一種直流電源模塊保護方法和裝置的製作方法

2023-07-21 22:55:56

專利名稱：一種直流電源模塊保護方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及開關電源技術領域，尤其涉及一種直流電源模塊保護方法和裝置。
背景技術：
鐵路用高頻開關電源由於特殊的應用領域，對可靠性的要求遠高於一般民用產品。實際應用時，直流電源模塊通過空氣開關掛接輸出負載電器。如果現場出現輸出過載/短路情況，需要對模塊進行過載/短路保護，防止設備損壞。實際工作過程中，開關電源可能因為輸出負載過載/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/短路保護設計。適當的過載/短路保護設計不僅能夠使得防止模塊發生進一步的器件損壞，還能保證若外在的誤操作消除後，重新啟動並正常工作。現有的過載/短路保護方法包括I、過載/短路逐波限流並關機通過偵測模塊的過載/短路條件，判斷模塊是否處於過載/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，通過硬體的逐波限流功能對驅動開關管的PWM波形進行限制佔空比處理，從而使得模塊輸出電流波形出現消頂並得到限幅，防止開關器件因過流而擊穿。在此基礎上，配合延時計數功能，當滿足設定時間後，關閉模塊的功率部分。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，峰值處的佔空比逐漸關閉，輸出電流的波形波峰處出現消頂。通過硬體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，但輸出後端的過載/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載的系統始終處於過載/短路故障下。2、過載/短路邏輯保護利用數位訊號處理器DSP來實現，當滿足過載/短路條件(輸出電壓低於設定值，輸出電流高於設定值)後，強行關掉模塊中相應開關元件的驅動，模塊處於待機無輸出狀態。過載/短路邏輯保護是一種硬保護，一旦認定模塊出現過載/短路故障後，模塊只有關機，停止對外輸出，等待故障消除後，重新啟動。故障處理周期長，靈活性差，且保護速度過慢，不能獨立的應用在交流模塊中。此外，同上述方法I的問題相同，輸出後端的過載/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載的系統同樣始終處於過載/短路故障下。

發明內容
本發明的目的在於提出一種直流電源模塊保護方法和裝置，能夠通過熱累積分斷系統空開，來消除模塊所在的電源系統的短路故障點。
為達此目的，本發明採用以下技術方案一種直流電源模塊保護方法，該方法包括對發生過載或者短路的直流電源模塊進行限流；根據預設的邏輯延時控制限流與關機重啟的循環過程，直至故障消除或者輸出空開自動分斷。所述根據預設的邏輯延時控制限流與關機重啟的循環過程進一步包括，所述直流電源模塊進行限流的時間超過第一邏輯延時後，該模塊關機；當關機時間超過第二邏輯延時後，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，輸出空開進行熱積累，當熱積累達到空開脫扣的預定值時，所述輸出空開自動分斷。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於預設電壓閾值以 及輸出電流是否大於預設電流閾值。當輸出電壓小於預設電壓閾值同時輸出電流大於預設電流閾值，並且持續時間達到預設延時，則判定存在過載或者短路。所述直流電源模塊進行限流時，限流點的給定取決於輸入的市電電壓和上位機或者監控模塊的設定電流值。一種直流電源模塊保護裝置，包括軟體限流單元，用於對發生過載或者短路的直流電源模塊進行限流；邏輯保護單元，用於根據預設的邏輯延時控制限流與關機重啟的循環過程，直至故障消除或者輸出空開自動分斷。所述邏輯保護單元包括限流計時單元，用於記錄直流電源模塊進行限流的時間，當超過第一邏輯延時後，將豐吳塊關機；關機計時單元，用於記錄直流電源模塊關機的時間，當超過第二邏輯延時後，將模塊重啟；故障判斷單元，用於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於預設電壓閾值同時輸出電流大於預設電流閾值，並且持續時間達到預設延時，則判定存在過載或者短路。所述軟體限流單元進行限流時，限流點的給定取決於輸入的市電電壓和上位機或者監控模塊的設定電流值。採用本發明的技術方案，能夠通過熱累積分斷系統空開，來消除模塊所在的電源系統的短路故障點，不但實現的成本低廉，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是現有通過硬體逐波限流實現短路保護的電路示意圖。圖2是本發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是本發明實施例中採用的軟體限流方式的示意圖。圖4是本發明實施例中關於限流點給定的函數圖象。圖5是本發明實施例中限流與關機重啟的循環過程示意圖。
圖6是本發明實施例提供的直流電源模塊保護裝置的結構示意圖。
具體實施例方式本發明的主要思想在於，在模塊軟體限流的基礎上，設置限流與故障關機後重啟的邏輯延時，以有助於通過熱累積分斷系統空開來消除模塊所在的電源系統的短路故障點。該直流電源保護方案，主要包括兩部分的實現，一部分是軟體限流，另一部分是通過邏輯設計，這兩部分主要是在DSP數字控制器中完成。下面結合附圖並通過具體實施方式
來進一步說明本發明的技術方案。圖2是本發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，對發生過載或者短路的直流電源模塊進行限流。本發明實施例的軟體限流環設計在數字處理晶片DSP中，如圖3所示，輸出電流的限流點Isettatl取決於輸入的市電電壓Vin以及上位機或監控模塊的設定值Isrttat。當輸入市電電壓過低時，模塊將會降低限流點。如當輸入市電電壓範圍在[154V，286V]之間時，限流點的給定Isetljntl為監控模塊的設定值Iseamt ;當輸入市電電壓低於154V
時，限流點給定 Isettatl = O. 5IsetLnt。如DSP採用Q12定標，則上位機或監控模塊的設定值的定點數λ i，如圖4所示，
(4096 154V < Vin < 286VIsetlmt = \；
[2048 120V < Vin < 154 VQ12對應範圍為0-4096，表示將數字量I分為4096份，例如O. 5按照Q12定標，則為 2048。本發明實施例中，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於短路狀態，當輸出電流超過預設電流閾值同時輸出電壓小於預設電壓閾值時，則可初步判定現場可能出現過載或短路故障。為了確定故障是否存在，還需根據預設延時來判斷，如上述狀態的持續時間超過了預設延時，則可確認所述過載或短路狀態確實存在。S202，根據預設的邏輯延時控制限流與關機重啟的循環過程，直至故障消除或者輸出空開自動分斷。該步驟是在軟體限流基礎上的進一步處理，當模塊限流後，持續一段時間，模塊關機，再持續一段時間，模塊重啟，若故障仍然存在則繼續限流，如此循環。所述根據預設的邏輯延時控制限流與關機重啟的循環過程的詳細步驟如圖5所示模塊滿足S201中所述的故障判定條件後，進入限流狀態。S501,當限流時間超過第一邏輯延時，模塊關機。通過預設的第一邏輯延時控制模塊限流狀態的持續時間，超過該持續時間後模塊關機，但輔助電源仍在工作。S502,當關機時間超過第二邏輯延時，模塊重啟。通過預設的第二邏輯延時控制模塊關機的時間，關機時間超過所述第二邏輯延時後，模塊將重啟。S503，判斷故障是否存在。模塊重啟後，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模塊將恢復正常狀態；如故障仍然存在，則如S201，模塊將再次進入限流狀態，繼續上述各步驟。、
過載或短路故障消除，可以使上述循環過程結束，若故障一直存在，則輸出空開會因熱積累效應而自動分斷，從而消除了該模塊所在電源系統的故障點。
在上述循環過程中的限流階段，限定電流在輸出空開的熱積累不斷增加，根據具體空開的脫口曲線，當輸出空開積累的實際熱能，達到空開脫扣曲線的規定值後，輸出空開自動分斷，從而減少了人力幹預和維護成本。相應的，本發明實施例提供了一種直流電源模塊保護裝置，如圖6所示，該裝置包括軟體限流單元，與邏輯保護單元連接，用於對發生過載或者短路的直流電源模塊進行限流；邏輯保護單元，與軟體限流單元連接，用於根據預設的邏輯延時控制限流與關機重啟的循環過程，直至故障消除或者輸出空開自動分斷。所述邏輯保護單元進一步包括限流計時單元，與軟體限流單元和關機計時單元連接，用於記錄直流電源模塊進行限流的時間，當超過第一邏輯延時後，將模塊關機； 關機計時單元，與限流計時單元和故障判斷單元連接，用於記錄直流電源模塊關機的時間，當超過第二邏輯延時後，將模塊重啟；故障判斷單元，與關機計時單元和軟體限流單元連接，用於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，判斷輸出電壓小於預設電壓閾值同時輸出電流大於預設電流閾值，並且持續時間達到預設延時，則判定存在過載或者短路。所述軟體限流單元進行限流時，限流點的給定取決於輸入的市電電壓和上位機或者監控模塊的設定電流值。當輸入市電電壓過低時，模塊將會降低限流點。如當輸入市電電壓範圍在[154V，286V]之間時，限流點的給定Isetljntl為監控模塊的設定值Iseamt ;當輸入市電電壓低於154V
時，限流點給定 Isettatl = O. 5IsetLnt。採用本發明的技術方案，能夠通過熱累積分斷系統空開，來消除模塊所在的電源系統的短路故障點，不但實現的成本低廉，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。本方案主要應用於直流模塊的過載/短路保護場合，特別是針對系統穩定性要求較高的場合，比如信號電源系統，通信電源系統，電力操作電源等。本領域技術人員應該明白，上述的本發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，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絡上，可選地，它們可以用計算裝置可執行的程序代碼來實現，從而，可以將它們存儲在存儲裝置中由計算裝置來執行，或者將它們分別製作成各個集成電路模塊，或者將它們中的多個模塊或步驟製作成單個集成電路來實現。這樣，本發明不限制於任何特定的硬體和軟體結合。以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式
，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉該技術的人在本發明所揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應該以權利要求的保護範圍為準。
權利要求
1.一種直流電源模塊保護方法，其特徵在於，該方法包括對發生過載或者短路的直流電源模塊進行限流；根據預設的邏輯延時控制限流與關機重啟的循環過程，直至故障消除或者輸出空開自動分斷。
2.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，所述根據預設的邏輯延時控制限流與關機重啟的循環過程進一步包括，所述直流電源模塊進行限流的時間超過第一邏輯延時後，該模塊關機；當關機時間超過第二邏輯延時後，該模塊重啟；若過載或者短路仍然存在，則再次進行限流。
3.根據權利要求I或2所述的方法，其特徵在於，每次進入限流狀態，輸出空開進行熱積累，當熱積累達到空開脫扣的預定值時，所述輸出空開自動分斷。
4.根據權利要求I或2所述的方法，其特徵在於，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於預設電壓閾值以及輸出電流是否大於預設電流閾值。
5.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於，當輸出電壓小於預設電壓閾值同時輸出電流大於預設電流閾值，並且持續時間達到預設延時，則判定存在過載或者短路。
6.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，所述直流電源模塊進行限流時，限流點的給定取決於輸入的市電電壓和上位機或者監控模塊的設定電流值。
7.一種直流電源模塊保護裝置，其特徵在於，包括 軟體限流單元，用於對發生過載或者短路的直流電源模塊進行限流； 邏輯保護單元，用於根據預設的邏輯延時控制限流與關機重啟的循環過程，直至故障消除或者輸出空開自動分斷。
8.根據權利要求7所述的裝置，其特徵在於，所述邏輯保護單元包括 限流計時單元，用於記錄直流電源模塊進行限流的時間，當超過第一邏輯延時後，將模塊關機； 關機計時單元，用於記錄直流電源模塊關機的時間，當超過第二邏輯延時後，將模塊重啟; 故障判斷單元，用於判斷過載或者短路是否存在，若存在則再次進行限流。
9.根據權利要求8所述的裝置，其特徵在於，所述故障判斷單元判斷輸出電壓小於預設電壓閾值同時輸出電流大於預設電流閾值，並且持續時間達到預設延時，則判定存在過載或者短路。
10.根據權利要求7所述的裝置，其特徵在於，所述軟體限流單元進行限流時，限流點的給定取決於輸入的市電電壓和上位機或者監控模塊的設定電流值。
全文摘要
本發明公開了一種直流電源模塊保護方法和裝置，在模塊軟體限流的基礎上，採用故障關機後重啟的循環模式，以有助於通過熱累積分斷系統空開來消除模塊所在的電源系統的短路故障點，不但實現的成本低廉，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 優先權日2012年6月15日
發明者付建偉, 劉延, 高國振 申請人:北京鼎漢技術股份有限公司