)過程在較為合理的范圍內(nèi)快速切換，并通過理論推導(dǎo)計算出最大占空比，快速調(diào)節(jié)吸持電流穩(wěn)定，減少電流低頻諧波引起的電磁系統(tǒng)音頻噪聲。
[0028]綜上分析，根據(jù)整流后的電壓瞬時值和輸出電壓目標(biāo)之間的關(guān)系，以上兩種模式處于切換狀態(tài)，并由雙管以及電壓/電流、電流三控制環(huán)路同時對輸出電壓、線圈電流(進(jìn)而間接抑制音頻噪聲)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0029]本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明的原理和實質(zhì)的前提下對本具體實施例做出各種修改或補(bǔ)充或者采用類似的方式替代，但是這些改動均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此本發(fā)明技術(shù)范圍不局限于上述實施例。
【主權(quán)項】
1.一種適用于低電壓供電系統(tǒng)的電磁開關(guān)智能控制裝置，其特征在于:級聯(lián)的電壓變換模塊及電流變換模塊； 所述電壓變換模塊包括整流電路、濾波電路、升壓電感、第一功率管、PWM控制器、第一電流采樣電路、第一電壓采樣電路、二極管、電容、斜坡補(bǔ)償電路、補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，所述濾波電路對所述整流電路的輸出進(jìn)行濾波，濾波電路的輸出接升壓電感；所述PWM控制器驅(qū)動控制第一功率管；第一電流采樣對第一功率管進(jìn)行電流采樣并將采樣信號反饋至PWM控制器；所述第一電壓采樣電路對所述電容的輸出電壓進(jìn)行采樣并將采樣信號反饋至PWM控制器；所述斜坡補(bǔ)償電路與PWM控制器連接，對升壓電感電流不穩(wěn)定引起的高次諧波振蕩進(jìn)行補(bǔ)償；所述補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)與PWM控制器連接，補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)反饋的增益和相位特性，提高電磁機(jī)構(gòu)在吸合到吸持的瞬態(tài)過程的動態(tài)響應(yīng)能力，所述二極管接升壓電感輸出；所述電容一端接所述二極管輸出，另一端接地； 所述電流變換模塊包括線圈、第二功率管、第三功率管、第二電流采樣電路、去磁回路、MCU、第一驅(qū)動電路、第二驅(qū)動電路、第二電壓采樣電路；所述MCU經(jīng)第一驅(qū)動電路驅(qū)動第二功率管，經(jīng)第二驅(qū)動電路驅(qū)動第三功率管；所述第二電流采樣對第二功率管進(jìn)行電流采樣并將采樣信號反饋至驅(qū)動電路；所述第二電壓采樣電路對輸入電源進(jìn)行采樣并將采樣信號輸入至MCU ;所述線圈接二極管輸出，所述線圈的輸出分別接第二功率管及去磁回路；第三功率管的輸出接去磁回路。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于低電壓供電系統(tǒng)的電磁開關(guān)智能控制裝置，其特征在于:當(dāng)整流后的電壓瞬時值小于輸出電壓目標(biāo)時，控制方案為boost-斬波模式；第一功率管處于高頻開、關(guān)狀態(tài)，第一電壓采樣電路的采樣信號輸入至PWM控制器內(nèi)部的誤差放大器，與內(nèi)部的基準(zhǔn)電壓比較，同時采樣升壓電感上的電流，二者比較完成脈沖寬度的調(diào)制；當(dāng)?shù)谝还β使荛]合時，電流流過升壓電感和第一功率管，向升壓電感充磁，而無電流流向電流變換模塊，當(dāng)?shù)谝还β使軘嚅_時，輸出電壓等于輸入電壓加上升壓電感兩端的電壓之和。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的適用于低電壓供電系統(tǒng)的電磁開關(guān)智能控制裝置，其特征在于:所述PWM控制器通過外部設(shè)置控制頻率。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于低電壓供電系統(tǒng)的電磁開關(guān)智能控制裝置，其特征在于:所述第一功率管門極驅(qū)動接地。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于低電壓供電系統(tǒng)的電磁開關(guān)智能控制裝置，其特征在于:當(dāng)整流后的電壓瞬時值大于輸出電壓目標(biāo)時，控制方案為斬波模式；第一功率管處于關(guān)斷狀態(tài)，升壓電感和電容構(gòu)成前置LC濾波器，第三功率管在電磁開關(guān)吸合、吸持過程不觸發(fā)，線圈進(jìn)行自然續(xù)流；電磁機(jī)構(gòu)分?jǐn)鄷r，觸發(fā)第三功率管，線圈電流通過去磁回路，磁能迅速被消耗，加快分?jǐn)噙M(jìn)程；電流反饋環(huán)路決定第二功率管的開、關(guān)狀態(tài)，從而調(diào)節(jié)流過線圈的電流，進(jìn)而改變了電磁狀態(tài)，間接控制電磁音頻噪聲。
【專利摘要】本發(fā)明的目的是提供一種適用于低電壓供電系統(tǒng)的電磁開關(guān)智能控制裝置，其特征在于：級聯(lián)的電壓變換模塊及電流變換模塊。前級的電壓變換采用電流模式控制方式，可以靈活、快速的調(diào)節(jié)供應(yīng)給后級的工作電壓，使之高于輸入電壓并進(jìn)行電流的監(jiān)測。后級對前級輸出電壓進(jìn)行斬波，在電磁機(jī)構(gòu)兩端獲得方波電壓，從而對電磁開關(guān)進(jìn)行電流閉環(huán)控制。該裝置通過斜坡補(bǔ)償消除了由于升壓電感電流不穩(wěn)定引起的高次諧波振蕩問題；前級的升壓變換，也能夠起到功率因數(shù)調(diào)節(jié)作用，凈化控制電源；通過采用先進(jìn)的控制算法配合電磁機(jī)構(gòu)的本體設(shè)計，自動尋找最佳控制占空比調(diào)節(jié)模式，并將最大占空比限制在一定范圍內(nèi)，從而降低吸持階段電流的諧波分量，減少電磁音頻噪聲。
【IPC分類】H01H47/02
【公開號】CN104952667
【申請?zhí)枴緾N201510429577
【發(fā)明人】許志紅, 莊杰榕
【申請人】福州大學(xué)
【公開日】2015年9月30日
【申請日】2015年7月21日