CN109802581A - 一种电源单元驱动保护控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高压电源技术领域，具体涉及一种电源单元驱动保护控制器。本发明包括电源转换单元、器件检测单元、驱动故障检测单元、驱动电路、控制信号整形单元、故障综合单元、过流检测单元、光电转换单元、电光转换单元和信号显示单元。采用本发明组建的大功率脉冲高压电源，使用单元化的结构，电路拓扑结构清晰明了、电源分布参数小。由多个单元串联构成的电源主回路，采用独特的控制方式调节高压输出，具有快速调节、控制灵活、快速保护等优点。另外，采用本发明组装的开关电源单元，具有接线简单，检测方便，体积小、抗干扰能力强、扩展性强、安全性能高、成本低等特点，能极大提高高压电源的工作性能和效率。
Description
技术领域
本发明属于高压电源技术领域，具体涉及一种电源单元驱动保护控制器。
背景技术
目前，国内外的大型核聚变装置需要的高压电源电压和工作频率都在逐渐增加。大功率的脉冲高压电源可采用多个开关电源单元叠加的形式构成。大功率的脉冲高压电源的负载通常是回旋管、速调管和中性束等负载，这些负载在运行过程中极易打火，容易造成电磁干扰，同时随着脉冲高压电源工作频率的增加，多个开关电源单元处于调制工作状态，也极易造成电磁干扰。每一个开关电源单元及驱动保护控制器所处的电位不同，如果处理不当，也极易造成事故。为有效提高装置的实验效率，就必须安全可靠地控制开关电源单元。因此，用于大功率的脉冲高压电源上的电源单元驱动保护控制器需要综合考虑回旋管、速调管和中性束等负载容易打火的情况，结合自身脉冲高压电源的电压高、保护时间短、故障种类多，控制算法复杂等特点，进行重点研究与设计。目前市场上并没有现成的适合于大功率的脉冲高压电源的驱动保护控制器产品。本发明所述的电源单元驱动保护控制器已经在核聚变装置的大功率脉冲高压电源中得以运用，它能用于驱动开关电源单元的开关器件，同时检测电源单元的开关器件故障、准确可靠地完成对高压电源单元的驱动与控制保护。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种电源单元驱动保护控制器。
本发明的技术方案如下：
一种电源单元驱动保护控制器，包括电源转换单元、器件检测单元、驱动故障检测单元、驱动电路、控制信号整形单元、故障综合单元、过流检测单元、光电转换单元、电光转换单元和信号显示单元；
其特征在于：在检测开关单元以及本发明所述驱动保护控制器初始状态正常的情况下，当外部系统发送脉冲控制信号时，信号经光纤传至本驱动保护控制器的光电转换单元，信号经过控制信号整形单元，除去干扰信号，进入驱动电路，控制信号送至检测开关单元，检测开关单元处于正常工作状态；
如果驱动故障检测单元、器件检测单元和过流检测单元都没有检测到故障，驱动保护控制器则会一直输出正常地控制信号，以控制检测开关单元，直至试验结束；
当检测开关单元出现开关器件异常或输出电压异常时，器件检测单元检测到异常信号，则将信号送至故障综合单元，则会切断控制信号，检测开关单元即停止工作，同时光电转换单元单元将故障信号送至外部系统；过流检测单元接收传感器单元的电流信号，在过流检测单元单元内部的比较电路进行比较，如果发生过流，则会送出过流信号至故障综合单元，也会切断控制信号，检测开关单元即停止工作；同时光电转换单元将故障信号送至外部系统；驱动检测电路单元一直检测驱动电路状况，如果发生驱动电路损坏故障，同样会送出信号至故障综合单元，也会切断控制信号，检测开关单元即停止工作，同时光电转换单元将故障信号送至外部系统。
一种电源单元驱动保护控制器，电源转换单元，只采用了一个AC-DC单元，配合多种型号的稳压管，将220V交流电压转换为±15V的直流电压，再将+15V 电源转换为5V和9V直流电压(电路结构大为简化)，每种直流电压都完成滤波整形,电路单元提供±15V和9V直流电压，为本发明内部器件检测单元、驱动故障检测单元、控制信号整形单元、故障综合单元、过流检测单元、电光转换单元和信号显示单元提供±15V直流电压，为光电转换单元提5V直流电压。
一种电源单元驱动保护控制器，所述过流检测单元接受传感器采集的外部设备电流信号,将电流信号转换为电压信号,与标准电压信号进行比较，如果超出标准电压，则将过流故障高电平信号送至故障综合单元,如果没有超出标准电压,则将过流故障低电平信号送至故障综合单元。
一种电源单元驱动保护控制器，驱动故障检测单元主要用于检测驱动电路的静态输出信号是否正常以及检测驱动电路内部的器件故障，当外部系统的控制信号为低电平时,必须保证驱动电路的静态输出信号是一定量值的负电压信号,以保护开关器件,若出现外部系统控制信号为低电平,驱动信号大于这个负电压信号时，则视为其中一种驱动故障，当驱动电路的核心器件出现故障时，这视为另外一种驱动故障，只要有一种故障情况出现，就将驱动故障高电平信号送至故障综合。
一种电源单元驱动保护控制器，所述器件检测单元用于检测检测开关单元内部的开关器件损坏情况和检测单元的输出电压，利用单元内部的电容电压与外部系统控制信号的逻辑关系，以及开关器件的检测端电压，能巧妙的检测开关器件的损坏情况，如果检测到检测开关单元出现异常，也将器件检测高电平信号送至故障综合。
一种电源单元驱动保护控制器，故障综合单元则将上述的驱动过流检测单元、驱动故障检测单元和器件检测几种故障进行故障综合处理，分成两路信号，同时发送给驱动电路和电光转换单元，电光转换单元则将综合的故障电信号转换为光信号，然后通过光纤传输给外部系统。
一种电源单元驱动保护控制器，光电转换单元与外部系统经光纤连接，接收外部系统发送的控制信号，功能是将接收的光信号转换为电信号，然后送至控制信号整形，进行控制信号的整形处理。
一种电源单元驱动保护控制器，驱动电路接收经控制信号整形单元的控制信号，也接受综合故障信号，两者综合后的信号在驱动电路内部进行处理，变为与检测开关单元匹配的控制信号，驱动电路在驱动芯片外围设置了外围电路，在开关器件检测端增加了稳压管和快恢复二极管。
种电源单元驱动保护控制器，信号显示单元采用信号指示灯的形式，将电源转换单元、器件检测单元、驱动故障检测单元、驱动电路、过流检测单元和光电转换单元的情况清晰显示出来。
本发明的有益效果在于：
采用本发明组建的大功率脉冲高压电源，已经用于核聚变装置辅助加热的大功率应用场合。高压电源采用单元化的结构，电路拓扑结构清晰明了、电源分布参数小。由多个单元串联构成的电源主回路，采用独特的控制方式调节高压输出，具有快速调节、控制灵活、快速保护等优点。另外，采用本发明组装的开关电源单元，具有接线简单，检测方便，体积小、抗干扰能力强、扩展性强、安全性能高、成本低等特点，能极大提高高压电源的工作性能和效率。
附图说明
图1为本发明的电源单元驱动保护控制器结构示意图。
图中：1、电源转换单元；2、器件检测单元；3、驱动故障检测单元；4、动电路；5、检测检测开关单元；6、控制信号整形；7、故障综合单元；8、过流检测单元；9、传感器；10、光电转换单元；11、电光转换单元；12、信号显示单元。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明包括电源转换单元1、器件检测单元2、驱动故障检测单元3、驱动电路4、控制信号整形单元6、故障综合单元7、过流检测单元8、光电转换单元10、电光转换单元11和信号显示12单元。
在本驱动保护控制器内部的电源转换单元1，只采用了一个AC-DC单元，配合多种型号的稳压管，将220V交流电压转换为±15V的直流电压，再将+15V电源转换为5V和9V直流电压(电路结构大为简化)，每种直流电压都完成滤波整形,为本发明内部驱动电路单元4提供±15V和9V直流电压，为本发明内部器件检测单元2、驱动故障检测单元3、控制信号整形单元6、故障综合单元7、过流检测单元8、电光转换单元11和信号显示单元12提供±15V直流电压，为本发明内部光电转换单元10提5V直流电压。
过流检测单元8接受传感器9采集的外部设备电流信号,将电流信号转换为电压信号,与标准电压信号进行比较，如果超出标准电压，则将过流故障高电平信号送至故障综合单元7,如果没有超出标准电压,则将过流故障低电平信号送至故障综合单元7。
驱动故障检测单元3主要用于检测驱动电路4的静态输出信号是否正常以及检测驱动电路4内部的器件故障，当外部系统13的控制信号为低电平时,必须保证驱动电路4的静态输出信号是一定量值的负电压信号,以保护开关器件5, 若出现外部系统控制信号为低电平,驱动信号大于这个负电压信号时，则视为其中一种驱动故障，当驱动电路的核心器件出现故障时，这视为另外一种驱动故障，只要有一种故障情况出现，就将驱动故障高电平信号送至故障综合7。
器件检测单元14主要用于检测检测开关单元5内部的开关器件损坏情况和检测单元5的输出电压，利用单元内部的电容电压与外部系统控制信号的逻辑关系，以及开关器件的检测端电压，能巧妙的检测开关器件的损坏情况。如果检测到检测开关单元5出现异常，也将器件检测高电平信号送至故障综合7。
故障综合单元7则将上述的驱动过流检测单元8、驱动故障检测单元3和器件检测2几种故障进行故障综合处理，分成两路信号，同时发送给驱动电路4 和电光转换单元11。电光转换单元11则将综合的故障电信号转换为光信号，然后通过光纤传输给外部系统13。
光电转换单元10与外部系统13经光纤连接，接收外部系统13发送的控制信号，功能是将接收的光信号转换为电信号，然后送至控制信号整形6，进行控制信号的整形处理。
驱动电路4接收经控制信号整形单元6的控制信号，也接受综合故障信号，两者综合后的信号在驱动电路4内部进行处理，变为与检测开关单元5匹配的控制信号，驱动电路4在驱动芯片外围设置了外围电路，在开关器件检测端增加了稳压管和快恢复二极管，能够保护驱动芯片。
信号显示单元12采用信号指示灯的形式，将电源转换单元1、器件检测单元2、驱动故障检测单元3、驱动电路4、过流检测单元8和光电转换单元10的情况清晰显示出来，便于排查问题。
在检测开关单元5以及本发明所述驱动保护控制器初始状态正常的情况下，当外部系统13发送脉冲控制信号时，信号经光纤传至本驱动保护控制器的光电转换单元10，在此单元处将光信号转换为电信号，信号经过控制信号整形单元 6，除去干扰信号，进入驱动电路4，控制信号送至检测开关单元，检测开关单元5处于正常工作状态。如果在整个运行过程中，驱动故障检测单元3、器件检测单元2和过流检测单元8都没有检测到故障，驱动保护控制器则会一直输出正常地控制信号，以控制检测开关单元5，直至试验结束。当检测开关单元5出现开关器件异常或输出电压异常时，器件检测单元2检测到异常信号，则将信号送至故障综合单元7，则会切断控制信号，检测开关单元5即停止工作，同时光电转换单元11单元将故障信号送至外部系统13；过流检测单元8接收传感器单元9的电流信号，在过流检测单元8单元内部的比较电路进行比较，如果发生过流，则会送出过流信号至故障综合单元7，也会切断控制信号，检测开关单元5即停止工作；同时光电转换单元11将故障信号送至外部系统13；驱动检测电路单元3一直检测驱动电路状况，如果发生驱动电路4损坏故障，同样会送出信号至故障综合单元7，也会切断控制信号，检测开关单元5即停止工作，同时光电转换单元11将故障信号送至外部系统13。任何一种故障出现时，相应的指示灯会显示，也便于排查问题。
Claims (9)
1.一种电源单元驱动保护控制器，包括电源转换单元(1)、器件检测单元(2)、驱动故障检测单元(3)、驱动电路(4)、控制信号整形单元(6)、故障综合单元(7)、过流检测单元(8)、光电转换单元(10)、电光转换单元(11)和信号显示(12)单元；
其特征在于：在检测开关单元(5)以及本发明所述驱动保护控制器初始状态正常的情况下，当外部系统(13)发送脉冲控制信号时，信号经光纤传至本驱动保护控制器的光电转换单元(10)，信号经过控制信号整形单元(6)，除去干扰信号，进入驱动电路(4)，控制信号送至检测开关单元，检测开关单元(5)处于正常工作状态；
如果驱动故障检测单元(3)、器件检测单元(2)和过流检测单元(8)都没有检测到故障，驱动保护控制器则会一直输出正常地控制信号，以控制检测开关单元(5)，直至试验结束；
当检测开关单元(5)出现开关器件异常或输出电压异常时，器件检测单元(2)检测到异常信号，则将信号送至故障综合单元(7)，则会切断控制信号，检测开关单元(5)即停止工作，同时光电转换单元(11)单元将故障信号送至外部系统(13)；过流检测单元(8)接收传感器单元(9)的电流信号，在过流检测单元(8)单元内部的比较电路进行比较，如果发生过流，则会送出过流信号至故障综合单元(7)，也会切断控制信号，检测开关单元(5)即停止工作；同时光电转换单元(11)将故障信号送至外部系统(13)；驱动检测电路单元(3)一直检测驱动电路状况，如果发生驱动电路(4)损坏故障，同样会送出信号至故障综合单元(7)，也会切断控制信号，检测开关单元(5)即停止工作，同时光电转换单元(11)将故障信号送至外部系统(13)。
2.如权利要求1所述的一种电源单元驱动保护控制器，其特征在于：电源转换单元(1)，只采用了一个AC-DC单元，配合多种型号的稳压管，将220V交流电压转换为±15V的直流电压，再将+15V电源转换为5V和9V直流电压(电路结构大为简化)，每种直流电压都完成滤波整形,电路单元(4)提供±15V和9V直流电压，为本发明内部器件检测单元(2)、驱动故障检测单元(3)、控制信号整形单元(6)、故障综合单元(7)、过流检测单元(8)、电光转换单元(11)和信号显示单元12提供±15V直流电压，为光电转换单元(10)提5V直流电压。
3.如权利要求1所述的一种电源单元驱动保护控制器，其特征在于：所述过流检测单元(8)接受传感器(9)采集的外部设备电流信号,将电流信号转换为电压信号,与标准电压信号进行比较，如果超出标准电压，则将过流故障高电平信号送至故障综合单元(7),如果没有超出标准电压,则将过流故障低电平信号送至故障综合单元(7)。
4.如权利要求1所述的一种电源单元驱动保护控制器，其特征在于：驱动故障检测单元(3)主要用于检测驱动电路(4)的静态输出信号是否正常以及检测驱动电路(4)内部的器件故障，当外部系统(13)的控制信号为低电平时,必须保证驱动电路(4)的静态输出信号是一定量值的负电压信号,以保护开关器件(5),若出现外部系统控制信号为低电平,驱动信号大于这个负电压信号时，则视为其中一种驱动故障，当驱动电路的核心器件出现故障时，这视为另外一种驱动故障，只要有一种故障情况出现，就将驱动故障高电平信号送至故障综合(7)。
5.如权利要求1所述的一种电源单元驱动保护控制器，其特征在于：所述器件检测单元(14)用于检测检测开关单元(5)内部的开关器件损坏情况和检测单元(5)的输出电压，利用单元内部的电容电压与外部系统控制信号的逻辑关系，以及开关器件的检测端电压，能巧妙的检测开关器件的损坏情况，如果检测到检测开关单元(5)出现异常，也将器件检测高电平信号送至故障综合(7)。
6.如权利要求1所述的一种电源单元驱动保护控制器，其特征在于：故障综合单元(7)则将上述的驱动过流检测单元(8)、驱动故障检测单元(3)和器件检测单元(2)几种故障进行故障综合处理，分成两路信号，同时发送给驱动电路(4)和电光转换单元(11)，电光转换单元(11)则将综合的故障电信号转换为光信号，然后通过光纤传输给外部系统(13)。
7.如权利要求1所述的一种电源单元驱动保护控制器，其特征在于：光电转换单元(10)与外部系统(13)经光纤连接，接收外部系统(13)发送的控制信号，功能是将接收的光信号转换为电信号，然后送至控制信号整形(6)，进行控制信号的整形处理。
8.如权利要求1所述的一种电源单元驱动保护控制器，其特征在于：驱动电路(4)接收经控制信号整形单元(6)的控制信号，也接受综合故障信号，两者综合后的信号在驱动电路(4)内部进行处理，变为与检测开关单元(5)匹配的控制信号，驱动电路(4)在驱动芯片外围设置了外围电路，在开关器件检测端增加了稳压管和快恢复二极管。
9.如权利要求1所述的一种电源单元驱动保护控制器，其特征在于：信号显示单元(12)采用信号指示灯的形式，将电源转换单元(1)、器件检测单元(2)、驱动故障检测单元(3)、驱动电路(4)、过流检测单元(8)和光电转换单元(10)的情况清晰显示出来。
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