專利名稱：一種直流電源模塊保護方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及開關(guān)電源技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種直流電源模塊保護方法和裝置。
背景技術(shù)：
鐵路用高頻開關(guān)電源由于特殊的應(yīng)用領(lǐng)域，對可靠性的要求遠(yuǎn)高于一般民用產(chǎn)品。實際應(yīng)用時，直流電源模塊通過空氣開關(guān)掛接輸出負(fù)載電器。如果現(xiàn)場出現(xiàn)輸出過載/短路情況，需要對模塊進行過載/短路保護，防止設(shè)備損壞。實際工作過程中，開關(guān)電源可能因為輸出負(fù)載過載/短路或者人為的接線錯誤等原因引起模塊短路，進而工作異常甚至炸機，因此需要對模塊過載/短路工況下進行必要 的過載/短路保護設(shè)計。適當(dāng)?shù)倪^載/短路保護設(shè)計不僅能夠使得防止模塊發(fā)生進一步的器件損壞，還能保證若外在的誤操作消除后，重新啟動并正常工作?，F(xiàn)有的過載/短路保護方法包括I、過載/短路逐波限流并關(guān)機通過偵測模塊的過載/短路條件，判斷模塊是否處于過載/短路。如圖I所示的短路保護電路，一旦滿足過載/短路故障條件，通過硬件的逐波限流功能對驅(qū)動開關(guān)管的PWM波形進行限制占空比處理，從而使得模塊輸出電流波形出現(xiàn)消頂并得到限幅，防止開關(guān)器件因過流而擊穿。在此基礎(chǔ)上，配合延時計數(shù)功能，當(dāng)滿足設(shè)定時間后，關(guān)閉模塊的功率部分。為了方便看出逐波限流的過程，以交流模塊的逐波限流示意(直流模塊的類似，區(qū)別是單方向的逐波限流)，隨著正弦波幅值的不斷增大，峰值處的占空比逐漸關(guān)閉，輸出電流的波形波峰處出現(xiàn)消頂。通過硬件的逐波限流的方式防止過載/短路擊穿，雖然可以得到有效的保護，但輸出后端的過載/短路異常，無法通過逐波限流排除。這樣，直流模塊掛接輸出負(fù)載的系統(tǒng)始終處于過載/短路故障下。2、過載/短路邏輯保護利用數(shù)字信號處理器DSP來實現(xiàn)，當(dāng)滿足過載/短路條件(輸出電壓低于設(shè)定值，輸出電流高于設(shè)定值)后，強行關(guān)掉模塊中相應(yīng)開關(guān)元件的驅(qū)動，模塊處于待機無輸出狀態(tài)。過載/短路邏輯保護是一種硬保護，一旦認(rèn)定模塊出現(xiàn)過載/短路故障后，模塊只有關(guān)機，停止對外輸出，等待故障消除后，重新啟動。故障處理周期長，靈活性差，且保護速度過慢，不能獨立的應(yīng)用在交流模塊中。此外，同上述方法I的問題相同，輸出后端的過載/短路異常，無法通過這種保護排除。這樣，直流模塊掛接輸出負(fù)載的系統(tǒng)同樣始終處于過載/短路故障下。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種直流電源模塊保護方法和裝置，能夠通過熱累積分?jǐn)嘞到y(tǒng)空開，來消除模塊所在的電源系統(tǒng)的短路故障點。
為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種直流電源模塊保護方法，該方法包括對發(fā)生過載或者短路的直流電源模塊進行限流；根據(jù)預(yù)設(shè)的邏輯延時控制限流與關(guān)機重啟的循環(huán)過程，直至故障消除或者輸出空開自動分?jǐn)?。所述根?jù)預(yù)設(shè)的邏輯延時控制限流與關(guān)機重啟的循環(huán)過程進一步包括，所述直流電源模塊進行限流的時間超過第一邏輯延時后，該模塊關(guān)機；當(dāng)關(guān)機時間超過第二邏輯延時后，該模塊重啟；若過載或者短路仍然存在，則再次進行限流。每次進入限流狀態(tài)，輸出空開進行熱積累，當(dāng)熱積累達(dá)到空開脫扣的預(yù)定值時，所述輸出空開自動分?jǐn)?。判斷是否存在過載或者短路的方法包括，判斷輸出電壓是否小于預(yù)設(shè)電壓閾值以 及輸出電流是否大于預(yù)設(shè)電流閾值。當(dāng)輸出電壓小于預(yù)設(shè)電壓閾值同時輸出電流大于預(yù)設(shè)電流閾值，并且持續(xù)時間達(dá)到預(yù)設(shè)延時，則判定存在過載或者短路。所述直流電源模塊進行限流時，限流點的給定取決于輸入的市電電壓和上位機或者監(jiān)控模塊的設(shè)定電流值。一種直流電源模塊保護裝置，包括軟件限流單元，用于對發(fā)生過載或者短路的直流電源模塊進行限流；邏輯保護單元，用于根據(jù)預(yù)設(shè)的邏輯延時控制限流與關(guān)機重啟的循環(huán)過程，直至故障消除或者輸出空開自動分?jǐn)唷Ｋ鲞壿嫳Ｗo單元包括限流計時單元，用于記錄直流電源模塊進行限流的時間，當(dāng)超過第一邏輯延時后，將豐吳塊關(guān)機；關(guān)機計時單元，用于記錄直流電源模塊關(guān)機的時間，當(dāng)超過第二邏輯延時后，將模塊重啟；故障判斷單元，用于判斷過載或者短路是否仍然存在，若存在則再次進行限流。所述故障判斷單元判斷輸出電壓小于預(yù)設(shè)電壓閾值同時輸出電流大于預(yù)設(shè)電流閾值，并且持續(xù)時間達(dá)到預(yù)設(shè)延時，則判定存在過載或者短路。所述軟件限流單元進行限流時，限流點的給定取決于輸入的市電電壓和上位機或者監(jiān)控模塊的設(shè)定電流值。采用本發(fā)明的技術(shù)方案，能夠通過熱累積分?jǐn)嘞到y(tǒng)空開，來消除模塊所在的電源系統(tǒng)的短路故障點，不但實現(xiàn)的成本低廉，對維護人員沒有要求，降低維護成本和維護技術(shù)難度，且可以顯著提高短路保護的可靠性，具有較高的性價比。
圖I是現(xiàn)有通過硬件逐波限流實現(xiàn)短路保護的電路示意圖。圖2是本發(fā)明實施例提供的直流電源模塊保護方法的流程示意圖。圖3是本發(fā)明實施例中采用的軟件限流方式的示意圖。圖4是本發(fā)明實施例中關(guān)于限流點給定的函數(shù)圖象。圖5是本發(fā)明實施例中限流與關(guān)機重啟的循環(huán)過程示意圖。
圖6是本發(fā)明實施例提供的直流電源模塊保護裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明的主要思想在于，在模塊軟件限流的基礎(chǔ)上，設(shè)置限流與故障關(guān)機后重啟的邏輯延時，以有助于通過熱累積分?jǐn)嘞到y(tǒng)空開來消除模塊所在的電源系統(tǒng)的短路故障點。該直流電源保護方案，主要包括兩部分的實現(xiàn)，一部分是軟件限流，另一部分是通過邏輯設(shè)計，這兩部分主要是在DSP數(shù)字控制器中完成。下面結(jié)合附圖并通過具體實施方式
來進一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。圖2是本發(fā)明實施例提供的直流電源模塊保護方法流程示意圖，該方法包括S201，對發(fā)生過載或者短路的直流電源模塊進行限流。本發(fā)明實施例的軟件限流環(huán)設(shè)計在數(shù)字處理芯片DSP中，如圖3所示，輸出電流的限流點Isettatl取決于輸入的市電電壓Vin以及上位機或監(jiān)控模塊的設(shè)定值Isrttat。當(dāng)輸入市電電壓過低時，模塊將會降低限流點。如當(dāng)輸入市電電壓范圍在[154V，286V]之間時，限流點的給定Isetljntl為監(jiān)控模塊的設(shè)定值Iseamt ;當(dāng)輸入市電電壓低于154V
時，限流點給定 Isettatl = O. 5IsetLnt。如DSP采用Q12定標(biāo)，則上位機或監(jiān)控模塊的設(shè)定值的定點數(shù)λ i，如圖4所示，
(4096 154V < Vin < 286VIsetlmt = \；
[2048 120V < Vin < 154 VQ12對應(yīng)范圍為0-4096，表示將數(shù)字量I分為4096份，例如O. 5按照Q12定標(biāo)，則為 2048。本發(fā)明實施例中，所述直流電源模塊通過檢測輸出電壓和輸出電流來判定模塊是否可能處于短路狀態(tài)，當(dāng)輸出電流超過預(yù)設(shè)電流閾值同時輸出電壓小于預(yù)設(shè)電壓閾值時，則可初步判定現(xiàn)場可能出現(xiàn)過載或短路故障。為了確定故障是否存在，還需根據(jù)預(yù)設(shè)延時來判斷，如上述狀態(tài)的持續(xù)時間超過了預(yù)設(shè)延時，則可確認(rèn)所述過載或短路狀態(tài)確實存在。S202，根據(jù)預(yù)設(shè)的邏輯延時控制限流與關(guān)機重啟的循環(huán)過程，直至故障消除或者輸出空開自動分?jǐn)?。該步驟是在軟件限流基礎(chǔ)上的進一步處理，當(dāng)模塊限流后，持續(xù)一段時間，模塊關(guān)機，再持續(xù)一段時間，模塊重啟，若故障仍然存在則繼續(xù)限流，如此循環(huán)。所述根據(jù)預(yù)設(shè)的邏輯延時控制限流與關(guān)機重啟的循環(huán)過程的詳細(xì)步驟如圖5所示模塊滿足S201中所述的故障判定條件后，進入限流狀態(tài)。S501,當(dāng)限流時間超過第一邏輯延時，模塊關(guān)機。通過預(yù)設(shè)的第一邏輯延時控制模塊限流狀態(tài)的持續(xù)時間，超過該持續(xù)時間后模塊關(guān)機，但輔助電源仍在工作。S502,當(dāng)關(guān)機時間超過第二邏輯延時，模塊重啟。通過預(yù)設(shè)的第二邏輯延時控制模塊關(guān)機的時間，關(guān)機時間超過所述第二邏輯延時后，模塊將重啟。S503，判斷故障是否存在。模塊重啟后，將首先判斷過載或短路故障是否仍然存在。如故障已消除，則如S504模塊將恢復(fù)正常狀態(tài)；如故障仍然存在，則如S201，模塊將再次進入限流狀態(tài)，繼續(xù)上述各步驟。、
過載或短路故障消除，可以使上述循環(huán)過程結(jié)束，若故障一直存在，則輸出空開會因熱積累效應(yīng)而自動分?jǐn)?，從而消除了該模塊所在電源系統(tǒng)的故障點。
在上述循環(huán)過程中的限流階段，限定電流在輸出空開的熱積累不斷增加，根據(jù)具體空開的脫口曲線，當(dāng)輸出空開積累的實際熱能，達(dá)到空開脫扣曲線的規(guī)定值后，輸出空開自動分?jǐn)啵瑥亩鴾p少了人力干預(yù)和維護成本。相應(yīng)的，本發(fā)明實施例提供了一種直流電源模塊保護裝置，如圖6所示，該裝置包括軟件限流單元，與邏輯保護單元連接，用于對發(fā)生過載或者短路的直流電源模塊進行限流；邏輯保護單元，與軟件限流單元連接，用于根據(jù)預(yù)設(shè)的邏輯延時控制限流與關(guān)機重啟的循環(huán)過程，直至故障消除或者輸出空開自動分?jǐn)?。所述邏輯保護單元進一步包括限流計時單元，與軟件限流單元和關(guān)機計時單元連接，用于記錄直流電源模塊進行限流的時間，當(dāng)超過第一邏輯延時后，將模塊關(guān)機； 關(guān)機計時單元，與限流計時單元和故障判斷單元連接，用于記錄直流電源模塊關(guān)機的時間，當(dāng)超過第二邏輯延時后，將模塊重啟；故障判斷單元，與關(guān)機計時單元和軟件限流單元連接，用于判斷過載或者短路是否仍然存在，若存在則再次進行限流。所述故障判斷單元，判斷輸出電壓小于預(yù)設(shè)電壓閾值同時輸出電流大于預(yù)設(shè)電流閾值，并且持續(xù)時間達(dá)到預(yù)設(shè)延時，則判定存在過載或者短路。所述軟件限流單元進行限流時，限流點的給定取決于輸入的市電電壓和上位機或者監(jiān)控模塊的設(shè)定電流值。當(dāng)輸入市電電壓過低時，模塊將會降低限流點。如當(dāng)輸入市電電壓范圍在[154V，286V]之間時，限流點的給定Isetljntl為監(jiān)控模塊的設(shè)定值Iseamt ;當(dāng)輸入市電電壓低于154V
時，限流點給定 Isettatl = O. 5IsetLnt。采用本發(fā)明的技術(shù)方案，能夠通過熱累積分?jǐn)嘞到y(tǒng)空開，來消除模塊所在的電源系統(tǒng)的短路故障點，不但實現(xiàn)的成本低廉，對維護人員沒有要求，降低維護成本和維護技術(shù)難度，且可以顯著提高短路保護的可靠性，具有較高的性價比。本方案主要應(yīng)用于直流模塊的過載/短路保護場合，特別是針對系統(tǒng)穩(wěn)定性要求較高的場合，比如信號電源系統(tǒng)，通信電源系統(tǒng)，電力操作電源等。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，上述的本發(fā)明實施例中的各模塊或各步驟可以用通用的計算裝置來實現(xiàn)，它們可以集中在單個的計算裝置上，或者分布在多個計算裝置所組成的網(wǎng)絡(luò)上，可選地，它們可以用計算裝置可執(zhí)行的程序代碼來實現(xiàn)，從而，可以將它們存儲在存儲裝置中由計算裝置來執(zhí)行，或者將它們分別制作成各個集成電路模塊，或者將它們中的多個模塊或步驟制作成單個集成電路來實現(xiàn)。這樣，本發(fā)明不限制于任何特定的硬件和軟件結(jié)合。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種直流電源模塊保護方法，其特征在于，該方法包括對發(fā)生過載或者短路的直流電源模塊進行限流；根據(jù)預(yù)設(shè)的邏輯延時控制限流與關(guān)機重啟的循環(huán)過程，直至故障消除或者輸出空開自動分?jǐn)唷?br>
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)預(yù)設(shè)的邏輯延時控制限流與關(guān)機重啟的循環(huán)過程進一步包括，所述直流電源模塊進行限流的時間超過第一邏輯延時后，該模塊關(guān)機；當(dāng)關(guān)機時間超過第二邏輯延時后，該模塊重啟；若過載或者短路仍然存在，則再次進行限流。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于，每次進入限流狀態(tài)，輸出空開進行熱積累，當(dāng)熱積累達(dá)到空開脫扣的預(yù)定值時，所述輸出空開自動分?jǐn)唷?br>
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于，所述判斷是否存在過載或者短路包括，判斷輸出電壓是否小于預(yù)設(shè)電壓閾值以及輸出電流是否大于預(yù)設(shè)電流閾值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，當(dāng)輸出電壓小于預(yù)設(shè)電壓閾值同時輸出電流大于預(yù)設(shè)電流閾值，并且持續(xù)時間達(dá)到預(yù)設(shè)延時，則判定存在過載或者短路。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述直流電源模塊進行限流時，限流點的給定取決于輸入的市電電壓和上位機或者監(jiān)控模塊的設(shè)定電流值。
7.一種直流電源模塊保護裝置，其特征在于，包括 軟件限流單元，用于對發(fā)生過載或者短路的直流電源模塊進行限流； 邏輯保護單元，用于根據(jù)預(yù)設(shè)的邏輯延時控制限流與關(guān)機重啟的循環(huán)過程，直至故障消除或者輸出空開自動分?jǐn)唷?br>
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述邏輯保護單元包括 限流計時單元，用于記錄直流電源模塊進行限流的時間，當(dāng)超過第一邏輯延時后，將模塊關(guān)機； 關(guān)機計時單元，用于記錄直流電源模塊關(guān)機的時間，當(dāng)超過第二邏輯延時后，將模塊重啟; 故障判斷單元，用于判斷過載或者短路是否存在，若存在則再次進行限流。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述故障判斷單元判斷輸出電壓小于預(yù)設(shè)電壓閾值同時輸出電流大于預(yù)設(shè)電流閾值，并且持續(xù)時間達(dá)到預(yù)設(shè)延時，則判定存在過載或者短路。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述軟件限流單元進行限流時，限流點的給定取決于輸入的市電電壓和上位機或者監(jiān)控模塊的設(shè)定電流值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種直流電源模塊保護方法和裝置，在模塊軟件限流的基礎(chǔ)上，采用故障關(guān)機后重啟的循環(huán)模式，以有助于通過熱累積分?jǐn)嘞到y(tǒng)空開來消除模塊所在的電源系統(tǒng)的短路故障點，不但實現(xiàn)的成本低廉，對維護人員沒有要求，降低維護成本和維護技術(shù)難度，且可以顯著提高短路保護的可靠性，具有較高的性價比。
文檔編號H02M1/32GK102723699SQ20121020251
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月15日
發(fā)明者付建偉, 劉延, 高國振 申請人:北京鼎漢技術(shù)股份有限公司