CN112653099A - 一种基于通用mcu的逐波限流的控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于通用MCU的逐波限流的控制方法及系统，其控制方法包括：当过流故障发生时，立即封锁PWM信号，并启动计时直至捕获到过流故障消失则输出计时时间；当捕获到过流故障消失时，若所述计时时间大于或等于预设时间Tset1，则立即释放所述PWM信号，否则，延时释放所述PWM信号，直到计时时间大于等于预设时间Tset1。本发明通过上述逐波限流控制方法，通过限制封锁功率器件的最小持续时间，在保证波形质量的前提下，能在一定程度上抑制功率器件高频动作，降低功率器件的开通损耗，保护功率器件，从而提高产品的可靠性。
Description
技术领域
本发明属于电子线路领域，具体是一种基于通用MCU的逐波限流的控制方法及系统。
背景技术
逐波限流是电力电子设备中常用的一种过电流保护技术，在工业电气驱动、电力系统、交通运行、新能源等领域得到了广泛应用。
目前，传统的逐波限流控制算法，主要有以下2种：
算法1：当检测到过流信号时，立即封锁功率器件；当过流信号消失时，则立即开通功率器件。此方法响应速度快、控制逻辑简单，但存在问题：若短时间内，频繁出现过流窄脉冲信号，则会导致功率器件高频动作，影响功率器件寿命，甚至可能直接损坏器件。
算法2：若检测到过流信号，则立即封锁功率器件，但在此开关周期内，即使过流信号消失，也不会再次开通功率器件，此方法可避免功率器件频繁开通和关断，但是波形畸变严重。
目前，传统的逐波限流的实现方式主要是通过触发器、与非门等逻辑器件来实现，硬件电路较为复杂、系统复杂度较高，控制算法比较简单，难以实现复杂的算法，并且算法的参数、逻辑调整后，需调整硬件，不便于后期的升级维护。
近年来，随着新器件、新拓扑的出现，产生了一些基于FPGA/CPLD实现的逐波限流控制系统，可实现复杂逐波限流控制算法，克服了以上所述2种传统逐波限流控制算法的缺点,同时也克服了上述传统的逐波限流实现方式的问题，但是其控制成本比较高，并且MCU需与FPGA/CPLD通信，控制系统复杂度提高。
发明内容
在下文中给出了关于本发明实施例的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，以下概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
为了克服背景技术中所述的两种逐波限流实现方式的缺点，本发明提供一种既简单，又实用、经济的基于通用MCU实现逐波限流的控制系统。
具体的，根据本申请的一个方面，提供一种基于通用MCU的逐波限流的控制方法，其包括如下步骤：
比较电力电子开关器件的电流检测信号和逐波限流过流门限，并输出逐波限流过流信号；所述逐波限流过流信号的边沿表示过流故障的发生/消失；
当过流故障发生时，立即封锁PWM信号，并启动计时直至捕获到过流故障消失则输出计时时间；计时周期设置为预设时间Tset1，从计时开始至输出计时时间，即为单次封波时间T1；
当捕获到过流故障消失时，若所述计时时间大于或等于预设时间Tset1，则立即释放所述PWM信号，否则，延时释放所述PWM信号，直到计时时间大于等于预设时间Tset1。
优选的，该方法还包括：当逐波限流过流信号的上升沿或下降沿被捕捉到时，通过中断或者其他方式输出捕捉结果。
优选的，所述捕获到过流故障消失则输出计时时间，具体是当捕获到过流故障消失时，通过中断或者其他方式输出计时时间。
根据本申请另一方面，提供一种基于通用MCU的逐波限流的控制系统，包括用于比较电力电子开关器件的电流检测信号和逐波限流过流信号的比较单元以及具有PWM模块、输入捕获模块、计时模块、控制算法模块的MCU主控系统；
所述比较单元，用于将电力电子开关器件的电流检测信号和逐波限流过流门限进行比较，并输出逐波限流过流信号；当电流采样电路转换后的电压信号小于逐波限流过流门限时，则过流信号置低(或置高)；反之，过流信号置高(或置低)；
所述输入捕获模块，用于捕获逐波限流过流信号的边沿并输出捕获结果；
所述计时模块，用于对所述捕获结果进行计时直至捕获到过流故障消失则输出计时时间。
所述PWM模块，用于输出PWM信号，驱动功率器件；同时当过流故障发生时，所述PWM模块硬件能自动立即封锁所述PWM信号，或者由控制算法模块控制所述PWM模块封锁所述PWM信号；
所述控制算法模块，根据所述捕获结果和所述计时时间控制所述PWM模块封波及解封；
其中，在所述捕获结果中，所述逐波限流过流信号的边沿表示过流故障的发生/消失；当捕获到过流故障发生时，则立即封锁所述PWM信号，并启动计时模块计时；当捕获到过流故障消失时，若所述计时时间大于或等于预设时间Tset1，则立即释放所述PWM信号，否则，延时释放所述PWM信号，直到计时时间大于等于预设时间Tset1。
进一步的，所述输入捕获模块捕获到逐波限流过流信号的上升沿或下降沿时，通过中断或其他方式输出捕获结果。
进一步的，所述计时模块对所述捕获结果进行计时，当捕获到过流故障消失时，通过中断或者其他方式输出计时时间。
其中，MCU是微控制单元，通过软件编程实现特定功能，按照用途可以分为通用型和专用型，相比专用型MCU(比如DSP)，本发明采用通用型MCU，成本更低，适用领域广。本发明所述的基于通用MCU实现逐波限流的控制系统，通过MCU内部的PWM模块、输入捕获模块、计时模块即可实现逐波限流功能，相对传统的基于触发器、与非门等逻辑器件实现的逐波限流系统，硬件电路及系统的复杂度降低，可实现稍复杂的控制算法/逻辑；另外算法的参数、逻辑调整后，无需更改硬件，只需升级MCU程序，降低了后期升级维护的成本；相对基于FPGA/CPLD实现的逐波限流控制系统，降低了控制系统的复杂度，大大降低了其控制成本。
本发明通过上述逐波限流控制方法，通过限制封锁功率器件的最小持续时间，在保证波形质量的前提下，能在一定程度上抑制功率器件高频动作，降低功率器件的开通损耗，保护功率器件，从而提高产品的可靠性。
附图说明
本发明可以通过参考下文中结合附图所给出的描述而得到更好的理解，其中在所有附图中使用了相同或相似的附图标记来表示相同或者相似的部件。所述附图连同下面的详细说明一起包含在本说明书中并且形成本说明书的一部分，而且用来进一步举例说明本发明的优选实施例和解释本发明的原理和优点。在附图中：
图1为本发明基于通用MCU的逐波限流控制系统的示意图；
图2为本发明的逐波限流控制方法的控制算法模块处理流程图；
图3为本发明的逐波限流控制方法的逐波限流控制算法示意图；
图4为本发明实施例中过流信号脉冲宽度小于Tset1(逐波限流最小持续时间)的示意图；
图5为本发明实施例中过流信号脉冲宽度大于Tset1(逐波限流最小持续时间)的示意图。
具体实施方式
下面将参照附图来说明本发明的实施例。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。
MCU是微控制单元，通过软件编程实现特定功能，按照用途可以分为通用型和专用型，相比专用型MCU，比如DSP，通用型MCU成本更低，适用领域广。本发明采用通用型MCU实现一种逐波限流的控制系统及方法。
实施例1
本实施例提供一种基于通用MCU的逐波限流的控制系统，参见图1，其包括比较单元和MCU主控系统两部分；其中，MCU主控系统包括PWM模块、输入捕获模块、计时模块、以及控制算法模块。
其中，比较单元，将电力电子开关器件的电流检测信号和逐波限流过流点信号比较，输出逐波限流过流信号；当电流采样电路转换后的电压信号小于逐波限流过流门限时，则过流信号置低(或置高)；反之，过流信号置高(或置低)。
PWM模块，用于输出PWM信号，驱动功率器件；同时当过流故障发生时，所述PWM模块硬件能自动立即封锁所述PWM信号，或者由控制算法模块控制所述PWM模块封锁所述PWM信号。
输入捕获模块，用于捕获逐波限流过流信号的边沿，并通过中断或其他方式输出捕获结果；
计时模块，用于对所述捕获结果进行计时，计时周期设置为预设时间Tset1，当输入捕获模块捕获到过流故障消失时，通过中断或者其他方式输出计时时间，即为单次封波时间T1；
控制算法模块，根据所述捕获结果和所述计时时间，实现逐波限流的方法，控制所述PWM模块封波及解封。
其中，在所述捕获结果中，所述逐波限流过流信号的边沿表示过流故障的发生/消失；当捕获到过流故障发生时，则立即封锁所述PWM信号，并启动计时模块计时；当捕获到过流故障消失时，若所述计时时间大于或等于预设时间Tset1，则立即释放所述PWM信号，否则，延时释放所述PWM信号，直到计时时间大于等于预设时间Tset1。
本发明所述的基于通用MCU实现逐波限流的控制系统，通过MCU内部的PWM模块、输入捕获模块、计时模块即可实现逐波限流功能，相对传统的基于触发器、与非门等逻辑器件实现的逐波限流系统，硬件电路及系统的复杂度降低，可实现稍复杂的控制算法/逻辑；另外算法的参数、逻辑调整后，无需更改硬件，只需升级MCU程序，降低了后期升级维护的成本；相对基于FPGA/CPLD实现的逐波限流控制系统，降低了控制系统的复杂度，大大降低了其控制成本。
实施例2
本实施例提供一种基于通用MCU的逐波限流的控制方法，其处理流程图如图2所示，包括以下几个步骤：
S1：判断输入捕获模块是否捕获到过流故障发生，若是，则封锁PWM波，进行下一步骤；
S2：启动计时模块计时，记为单次封波时间T1，并设置计时周期；
S3：判断输入捕获模块是否捕获到过流故障消失，若是，则进行下一步骤；
S4：判断计时模块的计时周期是否到达；若是，则进行下一步骤；
S5：解除PWM封波。
上述控制算法模块实现的逐波限流的方法，算法流程图如图3所示，包括以下几个步骤：
步骤1：当过流故障发生时，则立即封锁PWM波，并启动计时，记为单次封波时间T1；
步骤2：当过流故障复位时，先判断单次封波时间T1是否大于预设时间Tset1(逐波限流最小持续时间)；若单次封波时间T1大于预设时间Tset1，即过流信号负脉冲宽度大于逐波限流最小持续时间，则立即解除封波，释放PWM波，如图4所示；反之，则延时解除封波，直到单次封波时间T1等于预设时间Tset1，如图5所示。预设时间Tset1是微秒级。
本发明所述的逐波限流方法，通过限制封锁功率器件的最小持续时间，在保证波形质量的前提下，能在一定程度上抑制功率器件高频动作，降低功率器件的开通损耗，保护功率器件，从而提高产品的可靠性。
应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。
此外，本发明的方法不限于按照说明书中描述的时间顺序来执行，也可以按照其他的时间顺序地、并行地或独立地执行。因此，本说明书中描述的方法的执行顺序不对本发明的技术范围构成限制。
尽管上面已经通过对本发明的具体实施例的描述对本发明进行了披露，但是，应该理解，上述的所有实施例和示例均是示例性的，而非限制性的。本领域的技术人员可在所附权利要求的精神和范围内设计对本发明的各种修改、改进或者等同物。这些修改、改进或者等同物也应当被认为包括在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种基于通用MCU的逐波限流的控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
比较电力电子开关器件的电流检测信号和逐波限流过流门限，并输出逐波限流过流信号；所述逐波限流过流信号的边沿表示过流故障的发生/消失；
当过流故障发生时，立即封锁PWM信号，并启动计时，直至捕获到过流故障消失则输出计时时间；
当捕获到过流故障消失时，若所述计时时间大于或等于预设时间Tset1，则立即释放所述PWM信号，否则，延时释放所述PWM信号，直到计时时间大于等于预设时间Tset1。
2.根据权利要求1所述的基于通用MCU的逐波限流的控制方法，其特征在于：该方法还包括：当逐波限流过流信号的上升沿或下降沿被捕捉到时，通过中断或者其他方式输出捕捉结果。
3.根据权利要求1所述的基于通用MCU的逐波限流的控制方法，其特征在于：所述捕获到过流故障消失则输出计时时间，具体是当捕获到过流故障消失时，通过中断或者其他方式输出计时时间。
4.一种基于通用MCU的逐波限流的控制系统，其特征在于：包括用于比较电力电子开关器件的电流检测信号和逐波限流过流信号的比较单元以及具有PWM模块、输入捕获模块、计时模块、控制算法模块的MCU主控系统；
所述比较单元，用于将电力电子开关器件的电流检测信号和逐波限流过流门限进行比较，并输出逐波限流过流信号；
所述输入捕获模块，用于捕获逐波限流过流信号的边沿并输出捕获结果；
所述计时模块，用于对所述捕获结果进行计时，计时周期设置为预设时间Tset1，当捕获到过流故障消失时输出计时时间；
所述PWM模块，用于输出PWM信号，驱动功率器件；
所述控制算法模块，根据所述捕获结果和所述计时时间控制所述PWM模块封波及解封；
其中，在所述捕获结果中，所述逐波限流过流信号的边沿表示过流故障的发生/消失；当捕获到过流故障发生时，则立即封锁所述PWM信号，并启动计时模块计时；当捕获到过流故障消失时，若所述计时时间大于或等于预设时间Tset1，则立即释放所述PWM信号，否则，延时释放所述PWM信号，直到计时时间大于等于预设时间Tset1。
5.根据权利要求4所述的基于通用MCU的逐波限流的控制系统，其特征在于：所述输入捕获模块捕获到逐波限流过流信号的上升沿或下降沿时，通过中断或其他方式输出捕获结果。
6.根据权利要求4所述的基于通用MCU的逐波限流的控制系统，其特征在于：所述计时模块对所述捕获结果进行计时，当捕获到过流故障消失时，通过中断或者其他方式输出计时时间。
7.根据权利要求4所述的基于通用MCU的逐波限流的控制系统，其特征在于：
所述PWM模块在过流故障发生时，自动封锁所述PWM信号，或者由控制算法模块控制所述PWM模块封锁所述PWM信号。
8.根据权利要求4所述的基于通用MCU的逐波限流的控制系统，其特征在于：
所述比较单元中，当电流采样电路转换后的电压信号小于逐波限流过流门限时，则过流信号置低或置高；反之，过流信号置高或置低。
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