CN103078367B - 一种限制脉冲放电的输出功率的方法及电路 - Google Patents

Abstract

一种限制脉冲放电的输出功率的电路及方法。该电路包括储能器件、放电电路、负载、电压检测电路、数字控制电路以及放电脉宽检测电路；其中数字控制电路根据放电电路检测到的电压值以及放电脉宽检测电路检测到的放电脉宽对放电电路进行控制，放电电路用于实现对负载的脉冲放电。由于设置通过电压采样电路和放电脉宽检测电路，只需利用数字控制电路经过乘法运算，取得当前的放电间隔，在放电频率过高时，放电被禁止，从而降低电频率，限制放电电路的输出功率，可避免放电过热而导致元器件损坏。

Description

一种限制脉冲放电的输出功率的方法及电路

技术领域

本发明涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种脉冲放电设备或脉冲放电电路及方法。

背景技术

现有的电子设备，集成度越来越高，电子设备中的元器件之间的空间也越来越小，因此，降低电子元器件的发热问题，显得尤为重要。如，目前在脉冲放电电路中，为防止放电电路过热导致可靠性降低甚至损坏器件，需对输出功率进行限制。

但是，在现有的数字控制的放电电路中，动态限功率实现困难、精度差。

发明内容

本发明的目的在提供一种对脉冲放电设备或脉冲放电电路的输出功率进行限制的方法及装置。

一种限制脉冲放电的输出功率的电路包括：储能器件、放电电路、负载、电压检测电路、数字控制电路以及放电脉宽检测电路；电压检测电路检测储能器件上的放电电压U，并将放电电压U送到数字控制电路；放电脉宽检测电路检测储能器件上的放电脉宽Tp，并将放电脉宽Tp送到数字控制电路；数字控制电路根据放电电压U以及放电脉宽Tp，对放电电路进行控制；放电电路在数字控制电路的控制下实现对负载的脉冲放电。

一种限制脉冲放电的输出功率的方法，该方法包括：S110，动态测算即时放电系数；M值为与放电电压值U和放电脉宽Tp相关的参数，M＝U²Tp，其中放电电压值U由电压检测电路获得，放电脉宽Tp由放电脉宽检测电路获得；S120，根据获得的即时放电系数，以及预先获取的最小放电系数M1、最大放电系数M2以及最小放电间隔Ti1，M值和放电间隔Ti的线性关系，获得放电间隔Ti；其中，最小放电间隔时间Ti1即为已知的最高放电频率fmax的倒数；S130，利用放电间隔Ti限制放电频率。

本发明具体实施方式，通过设置电压采样电路和放电脉宽检测电路，只经过乘法运算，充分利用数字控制电路高速的硬件乘法运算能力，取得当前电压和放电脉宽下对应的放电间隔，在放电频率过高，放电周期小于预设的最短放电间隔时，放电被禁止，从而使放电频率下降，限制了放电电路的输出功率，可避免放电过热而导致元器件损坏。

附图说明

图1是本发明一种限制脉冲放电的输出功率的电路具体实施方式的电路原理方框示意图；

图2是本发明一种限制脉冲放电的输出功率的电路具体实施方式所用到的波形图；

图3是本发明一种限制脉冲放电的输出功率的方法具体实施方式的流程图；

图4是本发明一种限制脉冲放电的输出功率的方法另一具体实施方式的流程图；

图5是本发明一种限制脉冲放电的输出功率的方法的具体实施方式实现的限功率的特性曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对发明进行详细的说明。

请参见图1及图2，发明一种限制脉冲放电的输出功率的电路具体实施方式，其包括：

储能器件10、放电电路20、负载30、电压检测电路40、数字控制电路50以及放电脉宽检测电路60。

电压检测电路40检测储能器件10上的放电电压，并将该放电电压送到数字控制电路50；

放电脉宽检测电路60检测储能器件10上的放电脉宽，并将该放电脉宽送到数字控制电路50；

数字控制电路50根据电压检测电路40检测到的放电电压，以及放电脉宽检测电路60检测到的放电脉宽，对放电电路20进行控制；

放电电路20在数字控制电路50的控制下实现对负载30的脉冲放电。

具体数字控制电路50如何实现对放电电路的控制，将在下面本发明一种限制脉冲放电的输出功率的方法的具体实施方式中详细说明，此处不一一赘述。

其中储能器件10，可以是电池或电容器；电压检测电路40用于对储能器件10的电压进行检测，可以采用电阻分压网络或者电压传感器的方式检测电压，电压检测电路40把检测到的电压信号送到数字控制电路50；放电电路20，主要由半导体功率开关及其驱动电路组成，用于控制储能器件10对负载30的周期性放电，形成如图2所示的脉冲。

如图2所示，U是放电电压的幅度，Tp是放电脉冲宽度，即放电脉宽，Td是放电周期，放电频率f＝1/Td。本发明具体实施方式根据放电系数M＝U²Tp来控制放电频率，即，M是个仅由电压和放电脉宽决定的参数，确定一个放电间隔Ti，当放电频率提高时，Td减小，如果Td小于Ti，放电将被禁止，降低放电频率，从而限制放电电路的输出功率，可靠的保护放电电路。Ti是根据M值动态调整的。

请参见图3、图4及图5，一种限制脉冲放电的输出功率的方法具体实施方式，该方法包括：

步骤S110：动态测算即时M值；

如图1所示，数字控制电路50经过电压检测电路40得到放电电压值U，以及放电脉宽检测电路60检测到的放电脉宽Tp，由公式M＝U²Tp运算得到即时M值(即时放电系数)；此处以及后续步骤中的运算，作为本领域的技术人员可以知道，其可以采用软件的方式实现，也可以采用硬件的方式实现；

具体的，可如图5所示，步骤S110包括：

步骤S111，电压检测电路40采样放电电压；

步骤S112，放电脉宽检测电路60采样获得放电脉宽Tp；

步骤S113，根据公式M＝U²Tp计算放电系数M；

步骤S120：根据获得的即时M值，以及预先获取的最小M值M1、最大M值M2以及最小放电间隔Ti1，M值和放电间隔Ti的线性关系，动态计算放电间隔Ti；该方法若具体应用到上述电路中，则是有数字控制电路50来实现步骤S120，但该方法并不限于由其执行；

如图4所示，根据以下三种情况取得放电间隔：

1)当M≤M1时，Ti＝Ti1；

即，当即时M值小于等于最小M值时，放电间隔Ti则取最小放电间隔时间Ti1；

其中，最小M值M1以及最小放电间隔Ti1的获取方式是：预先根据已知的最高放电频率fmax，实测一个最小M值M1以及计算获得最小放电间隔Ti1。最小M值M1以及最小放电间隔Ti1可以在电路工作中之前就预先获得，并存储以便本发明的具体实施方式的电路在工作过程中使用。

获取最小M值M1的具体做法，可以采用以下两种方式中的任意一种：

A)在额定放电电压Ue下，调整放电脉宽Tp，放电频率为fmax时，使输出功率达到额定值，此时的放电脉宽为Tp1；

则最小M值为：M1＝Ue*Ue*Tp1    (3a)

B)在额定放电脉宽Tpe下，调整放电电压U，放电频率为fmax时，使输出功率达到额定值，此时的放电电压为U1；

则最小M值为：M1＝U1*U1*Tpe    (3b)

最小放电间隔：Ti1＝1/fmax    (4)

2)当M≥M2时，Ti＝∞，即关放电电路；

即，当即时M值大于等于最大M值M2时，则关闭放电电路；最大M值M2为预先设定的，主要为了防止放电功率大大超出额定放电功率。当M值大于M2时，马上关闭放电电路，停止放电。

3)当M1＜M＜M2时，Ti则由以下公式(5)求得；

根据已知规格，可知额定放电电压Ue，额定放电脉宽Tpe，额定放电频率fe，并且，在该条件下输出功率为额定功率。由此可以得到：

额定M值Me：Me＝Ue*Ue*Tpe    (1)

额定放电间隔：Tie＝1/fe    (2)

根据式(1)(2)(3a)(3b)(4)得到如图4所示的M值和放电间隔Ti的线性关系：

Ti＝k*M+b    (5)

其中，k＝(Tie-Ti1)/(Me-M1)，b＝(Me*Ti1-M1*Tie)/(Me-M1)

由于k和b是常数，在实际应用中可以定义成固定值。

即，当即时M值介于最小M值M1与最大M值M2之间时，放电间隔Ti为：Ti＝k*M+b；其中，k＝(Tie-Ti1)/(Me-M1)，b＝(Me*Ti1-M1*Tie)/(Me-M1)。

由此可知k和b均为可以预先测定的常数。同样的，k和b也可以在电路工作中之前就预先获得，并存储以便本发明的具体实施方式的电路在工作过程中使用。

具体的，可如图5所示，步骤S120包括：

步骤S121，判断即时M值是否小于等于最小M值M1，若是，则执行步骤S112，若否则执行步骤S123；

步骤S122，设定放电间隔Ti为最小放电间隔Ti1；

步骤S123，判断即时M值是否大于等于最大M值M2(即最大放电系数)，若是则执行步骤S124，若否则执行步骤S125；

步骤S124，关断放电电路；

步骤S125，根据上述公式(5)计算放电间隔Ti；

步骤S130：利用放电间隔Ti限制放电频率；

具体为，放电结束后，插入Ti延时，延时结束前不放电，只有延时结束才能放电，从而限制放电频率。该方法若具体应用到上述电路中，则是有数字控制电路50来实现步骤S130，但该方法并不限于由其执行。

具体的，如图5所示，步骤S130包括：

步骤S131，判断放电时间是否大于等于放电间隔Ti，如果是则执行步骤S132，如果否则执行步骤S133；

步骤S132，允许放电；

步骤S133，禁止放电。

该具体实施方式中的各个参数的具体含义若如前述电路具体实施方式相同的，该具体实施方式中将不再重复赘述，请参照上述电路具体实施方式的解释或定义。

本发明的方法及电路的具体实施方式，在能够实现连续调整放电电压和放电脉宽的同时，也能要求控制电路能根据放电电压和放电脉宽两个参数限制放电电路的输出功率，从而相对精确的限制放电电路的放电功率，避免因放电功率过大而发热，损坏电子元器件。

上述具体实施方式说明但并不限制本发明，本领域的技术人员能在权利要求的范围内设计出多个可代替实例。所属领域的技术人员应该意识到，对在没有违反如所附权利要求书所定义的本发明的范围之内，可对具体实现方案做出适当的调整、修改等。因此，凡依据本发明的精神和原则，所做的任意修改和变化，均在所附权利要求书所定义的本发明的范围之内。

Claims (3)

1.一种限制脉冲放电的输出功率的电路，其包括：

储能器件、放电电路、负载、电压检测电路、数字控制电路以及脉宽检测电路；

所述电压检测电路检测所述储能器件上的放电电压U，并将所述放电电压U送到所述数字控制电路；

所述放电脉宽检测电路检测所述储能器件上的放电脉宽Tp，并将所述放电脉宽Tp送到所述数字控制电路；

数字控制电路根据所述放电电压U以及所述放电脉宽Tp，对所述放电电路进行控制；

所述放电电路在所述数字控制电路的控制下实现对所述负载的脉冲放电；

其中，所述数字控制电路具体用于根据所述放电电压U以及所述放电脉宽Tp，对所述放电电路进行控制，由计算放电系数的公式M＝U²Tp运算得到即时放电系数；根据获得的即时放电系数，以及预先获取的最小放电系数M1、最大放电系数M2以及最小放电间隔Ti1，放电系数和放电间隔Ti的线性关系，动态计算放电间隔Ti；所述数字控制电路利用所述放电间隔Ti限制所述放电电路的放电频率；

所述数字控制电路根据获得的即时放电系数，以及预先获取的最小放电系数M1、最大放电系数M2以及最小放电间隔Ti1，M值和放电间隔Ti的线性关系，动态计算放电间隔Ti，具体为：

当即时放电系数小于等于最小放电系数时，所述数字控制电路则取最小放电间隔时间Ti1为放电间隔Ti；

当即时放电系数大于等于预先设定的最大M值M2时，所述数字控制电路则关闭所述放电电路；

当即时放电系数大于最小放电系数M1小于最大放电系数M2时，所述数字控制电路根据以下公式计算得到放电间隔Ti：Ti＝k*M+b；

其中，k、b为常数，k＝(Tie-Ti1)/(Me-M1)，b＝(Me*Ti1-M1*Tie)/(Me-M1)；

Tie为额定放电间隔，其值为额定放电频率的倒数；Ti1为最小放电间隔，其值为已知的最高放电频率fmax的倒数；Me为额定M值，Me＝Me＝Ue*Ue*Tpe，Ue为额定放电电压，Tpe为额定放电脉宽；M1为实测最小放电系数M1。

2.如权利要求1所述的限制脉冲放电的输出功率的电路，其中，所述放电电路，主要由半导体功率开关及其驱动电路组成，用于控制所述储能器件对所述负载的周期性放电。

3.一种限制脉冲放电的输出功率的方法，该方法包括：

S110，动态测算即时放电系数；M值为与放电电压值U和放电脉宽Tp相关的参数，M＝U²Tp，其中放电电压值U由电压检测电路获得，放电脉宽Tp由放电脉宽检测电路获得；

S120，根据获得的即时放电系数，以及预先获取的最小放电系数M1、最大放电系数M2以及最小放电间隔Ti1，M值和放电间隔Ti的线性关系，获得放电间隔Ti；其中，最小放电间隔时间Ti1即为已知的最高放电频率fmax的倒数；

S130，利用放电间隔Ti限制放电频率；

其中，步骤S120具体包括：

当即时放电系数小于等于最小放电系数时，放电间隔Ti则取最小放电间隔时间Ti1；

当即时放电系数大于等于预先设定的最大M值M2时，则关闭放电电路；

当即时放电系数大于最小M值M1小于最大放电系数M2时，根据以下公式计算得到放电间隔Ti：Ti＝k*M+b；

其中，k、b为常数，k＝(Tie-Ti1)/(Me-M1)，b＝(Me*Ti1-M1*Tie)/(Me-M1)；

Tie为额定放电间隔，其值为额定放电频率的倒数；Ti1为最小放电间隔，其值为已知的最高放电频率fmax的倒数；Me为额定M值，Me＝Me＝Ue*Ue*Tpe，Ue为额定放电电压，Tpe为额定放电脉宽；M1为实测最小放电系数M1；

所述实测最小放电系数M1的方法具体为：

在额定放电电压Ue下，调整放电脉宽Tp，放电频率为fmax时，使输出功率达到额定值，此时的放电脉宽为Tp1；

则最小放电系数为：M1＝Ue*Ue*Tp1；

所述实测最小放电系数M1的方法具体为：

在额定放电脉宽Tpe下，调整放电电压U，放电频率为fmax时，使输出功率达到额定值，此时的放电电压为U1；

则最小放电系数为：M1＝U1*U1*Tpe；

其中，所述步骤S130具体为：

放电结束后，插入所述放电间隔Ti作为延时，延时结束前不放电，延时结束才能放电；

步骤S130具体还包括：判断放电时间是否大于等于所述放电间隔Ti，如果是则允许放电，如果否则禁止放电。