CN107768195A - 直流接触器内置预充电电路及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种直流接触器内置预充电电路及其控制方法，该内置预充电电路包括一电池组、一电连接于电池组的主接触器、一预充电阻、一电解电容、一预充开关电路、以及一电连接于低压电源的单片机，预充电阻一端电连接于电池组，预充电阻另一端通过预充开关电路电连接于电解电容；单片机控制预充开关电路的导通和断开，预充开关电路的导通和断开恰能使得预充电阻相应的接通和切断于电解电容；还设有电流检测电路，电流检测电路用以采集流经预充电阻的电流值并传输给单片机，单片机对电流值进行判定并相应控制主接触器闭合和断开；该内置预充电电路能有效防止因系统误动作或外部设备故障而对接触器造成的损坏，大大提高了整个系统的安全性能。
Description
技术领域
本发明涉及直流接触器技术领域，具体提供一种直流接触器内置预充电电路及其控制方法。
背景技术
直流接触器被广泛应用于电机控制器、电动汽车控制器、变频器等控制器的输入端，控制器的输入母线上一般都采用大容量的电解电容或多个电解电容并联结构，容量较大。当供电电压较高时闭合直流接触器给电解电容供电，电解电容初始状态相当于短路，就会使直流接触器触点上瞬间流过的电流很大，可能烧坏直流接触器触点，或使直流接触器寿命下降。因此需采用预充电电路对电解电容进行预充电。
传统的预充电电路采用充电电阻加预充接触器的组合方式，如说明书附图图1所示。即在主接触器KM2的一对主触点两侧并联一个由预充接触器KM3和预充电电阻RX1组成的串联电路，使充电电阻RX1与电解电容C2构成RC充电电路；上电后先闭合预充接触器KM3，使电流从预充电电阻RX1上流过，一段时间后再闭合主接触器KM2，给电解电容C2供电。上述预充电电路需要额外增加一个预充接触器KM3，从而会使控制成本增加，并且上述预充电电路中，当电解电容C2发生短路或逆变部分如IGBT或MOSFET短路造成电解电容C2两端充不上电时，电能会全都加在充电电阻RX1上，此时充电电阻RX1不但消耗能量，甚至还可能会烧毁，并且由于无法判断是否发生了故障，经过一段时间在闭合主接触器KM2时会将主接触器的主触点烧毁。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明提供了一种直流接触器内置预充电电路及其控制方法，能够有效防止因系统误动作或者外部设备故障而对接触器造成的损坏，大大提高了整个系统的安全性能。
本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：一种直流接触器内置预充电电路，包括一用以提供供给电能的电池组、一电连接于所述电池组的主接触器、一预充电阻、一电解电容、一预充开关电路、以及一电连接于低压电源的单片机，其中所述预充电阻的一端电连接于所述电池组，所述预充电阻的另一端通过所述预充开关电路电连接于所述电解电容；所述单片机控制所述预充开关电路的导通和断开，且所述预充开关电路的导通和断开恰能够使得所述预充电阻相应的接通和切断于所述电解电容；
还设有一电流检测电路，所述电流检测电路用以采集流经所述预充电阻的电流值，并将其采集到的电流值传输给所述单片机，所述单片机对该电流值进行判定，并相应的控制所述主接触器闭合和断开。
作为本发明的进一步改进，所述主接触器的一主触点、以及所述预充电阻的一端均分别电连接于所述电池组的正极；
所述主接触器的线圈一端、以及所述单片机的输入端均分别电连接于所述低压电源。
作为本发明的进一步改进，所述预充开关电路主要包括第一场效应管和光电耦合器，所述第一场效应管的源极电连接于所述预充电阻的另一端，所述第一场效应管的漏极电连接于所述电解电容的正极；所述光电耦合器具有发光器和和受光器，其中所述发光器的阴极接地，阳极电连接于所述单片机的一控制输出端，所述受光器采用光敏三极管，且其集电极电连接于所述第一场效应管的栅极，其发射极与所述电解电容的负极连接后，接地；
所述电流检测电路主要包括一用以采集流经所述预充电阻的电流值的电流检测器和一用以将电流值信号进行放大处理的信号放大器，其中所述电流检测器电连接于所述预充电阻的另一端与所述第一场效应管的源极之间，所述信号放大器电连接于所述电流检测器的信号输出端与所述单片机的一信号输入端之间。
作为本发明的进一步改进，还设有一第二场效应管，所述第二场效应管的源极接地，栅极电连接于所述单片机的另一控制输出端，漏极电连接于所述主接触器的线圈另一端。
作为本发明的进一步改进，在所述单片机的输入端和所述低压电源之间还连接有一低压差线性稳压器。
本发明还提供了一种直流接触器内置预充电电路的控制方法，按下述步骤依次进行：
步骤(1)：开机，使得所述低压电源供电给所述单片机和主接触器，使得所述电池组供电给所述预充电阻和电流检测电路；另外在所述单片机中设定预充电的初始设定值I_init、以及预充电的目标设定值I_end，并在所述电流检测电路中设定所需的采集时段参数；
步骤(2)：所述单片机控制所述预充开关电路导通，进而使得所述预充电阻接通于所述电解电容，所述电池组开始对所述电解电容进行预充电，且同时，所述电流检测电路还对流经所述预充电阻的初始电流值进行采集，并将其采集到的初始电流值传输给所述单片机，所述单片机将该初始电流值记为电流值Ip_1，并对该电流值Ip_1进行判定，
(2a)若该电流值Ip_1大于零且小于初始设定值I_init，所述单片机判定预充正常；并执行步骤(3)；
(2b)若该电流值Ip_1等于零或者大于初始设定值I_init，所述单片机则判定预充异常，输出预充失败信号；并执行步骤(6)；
步骤(3)：延时T1后，所述电流检测电路再次对流经所述预充电阻的电流值进行采集，并将其采集到的电流值传输给所述单片机，所述单片机将该电流值记为电流值Ip_2，还将电流值Ip_1与电流值Ip_2之间的差值记为电流值Ip_3，并对该电流值Ip_3进行判定，
(3a)若该电流值Ip_3大于零，所述单片机判定预充正常；并执行步骤(4)；
(3b)若该电流值Ip_3等于零，所述单片机则判定预充异常，输出预充失败信号；并执行步骤(6)；
步骤(4)：延时T2后，所述电流检测电路再次对流经所述预充电阻的电流值进行采集，并将其采集到的电流值传输给所述单片机，所述单片机将该电流值记为电流值Ip_4，并对该电流值Ip_4进行判定，
(4a)若该电流值Ip_4等于目标设定值I_end，所述单片机判定预充正常；并执行步骤(5)；
(4b)若该电流值Ip_4与目标设定值I_end不相等，则重复执行步骤(4)；
步骤(5)：所述单片机控制所述主接触器闭合，同时所述电流检测电路采集此时流经所述预充电阻的电流值，并将其采集到的电流值传输给所述单片机，所述单片机将该电流值记为电流值Ip_5，并对该电流值Ip_5进行判定，
(5a)若该电流值Ip_5等于零，所述单片机判定所述主接触器吸合成功，并输出主接触器吸合成功信号；
(5b)若该电流值Ip_5大于零，所述单片机则判定所述主接触器吸合失败，并输出主接触器吸合失败信号；
步骤(6)：所述单片机控制所述预充开关电路断开，预充电完成。
作为本发明的进一步改进，所述电流检测电路包括电流检测器和信号放大器，所述电流检测器用以采集流经所述预充电阻的电流值，并将其采集到的电流值传输给所述信号放大器，所述信号放大器对该电流值信号进行放大处理后传输给所述单片机。
本发明的有益效果是：相较于传统的预充电路，本发明所述的直流接触器在预充电过程中，不管出现任何异常，主接触器都不会吸合，从而有效防止了因系统误动作或者外部设备故障而对接触器造成的损坏，大大提高了整个系统的安全性能；此外，在使用本发明所述的直流接触器时，无需在额外配置外部预充电路，从而减少了控制成本。
附图说明
图1为传统的直流接触器预充电电路的电路原理示意图；
图2为本发明所述直流接触器内置预充电电路的电路原理示意图；
图3为本发明所述直流接触器内置预充电电路的控制流程图。
具体实施方式
下面参照图对本发明的优选实施例进行详细说明。
实施例1：
请参阅附图2所示，其为本发明所述直流接触器内置预充电电路的电路原理示意图。该直流接触器内置预充电电路包括一用以提供供给电能的电池组B1、一电连接于所述电池组B1的主接触器KM1、一预充电阻RX、一电解电容C1、一预充开关电路、以及一电连接于低压电源VCC的单片机MCU，其中所述预充电阻RX的一端电连接于所述电池组B1，所述预充电阻RX的另一端通过所述预充开关电路电连接于所述电解电容C1；所述单片机MCU控制所述预充开关电路的导通和断开，且所述预充开关电路的导通和断开恰能够使得所述预充电阻RX相应的接通和切断于所述电解电容C1，以实现对所述电解电容C1进行预充电和终止预充电；
还设有一电流检测电路，所述电流检测电路用以采集流经所述预充电阻RX的电流值，并将其采集到的电流值传输给所述单片机MCU，所述单片机MCU对该电流值进行判定，并相应的控制所述主接触器KM1闭合和断开。
在本实施例中，所述主接触器KM1的一主触点(触点3)、以及所述预充电阻RX的一端均分别电连接于所述电池组B1的正极；所述主接触器KM1的线圈一端(接头1)、以及所述单片机MCU的输入端(接口1)均分别电连接于所述低压电源VCC。
在本实施例中，所述预充开关电路主要包括第一场效应管Q1和光电耦合器U8，所述第一场效应管Q1的源极电连接于所述预充电阻RX的另一端，所述第一场效应管Q1的漏极电连接于所述电解电容C1的正极；所述光电耦合器U8具有发光器和和受光器，其中所述发光器的阴极接地，阳极电连接于所述单片机MCU的一控制输出端(接口3)，所述受光器采用光敏三极管，且其集电极电连接于所述第一场效应管Q1的栅极，其发射极与所述电解电容C1的负极连接后，接地；
所述电流检测电路主要包括一用以采集流经所述预充电阻RX的电流值的电流检测器U3和一用以将电流值信号进行放大处理的信号放大器U4，其中所述电流检测器U3电连接于所述预充电阻RX的另一端与所述第一场效应管Q1的源极之间，所述信号放大器U4电连接于所述电流检测器U3的信号输出端与所述单片机MCU的一信号输入端(接口7)之间。
在本实施例中，还设有一第二场效应管Q2，所述第二场效应管Q2的源极接地，栅极电连接于所述单片机MCU的另一控制输出端(接口4)，漏极电连接于所述主接触器KM1的线圈另一端(接头2)。
在本实施例中，在所述单片机MCU的输入端(接口1)和所述低压电源VCC之间还连接有一低压差线性稳压器LDO。
以下对本发明所述直流接触器内置预充电电路的控制方法进行详细说明。
实施例2：
请参阅附图3所示，其为本发明所述直流接触器内置预充电电路的控制流程图。所述直流接触器内置预充电电路的控制方法按下述步骤依次进行：
步骤(1)：开机，使得所述低压电源VCC供电给所述单片机MCU和主接触器KM1，使得所述电池组B1供电给所述预充电阻RX和电流检测电路；
另外在所述单片机MCU中设定预充电的初始设定值I_init、以及预充电的目标设定值I_end，并在所述电流检测电路中设定所需的采集时段参数；
步骤(2)：所述单片机MCU控制所述预充开关电路导通，进而使得所述预充电阻RX接通于所述电解电容C1，所述电池组B1开始对所述电解电容C1进行预充电，且同时，所述电流检测电路还对流经所述预充电阻RX的初始电流值进行采集，并将其采集到的初始电流值传输给所述单片机MCU，所述单片机MCU将该初始电流值记为电流值Ip_1，并对该电流值Ip_1进行判定，
(2a)若该电流值Ip_1大于零且小于初始设定值I_init，所述单片机MCU判定预充正常；并执行步骤(3)；
(2b)若该电流值Ip_1等于零或者大于初始设定值I_init，所述单片机MCU则判定预充异常，输出预充失败信号(此时的预充失败可能是接触器主触点粘接、或者电机控制器输入端存在长时间异常高压等现象造成的)；并执行步骤(6)；
步骤(3)：延时T1后，所述电流检测电路再次对流经所述预充电阻RX的电流值进行采集，并将其采集到的电流值传输给所述单片机MCU，所述单片机MCU将该电流值记为电流值Ip_2，还将电流值Ip_1与电流值Ip_2之间的差值记为电流值Ip_3，并对该电流值Ip_3进行判定，
(3a)若该电流值Ip_3大于零，所述单片机MCU判定预充正常；并执行步骤(4)；
(3b)若该电流值Ip_3等于零，所述单片机MCU则判定预充异常，输出预充失败信号(此时的预充失败可能是负载端电容被短路，比如：IGBT击穿，从而导致无法给电容进行充电)；并执行步骤(6)；
步骤(4)：延时T2后，所述电流检测电路再次对流经所述预充电阻RX的电流值进行采集，并将其采集到的电流值传输给所述单片机MCU，所述单片机MCU将该电流值记为电流值Ip_4，并对该电流值Ip_4进行判定，
(4a)若该电流值Ip_4等于目标设定值I_end，所述单片机MCU判定预充正常；并执行步骤(5)；
(4b)若该电流值Ip_4与目标设定值I_end不相等，则重复执行步骤(4)；
步骤(5)：所述单片机MCU控制所述主接触器KM1闭合，同时所述电流检测电路采集此时流经所述预充电阻RX的电流值，并将其采集到的电流值传输给所述单片机MCU，所述单片机MCU将该电流值记为电流值Ip_5，并对该电流值Ip_5进行判定，
(5a)若该电流值Ip_5等于零，所述单片机MCU判定所述主接触器KM1吸合成功，并输出主接触器吸合成功信号；
(5b)若该电流值Ip_5大于零，所述单片机MCU则判定所述主接触器KM1吸合失败，并输出主接触器吸合失败信号；(此时主接触器吸合失败可能为因主接触器出现机构故障或者主触点单侧粘连导致接触点无法正常吸合)
步骤(6)：所述单片机MCU控制所述预充开关电路断开，预充电完成。
在本实施例中，所述电流检测电路包括电流检测器U3和信号放大器U4，所述电流检测器U3用以采集流经所述预充电阻RX的电流值，并将其采集到的电流值传输给所述信号放大器U4，所述信号放大器U4对该电流值信号进行放大处理后传输给所述单片机MCU。
相较于传统的预充电路，本发明所述的直流接触器在预充电过程中，不管出现任何异常，主接触器都不会吸合，从而有效防止了因系统误动作或者外部设备故障而对接触器造成的损坏，大大提高了整个系统的安全性能；此外，在使用本发明所述的直流接触器时，无需在额外配置外部预充电路，从而减少了控制成本。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，但并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种直流接触器内置预充电电路，其特征在于：包括一用以提供供给电能的电池组(B1)、一电连接于所述电池组(B1)的主接触器(KM1)、一预充电阻(RX)、一电解电容(C1)、一预充开关电路、以及一电连接于低压电源(VCC)的单片机(MCU)，其中所述预充电阻(RX)的一端电连接于所述电池组(B1)，所述预充电阻(RX)的另一端通过所述预充开关电路电连接于所述电解电容(C1)；所述单片机(MCU)控制所述预充开关电路的导通和断开，且所述预充开关电路的导通和断开恰能够使得所述预充电阻(RX)相应的接通和切断于所述电解电容(C1)；
还设有一电流检测电路，所述电流检测电路用以采集流经所述预充电阻(RX)的电流值，并将其采集到的电流值传输给所述单片机(MCU)，所述单片机(MCU)对该电流值进行判定，并相应的控制所述主接触器(KM1)闭合和断开。
2.根据权利要求1所述的直流接触器内置预充电电路，其特征在于：所述主接触器(KM1)的一主触点、以及所述预充电阻(RX)的一端均分别电连接于所述电池组(B1)的正极；
所述主接触器(KM1)的线圈一端、以及所述单片机(MCU)的输入端均分别电连接于所述低压电源(VCC)。
3.根据权利要求1所述的直流接触器内置预充电电路，其特征在于：所述预充开关电路主要包括第一场效应管(Q1)和光电耦合器(U8)，所述第一场效应管(Q1)的源极电连接于所述预充电阻(RX)的另一端，所述第一场效应管(Q1)的漏极电连接于所述电解电容(C1)的正极；所述光电耦合器(U8)具有发光器和和受光器，其中所述发光器的阴极接地，阳极电连接于所述单片机(MCU)的一控制输出端，所述受光器采用光敏三极管，且其集电极电连接于所述第一场效应管(Q1)的栅极，其发射极与所述电解电容(C1)的负极连接后，接地；
所述电流检测电路主要包括一用以采集流经所述预充电阻(RX)的电流值的电流检测器(U3)和一用以将电流值信号进行放大处理的信号放大器(U4)，其中所述电流检测器(U3)电连接于所述预充电阻(RX)的另一端与所述第一场效应管(Q1)的源极之间，所述信号放大器(U4)电连接于所述电流检测器(U3)的信号输出端与所述单片机(MCU)的一信号输入端之间。
4.根据权利要求1所述的直流接触器内置预充电电路，其特征在于：还设有一第二场效应管(Q2)，所述第二场效应管(Q2)的源极接地，栅极电连接于所述单片机(MCU)的另一控制输出端，漏极电连接于所述主接触器(KM1)的线圈另一端。
5.根据权利要求1所述的直流接触器内置预充电电路，其特征在于：在所述单片机(MCU)的输入端和所述低压电源(VCC)之间还连接有一低压差线性稳压器(LDO)。
6.一种如权利要求1至5中任一项所述的直流接触器内置预充电电路的控制方法，其特征在于：按下述步骤依次进行：
步骤(1)：开机，使得所述低压电源(VCC)供电给所述单片机(MCU)和主接触器(KM1)，使得所述电池组(B1)供电给所述预充电阻(RX)和电流检测电路；
另外在所述单片机(MCU)中设定预充电的初始设定值I_init、以及预充电的目标设定值I_end，并在所述电流检测电路中设定所需的采集时段参数；
步骤(2)：所述单片机(MCU)控制所述预充开关电路导通，进而使得所述预充电阻(RX)接通于所述电解电容(C1)，所述电池组(B1)开始对所述电解电容(C1)进行预充电，且同时，所述电流检测电路还对流经所述预充电阻(RX)的初始电流值进行采集，并将其采集到的初始电流值传输给所述单片机(MCU)，所述单片机(MCU)将该初始电流值记为电流值Ip_1，并对该电流值Ip_1进行判定，
(2a)若该电流值Ip_1大于零且小于初始设定值I_init，所述单片机(MCU)判定预充正常；并执行步骤(3)；
(2b)若该电流值Ip_1等于零或者大于初始设定值I_init，所述单片机(MCU)则判定预充异常，输出预充失败信号；并执行步骤(6)；
步骤(3)：延时T1后，所述电流检测电路再次对流经所述预充电阻(RX)的电流值进行采集，并将其采集到的电流值传输给所述单片机(MCU)，所述单片机(MCU)将该电流值记为电流值Ip_2，还将电流值Ip_1与电流值Ip_2之间的差值记为电流值Ip_3，并对该电流值Ip_3进行判定，
(3a)若该电流值Ip_3大于零，所述单片机(MCU)判定预充正常；并执行步骤(4)；
(3b)若该电流值Ip_3等于零，所述单片机(MCU)则判定预充异常，输出预充失败信号；并执行步骤(6)；
步骤(4)：延时T2后，所述电流检测电路再次对流经所述预充电阻(RX)的电流值进行采集，并将其采集到的电流值传输给所述单片机(MCU)，所述单片机(MCU)将该电流值记为电流值Ip_4，并对该电流值Ip_4进行判定，
(4a)若该电流值Ip_4等于目标设定值I_end，所述单片机(MCU)判定预充正常；并执行步骤(5)；
(4b)若该电流值Ip_4与目标设定值I_end不相等，则重复执行步骤(4)；
步骤(5)：所述单片机(MCU)控制所述主接触器(KM1)闭合，同时所述电流检测电路采集此时流经所述预充电阻(RX)的电流值，并将其采集到的电流值传输给所述单片机(MCU)，所述单片机(MCU)将该电流值记为电流值Ip_5，并对该电流值Ip_5进行判定，
(5a)若该电流值Ip_5等于零，所述单片机(MCU)判定所述主接触器(KM1)吸合成功，并输出主接触器吸合成功信号；
(5b)若该电流值Ip_5大于零，所述单片机(MCU)则判定所述主接触器(KM1)吸合失败，并输出主接触器吸合失败信号；
步骤(6)：所述单片机(MCU)控制所述预充开关电路断开，预充电完成。
7.根据权利要求6所述的直流接触器内置预充电电路的控制方法，其特征在于：所述电流检测电路包括电流检测器(U3)和信号放大器(U4)，所述电流检测器(U3)用以采集流经所述预充电阻(RX)的电流值，并将其采集到的电流值传输给所述信号放大器(U4)，所述信号放大器(U4)对该电流值信号进行放大处理后传输给所述单片机(MCU)。
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