CN108258677B - 一种充电控制装置、充电系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种充电控制装置、充电系统及其控制方法，该装置包括：开关(2)和脉冲触发电路(3)；其中，所述脉冲触发电路(3)，用于向所述开关(2)输出脉冲信号；所述开关(2)，串联在待控制的直流母线的充电回路中，用于在所述脉冲信号的控制下进行开通和关断，以利用外部接入能源(1)，并以脉冲形式为所述直流母线的母线支撑电容充电。本发明的方案，可以克服现有技术中易产生冲击电流、影响供电可靠性和安全性等缺陷，实现不易产生冲击电流、提升供电可靠性和安全性的有益效果。
Description
技术领域
本发明属于电源技术领域，具体涉及一种充电控制装置、充电系统及其控制方法，尤其涉及一种抑制直流母线电流冲击的装置、具有该装置的充电系统及其控制方法。
背景技术
能源管理系统，是以帮助工业生产企业在扩大生产的同时，合理计划和利用能源，降低单位产品能源消耗，提高经济效益，降低CO2排放量为目的信息化管控系统。在能源管理系统中，为应对多种能源形式共存及多种设备类型的协作高效运行，需要将系统中的直流母线开放出来，方便各种能源形式的接入以及不同的交直流类型设备的取电运行。这种直流母线开放技术，被越来越多的采用。将系统的直流母线开放，可以方便各种能源形式的交会对接，极大地提升了能源管理系统的运行效率，并简化了设备配置。
在直流母线开放技术的使用中，当不同的能源形式接入直流母线的瞬间，由于直流母线支撑电容的存在，根据I=C*(du/dt)可知，在能源接入的瞬间，母线支撑电容上会产生很大的冲击电流，会造成母线电容损坏及主回路中的元器件损坏、电源跳闸等情况，甚至发生起火、爆炸等安全事故。其中，I表示直流母线支撑电容的瞬时电流，C表示直流母线支撑电容的电容值，du/dt表示直流母线支撑电容在t时间内的电压变化率。
现有技术中，存在易产生冲击电流、影响供电可靠性和安全性等缺陷。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述缺陷，提供一种充电控制装置、充电系统及其控制方法，以解决现有技术中在能源接入的瞬间母线支撑电容上易产生很大的冲击电流的问题，达到抑制上电瞬间冲击电流的形成的效果。
本发明提供一种充电控制装置，包括：开关和脉冲触发电路；其中，所述脉冲触发电路，用于向所述开关输出脉冲信号；所述开关，串联在待控制的直流母线的充电回路中，用于在所述脉冲信号的控制下进行开通和关断，以利用外部接入能源，并以脉冲形式为所述直流母线的母线支撑电容充电。
可选地，还包括：分压电路；所述开关的第一连接端和开关的第二连接端，串联在所述直流母线的正端线路中；所述分压电路与所述母线支撑电容并联，所述分压电路的分压端连接至所述脉冲触发电路的第一输入端，用于为所述脉冲触发电路提供第一采集电压；所述脉冲触发电路的第二输入端，连接至所述开关的第一连接端，以自所述开关的第一连接端处获取第二采集电压；所述脉冲触发电路的输出端，连接至所述开关的控制端。
可选地，所述分压电路，包括：第一分压电阻和第二分压电阻；其中，所述第一分压电阻和所述第二分压电阻串联，所述第一分压电阻和所述第二分压电阻的公共端，作为所述分压电路的分压端。
可选地，所述开关，包括：MOS管或IGBT；其中，所述MOS管的栅极，作为所述开关的控制端；所述MOS管的源极，作为所述开关的第一连接端；所述MOS管的漏极，作为所述开关的第二连接端；和/或，所述IGBT的基极，作为所述开关的控制端；所述IGBT的发射极，作为所述开关的第一连接端；所述IGBT的集电极，作为所述开关的第二连接端。
可选地，所述开关在所述脉冲信号的控制下进行开通和关断，包括：在所述外部接入能源开始接入所述直流母线的情况下，所述第二采集电压为高电平，所述第一采集电压为低电平信号，所述脉冲触发电路输出所述脉冲信号，触发所述开关周期性地开通和关断，实现以脉冲形式为所述母线支撑电容充电。
可选地，其中，所述脉冲触发电路，还用于向所述开关输出除所述脉冲信号之外的控制信号；所述开关，还用于在所述控制信号的控制下进行开通或关断，以通过不同的工作模式控制所述外部接入能源与所述直流母线之间的接通或断开。
可选地，所述开关在所述控制信号的控制下进行开通或关断，包括以下至少一种情形：在所述外部接入能源未接入所述直流母线的情况下，所述第二采集电压和所述第一采集电压均为低电平，所述脉冲触发电路输出持续的低电平信号，使所述开关处于关断状态，以使所述外部接入能源与所述母线支撑电容间处于切断状态；在所述母线支撑电容已充满电的情况下，所述第二采集电压为高电平，所述第一采集电压为高电平，所述脉冲触发电路输出持续的高电平信号，控制所述开关处于持续开通状态，以使所述外部接入能源与所述直流母线相连，为所述直流母线输出端的负载持续供电；在所述直流母线输入端的所述外部接入能源开始切出所述直流母线的情况下，所述第二采集电压为低电平，所述第一采集电压为高电平，所述脉冲触发电路输出持续的低电平信号，使所述开关处于持续关断状态，以防止所述母线支撑电容上储存的能量反向流动。
可选地，其中，所述脉冲触发电路的结构形式，包括：集成芯片或由分离元器件搭建的硬件触发电路；和/或，所述脉冲信号，包括：脉宽可调式脉冲信号；和/或，所述外部接入能源，包括：电网接入能源、光伏发电接入能源、蓄电池接入能源、风力发电接入能源、潮汐发电接入能源中的至少之一。
可选地，其中，所述分离元器件，包括：555定时器；和/或，当所述外部接入能源包括电网接入能源时，该充电控制装置还包括整流装置；所述整流装置，用于对电网提供的交流输入电源进行整流处理后，再输送至所述直流母线；和/或，当所述外部接入能源包括光伏发电接入能源、风力发电接入能源、潮汐发电接入能源中的至少之一时，该充电控制装置还包括防逆流装置；所述防逆流装置，用于对所述光伏发电接入能源、所述风力发电接入能源、所述潮汐发电接入能源中的至少之一提供的发电所得电源进行防逆流处理后，再输送至所述直流母线。
与上述充电控制装置相匹配，本发明另一方面提供一种充电系统，包括：以上所述的充电控制装置。
与上述充电系统相匹配，本发明再一方面提供一种充电系统的控制方法，包括：通过脉冲触发电路，向开关输出脉冲信号；通过所述开关，在所述脉冲信号的控制下进行开通和关断，以利用外部接入能源，并以脉冲形式为所述直流母线的母线支撑电容充电。
可选地，还包括：通过分压电路，为所述脉冲触发电路的第一输入端提供第一采集电压；通过所述脉冲触发电路的第二输入端，获取第二采集电压；其中，向开关输出脉冲信号，包括：根据所述第一采集电压和所述第二采集电压，向所述开关输出所述脉冲信号。
可选地，所述开关在所述脉冲信号的控制下进行开通和关断，包括：在所述外部接入能源开始接入所述直流母线的情况下，所述第二采集电压为高电平，所述第一采集电压为低电平信号，所述脉冲触发电路输出所述脉冲信号，触发所述开关周期性地开通和关断，实现以脉冲形式为所述母线支撑电容充电。
可选地，还包括：通过所述脉冲触发电路，向所述开关输出除所述脉冲信号之外的控制信号；通过所述开关，在所述控制信号的控制下进行开通或关断，以通过不同的工作模式控制所述外部接入能源与所述直流母线之间的接通或断开；其中，向所述开关输出除所述脉冲信号之外的控制信号，包括：根据所述第一采集电压和所述第二采集电压，向所述开关输出所述控制信号。
可选地，所述开关在所述控制信号的控制下进行开通或关断，包括以下至少一种情形：在所述外部接入能源未接入所述直流母线的情况下，所述第二采集电压和所述第一采集电压均为低电平，所述脉冲触发电路输出持续的低电平信号，使所述开关处于关断状态，以使所述外部接入能源与所述母线支撑电容间处于切断状态；在所述母线支撑电容已充满电的情况下，所述第二采集电压为高电平，所述第一采集电压为高电平，所述脉冲触发电路输出持续的高电平信号，控制所述开关处于持续开通状态，以使所述外部接入能源与所述直流母线相连，为所述直流母线输出端的负载持续供电；在所述直流母线输入端的所述外部接入能源开始切出所述直流母线的情况下，所述第二采集电压为低电平，所述第一采集电压为高电平，所述脉冲触发电路输出持续的低电平信号，使所述开关处于持续关断状态，以防止所述母线支撑电容上储存的能量反向流动。
本发明的方案，通过在直流母线充电回路中串联开关，通过脉冲信号控制该开关的开通和关断，以脉冲形式为直流母线支撑电容充电，可以抑制上电瞬间冲击电流的形成，从而避免了引冲击电流的形成而影响电路的供电可靠性和安全性的问题。
进一步，本发明的方案，通过利用脉冲信号控制开关的开通和关断的方式，实现以脉冲形式为直流母线支撑电容充电，电路结构简单，且可靠性高，而且工作效率高，还节约能耗。
进一步，本发明的方案，通过利用MOS管或IGBT管作为开关，利用脉冲信号控制开关的开通和关断的方式，实现以脉冲形式为直流母线支撑电容充电，控制方式简便、且可靠性高。
由此，本发明的方案，通过在直流母线充电回路中串联开关，通过脉冲信号控制该开关的开通和关断，以脉冲形式为直流母线支撑电容充电，解决现有技术中在能源接入的瞬间母线支撑电容上易产生很大的冲击电流的问题，从而，克服现有技术中易产生冲击电流、影响供电可靠性和安全性的缺陷，实现不易产生冲击电流、提升供电可靠性和安全性的有益效果。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的充电控制装置的一实施例的结构示意图；
图2为本发明的充电控制装置的另一实施例的结构示意图；
图3为本发明的充电控制装置的优选一实施例的结构示意图；
图4为本发明的充电系统的控制方法的一实施例的流程示意图
图5为本发明的充电系统的控制方法中根据脉冲触发电路的其它控制信号控制开关处于不同的工作模式的一实施例的结构示意图。
结合附图，本发明实施例中附图标记如下：
1-外部接入能源；11-第一接入能源；12-第二接入能源（例如：光伏发电接入能源、蓄电池接入能源、风力发电接入能源、潮汐发电接入能源等）；2-开关；3-脉冲触发电路；4-分压电路。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
为防止在能源接入的瞬间，母线支撑电容上会产生很大的冲击电流，会造成母线电容损坏及主回路中的元器件损坏、电源跳闸等情况，甚至发生起火、爆炸等安全事故等情况发生，可以采用以下方法抑制直流母线电流冲击：
第一种：在图1中a或b或c处串联负温度系数（Negative TemperatureCoefficient，NTC）电阻，充电瞬间，NTC电阻在充电回路中起到限流作用，使充电电流I不会太大；随着直流母线电压逐渐建立，充电电流I逐渐减小到零，充电完成。由于NTC电阻始终串联在主回路中，它将会持续发热，使自身的温度升高，由于NTC电阻具有负温度系数，NTC电阻的阻值会随着温度的升高而减小，从而进一步限制自身的发热量。该方法的缺点是：NTC电阻始终串联在主回路中，其发热量不利于系统效率的提升；另外，NTC的阻值选取太大时，损耗非常大，阻值选取太小又起不到限流作用。
第二种：在图2中a或b或c处添加充电回路控制电路。充电回路控制电路如图2中的a处所示，水泥电阻串联接入充电回路中，并在水泥电阻上并联常开型继电器；在上电瞬间水泥电阻起到限流作用，在直流母线电压建立起来后，通过外部控制信号使并联在水泥电阻两端的常开型继电器闭合，水泥电阻从主回路中切出。通过控制充电回路的切入与切出，可以抑制上电瞬间的冲击电流，也可以避免充电电阻的持续发热。该方法的缺点是：引入了充电回路控制电路，电路结构复杂；且充电完成后，继电器线圈始终处于通电状态，继电器发热严重，损耗较大。
根据本发明的实施例，提供了一种充电控制装置，如图3所示本发明的充电控制装置的一实施例的结构示意图。该充电控制装置可以包括：开关2和脉冲触发电路3。
在一个可选例子中，所述脉冲触发电路3，可以用于向所述开关2输出脉冲信号。
可选地，所述脉冲触发电路3的结构形式，可以包括：集成芯片或由分离元器件搭建的硬件触发电路。
例如：脉冲触发器的形式可以是集成芯片或者是分离元器件搭建的硬件触发电路。
由此，通过多种形式的脉冲触发电路，可以提升输出脉冲信号或控制信号的灵活性和便捷性，适用范围广。
其中，所述分离元器件，可以包括：555定时器。
例如：分离元器件搭建的硬件触发电路，可以包括：555定时器搭建的脉冲触发器。
由此，通过555定时器搭建触发电路，结构简单，可靠性高，且成本低。
可选地，所述脉冲信号，可以包括：脉宽可调式脉冲信号。
由此，通过脉宽可调式脉冲信号，可以根据实际需求灵活调整脉宽，进而可以适用于多种供电需求的场合。
在一个可选例子中，所述开关2，串联在待控制的直流母线的充电回路中，可以用于在所述脉冲信号的控制下进行开通和关断，以利用外部接入能源1，并以脉冲形式为所述直流母线的母线支撑电容（例如：图3中的直流母线支撑电容C1）充电。
例如：通过在直流母线充电回路中串联开关，通过脉冲信号控制该开关的开通和关断，以脉冲形式为直流母线支撑电容C1充电，可以抑制上电瞬间冲击电流的形成，解决在开放式直流母线应用场合，不同能源形式切入直流母线瞬间，会形成很大的、具有破坏性的冲击电流的问题。
例如：通过利用脉冲信号控制开关的开通和关断的方式，实现以脉冲形式为直流母线支撑电容C1充电，电路简单可靠，提高效率，节约能耗，可以解决传统解决方案中的发热问题没有从根本上解决、电路不可靠、效率低下等问题。
由此，通过在直流母线充电回路中串联开关，通过脉冲信号控制该开关的开通和关断，以脉冲形式为母线支撑电容充电，可以抑制上电瞬间冲击电流的形成，提升充电可靠性和安全性。
可选地，所述开关2，可以包括：MOS管或IGBT。
在一个可选具体例子中，所述MOS管的栅极，作为所述开关2的控制端。所述MOS管的源极，作为所述开关2的第一连接端。所述MOS管的漏极，作为所述开关2的第二连接端。
例如：通过在直流母线充电回路中串联MOSFET（即MOS管）作为开关，通过脉冲触发器输出的脉冲信号控制MOSFET的开通与关断，以脉冲形式为直流母线支撑电容C1充电，电路简单、可靠，且充电过程可控、实用。
在一个可选具体例子中，所述IGBT的基极，作为所述开关2的控制端。所述IGBT的发射极，作为所述开关2的第一连接端。所述IGBT的集电极，作为所述开关2的第二连接端。
由此，通过多种形式的开关，可以提升控制的灵活性和便捷性。
可选地，所述开关2在所述脉冲信号的控制下进行开通和关断，可以包括：在所述外部接入能源1开始接入所述直流母线的情况下，由于所述开关2处于关断状态所起的阻断作用，使所述外部接入能源1提供的电流不能直接流经所述母线支撑电容；此时，所述第二采集电压为高电平，所述第一采集电压为低电平信号，所述脉冲触发电路3输出所述脉冲信号，触发所述开关2周期性地开通和关断，实现以脉冲形式为所述母线支撑电容充电。
例如：当交流电源或者光伏突然为系统供电时，由于MOSFET的阻断作用，电流不能直接流经直流母线支撑电容；此时，c点电压为高电平，d点电压为低电平，脉冲触发电路输出可调脉宽的脉冲信号触发MOSFET周期性导通与关断，以脉冲的形式为直流母线支撑电容充电。
由此，通过在外部接入能源为直流母线供电时，使脉冲触发电路输出脉冲信号，控制开关周期性地开通和关断，实现利用外部接入能源以脉冲形式为母线支撑电容充电，避免了外部接入能源的接入而带来的冲击电流的形成，提升了直流母线及母线支撑电容的安全性，也保证了直流母线对负载供电的可靠性。
可选地，所述外部接入能源1，可以包括：电网接入能源、光伏发电接入能源、蓄电池接入能源、风力发电接入能源、潮汐发电接入能源中的至少之一。
例如：所述外部接入能源1，可以包括：第一接入能源11和第二接入能源12。其中，第一接入能源11，可以是电网接入能源。第二接入能源12，可以是光伏发电接入能源、蓄电池接入能源、风力发电接入能源、潮汐发电接入能源中的至少之一。
例如：以单相交流电与光伏发电互补系统为例进行说明，也可以应用于蓄电池、风力发电、潮汐发电等其他能源形式接入的直流母线开放系统。例如：其他能源形式接入的直流母线开放系统，可以包括：蓄电池、风力发电、潮汐发电等能源形式接入的直流母线开放系统。
由此，通过多种形式的外部接入能源，可以提升使用开放式直流母线供电的灵活性和便捷性，用户体验更佳。
更可选地，当所述外部接入能源1可以包括电网接入能源时，该充电控制装置还可以包括整流装置。所述整流装置，可以用于对电网提供的交流输入电源进行整流处理后，再输送至所述直流母线。
例如：交流电源通过整流桥为开放的直流母线提供直流能量输入。
由此，通过整流装置对交流电源进行整流后为直流母线提供直流能量输入，供电可靠性和安全性好，且可以广泛适用于多种直流供电的场合。
更可选地，当所述外部接入能源1可以包括光伏发电接入能源、风力发电接入能源、潮汐发电接入能源中的至少之一时，该充电控制装置还可以包括防逆流装置。所述防逆流装置，可以用于对所述光伏发电接入能源、所述风力发电接入能源、所述潮汐发电接入能源中的至少之一提供的发电所得电源进行防逆流处理后，再输送至所述直流母线。
例如：光伏部分通过防逆流装置为开放的直流母线提供能量输入。
由此，通过防逆流装置对光伏发电等接入能源进行防逆流处理，可以避免直流支撑电容中存储的能量倒流入这些接入能源，进一步提升这些接入能源对直流母线的供电可靠性和安全性。
在一个可选例子中，所述脉冲触发电路3，还可以用于向所述开关2输出除所述脉冲信号之外的控制信号。
在一个可选例子中，所述开关2，还可以用于在所述控制信号的控制下进行开通或关断，以通过不同的工作模式控制所述外部接入能源1与所述直流母线之间的接通或断开。
例如：脉冲触发电路通过检测c、d两点的电压对系统的上电状态进行判断，输出可调脉冲控制MOSFET的开通与关断，为直流母线支撑电容C1提供脉冲形式的充电过程，以增强对充电能量的控制。
由此，通过使开关在脉冲触发电路发送的其它控制信号的控制下处于不同的工作模式，进而更精准地控制外部接入能源与直流母线之间的供电可靠性和安全性，提升用户使用的便捷性和安全性。
可选地，所述开关2在所述控制信号的控制下进行开通或关断，可以包括以下至少一种情形：
第一种情形：在所述外部接入能源1未接入所述直流母线的情况下，所述第二采集电压和所述第一采集电压均为低电平，所述脉冲触发电路3输出持续的低电平信号，使所述开关2处于关断状态，以使所述外部接入能源1与所述母线支撑电容间处于切断状态。
例如：在系统没有能量输入时的稳定状态下，c、d两点的电压均为低电平，脉冲触发电路输出持续的低电平，MOSFET处于关断状态，前端的各种能源形式与直流母线支撑电容间处于切断状态。
第二种情形：在所述母线支撑电容已充满电的情况下，所述直流母线的电压已稳定建立起来，此时，所述第二采集电压为高电平，所述第一采集电压为高电平，所述脉冲触发电路3输出持续的高电平信号，控制所述开关2处于持续开通状态，以使所述外部接入能源1与所述直流母线相连，为所述直流母线输出端的负载持续供电。
例如：当母线支撑电容充满电时，直流母线电压已稳定建立起来，此时，c点电压为高电平，d点电压为高电平，脉冲触发电路则输出持续高电平信号，控制MOSFET处于持续导通状态，使各种能源形式与直流母线直接相连，为后级系统提供源源不断的能量供应。
第三种情形：在所述直流母线输入端的所述外部接入能源1开始切出所述直流母线的情况下，所述第二采集电压为低电平，所述第一采集电压为高电平，所述脉冲触发电路3输出持续的低电平信号，使所述开关2处于持续关断状态，以防止所述母线支撑电容上储存的能量反向流动。
例如：当前端的交流或者光伏突然切出系统时，此时，c点电压为低电平，d点电压为高电平，脉冲触发器输出持续的低电平信号，使MOSFET处于持续关断状态，防止直流母线支撑电容上储存的能量反向流动。
由此，通过在外部接入能源未接入直流母线时、外部接入能源接入直流母线并稳定供电时、以及外部接入能源突然切出时，以不同的控制信号控制开关处于不同的工作模式，进而实现相应情形下对外部接入能源与直流母线之间连接方式的控制，保证了直流母线、母线支撑电容、甚至负载的安全性，也保证了供电可靠性，大大提升了用户使用的便捷性和安全性体验。
在一个可选实施方式中，还可以包括：分压电路4。
在一个可选例子中，所述开关2的第一连接端和开关2的第二连接端，串联在所述直流母线的正端线路中。
在一个可选例子中，所述分压电路4与所述母线支撑电容并联，所述分压电路4的分压端（例如：图3中的d点）连接至所述脉冲触发电路3的第一输入端，可以用于为所述脉冲触发电路3提供第一采集电压。例如：所述分压电路4和所述母线支撑电容C1，并联在所述直流母线的正负端之间。
在一个可选例子中，所述脉冲触发电路3的第二输入端，连接至所述开关2的第一连接端（例如：图3中的c点），以自所述开关2的第一连接端处获取第二采集电压。
在一个可选例子中，所述脉冲触发电路3的输出端，连接至所述开关2的控制端。
例如：图3中，交流电源输入代表的是以电网为代表的电源形式输入，整流桥可以对三相电源电压进行不可控整流，光伏的接入，可以为直流母线提供多样的能源供应形式，MOSFET的漏极、源级串接在直流母线上，其导通与否受脉冲触发电路（例如：脉冲触发器）控制；脉冲触发电路通过采集c、d两点的电压来控制不同的脉冲输出形式，控制MOSFET的不同工作模式；d点的电压由电阻R1、R2分压得到，C1是直流母线支撑电容，用于稳定直流母线电压。其中，电阻R1、R2的作用，就是分压。
由此，通过分压电路为脉冲触发电路提供一个采样电压，使得为脉冲触发电路提供该采样电压的提供方式简便，且提供的采样电压可靠性高，有利于提升对开关控制的精准性和可靠性。
可选地，所述分压电路4，可以包括：第一分压电阻和第二分压电阻。
其中，所述第一分压电阻和所述第二分压电阻串联，所述第一分压电阻和所述第二分压电阻的公共端，作为所述分压电路4的分压端。
由此，通过分压电阻串联的形式进行分压，分压方式简便，分压结果的精准性和可靠性可以得到保障，且调节灵敏性好。
经大量的试验验证，采用本实施例的技术方案，通过在直流母线充电回路中串联开关，通过脉冲信号控制该开关的开通和关断，以脉冲形式为直流母线支撑电容充电，可以抑制上电瞬间冲击电流的形成，从而避免了引冲击电流的形成而影响电路的供电可靠性和安全性的问题。
根据本发明的实施例，还提供了对应于充电控制装置的一种充电系统。该充电系统可以包括：以上所述的充电控制装置。
在一个可选实施方式中，如图3所示，在直流母线开放技术应用的系统中，直流母线同时向多种能源形式开放，各种能源形式也可以依据实际工作状态进行实时切入与切出，这给智慧能源管理系统的协同控制及多维运行提供了极大的便利。但是，在系统上电瞬间以及不同能源形式切入系统瞬间，由于母线支撑电容存在压差，由I=C*(du/dt)可知，在直流母线充电瞬间会产生很大的冲击电流，会造成母线电容损坏及主回路中的元器件损坏、电源跳闸等情况，甚至发生起火、爆炸等安全事故。为解决该问题，本发明提出以下解决方案，下面对本发明提出的解决方案进行具体说明。
在一个可选实施方式中，本发明的方案，通过在直流母线充电回路中串联开关，通过脉冲信号控制该开关的开通和关断，以脉冲形式为直流母线支撑电容C1充电，可以抑制上电瞬间冲击电流的形成，解决在开放式直流母线应用场合，不同能源形式切入直流母线瞬间，会形成很大的、具有破坏性的冲击电流的问题。
进一步地，本发明的方案，通过利用脉冲信号控制开关的开通和关断的方式，实现以脉冲形式为直流母线支撑电容C1充电，电路简单可靠，提高效率，节约能耗，可以解决传统解决方案中的发热问题没有从根本上解决、电路不可靠、效率低下等问题。
在一个可选例子中，通过在直流母线充电回路中串联MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管，简称金氧半场效晶体管，即MOS管）作为开关，通过脉冲触发器输出的脉冲信号控制MOSFET的开通与关断，以脉冲形式为直流母线支撑电容C1充电，电路简单、可靠，且充电过程可控、实用。
其中，图3中，交流电源输入代表的是以电网为代表的电源形式输入，整流桥可以对三相电源电压进行不可控整流，光伏的接入，可以为直流母线提供多样的能源供应形式，MOSFET的漏极、源级串接在直流母线上，其导通与否受脉冲触发电路（例如：脉冲触发器）控制；脉冲触发电路通过采集c、d两点的电压来控制不同的脉冲输出形式，控制MOSFET的不同工作模式；d点的电压由电阻R1、R2分压得到，C1是直流母线支撑电容，用于稳定直流母线电压。其中，电阻R1、R2的作用，就是分压。
可选地，交流电源通过整流桥为开放的直流母线提供直流能量输入，光伏部分通过防逆流装置为开放的直流母线提供能量输入；脉冲触发电路通过检测c、d两点的电压对系统的上电状态进行判断，输出可调脉冲控制MOSFET的开通与关断，为直流母线支撑电容C1提供脉冲形式的充电过程，以增强对充电能量的控制。
以下以系统上电瞬间的动态响应过程为例对该充电控制电路进行说明：
⑴在系统没有能量输入时的稳定状态下，c、d两点的电压均为低电平，脉冲触发电路输出持续的低电平，MOSFET处于关断状态，前端的各种能源形式与直流母线支撑电容间处于切断状态。
⑵当交流电源或者光伏突然为系统供电时，由于MOSFET的阻断作用，电流不能直接流经直流母线支撑电容；此时，c点电压为高电平，d点电压为低电平，脉冲触发电路输出可调脉宽的脉冲信号触发MOSFET周期性导通与关断，以脉冲的形式为直流母线支撑电容充电。
⑶当母线支撑电容充满电时，直流母线电压已稳定建立起来，此时，c点电压为高电平，d点电压为高电平，脉冲触发电路则输出持续高电平信号，控制MOSFET处于持续导通状态，使各种能源形式与直流母线直接相连，为后级系统提供源源不断的能量供应。
⑷当前端的交流或者光伏突然切出系统时，此时，c点电压为低电平，d点电压为高电平，脉冲触发器输出持续的低电平信号，使MOSFET处于持续关断状态，防止直流母线支撑电容上储存的能量反向流动。其中，脉冲触发器的控制策略如表1所示：
表1：脉冲触发器的控制策略
| c点电平 | d点电平 | 脉冲触发器的输出状态 |
| 高 | 低 | 发可调脉冲 |
| 高 | 高 | 持续高电平 |
| 低 | 低 | 持续低电平 |
| 低 | 高 | 持续低电平 |
在一个可替代例子中，本发明上述实施例，以单相交流电与光伏发电互补系统为例进行说明，也可以应用于蓄电池、风力发电、潮汐发电等其他能源形式接入的直流母线开放系统。例如：其他能源形式接入的直流母线开放系统，可以包括：蓄电池、风力发电、潮汐发电等能源形式接入的直流母线开放系统。
在一个可替代例子中，脉冲触发器的形式可以是集成芯片或者是分离元器件搭建的硬件触发电路。例如：分离元器件搭建的硬件触发电路，可以包括：555定时器搭建的脉冲触发器。
在一个可替代例子中，本发明中MOSFET也可以用其他开关器件替代，例如IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管）等。例如：也可以在直流母线充电回路中串联IGBT作为开关。
由于本实施例的充电系统所实现的处理及功能基本相应于前述图3所示的充电控制装置的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过利用脉冲信号控制开关的开通和关断的方式，实现以脉冲形式为直流母线支撑电容充电，电路结构简单，且可靠性高，而且工作效率高，还节约能耗。
根据本发明的实施例，还提供了对应于充电系统的一种充电系统的控制方法，如图4所示本发明的充电系统的控制方法的一实施例的流程示意图。该充电系统的控制方法可以包括：
在步骤S110处，通过脉冲触发电路3，向开关2输出脉冲信号。
在步骤S120处，通过所述开关2，在所述脉冲信号的控制下进行开通和关断，以利用外部接入能源1，并以脉冲形式为所述直流母线的母线支撑电容充电。
例如：通过在直流母线充电回路中串联开关，通过脉冲信号控制该开关的开通和关断，以脉冲形式为直流母线支撑电容C1充电，可以抑制上电瞬间冲击电流的形成，解决在开放式直流母线应用场合，不同能源形式切入直流母线瞬间，会形成很大的、具有破坏性的冲击电流的问题。
例如：通过利用脉冲信号控制开关的开通和关断的方式，实现以脉冲形式为直流母线支撑电容C1充电，电路简单可靠，提高效率，节约能耗，可以解决传统解决方案中的发热问题没有从根本上解决、电路不可靠、效率低下等问题。
由此，通过在直流母线充电回路中串联开关，通过脉冲信号控制该开关的开通和关断，以脉冲形式为母线支撑电容充电，可以抑制上电瞬间冲击电流的形成，提升充电可靠性和安全性。
在一个可选例子中，步骤S120中所述开关2在所述脉冲信号的控制下进行开通和关断，可以包括：在所述外部接入能源1开始接入所述直流母线的情况下，由于所述开关2处于关断状态所起的阻断作用，使所述外部接入能源1提供的电流不能直接流经所述母线支撑电容；此时，所述第二采集电压为高电平，所述第一采集电压为低电平信号，所述脉冲触发电路3输出所述脉冲信号，触发所述开关2周期性地开通和关断，实现以脉冲形式为所述母线支撑电容充电。
例如：当交流电源或者光伏突然为系统供电时，由于MOSFET的阻断作用，电流不能直接流经直流母线支撑电容；此时，c点电压为高电平，d点电压为低电平，脉冲触发电路输出可调脉宽的脉冲信号触发MOSFET周期性导通与关断，以脉冲的形式为直流母线支撑电容充电。
由此，通过在外部接入能源为直流母线供电时，使脉冲触发电路输出脉冲信号，控制开关周期性地开通和关断，实现利用外部接入能源以脉冲形式为母线支撑电容充电，避免了外部接入能源的接入而带来的冲击电流的形成，提升了直流母线及母线支撑电容的安全性，也保证了直流母线对负载供电的可靠性。
在一个可选实施方式中，还可以包括：通过分压电路4，为所述脉冲触发电路3的第一输入端提供第一采集电压。通过所述脉冲触发电路3的第二输入端，获取第二采集电压。
其中，向开关2输出脉冲信号，可以包括：根据所述第一采集电压和所述第二采集电压，向所述开关2输出所述脉冲信号。
例如：图3中，交流电源输入代表的是以电网为代表的电源形式输入，整流桥可以对三相电源电压进行不可控整流，光伏的接入，可以为直流母线提供多样的能源供应形式，MOSFET的漏极、源级串接在直流母线上，其导通与否受脉冲触发电路（例如：脉冲触发器）控制；脉冲触发电路通过采集c、d两点的电压来控制不同的脉冲输出形式，控制MOSFET的不同工作模式；d点的电压由电阻R1、R2分压得到，C1是直流母线支撑电容，用于稳定直流母线电压。其中，电阻R1、R2的作用，就是分压。
由此，通过分压电路为脉冲触发电路提供一个采样电压，使得为脉冲触发电路提供该采样电压的提供方式简便，且提供的采样电压可靠性高，有利于提升对开关控制的精准性和可靠性。
在一个可选实施方式中，还可以包括：根据脉冲触发电路的其它控制信号控制开关处于不同的工作模式的过程。
下面结合图5所示本发明的本发明的充电系统的控制方法中根据脉冲触发电路的其它控制信号控制开关处于不同的工作模式的一实施例的结构示意图，进一步说明根据脉冲触发电路的其它控制信号控制开关处于不同的工作模式的具体过程。
步骤S210，通过所述脉冲触发电路3，向所述开关2输出除所述脉冲信号之外的控制信号。
其中，步骤S210中向所述开关2输出除所述脉冲信号之外的控制信号，可以包括：根据所述第一采集电压和所述第二采集电压，向所述开关2输出所述控制信号。
步骤S220，通过所述开关2，在所述控制信号的控制下进行开通或关断，以通过不同的工作模式控制所述外部接入能源1与所述直流母线之间的接通或断开。
例如：脉冲触发电路通过检测c、d两点的电压对系统的上电状态进行判断，输出可调脉冲控制MOSFET的开通与关断，为直流母线支撑电容C1提供脉冲形式的充电过程，以增强对充电能量的控制。
由此，通过使开关在脉冲触发电路发送的其它控制信号的控制下处于不同的工作模式，进而更精准地控制外部接入能源与直流母线之间的供电可靠性和安全性，提升用户使用的便捷性和安全性。
在一个可选例子中，所述开关2在所述控制信号的控制下进行开通或关断，可以包括以下至少一种情形：
第一种情形：在所述外部接入能源1未接入所述直流母线的情况下，所述第二采集电压和所述第一采集电压均为低电平，所述脉冲触发电路3输出持续的低电平信号，使所述开关2处于关断状态，以使所述外部接入能源1与所述母线支撑电容间处于切断状态。
例如：在系统没有能量输入时的稳定状态下，c、d两点的电压均为低电平，脉冲触发电路输出持续的低电平，MOSFET处于关断状态，前端的各种能源形式与直流母线支撑电容间处于切断状态。
第二种情形：在所述母线支撑电容已充满电的情况下，所述直流母线的电压已稳定建立起来，此时，所述第二采集电压为高电平，所述第一采集电压为高电平，所述脉冲触发电路3输出持续的高电平信号，控制所述开关2处于持续开通状态，以使所述外部接入能源1与所述直流母线相连，为所述直流母线输出端的负载持续供电。
例如：当母线支撑电容充满电时，直流母线电压已稳定建立起来，此时，c点电压为高电平，d点电压为高电平，脉冲触发电路则输出持续高电平信号，控制MOSFET处于持续导通状态，使各种能源形式与直流母线直接相连，为后级系统提供源源不断的能量供应。
第三种情形：在所述直流母线输入端的所述外部接入能源1开始切出所述直流母线的情况下，所述第二采集电压为低电平，所述第一采集电压为高电平，所述脉冲触发电路3输出持续的低电平信号，使所述开关2处于持续关断状态，以防止所述母线支撑电容上储存的能量反向流动。
例如：当前端的交流或者光伏突然切出系统时，此时，c点电压为低电平，d点电压为高电平，脉冲触发器输出持续的低电平信号，使MOSFET处于持续关断状态，防止直流母线支撑电容上储存的能量反向流动。
由此，通过在外部接入能源未接入直流母线时、外部接入能源接入直流母线并稳定供电时、以及外部接入能源突然切出时，以不同的控制信号控制开关处于不同的工作模式，进而实现相应情形下对外部接入能源与直流母线之间连接方式的控制，保证了直流母线、母线支撑电容、甚至负载的安全性，也保证了供电可靠性，大大提升了用户使用的便捷性和安全性体验。
由于本实施例的控制方法所实现的处理及功能基本相应于前述充电系统的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过利用MOS管或IGBT管作为开关，利用脉冲信号控制开关的开通和关断的方式，实现以脉冲形式为直流母线支撑电容充电，控制方式简便、且可靠性高。
综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
Claims (18)
1.一种充电控制装置，其特征在于，包括：开关（2）和脉冲触发电路（3）；其中，
所述脉冲触发电路（3），用于向所述开关（2）输出脉冲信号；
所述开关（2），串联在待控制的直流母线的充电回路中，用于在所述脉冲信号的控制下进行开通和关断，以利用外部接入能源（1），并以脉冲形式为所述直流母线的母线支撑电容充电；
还包括：
所述脉冲触发电路（3），还用于向所述开关（2）输出除所述脉冲信号之外的控制信号；
所述开关（2），还用于在所述控制信号的控制下进行开通或关断，以通过不同的工作模式控制所述外部接入能源（1）与所述直流母线之间的接通或断开。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：分压电路（4）；
所述开关（2）的第一连接端和开关（2）的第二连接端，串联在所述直流母线的正端线路中；
所述分压电路（4）与所述母线支撑电容并联，所述分压电路（4）的分压端连接至所述脉冲触发电路（3）的第一输入端，用于为所述脉冲触发电路（3）提供第一采集电压；
所述脉冲触发电路（3）的第二输入端，连接至所述开关（2）的第一连接端，以自所述开关（2）的第一连接端处获取第二采集电压；
所述脉冲触发电路（3）的输出端，连接至所述开关（2）的控制端。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述分压电路（4），包括：第一分压电阻和第二分压电阻；其中，
所述第一分压电阻和所述第二分压电阻串联，所述第一分压电阻和所述第二分压电阻的公共端，作为所述分压电路（4）的分压端。
4.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，所述开关（2），包括：MOS管或IGBT；其中，
所述MOS管的栅极，作为所述开关（2）的控制端；所述MOS管的源极，作为所述开关（2）的第一连接端；所述MOS管的漏极，作为所述开关（2）的第二连接端；
和/或，
所述IGBT的基极，作为所述开关（2）的控制端；所述IGBT的发射极，作为所述开关（2）的第一连接端；所述IGBT的集电极，作为所述开关（2）的第二连接端。
5.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，所述开关（2）在所述脉冲信号的控制下进行开通和关断，包括：
在所述外部接入能源（1）开始接入所述直流母线的情况下，所述第二采集电压为高电平，所述第一采集电压为低电平信号，所述脉冲触发电路（3）输出所述脉冲信号，触发所述开关（2）周期性地开通和关断，实现以脉冲形式为所述母线支撑电容充电。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述开关（2）在所述脉冲信号的控制下进行开通和关断，包括：
在所述外部接入能源（1）开始接入所述直流母线的情况下，所述第二采集电压为高电平，所述第一采集电压为低电平信号，所述脉冲触发电路（3）输出所述脉冲信号，触发所述开关（2）周期性地开通和关断，实现以脉冲形式为所述母线支撑电容充电。
7.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述开关（2）在所述控制信号的控制下进行开通或关断，包括以下至少一种情形：
在所述外部接入能源（1）未接入所述直流母线的情况下，所述第二采集电压和所述第一采集电压均为低电平，所述脉冲触发电路（3）输出持续的低电平信号，使所述开关（2）处于关断状态，以使所述外部接入能源（1）与所述母线支撑电容间处于切断状态；
在所述母线支撑电容已充满电的情况下，所述第二采集电压为高电平，所述第一采集电压为高电平，所述脉冲触发电路（3）输出持续的高电平信号，控制所述开关（2）处于持续开通状态，以使所述外部接入能源（1）与所述直流母线相连，为所述直流母线输出端的负载持续供电；
在所述直流母线输入端的所述外部接入能源（1）开始切出所述直流母线的情况下，所述第二采集电压为低电平，所述第一采集电压为高电平，所述脉冲触发电路（3）输出持续的低电平信号，使所述开关（2）处于持续关断状态，以防止所述母线支撑电容上储存的能量反向流动。
8.根据权利要求1-3、6、7之一所述的装置，其特征在于，其中，
所述脉冲触发电路（3）的结构形式，包括：集成芯片或由分离元器件搭建的硬件触发电路；
和/或，
所述脉冲信号，包括：脉宽可调式脉冲信号；
和/或，
所述外部接入能源（1），包括：电网接入能源、光伏发电接入能源、蓄电池接入能源、风力发电接入能源、潮汐发电接入能源中的至少之一。
9.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，其中，
所述脉冲触发电路（3）的结构形式，包括：集成芯片或由分离元器件搭建的硬件触发电路；
和/或，
所述脉冲信号，包括：脉宽可调式脉冲信号；
和/或，
所述外部接入能源（1），包括：电网接入能源、光伏发电接入能源、蓄电池接入能源、风力发电接入能源、潮汐发电接入能源中的至少之一。
10.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，其中，
所述脉冲触发电路（3）的结构形式，包括：集成芯片或由分离元器件搭建的硬件触发电路；
和/或，
所述脉冲信号，包括：脉宽可调式脉冲信号；
和/或，
所述外部接入能源（1），包括：电网接入能源、光伏发电接入能源、蓄电池接入能源、风力发电接入能源、潮汐发电接入能源中的至少之一。
11.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，其中，
所述分离元器件，包括：555定时器；
和/或，
当所述外部接入能源（1）包括电网接入能源时，该充电控制装置还包括整流装置；所述整流装置，用于对电网提供的交流输入电源进行整流处理后，再输送至所述直流母线；
和/或，
当所述外部接入能源（1）包括光伏发电接入能源、风力发电接入能源、潮汐发电接入能源中的至少之一时，该充电控制装置还包括防逆流装置；所述防逆流装置，用于对所述光伏发电接入能源、所述风力发电接入能源、所述潮汐发电接入能源中的至少之一提供的发电所得电源进行防逆流处理后，再输送至所述直流母线。
12.根据权利要求9或10所述的装置，其特征在于，其中，
所述分离元器件，包括：555定时器；
和/或，
当所述外部接入能源（1）包括电网接入能源时，该充电控制装置还包括整流装置；所述整流装置，用于对电网提供的交流输入电源进行整流处理后，再输送至所述直流母线；
和/或，
当所述外部接入能源（1）包括光伏发电接入能源、风力发电接入能源、潮汐发电接入能源中的至少之一时，该充电控制装置还包括防逆流装置；所述防逆流装置，用于对所述光伏发电接入能源、所述风力发电接入能源、所述潮汐发电接入能源中的至少之一提供的发电所得电源进行防逆流处理后，再输送至所述直流母线。
13.一种充电系统，其特征在于，包括：如权利要求1-12中任一项所述的充电控制装置。
14.一种如权利要求13所述的充电系统的控制方法，其特征在于，包括：
通过脉冲触发电路（3），向开关（2）输出脉冲信号；
通过所述开关（2），在所述脉冲信号的控制下进行开通和关断，以利用外部接入能源（1），并以脉冲形式为所述直流母线的母线支撑电容充电；
还包括：
通过所述脉冲触发电路（3），向所述开关（2）输出除所述脉冲信号之外的控制信号；
通过所述开关（2），在所述控制信号的控制下进行开通或关断，以通过不同的工作模式控制所述外部接入能源（1）与所述直流母线之间的接通或断开。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，还包括：
通过分压电路（4），为所述脉冲触发电路（3）的第一输入端提供第一采集电压；
通过所述脉冲触发电路（3）的第二输入端，获取第二采集电压；
其中，向开关（2）输出脉冲信号，包括：根据所述第一采集电压和所述第二采集电压，向所述开关（2）输出所述脉冲信号。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述开关（2）在所述脉冲信号的控制下进行开通和关断，包括：
在所述外部接入能源（1）开始接入所述直流母线的情况下，所述第二采集电压为高电平，所述第一采集电压为低电平信号，所述脉冲触发电路（3）输出所述脉冲信号，触发所述开关（2）周期性地开通和关断，实现以脉冲形式为所述母线支撑电容充电。
17.根据权利要求15或16所述的方法，其特征在于，其中，向所述开关（2）输出除所述脉冲信号之外的控制信号，包括：根据所述第一采集电压和所述第二采集电压，向所述开关（2）输出所述控制信号。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述开关（2）在所述控制信号的控制下进行开通或关断，包括以下至少一种情形：
在所述外部接入能源（1）未接入所述直流母线的情况下，所述第二采集电压和所述第一采集电压均为低电平，所述脉冲触发电路（3）输出持续的低电平信号，使所述开关（2）处于关断状态，以使所述外部接入能源（1）与所述母线支撑电容间处于切断状态；
在所述母线支撑电容已充满电的情况下，所述第二采集电压为高电平，所述第一采集电压为高电平，所述脉冲触发电路（3）输出持续的高电平信号，控制所述开关（2）处于持续开通状态，以使所述外部接入能源（1）与所述直流母线相连，为所述直流母线输出端的负载持续供电；
在所述直流母线输入端的所述外部接入能源（1）开始切出所述直流母线的情况下，所述第二采集电压为低电平，所述第一采集电压为高电平，所述脉冲触发电路（3）输出持续的低电平信号，使所述开关（2）处于持续关断状态，以防止所述母线支撑电容上储存的能量反向流动。
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