CN108683374B - 一种励磁轴发系统启停逻辑控制电路和励磁轴发系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种励磁轴发系统启停逻辑控制电路和励磁轴发系统，电路包括：输入端与励磁线圈的第一端相连、输出端与励磁线圈第二端相连的单向导通支路；一端与单向导通支路输入端相连、另一端接地的开关管；与开关管控制端相连的逻辑控制电路，逻辑控制电路用于：接通外部电源时，控制单向导通支路输出端与外部电源接通，输出控制开关管导通和截止的控制信号；当励磁轴发系统的整流电路有稳定电压输出时，控制单向导通支路输出端与整流电路的输出端相连，输出控制开关管导通和截止的HDI信号，HDI信号跟随励磁轴发系统的整流电路的采样频率变化而变化，使得励磁线圈中的HDI信号不会影响到系统中励磁模块对系统输出信号的调整。

Description

一种励磁轴发系统启停逻辑控制电路和励磁轴发系统

技术领域

本发明涉及电子电路技术领域，具体涉及一种励磁轴发系统启停逻辑控制电路和励磁轴发系统。

背景技术

轴带发电机系统简称轴发系统或轴机系统，是由主机驱动发电机，利用主机富裕功率达到节能的目的。

现有的轴发系统的输出通常采用励磁控制，在励磁控制时，通常采用PWM(脉冲宽度调制)整流方式稳定轴发系统的母线输出。系统启动后，PWM控制器一直保持输出状态，持续给发电机的励磁线圈注入PWM的脉冲方波，进而导致用可控硅控制的励磁模块会由所述励磁线圈采样到电有高频PWM脉冲信号而导致调整失败。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种励磁轴发系统启停逻辑控制电路和励磁轴发系统，以解决现有技术中励磁线圈中的PWM脉冲信号会影响励磁模块对励磁轴发系统输出的调整的问题。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

一种励磁轴发系统启停逻辑控制电路，应用于励磁轴发系统中，电路包括：

输入端与励磁同步电机的励磁线圈的第一端相连、输出端与所述励磁线圈的第二端相连的单向导通支路；

一端与所述单向导通支路的输入端相连、另一端接地的开关管；

与所述开关管的控制端相连的逻辑控制电路，所述逻辑控制电路用于：当所述逻辑控制电路接通所述外部电源时，控制所述单向导通支路输出端与所述外部电源接通，输出控制所述开关管导通和截止的控制信号；当励磁轴发系统的整流电路有稳定电压输出时，控制所述单向导通支路输出端与励磁轴发系统的整流电路的输出端相连，输出控制所述开关管导通和截止的HDI信号，所述HDI信号跟随所述励磁轴发系统的整流电路的采样频率变化而变化。

优选的，上述励磁轴发系统启停逻辑控制电路中，所述逻辑控制电路还用于，当所述开关管的控制端悬空时，控制所述开关管保持闭合状态。

优选的，上述励磁轴发系统启停逻辑控制电路中，还包括：

光耦器，所述光耦器的输入端与所述励磁轴发系统的整流电路相连，输出端与所述逻辑控制电路相连，用于向所述逻辑控制电路输出与所述整流电路输出信号相匹配的HDI信号。

优选的，上述励磁轴发系统启停逻辑控制电路中，所述逻辑控制电路包括：

逻辑控制电路，用于当所述逻辑控制电路接入外部电源时，输出高电平信号，当励磁轴发系统的整流电路有稳定电压输出时，输出低电平信号；

与所述开关管的控制端相连的DRV驱动器，所述DRV驱动器用于依据获取到的控制信号和HDI信号控制所述开关管导通和截止；

与所述逻辑控制电路相连的继电器，所述继电器用于：

当检测到所述逻辑控制电路输出高电平时，控制所述单向导通支路的输出端与所述外部电源之间通路，控制所述DRV驱动器与控制信号发生器之间通路；当检测到所述逻辑控制电路输出低电平时，控制所述单向导通支路的输出端与所述整流电路的输出端之间通路，控制所述DRV驱动器响应所述HDI信号。

优选的，上述励磁轴发系统启停逻辑控制电路中，所述逻辑控制电路包括：

第一输入端与外部电源以及第一电容的第一端相连第一与非门，所述第一电容的第二端接地；

第一输入端与所述第一与非门输出端相连、输出端与所述第一与非门的第二输入端相连的第二与非门；

第一输入端与所述第一与非门输出端相连、输出端与所述第二与非门的第二输入端相连的第三与非门；

所述第三与非门的第二输入端与第二电容的第一端以及第一控制开关的第二端相连，所述第二电容的第二端接地，所述第一控制开关的第二端与所述外部电源相连，所述第一控制开关的控制端与所述整流电路相连，当整流电路中有稳定电压流过时，所述整流电路控制所述第一控制开关闭合。

优选的，上述励磁轴发系统启停逻辑控制电路中，所述逻辑控制电路还包括：

设置在所述外部电源与所述第一与非门的第一输入端以及第一电容的第一端之间的第一电阻；

与所述第一电容并联的第二电阻；

与所述第二电容并联的第三电阻。

优选的，上述励磁轴发系统启停逻辑控制电路中，所述继电器内设置有用于控制所述逻辑控制电路与外部电源之间的导通状态的继电器开关，当检测到所述逻辑控制电路输出低电平，控制所述单向导通支路的输出端与所述整流电路输出端之间通路，控制所述DRV驱动器响应所述励磁轴发系统的HDI信号时，控制所述继电器开关断开。

优选的，上述励磁轴发系统启停逻辑控制电路中，所述整流电路的控制芯片在获取到预设指令时，还用于控制所述HDI信号切换为持续的低电平信号。

优选的，上述励磁轴发系统启停逻辑控制电路中，还包括：第二电机输出控制开关，用于切断所述开关管的驱动电路的供电电源。

一种励磁轴发系统，应用有上述任意一项所述的励磁轴发系统启停逻辑控制电路。

基于上述技术方案，当系统启动时，本发明实施例提供的励磁轴发系统启停逻辑控制电路控制外部电源接通逻辑控制电路，此时逻辑控制电路控制所述励磁线圈接通外部电源、向所述开关管MOS控制端输入预设的控制信号，使得励磁线圈中有电流流过，进而启动所述励磁轴发系统，当系统启动后，系统的整流电路有稳定电压输出，此时，采用所述整流电路向所述励磁线圈供电，采用与所述随所述励磁轴发系统的整流电路的采样频率变化而变化的HDI信号控制所述开关管MOS的导通状态，此时，将励磁线圈中的控制信号切换为所述HDI信号，而HDI信号又跟随所述整流电路的采样频率变化，因此使得励磁线圈中的HDI信号不会影响到系统中励磁模块对系统输出信号的调整。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例公开的一种励磁轴发系统启停逻辑控制电路的结构示意图；

图2为励磁轴发系统励磁线圈电流控制的实施方案等效示意图；

图3为本申请实施例公开的一种开关管MOS的驱动电路的结构示意图；

图4为本申请另一实施例公开的一种励磁轴发系统启停逻辑控制电路的结构示意图；

图5为本申请实施例公开的一种灭磁时序的逻辑示意图；

图6为本申请另一实施例公开的一种灭磁时序的逻辑示意图。

具体实施方式

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清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅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。

励磁发电机能启动的条件：一，外部可提供持续的动能；二，励磁线圈必须通入电流，让电机内部产生磁场，电机线圈切割磁力线。由于轴发系统和动力系统连接在一起，只要外部有动力，即可以满足第一条件。在轴发系统启动前，发电机不产生电力，启动时需要一个外部电源给励磁线圈通入电流，以启动整个系统。启动后轴发系统能自主维持住励磁线圈上的电流，并可持续对外输出电能。外部电源(通常为蓄电池)起到启动触发功能，启动后外部电源不需要再参与到系统工作，可以切断外部电源输入减少功耗。根据上述的启动逻辑，可以总结归纳为：外部电源仅在启动时接入到励磁线圈，启动完成后其他任何情况均由系统内部供电。因此，本申请公开了一种励磁轴发系统启停逻辑控制电路，该启停逻辑控制电路可以应用于励磁轴发系统中，参见图1，电路可以包括：

单向导通支路100、开关管MOS和逻辑控制电路300；

其中，所述单向导通支路100的输入端与励磁同步电机M的励磁线圈的第一端相连、输出端与所述励磁线圈的第二端相连，所述单向导通电路100的具体设计形式可以依据用户需求自行选择，为了方便介绍，在本申请实施例公开的技术方案中以二极管D作为所述单向导通电路对方案进行说明；

所述开关管MOS的一端与所述单向导通支路100的输出端相连、另一端接地；

所述逻辑控制电路300与所述开关管MOS的控制端相连，所述逻辑控制电路300用于：

当第一时刻到来时，控制所述单向导通支路100输出端与外部电源接通，输出控制所述开关管导通和截止的控制信号；当第二时刻到来时，控制所述单向导通支路100输出端与所述励磁轴发系统整流电路的输出端相连，输出控制所述开关管导通和截止的HDI信号，所述HDI信号跟随所述励磁轴发系统的整流电路的采样频率变化而变化。

励磁轴发系统中励磁电机的励磁线圈对外呈现电感特性且电感值比较大，对励磁线圈施加频率恰当的控制信号就可以让励磁轴发系统输出维持一个较为平稳的电流。励磁轴发系统输出电流控制的实施方案如图2所述，在图2中，用二极管D表示所述单相导通支路100，其中方框中为等效励磁线圈，包含一个理想的电感和等效电阻。在励磁线圈的第一端-F与地间接入一个用于斩波的开关管MOS，开关管MOS导通后对电感充电，电感电流上升；开关管MOS关断后，电流通过所述单向导通电路续流，由于励磁线圈本身存在内阻，消耗了存储的能量，电感电流减小；当控制信号的频率合适高时，励磁电感上的电流基本恒定。

当增大开关管MOS导通的占空比时，可以增大流入励磁线圈的电流，相反减少占空比则减少流入的电流。故通过控制开关管MOS的导通占空比就可以调节励磁发电机的输出电压。

上述方案中，当系统启动时，控制外部电源接通所述逻辑控制电路，此时逻辑控制电路控制所述励磁线圈接通外部电源、向所述开关管MOS控制端输入预设的控制信号，使得励磁线圈中有电流流过，进而启动所述励磁轴发系统，当系统启动后，系统的整流电路有稳定电压输出，此时，采用所述整流电路向所述励磁线圈供电，采用与所述随所述励磁轴发系统的整流电路的采样频率变化而变化的HDI信号控制所述开关管MOS的导通状态，此时，将励磁线圈中的控制信号切换为所述HDI信号，而HDI信号又跟随所述整流电路的采样频率变化，因此使得励磁线圈中的HDI信号不会影响到系统中励磁模块对系统输出信号的调整。

进一步的，励磁轴发系统在工作时震动较大，系统元件之间连接的可靠性较低，当元件之间连接断开时，很有可能会带来严重的后果。例如，如果输入信号线HDI意外断开，导致所述HDI信号无法有效的输入至所述开关管MOS的控制端时，会导致开关管MOS断开，系统中励磁线圈会急速失电，使系统发生故障，对此，本申请上述实施例公开的技术方案中逻辑控制电路300还用于，当所述开关管的控制端悬空时，控制所述开关管保持闭合状态。具体的，所述逻辑控制电路可以在所述开关管MOS的控制端设置一个反向器结构的电路，其结构如图3所示，控制信号接入反向放大器输入端，反向放大器的输入端接电阻作为上拉电阻，所述输入端获取输入信号，该输入信号可以指的是用于控制所述开关管MOS导通和关闭的控制信号和HDI信号。这种结构电路工作特点是，电路的输入电平与输出电平反相，输入高电平时所述开关管MOS关闭，输入低电平时所述开关管MOS导通。如果输入信号线HDI意外松脱时，所述开关管MOS一直处于闭合状态，这避免了外部信号连接不可靠时，因励磁线圈上电流不可控的危险，这种危险可能导致励磁电机输出电压失控，而导致严重后果。

具体的所述反向放大电路包括：

第一开关管Q1，所述第一开关管Q1的输出端接地；

输入端与所述第一开关管Q1的控制端相连的第一二极管D1；

设置在所述第一开关管Q1的输出端和控制端之间的电容C；

一端与所述第一二极管的阴极相连，另一端与电源相连的第四电阻R4；一端与所述第一开关管Q1的输入端相连，另一端与电源相连的第五电阻R5；

所述第一开关管Q1的输入端与所述开关管MOS的控制端相连。

其中所述反向放大电路可以指的是下文中介绍的DRV驱动器400。

在本申请实施例公开的技术方案中，所述开关管MOS可以通过隔离光耦获取所述HDI信号，具体的，上述电路中还可以包括：光耦器U1，所述光耦器U1的输入端与所述励磁轴发系统的整流电路相连，光耦中的发光二极管的导通频率即为所述整流电路的采样频率，所述光耦器U1的输出端与所述逻辑控制电路相连，用于向所述逻辑控制电路输出与整流电路输出信号相匹配的HDI信号。

进一步的，本申请还公开了一种逻辑控制电路的具体结构，参见图4，逻辑控制电路包括：

所述逻辑控制电路300，用于当所述逻辑控制电路300接入外部电源时，输出高电平信号，当励磁轴发系统的整流电路有稳定电压输出时，输出低电平信号；

与所述开关管MOS的控制端相连的DRV驱动器400，所述DRV驱动器400用于依据获取到的控制信号和HDI信号控制所述开关管导通和截止；

与所述逻辑控制电路相连的继电器K，所述继电器K用于：

当检测到所述逻辑控制电路300输出高电平时，控制所述单向导通支路100的输出端与所述外部电源之间通路，控制所述DRV驱动器400与控制信号发生器之间通路，所述控制信号发生器用于输出所述控制信号；当检测到所述逻辑控制电路300输出低电平时，单向导通支路100的输出端与所述外部电源之间断开，控制所述单向导通支路100的输出端与所述整流电路的输出端之间通路，控制所述DRV驱动器400与所述控制信号发生器之间断开，控制所述DRV驱动器400响应所述HDI信号。

在上述方案中，如图1所示，所述继电器K中可以设置有用于控制所述逻辑控制电路300与外部电源之间的导通状态的继电器开关K1，所述继电器开关K1可以与所述继电器中的开关RLY1和开关RLY2联动，其中，所述开关RLY1为单刀双掷开关，用于控制所述单向导通支路的输出端与所述整流电路输出端之间的导通状态，以及所述单向导通支路的输出端与所述外部电源之间的导通状态。所述开关RLY2用于实现所述DRV驱动器与控制信号发生器之间的连接状态，以及控制所述DRV驱动器与HDI信号线之间的连接状态，以控制所述DRV驱动器是否响应所述HDI信号。当所述继电器开关K1闭合时，在联动控制下所述开关RLY1控制所述单向导通支路的输出端与所述外部电源之间通路，所述开关RLY2控制所述DRV驱动器与控制信号发生器之间通路。当所述当检测到所述逻辑控制电路输出低电平时，所述开关RLY1控制所述单向导通支路的输出端与所述整流电路的输出端之间通路，所述开关RLY2控制所述DRV驱动器响应所述HDI信号，在联动控制下所述继电器开关K1断开。具体的，参见图4，所述继电器可以依据由所述第一与非门的输出信号控制所述开关RLY1和RLY2的导通状态。

此外，本申请还公开了一种所述逻辑控制电路的具体结构，参见图4，所述逻辑控制电路300包括：

第一输入端与外部电源以及第一电容C1的第一端相连第一与非门U1A，所述第一电容C1的第二端接地；

第一输入端与所述第一与非门U1A的输出端相连、输出端与所述第一与非门U1A的第二输入端相连的第二与非门U1B；

第一输入端与所述第一与非门U1A的输出端相连、输出端与所述第二与非门U1B的第二输入端相连的第三与非门U1C；

所述第三与非门U1C的第二输入端与第二电容C2的第一端以及第一控制开关S1的第二端相连，所述第二电容C2的第二端接地，所述第一控制开关S1的第二端与所述外部电源相连，所述第一控制开关S1的控制端与所述整流电路相连，当整流电路中有电流流过时，所述整流电路控制所述第一控制开关闭合。

进一步的，所述继电器中开关RLY1和RLY2的导通状态可以受所述第一与非门U1A输出信号的控制，例如，所述第一与非门输出低电平时，所述开关RLY1控制所述单向导通支路的输出端与所述整流电路的输出端之间通路，所述开关RLY2控制所述DRV驱动器响应所述HDI信号。

进一步的，上述实施例中，参见图4，所述逻辑控制电路300还包括：

设置在所述外部电源与所述第一与非门U1A的第一输入端以及第一电容C1的第一端之间的第一电阻R1；

与所述第一电容C1并联的第二电阻R2；

与所述第二电容C2并联的第三电阻R3。

当需要关闭发电机输出，可以通过切断+F和-F间的电压来关断励磁线圈电流实现。关闭发电机输出方法有两种：1、通过所述HDI信号向所述开关管MOS发送一个持续信号，以使得所述开关管MOS持续关断；此时，整流电路的控制芯片在获取到预设指令时，用于控制所述HDI信号切换为持续的低电平信号。2、切断所述开关管MOS的驱动电路的供电电源，让驱动电路停止工作，所述驱动电路可以为所述DRV驱动器，此时电路还可以包括第二电机输出控制开关，用于切断所述开关管的供电电源。这两种方法均可以用于灭磁控制达到关闭系统的目的，第一种方法可以完全由整流单元控制器的软件控制，第二种方法可以手动控制，用于应急停机。其中第一种停机的方法的逻辑图如5所述，第二种停机的方法的逻辑图如6所述。

对应于上述电路本申请任意一实施例公开的励磁轴发系统启停逻辑控制电路，本申请还公开了一种励磁轴发系统，参见图1所示，该系统包括：电机M、输入端与所述电机相连的整流电路，输入端与所述整流电路的输出端相连的逆变电路，与所述逆变电路的输出端相连的正弦滤波器；还包括本申请任意一项实施例公开的所述励磁轴发系统启停逻辑控制电路。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种励磁轴发系统启停逻辑控制电路，其特征在于，应用于励磁轴发系统中，所述电路包括：

输入端与励磁同步电机的励磁线圈的第一端相连、输出端与所述励磁线圈的第二端相连的单向导通支路；

一端与所述单向导通支路的输入端相连、另一端接地的开关管；

与所述开关管的控制端相连的逻辑控制电路，所述逻辑控制电路用于：当所述逻辑控制电路接通外部电源时，控制所述单向导通支路输出端与所述外部电源接通，输出控制所述开关管导通和截止的控制信号；当励磁轴发系统的整流电路有稳定电压输出时，控制所述单向导通支路输出端与励磁轴发系统的整流电路的输出端相连，输出控制所述开关管导通和截止的HDI信号，所述HDI信号与所述整流电路输出信号相匹配；

所述逻辑控制电路包括：

子逻辑控制电路，用于当所述子逻辑控制电路接入外部电源时，输出高电平信号，当励磁轴发系统的整流电路有稳定电压输出时，输出低电平信号；

与所述开关管的控制端相连的DRV驱动器，所述DRV驱动器用于依据获取到的控制信号和HDI信号控制所述开关管导通和截止；

与所述子逻辑控制电路相连的继电器，所述继电器用于：

当检测到所述子逻辑控制电路输出高电平时，控制所述单向导通支路的输出端与所述外部电源之间通路，控制所述DRV驱动器与控制信号发生器之间通路；当检测到所述子逻辑控制电路输出低电平时，控制所述单向导通支路的输出端与所述整流电路的输出端之间通路，控制所述DRV驱动器响应所述HDI信号；

所述子逻辑控制电路包括：

第一输入端与外部电源以及第一电容的第一端相连的第一与非门，所述第一电容的第二端接地；

第一输入端与所述第一与非门输出端相连、输出端与所述第一与非门的第二输入端相连的第二与非门；

第一输入端与所述第一与非门输出端相连、输出端与所述第二与非门的第二输入端相连的第三与非门；

所述第三与非门的第二输入端与第二电容的第一端以及第一控制开关的第二端相连，所述第二电容的第二端接地，所述第一控制开关的第二端与所述外部电源相连，所述第一控制开关的控制端与所述整流电路相连，当整流电路中有稳定电压流过时，所述整流电路控制所述第一控制开关闭合。

2.根据权利要求1所述的励磁轴发系统启停逻辑控制电路，其特征在于，所述逻辑控制电路还用于，当所述开关管的控制端悬空时，控制所述开关管保持闭合状态。

3.根据权利要求1所述的励磁轴发系统启停逻辑控制电路，其特征在于，还包括：

光耦器，所述光耦器的输入端与所述励磁轴发系统的整流电路相连，输出端与所述逻辑控制电路相连，用于向所述逻辑控制电路输出与所述整流电路输出信号相匹配的HDI信号。

4.根据权利要求1所述的励磁轴发系统启停逻辑控制电路，其特征在于，所述子逻辑控制电路还包括：

设置在所述外部电源与所述第一与非门的第一输入端以及第一电容的第一端之间的第一电阻；

与所述第一电容并联的第二电阻；

与所述第二电容并联的第三电阻。

5.根据权利要求1所述的励磁轴发系统启停逻辑控制电路，其特征在于，所述继电器内设置有用于控制所述子逻辑控制电路与外部电源之间的导通状态的继电器开关，当检测到所述子逻辑控制电路输出低电平，控制所述单向导通支路的输出端与所述整流电路输出端之间通路，控制所述DRV驱动器响应所述励磁轴发系统的HDI信号时，控制所述继电器开关断开。

6.根据权利要求1所述的励磁轴发系统启停逻辑控制电路，其特征在于，所述整流电路的控制芯片在获取到预设指令时，还用于控制所述HDI信号切换为持续的低电平信号。

7.根据权利要求1所述的励磁轴发系统启停逻辑控制电路，其特征在于，还包括：第二电机输出控制开关，用于切断所述开关管的驱动电路的供电电源。

8.一种励磁轴发系统，其特征在于，应用有权利要求1-7任意一项所述的励磁轴发系统启停逻辑控制电路。

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