CN113541457A - 一种变流器的预充电电路及预充电方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种变流器的预充电电路及预充电方法,以及一种计算机可读存储介质。该预充电电路包括:稳压电容,用于储存所述预充电电源提供的电能并为所述变流器负载提供稳定的工作电压;平波电感,用于配合所述稳压电容对输入所述变流器负载的工作电压进行滤波;功率开关管,串接于所述预充电电源与所述稳压电容之间,适于开通来为所述稳压电容提供预充电电流,并适于关断来截止所述预充电电流;以及处理器,配置为:根据所述稳压电容的最大许可电流确定所述预充电电流的脉冲宽度;以及根据所述脉冲宽度控制所述功率开关管开通及关断,以执行对所述稳压电容的预充电。本发明能够限制流经稳压电容的充电电流并缩小预充电电路的体积。
Description
技术领域
本发明涉及变流器的预充电技术,尤其涉及一种基于功率开关器件的变流器预充电电路,以及一种利用该预充电电路进行预充电的方法。
背景技术
直流输电是目前大多数轨道交通牵引变流器的主要配电方式,其后级的负载电路可以是直流-直流(DC-DC)形式,也可以是直流-交流(DC-AC)形式。
为了保证变流器输入电流的平稳性和谐波的最小化,需要在变流器前级设置输入滤波电路。该滤波电路可以采用单级LC滤波器,由直流滤波电抗器L和稳压电容器组成。当设有该滤波电路的变流器启动时,可以首先进入预充电状态。此时,电容器两端的电压会逐渐上升,直到上升至预定的额定电压后,变流器才开始工作。该等待稳压电容器两端的电压上升至预定电压的过程称为预充电。
在电容器从电压为0V开始充电的情况下,流经电容器的上电冲击电流非常大,容易导致电容器过流损坏。因此,需要进一步为LC滤波器增加预充电电路来限制流经稳压电容的充电电流。
请参考图1,图1示出了一种常规的预充电电路的电路示意图。
如图1所示,现有技术主要采用串联预充电电阻111的方式来限制流经稳压电容12的充电电流。在上电初始阶段,充电接触器112闭合、短接接触器113断开,稳压电容12可以通过预充电电阻111缓慢充电。当稳压电容12两端的电压上升至预定的额定电压后,预充电完成。此时,充电接触器112将断开预充电电阻111,短接接触器113将闭合以提供输入通路。
尽管这种常规的预充电方式原理简单、技术成熟、应用广泛,但这种预充电方式需要使用两个接触器112、113和一个预充电电阻111,不利于牵引变流器的小型化,同时增加了牵引变流器的生产成本。
为了克服现有技术存在的上述缺陷,本领域需要一种改进的变流器预充电技术,用于限制流经稳压电容的充电电流并缩小预充电电路的体积。
发明内容
以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览,并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之前序。
为了克服现有技术存在的上述缺陷,本发明提供了一种基于功率开关器件的变流器预充电电路、一种利用该预充电电路进行预充电的方法,以及一种计算机可读存储介质,用于限制流经稳压电容的充电电流并满足预充电电路的小型化需求。
本发明提供的上述变流器的预充电电路,连接于预充电电源与变流器负载之间,包括:稳压电容,用于储存所述预充电电源提供的电能并为所述变流器负载提供稳定的工作电压;平波电感,用于配合所述稳压电容对输入所述变流器负载的工作电压进行滤波;功率开关管,串接于所述预充电电源与所述稳压电容之间,适于开通来为所述稳压电容提供预充电电流,并适于关断来截止所述预充电电流;以及处理器,配置为:根据所述稳压电容的最大许可电流确定所述预充电电流的脉冲宽度;以及根据所述脉冲宽度控制所述功率开关管开通及关断,以执行对所述稳压电容的预充电。
优选地,在本发明的一些实施例中,所述处理器可以进一步配置为:根据所述稳压电容的最大许可电流确定所述预充电电流的脉宽上限;根据所述预充电的最大充电时间确定所述预充电电流的脉宽下限;以及根据所述脉宽上限及所述脉宽下限确定所述预充电电流的脉冲宽度。
优选地,在本发明的一些实施例中,所述处理器可以进一步配置为:根据公式确定所述预充电电流的脉宽上限,其中,所述为所述预充电电路的角频率,所述C为所述稳压电容的电容值,所述L为所述平波电感的电感值,所述Imax为所述稳压电容的最大许可电流,所述u为所述预充电电源提供的输入电压,所述ton为所述预充电电流的脉冲宽度。
可选地,在本发明的一些实施例中,所述处理器可以进一步配置为:根据公式确定所述预充电电流的脉宽下限,其中,所述Δuc1(ton)为所述预充电电源向所述平波电感充电过程中所述稳压电容两端电压的增长量,所述Δuc2(ton)为所述平波电感向所述稳压电容充电过程中所述稳压电容两端电压的增长量,所述Δuc3(ton)为所述稳压电容向并联的放电电阻放电过程中所述稳压电容两端电压的增长量,所述u为所述预充电电源的充电电压,所述ton为所述预充电电流的脉冲宽度,所述N为充电至期望电压所需要的开关周期数,所述Ts为所述功率开关管的开关周期,所述tmax为所述最大充电时间。
可选地,在本发明的一些实施例中,所述处理器可以进一步配置为:控制所述功率开关管以恒定的脉冲宽度开通及关断以执行所述预充电,所述恒定的脉冲宽度在所述脉宽上限及所述脉宽下限之间。
优选地,在本发明的一些实施例中,所述预充电电路还可以包括并联于所述稳压电容两端的电压传感器。所述处理器可以进一步配置为:利用所述电压传感器实时监测所述稳压电容两端的电压;根据公式确定所述预充电电流在本周期的脉冲宽度,其中,所述C为所述稳压电容的电容值,所述L为所述平波电感的电感值,所述Imax为所述稳压电容的最大许可电流,所述u为所述预充电电源提供的输入电压,所述uc0为本周期所述稳压电容两端的电压,所述ton为所述预充电电流的脉冲宽度;以及根据各周期的脉冲宽度控制所述功率开关管开通及关断以执行所述预充电。
可选地,在本发明的一些实施例中,所述预充电电路还可以包括续流二极管,用于在所述功率开关管关断时为所述平波电感提供电流通道。
可选地,在本发明的一些实施例中,所述处理器还可以配置为:响应于执行所述预充电的操作而断开所述变流器负载以提供开路的充电负载。
优选地,在本发明的一些实施例中,所述处理器还可以配置为:响应于所述稳压电容两端的电压大于预设的电压阈值而持续导通所述功率开关管以提供输入通路,并接通所述变流器负载以提供稳定的工作电压。
根据本发明的另一方面,本文还提供了一种变流器的预充电方法。该方法可以基于上述变流器的预充电电路来实施,用于限制流经稳压电容的充电电流并满足预充电电路的小型化需求。
本发明提供的上述变流器的预充电方法包括步骤:根据稳压电容的最大许可电流确定预充电电流的脉冲宽度,所述稳压电容用于储存预充电电源提供的电能并为变流器负载提供稳定的工作电压;以及根据所述脉冲宽度控制功率开关管开通及关断,以执行对所述稳压电容的预充电,所述功率开关管串接于所述预充电电源与所述稳压电容之间,适于开通来为所述稳压电容提供预充电电流,并适于关断来截止所述预充电电流。
优选地,在本发明的一些实施例中,所述确定预充电电流的脉冲宽度的步骤可以包括:根据所述稳压电容的最大许可电流确定所述预充电电流的脉宽上限;根据所述预充电的最大充电时间确定所述预充电电流的脉宽下限;以及根据所述脉宽上限及所述脉宽下限确定所述预充电电流的脉冲宽度。
优选地,在本发明的一些实施例中,所述确定所述预充电电流的脉宽上限的步骤可以进一步包括:根据公式确定所述预充电电流的脉宽上限,其中,所述为所述预充电电路的角频率,所述C为所述稳压电容的电容值,所述L为平波电感的电感值,所述Imax为所述稳压电容的最大许可电流,所述u为所述预充电电源提供的输入电压,所述ton为所述预充电电流的脉冲宽度。
可选地,在本发明的一些实施例中,所述确定所述预充电电流的脉宽下限的步骤可以进一步包括:根据公式确定所述预充电电流的脉宽下限,其中,所述Δuc1(ton)为所述预充电电源向平波电感充电过程中所述稳压电容两端电压的增长量,所述Δuc2(ton)为所述平波电感向所述稳压电容充电过程中所述稳压电容两端电压的增长量,所述Δuc3(ton)为所述稳压电容向并联的放电电阻放电过程中所述稳压电容两端电压的增长量,所述u为所述预充电电源的充电电压,所述ton为所述预充电电流的脉冲宽度,所述N为充电至期望电压所需要的开关周期数,所述Ts为所述功率开关管的开关周期,所述tmax为所述最大充电时间。
可选地,在本发明的一些实施例中,所述根据所述脉冲宽度控制功率开关管开通及关断的步骤可以包括:控制所述功率开关管以恒定的脉冲宽度开通及关断,所述恒定的脉冲宽度在所述脉宽上限及所述脉宽下限之间。
优选地,在本发明的一些实施例中,所述确定预充电电流的脉冲宽度的步骤可以包括:利用并联于所述稳压电容两端的电压传感器实时监测所述稳压电容两端的电压;以及根据公式确定所述预充电电流在本周期的脉冲宽度,其中,所述C为所述稳压电容的电容值,所述L为平波电感的电感值,所述Imax为所述稳压电容的最大许可电流,所述u为所述预充电电源提供的输入电压,所述uc0为本周期所述稳压电容两端的电压,所述ton为所述预充电电流的脉冲宽度。所述根据所述脉冲宽度控制功率开关管开通及关断的步骤可以包括:根据各周期的脉冲宽度控制所述功率开关管开通及关断。
可选地,在本发明的一些实施例中,还可以包括:响应于执行所述预充电的操作而断开所述变流器负载以提供开路的充电负载。
优选地,在本发明的一些实施例中,还可以包括:响应于所述稳压电容两端的电压大于预设的电压阈值而持续导通所述功率开关管以提供输入通路,并接通所述变流器负载以提供稳定的工作电压。
根据本发明的另一方面,本文还提供了一种计算机可读存储介质。
本发明提供的上述计算机可读存储介质,其上存储有计算机指令。所述计算机指令被处理器执行时,可以实施上述任意一个实施例所提供的变流器的预充电方法,从而限制流经稳压电容的充电电流并满足预充电电路的小型化需求。
附图说明
在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后,能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中,各组件不一定是按比例绘制,并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。
图1示出了一种常规的预充电电路的电路示意图。
图2示出了根据本发明的一些实施例提供的变流器的预充电电路的示意图。
图3示出了根据本发明的另一方面提供的变流器的预充电方法的流程示意图。
图4A示出了根据本发明的一些实施例提供的预充电过程中预充电电流的变化示意图。
图4B示出了根据本发明的一些实施例提供的预充电过程中稳压电容两端电压的变化示意图。
图5A示出了根据本发明的一些实施例提供的预充电过程中预充电电流的变化示意图。
图5B示出了根据本发明的一些实施例提供的预充电过程中稳压电容两端电压的变化示意图。
附图标记:
111 预充电电阻;
112 充电接触器;
113 短接接触器;
12 稳压电容器;
20 预充电电路;
21 稳压电容;
22 平波电感;
23 功率开关管;
24 变流器负载;
25 放电电阻;
26 续流二极管;
27 主电路;
DC 预充电电源;
301-302 预充电方法的步骤。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合优选实施例一起介绍,但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反,结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解,以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外,为了避免混乱或模糊本发明的重点,有些具体细节将在描述中被省略。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外,在以下的说明中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“前”、“后”、“水平”、“垂直”应被理解为该段以及相关附图中所绘示的方位。此相对性的用语仅是为了方便说明之用,其并不代表其所叙述的装置需以特定方位来制造或运作,因此不应理解为对本发明的限制。
如上所述,现有技术需要使用两个接触器和一个充电电阻,不利于牵引电气系统的小型化,同时增加了牵引电气系统的生产成本。
为了克服现有技术存在的上述缺陷,本发明提供了一种基于功率开关器件的变流器预充电电路、一种利用该预充电电路进行预充电的方法,以及一种计算机可读存储介质,用于限制流经稳压电容的充电电流并满足预充电电路的小型化需求。上述变流器可以是牵引电气系统的变流器,包括但不限于牵引变流器和辅助变流器。
请参考图2,图2示出了根据本发明的一些实施例提供的变流器的预充电电路的电路示意图。
如图2所示,在本发明的一些实施例中,预充电电路20可以连接于预充电电源DC与变流器负载24之间,用于在变流器负载24的前级提供输入滤波的功能。在一些实施例中,预充电电路20可以包括稳压电容21、平波电感22、功率开关管23及处理器(未绘示)。该预充电电路20适于实施一种变流器的预充电方法,从而限制流经稳压电容21的充电电流并满足预充电电路20的小型化需求。
在一些实施例中,稳压电容21可以设于功率开关管23的后端,用于储存预充电电源DC提供的电能,并在变流器工作时为变流器负载24提供稳定的工作电压。
在一些实施例中,平波电感22可以设于稳压电容21的前端或后端,用于配合稳压电容21对待输入变流器负载24的工作电压进行LC滤波,从而保证变流器输入电流的平稳性和谐波的最小化。
在一些实施例中,功率开关管23可以串接于预充电电源DC与稳压电容21之间,适于开通来为稳压电容21提供预充电电流,并适于关断来截止预充电电源DC提供的预充电电流。在一些优选的实施例中,功率开关管23可以选用绝缘栅双极型晶体管(Insulated GateBipolar Transistor,IGBT)、金属-氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)或双极结型晶体管(BipolarJunction Transistor,BJT)等刚性的固态开关管。通过选用刚性的固态开关管,可以使预充电电路20具有快速、理想的脉冲结尾,以便于处理器利用触发信号准确地控制预充电电流的脉冲宽度。
在一些实施例中,处理器可以连接功率开关管23的栅极或基极,以控制功率开关管23的开通及关断。在对稳压电容21进行预充电时,该处理器可以执行存储于一种计算机可读存储介质的计算机指令,以实施一种变流器的预充电方法。
通过采用功率开关管23来替代现有技术普遍采用的接触器112、113和预充电电阻111,并配置对应的预充电方法来对稳压电容21执行预充电,本发明提供的上述预充电电路20可以在防止稳压电容21过流损坏的前提下,进一步满足预充电电路20的小型化需求并降低预充电电路的生产成本。
以下将结合一些示例性的变流器预充电方法的实施例来介绍预充电电路20的工作原理。可以理解的是,这些示例性的变流器预充电方法的实施例只是用于清楚地展示本发明的构思,以便公众了解如何实施本发明的技术方案,而非用于限制本发明的保护范围。
请参考图3,图3示出了根据本发明的另一方面提供的变流器的预充电方法的流程示意图。
如图3所示,在本发明提供的上述变流器的预充电方法中,可以包括步骤:
301:根据稳压电容21的最大许可电流Imax确定预充电电流的脉冲宽度ton。
如上所述,在变流器刚启动时,稳压电容21两端的电压为0。此时,直接对稳压电容21上电将会产生非常大的冲击电流,容易导致稳压电容21的过流损坏。
在本发明的一些实施例中,可以利用串接于预充电电源DC与稳压电容21之间的功率开关管23,对流入稳压电容21的预充电电流进行脉冲宽度调制(Pulse WidthModulation,PWM),将流入稳压电容21的平均预充电电流调制到稳压电容21的额定电流以下,从而防止稳压电容21的过流损坏。该平均预充电电流是每秒流入稳压电容21的电量,可以根据以下公式来计算:
式中:I0为平均预充电电流;Ipulse为脉冲的预充电电流;ton为预充电电流的脉冲宽度;Ts为功率开关管23的开关周期。
在一些实施例中,在开关周期Ts确定的情况下,可以利用预充电电流的脉冲尖峰来表征平均预充电电流I0的大小。对应地,处理器可以根据稳压电容21的最大许可电流Imax来确定允许的预充电电流的最大尖峰,从而推导预充电电流的脉冲宽度ton。在一些实施例中,该最大许可电流Imax可以通过查阅电容器的参数说明来确定。在另一些实施例中,该最大许可电流Imax也可以根据电容器在实际应用中的发热情况来确定。
如图2所示,在一些实施例中,响应于功率开关管23的开通,预充电电源DC向由平波电感22及稳压电容21构成的单级LC电路供电。此时,平波电感22将首先吸收预充电电源DC提供的电能以将其转化为磁能,并遏制预充电电流的突然变化。然而,随着脉冲的持续,经平波电感22流入稳压电容21的预充电电流仍将快速增长,并以静电的形式储存于稳压电容21以提升其两端的电压。也就是说,流入稳压电容21的预充电电流正相关于功率开关管23的持续开通时间,即预充电电流的脉冲宽度ton。
在一些实施例中,为了防止流入稳压电容21的预充电电流大于稳压电容21的最大许可电流Imax,处理器可以根据以下公式来确定预充电电流的脉宽上限:
也就是说,处理器可以根据小于该脉宽上限的任意脉冲宽度ton来控制功率开关管23开通及关断,从而为稳压电容21进行预充电,并防止稳压电容21在预充电的过程中发生过流损坏。
在一些实施例中,针对需要在指定的充电时间内完成预充电过程的应用需求,处理器可以进一步根据以下公式来确定预充电电流的脉宽下限:
式中:Δuc1(ton)为预充电电源DC向平波电感22充电过程中稳压电容21两端电压的增长量;Δuc2(ton)为平波电感22向稳压电容21充电过程中稳压电容21两端电压的增长量;Δuc3(ton)为稳压电容21向并联的放电电阻25放电过程中稳压电容21两端电压的增长量;u为预充电电源DC的充电电压;ton为预充电电流的脉冲宽度;N为充电至期望电压所需要的开关周期数;Ts为功率开关管23的开关周期;tmax为最大充电时间,即指定的充电时间的上限。
如上所述,在一些实施例中,在功率开关管23的脉宽期间,平波电感22将吸收预充电电源DC提供的电能以将其转化为磁能。随着脉冲的持续,经平波电感22流入稳压电容21的预充电电流将快速增长,并以静电的形式储存于稳压电容21以提升其两端的电压,从而在稳压电容21两端产生第一阶段的电压增长量Δuc1(ton)。
如图2所示,在一些实施例中,预充电电路20还可以包括续流二极管26。该续流二极管可以设置于功率开关管23的后端,用于在功率开关管关断时为平波电感22提供电流通道。
在一些实施例中,响应于功率开关管23的关断,预充电电源DC提供的预充电电流被截止。此时,平波电感22可以将自身存储的磁能转化为预充电电流来继续为稳压电容21充电,从而在稳压电容21两端产生第二阶段的电压增长量Δuc2(ton)。平波电感22提供的预充电电流随时间而快速减弱,直至平波电感22上存储的磁能耗尽。
如图2所示,在一些实施例中,稳压电容21的两端可以并联一个放电电阻25。该放电大电阻25的取值可以为几十千欧,用于模拟开路状态的充电负载。
在一些实施例中,响应于稳压电容21两端的电压大于0,稳压电容21会对该放电大电阻25进行放电,从而在稳压电容21两端产生第三阶段的电压增长量Δuc3(ton)。该第三阶段的电压增长量Δuc3(ton)的取值为负。
在一些实施例中,当稳压电容21两端的电压大于预充电电源DC的充电电压u的97%时,变流器输入电流的平稳性较高且谐波较小,能够满足变流器负载24对工作电流的稳定性需求。因此,可以预设97%u为指示完成预充电过程的电压阈值。
在一些实施例中,处理器可以根据功率开关管23的开关周期Ts及指定的最大充电时间tmax,确定最大充电时间tmax内可以进行的开关周期数N。之后,处理器可以结合式(3)来确定预充电电流的脉宽下限。
在一些实施例中,处理器可以根据大于该脉宽下限的任意脉冲宽度ton来控制功率开关管23开通及关断,从而为稳压电容21进行预充电,并确保预充电电路20能够在指定的充电时间内完成预充电的过程。
在本发明的一些实施例中,在确定预充电电流的脉宽上限及脉宽下限之后,处理器可以计算脉宽上限及脉宽下限的平均值,并以该平均值为预充电电流的脉冲宽度ton,从而留出一定的误差裕量,以防止计算误差及预充电电路20的分布参数导致的稳压电容21过流及预充电过程超时的问题。
通过以上实施例的描述可见,本发明提供的上述预充电方法是一种以脉冲宽度ton为控制变量来调节预充电电流的方案。相比于传统的以输出电压为控制目标的斩波电路的控制方法,本发明能够更准确地控制预充电电流的大小以避免稳压电容21发生过流损坏的问题。
如图3所示,在本发明提供的上述变流器的预充电方法中,还可以包括步骤:
302:根据脉冲宽度ton控制功率开关管23开通及关断,以执行对稳压电容21的预充电。
在本发明的一些实施例中,预充电电路20与变流器负载24之间还可以进一步设有主电路27。该主电路27用于调节输入变流器负载24的工作电压,以及接通或断开变流器负载24。在一些实施例中,主电路27可以包括直流-直流(DC-DC)变压模块和/或直流-交流(DC-AC)变压模块,用于提供直流-直流变压和/或直流-交流变压的功能。
在一些实施例中,响应于变压器的启动,处理器可以首先利用主电路27断开变流器负载24,从而为稳压电容21进行预充电。此时,预充电电路20的充电负载为放电大电阻25,可以等效于开路状态,有利于提升预充电过程的充电效率。
在一些实施例中,预充电电源DC可以选用充电电压u为950V的直流电压源。功率开关管23的开关频率可以为1000Hz,即开关周期Ts为1ms。稳压电容21的电容值可以为210μF。平波电感22的电感值可以为1mH。
响应于开始预充电,处理器可以根据上述公式(2)计算预充电电流的脉宽上限,并以计算获得的脉宽上限50μs为预充电电流的脉冲宽度ton。之后,处理器可以控制功率开关管23按照恒定的50μs的脉冲宽度及1kHz的开关频率开通及关断,从而完成整个预充电的过程。
请结合参考图4A及图4B,图4A示出了根据本发明的一些实施例提供的预充电过程中预充电电流的变化示意图,图4B示出了根据本发明的一些实施例提供的预充电过程中稳压电容两端电压的变化示意图。
如图4A及图4B所示,在上述实施例中,稳压电容21两端的电压uc0会随预充电时间的增长而逐渐上升。同时,预充电电流I的尖峰将随稳压电容21两端电压uc0的上升而逐渐下降。也就是说,预充电电流I的尖峰不会超过稳压电容21的最大许可电流Imax,因此不会造成稳压电容21的过流损坏。
在一些实施例中,响应于稳压电容21两端的电压达到预充电电源DC的充电电压u的97%(即921.5V),处理器可以判断变流器输入电流的平稳性较高且谐波较小,能够满足变流器负载24对工作电流的稳定性需求,从而结束预充电的过程。此时,处理器可以控制功率开关管23持续导通来为变流器负载24提供输入通路,并控制主电路27接通变流器负载24。预充电电源DC可以作为变流器负载24的工作电源,向变流器负载24提供经过单级LC滤波电路滤波的稳定的工作电压。
本领域的技术人员可以理解,上述以恒定的脉冲宽度为稳压电容21进行预充电的方案只是本发明提供的一个实施例,主要用于清楚地展示本发明的构思,并提供一种便于公众实施的具体方案,而非用于限制本发明的保护范围。
在一些优选的实施例中,预充电电路20还可以包括并联于稳压电容21两端的电压传感器,用于感测稳压电容21两端的电压。
在一些实施例中,处理器可以利用该电压传感器实时监测稳压电容21两端的电压,并根据以下公式来确定预充电电流在本周期的脉冲宽度:
式中:C为稳压电容21的电容值;L为平波电感22的电感值;Imax为稳压电容21的最大许可电流;u为预充电电源DC提供的输入电压;uc0为电压传感器感测到的稳压电容21两端的实时电压;ton为预充电电流的脉冲宽度。
通过进一步引入稳压电容21两端的实时电压uc0作为计算参数,处理器可以进一步确定当前时刻的稳压电容21的最大许可电流Imax所对应的脉冲宽度ton。之后,处理器可以根据在各周期开始时计算获得的脉冲宽度ton,动态地调节功率开关管23在每一周期的开通时刻及关断时刻,从而执行稳压电容21的预充电过程。预充电电流的脉冲宽度ton将随稳压电容21两端的电压uc0的上升而逐渐增大。
请结合参考图5A及图5B,图5A示出了根据本发明的一些实施例提供的预充电过程中预充电电流的变化示意图,图5B示出了根据本发明的一些实施例提供的预充电过程中稳压电容两端电压的变化示意图。
如图5A及图5B所示,在上述实施例中,通过实时计算各周期中稳压电容21所许可的最大脉冲宽度ton,并根据计算获得的脉冲宽度ton动态调节功率开关管23在每一周期的开通时刻及关断时刻,预充电电流可以持续地维持在稳压电容21的最大许可电流Imax。通过采用这种变脉宽调制的方案,稳压电容21两端的电压只需要0.2s的预充电时间即可达到97%u。也就是说,该变脉宽调制的方案可以有效地缩短预充电过程的时间,从而进一步实现快速充电的效果。
尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作,但是应理解并领会,这些方法不受动作的次序所限,因为根据一个或多个实施例,一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。
根据本发明的另一方面,本文还提供了一种计算机可读存储介质。
本发明提供的上述计算机可读存储介质,其上存储有计算机指令。在一些实施例中,该计算机可读存储介质可以是预充电电路20的存储器。在一些实施例中,存储于计算机可读存储介质的计算机指令被处理器执行时,可以实施上述任意一个实施例所提供的变流器的预充电方法,从而限制流经稳压电容的充电电流并满足预充电电路的小型化需求。
本领域技术人员将可理解,信息、信号和数据可使用各种不同技术和技艺中的任何技术和技艺来表示。例如,以上描述通篇引述的数据、指令、命令、信息、信号、位(比特)、码元、和码片可由电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光学粒子、或其任何组合来表示。
本领域技术人员将进一步领会,结合本文中所公开的实施例来描述的各种解说性逻辑板块、模块、电路、和算法步骤可实现为电子硬件、计算机软件、或这两者的组合。为清楚地解说硬件与软件的这一可互换性,各种解说性组件、框、模块、电路、和步骤在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此类功能性是被实现为硬件还是软件取决于具体应用和施加于整体系统的设计约束。技术人员对于每种特定应用可用不同的方式来实现所描述的功能性,但这样的实现决策不应被解读成导致脱离了本发明的范围。
结合本文所公开的实施例描述的各种解说性逻辑模块、和电路可用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、或其设计成执行本文所描述功能的任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器,但在替换方案中,该处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合,例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心协作的一个或多个微处理器、或任何其他此类配置。
结合本文中公开的实施例描述的方法或算法的步骤可直接在硬件中、在由处理器执行的软件模块中、或在这两者的组合中体现。软件模块可驻留在RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM、或本领域中所知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质耦合到处理器以使得该处理器能从/向该存储介质读取和写入信息。在替换方案中,存储介质可以被整合到处理器。处理器和存储介质可驻留在ASIC中。ASIC可驻留在用户终端中。在替换方案中,处理器和存储介质可作为分立组件驻留在用户终端中。
在一个或多个示例性实施例中,所描述的功能可在硬件、软件、固件或其任何组合中实现。如果在软件中实现为计算机程序产品,则各功能可以作为一条或更多条指令或代码存储在计算机可读介质上或藉其进行传送。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者,其包括促成计算机程序从一地向另一地转移的任何介质。存储介质可以是能被计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定,这样的计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储设备、或能被用来携带或存储指令或数据结构形式的合意程序代码且能被计算机访问的任何其它介质。任何连接也被正当地称为计算机可读介质。例如,如果软件是使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(DSL)、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术从web网站、服务器、或其它远程源传送而来,则该同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术就被包括在介质的定义之中。如本文中所使用的盘(disk)和碟(disc)包括压缩碟(CD)、激光碟、光碟、数字多用碟(DVD)、软盘和蓝光碟,其中盘(disk)往往以磁的方式再现数据,而碟(disc)用激光以光学方式再现数据。上述的组合也应被包括在计算机可读介质的范围内。
提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的,且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此,本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计,而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。
Claims (18)
1.一种变流器的预充电电路,其特征在于,所述预充电电路连接于预充电电源与变流器负载之间,包括:
稳压电容,用于储存所述预充电电源提供的电能并为所述变流器负载提供稳定的工作电压;
平波电感,用于配合所述稳压电容对输入所述变流器负载的工作电压进行滤波;
功率开关管,串接于所述预充电电源与所述稳压电容之间,适于开通来为所述稳压电容提供预充电电流,并适于关断来截止所述预充电电流;以及
处理器,所述处理器配置为:
根据所述稳压电容的最大许可电流确定所述预充电电流的脉冲宽度;以及
根据所述脉冲宽度控制所述功率开关管开通及关断,以执行对所述稳压电容的预充电。
2.如权利要求1所述的预充电电路,其特征在于,所述处理器进一步配置为:
根据所述稳压电容的最大许可电流确定所述预充电电流的脉宽上限;
根据所述预充电的最大充电时间确定所述预充电电流的脉宽下限;以及
根据所述脉宽上限及所述脉宽下限确定所述预充电电流的脉冲宽度。
5.如权利要求2所述的预充电电路,其特征在于,所述处理器进一步配置为:
控制所述功率开关管以恒定的脉冲宽度开通及关断以执行所述预充电,所述恒定的脉冲宽度在所述脉宽上限及所述脉宽下限之间。
7.如权利要求1所述的预充电电路,其特征在于,还包括续流二极管,用于在所述功率开关管关断时为所述平波电感提供电流通道。
8.如权利要求1所述的预充电电路,其特征在于,所述处理器还配置为:
响应于执行所述预充电的操作而断开所述变流器负载以提供开路的充电负载。
9.如权利要求8所述的预充电电路,其特征在于,所述处理器还配置为:
响应于所述稳压电容两端的电压大于预设的电压阈值而持续导通所述功率开关管以提供输入通路,并接通所述变流器负载以提供稳定的工作电压。
10.一种变流器的预充电方法,其特征在于,包括:
根据稳压电容的最大许可电流确定预充电电流的脉冲宽度,所述稳压电容用于储存预充电电源提供的电能并为变流器负载提供稳定的工作电压;以及
根据所述脉冲宽度控制功率开关管开通及关断,以执行对所述稳压电容的预充电,所述功率开关管串接于所述预充电电源与所述稳压电容之间,适于开通来为所述稳压电容提供预充电电流,并适于关断来截止所述预充电电流。
11.如权利要求10所述的预充电方法,其特征在于,所述确定预充电电流的脉冲宽度的步骤包括:
根据所述稳压电容的最大许可电流确定所述预充电电流的脉宽上限;
根据所述预充电的最大充电时间确定所述预充电电流的脉宽下限;以及
根据所述脉宽上限及所述脉宽下限确定所述预充电电流的脉冲宽度。
14.如权利要求11所述的预充电方法,其特征在于,所述根据所述脉冲宽度控制功率开关管开通及关断的步骤包括:
控制所述功率开关管以恒定的脉冲宽度开通及关断,所述恒定的脉冲宽度在所述脉宽上限及所述脉宽下限之间。
16.如权利要求10所述的预充电方法,其特征在于,还包括:
响应于执行所述预充电的操作而断开所述变流器负载以提供开路的充电负载。
17.如权利要求16所述的预充电方法,其特征在于,还包括:
响应于所述稳压电容两端的电压大于预设的电压阈值而持续导通所述功率开关管以提供输入通路,并接通所述变流器负载以提供稳定的工作电压。
18.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机指令,其特征在于,所述计算机指令被处理器执行时,实施如权利要求10-17中任一项所述的预充电方法。
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