CN108020793A - 特种电源输出脉冲检测电路及特种电源失电检测方法 - Google Patents

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徐千鸣
罗安
陈燕东
何志兴
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    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/40—Testing power supplies
    • G01R31/42—AC power supplies

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Abstract

本发明公开了一种特种电源输出脉冲检测电路及特种电源失电检测方法，特种电源输出脉冲检测电路由脉冲变压器、高频整流器、光纤发送器、光纤、光纤接收器和FPGA组成，用于将特种电源的三电平高压输出脉冲信号变换为可直接送入FPGA的两电平低压脉冲信号；特种电源失电检测方法在FPGA中完成，包括接收脉冲信号、滑动均值滤波、脉冲宽度计算、脉冲宽度判别、失电标志位计算、失电标志位判别、触发失电预警，实现特种电源输出失电的快速判断。本发明利用特种电源输出的三电平脉冲信号进行失电检测，通过简单的电路和程序，实现特种电源输出失电后的快速检测，具有响应速度快，抗干扰能力强的特点，有助于提高特种电源的供电可靠性。

Description

特种电源输出脉冲检测电路及特种电源失电检测方法
技术领域
本发明涉及电力电子领域，特别是一种特种电源输出脉冲检测电路及特种电源失电检测方法。
背景技术
在航空航天、工业、环保、医疗、国防和科研等方面，特种电源具有广泛应用，需求量十分大。上述领域中常用的通信装备、高精度负荷、战略装备等所需电源的技术指标要求不同于通用电源，对特种电源的稳定度、精度、动态响应及纹波有特殊要求。特种电源发生失电轻则丢失通信数据，重则损坏电气设备，严重时甚至导致战略装备的失效。对特种电源的供电状态进行检测从而实时监测电源输出，是冗余/备用电源快速和准确投入的前提，也是保障负载供电可靠性的重要手段，研究特种电源输出失电检测方法具有重要的现实意义。
当前交流电源的输出失电检测有多种方法，一般以电压幅值检测为主。基本原理是检测交流电源输出整流后的直流电压，当直流电压降到门限以下时，即认为交流电源输出失电，发出失电保护信号。这种方式有三个缺点：一是由于检测交流电源的正弦输出端，由于输出前级LC低通滤器的存在，造成检测延时较大；二是因为直流检测电路中有储能电容，电容电压下降需要一定的时间，所以检测速度慢；三是交流电源电压有效值范围较宽时，直流电压的上限和下限相差很大，难以通过准确确定直流电源的限值。为增强特种电源输出电压精度和质量，目前特种电源拓扑以钳位三电平逆变器为主，且在后级加装LC低通滤波器。为克服传统交流电失电检测方法难以满足特种电源快速、准确切换的要求，亟需一种适用于特种电源的输出失电快速检测方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种特种电源输出脉冲检测电路及特种电源失电检测方法，快速、准确检测出特种电源输出失电，检测时间稳定，检测结果可靠。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种特种电源输出脉冲检测电路，其特征在于，包括脉冲变压器；所述脉冲变压器原边与三电平逆变器的输出端、LC滤波器的电感前级连接；所述脉冲变压器副边接高频整流器；所述高频整流器与光纤发送器、光纤接收器、FPGA依次连接。
所述光纤发送器与所述光纤接收器之间通过光纤连接。所述光纤接收器与FPGA通过高频线路连接。
相应地，本发明还提供了一种利用上述特种电源输出脉冲检测电路实现特种电源失电快速检测的方法，在FPGA中实现，包括以下步骤：
A：FPGA的数字输入口接收采样光纤接收器的脉冲信号；
B：对接收到的脉冲信号进行数字滤波器处理，所述滤波器为滑动均指滤波器；
C：计算数字滤波后的脉冲信号宽度，所述计算方法为记录脉冲信号的高电平时间TH；
D：判断本次接收的脉冲信号宽度TH是否小于死区时间TD，若是，则执行步骤E，若不是，则执行步骤G；
E：失电标志位变量加1，并判断失电标志位变量是否大于10，若是，则执行步骤F，若不是，则执行步骤H；
F：触发特种电源输出失电预警，封锁功率器件T1-T4；
G：失电标志位变量置0，返回开始程序；
H：返回开始程序；
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明利用特种电源输出的三电平脉冲信号进行失电检测，通过简单的电路和程序，实现特种电源输出失电后的快速检测，具有响应速度快，抗干扰能力强的特点，有助于提高特种电源的供电可靠性。
附图说明
图1为基于输出脉冲检测的特种电源失电快速检测原理图；
图2为特种电源的待检测电压正弦波形和待检测电压脉冲波形图；
图3为特种电源失电快速检测实现流程图；
具体实施方式
参见图1，为基于输出脉冲检测的特种电源失电检测原理图。特种电源输出脉冲检测电路由脉冲变压器、高频整流器、光纤发送器、光纤、光纤接收器和FPGA组成，用于将特种电源的三电平高压输出脉冲信号变换为送入FPGA的两电平低压脉冲信号，实现电压变换和电气隔离。其中，脉冲变压器将特种电源输出的三电平高压脉冲信号转换为副边的三电平低压脉冲信号，起到电气隔离和降压的作用；高频整流器将输入的三电平低压脉冲信号经过整流变换为单极性的两电平低压脉冲信号；该两电平信号经过光纤发送器进行电光变换后，转换为光纤传输的光信号，起到电气隔离和抗干扰的目的，光纤接收器接收光信号并将其转换为两电平脉冲信号，并送入FPGA进行处理和判断。
参见图2，为特种电源的待检测电压正弦波形和待检测电压脉冲波形图。交流电源的传统输出失电检测信号为经过滤波的输出正弦电压波形，由于输出前级LC低通滤器的存在，造成检测延时较大。同时，由于需要对正弦波形进行整流滤波，对其幅值进行判断，而直流检测电路中有储能滤波电容，电容电压下降需要一定的时间，所以检测速度慢。而本发明直接检测特种电源LC滤波器前级的三电平电压脉冲信号，避免了LC滤波器引入延时的问题。同时，考虑到FPGA对三电平高压电压脉冲信号无法处理的问题，设计了脉冲变压器进行无畸变降低电压的方法，并利用基于GaN和SiC的高频整流器将三电平低压脉冲信号变换为两电平低压脉冲信号，便于FPGA进行采样、处理和判定。
参见图3，在FPGA中实现的特种电源失电快速检测方法包括以下步骤：首先FPGA的数字输入口接收采样的脉冲信号，并对接收到的脉冲信号进行数字滤波器处理，所采用的滤波器为滑动均指滤波器，主要目的是滤除噪声和电磁干扰。然后计算数字滤波后的脉冲信号宽度，采用的计算方法为记录脉冲信号的高电平时间TH，判断本次接收的脉冲信号宽度TH是否小于死区时间TD，若是，则将失电标志位变量加1，即s(k)＝s(k-1)+1，若不是，则将失电标志位变量置0，即s(k)＝0，返回开始程序，进行下一周期的检测。判断失电标志位变量是否大于10，若是，则触发特种电源输出失电预警，封锁功率器件T1-T4，若不是，则返回开始程序，进行下一周期的检测。
本发明利用特种电源输出的三电平脉冲信号进行失电检测，通过简单的电路和程序，实现特种电源输出失电后的快速检测，具有响应速度快，抗干扰能力强的特点，有助于提高特种电源的供电可靠性。

Claims (3)

1.一种特种电源输出脉冲检测电路，其特征在于，包括脉冲变压器；所述脉冲变压器原边与三电平逆变器的输出端、LC滤波器的电感前级连接；所述脉冲变压器副边接高频整流器；所述高频整流器与光纤发送器、光纤接收器、FPGA依次连接。
2.根据权利要求1所述的特种电源输出脉冲检测电路，其特征在于，所述光纤发送器与所述光纤接收器之间通过多模光纤连接，所述光纤接收器与FPGA通过高频线路连接。
3.一种利用权利要求1或2所述的特种电源输出脉冲检测电路实现特种电源失电快速检测的方法，在FPGA中实现，其特征在于，包括以下步骤：
A：FPGA的数字输入口接收采样的光纤接收器的脉冲信号；
B：对接收到的脉冲信号进行数字滤波器处理，所述数字滤波器为滑动均指滤波器；
C：计算滤波后的脉冲信号宽度，记录脉冲信号的高电平时间TH；
D：判断本次接收的脉冲信号宽度TH是否小于死区时间TD，若是，
则执行步骤E，若不是，则执行步骤G；
E：失电标志位变量加1，并判断失电标志位变量是否大于10，若是，则执行步骤F，若不是，则执行步骤H；
F：触发特种电源输出失电预警，封锁三电平逆变器的功率器件；
G：失电标志位变量置0，返回步骤A；
H：返回步骤A。
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