CN112260246B - 限电流控制电路的控制方法及电气系统 - Google Patents

限电流控制电路的控制方法及电气系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种限电流控制电路的控制方法及电气系统，所述限电流控制电路包括与直流母线连接的高压侧、与负载连接的低压侧、以及连接所述高压侧和所述低压侧的调节单元，所述调节单元包括至少一个MOS管；所述控制方法包括：检测所述限电流控制电路的电流I0，判断所述电流I0是否大于预设电流I，若是则进入限电流控制模式以限制电流持续增长。与现有技术相比，本发明在设备出现异常或者短路时进行电流限制，能及时保护设备以及系统，防止电气故障扩大。

Description

限电流控制电路的控制方法及电气系统
技术领域
本发明涉及电气系统，特别是一种限电流控制电路的控制方法及电气系统。
背景技术
当电路中出现短路时，电路中会产生非常大的电流，烧坏设备以及线路，甚至会引发火灾等，导致非常大的损失，而且整个线路都需要停电检修无法正常使用。目前常用的方案是在回路上加过流断路器或者熔断器（保险管），电流值超过断路器时跳闸或者熔断器（保险管）熔断。但是断路器以及熔断器（保险管）都是有阶段保护（例如160A、200A、250A等），无法做无阶级保护。此外断路器以及熔断器（保险管）一般具有本身的特性曲线，保护存在一定的延后时间，同时整个系统将无法再进行工作。
如果能够对电流进线限制及控制，即使设备异常或者短路了，线路的电流还在控制的范围内，不会被无限放大，这样就能避免短路电流等大电流导致的一系列故障以及损失。
公开号为CN106655099A的专利配电网短路故障后的逆变器电源限流方法。但该发明专利是使用在直流逆变为交流的环境，通过使用互感器检测逆变出来的电流与设定值进行判断比较，再进行控制判断和保护，存在检测与控制限制存在时间差，限流保护会滞后甚至延迟保护等问题，属于被动是检测和控制。
因此，如何设计一种能够在设备异常或者短路时，将线路的电流限制在一定范围内，不会被无线放大的限电流控制电路的控制方法及电气系统是业界亟待解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术中电路故障时，无法做到无阶段保护，不能将电流控制在一定范围内的技术问题，本发明提出了一种限电流控制电路的控制方法及电气系统。
本发明的技术方案为，提出了一种限电流控制电路的控制方法，所述限电流控制电路包括与直流母线连接的高压侧、与负载连接的低压侧、以及连接所述高压侧和所述低压侧的调节单元，所述调节单元包括至少一个MOS管；
所述控制方法包括：检测所述限电流控制电路的电流I0，判断所述电流I0是否大于预设电流I，若是则判定限电流控制电路发生短路故障，进入限电流控制模式以限制电流持续增长。
进一步，所述控制方法还包括：
若所述电流I0小于预设电流I，则判定限电流控制电路正常工作，进入双向导通模式，所述低压侧和所述高压侧通过所述MOS管和设于所述MOS管上的寄生二极管实现双向导通。
进一步，所述限电流控制模式包括：一次侧电压下垂控制模式；
进入所述限电流控制模式之前，检测所述负载是否有电压，若是则判定所述直流母线发生短路故障，进入一次侧电压下垂控制模式，所述一次侧电压下垂控制模式用于调节所述高压侧电流大小。
进一步，所述限电流控制模式包括：二次侧电压下垂控制模式；
进入所述限电流控制模式之前，检测所述负载是否有电压，若否则判定所述负载发生短路故障，进入二次侧电压下垂控制模式，所述二次侧电压控制模式用于调节所述低压侧电流大小。
进一步，所述一次侧电压下垂控制模式包括：
进入第一下垂控制阶段，通过调节MOS管的占空比，调节MOS管接入电路大小以降低所述高压侧电压大小，维持所述高压侧输出功率不变；
判断所述电流I0是否达到阈值电流I1，所述阈值电流I1为所述限电流控制电路所能承受的最大工作电流；
若是则进入第一恒流控制阶段，通过调节MOS管的占空比，进行PI调节，保持所述高压侧电流大小不变。
进一步，所述二次侧电压下垂控制模式包括：
进入第二下垂控制阶段，通过调节MOS管的占空比，调节MOS管接入电路大小以降低所述低压侧电压大小，维持所述低压侧输出功率不变；
判断所述电流I0是否达到阈值电流I1，所述阈值电流I1为所述限电流控制电路所能承受的最大工作电流；
若是则进入第二恒流控制阶段，通过调节MOS管的占空比，进行PI调节，保持所述低压侧电流大小不变。
进一步，所述控制方法还包括：进入所述限电流控制模式之前，判断所述限电流控制电路的工作参数是否满足最大功率控制条件，若是则进入最大功率跟踪控制模式，若否则进入所述限电流控制模式。
进一步，所述最大功率跟踪控制模式包括：
当所述电流I0达到阈值电流I1时，检测低压侧输出功率得到一次检测功率P0，调节所述MOS管占空比以改变低压侧输出功率，再次检测低压侧输出功率得到二次检测功率P1；
判断所述一次检测功率P0是否大于二次检测功率P1，若是则调节所述MOS管占空比使低压侧输出功率维持在一次检测功率P0，若否则调节所述MOS管占空比使低压侧输出功率维持在二次检测功率P1。
本发明还提出了一种电气系统，所述电气系统采用上述限电流控制电路的控制方法。
进一步，所述电气系统包括直流母线和至少一个与所述直流母线连接的负载，所述限电流控制电路的高压侧连接所述直流母线，所述限电流控制电路的低压侧连接所述负载。
与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：
1、当电路发生异常或短路故障使电路电流增大时，能够限制电流在一定范围内，不会被无限放大，能够维持系统正常运行。
2、设备异常或短路时能够及时动作保护，防止了设备故障或者短路时电流过大而保护不及时，异常面积扩大，烧坏器件等问题。
3、代替了现有技术中通过保险丝熔断保护，从而保护电路，在保护后，本申请能够继续正常运行，解决了现有技术中保险丝熔断后，整个电路无法继续工作的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明电气系统结构示意图；
图2为本发明限电流控制电路结构示意图；
图3为本发明各种控制模式下控制曲线示意图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
由此，本说明书中所指出的一个特征将用于说明本发明的一个实施方式的其中一个特征，而不是暗示本发明的每个实施方式必须具有所说明的特征。此外，应当注意的是本说明书描述了许多特征。尽管某些特征可以组合在一起以示出可能的系统设计，但是这些特征也可用于其他的未明确说明的组合。由此，除非另有说明，所说明的组合并非旨在限制。
下面结合附图以及实施例对本发明的原理及结构进行详细说明。
请参考图2，本发明限电流控制电路包括与直流母线连接的高压侧Cin、与负载连接的低压侧Co、以及连接高压侧和低压侧的调节单元，调节单元包括至少一个MOS管,通过调节MOS管能够调节电路的电流大小。
本实施例中调节单元由4个MOS管组成，分别为MOS管1、MOS管2、MOS管3、MOS管4，MOS管1和MOS管3的漏极相连，并连接到高压侧Cin的输出端，MOS管1的源极连接到MOS管2的漏极和低压侧Co的输入端，MOS管3的源极连接到MOS管4的漏极和低压侧Co的输入端，MOS管2和MOS管4的源极连接在一起，并连接到高压侧Cin的输入端和低压侧Co的输出端。
通过调节单元将高压侧Cin和低压侧Co连接在一起，可以很明显的看出，从高压侧Cin流出的电流和低压侧Co流出的电流必须经过调节单元才能到达另一侧，通过调节MOS管能够控制流出和流入MOS管的电流大小，进而调节电流。
其中，限电流控制电路的控制方法包括：检测限电流控制电路的电流I0，判断电流I0是否大于预设电流I，若是则判定限电流控制电路发生短路故障，进入限电流控制模式以限制电流持续增长。
若电流I0小于预设电流I，则判定电路正常工作，进入双向导通模式，双向导通模式下，低压侧和高压侧通过MOS管和设于MOS管上的寄生二极管实现双向导通。
具体的，限电流控制模式包括一次侧电压下垂控制模式，当判定限电流控制电路发生短路故障后，在进入限电流控制模式前，检测负载是否有电压，若是则判定直流母线发生短路故障，进入一次侧电压下垂控制模式，一次侧电压下垂控制模式用于调节高压侧电流大小。
限电流控制模式还包括二次侧电压下垂控制模式，当判定限电流控制电路发生短路故障后，在进入限电流控制模式前，检测负载是否有电压，若否则判定负载发生短路故障，进入二次侧电压下垂控制模式，二次侧电压下垂控制模式用于调节低压侧的电流大小。
其中，一次侧电压下垂控制模式包括：进入第一下垂控制阶段，通过调节MOS管的占空比，调节MOS管接入电路大小以降低所述高压侧电压大小，维持所述高压侧输出功率不变；
该控制阶段下，限电流控制电路中的电流持续增大，而高压侧Cin的输出电压逐渐减小，电路的输出功率不变。这里在高压侧发生故障仍保持限电流控制电路中的电流增大一段时间是因为，当限电流控制电路发生故障时，电路中电流还未达到电路所能承受的最大工作电流，电流可以增大一定范围。
当电流增大到一定值后，如果再增大电流可能会对电路造成损坏，此时判断电流I0是否达到阈值电流I1，所述阈值电流I1为所述限电流控制电路所能承受的最大工作电流；
若是则进入第一恒流控制阶段，通过调节MOS管的占空比，进行PI调节，保持所述高压侧电流大小不变。
请参考图3的图A、C为一次侧电压下垂控制模式的曲线图，其恒压控制阶段为电路正常工作阶段，此时以保证输出电压恒定为目标，当发生故障时，进入到下垂控制阶段，此时电流持续增大而电压减小，功率增大，当电流达到阈值电流I1，不再增大电流，转为恒流控制，此情况下，电压的实际大小可以通过调节MOS管整定，此时电流不变，功率随电压的变化而变化。
请参考图B、D，若当电路发生故障时，电路中的电流已经到达阈值电流时，此时无需进行下垂控制阶段，直接进入恒流控制阶段，故此时为两段式曲线。
二次侧电压下垂控制模式包括：进入第二下垂控制阶段，通过调节MOS管的占空比，调节MOS管接入电路大小以降低所述高压侧电压大小，维持高压侧输出功率不变；
该控制阶段下，限电流控制电路中的电流持续增大，而低压侧Co的输出电压逐渐减小，电路的输出功率不变。这里在低压侧发生故障仍保持限电流控制电路中的电流增大一段时间是因为，当限电流控制电路发生故障时，电路中电流还未达到电路所能承受的最大工作电流，电流可以增大一定范围。
当电流增大到一定值后，如果再增大电流可能会对电路造成损坏，此时判断电流I0是否达到阈值电流I1，所述阈值电流I1为所述限电流控制电路所能承受的最大工作电流；
若是则进入第一恒流控制阶段，通过调节MOS管的占空比，进行PI调节，保持所述高压侧电流大小不变。
二次侧电压下垂控制模式和一次侧电压下垂控制模式的曲线相同，请参考一次侧电压下垂控制曲线，再次不做赘述。
这里需要说明，当高压侧或直流母线发生故障时，采用一次侧电压下垂控制模式，当低压侧或负载发生故障时，采用二次侧电压下垂控制模式，因为一次侧电压下垂控制模式是对高压侧的电流进行调节，而二次侧电压下垂控制模式是对低压侧进行控制，当高压侧或直流母线发生故障时，如果采用二次侧电压下垂控制模式，需要再一次转换到高压侧进行调节，故当高压侧或直流母线发生故障时，采用一次侧电压下垂控制模式，同理，当低压侧或负载发生故障时，采用二次侧电压下垂控制模式。
其中，限电流控制方法还包括：定功率控制模式，当限电流控制电路需要保证电路的低压侧Co即负载的功率不变时，调节MOS管，改变流过负载的电流和电压，维持负载的功率不变，由于功率以及电压和电流存在P=IU，故在保证负载的功率不便时，负载的电流和电压成反比，当增大流过负载的电流时，负载的电压会减小，当减小流过负载的电流时，负载的电压会增大。
最大功率跟踪控制模式，进入所述限电流控制模式之前，判断限电流控制电路的工作参数是否满足最大功率控制条件，若是则进入最大功率跟踪控制模式，若否则进入所述限电流控制模式。
最大功率跟踪控制模式包括：
当电流I0达到阈值电流I1时，检测低压侧输出功率得到一次检测功率P0，调节MOS管占空比以改变低压侧输出功率，再次检测低压侧输出功率得到二次检测功率P1；
判断一次检测功率P0是否大于二次检测功率P1，若是则调节MOS管占空比使低压侧输出功率维持在一次检测功率P0，若否则调节MOS管占空比使低压侧输出功率维持在二次检测功率P1。
在进行最大功率跟踪控制模式前还需进行定功率控制模式，由于限电流控制电路发生故障时，电路中的电流还未达到最大值，而定功率控制模式下，功率不变，而电流持续增大，故需进行一端时间定功率控制模式，使电流达到阈值电流以获得最大功率。
本发明还提出了一种电气系统，所述电气系统采用上述限电流控制电路的控制方法。
请参考图1，具体的，其包括直流母线和至少一个与所述直流母线连接的负载，所述限电流控制电路的高压侧连接所述直流母线，所述限电流控制电路的低压侧连接所述负载。
与现有技术相比，本发明给出了一种限电流控制电路的控制方法，在电路发生故障时限制电流继续增大，代替了现有技术中通过采用熔断电路等使保险丝断开的方法，可以在发生故障时继续维持工作，而非进行保护后，电路无法运行。同时，能够在设备发生故障时，及时发生动作，不存在保护不及时的问题，避免了异常面积增大，烧毁器件的问题。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种限电流控制电路的控制方法，所述限电流控制电路包括与直流母线连接的高压侧、与负载连接的低压侧、以及连接所述高压侧和所述低压侧的调节单元，所述调节单元包括至少一个MOS管；
其特征在于，所述控制方法包括：检测所述限电流控制电路的电流I0，判断所述电流I0是否大于预设电流I，若是则判定限电流控制电路发生短路故障，进入限电流控制模式以限制电流持续增长；
所述限电流控制模式包括：一次侧电压下垂控制模式；
进入所述限电流控制模式之前，检测所述负载是否有电压，若是则判定所述直流母线发生短路故障，进入一次侧电压下垂控制模式，所述一次侧电压下垂控制模式用于调节所述高压侧电流大小；
所述一次侧电压下垂控制模式包括：
进入第一下垂控制阶段，通过调节MOS管的占空比，调节MOS管接入电路大小以降低所述高压侧电压大小，维持所述高压侧输出功率不变；
判断所述电流I0是否达到阈值电流I1，所述阈值电流I1为所述限电流控制电路所能承受的最大工作电流；
若是则进入第一恒流控制阶段，通过调节MOS管的占空比，进行PI调节，保持所述高压侧电流大小不变。
2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，还包括：
若所述电流I0小于预设电流I，则判定限电流控制电路正常工作，进入双向导通模式，所述低压侧和所述高压侧通过所述MOS管和设于所述MOS管上的寄生二极管实现双向导通。
3.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述限电流控制模式还包括：二次侧电压下垂控制模式；
进入所述限电流控制模式之前，检测所述负载是否有电压，若否则判定所述负载发生短路故障，进入二次侧电压下垂控制模式，所述二次侧电压控制模式用于调节所述低压侧电流大小；
所述二次侧电压下垂控制模式包括：
进入第二下垂控制阶段，通过调节MOS管的占空比，调节MOS管接入电路大小以降低所述低压侧电压大小，维持所述低压侧输出功率不变；
判断所述电流I0是否达到阈值电流I1，所述阈值电流I1为所述限电流控制电路所能承受的最大工作电流；
若是则进入第二恒流控制阶段，通过调节MOS管的占空比，进行PI调节，保持所述低压侧电流大小不变。
4.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，还包括：进入所述限电流控制模式之前，判断所述限电流控制电路的工作参数是否满足最大功率控制条件，若是则进入最大功率跟踪控制模式，若否则进入所述限电流控制模式；
所述最大功率跟踪控制模式包括：
当所述电流I0达到阈值电流I1时，检测低压侧输出功率得到一次检测功率P0，调节所述MOS管占空比以改变低压侧输出功率，再次检测低压侧输出功率得到二次检测功率P1；
判断所述一次检测功率P0是否大于二次检测功率P1，若是则调节所述MOS管占空比使低压侧输出功率维持在一次检测功率P0，若否则调节所述MOS管占空比使低压侧输出功率维持在二次检测功率P1。
5.一种电气系统，所述电气系统采用如权利要求1至4任意一项权利要求所述的限电流控制电路的控制方法。
6.如权利要求5所述的电气系统，其特征在于，包括直流母线和至少一个与所述直流母线连接的负载，所述限电流控制电路的高压侧连接所述直流母线，所述限电流控制电路的低压侧连接所述负载。
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