一种数字电源用限流电路及限流方法与流程

1.本发明涉及电力技术领域，尤其是一种数字电源限流电路及限流方法。


背景技术：

2.在高频数字电源系统中，当输入端或者输出端的状态发生突变时，如果不能快速的实现保护动作，及时的切断功率元件或者限制功率回路的电流，可能损坏功率元件，甚至损坏整个电源系统。现有的应用到数字电源中的电流保护技术，大多只能通过检测多个周期的电流过流信号来实现系统的保护功能，这种保护的方式在输入端或者输出的状态缓慢变化时可以实现正常的保护，但当输入端或者输出端的状态发生突变时，电源系统的电流会出现很大的波动，这就对保护的快速准确性提出了更高的要求。当电流波动很大的时候，系统必须能够及时快速的切断功率回路。因此迫切需要一种可靠的可以实现限流保护功能的电路。


技术实现要素：

3.本发明主要目的在于提供一种数字电源用限流电路及限流方法，能够在输入端或者输出端的状态发生突变时，能够及时快速的切断功率回路，实现限流保护功能的电路，及时快速的保护电源系统。
4.为实现上述目的，本发明首先提供了一种数字电源用限流电路，其技术方案是：
5.一种数字电源用限流电路，包括采样电路、pwm控制电路及逻辑控制电路，其中：
6.采样电路，采样功率回路的电压信号v1，与被补偿后的基准电压信号vref比较后，向所述逻辑控制电路发送电平信号；
7.pwm控制电路，向所述采样电路输送被补偿后的基准电压信号vref，向逻辑控制电路发送pwm电平信号；
8.逻辑控制电路，根据接收到的两路电平信号输出控制功率元件工作状态的控制电平。
9.进一步的，所述采样电路包括采样功率回路峰值电流并线性转换为电压信号v1的电流传感器和比较器，所述比较器的正相输入端输入电压信号v1，负相输入端输入被补偿后的基准电压信号vref，向所述逻辑控制回路输出电平信号。
10.进一步的，所述采样电路还包括非门，所述非门一端与所述比较器连接，另一端与所述逻辑控控制电路连接。
11.进一步的，所述pwm控制电路包括向所述逻辑控制电路发送电平信号的mcu控制器和母线电压采样传感器，所述母线电压采样传感器采样母线的电压并通过所述mcu控制器转换成被补偿后的基准电压信号vref发送给所述采样电路。
12.进一步的，所述pwm控制电路经限压电阻向所述采样电路发送被补偿后的基准电压信号vref。
13.进一步的，所述逻辑控制电路包括锁存器和与门，所述锁存器的s端与所述采样电
路连接，端锁存s端的输入信号状态并输送给所述与门，所述与门同时接收所述pwm电平信号，向功率元件输出控制电平。
14.进一步的，所述pwm控制电路与所述锁存器s端连接，发送时钟电平信号。
15.本发明进一步提供了一种数字电源的限流方法，采用如下技术方案：
16.一种数字电源的限流方法，所述数字电源用逐周期限流电路通过将采样的功率回路峰值电流并线性转换成对应的电压信号v1与被补偿后的基准电压信号vref，并根据比较结果，按预定程序，向所述功率回路输出控制电平信号，实现限流保护。
17.进一步的，所述数字电源用逐周期限流电路包括，
18.采样电路，采样的功率回路峰值电流并线性转换成对应的电压信号v1与被补偿后的基准电压信号vref，并根据比较结果，并向逻辑控制电路发送电平信号；
19.pwm控制电路，向所述采样电路发送被补偿后的基准电压信号vref，向所述逻辑控制电路发送pwm电平信号；
20.逻辑控制电路，根据接收到的两路电平信号，向功率回路输出控制电平；
21.当v1≤vref，所述采样电路输出高电平，所述pwm电平信号为高电平时，所述逻辑控制电路输出高电平信号给所述功率回路；
22.当v1≤vref，所述采样电路输出高电平，所述pwm电平信号为低电平时，所述逻辑控制电路输出低电平信号给所述功率回路；
23.当v1＞vref，所述采样电路输出低电平，所述pwm电平信号为低电平或高电平时，所述逻辑控制电路均输出低电平信号给所述功率回路；
24.当v1＝0时，所述采样电路输出低电平，所述pwm电平信号为高电平达到最大占空比限制而翻转为低电平时，所述逻辑控制电路输出低电平信号给所述功率回路。
25.进一步的，所述逻辑控制电路包括锁存器和与门，所述pwm控制电路向所述锁存器的r端发送包括时钟信号，所述采样电路向所述锁存器的s端发送电平信号，所述锁存器的端锁存s端的输入信号状态，并输向给所述与门，所述pwm电平信号输送给所述与门，所述与门的输出端与所述功率回路连接；
26.在t0-t1周期内，在t0时刻，v1≤vref，所述采样电路输出高电平信号，所述锁存器的r端输入的所述时钟信号由低电平翻转为高电平，s端输入高电平，端输出高电平信号，所述pwm信号为低电平，所述与门输出低电平驱动信号，功率元件为关断状态；
27.在t1-t2周期内：在t1时刻，v1≤vref，所述采样电路输出高电平信号，所述锁存器r端输入的所述时钟信号为低电平，s端输入高电平，端输出高电平，所述与门输入的所述pwm信号翻转为高电平，输出高电平驱动信号，功率元件为开通状态，功率回路的电流慢慢增加，所述的电流传感器u1的输出电压信号也随之慢慢增加；
28.在t2-t3周期内，所述功率回路的电压信号v1逐渐增加至超过基准电压信号vref的值，v1＞vref，所述采样电路输出低电平，此时所述锁存器u4的r端输入低电平时钟信号，s端输入低电平，端输出低电平，所述pwm信号为高电平，所述与门输出低电平信号，功率元件关断；
29.在t3-t4周期内，功率元件关断后，所述功率回路的电压信号v1＝0，所述采样电路输出高电平，所述锁存器u4的s端输入高电平信号，r端输入低电平，端输出高电平，所述
pwm信号为低电平，所述与门输出低电平信号，功率元件保持关断；
30.在t4-t0周期内，在t4时刻，所述pwm信号达到最大占空比限制，其状态翻转为低电平，所述与门u4输出保持低电平信号，功率元件继续保持关断状态；
31.如此反复，实现逐周期限流保护。
32.综上所述，本发明提供的一种数字电源用限流电路及限流方法，与现有技术相比，当功率输入端或者输出端的状态发生突变时，系统能够逐周期的及时快速的切断功率回路，实现限制电流的功能。
附图说明：
33.图1：本发明一种数字电源用限流电路组成示意图；
34.图2：本发明一种数字电源的限流方法中逐周期限流示意图；
35.图中：电流采样传感器u1，比较器u2，非门u3，锁存器u4，与门u5，mcu控制器u6，母线电压采样传感器u7，限压电阻r1，电容c1，功率元件ug，采样电路1,pwm控制电路2，逻辑控制电路3。
具体实施方式
36.下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。
37.本发明提供的一种数字电源用限流电路，包括采样电路1、pwm控制电路2及逻辑控制电路3，其中采样电路1采样功率回路的电压信号v1，与被补偿后的基准电压信号vref比较后，向逻辑控制电路2发送电平信号；pwm控制电路3向采样电路输送被补偿后的基准电压信号vref，向逻辑控制电路发送pwm电平信号；逻辑控制电路根据接收到的两路电平信号输出控制功率元件ug工作状态的控制电平。
38.如图1所示，本发明提供的一种数字电源用限流电路，包括采样电路1、pwm控制电路2及逻辑控制电路3，其中，采样电路包括电流采样传感传感器u1、比较器u2，非门u3，电流采样传感器u1即时采样功率回路的峰值电流并线性转换成电压信号v1，比较器u2的同相输入端输入电流采样传感器u1输出的电压信号v1，负相输入端输入被补偿后的基准电压信号vref，当采样的电压信号v1高于被补偿后的基准电压信号vref时，比较器u2输出高电平信号，当采样的电压信号v1等于或低于被补偿后的基准电压信号vref时，比较器u2输出低电平信号。比较器u2的输出端与非门u3的输入端连接，将输入的电平信号反转后输出给逻辑控制电路3。
39.pwm控制电路2包括控制器，在本实施例中，可采用mcu控制器u6，由mcu控制器u6向比较器u2提供被补偿后的基准电压信号vref,mcu控制器u6可与电源连接，内部转换后，形成被补偿后的基准电压信号vref，或如图1所示，mcu控制器u6通过母线电压采样传感器u7与母线连接，由母线提供电力，同时采样母线电压v2，经mcu控制器u6转换后，形成被补偿后的基准电压信号vref，发送比较器u2。
40.逻辑控制电路3包括锁存器u4，用与锁存非门u2输出的电平状态，在本实施例中，锁存器u4采用sr锁存器u3，其r端输入来自mcu控制器u6发送的时钟信号，其s端输入来自非门u3的输出状态电平信号，锁存器u4将其端的输出状态用于锁存u2的输出电平状态，并根据r端的时钟信号逐周期的翻转其端的输出状态；锁存器u4的端与与门u5的一个输
入端连接，用于将锁存器u4的端输出电平状态与mcu控制器u6给定的pwm电平信号进行与逻辑，并输出高低电平的驱动电平信号以开通或关断功率元件ug。
41.在本实施例中，采样电路1中设置有比较器u2和非门u3，用于将比较器输出的结果反转后输出给逻辑控制电路3，在实际应用中，可通过设置比较器u2的输出结果，直接将比较器u2与逻辑控制电路3连接，不设置非门u3。
42.限流电路可进行对功率元件ug的电流保护功能，如图1所示的限流电路，将即时采样的功率回路峰值电流线性转换成对应的电压信号v1与被补偿后的基准电压信号vref，并根据比较结果，按预定程序，向所述功率回路输出控制电平信号，实现限流保护。以采样电路设有非门u3为例，设定当采样的电压信号v1高于被补偿后的基准电压信号vref时，比较器u2输出高电平信号，当采样的电压信号v1等于或低于被补偿后的基准电压信号vref时，比较器u2输出低电平信号，即当v1＞vref时，比较器u2输出高电平，经非门u3后，采样电路1输出低电平信号，当v1≤vref时，比较器u2输出低电平信号，经非门u3后，采样电路1输出高电平信号，非门u3输出对应的电平信号给逻辑控制电路3，逻辑控制电路3结合pwm电平信号，逻辑控制电路输出控制电平信号给功率元件ug。
43.当采样电路1中不设有非门u3时，比较器u2的输出端直接与逻辑控制电路3连接，重新设定采样电路1的输出电平信号状态，设定当v1＞vref时，比较器u2输出低电平信号，即采样电路1输出低电平信号，当v1≤vref时，比较器u2输出高电平信号，即采样电路1输出高电平信号，采样电路1(比较器u2)输出对应的电平信号给逻辑控制电路3，逻辑控制电路3结合pwm电平信号，输出对应的电平信号给功率元件ug。
44.当v1＞vref时或v1＝0时，表明功率回路的电流/电压超过额定值或出现异常，逻辑控制电路3输出低电平，需关断功率元件ug，保护功率元件ug以及整个数字电源；当v1≤vref时，正常情况下，逻辑控制电路3输出高电平，打开功率元件ug，但考虑数字电源具有周期变化的特性，pwm电平信号为低电平时，逻辑控制电路输出低电平。具体的：
45.当v1≤vref，所述采样电路输出高电平，所述pwm电平信号为高电平时，所述逻辑控制电路输出高电平信号给所述功率回路；
46.当v1≤vref，所述采样电路输出高电平，所述pwm电平信号为低电平时，所述逻辑控制电路输出低电平信号给所述功率回路；
47.当v1＞vref，所述采样电路输出低电平，所述pwm电平信号为低电平或高电平时，所述逻辑控制电路均输出低电平信号给所述功率回路；
48.当v1＝0时，所述采样电路输出低电平，所述pwm电平信号为高电平达到最大占空比限制而翻转为低电平时，所述逻辑控制电路输出低电平信号给所述功率回路。
49.如前文所述，数字电源具有周期变化的特性，前文所述的数字电源的限流电路还设有时钟信号时，实现限流电路的逐周期限流功能，如图2所示：
50.在t0-t1周期内，在t0时刻，v1≤vref，所述采样电路输出高电平信号，所述锁存器的r端输入的所述时钟信号由低电平翻转为高电平，s端输入高电平，端输出高电平信号，所述pwm信号为低电平，所述与门输出低电平驱动信号，功率元件ug为关断状态；
51.在t1-t2周期内：在t1时刻，v1≤vref，所述采样电路输出高电平信号，所述锁存器r端输入的所述时钟信号为低电平，s端输入高电平，端输出高电平，所述与门输入的所述pwm信号翻转为高电平，输出高电平驱动信号，功率元件ug为开通状态，功率回路的电流慢
慢增加，所述的电流传感器u1的输出电压信号也随之慢慢增加；
52.在t2-t3周期内，所述功率回路的电压信号v1逐渐增加至超过基准电压信号vref的值，v1＞vref，所述采样电路输出低电平，此时所述锁存器u4的r端输入低电平时钟信号，s端输入低电平，端输出低电平，所述pwm信号为高电平，所述与门输出低电平信号，功率元件ug关断；
53.在t3-t4周期内，功率元件ug关断后，所述功率回路的电压信号v1＝0，所述采样电路输出高电平，所述锁存器u4的s端输入高电平信号，r端输入低电平，端输出高电平，所述pwm信号为低电平，所述与门输出低电平信号，功率元件ug保持关断；
54.在t4-t0周期内，在t4时刻，所述pwm信号达到最大占空比限制，其状态翻转为低电平，所述与门u4输出保持低电平信号，功率元件ug继续保持关断状态；
55.如此反复，实现逐周期限流保护。
56.综上所述，本发明提供的一种数字电源用限流电路及限流方法，与现有技术相比，当功率输入端或者输出端的状态发生突变时，系统能够逐周期的及时快速的切断功率回路，实现限制电流的功能。
57.但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。