一種數(shù)字可控硅整流控制裝置及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種數(shù)字可控硅整流控制裝置及控制方法，裝置包括系統(tǒng)控制模塊、頻率計(jì)算模塊、PWM輸出控制模塊、通訊協(xié)議解析模塊、輸入檢測(cè)模塊、定時(shí)器模塊和通信接口驅(qū)動(dòng)模塊，系統(tǒng)控制模塊負(fù)責(zé)運(yùn)行過(guò)程中的狀態(tài)轉(zhuǎn)換控制，并完成上電初期的相序檢測(cè)及整個(gè)工作過(guò)程中的故障檢測(cè)，并根據(jù)動(dòng)態(tài)修正頻率調(diào)整輸出PWM信號(hào)，輸入檢測(cè)模塊用于確定輸入電源的相位基點(diǎn)。本發(fā)明省去了硬件的預(yù)充電裝置，使得預(yù)充電階段參數(shù)易調(diào)整，可適應(yīng)各種不同的工作環(huán)境；可適應(yīng)不同的電網(wǎng)頻率和電網(wǎng)波動(dòng)；采用高精度定時(shí)器提供高精度的預(yù)充電控制以及輸出控制；中斷方式檢測(cè)輸入三相脈沖序列，實(shí)時(shí)性能高；故障時(shí)能及時(shí)防護(hù)后面的整流橋電路，防止過(guò)壓損毀。
【專利說(shuō)明】一種數(shù)字可控硅整流控制裝置及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及可控硅【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種數(shù)字可控硅整流控制裝置及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]可控硅整流控制裝置是整流系統(tǒng)中控制晶閘管導(dǎo)通關(guān)閉的部分，該本裝置在整流系統(tǒng)中的位置見(jiàn)圖1 (MCU部分),它的輸入為三相脈沖序列,脈沖上升沿對(duì)應(yīng)每一相交變電的30度相位，下降沿為150度相位，輸出為三路PWM信號(hào)，通過(guò)整流驅(qū)動(dòng)裝置接到晶閘管上，從而控制晶閘管的導(dǎo)通和關(guān)閉。目前常見(jiàn)的可控硅整流控制器多為模擬電路實(shí)現(xiàn)，可調(diào)節(jié)性比較差，部分?jǐn)?shù)字的整流控制器也是用的比較低端的單片機(jī)，僅實(shí)現(xiàn)了 PWM輸出控制晶閘管導(dǎo)通的功能，對(duì)整流系統(tǒng)中的預(yù)充電等功能還是由模擬電路方式實(shí)現(xiàn)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]有鑒于此，本發(fā)明提出一種可控硅整流控制裝置及控制方法，完全由軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)，提供從上電到停機(jī)一系列的狀態(tài)控制，提高整流控制的精度、可靠性以及抗干擾能力，并且可以根據(jù)應(yīng)用環(huán)境進(jìn)行調(diào)節(jié)，相比一般的整流控制器有更好的使用體驗(yàn)。
[0004]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0005]一方面，提供一種數(shù)字可控硅整流控制裝置，其中，包括系統(tǒng)控制模塊、頻率計(jì)算模塊、PWM輸出控制模塊、通訊協(xié)議解析模塊、輸入檢測(cè)模塊、定時(shí)器模塊和通信接口驅(qū)動(dòng)模塊，所述系統(tǒng)控制模塊負(fù)責(zé)運(yùn)行過(guò)程中的狀態(tài)轉(zhuǎn)換控制，并完成上電初期的相序檢測(cè)及整個(gè)工作過(guò)程中的故障檢測(cè)，并根據(jù)動(dòng)態(tài)修正頻率調(diào)整輸出PWM信號(hào)，所述輸入檢測(cè)模塊用于確定輸入電源的相位基點(diǎn)，所述定時(shí)器模塊用于系統(tǒng)計(jì)算頻率以及過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)和輸出控制，所述頻率計(jì)算模塊用于在正常運(yùn)行過(guò)程中動(dòng)態(tài)修正頻率，以防止前端檢測(cè)電路信號(hào)抖動(dòng)和適應(yīng)電網(wǎng)波動(dòng)引起的問(wèn)題，所述PWM輸出控制模塊輸出三路PWM信號(hào)，在預(yù)充電和正常工作階段實(shí)現(xiàn)整流電路的預(yù)充電和正常運(yùn)行，所述通信接口驅(qū)動(dòng)模塊用于與其他控制芯片對(duì)接，上報(bào)整流狀態(tài)信息或獲取運(yùn)行狀態(tài)切換指令，所述通信協(xié)議解析模塊用于通信報(bào)文的解析。
[0006]上述數(shù)字可控硅整流控制裝置，其中，所述輸入檢測(cè)模塊采用定時(shí)掃描方式或者中斷方式檢測(cè)輸入端口狀態(tài)。
[0007]另一方面，提供一種如上述的數(shù)字可控硅整流控制裝置的控制方法，其中，包括下列步驟:
[0008]上電并完成基本初始化，關(guān)掉看門(mén)狗和中斷，初始化系統(tǒng)時(shí)鐘，通訊串口以及系統(tǒng)變量；
[0009]進(jìn)入循環(huán)、喂狗以及狀態(tài)切換，狀態(tài)切換分為初始化階段、計(jì)算頻率階段、預(yù)充電階段、正常運(yùn)行階段和出錯(cuò)停機(jī)報(bào)警階段；
[0010]計(jì)算頻率階段，在輸入脈沖上升沿中斷時(shí)開(kāi)始時(shí)，利用高精度定時(shí)器采集頻率，去掉其中粗大的異常頻率數(shù)據(jù)，保留50組，然后求平均，再將50組數(shù)據(jù)中與上面計(jì)算均值相差大的數(shù)據(jù)剔除，余下的數(shù)據(jù)再求均值得到電網(wǎng)的頻率值；
[0011]在整個(gè)過(guò)程中做一次檢測(cè)相序，在頻率計(jì)算完成后實(shí)行；
[0012]預(yù)充電階段，需在每一相上升沿中斷到來(lái)時(shí)，計(jì)算下一次交變電過(guò)零點(diǎn)的時(shí)間，并設(shè)置過(guò)零點(diǎn)定時(shí)器，在過(guò)零點(diǎn)定時(shí)器到的時(shí)候，計(jì)算下一次PWM輸出脈沖的觸發(fā)時(shí)間并設(shè)置定時(shí)器，待定時(shí)器到來(lái)時(shí)輸出PWM脈沖，再設(shè)置輸出脈沖持續(xù)時(shí)間定時(shí)器，定時(shí)器到時(shí)則停止輸出脈沖；
[0013]正常運(yùn)行階段，每一相都要采集頻率值，過(guò)濾掉異常值，動(dòng)態(tài)修正頻率時(shí)，保留前49次的數(shù)據(jù)并與當(dāng)前周期采集的頻率數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得到動(dòng)態(tài)修正的電網(wǎng)頻率值，在此階段需要持續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的各種故障；
[0014]出錯(cuò)停機(jī)報(bào)警階段，系統(tǒng)關(guān)閉三路PWM輸出，并上報(bào)狀態(tài)。
[0015]上述數(shù)字可控硅整流控制方法，其中，每次狀態(tài)切換后，會(huì)往串口輸出當(dāng)前狀態(tài)信息，并上報(bào)給其他控制器，同時(shí)不斷掃描串口來(lái)的指令信息，并做針對(duì)的狀態(tài)切換。
[0016]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下優(yōu)勢(shì):
[0017]1、省去了硬件的預(yù)充電裝置，并使得預(yù)充電階段參數(shù)易調(diào)整，可適應(yīng)各種不同的工作環(huán)境；
[0018]2、可以適應(yīng)不同的電網(wǎng)頻率，并適應(yīng)電網(wǎng)波動(dòng)；
[0019]3、采用高精度定時(shí)器提供高精度的預(yù)充電控制以及輸出控制；
[0020]4、中斷方式檢測(cè)輸入三相脈沖序列，實(shí)時(shí)性能高；
[0021]5、完備的防護(hù)機(jī)制，故障時(shí)能及時(shí)防護(hù)后面的整流橋電路，防止過(guò)壓損毀。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0022]構(gòu)成本發(fā)明的一部分的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0023]圖1為本發(fā)明可控硅整流控制裝置實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2為本發(fā)明可控硅整流控制裝置實(shí)施例的模塊組成示意圖；
[0025]圖3為本發(fā)明可控硅整流控制方法實(shí)施例的流程方法示意圖；
[0026]圖4為本發(fā)明可控硅整流控制方法實(shí)施例的系統(tǒng)控制狀態(tài)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0028]需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。
[0029]本發(fā)明的基本思想在于:設(shè)計(jì)一種可控硅整流控制裝置及控制方法，提高整流控制的精度、可靠性以及抗干擾能力，具有更好的使用體驗(yàn)。
[0030]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的各優(yōu)選實(shí)施例作進(jìn)一步說(shuō)明:
[0031]參照?qǐng)D2，本發(fā)明一種數(shù)字可控硅整流控制裝置包括系統(tǒng)控制模塊、頻率計(jì)算模塊、PWM輸出控制模塊、通訊協(xié)議解析模塊、輸入檢測(cè)模塊、定時(shí)器模塊和通信接口驅(qū)動(dòng)模塊，系統(tǒng)控制模塊負(fù)責(zé)整個(gè)MCU運(yùn)行過(guò)程中的狀態(tài)轉(zhuǎn)換控制，并完成上電初期的相序檢測(cè)以及整個(gè)工作過(guò)程中的故障檢測(cè)，并根據(jù)動(dòng)態(tài)修正頻率調(diào)整輸出PWM信號(hào)等功能。輸入檢測(cè)模塊用于確定輸入電源的相位基點(diǎn)，定時(shí)器模塊提供高精度定時(shí)器，用于系統(tǒng)計(jì)算頻率，以及過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)和輸出控制，頻率計(jì)算模塊在初始上電過(guò)程中，利用定時(shí)器計(jì)算三相輸入的脈沖周期頻率，并實(shí)現(xiàn)兩級(jí)濾波，達(dá)到抗電網(wǎng)干擾并精確計(jì)算輸入頻率的目的。在正常運(yùn)行過(guò)程中，動(dòng)態(tài)修正頻率，防止前端檢測(cè)電路信號(hào)抖動(dòng)和適應(yīng)電網(wǎng)波動(dòng)引起的問(wèn)題，PWM輸出控制模塊輸出三路PWM信號(hào)，在預(yù)充電和正常工作階段，由這三路PWM信號(hào)控制晶閘管實(shí)現(xiàn)整流電路的預(yù)充電和正常運(yùn)行功能，通信接口驅(qū)動(dòng)模塊采用串口通信，用于MCU與其他控制芯片對(duì)接，上報(bào)整流狀態(tài)信息，或通過(guò)此接口獲取運(yùn)行狀態(tài)切換指令，通信協(xié)議解析模塊用于通信報(bào)文的解析，需要保證通信數(shù)據(jù)的可靠，提供容錯(cuò)的功能。
[0032]在不同實(shí)施例中，輸入檢測(cè)模塊可以采用定時(shí)掃描方式或者中斷方式檢測(cè)輸入端口狀態(tài)，但若是采用定時(shí)掃描方式，MCU使用率較高，對(duì)MCU的性能有要求。
[0033]參考圖3和圖4，本發(fā)明可控硅控制裝置的MCU軟件運(yùn)行以系統(tǒng)控制模塊中的狀態(tài)機(jī)為基礎(chǔ)。
[0034]整流控制器上電并完成基本初始化后，進(jìn)入到上述流程，首先關(guān)掉看門(mén)狗和中斷，初始化系統(tǒng)時(shí)鐘，通訊串口以及系統(tǒng)變量，包括系統(tǒng)狀態(tài)等等。
[0035]系統(tǒng)進(jìn)入循環(huán)，喂狗以及狀態(tài)切換，狀態(tài)切換中分為初始化階段，計(jì)算頻率階段，預(yù)充電階段以及正常運(yùn)行階段，最后還有出錯(cuò)停機(jī)報(bào)警階段。每次狀態(tài)切換后，都會(huì)要往串口輸出當(dāng)前狀態(tài)信息，上報(bào)給其他控制器。這個(gè)階段還會(huì)不斷掃描串口來(lái)的指令信息，并做針對(duì)的狀態(tài)切換。
[0036]計(jì)算頻率，在輸入脈沖上升沿中斷時(shí)開(kāi)始時(shí)，利用高精度定時(shí)器采集頻率，去掉其中粗大的異常頻率數(shù)據(jù)，保留50組，然后求平均，再將50組數(shù)據(jù)中與上面計(jì)算均值相差大的數(shù)據(jù)剔除，余下的數(shù)據(jù)再求均值得到電網(wǎng)的頻率值。
[0037]頻率計(jì)算完成后要檢測(cè)相序，這個(gè)在整個(gè)過(guò)程中只做一次。
[0038]預(yù)充電階段，需在每一相上升沿中斷到來(lái)時(shí)，計(jì)算下一次交變電過(guò)零點(diǎn)的時(shí)間，并設(shè)置過(guò)零點(diǎn)定時(shí)器。在過(guò)零點(diǎn)定時(shí)器到的時(shí)候，也就是交變電O度相位的時(shí)候，計(jì)算下一次PWM輸出脈沖的觸發(fā)時(shí)間并設(shè)置定時(shí)器，待定時(shí)器到來(lái)時(shí)輸出PWM脈沖，再設(shè)置輸出脈沖持續(xù)時(shí)間定時(shí)器，定時(shí)器到則停止輸出脈沖。
[0039]正常運(yùn)行階段，每一相都要采集頻率值，過(guò)濾掉異常值，動(dòng)態(tài)修正頻率時(shí)，保留前49次的數(shù)據(jù)并與當(dāng)前周期采集的頻率數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得到動(dòng)態(tài)修正的電網(wǎng)頻率值。輸出脈沖過(guò)程類似與預(yù)充電階段脈沖輸出。區(qū)別是，正常工作時(shí)，PWM為固定相位的輸出，不需要?jiǎng)討B(tài)改動(dòng)。在此階段需要持續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的各種故障。
[0040]停機(jī)狀態(tài)，系統(tǒng)出現(xiàn)缺相或其他故障時(shí)停機(jī)，也可能是其他控制器通過(guò)通訊接口發(fā)來(lái)停機(jī)指令。停機(jī)時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入這個(gè)狀態(tài)，關(guān)閉三路PWM輸出，并上報(bào)狀態(tài)。
[0041]從上述各實(shí)施例可以看出，本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于:
[0042]省去了硬件的預(yù)充電裝置，并使得預(yù)充電階段參數(shù)易調(diào)整，可適應(yīng)各種不同的工作環(huán)境；可以適應(yīng)不同的電網(wǎng)頻率，并適應(yīng)電網(wǎng)波動(dòng)；采用高精度定時(shí)器提供高精度的預(yù)充電控制以及輸出控制；中斷方式檢測(cè)輸入三相脈沖序列，實(shí)時(shí)性能高；完備的防護(hù)機(jī)制，故障時(shí)能及時(shí)防護(hù)后面的整流橋電路，防止過(guò)壓損毀。
[0043]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種數(shù)字可控硅整流控制裝置，其特征在于，包括系統(tǒng)控制模塊、頻率計(jì)算模塊、PWM輸出控制模塊、通訊協(xié)議解析模塊、輸入檢測(cè)模塊、定時(shí)器模塊和通信接口驅(qū)動(dòng)模塊，所述系統(tǒng)控制模塊負(fù)責(zé)運(yùn)行過(guò)程中的狀態(tài)轉(zhuǎn)換控制，并完成上電初期的相序檢測(cè)及整個(gè)工作過(guò)程中的故障檢測(cè)，并根據(jù)動(dòng)態(tài)修正頻率調(diào)整輸出PWM信號(hào)，所述輸入檢測(cè)模塊用于確定輸入電源的相位基點(diǎn)，所述定時(shí)器模塊用于系統(tǒng)計(jì)算頻率以及過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)和輸出控制，所述頻率計(jì)算模塊用于在正常運(yùn)行過(guò)程中動(dòng)態(tài)修正頻率，以防止前端檢測(cè)電路信號(hào)抖動(dòng)和適應(yīng)電網(wǎng)波動(dòng)引起的問(wèn)題，所述PWM輸出控制模塊輸出三路PWM信號(hào)，在預(yù)充電和正常工作階段實(shí)現(xiàn)整流電路的預(yù)充電和正常運(yùn)行，所述通信接口驅(qū)動(dòng)模塊用于與其他控制芯片對(duì)接，上報(bào)整流狀態(tài)信息或獲取運(yùn)行狀態(tài)切換指令，所述通信協(xié)議解析模塊用于通信報(bào)文的解析。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述數(shù)字可控硅整流控制裝置，其特征在于，所述輸入檢測(cè)模塊采用定時(shí)掃描方式或者中斷方式檢測(cè)輸入端口狀態(tài)。
3.—種如權(quán)利要求1或2所述的數(shù)字可控硅整流控制裝置的控制方法，其特征在于，包括下列步驟: 上電并完成基本初始化，關(guān)掉看門(mén)狗和中斷，初始化系統(tǒng)時(shí)鐘，通訊串口以及系統(tǒng)變量; 進(jìn)入循環(huán)、喂狗以及狀態(tài)切換，狀態(tài)切換分為初始化階段、計(jì)算頻率階段、預(yù)充電階段、正常運(yùn)行階段和出錯(cuò)停機(jī)報(bào)警階段； 計(jì)算頻率階段，在輸入脈沖上升沿中斷時(shí)開(kāi)始時(shí)，利用高精度定時(shí)器采集頻率，去掉其中粗大的異常頻率數(shù)據(jù)，保留50組，然后求平均，再將50組數(shù)據(jù)中與上面計(jì)算均值相差大的數(shù)據(jù)剔除，余下的數(shù)據(jù)再求均值得到電網(wǎng)的頻率值； 在整個(gè)過(guò)程中做一次檢測(cè)相序，在頻率計(jì)算完成后實(shí)行； 預(yù)充電階段，需在每一相上升沿中斷到來(lái)時(shí)，計(jì)算下一次交變電過(guò)零點(diǎn)的時(shí)間，并設(shè)置過(guò)零點(diǎn)定時(shí)器，在過(guò)零點(diǎn)定時(shí)器到的時(shí)候，計(jì)算下一次PWM輸出脈沖的觸發(fā)時(shí)間并設(shè)置定時(shí)器，待定時(shí)器到來(lái)時(shí)輸出PWM脈沖，再設(shè)置輸出脈沖持續(xù)時(shí)間定時(shí)器，定時(shí)器到時(shí)則停止輸出脈沖； 正常運(yùn)行階段，每一相都要采集頻率值，過(guò)濾掉異常值，動(dòng)態(tài)修正頻率時(shí)，保留前49次的數(shù)據(jù)并與當(dāng)前周期采集的頻率數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得到動(dòng)態(tài)修正的電網(wǎng)頻率值，在此階段需要持續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的各種故障； 出錯(cuò)停機(jī)報(bào)警階段，系統(tǒng)關(guān)閉三路PWM輸出，并上報(bào)狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述數(shù)字可控硅整流控制方法，其特征在于，每次狀態(tài)切換后，會(huì)往串口輸出當(dāng)前狀態(tài)信息，并上報(bào)給其他控制器，同時(shí)不斷掃描串口來(lái)的指令信息，并做針對(duì)的狀態(tài)切換。
【文檔編號(hào)】H02M7/155GK104518688SQ201310460456
【公開(kāi)日】2015年4月15日 申請(qǐng)日期:2013年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月29日
【發(fā)明者】王曉朋, 王才才, 楊后躍 申請(qǐng)人:上海華興數(shù)字科技有限公司