CN108923411A - 一种具有电压保持及抗电压浪涌的电路及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机载电子设备功率电子学领域，特别涉及一种具有电压保持及抗电压浪涌的电路及其控制方法。具有电压保持及抗电压浪涌的电路包括第一功率MOS管、第二功率MOS管、第一二极管、第二二极管、电感、储能电容以及负载；其中，第一功率MOS管的D端、S端分别与直流母线以及电感连接，电感、第二二极管以及负载相互连接；第一二极管、第一功率MOS管、第二功率MOS管、第二二极管连接以及储能电容相互连接；控制芯片，用于控制第一功率MOS管以及第二功率MOS管通断。本发明的具有电压保持及抗电压浪涌的电路及其控制方法，在直流母线上串联该电路，直流母线输出功率均恒定在稳态正常电压上限，能够将直流母线输出功率均恒定在稳态正常电压上限。

Description

一种具有电压保持及抗电压浪涌的电路及其控制方法

技术领域

本发明涉及机载电子设备功率电子学领域，特别涉及一种具有电压保持及抗电压浪涌的电路及其控制方法。

背景技术

在飞机供电转换中断时，要求用电设备具备规定的功能，因此需要电压保持电路。传统的电压保持方法包括在直流母线上直接并联储能电容和间接并联储能电容等方式。

直接并联储能电容是在直流母线上并联储能电容，当飞机供电转换中断时，储能电容释放能量为后级供电；现在航空产品的供电转换中断实验中明确要求输入电压从GJB181B-2012规定的稳态正常电压下限开始实验，这种情况下要求储能电容的大容量更大，导致储能电容体积大、重量重、成本高等问题。间接并联储能电容方法为双向变换器+储能电容的方式，正常情况下，双向变换器从直流母线上获得能量给储能电容储能，当供电转换中断时，双向变换器将电容储存的能量释放至直流母线为后级供电；该方法能够克服直接并联储能电容容量需求过大的问题，但无法抗电压浪涌，也不具有过流短路保护能力。

发明内容

本发明的目的是提供了一种具有电压保持及抗电压浪涌的电路及其控制方法，以解决现有电压保持电路及方法存在的至少一个问题。

本发明的技术方案是：

一种具有电压保持及抗电压浪涌的电路，串接于直流母线回路上，直流母线回路包括直流母线正端和直流母线负端，所述具有电压保持及抗电压浪涌的电路包括第一功率MOS管Q1、第二功率MOS管Q2、第一二极管V1、第二二极管V2、电感L1、储能电容以及负载；

其中，所述第一功率MOS管Q1的D端与直流母线正端连接，所述第一功率MOS管Q1的S端与所述电感L1的正端连接，所述电感L1的负端与第二二极管V2的正端连接，所述第二二极管V2的负端与所述负载的正端连接，所述负载的负端与所述直流母线负端连接；

所述第一二极管V1的负端连接在所述第一功率MOS管Q1的S端，所述第二功率MOS管Q2的D端连接在所述第二二极管V2的正端，所述储能电容的正端连接在所述第二二极管V2的负端与所述负载正端之间，所述第一二极管V1正端、所述第二功率MOS管Q2的S端以及所述储能电容的负端均与直流母线负端连接；

所述具有电压保持及抗电压浪涌的电路还包括：

控制芯片，用于根据所述直流母线输入电流监测、输入电压监测以及负载端输出电压监测提供的监测值进行逻辑计算，并依据计算结果通过驱动控制所述第一功率MOS管Q1以及第二功率MOS管Q2通断。

可选的，所述的具有电压保持及抗电压浪涌的电路还包括：

输入电流监测电路，连接在所述直流母线正端与所述第一功率MOS管Q1的D端之间，用于将输入电流监测值传输至所述控制芯片；

输入电压监测电路，连接在所述直流母线正端与所述直流母线负端之间，用于将输入电压监测值传输至所述控制芯片；

输出电压监测电路，连接在所述负载的正端与负端之间，用于将负载端输出电压监测值传输至所述控制芯片。

本发明还提供了一种具有电压保持及抗电压浪涌的电路控制方法，包括如下步骤：

步骤一、控制芯片根据直流母线输入电流监测值与所述控制芯片预设的直流母线输入电流设定值进行比较；若大于或等于，则所述控制芯片通过驱动控制第一功率MOS管Q1和第二功率MOS管Q2关断，使得所述具有电压保持及抗电压浪涌的电路停止工作；若小于，则进行步骤二；

步骤二、所述控制芯片根据直流母线输入电压监测与负载端输出电压监测值进行比较；若大于，则进行步骤三；若小于或等于，则进行步骤四；

步骤三、所述控制芯片通过驱动控制第二功率MOS管Q2关断，并对所述第一功率MOS管Q1进行PWM控制；

步骤四、所述控制芯片通过驱动控制第一功率MOS管Q1直通，并对所述第二功率MOS管Q2进行PWM控制。

发明效果：

本发明的具有电压保持及抗电压浪涌的电路及其控制方法，在飞机供电转换中断时，无论直流母线电压处于稳态正常电压上限还是稳态正常电压下限，在直流母线上串联该电路，直流母线输出功率均恒定在稳态正常电压上限，另外，该电路具有抗电压浪涌的能力及过流短路保护的能力；进一步，该电路各参数可灵活调整，可广泛适用于各类航空产品直流母线输入端及交流输入整流后直流母线端，通用性较强。

附图说明

图1是本发明具有电压保持及抗电压浪涌的电路原理图；

图2是本发明具有电压保持及抗电压浪涌的电路控制流程图。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

下面结合附图1和图2对本发明具有电压保持及抗电压浪涌的电路及其控制方法做进一步详细说明。

本发明提供了一种具有电压保持及抗电压浪涌的电路，串接于直流母线回路上，直流母线回路包括直流母线正端和直流母线负端；进一步，具有电压保持及抗电压浪涌的电路包括第一功率MOS管Q1、第二功率MOS管Q2、第一二极管V1、第二二极管V2、电感L1、储能电容以及负载。

其中，第一功率MOS管Q1的D端与直流母线正端连接，第一功率MOS管Q1的S端与电感L1的正端连接，电感L1的负端与第二二极管V2的正端连接，第二二极管V2的负端与负载的正端连接，负载的负端与直流母线负端连接。

另外，第一二极管V1的负端连接在第一功率MOS管Q1的S端，第二功率MOS管Q2的D端连接在第二二极管V2的正端，储能电容的正端连接在第二二极管V2的负端与负载正端之间，第一二极管V1正端、第二功率MOS管Q2的S端以及储能电容的负端均与直流母线负端连接。

进一步，本发明的具有电压保持及抗电压浪涌的电路还包括控制芯片U1。

控制芯片U1用于根据直流母线输入电流监测、输入电压监测以及负载端输出电压监测提供的监测值进行逻辑计算，并依据计算结果通过驱动控制第一功率MOS管Q1以及第二功率MOS管Q2通断。

进一步，本发明的具有电压保持及抗电压浪涌的电路还包括输入电流监测电路、输入电压监测电路以及输出电压监测电路。

输入电流监测电路连接在直流母线正端与第一功率MOS管Q1的D端之间，用于将输入电流监测值传输至控制芯片U1。

输入电压监测电路连接在直流母线正端与直流母线负端之间，用于将输入电压监测值传输至控制芯片U1。

输出电压监测电路连接在负载的正端与负端之间，用于将负载端输出电压监测值传输至控制芯片U1。

优选地，输入电流监测电路、输入电压监测电路以及输出电压监测电路是将监测信号送至控制芯片U1，控制芯片U1经过逻辑计算输出使能信号至驱动1、驱动2，驱动1与功率MOS管Q1的G脚连接，驱动2与功率MOS管Q2的G脚连接。

本发明还提供了一种具有电压保持及抗电压浪涌的电路控制方法，包括如下步骤：

步骤一、控制芯片U1根据直流母线输入电流监测值与控制芯片U1预设的直流母线输入电流设定值进行比较；若大于或等于，则控制芯片U1通过驱动控制第一功率MOS管Q1和第二功率MOS管Q2关断，使得具有电压保持及抗电压浪涌的电路停止工作，升降压电路关断实现过流短路保护功能；若小于，则进行步骤二。

步骤二、控制芯片根据直流母线输入电压监测与负载端输出电压监测值进行比较；若大于，则进行步骤三；若小于或等于，则进行步骤四。

步骤三、控制芯片通过驱动控制第二功率MOS管Q2关断，并对第一功率MOS管Q1进行PWM控制。

具体地，当直流母线发生电压浪涌，输入电压监测值高于输出电压监测值，控制芯片U1经逻辑判断，输出使能信号至驱动2，驱动2输出低电平至功率MOS管Q2的G脚，功率MOS管Q2关断；输出使能信号至驱动1，驱动1输出PWM信号至功率MOS管Q1的G脚，功率MOS管Q1按照PWM信号的高低进行开通和关断。功率MOS管Q1的G脚为高电平时，功率MOS管Q1导通，直流母线输入端对电感L1储能，并给储能电容及负载提供能量；功率MOS管Q1的G脚为低电平时，功率MOS管Q1关断，电感L1和储能电容释放能量给负载。功率MOS管Q1、二极管V1、电感L1、储能电容组成降压电路。直流母线发生电压浪涌时，直流母线输入电压经过该降压电路转换为稳态正常电压上限，保证负载两端电压保持稳定。

步骤四、控制芯片通过驱动控制第一功率MOS管Q1直通，并对第二功率MOS管Q2进行PWM控制。

具体地，当飞机供电转换中断时，输入电压监测值不高于输出电压监测值，控制芯片U1经逻辑判断，输出使能信号至驱动1，驱动1输出高电平至功率MOS管Q1的G脚，功率MOS管Q1直通；输出使能信号至驱动2，驱动2输出PWM信号至功率MOS管Q2的G脚，功率MOS管Q2按照PWM信号的高低进行开通和关断功率MOS管Q2的G脚为高电平时，功率MOS管Q2导通，直流母线输入端对电感L1储能，储能电容给后级负载提供能量；功率MOS管Q2的G脚为低电平时，功率MOS管Q2关断，电感L1释放能量给储能电容及负载。功率MOS管Q2、电感L1、二极管V2、储能电容组成升压电路。飞机供电转换中断时，直流母线输入电压经过该升压电路转换为稳态正常电压上限，保证负载两端电压保持稳定。

综上所述，本发明的具有电压保持及抗电压浪涌的电路及其控制方法，在飞机供电转换中断时，无论直流母线电压处于稳态正常电压上限还是稳态正常电压下限，在直流母线上串联该电路，直流母线输出功率均恒定在稳态正常电压上限，另外，该电路具有抗电压浪涌的能力及过流短路保护的能力；进一步，该电路各参数可灵活调整，可广泛适用于各类航空产品直流母线输入端及交流输入整流后直流母线端，通用性较强。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种具有电压保持及抗电压浪涌的电路，串接于直流母线回路上，直流母线回路包括直流母线正端和直流母线负端，其特征在于，所述具有电压保持及抗电压浪涌的电路包括第一功率MOS管Q1、第二功率MOS管Q2、第一二极管V1、第二二极管V2、电感L1、储能电容以及负载；

其中，所述第一功率MOS管Q1的D端与直流母线正端连接，所述第一功率MOS管Q1的S端与所述电感L1的正端连接，所述电感L1的负端与第二二极管V2的正端连接，所述第二二极管V2的负端与所述负载的正端连接，所述负载的负端与所述直流母线负端连接；

所述第一二极管V1的负端连接在所述第一功率MOS管Q1的S端，所述第二功率MOS管Q2的D端连接在所述第二二极管V2的正端，所述储能电容的正端连接在所述第二二极管V2的负端与所述负载正端之间，所述第一二极管V1正端、所述第二功率MOS管Q2的S端以及所述储能电容的负端均与直流母线负端连接；

所述具有电压保持及抗电压浪涌的电路还包括：

控制芯片，用于根据所述直流母线输入电流监测、输入电压监测以及负载端输出电压监测提供的监测值进行逻辑计算，并依据计算结果通过驱动控制所述第一功率MOS管Q1以及第二功率MOS管Q2通断。

2.根据权利要求1所述的具有电压保持及抗电压浪涌的电路，其特征在于，还包括：

输入电流监测电路，连接在所述直流母线正端与所述第一功率MOS管Q1的D端之间，用于将输入电流监测值传输至所述控制芯片；

输入电压监测电路，连接在所述直流母线正端与所述直流母线负端之间，用于将输入电压监测值传输至所述控制芯片；

输出电压监测电路，连接在所述负载的正端与负端之间，用于将负载端输出电压监测值传输至所述控制芯片。

3.一种具有电压保持及抗电压浪涌的电路控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、控制芯片根据直流母线输入电流监测值与所述控制芯片预设的直流母线输入电流设定值进行比较；若大于或等于，则所述控制芯片通过驱动控制第一功率MOS管Q1和第二功率MOS管Q2关断，使得所述具有电压保持及抗电压浪涌的电路停止工作；若小于，则进行步骤二；

步骤二、所述控制芯片根据直流母线输入电压监测与负载端输出电压监测值进行比较；若大于，则进行步骤三；若小于或等于，则进行步骤四；

步骤三、所述控制芯片通过驱动控制第二功率MOS管Q2关断，并对所述第一功率MOS管Q1进行PWM控制；

步骤四、所述控制芯片通过驱动控制第一功率MOS管Q1直通，并对所述第二功率MOS管Q2进行PWM控制。