CN109085784A - 一种电容控制电路及一种电磁式真空断路器控制系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电容控制电路，应用于电磁式真空断路器，包括第一开关、第二开关、第一二极管、第二二极管以及电感，其中：第一开关的第一端与充电电源的正极相接；第一开关的第二端分别与第一二极管的阴极、电感的第一端相连；电感的第二端分别与第二开关的第一端、第二二极管的阳极相连；第二二极管的阴极与待充电容的第一端相连；第一二极管的阳极分别与充电电源的负极、第二开关管的第二端、待充电容的第二端相连。通过控制第一开关和第二开关的导通关闭，能够在充电电源对待充电容充电的过程中，调整电流电压各参数的大小，因此设计合理的开关控制方案，就能全快速地完成充电放电。本申请还公开了一种电磁式真空断路器控制系统。

Description

一种电容控制电路及一种电磁式真空断路器控制系统

技术领域

本发明涉及电路设计领域，特别涉及一种电容控制电路及一种电磁式真空断路器控制系统。

背景技术

当前轨道交通领域，真空断路器产品都是采用启动结构。而电磁式真空断路器产品还处于产品研发阶段，对于该类产品的控制系统及控制方法还没有可以参考的范例。

目前，对于电磁式真空断路器中的电容，还没有合理安全的充电、放电控制方法。因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是目前本领域技术人员需要解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电容控制电路及一种电磁式真空断路器控制系统。其具体方案如下：

一种电容控制电路，应用于电磁式真空断路器，包括第一开关、第二开关、第一二极管、第二二极管以及电感，其中：

所述第一开关的第一端与充电电源的正极相接；

所述第一开关的第二端分别与第一二极管的阴极、所述电感的第一端相连；

所述电感的第二端分别与所述第二开关的第一端、所述第二二极管的阳极相连；

所述第二二极管的阴极与待充电容的第一端相连；

所述第一二极管的阳极分别与所述充电电源的负极、所述第二开关管的第二端、所述待充电容的第二端相连。

优选的，所述电容控制电路还包括：

获取所述电感的采样电流的电流采样电路。

优选的，所述电流采样电路具体为包括MHA1采样芯片的采样电路。

优选的，控制所述第一开关的第一信号由输入量为所述采样电流的带滞环输出；控制所述第二开关的第二信号由输入量为所述采样电流和所述待充电容的实时电压的双闭环控制系统输出。

优选的，所述带滞环具体用于：

当所述采样电流超过第一电流时，输出所述第一信号控制所述第一开关开通；

当所述采样电流低于第二电流时，输出所述第一信号控制所述第一开关关断；

所述第一电流大于所述第二电流。

优选的，所述第一电流为6A，所述第二电流为4A。

优选的，所述双闭环控制系统具体为：

以输入量为所述采样电流的恒流环作内环、以输入量为所述实时电压的储能电压环作外环的双闭环控制系统。

优选的，所述双闭环控制系统具体包括：

获取给定储能电压和所述实时电压的差值的电压PI调节器；

与所述电压PI调节器依次相连的低通滤波器、第一限幅模块；

获取所述第一限幅模块的给定电流与所述采样电流的差值的电流PI调节器；

与所述电流PI调节器连接的第二波限幅模块；

比较标准三角波幅与所述第二限幅模块的输出信号并输出所述第二信号的比较器。

优选的，所述电容控制电路还包括：

与所述充电电源并联的第一滤波单元；

与所述待充电容并联的第二滤波单元。

本发明公开了一种电磁式真空断路器控制系统，包括：电磁线圈，待充电容，以及如上文任一项所述电容控制电路。

本发明公开了一种电容控制电路，应用于电磁式真空断路器，包括第一开关、第二开关、第一二极管、第二二极管以及电感，其中：所述第一开关的第一端与充电电源的正极相接；所述第一开关的第二端分别与第一二极管的阴极、所述电感的第一端相连；所述电感的第二端分别与所述第二开关的第一端、所述第二二极管的阳极相连；所述第二二极管的阴极与待充电容的第一端相连；所述第一二极管的阳极分别与所述充电电源的负极、所述第二开关管的第二端、所述待充电容的第二端相连。通过控制第一开关和第二开关的导通关闭，能够在充电电源对待充电容充电的过程中，调整电流电压各参数的大小，因此设计合理的开关控制方案，就可以安全快速地完成待充电容的充电放电，进而控制电磁式真空断路器的工作状态。

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为本发明实施例中一种电容控制电路的结构分布图；

图2为本发明实施例中一种具体的电容控制电路的结构分布图；

图3为本发明实施例中一种第一信号的控制算法示意图；

图4为本发明实施例中一种第二信号的控制算法示意图；

图5为本发明实施例中一种电磁式真空断路器控制系统的结构分布图。

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。

本发明实施例公开了一种电容控制电路，应用于电磁式真空断路器，参见图1所示，包括第一开关Q1、第二开关Q2、第一二极管D1、第二二极管D2以及电感L，其中：

所述第一开关Q1的第一端与充电电源S的正极相接；

所述第一开关Q1的第二端分别与第一二极管D1的阴极、所述电感L的第一端相连；

所述电感L的第二端分别与所述第二开关Q2的第一端、所述第二二极管D2的阳极相连；

所述第二二极管D2的阴极与待充电容C的第一端相连；

所述第一二极管D1的阳极分别与所述充电电源S的负极、所述第二开关Q2管的第二端、所述待充电容C的第二端相连。

可以看出的是，本发明中的电容控制电路基于BUCK-BOOST电路设计，整个电路处于动态波动中，第一开关Q1、第一二极管D1以及电感L构成BUCK降压电路，第一开关Q1的开通关闭可控制；电感L、第二二极管D2以及第二开关Q2共同构成BOOST升压电路，第二开关Q2的开通关闭可控制。

其中，第一开关Q1和第二开关Q2的导通状态均可以控制，但是两个开关Q1、Q2之间并不需要存在相互关联，二者的控制过程一般是独立的。

由于本发明中电容控制电路的目的就是为了给待充电容C充放电，因此在电容充电过程中，待充电容C的电压从0V持续增长至320V，这一过程由第一开关Q1和第二开关Q2调控，从而限制电流过大以及电压过快变化。

具体的，第一开关和第二开关的类型不作限制，选择相应的开关管即可。

通常，除了上述必要的电路元件外，还包括一些辅助滤波电路，具体的，所述电容控制电路还包括：

与所述充电电源S并联的第一滤波单元F1；

与所述待充电容C并联的第二滤波单元F2。

可见，第一滤波单元F1和第二滤波单元F2均包括多个参数各异的滤波电容，以提高电能传输过程中信号控制准确度以及电容充电效率。

本发明公开了一种电容控制电路，应用于电磁式真空断路器，包括第一开关、第二开关、第一二极管、第二二极管以及电感，其中：所述第一开关的第一端与充电电源的正极相接；所述第一开关的第二端分别与第一二极管的阴极、所述电感的第一端相连；所述电感的第二端分别与所述第二开关的第一端、所述第二二极管的阳极相连；所述第二二极管的阴极与待充电容的第一端相连；所述第一二极管的阳极分别与所述充电电源的负极、所述第二开关管的第二端、所述待充电容的第二端相连。通过控制第一开关和第二开关的导通关闭，能够在充电电源对待充电容充电的过程中，调整电流电压各参数的大小，因此设计合理的开关控制方案，就可以安全快速地完成待充电容的充电放电，进而控制电磁式真空断路器的工作状态。

本发明实施例公开了一种具体的电容控制电路，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。具体的，所述电容控制电路还包括：

获取所述电感L的采样电流的电流采样电路。

实际应用中，所述电流采样电路具体为包括MHA1采样芯片的采样电路，参见图2所示应用MHA1采样芯片的电路，除了图2中接在电感L第一端的接线方式外，还可以将电流采样电路接在电感L的第二端。

进一步的，控制所述第一开关Q1的第一信号T1由输入量为所述采样电流的带滞环输出；控制所述第二开关Q2的第二信号T2由输入量为所述采样电流和所述待充电容C的实时电压的双闭环控制系统输出。

其中，所述带滞环具体用于：当所述采样电流超过第一电流时，输出所述第一信号T1控制所述第一开关Q1开通；当所述采样电流低于第二电流时，输出所述第一信号T1控制所述第一开关Q1关断；所述第一电流大于所述第二电流。这里第一信号T1的作用是限制电路电流，防止电流过大。

更具体的，设定所述第一电流为6A，所述第二电流为4A，参见图3所示的控制算法示意图，设定带滞环中比较器的宽度为2A，给定电流6A，第一信号T1采用滞环控制，采样电流超过6A时开通，小于4A时关断。

其中，所述双闭环控制系统具体为以输入量为所述采样电流的恒流环作内环、以输入量为所述实时电压的储能电压环作外环的双闭环控制系统。

可以看出，外环控制保证储能电压恒定，电压环限幅后作为内环电流环给定量，保证电流不超过限值。

具体的，参见图4所示，所述双闭环控制系统具体包括：

获取给定储能电压和所述实时电压的差值的电压PI调节器01；

与所述电压PI调节器依次相连的低通滤波器02、第一限幅模块03；

获取所述第一限幅模块03的给定电流与所述采样电流的差值的电流PI调节器04；

与所述电流PI调节器04连接的第二波限幅模块05；

比较标准三角波幅与所述第二限幅模块05的输出信号并输出所述第二信号T2的比较器06。

本实施例中，第一限幅模块03的给定电流可取3A，标准三角波幅选择30kHz。

在待充电容C充电过程中，电容控制电路经历了两个阶段，第一阶段是开始充电到接近电源电压，开始充电时待充电容C电压0V，充电电源S电压110V，二者压差很大，此时主要第一信号T1发挥作用，限制电路电流，防止电流过大，第二信号T2也在工作；第二阶段是接近电源电压到充电结束，此时第二信号T2限制电流为3A，进入恒流充电阶段。可以看出的是，第一信号T1不断地在开通和关断之间切换，第二信号T2以PWM输出，是频率更高的切换。

本发明实施例还公开了一种电磁式真空断路器控制系统，参见图5所示，包括：电磁线圈1，待充电容2，以及如上文任一项所述电容控制电路3。

该电磁式真空断路器控制系统，位于电磁式真空断路器的底板上，连接电磁式真空断路器的各个部件和线缆，还通过以太网连接到车辆网络，车辆为其提供110V充电电源。

可以理解的是，关于电容控制电路3的细节，可以参照上述实施例中的具体描写，此处不再赘述。

本发明实施例中的电磁式真空断路器控制系统，具有与上述实施例中电容控制电路相同的有益效果，此处不再赘述。

具体的，电磁线圈1包括合闸线圈11、保持线圈12和消磁线圈13。

除此之外，电容控制电路3还可以与通过IO接口或RAM接口连接其他处理器，例如图5中微控制器4，而微控制器可以进一步与其他部件产生信息交互，例如FLASH、EEPROM/FRAM、RAM、CAN通信收发器、485通信收发器、以太网接口、调试/维护USB接口、调试/维护以太网接口、调试/维护232接口等等。

具体的，该电磁式真空断路器控制系统在收到车辆合闸指令后进行合闸动作，合闸结束后重新充电；接收到车辆分闸指令后进行分闸动作，分闸后进行消磁；除此外，还可以采集多个传感器的数据，进行数据分析，以便进行下一步故障预警、报警、储存数据、将数据发送至车辆等操作，提高了控制管理过程中的智能化和信息化。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种电容控制电路及一种电磁式真空断路器控制系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种电容控制电路，其特征在于，应用于电磁式真空断路器，包括第一开关、第二开关、第一二极管、第二二极管以及电感，其中：

所述第一开关的第一端与充电电源的正极相接；

所述第一开关的第二端分别与第一二极管的阴极、所述电感的第一端相连；

所述电感的第二端分别与所述第二开关的第一端、所述第二二极管的阳极相连；

所述第二二极管的阴极与待充电容的第一端相连；

所述第一二极管的阳极分别与所述充电电源的负极、所述第二开关管的第二端、所述待充电容的第二端相连。

2.根据权利要求1所述电容控制电路，其特征在于，还包括：

获取所述电感的采样电流的电流采样电路。

3.根据权利要求2所述电容控制电路，其特征在于，所述电流采样电路具体为包括MHA1采样芯片的采样电路。

4.根据权利要求2所述电容控制电路，其特征在于，

控制所述第一开关的第一信号由输入量为所述采样电流的带滞环输出；

控制所述第二开关的第二信号由输入量为所述采样电流和所述待充电容的实时电压的双闭环控制系统输出。

5.根据权利要求4所述电容控制电路，其特征在于，所述带滞环具体用于：

当所述采样电流超过第一电流时，输出所述第一信号控制所述第一开关开通；

当所述采样电流低于第二电流时，输出所述第一信号控制所述第一开关关断；

所述第一电流大于所述第二电流。

6.根据权利要求5所述电容控制电路，其特征在于，

所述第一电流为6A，所述第二电流为4A。

7.根据权利要求4所述电容控制电路，其特征在于，所述双闭环控制系统具体为：

以输入量为所述采样电流的恒流环作内环、以输入量为所述实时电压的储能电压环作外环的双闭环控制系统。

8.根据权利要求7所述电容控制电路，其特征在于，所述双闭环控制系统具体包括：

获取给定储能电压和所述实时电压的差值的电压PI调节器；

与所述电压PI调节器依次相连的低通滤波器、第一限幅模块；

获取所述第一限幅模块的给定电流与所述采样电流的差值的电流PI调节器；

与所述电流PI调节器连接的第二波限幅模块；

比较标准三角波幅与所述第二限幅模块的输出信号并输出所述第二信号的比较器。

9.根据权利要求1至8任一项所述电容控制电路，其特征在于，还包括：

与所述充电电源并联的第一滤波单元；

与所述待充电容并联的第二滤波单元。

10.一种电磁式真空断路器控制系统，其特征在于，包括：电磁线圈，待充电容，以及如权利要求1至9任一项所述电容控制电路。