CN110989749A - 可控硅控制电路、系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可控硅控制电路、系统及方法，通过电压比较器比较参考电压和交流电网电压，以得到可控硅驱动电路的控制信号，以此来控制可控硅的导通和关断。与现有技术相比，由于可控硅的导通时刻不再基于预测的时间，而是基于实际采样得到的交流电压值与参考电压值导通的结果，因此，能够更好的控制可控硅整流电路导通时间点，最大限度吸收电网能量，有效缩短电流冲击响应时间。另外，通过使用电路驱动可控硅的方法不仅简化了软件复杂程度，同时也避免了因交流电网电压波形在下降阶段突然上凸的畸变引起的冲击电流过大问题，降低了冲击电流过流概率，提高了可靠性。

Description

可控硅控制电路、系统及方法

技术领域

本发明涉及车载充电机技术领域，特别涉及一种可控硅控制电路、系统及方法。

背景技术

车载充电机承担着将电网能量传递给蓄电池的重要作用。由于充电机内部存在较大电容，因此在充电机连接到交流电网后的瞬间会产生较大的冲击电流。出于满足法规要求和保护自身器件的需要，充电机的交流输入侧需要有相应的控制开关来控制导通瞬间交流电网电压与充电机内部电容的电压差，从而限制冲击电流的幅值。

可控硅可在正向压降为正，且被使能的情况下导通。基于该特性可控硅正被越来越多的应用在充电机的交流电网侧的整流电路中，通过控制使能信号来控制整流桥的导通时间点，进而达到控制冲击电流幅值的目的。但目前可控硅的控制方法及策略仍有很大的优化空间，其主要表现如下。

(1)微处理器通过采集交流输入电压波形来计算电压周期，进而预测达到所需参考电压的时间点，然后使能可控硅。由于受到微处理器计算能力的限制和预测算法自身引起的偏差，在使能可控硅的瞬间可控硅两端电压差会与预期有所差异，这就造成冲击电流偏小或偏大。在电流上限一定的情况下，偏小的冲击电流延长了电流冲击过程的时间。选用更高等级型号的微处理器通过软件算法来避免上述问题，则会导致成本增加。

(2)实际应用中，交流电压波形由于受电网质量影响会出现一定的电压波形畸变。采用预测导通时间点的控制算法无法应对随机波形畸变引起的电压差过大问题。如图1所示，微处理器参考电压为V1并计算出使能可控硅导通时间点为T1。但由于非预期的波形畸变，致使T1导通时的实际电压为V2。这就造成导通瞬间电压差过大，造成冲击电流超过允许限值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可控硅控制电路、系统及方法，以解决现有车载充电机在利用可控硅控制冲击电流时可靠度不高的问题。

为解决上述技术问题，一种可控硅控制电路，包括：电压比较器和可控硅驱动电路；

所述电压比较器被配置为，比较交流电网电压和参考电压的大小，并根据比较的结果向所述可控硅驱动电路发送第一控制信号或第二控制信号；

所述可控硅驱动电路被配置为，当接收到所述第一控制信号时，控制可控硅关断，当接收到所述第二控制信号，并接收到使能信号时，控制所述可控硅导通。

可选的，在所述的可控硅控制电路中，根据比较的结果向所述可控硅驱动电路发送第一控制信号或第二控制信号包括：

当比较得出所述交流电网电压大于所述参考电压时，向所述可控硅驱动电路发送第一控制信号；

当比较得出所述交流电网电压小于或等于所述参考电压时，向所述可控硅驱动电路发送第二控制信号。

可选的，在所述的可控硅控制电路中，所述参考电压通过一微控制器根据车载充电机的母线电容的容量和车载充电机的母线电容的实时检测电压计算得出。

可选的，在所述的可控硅控制电路中，所述使能信号由所述微控制器在所述交流电网电压的绝对值呈下降趋势时发出，所述可控硅控制电路通过所述电压比较器的使能端或者所述可控硅驱动电路的使能端与所述微控制器相连，以接收所述微控制器发送的所述使能信号。

可选的，在所述的可控硅控制电路中，所述参考电压通过一参考电阻来进行设置，所述交流电网电压通过一采样电路来进行采样，所述电压比较器通过正相输入端与所述参考电阻相连，通过负相输入端与所述采样电路相连。

本发明还提供一种可控硅控制系统，包括：微控制器、电压比较器以及可控硅驱动电路；

所述微控制器计算得到一参考电压，所述参考电压用于提供至所述电压比较器；

所述电压比较器比较交流电网电压和所述参考电压的大小，并根据比较的结果向所述可控硅驱动电路发送第一控制信号或第二控制信号；

所述微控制器还获取所述交流电网电压，在所述交流电网电压的绝对值呈下降趋势时发出使能信号；

所述可控硅驱动电路接收到所述第一控制信号时，控制可控硅的关断，以及，接收到所述第二控制信号，并接收到所述使能信号时，控制所述可控硅导通。

可选的，在所述的可控硅控制系统中，根据比较的结果向所述可控硅驱动电路发送第一控制信号或第二控制信号包括：

当比较得出所述交流电网电压大于所述参考电压时，向所述可控硅驱动电路发送第一控制信号；

当比较得出所述交流电网电压小于或等于所述参考电压时，向所述可控硅驱动电路发送第二控制信号。

可选的，在所述的可控硅控制系统中，所述可控硅控制系统还包括一参考电阻和一采样电阻，所述参压电压通过所述参考电阻提供至所述电压比较器，所述交流电网电压通过所述采样电路来进行采样，并提供至所述电压比较器。

可选的，在所述的可控硅控制系统中，所述采样电路包括第一电阻和第二电阻，所述采样电路被配置为，当进行采样时，所述第一电阻一端连接所述交流电网，另一端连接所述电压比较器的负相输入端，所述第二电阻一端接地，另一端连接所述电压比较器的负相输入端。

可选的，在所述的可控硅控制系统中，所述参考电压提供至所述电压比较器的正向输入端，所述交流电网电压提供至所述电压比较器的负相输入端。

可选的，在所述的可控硅控制系统中，所述使能信号提供到所述电压比较器的使能端或所述可控硅驱动电路的使能端。

可选的，在所述的可控硅控制系统中，所述参考电压通过所述微控制器根据车载充电机的母线电容的容量和车载充电机的母线电容的实时检测电压计算得出。

本发明还提供一种可控硅控制方法，包括：

计算得到可控硅的参考电压；

对交流电网电压进行采样，得到交流电网电压；

比较所述交流电网电压和所述参考电压的大小，以及监测所述交流电网电压的变化趋势；

若所述交流电网电压大于所述参考电压，则发出第一控制信号，以控制可控硅的关断；

若所述交流电网电压大于或等于所述参考电压，且所述交流电网电压呈下降趋势，则发出第二控制信号和使能信号，以控制可控硅的导通。

可选的，在所述的可控硅控制方法中，计算可控硅的参考电压的方法包括：

根据车载充电机的母线电容的容量确定允许可控硅导通的最大电压差；

根据车载充电机的母线电容的实时检测电压和所述最大电压差得到期望导通电压；

根据交流电压电路采样特性将所述期望导通电压换算成所述参考电压。

在本发明提供的可控硅控制电路、系统及方法中，所述可控硅控制电路包括电压比较器和可控硅驱动电路；所述电压比较器被配置为，比较交流电网电压和参考电压的大小，并根据比较的结果向所述可控硅驱动电路发送第一控制信号或第二控制信号；所述可控硅驱动电路被配置为，当接收到所述第一控制信号时，控制可控硅关断，当接收到所述第二控制信号，并接收到使能信号时，控制所述可控硅导通。与现有技术相比，由于可控硅的导通时刻不再基于预测的时间，而是基于实际采样得到的交流电压值与参考电压值比较的结果，因此，能够更好的控制可控硅整流电路导通时间点，最大限度吸收电网能量，有效缩短电流冲击响应时间。另外，通过使用电路驱动可控硅的方法不仅简化了软件复杂程度，同时也避免了因交流电网电压波形在下降阶段突然上凸的畸变引起的冲击电流过大问题，降低了冲击电流过流概率，提高了可靠性。

附图说明

图1是现有的车载充电机可控硅导通时刻示意图；

图2是本发明实施例一种可控硅控制电路示意图；

图3是本发明实施例另一种可控硅控制电路示意图；

图4是本发明实施例可控硅控制方法流程图；

图5是本发明实施例计算参考电压的方法流程图；

图6是本发明实施例车载充电机可控硅导通时刻示意图；

其中，各附图标记说明如下：

1-可控硅控制电路；10-电压比较器；11-可控硅驱动电路；2-采样电路。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明的核心思想在于解决现有车载充电机在利用可控硅控制冲击电流时可靠度不高的问题。

为实现该思想，本发明实施例提供一种可控硅控制电路，请参考图2及图3，本发明实施例提供的可控硅控制电路1包括：电压比较器10和可控硅驱动电路11。

其中，所述电压比较器10被配置为，比较交流电网电压和参考电压的大小，并根据比较的结果向所述可控硅驱动电路11发送第一控制信号或第二控制信号；所述可控硅驱动电路11被配置为，当接收到所述第一控制信号时，控制可控硅关断，当接收到所述第二控制信号，并接收到使能信号时，控制所述可控硅导通。

具体的，根据比较的结果向所述可控硅驱动电路11发送第一控制信号或第二控制信号包括：当比较得出所述交流电网电压大于所述参考电压时，向所述可控硅驱动电路11发送第一控制信号；当比较得出所述交流电网电压小于或等于所述参考电压时，向所述可控硅驱动电路11发送第二控制信号。其中，所述第一控制信号可为低电平信号，所述第二控制信号可为高电平信号。

其中，所述参考电压可通过一参考电阻R0来进行设置，所述交流电网电压可通过一采样电路2来进行采样，所述电压比较器10通过正相输入端与所述参考电阻R0相连，所述电压比较器10通过负相输入端与所述采样电路2相连。当交流电网电压绝对值较大时，所述电压比较器10的负相输入端电压大于正向输入端电压，所述电压比较器10输出低电平；当交流电网电压绝对值逐渐减小，所述电压比较器10的负相输入端电压小于正向输入端电压，所述电压比较器10输出高电平。进一步的，所述参考电压可通过一微控制器根据车载充电机的母线的容量和车载充电机的母线电容的实时检测电压计算得出，同时，所述使能信号也可由所述微控制器发出，在所述交流电网电压的绝对值呈下降趋势时发出所述使能信号，所述可控硅控制电路100通过所述电压比较器10的使能端或者所述可控硅驱动电路11的使能端与所述微控制器相连，以接收所述微控制器发送的所述使能信号。

本发明实施例提供的可控硅控制电路100在应用时，可如图2所示，可通过所述电压比较器10的使能端(ENB)与所述微控制器相连，以接收所述微控制器发出的使能信号；或者，如图3所示，可通过所述可控硅驱动电路11的使能端与所述微控制器相连，同样的，也可达到接收所述微控制器发出的使能信号的效果。

基于同一思想，本发明实施例还提供一种可控硅控制系统，请再次参见图2及图3，本发明实施例提供的可控硅控制系统包括：微控制器(未图示)、电压比较器10以及可控硅驱动电路11。

其中，所述微控制器计算参考电压，所述参考电压用于提供至所述电压比较器10；所述电压比较器10比较交流电网电压和所述参考电压的大小，并根据比较的结果向所述可控硅驱动电路11发送第一控制信号或第二控制信号；所述微控制器还获取所述交流电网电压，在所述交流电网电压的绝对值呈下降趋势时发出使能信号；所述可控硅驱动电路11接收到所述第一控制信号时，控制可控硅的关断，以及，接收到所述第二控制信号，并接收到所述使能信号时，控制所述可控硅导通。

对于发送所述第一控制信号和所述第二控制信号，以及所述参考电压的获取，在前文介绍可控硅控制电路100部分已进行详细描述，在此不再赘述。另外，同样的，在本发明实施例提供的可控硅控制系统中，可做如下配置：

所述参考电压提供至所述电压比较器10的正向输入端，所述交流电网电压提供至所述电压比较器10的负相输入端，所述使能信号提供到所述电压比较器10的使能端或所述可控硅驱动电路11的使能端。

此外，优选的，本发明实施例提供的可控硅控制系统还包括一参考电阻R0和一采样电阻3，所述参压电压通过所述参考电阻R0提供至所述电压比较器10，所述交流电网电压通过所述采样电路2来进行采样，并提供至所述电压比较器10。

对于所述采样电路2，可做如下配置：所述采样电路2包括第一电阻R1和第二电阻R2，当进行采样时，所述第一电阻R1一端连接所述交流电网，另一端连接所述电压比较器10的负相输入端，所述第二电阻R2一端接地，另一端连接所述电压比较器10的负相输入端。

基于同一思想，如图4所示，本发明实施例还提供一种可控硅控制方法，包括以下步骤：

S11，计算可控硅的参考电压；

S12，对交流电网电压进行采样，得到交流电网电压；

S13，比较所述交流电网电压和所述参考电压的大小，以及监测所述交流电网电压的变化趋势；

S14，若所述交流电网电压大于所述参考电压，则发出第一控制信号，以控制可控硅的关断；若所述交流电网电压大于或等于所述参考电压，且所述交流电网电压呈下降趋势，则发出第二控制信号和使能信号，以控制可控硅的导通。

本发明实施例提供的所述可控硅控制方法可通过本发明实施例提供的所述可控硅控制系统来实施。具体的，步骤S11可通过所述微控制器来实施，步骤S12可通过所述采样电路2来实施，步骤S13和步骤S14中的发出第二控制信号可通过所述电压比较器10来实施，步骤S14中的发出使能信号可通过所述微控制器来实施。

其中，计算可控硅的参考电压的方法具体过程可包括以下步骤：

S111，根据车载充电机的母线电容的容量确定允许可控硅导通的最大电压差；

S112，根据车载充电机的母线电容的实时检测电压和所述最大电压差得到期望导通电压；

S113，根据交流电压电路采样特性将所述期望导通电压换算成所述参考电压。

现有技术中，在母线电容电压确定的情况下，冲击电流的大小可通过控制可控硅导通瞬间交流电压与母线电压差值的大小来实现。由于正常情况下交流电压呈正弦方式变化，因此期望的电压差可以通过控制导通时间点来实现。而该导通时间点的确定，是通过软件计算交流电压的幅值和周期预测得到的。如图1所示，实际应用中交流侧电压不一定按照标准的正弦方式变化。如图6所示，期望的导通时刻交流电压幅值应该为V1，相应的计算得到的导通时间点为T1。可控硅在时间点T1由MCU控制导通，由于波形发生畸变，因此该时间点实际电压V2大于期望电压，于是会造成参考电压差过高的问题。但在使用电压比较器10之后，可控硅的导通时刻不再基于预测的时间，而是基于实际采样得到的交流电压值与MCU给出的参考值进行比较的结果。这种情况下，如图6所示，即使波形发生畸变，可控硅依然会在交流电压回落到期望电压V1的时刻导通(T2)，确保导通瞬间电压差满足期望要求，进而确保冲击电流满足要求。

而在本发明提供的可控硅控制电路、系统及方法中，通过电压比较器比较参考电压和交流电网电压，以得到可控硅驱动电路的控制信号，以此来控制可控硅的导通和关断。与现有技术相比，由于可控硅的导通时刻不再基于预测的时间，而是基于实际采样得到的交流电压值与参考电压值导通的结果，因此，能够更好的控制可控硅整流电路导通时间点，最大限度吸收电网能量，有效缩短电流冲击响应时间。另外，通过使用电路驱动可控硅的方法不仅简化了软件复杂程度，同时也避免了因交流电网电压波形在下降阶段突然上凸的畸变引起的冲击电流过大问题，降低了冲击电流过流概率，提高了可靠性。

综上，上述实施例对可控硅控制电路及系统的不同构型进行了详细说明，当然，本发明包括但不局限于上述实施中所列举的构型，任何在上述实施例提供的构型基础上进行变换的内容，均属于本发明所保护的范围。本领域技术人员可以根据上述实施例的内容举一反三。

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。对于实施例公开的系统而言，由于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。

Claims (14)

1.一种可控硅控制电路，其特征在于，包括：电压比较器和可控硅驱动电路；

所述电压比较器被配置为，比较交流电网电压和参考电压的大小，并根据比较的结果向所述可控硅驱动电路发送第一控制信号或第二控制信号；

所述可控硅驱动电路被配置为，当接收到所述第一控制信号时，控制可控硅关断，当接收到所述第二控制信号，并接收到使能信号时，控制所述可控硅导通。

2.如权利要求1所述的可控硅控制电路，其特征在于，根据比较的结果向所述可控硅驱动电路发送第一控制信号或第二控制信号包括：

当比较得出所述交流电网电压大于所述参考电压时，向所述可控硅驱动电路发送第一控制信号；

当比较得出所述交流电网电压小于或等于所述参考电压时，向所述可控硅驱动电路发送第二控制信号。

3.如权利要求1所述的可控硅控制电路，其特征在于，所述参考电压通过一微控制器根据车载充电机的母线电容的容量和车载充电机的母线电容的实时检测电压计算得出。

4.如权利要求3所述的可控硅控制电路，其特征在于，所述使能信号由所述微控制器在所述交流电网电压的绝对值呈下降趋势时发出，所述可控硅控制电路通过所述电压比较器的使能端或者所述可控硅驱动电路的使能端与所述微控制器相连，以接收所述微控制器发送的所述使能信号。

5.如权利要求1所述的可控硅控制电路，其特征在于，所述参考电压通过一参考电阻来进行设置，所述交流电网电压通过一采样电路来进行采样，所述电压比较器通过正相输入端与所述参考电阻相连，通过负相输入端与所述采样电路相连。

6.一种可控硅控制系统，其特征在于，包括：微控制器、电压比较器以及可控硅驱动电路；

所述微控制器计算得到一参考电压，所述参考电压用于提供至所述电压比较器；

所述电压比较器比较交流电网电压和所述参考电压的大小，并根据比较的结果向所述可控硅驱动电路发送第一控制信号或第二控制信号；

所述微控制器还获取所述交流电网电压，在所述交流电网电压的绝对值呈下降趋势时发出使能信号；

所述可控硅驱动电路接收到所述第一控制信号时，控制可控硅的关断，以及，接收到所述第二控制信号，并接收到所述使能信号时，控制所述可控硅导通。

7.如权利要求6所述的可控硅控制系统，其特征在于，根据比较的结果向所述可控硅驱动电路发送第一控制信号或第二控制信号包括：

当比较得出所述交流电网电压大于所述参考电压时，向所述可控硅驱动电路发送第一控制信号；

当比较得出所述交流电网电压小于或等于所述参考电压时，向所述可控硅驱动电路发送第二控制信号。

8.如权利要求6所述的可控硅控制系统，其特征在于，所述可控硅控制系统还包括一参考电阻和一采样电阻，所述参压电压通过所述参考电阻提供至所述电压比较器，所述交流电网电压通过所述采样电路来进行采样，并提供至所述电压比较器。

9.如权利要求6所述的可控硅控制系统，其特征在于，所述采样电路包括第一电阻和第二电阻，所述采样电路被配置为，当进行采样时，所述第一电阻一端连接所述交流电网，另一端连接所述电压比较器的负相输入端，所述第二电阻一端接地，另一端连接所述电压比较器的负相输入端。

10.如权利要求6所述的可控硅控制系统，其特征在于，所述参考电压提供至所述电压比较器的正向输入端，所述交流电网电压提供至所述电压比较器的负相输入端。

11.如权利要求6所述的可控硅控制系统，其特征在于，所述使能信号提供到所述电压比较器的使能端或所述可控硅驱动电路的使能端。

12.如权利要求6所述的可控硅控制电路，其特征在于，所述参考电压通过所述微控制器根据车载充电机的母线电容的容量和车载充电机的母线电容的实时检测电压计算得出。

13.一种可控硅控制方法，其特征在于，包括：

计算得到可控硅的参考电压；

对交流电网电压进行采样，得到交流电网电压；

比较所述交流电网电压和所述参考电压的大小，以及监测所述交流电网电压的变化趋势；

若所述交流电网电压大于所述参考电压，则发出第一控制信号，以控制可控硅的关断；

若所述交流电网电压大于或等于所述参考电压，且所述交流电网电压呈下降趋势，则发出第二控制信号和使能信号，以控制可控硅的导通。

14.如权利要求13所述的可控硅控制方法，其特征在于，计算可控硅的参考电压的方法包括：

根据车载充电机的母线电容的容量确定允许可控硅导通的最大电压差；

根据车载充电机的母线电容的实时检测电压和所述最大电压差得到期望导通电压；

根据交流电压电路采样特性将所述期望导通电压换算成所述参考电压。

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