數(shù)字開關(guān)變換器保護(hù)電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種數(shù)字開關(guān)變換器保護(hù)電路，其由故障信號鎖存電路(10)、故障信息傳輸電路(11)、反相驅(qū)動(dòng)電路(12)、故障指示電路(13)、脈沖封鎖信號電路(14)和開關(guān)信號電路(15)組成；所述故障信號鎖存電路，其輸入端接收被檢測信號，其輸出端分別與故障信息傳輸電路(11)和反相器電路(12)輸入端連接；反相驅(qū)動(dòng)電路(12)的輸出端分別與故障指示電路(13)、脈沖封鎖信號電路(14)、以及開關(guān)信號電路(15)連接。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)對瞬態(tài)過壓故障保護(hù)進(jìn)行自動(dòng)重啟動(dòng)，增強(qiáng)了自恢復(fù)能力，提高了數(shù)字開關(guān)變換器系統(tǒng)可靠性；由于采用了模塊化保護(hù)電路，便于擴(kuò)展，利于數(shù)字開關(guān)變換器產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和制造。
【專利說明】
數(shù)字開關(guān)變換器保護(hù)電路
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及開關(guān)變換器領(lǐng)域，特別是涉及一種數(shù)字控制開關(guān)變換器的保護(hù)電路。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著新能源技術(shù)的發(fā)展，電力電子開關(guān)變換器在新能源領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。傳統(tǒng)的開關(guān)變換器的控制與保護(hù)多是采用專用開關(guān)控制芯片和模擬檢測電路來實(shí)現(xiàn)，目前數(shù)字控制技術(shù)在開關(guān)變換器的控制應(yīng)用中逐漸普及，數(shù)字控制器不僅能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)模擬芯片的開關(guān)信號生成和閉環(huán)控制，還能夠智能化地對變換器電路進(jìn)行有效保護(hù)。在數(shù)字開關(guān)變換器的電路保護(hù)方面，充分結(jié)合模擬電路的快速性和數(shù)字控制器的智能化特性，對提高數(shù)字開關(guān)變換器系統(tǒng)的可靠性具有實(shí)際工程意義。
[0003]現(xiàn)有的數(shù)字開關(guān)變換器保護(hù)電路，一種是采用數(shù)字控制器直接檢測被監(jiān)測信號，由軟件識別故障狀態(tài)并采取保護(hù)，這種方法增加了數(shù)字控制器的負(fù)擔(dān)，會(huì)影響數(shù)字開關(guān)變換器的控制性能。另一種是采用模擬電路進(jìn)行保護(hù)，這種方法保護(hù)速度快，但需要模擬保護(hù)電路與數(shù)字控制器的故障信息交互能力，還需要利用數(shù)字控制器的優(yōu)點(diǎn)來進(jìn)行故障狀態(tài)的識別和報(bào)警，更進(jìn)一步，還需要在某些故障下的自動(dòng)重啟動(dòng)能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供一種數(shù)字開關(guān)變換器保護(hù)電路，以增強(qiáng)其與數(shù)字控制器信息交互能力，同時(shí)解決數(shù)字開關(guān)變換器缺乏特定故障下自動(dòng)重啟動(dòng)能力的問題。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用以下的技術(shù)方案:
[0006]本發(fā)明提供的數(shù)字開關(guān)變換器保護(hù)電路，其由故障信號鎖存電路、故障信息傳輸電路、反相驅(qū)動(dòng)電路、故障指示電路、脈沖封鎖信號電路和開關(guān)信號電路組成;其中:所述故障信號鎖存電路，其輸入端接收被檢測信號，其輸出端分別與故障信息傳輸電路和反相器電路輸入端連接;反相驅(qū)動(dòng)電路的輸出端分別與故障指示電路、脈沖封鎖信號電路、以及開關(guān)信號電路連接。
[0007]所述的故障信號鎖存電路，包含η個(gè)比較鎖存電路，用于對η路被檢測信號與對應(yīng)設(shè)定值進(jìn)行比較運(yùn)算，被檢測信號的比較結(jié)果狀態(tài)被比較鎖存電路鎖存;所述η為I至64。
[0008]所述的比較鎖存電路，其鎖存清除控制信號來自故障信息傳輸電路的或門電路輸出；所述或門電路，其輸入信號來自手動(dòng)鎖存清除信號和來自數(shù)字控制器的自動(dòng)鎖存清除信號。
[0009]所述的故障信息傳輸電路，由并串轉(zhuǎn)換電路、或門電路、或門電路組成，其中:所述并串轉(zhuǎn)換電路的并行輸入端口與由故障信號鎖存電路中的η個(gè)比較鎖存電路輸出端逐一連接，用于將η個(gè)比較鎖存電路輸出狀態(tài)轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)，與數(shù)字控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信;所述或門電路的輸出端與故障信號鎖存電路中的η個(gè)比較鎖存電路的復(fù)位端連接，用于對比較鎖存電路進(jìn)行復(fù)位;所述或門電路的輸入端分別與并串轉(zhuǎn)換電路和脈沖封鎖信號電路中的反相輸出電路連接;所述或門電路的輸出端產(chǎn)生中斷請求信號，用于啟動(dòng)數(shù)字控制器執(zhí)行故障處理程序;所述η為I至64。
[0010]所述的反相驅(qū)動(dòng)電路，其輸入端與故障信號鎖存電路的η個(gè)比較鎖存電路的輸出端逐一連接，所述η為I至64。
[0011]所述的故障指示電路，其輸入端與反相驅(qū)動(dòng)電路的η個(gè)輸出端逐一相連接，用于指示η個(gè)比較鎖存電路的輸出狀態(tài)，所述η為I至64。
[0012]所述的脈沖封鎖信號電路，其由與門電路、兩個(gè)反相輸出電路組成，其中:所述的與門電路，其輸入端與反相驅(qū)動(dòng)電路的部分輸出端或全部輸出端連接，其輸出端與一個(gè)反相輸出電路連接，用于產(chǎn)生中斷請求信號;與門電路的輸出端還與另一反相輸出電路連接，用于產(chǎn)生PWM封鎖信號。
[0013]所述的開關(guān)信號電路，含有m個(gè)與門電路和m個(gè)反相輸出電路;所述m個(gè)與門電路的輸入端分別與反相驅(qū)動(dòng)電路的部分輸出端或全部輸出端連接，所述反相輸出電路用于輸出m個(gè)開關(guān)信號;所述m < η。
[0014]本發(fā)明提供的數(shù)字開關(guān)變換器保護(hù)電路，其用于數(shù)字開關(guān)變換器的過電壓和過電流保護(hù)，具體是:
[0015](I)在開關(guān)變換器主電路中分別設(shè)置輸入側(cè)繼電器和輸出側(cè)繼電器，所述數(shù)字開關(guān)變換器保護(hù)電路在所述輸入側(cè)繼電器的輸出端分別檢測輸入電壓和輸入電流，在所述輸出側(cè)繼電器的輸入端分別檢測輸出電壓和輸出電流；
[0016](2)數(shù)字控制器在所述輸入側(cè)繼電器的輸入端檢測輸入電壓；
[0017](3)所述數(shù)字開關(guān)變換器保護(hù)電路的故障信息傳輸電路與數(shù)字控制器連接；
[0018](4)所述數(shù)字開關(guān)變換器保護(hù)電路的脈沖封鎖信號電路中的PWM封鎖信號與開關(guān)變換器PWM驅(qū)動(dòng)電路連接，用于封鎖開關(guān)變換器PWM驅(qū)動(dòng)信號輸出，所述數(shù)字開關(guān)變換器保護(hù)電路控制輸入側(cè)繼電器和輸出側(cè)繼電器的斷開，數(shù)字控制器控制輸入側(cè)繼電器和輸出側(cè)繼電器的閉合。
[0019]所述的數(shù)字開關(guān)變換器保護(hù)電路，采用以下方法對數(shù)字開關(guān)變換器進(jìn)行過電壓和過電流保護(hù):
[0020](I)當(dāng)任一路被檢測信號超過對應(yīng)設(shè)定值時(shí)，故障信息傳輸電路的中斷信號啟動(dòng)數(shù)字控制器故障處理流程；
[0021](2)關(guān)閉數(shù)字控制器PffM驅(qū)動(dòng)信號，然后通過故障信息傳輸電路的串行通信線讀取比較鎖存電路輸出狀態(tài)；
[0022](3)如果是輸入電流過流故障狀態(tài)，則進(jìn)行輸入電流過流故障報(bào)警處理；
[0023](4)如果是輸出電流過流故障狀態(tài)，則進(jìn)行輸出電流過流故障報(bào)警處理；
[0024](5)如果是輸入電壓過壓故障狀態(tài)，則檢測輸入電壓；當(dāng)輸入電壓超過預(yù)設(shè)值時(shí)，確定為輸入過壓故障，進(jìn)行輸入電壓過壓故障報(bào)警處理；當(dāng)輸入電壓正常時(shí)，數(shù)字控制器通過故障信息傳輸電路清除比較鎖存電路的故障鎖存狀態(tài)，然后閉合輸入繼電器，重新啟動(dòng)變換器工作，并檢測輸出電壓；當(dāng)輸出電壓超過預(yù)設(shè)值時(shí)，確定為輸出過壓故障，關(guān)閉數(shù)字控制器PffM驅(qū)動(dòng)信號，進(jìn)行輸出過壓故障報(bào)警處理；當(dāng)輸出電壓正常時(shí)，則閉合輸出繼電器，變換器恢復(fù)正常輸出；
[0025](6)如果是輸出電壓過壓故障狀態(tài)，數(shù)字控制器發(fā)出自動(dòng)鎖存清除信號來清除比較鎖存電路故障鎖存狀態(tài)，然后啟動(dòng)變換器，并檢測輸出電壓；當(dāng)輸出電壓超過預(yù)設(shè)值時(shí)，確定為輸出過壓故障，關(guān)閉數(shù)字控制器HVM驅(qū)動(dòng)信號，進(jìn)行輸出過壓故障報(bào)警處理；當(dāng)輸出電壓正常時(shí)，則閉合輸出繼電器，變換器恢復(fù)正常輸出。
[0026]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的主要優(yōu)點(diǎn):
[0027]其一，故障保護(hù)快速性和故障處理智能化。
[0028]采用模擬電路對數(shù)字開關(guān)變換器進(jìn)行實(shí)時(shí)快速保護(hù)，鎖存的故障狀態(tài)能由硬件電路顯示，也能由數(shù)字控制器程序識別。該保護(hù)電路便于數(shù)字開關(guān)變換器的保護(hù)、監(jiān)控和故障診斷，也方便數(shù)字開關(guān)變換器生產(chǎn)制造中的調(diào)試。采用對故障的模擬電路檢測保護(hù)和對故障的數(shù)字化處理，可以實(shí)現(xiàn)對瞬態(tài)過壓故障保護(hù)進(jìn)行自動(dòng)重啟動(dòng)，增強(qiáng)了自恢復(fù)能力，提高了數(shù)字開關(guān)變換器系統(tǒng)可靠性。
[0029]其二，保護(hù)電路模塊化，便于擴(kuò)展。
[0030]結(jié)合模擬電路快速性和數(shù)字處理器智能化特點(diǎn)，按模塊化設(shè)計(jì)數(shù)字開關(guān)變換器保護(hù)電路，電路簡潔，便于擴(kuò)展。
【附圖說明】
[0031]圖1是按照本發(fā)明一實(shí)施方式用于數(shù)字開關(guān)變換器保護(hù)電路的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]圖2是按照本發(fā)明一實(shí)施方式用于數(shù)字開關(guān)變換器過壓與過流保護(hù)電路示意圖。
[0033]圖3是按照本發(fā)明一實(shí)施方式用于數(shù)字開關(guān)變換器故障保護(hù)的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034]圖4是按照本發(fā)明一實(shí)施方式用于數(shù)字開關(guān)變換器故障保護(hù)處理流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]本發(fā)明提供的數(shù)字開關(guān)變換器保護(hù)電路，對被監(jiān)測信號進(jìn)行檢測、比較和故障狀態(tài)鎖存，出現(xiàn)故障時(shí)及時(shí)封鎖開關(guān)變換器PWM驅(qū)動(dòng)信號，并可產(chǎn)生控制信號斷開開關(guān)變換器主電路繼電器，對開關(guān)變換器進(jìn)行有效保護(hù)。同時(shí)，該保護(hù)電路在保護(hù)動(dòng)作后能顯示故障狀態(tài)，鎖存故障狀態(tài)信息可以被數(shù)字控制器以響應(yīng)中斷和串行方式讀取，根據(jù)故障狀態(tài)信息進(jìn)行報(bào)警處理，還可對瞬態(tài)過電壓故障進(jìn)行開關(guān)變換器重啟動(dòng)。結(jié)合模擬電路快速性和數(shù)字處理器智能化特點(diǎn)，按模塊化設(shè)計(jì)數(shù)字開關(guān)變換器保護(hù)電路，電路簡潔，便于擴(kuò)展。該保護(hù)電路增強(qiáng)了數(shù)字開關(guān)變換器中模擬保護(hù)電路與數(shù)字控制器信息交互能力，也解決數(shù)字開關(guān)變換器缺乏特定故障下自動(dòng)重啟動(dòng)能力的問題。
[0036]本發(fā)明是一種便于硬件擴(kuò)展的模塊化結(jié)構(gòu)多路故障保護(hù)電路，利于數(shù)字開關(guān)變換器產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和制造;集成了故障快速保護(hù)和故障信息傳輸功能，在數(shù)字開關(guān)變換器中具有通用性。
[0037]下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不限定本發(fā)明。
[0038]實(shí)施例1.數(shù)字開關(guān)變換器保護(hù)電路
[0039]該數(shù)字開關(guān)變換器保護(hù)電路的結(jié)構(gòu)如圖1所示，由故障信號鎖存電路10、故障信息傳輸電路U、反相驅(qū)動(dòng)電路12、故障指示電路13、脈沖封鎖信號電路14和開關(guān)信號電路15組成。所述故障信號鎖存電路10，其輸入端接收被檢測信號，其輸出端分別與故障信息傳輸電路11和反相器電路12輸入端連接。反相驅(qū)動(dòng)電路12的輸出端分別與故障指示電路13、脈沖封鎖信號電路14以及開關(guān)信號電路15連接。
[0040]所述故障信號鎖存電路10包含η個(gè)比較鎖存電路101，用于對η路被檢測信號進(jìn)行比較運(yùn)算，當(dāng)任一路被檢測信號超過對應(yīng)設(shè)定的故障保護(hù)值時(shí)，該被檢測信號狀態(tài)被比較鎖存電路101鎖存。故障信號鎖存電路10的比較鎖存電路101的鎖存清除控制信號來自故障信息傳輸電路11的或門電路111輸出，或門電路111的輸入信號來自手動(dòng)鎖存清除信號和來自數(shù)字控制器的自動(dòng)鎖存清除信號。
[0041]所述的故障信息傳輸電路11，由并串轉(zhuǎn)換電路112，或門電路111，或門電路113組成。其中:并串轉(zhuǎn)換電路112的并行輸入端口與由故障信號鎖存電路10中的η個(gè)比較鎖存電路101逐一連接，用于將η個(gè)比較鎖存電路101的輸出狀態(tài)轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)，與數(shù)字控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。所述或門電路111輸出端與故障信號鎖存電路10中的η個(gè)比較鎖存電路101的復(fù)位端連接，用于對比較鎖存電路101進(jìn)行復(fù)位。所述或門電路113輸入端分別與并串轉(zhuǎn)換電路112和脈沖封鎖信號電路14中的反相輸出電路142連接;或門電路113輸出端產(chǎn)生中斷請求信號，用于啟動(dòng)數(shù)字控制器執(zhí)行故障處理程序。
[0042]所述的反相驅(qū)動(dòng)電路12，其輸入端與故障信號鎖存電路10的η個(gè)比較鎖存電路101逐一連接。故障指示電路13與反相驅(qū)動(dòng)電路12的η個(gè)輸出端逐一相連接，用于指示η個(gè)比較鎖存電路101輸出狀態(tài)。
[0043]所述的脈沖封鎖信號電路14，由與門電路141、反相輸出電路142和反相輸出電路143組成。與門電路141的輸入端與反相驅(qū)動(dòng)電路12的輸出端逐一連接。與門電路141的輸出端與反相輸出電路142連接，用于產(chǎn)生中斷請求信號；與門電路141的輸出端與反相輸出電路143連接，用于產(chǎn)生PffM封鎖信號。
[0044]所述的開關(guān)信號電路15，其含有m個(gè)與門電路151和m個(gè)反相輸出電路152。所述m個(gè)與門電路151，其輸入端分別與反相驅(qū)動(dòng)電路12的部分輸出端連接。反相輸出電路152用于輸出m個(gè)開關(guān)信號。開關(guān)信號用于驅(qū)動(dòng)數(shù)字開關(guān)變換器的斷路繼電器、聲光報(bào)警控制、發(fā)送給其它電路單元的控制信號等。
[0045]實(shí)施例2.數(shù)字開關(guān)變換器保護(hù)電路的應(yīng)用
[0046]本實(shí)施例2提供的數(shù)字開關(guān)變換器保護(hù)電路，用于數(shù)字開關(guān)變換器過壓與過流保護(hù)。
[0047]圖2中:故障信號鎖存電路10中包含4個(gè)比較鎖存電路101，即為n= 4的例子。其中第一個(gè)比較鎖存電路101，由濾波電容Cl、比較器Al、電位器Wl、二極管Dl和光電隔離器Pl構(gòu)成;其它三個(gè)比較鎖存電路與第一個(gè)比較鎖存電路結(jié)構(gòu)相同，分別由濾波電容C2至濾波電容C4、比較器A2至比較器A4、電位器W2至電位器W4、二極管D2至二極管D4和光電隔離器P2至光電隔離器P4構(gòu)成;所述濾波電容與相應(yīng)的電阻構(gòu)成阻容濾波電路，所述比較器、電位器和二極管構(gòu)成比較鎖存電路，所述光電隔離器構(gòu)成鎖存清除電路。
[0048]圖2中:故障信息傳輸電路11主要由通用并串轉(zhuǎn)換器A9、或門All和反相器AlO組成，是數(shù)字開關(guān)變換器保護(hù)電路與數(shù)字控制器的接口電路。
[0049]圖2中:反相驅(qū)動(dòng)電路12由通用反相器A5至A8構(gòu)成。
[0050]圖2中:故障指示電路13包含發(fā)光二極管D9至發(fā)光二極管D12。
[0051 ]圖2中:脈沖封鎖信號電路14中的與門電路141由二極管D5至二極管D8構(gòu)成，反相輸出電路142由MOS管Tl構(gòu)成，反相輸出電路143由MOS管T2構(gòu)成。
[0052]圖2中:所述開關(guān)信號電路15中的第一路開關(guān)控制信號I為輸入繼電器關(guān)斷控制信號，其與門電路由由二極管D13與二極管D14構(gòu)成，反相輸出電路由MOS管T3構(gòu)成。第二路開關(guān)控制信號2為輸出繼電器關(guān)斷控制信號，其與門電路由由二極管D15與二極管D16構(gòu)成，反相輸出電路由MOS管Τ4構(gòu)成。
[0053]故障信號鎖存電路10中以比較器Al通路為例說明連接關(guān)系，輸入電壓信號經(jīng)Rl和R2連接到比較器Al的同相輸入端，電位器Wl的中間抽頭接到比較器Al的反相輸入端，二極管Dl的陽極與比較器Al輸出端連接，二極管Dl的陰極經(jīng)電阻R3后接到比較器Al的同相輸入端。比較器Al的輸出端與并串轉(zhuǎn)換器Α9的輸入端1連接，比較器Al的輸出端還與反相驅(qū)動(dòng)電路12中的反相器Α5的輸入端連接。光電隔離器Pl的輸出集電極端與比較器Al的輸出端相連接，光電隔離器Pl的輸出發(fā)射極端接地。光電隔離器Pl的輸入二極管陰極端經(jīng)電阻R6連接到反相器AlO的輸出端，光電隔離器Pl的輸入二極管陰極用作比較器Al的鎖存清除控制端。比較器Α2至比較器Α4的連接關(guān)系與比較器Al的連接關(guān)系相似。
[0054]故障信息傳輸電路11中的并串轉(zhuǎn)換器Α9的輸入端1至13分別與比較器Al至Α4的輸出端相連接，并串轉(zhuǎn)換器Α9輸出線SCL和輸出線SDA為通用的串行通信線，輸出線INT與或門All的一個(gè)輸入端連接。反相器AlO的輸入端為鎖存清除信號，反相器AlO的輸出端連接手的鎖存清除按鈕BI，反相器AlO的輸出端還分別經(jīng)電阻R6、R12、R18和R24與Pl至Ρ4輸入二極管陰極相連接。
[0055]反相驅(qū)動(dòng)電路12中以反相器A5為例說明連接關(guān)系，反相器A5輸入端與比較器Al的輸出端連接。反相器A5的輸出端與脈沖封鎖信號電路14中與門電路的二極管D5陰極連接，反相器A5的輸出端還連接到障指示電路13中發(fā)光二極管D9的陰極端。反相器A6至反相器AS的連接關(guān)系與反相器A5的連接關(guān)系相似。
[0056]故障指示電路13中的發(fā)光二極管D9至D12的陰極分別連接到反相器A5至AS的輸出端，發(fā)光二極管D9至D12的陽極分別經(jīng)電阻R27至R30連接到電源VI。
[0057]脈沖封鎖信號電路14的與門電路由二極管D5至D8構(gòu)成，二極管D5至D8的陽極均與電阻25的一端連接，二極管D5至D8各自的陰極分別與反相驅(qū)動(dòng)電路12中反相器A5至反相器A8的輸出端相連接。所述反相輸出電路142和反相輸出電路143分別由MOS管Tl和MOS管T2實(shí)現(xiàn)，MOS管Tl和MOS管T2的柵極均連接到電阻25的一端，即二極管D5至二極管D8的陽極公共連接端C=MOS管Tl的漏極與故障信息傳輸電路11中的或門Al I輸入端相連接，MOS管T2的漏極輸出PffM封鎖信號。
[0058]開關(guān)信號電路15中的二極管D13和二極管D14陰極分別與反相驅(qū)動(dòng)電路12中的反相器A5和反相器A6的輸出端連接。二極管D13和二極管D14陽極均與MOS管T3的柵極連接，MOS管T3的漏極為數(shù)字開關(guān)變換器的輸入繼電器關(guān)斷控制信號。二極管D15和二極管D146陰極分別與反相驅(qū)動(dòng)電路12中的反相器A7和反相器AS的輸出端連接。二極管D15和二極管D16陽極均與MOS管T4的柵極連接，MOS管T4的漏極為數(shù)字開關(guān)變換器的輸出繼電器關(guān)斷控制信號。
[0059]所述比較器Al至比較器A4、光電隔離器Pl至光電隔離器P4、反相器A5至反相器AS、反相器A10、或門All、并串轉(zhuǎn)換器A9均為現(xiàn)有技術(shù)，例如，比較器Al至比較器A4可以采用信號為LM393，光電隔離器Pl至光電隔離器P4可采用4N25，反相器A5至反相器AS，以及反相器AlO可采用DM7406，并串轉(zhuǎn)換器A9可采用CAT9554。
[0060]數(shù)字開關(guān)變換器保護(hù)電路的工作原理如下:首先，以比較器Al為例說明故障信號鎖存電路原理。輸入電壓Ui經(jīng)過由R1、C1和R2的濾波電路施加到比較器Al的同相輸入端，與反相輸入端上的由電位器Wl設(shè)定的電壓進(jìn)行比較，當(dāng)同相端電壓低于反相端電壓時(shí)，比較器Al的輸出端為低電平，此時(shí)二極管Dl處于截止?fàn)顟B(tài)，反相器A5的輸出為高電平。反之，當(dāng)同相端電壓高于反相端電壓時(shí)，比較器Al的輸出端為高電平，此時(shí)二極管Dl處于導(dǎo)通狀態(tài)；由于比較器Al的輸出高電平被二極管Dl施加于同相輸入端，即使輸入電壓Ui降低或?yàn)榱悖容^器Al也將一直保持在高電平輸出狀態(tài)。此時(shí)，反相器A5的輸出為高電平。比較器A2至比較器A4的信號比較鎖存原理與比較器Al的信號比較鎖存原理相似。
[0061]其次，說明故障指示電路、脈沖封鎖信號電路和開關(guān)信號電路工作原理。當(dāng)所有的被檢測輸入信號均低于設(shè)定的值，比較器Al至比較器A4的輸出均為低電平，則反相器A5至反相器AS的輸出均為高電平。此時(shí)，發(fā)光二極管D9至發(fā)光二極管D12均為熄滅狀態(tài)，即無故障狀態(tài)。同樣，二極管D5至二極管D8均截止，與二極管D5陽極至二極管D8陽極連接的MOS管Tl和MOS管T2均飽和導(dǎo)通，輸出均為低電平。同理，二極管D13至二極管D16也截止，MOS管T3和MOS管T4均飽和導(dǎo)通，輸出均為低電平。當(dāng)任一被檢測輸入信號高于設(shè)定值，都會(huì)產(chǎn)生故障指示、脈沖封鎖和開關(guān)信號。例如，電壓Ui升高至高于對應(yīng)設(shè)定值，比較器Al的輸出變?yōu)楦唠娖?，且該高電平被比較器Al鎖存，反相器A5輸出變?yōu)榈碗娖剑谑?，發(fā)給二極管D9導(dǎo)通點(diǎn)亮，指示為輸入過電壓故障；二極管D5導(dǎo)通，MOS管Tl和MOS管T2均截止，輸出信號INT2和輸出HVM封鎖信號均為高電平。同時(shí)，二極管D13導(dǎo)通，MOS管T3截止，MOS管T3的漏極為高電平，產(chǎn)生輸入繼電器關(guān)斷控制信號。比較器Al至比較器A4因被檢測輸入信號高于設(shè)定值后的產(chǎn)生故障指示、脈沖封鎖信號和開關(guān)信號的工作原理與比較器Al的上述工作原理相似。
[0062]然后，說明故障信息傳輸電路原理。并串轉(zhuǎn)換器A9的輸入信號1至13分別來自比較器Al至比較器A4的輸出端，反映了比較器Al至比較器A4的輸出狀態(tài)，即故障狀態(tài)。每當(dāng)輸入信號1至13中任一信號發(fā)生改變，并串轉(zhuǎn)換器A9產(chǎn)生中斷輸出信號INT1。并串轉(zhuǎn)換器A9產(chǎn)生中斷信號INTl或者M(jìn)OS管Tl產(chǎn)生中斷信號INT2，經(jīng)過或門All都會(huì)產(chǎn)生中斷請求信號。并串轉(zhuǎn)換器A9經(jīng)數(shù)據(jù)編碼后通過串行時(shí)鐘線SCL和串行數(shù)據(jù)線SDA，將輸入端的狀態(tài)信息發(fā)送給外部數(shù)字處理器。
[0063]最后，說明鎖存清除工作原理。在故障恢復(fù)后，即被檢測輸入信號電壓返回到低于對應(yīng)設(shè)定值后，比較器Al至A4中的原有鎖存高電平狀態(tài)可以被清除，即恢復(fù)到零電平狀態(tài)。以比較器Al為例說明鎖存清除原理，光電隔離器Pl的輸入二極管陰極是鎖存清除控制端，設(shè)比較器Al同相端電壓低于反相端設(shè)定電壓，比較器Al的輸出端仍鎖存在高電平狀態(tài)，此時(shí)，按下按鈕BI或者反相器AlO輸入端的自動(dòng)鎖存清除信號為高電平，光電隔離器Pl輸入二極管陰極為低電平，其輸入二極管導(dǎo)通，光電隔離器Pl的輸出集電極變?yōu)榈碗娖?，這將迫使比較器Al的輸出端變?yōu)榈碗娖?，于是，二極管Dl截止，比較器Al輸出端恢復(fù)到低電平狀態(tài)。比較器A2至A4的鎖存清除原理與比較器Al的鎖存清除原理相似。
[0064]實(shí)施例3.數(shù)字開關(guān)變換器保護(hù)電路的應(yīng)用
[0065]該保護(hù)電路用于數(shù)字開關(guān)變換器的故障保護(hù)，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。
[0066]在開關(guān)變換器主電路中分別設(shè)置輸入側(cè)繼電器和輸出側(cè)繼電器，所述數(shù)字開關(guān)變換器保護(hù)電路在所述輸入側(cè)繼電器的輸出端分別檢測輸入電壓和輸入電流，在所述輸出側(cè)繼電器的輸入端分別檢測輸出電壓和輸出電流。數(shù)字控制器在所述輸入側(cè)繼電器的輸入端檢測輸入電壓。所述數(shù)字開關(guān)變換器保護(hù)電路的故障信息傳輸電路與數(shù)字控制器連接;所述數(shù)字開關(guān)變換器保護(hù)電路的脈沖封鎖信號電路中的PWM封鎖信號與開關(guān)變換器PWM驅(qū)動(dòng)電路連接，用于封鎖開關(guān)變換器PWM驅(qū)動(dòng)信號輸出，所述數(shù)字開關(guān)變換器保護(hù)電路控制輸入側(cè)繼電器和輸出側(cè)繼電器的斷開，數(shù)字控制器控制輸入側(cè)繼電器和輸出側(cè)繼電器的閉合。
[0067]數(shù)字開關(guān)變換器系統(tǒng)包括:開關(guān)變換器主電路、PffM驅(qū)動(dòng)電路、數(shù)字控制器、數(shù)字開關(guān)變換器保護(hù)電路、輸入電壓傳感器S0、輸入電壓傳感器S1、輸入電流傳感器S2、輸出電壓傳感器S3、輸出電流傳感器S4、輸入繼電器JI與輸入繼電器控制電路、輸出繼電器J2與輸出繼電器控制電路。其連接關(guān)系是:開關(guān)變換器主電路的輸入電力線路0001上設(shè)置有繼電器Jl，開關(guān)變換器主電路的輸出電力線路0002上設(shè)置有繼電器J2。輸入電壓傳感器SO安裝在輸入繼電器JI的輸入側(cè)，輸入電壓傳感器SI安裝在輸入繼電器JI的輸出側(cè)。數(shù)字控制器的PWM輸出信號經(jīng)過PWM驅(qū)動(dòng)電路后連接到開關(guān)變換器主電路。所述數(shù)字開關(guān)變換器保護(hù)電路的輸入電壓檢測信號線1001和輸入電流檢測信號線1002分別連接到輸入電壓傳感器SI和輸入電流傳感器S2上，輸出電壓檢測信號線1003和輸出電流檢測信號線1004分別連接到輸出電壓傳感器S3和輸出電流傳感器S4上。所述數(shù)字開關(guān)變換器保護(hù)電路的PWM封鎖信號線1401連接到P麗驅(qū)動(dòng)電路，用于封鎖P麗驅(qū)動(dòng)電路的輸出信號。所述數(shù)字開關(guān)變換器保護(hù)電路的輸入繼電器關(guān)斷控制線1501和輸出繼電器關(guān)斷控制線1502分別與輸入繼電器控制電路和輸出繼電器控制電路連接。所述數(shù)字開關(guān)變換器保護(hù)電路的自動(dòng)鎖存清除信號線1101、串行時(shí)鐘信號線1102、串行數(shù)據(jù)信號線1103和中斷請求信號線1104分別與數(shù)字控制器的對應(yīng)端口連接。數(shù)字控制器經(jīng)信號線0003連接輸入電壓傳感器SO，用于檢測輸入電壓；數(shù)字控制器還可以與輸入電壓傳感器S1、輸入電流傳感器S2、輸出電壓傳感器S3和輸出電流傳感器S4相連接。數(shù)字控制器的信號線0004連接輸入繼電器控制電路，用于控制輸入繼電器的閉合;數(shù)字控制器的信號線0005連接輸出繼電器控制電路，用于控制輸出繼電器的閉合。
[0068]根據(jù)上述數(shù)字開關(guān)變換器保護(hù)電路工作原理，參考圖3可知:當(dāng)出現(xiàn)輸入過電壓故障或者發(fā)生輸入過電流故障時(shí)，數(shù)字開關(guān)變換器保護(hù)電路經(jīng)PWM封鎖信號線1401向PffM驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出PWM封鎖信號，停止開關(guān)變換器主電路工作，同時(shí)，數(shù)字開關(guān)變換器保護(hù)電路經(jīng)輸入繼電器關(guān)斷控制線1501向輸入繼電器控制電路發(fā)出輸入繼電器關(guān)斷信號，使輸入繼電器Jl斷開。同理，當(dāng)出現(xiàn)輸出過電壓故障或者發(fā)生輸出過電流故障時(shí)，數(shù)字開關(guān)變換器保護(hù)電路經(jīng)PWM封鎖信號線1401向PffM驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出PWM封鎖信號，停止開關(guān)變換器主電路工作，同時(shí)，數(shù)字開關(guān)變換器保護(hù)電路經(jīng)輸出繼電器關(guān)斷控制線1502向輸出繼電器控制電路發(fā)出輸出繼電器關(guān)斷信號，使輸出繼電器Jl斷開。出現(xiàn)任一故障，數(shù)字開關(guān)變換器保護(hù)電路都經(jīng)中斷請求信號線1104向數(shù)字控制器發(fā)出中斷請求信號。數(shù)字控制器經(jīng)過串行時(shí)鐘信號線1102和串行數(shù)據(jù)信號線1103讀取數(shù)字開關(guān)變換器保護(hù)電路中的比較鎖存電路輸出狀態(tài)。數(shù)字控制器經(jīng)過自動(dòng)鎖存清除信號線1101使數(shù)字開關(guān)變換器保護(hù)電路中的比較鎖存電路的輸出恢復(fù)到低電平。
[0069]實(shí)施例4.數(shù)字開關(guān)變換器的保護(hù)方法
[0070]本發(fā)明提供的上述數(shù)字開關(guān)變換器保護(hù)電路可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字開關(guān)變換器的輸入過壓、輸入過流、輸出過壓和輸出過流保護(hù)和控制。其流程如圖4所示。數(shù)字開關(guān)變換器正常運(yùn)行時(shí)，當(dāng)任一路輸入被檢測信號超過對應(yīng)設(shè)定值時(shí)，故障信息傳輸電路產(chǎn)生中斷信號后啟動(dòng)該故障處理程序流程。該流程開始于步驟SOOl。在步驟S002，關(guān)閉數(shù)字控制器PWM輸出驅(qū)動(dòng)信號。
[0071]在步驟S003，通過故障信息傳輸電路的串行通信線讀取比較鎖存電路輸出狀態(tài)；
[0072]在步驟S004，根據(jù)比較鎖存電路輸出狀態(tài)，判斷是否為輸出過流故障狀態(tài)，如果是輸出過流故障狀態(tài)，進(jìn)入流程S005，否則，進(jìn)入流程S006。
[0073]在步驟S005，確定為輸出過流故障，進(jìn)行輸出過流故障報(bào)警處理。
[0074]在步驟S006，根據(jù)比較鎖存電路輸出狀態(tài)，判斷是否為輸入過流故障狀態(tài)，如果是輸入過流故障狀態(tài)，進(jìn)入流程S007，否則，進(jìn)入流程S008。
[0075]在步驟S007，確定為輸入過流故障，進(jìn)行輸入過流故障報(bào)警處理。
[0076]在步驟S008，根據(jù)比較鎖存電路輸出狀態(tài)，判斷是否為輸入過壓故障狀態(tài)，如果是輸入過壓故障狀態(tài)，則進(jìn)入流程S009，否則，進(jìn)入流程S014。
[0077]在步驟S009，檢測輸入電壓。
[0078]在步驟S010，判斷輸入電壓是否超過設(shè)定值，如果輸入電壓超過設(shè)定值，進(jìn)入流程S011，否則，進(jìn)入S012。
[0079]在步驟SOlI，確定為輸入過壓故障，進(jìn)行輸入過壓故障報(bào)警處理。
[0080]在步驟S012，輸入電壓正常，數(shù)字控制器通過故障信息傳輸電路清除比較鎖存電路的故障鎖存狀態(tài)。
[0081 ] 在步驟S013，閉合輸入繼電器。
[0082]在步驟S014，根據(jù)比較鎖存電路輸出狀態(tài)，判斷是否為輸出過壓故障狀態(tài)，如果是輸出過壓故障狀態(tài)，則進(jìn)入流程S015，否則，進(jìn)入S022。
[0083]在步驟S015，數(shù)字控制器發(fā)出自動(dòng)鎖存清除信號，清除比較鎖存電路故障鎖存狀
??τ O
[0084]在步驟S016，重新啟動(dòng)變換器工作。
[0085]在步驟SO17，在啟動(dòng)變換器過程中，檢測輸出電壓。
[0086]在步驟S018，判斷輸出電壓是否超過設(shè)定值，如果輸出電壓超過設(shè)定值時(shí)，進(jìn)入流程S019，否則，進(jìn)入S021。
[0087]在步驟SO19，確定為輸出過壓故障，關(guān)閉數(shù)字控制器PffM驅(qū)動(dòng)信號。
[0088]在步驟S020，確定為輸出過壓故障，進(jìn)行輸出過壓故障報(bào)警處理。
[0089]在步驟S021，輸出電壓正常，則閉合輸出繼電器，變換器恢復(fù)正常輸出。
[0090]在步驟S022，重新啟動(dòng)變換器工作。
[0091]在步驟S023，流程結(jié)束。
[0092]上述實(shí)施例中，本發(fā)明提供的數(shù)字開關(guān)變換器保護(hù)電路，是采用模擬電路對數(shù)字開關(guān)變換器進(jìn)行實(shí)時(shí)快速保護(hù)，顯示鎖存的故障狀態(tài)，同時(shí)，故障狀態(tài)可以由程序識別。實(shí)現(xiàn)對數(shù)字開關(guān)變換器的有效保護(hù)，便于數(shù)字開關(guān)變換器使用過程中的故障監(jiān)控、診斷和維護(hù)，該電路也為數(shù)字開關(guān)變換器生產(chǎn)過程中的調(diào)試提供方便。
[0093]上述實(shí)施例中，本發(fā)明提供的數(shù)字開關(guān)變換器保護(hù)方法，對檢測并鎖存的故障狀態(tài)進(jìn)行識別，可以實(shí)現(xiàn)對瞬態(tài)過壓故障保護(hù)并對數(shù)字開關(guān)變換器進(jìn)行自動(dòng)重啟動(dòng)，尤其對于無人值守系統(tǒng)中的數(shù)字開關(guān)變換器，提供了一定的自恢復(fù)能力，提高了數(shù)字開關(guān)變換器系統(tǒng)可靠性。
[0094]上述實(shí)施例雖然結(jié)合附圖描述了本發(fā)明的實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)作出各種變形或修改。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種數(shù)字開關(guān)變換器保護(hù)電路，其特征在于由故障信號鎖存電路(10)、故障信息傳輸電路(11)、反相驅(qū)動(dòng)電路(12)、故障指示電路(13)、脈沖封鎖信號電路(14)和開關(guān)信號電路(15)組成;所述故障信號鎖存電路(10)，其輸入端接收被檢測信號，其輸出端分別與故障信息傳輸電路(11)和反相器電路(12)輸入端連接;反相驅(qū)動(dòng)電路(12)的輸出端分別與故障指示電路(13)、脈沖封鎖信號電路(14)、以及開關(guān)信號電路(15)連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字開關(guān)變換器保護(hù)電路，其特征在于所述故障信號鎖存電路(10)包含η個(gè)比較鎖存電路(101)，用于對η路被檢測信號與對應(yīng)設(shè)定值進(jìn)行比較運(yùn)算，被檢測信號的比較結(jié)果狀態(tài)被比較鎖存電路(101)鎖存;所述η為I至64。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)字開關(guān)變換器保護(hù)電路，其特征在于所述的比較鎖存電路(101)，其鎖存清除控制信號來自故障信息傳輸電路(11)的或門電路(111)輸出；所述或門電路(111)，其輸入信號來自手動(dòng)鎖存清除信號和來自數(shù)字控制器的自動(dòng)鎖存清除信號。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字開關(guān)變換器保護(hù)電路，其特征在于所述的故障信息傳輸電路(11)，由并串轉(zhuǎn)換電路(112)、或門電路(111)、或門電路(113)組成，其中:所述并串轉(zhuǎn)換電路(112)的并行輸入端口與由故障信號鎖存電路(10)中的η個(gè)比較鎖存電路(101)輸出端逐一連接，用于將η個(gè)比較鎖存電路輸出狀態(tài)轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)，與數(shù)字控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信;所述或門電路(111)輸出端與故障信號鎖存電路(10)中的η個(gè)比較鎖存電路(101)的復(fù)位端連接，用于對比較鎖存電路(101)進(jìn)行復(fù)位;所述或門電路(113)輸入端分別與并串轉(zhuǎn)換電路(112)和脈沖封鎖信號電路(14)中的反相輸出電路(142)連接;所述或門電路(113)輸出端產(chǎn)生中斷請求信號，用于啟動(dòng)數(shù)字控制器執(zhí)行故障處理程序;所述η為I至64。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字開關(guān)變換器保護(hù)電路，其特征在于反相驅(qū)動(dòng)電路(12)的輸入端與故障信號鎖存電路(10)的η個(gè)比較鎖存電路(101)的輸出端逐一連接，所述η為I至64ο6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字開關(guān)變換器保護(hù)電路，其特征在于故障指示電路(13)與反相驅(qū)動(dòng)電路(12)的η個(gè)輸出端逐一相連接，用于指示η個(gè)比較鎖存電路(101)的輸出狀態(tài)，所述η為I至64。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字開關(guān)變換器保護(hù)電路，其特征在于所述脈沖封鎖信號電路(14)由與門電路(141)、反相輸出電路(142)和反相輸出電路(143)組成，其中:所述的與門電路(141)，其輸入端與反相驅(qū)動(dòng)電路(12)的部分輸出端或全部輸出端連接。其輸出端與反相輸出電路(142)連接，用于產(chǎn)生中斷請求信號；與門電路(141)的輸出端還與反相輸出電路(143)連接，用于產(chǎn)生PffM封鎖信號。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字開關(guān)變換器保護(hù)電路，其特征在于所述開關(guān)信號電路(15)含有m個(gè)與門電路(151)和m個(gè)反相輸出電路(152)，所述m個(gè)與門電路(151)的輸入端分別與反相驅(qū)動(dòng)電路(12)的部分輸出端或全部輸出端連接，所述反相輸出電路(152)用于輸出m個(gè)開關(guān)信號;所述m < η。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字開關(guān)變換器保護(hù)電路，其特征是用于數(shù)字開關(guān)變換器的過電壓和過電流保護(hù)，具體是: (I)在開關(guān)變換器主電路中分別設(shè)置輸入側(cè)繼電器和輸出側(cè)繼電器，所述數(shù)字開關(guān)變換器保護(hù)電路在所述輸入側(cè)繼電器的輸出端分別檢測輸入電壓和輸入電流，在所述輸出側(cè)繼電器的輸入端分別檢測輸出電壓和輸出電流； (2)數(shù)字控制器在所述輸入側(cè)繼電器的輸入端檢測輸入電壓； (3)所述數(shù)字開關(guān)變換器保護(hù)電路的故障信息傳輸電路與數(shù)字控制器連接； (4)所述數(shù)字開關(guān)變換器保護(hù)電路的脈沖封鎖信號電路中的PWM封鎖信號與開關(guān)變換器PWM驅(qū)動(dòng)電路連接，用于封鎖開關(guān)變換器PffM驅(qū)動(dòng)信號輸出，所述數(shù)字開關(guān)變換器保護(hù)電路控制輸入側(cè)繼電器和輸出側(cè)繼電器的斷開，數(shù)字控制器控制輸入側(cè)繼電器和輸出側(cè)繼電器的閉合。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的數(shù)字開關(guān)變換器保護(hù)電路，其特征在于: (1)當(dāng)任一路被檢測信號超過對應(yīng)設(shè)定值時(shí)，故障信息傳輸電路的中斷信號啟動(dòng)數(shù)字控制器故障處理流程； (2)關(guān)閉數(shù)字控制器PWM驅(qū)動(dòng)信號，然后通過故障信息傳輸電路的串行通信線讀取比較鎖存電路輸出狀態(tài)； (3)如果是輸入電流過流故障狀態(tài)，則進(jìn)行輸入電流過流故障報(bào)警處理； (4)如果是輸出電流過流故障狀態(tài)，則進(jìn)行輸出電流過流故障報(bào)警處理； (5)如果是輸入電壓過壓故障狀態(tài)，則檢測輸入電壓；當(dāng)輸入電壓超過預(yù)設(shè)值時(shí)，確定為輸入過壓故障，進(jìn)行輸入電壓過壓故障報(bào)警處理；當(dāng)輸入電壓正常時(shí)，數(shù)字控制器通過故障信息傳輸電路清除比較鎖存電路的故障鎖存狀態(tài)，然后閉合輸入繼電器，重新啟動(dòng)變換器工作，并檢測輸出電壓；當(dāng)輸出電壓超過預(yù)設(shè)值時(shí)，確定為輸出過壓故障，關(guān)閉數(shù)字控制器PffM驅(qū)動(dòng)信號，進(jìn)行輸出過壓故障報(bào)警處理；當(dāng)輸出電壓正常時(shí)，則閉合輸出繼電器，變換器恢復(fù)正常輸出； (6)如果是輸出電壓過壓故障狀態(tài)，數(shù)字控制器發(fā)出自動(dòng)鎖存清除信號來清除比較鎖存電路故障鎖存狀態(tài)，然后啟動(dòng)變換器，并檢測輸出電壓；當(dāng)輸出電壓超過預(yù)設(shè)值時(shí)，確定為輸出過壓故障，關(guān)閉數(shù)字控制器PWM驅(qū)動(dòng)信號，進(jìn)行輸出過壓故障報(bào)警處理；當(dāng)輸出電壓正常時(shí)，則閉合輸出繼電器，變換器恢復(fù)正常輸出。
【文檔編號】H02H7/10GK105826901SQ201610263573
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年4月26日
【發(fā)明人】夏澤中, 王振, 吳澤昊
【申請人】武漢理工大學(xué)