逆变器短路故障的判断方法
【专利摘要】逆变器短路故障的判断方法，包括对逆变器处于正常工作状态时是否发生短路故障进行判断，其步骤是：步骤b1、电流检测电路实时检测逆变器的工作电流，并将工作电流检测结果发送给逆变器的控制器；步骤b2、如工作电流检测结果大于等于电流阈值，则控制器立即控制逆变器停止输出，重新启动逆变器，并从逆变器停止输出之时起经过预设的第一时间后，控制逆变器再次输出交流电，然后返回步骤b1；步骤b3、如控制器连续重复执行步骤b2的次数大于等于预设的次数阈值，则判断逆变器发生短路，如小于次数阈值，则判断是由冲击性负载引起工作电流检测结果大于等于电流阈值。本发明可在逆变器处于正常工作状态时准确快速地判断其是否发生了短路故障。
【专利说明】
逆变器短路故障的判断方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及逆变器短路故障的判断方法。
【背景技术】
[0002]车载逆变器短路保护的速度越快，安全性就会越高，对硬件设备损伤越小。短路保护技术的难点在于容易将接冲击性负载(如突接电源适配器或温度很低的灯泡等)引起的大电流和真正的短路电流混淆起来，以至于做出错误的判断。在逆变器处于工作状态带载冷的灯泡时，上电瞬间的状态与短路的状态基本相同，因此可能会误判断为短路保护。为了在逆变器处于工作状态时既能保证逆变器在短路时以最快的速度保护，也要能够区分冷灯带载，目前一般采用以下两种控制方法:
第一种方法是滞后短路保护。该方法可以避免逆变器在带载冷灯负载时进行错误的短路保护动作，但是在真正短路时，单纯的滞后短路保护会造成长时间的大电流，对人和硬件设备会造成损害；
第二种方法是用单片机内部的模数转换电路采集逆变器的输出电流，直接进行短路保护。这种方法可能会使逆变器在带载冷灯负载时也做出短路保护的动作，从而降低逆变器的工作的稳定性。
[0003]此外，上述的两种方法均只能应用于逆变器完成启动处于正常工作状态的情况，当逆变器处于启动状态时，即使逆变器已经发生短路也不会产生大的工作电流，采用上述的两种方法均无法检测出逆变器是否发生了短路故障。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题在于提供一种逆变器短路故障的判断方法，其能够在逆变器完成启动处于正常工作状态时准确快速地判断出逆变器是否发生了短路故障。
[0005]本发明所要解决的进一步的技术问题在于提供一种逆变器短路故障的判断方法，其还能判断逆变器在启动状态时是否发生了短路故障。
[0006]为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种逆变器短路故障的判断方法，包括对逆变器完成启动处于正常工作状态时是否发生短路故障进行判断，所述的对逆变器完成启动处于正常工作状态时是否发生短路故障进行判断包括以下步骤:
步骤bl、电流检测电路实时检测逆变器的工作电流，并将工作电流检测结果发送给逆变器的控制器，控制器将逆变器的工作电流检测结果与预设的电流阈值进行比较；
步骤b2、如果工作电流检测结果大于等于电流阈值，则控制器立即控制逆变器停止输出，重新启动逆变器，并且从逆变器停止输出之时起经过预设的第一时间后，控制逆变器再次输出交流电，然后返回步骤bl;
步骤b3、控制器对连续重复执行步骤b2的次数进行统计，如果控制器连续重复执行步骤b2的次数大于等于预设的次数阈值，则判断逆变器发生短路，如果控制器连续重复执行步骤b2的次数小于次数阈值，则判断是由冲击性负载引起工作电流检测结果大于等于电流阈值。
[0007]进一步地，该逆变器短路故障的判断方法还包括对逆变器处于启动状态时是否发生短路故障进行判断，所述的对逆变器处于启动状态时是否发生短路故障的判断包括以下步骤:
步骤al、电压检测电路从逆变器刚开始输出交流电之时起，每隔预设的第二时间采集一次逆变器输出电压的瞬时值，连续采集N次，并且将采集到的逆变器输出电压的瞬时值发送给控制器;其中，第N次采集的逆变器输出电压的瞬时值是逆变器输出的正弦波交流电压信号经过四分之一周期的时刻所对应的电压瞬时值或者是位于逆变器输出的正弦波交流电压信号的四分之一周期与二分之一周期之间的电压瞬时值；
步骤a2、控制器将N次逆变器输出电压的瞬时值累加求和，比较累加求和结果与预设的求和阈值，如果累加求和结果大于等于求和阈值，则判断逆变器没有发生短路故障，如果累加求和结果小于求和阈值，则判断逆变器在启动状态时已发生短路故障。
[0008]本发明至少达到以下的有益效果之一:
1、本发明实施例的逆变器短路故障判断方法既避免了在逆变器与冲击性负载连接时误判断为短路保护的问题，同时也能快速地判断出短路故障，从而能够在遇到真正短路的情况下快速切断逆变器的输出，确保人和硬件设备的安全；
2、本发明实施例的逆变器短路故障判断方法在逆变器处于正常工作状态或是启动状态时都能快速地判断出短路故障的情况，从而极大地提高了逆变器产品的使用安全性；
3、本发明的判断处理过程主要依赖控制器实现，所采用的硬件数量很少，因而实施成本较低。
【附图说明】
[0009]为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0010]图1是根据本发明一实施例的逆变器短路故障的判断方法的流程示意图，其中示出了对逆变器处于正常工作状态时是否发生短路故障进行判断的步骤。
[0011]图2是根据本发明一实施例的逆变器短路故障的判断方法的流程示意图，其中进一步示出了对逆变器处于启动状态时是否发生短路故障进行判断的步骤。
[0012]图3示出了根据本发明一应用实例测出的逆变器输出电压和工作电流的波形示意图，其中，逆变器处于启动状态，并具有短路故障。
[0013]图4示出了根据本发明一应用实例测出的逆变器输出电压和工作电流的波形示意图，其中，逆变器处于启动状态，并没有发生短路故障。
[0014]图5示出了根据本发明一应用实例测出的逆变器输出电压和工作电流的波形示意图，其中，逆变器处于正常工作状态，并具有短路故障。
[0015]图6示出了根据本发明一应用实例测出的逆变器输出电压和工作电流的波形示意图，其中，逆变器处于正常工作状态，并接入了冷的灯泡。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图对本发明做出进一步说明。
[0017]图1示出了根据本发明一实施例的逆变器短路故障的判断方法的流程示意图。请参考图1，根据本发明一实施例的逆变器短路故障的判断方法，包括对逆变器完成启动处于正常工作状态时是否发生短路故障进行判断，所述的对逆变器完成启动处于正常工作状态时是否发生短路故障进行判断包括以下步骤:
步骤bl、电流检测电路实时检测逆变器的工作电流，并将工作电流检测结果发送给逆变器的控制器，控制器将逆变器的工作电流检测结果与预设的电流阈值进行比较；
步骤b2、如果工作电流检测结果大于等于电流阈值，则控制器立即控制逆变器停止输出，重新启动逆变器，并且从逆变器停止输出之时起经过预设的第一时间后，控制逆变器再次输出交流电，然后返回步骤bl;
步骤b3、控制器对连续重复执行步骤b2的次数进行统计，如果控制器连续重复执行步骤b2的次数大于等于预设的次数阈值，则判断逆变器发生短路，如果控制器连续重复执行步骤b2的次数小于所述次数阈值，则判断是由冲击性负载引起工作电流检测结果大于等于电流阈值。
[0018]在本实施例中，上述第一时间的取值范围为Ims?1.4ms。上述次数阈值的取值范围为5?7次。
[0019]进一步地，如图2所示，根据本发明一实施例的逆变器短路故障的判断方法还包括对逆变器在正常工作前处于启动状态时是否发生短路故障进行判断，所述的对逆变器处于启动状态时是否发生短路故障的判断包括以下步骤:
步骤al、电压检测电路从逆变器刚开始输出交流电之时起，每隔预设的第二时间采集一次逆变器输出电压的瞬时值，连续采集N次，并且将采集到的逆变器输出电压的瞬时值发送给控制器;其中，第N次采集的逆变器输出电压的瞬时值是逆变器输出的正弦波交流电压信号经过四分之一周期的时刻所对应的电压瞬时值或者是位于逆变器输出的正弦波交流电压信号的四分之一周期与二分之一周期之间的电压瞬时值;优选地，15<N<40;
步骤a2、控制器将N次逆变器输出电压的瞬时值累加求和，比较累加求和结果与预设的求和阈值，如果累加求和结果大于等于所述求和阈值，则判断逆变器没有发生短路故障，如果累加求和结果小于所述求和阈值，则判断逆变器在启动状态时已发生短路故障。
[0020]以下结合具体的应用实例对本发明方法的工作过程做更加详细的说明。
[0021]在该具体的应用实例中，逆变器为符合美国标准的车载逆变器，其启动的方式为软启动，输入直流电压的范围为7?16V，输出交流电压的有效值为115V，频率为60Hz。逆变器的控制器为8位英飞凌XC836单片机。
[0022]在该应用实例中，当逆变器上电启动后，电压检测电路从逆变器刚开始输出交流电之时起，每隔188us(即预设的第二时间为188us)采集一次输出电压的瞬时值，连续采集22次(S卩N等于22)，第22次采集的逆变器输出电压的瞬时值是逆变器输出的正弦波交流电压信号经过四分之一周期的时刻所对应的电压波峰值，并且将采集到的逆变器输出电压的瞬时值发送给逆变器的控制器。
[0023]控制器将22次逆变器输出电压的瞬时值累加求和，比较累加求和结果与预设的求和阈值150的大小。这里的求和阈值150是针对逆变器的输出电压进行分压、数字采样后的数字量所设置的，其大小与逆变器的种类、性能等有关。在更具体的实施方式中，分压比可设置为0.012?0.016，将分压后的逆变器输出电压与2.5V直流电压进行叠加，然后进行数字采样，采样精度为10位，求和阈值的取值范围为140?160。
[0024]如果累加求和结果小于求和阀值150，则单片机判断逆变器在启动状态时已发生短路故障，并立即执行短路保护，关闭逆变器的直流电源输入和交流电压输出；如果累加求和结果大于求和阀值150，则单片机判断逆变器在启动状态时没有发生短路故障，进而输出额定的交流电，开始正常工作。
[0025]图3和图4分别示出了逆变器处于启动状态时的输出电压V和工作电流I的波形示意图，图3显示的是逆变器发生了短路故障的情形，而图4显示的是并没有发生短路故障的情形。工作电流I也即逆变器的母线电流。从图3和图4可以看出，由于逆变器处于启动状态，因此逆变器的工作电流I非常小，无法通过检测逆变器是否产生了过电流来判断发生了逆变器短路故障或逆变器带载冷灯(即接入了冷的灯泡)。逆变器刚开始输出交流电的时刻对应的是图3和图4中的S点，而逆变器第22次采集逆变器输出电压瞬时值的时刻对应的是图3和图4中的E点，E点为逆变器输出的正弦波交流电压的第一个周期的最大值，图2和图3中为波峰值，也可是波谷值。在图3中，由于逆变器发生了短路故障，因此逆变器的输出电压V非常小，最大输出电压只有1.5V，电压的累加求和值也小于设定的求和阀值150。而在图4中，逆变器没有发生短路故障，因此逆变器的输出电压V非常大，在E点处的最大输出电压值达到30.19V，逆变器输出电压的累加求和值大于设定的阀值150。
[0026]在该应用实例中，当逆变器完成启动处于正常工作状态时，电流检测电路实时检测逆变器的工作电流，并将工作电流检测结果发送给单片机，单片机将逆变器的工作电流检测结果与预设的电流阈值进行比较。电流检测电路通过分压电路实现，工作电流检测结果和电流阈值都是与电流成正比的电压值。在逆变器完成启动处于正常工作状态时，无论是逆变器短路还是带载冷灯，都会产生瞬间的大电流，因此通过单片机比较逆变器的工作电流检测结果与预设的电流阈值的大小，可以知道是否发生了逆变器短路或是带载冷灯。逆变器短路的情况下产生大电流持续的时间大约为600us，逆变器带载冷灯的情况下大电流持续的时间大约为950us。
[0027]单片机经过比较发现工作电流检测结果大于电流阈值，则单片机立即控制逆变器停止输出，重新启动逆变器，并且从逆变器停止输出之时起经过1.2ms(即预设的第一时间)后，控制逆变器再次输出交流电。在逆变器再次输出交流电后，如果电流检测电路检测到的逆变器工作电流又大于电流阈值，则单片机重复上面的动作(也就是第二次执行上面的动作)，即立即控制逆变器停止输出，重新启动逆变器，并且从逆变器停止输出之时起经过
1.2ms后，控制逆变器再次输出交流电。
[0028]如果单片机连续重复这样的动作的次数达到或超过了作为次数阈值的5次，则单片机判断此时逆变器处于短路状态，进而进行短路保护，关闭它的电源直流输入和交流输出。如果单片机连续重复这样的动作的次数少于5次，例如只有2次，在逆变器第三次重新启动、再次输出交流电后，电流检测电路检测到的逆变器工作电流小于电流阈值，那么单片机判断逆变器是由冲击性负载引起工作电流检测结果大于等于电流阈值，从而不会执行短路保护，逆变器正常工作。
[0029]图5和图6分别示出了逆变器处于正常工作状态时的工作电流I的波形示意图，图5显示的是逆变器发生了短路故障的情形，而图6显示的是逆变器带载冷灯、并没有发生短路故障的情形。
[0030]本发明实施例的逆变器短路故障判断方法既避免了在逆变器与冲击性负载连接时误判断为短路保护的问题，同时也能快速地判断出短路故障，从而能够在遇到真正短路的情况下快速切断逆变器的输出，确保人和硬件设备的安全。
[0031]显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
【主权项】
1.一种逆变器短路故障的判断方法，其特征在于，包括对逆变器完成启动处于正常工作状态时是否发生短路故障进行判断，所述的对逆变器完成启动处于正常工作状态时是否发生短路故障进行判断包括以下步骤: 步骤bl、电流检测电路实时检测逆变器的工作电流，并将工作电流检测结果发送给所述逆变器的控制器，所述控制器将逆变器的工作电流检测结果与预设的电流阈值进行比较； 步骤b2、如果所述工作电流检测结果大于等于所述电流阈值，则控制器立即控制逆变器停止输出，重新启动逆变器，并且从逆变器停止输出之时起经过预设的第一时间后，控制逆变器再次输出交流电，然后返回步骤bl; 步骤b3、控制器对连续重复执行步骤b2的次数进行统计，如果控制器连续重复执行步骤b2的次数大于等于预设的次数阈值，则判断逆变器发生短路，如果控制器连续重复执行步骤b2的次数小于所述次数阈值，则判断是由冲击性负载引起所述工作电流检测结果大于等于所述电流阈值。2.如权利要求1所述的逆变器短路故障的判断方法，其特征在于，所述逆变器的控制器由单片机构成； 在所述的步骤b2中，如果所述工作电流检测结果大于等于所述电流阈值，则所述单片机立即控制逆变器停止输出，重新启动逆变器，并且还清除所有的标志位。3.如权利要求1所述的逆变器短路故障的判断方法，其特征在于，所述第一时间的取值范围为Ims?1.4msο4.如权利要求1所述的逆变器短路故障的判断方法，其特征在于，所述次数阈值的取值范围为5?7次。5.如权利要求1所述的逆变器短路故障的判断方法，其特征在于，包括对逆变器处于启动状态时是否发生短路故障进行判断，所述的对逆变器处于启动状态时是否发生短路故障的判断包括以下步骤: 步骤al、电压检测电路从逆变器刚开始输出交流电之时起，每隔预设的第二时间采集一次逆变器输出电压的瞬时值，连续采集N次，并且将采集到的逆变器输出电压的瞬时值发送给所述控制器;其中，第N次采集的逆变器输出电压的瞬时值是逆变器输出的正弦波交流电压信号经过四分之一周期的时刻所对应的电压瞬时值或者是位于逆变器输出的正弦波交流电压信号的四分之一周期与二分之一周期之间的电压瞬时值； 步骤a2、所述控制器将N次逆变器输出电压的瞬时值累加求和，比较累加求和结果与预设的求和阈值，如果累加求和结果大于等于所述求和阈值，则判断逆变器没有发生短路故障，如果累加求和结果小于所述求和阈值，则判断逆变器在启动状态时已发生短路故障。6.如权利要求5所述的逆变器短路故障的判断方法，其特征在于，15<N<40。7.如权利要求1所述的逆变器短路故障的判断方法，其特征在于，所述逆变器为车载逆变器。
【文档编号】G01R31/02GK106054016SQ201610678448
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年8月17日
【发明人】祝远欣, 王平, 吴正海
【申请人】科博达技术有限公司