CN116961474A - 操作导通组件的方法、装置、启动装置和计算机可读介质 - Google Patents

Abstract

本公开的实施例涉及一种操作导通组件的方法、装置、启动装置和计算机可读介质。该导通组件耦接在交流电源与感性负载之间，并且包括反向串联的第一开关器件和第二开关器件，第一开关器件包括与第一开关器件反向并联的第一体二极管，第二开关器件包括与第二开关器件反向并联的第二体二极管。该方法包括：在第一周期，以第一导通角导通导通组件，在第二周期，以第二导通角导通导通组件，第二导通角大于第一导通角，其中，在第一周期和第二周期，基于流过导通组件的电流，确定导通方向与电流方向相同的第一体二极管或第二体二极管所反向并联的第一开关器件或第二开关器件的关断时机。在此提出的方法可以减小软启动电路的功率损耗。

Description

操作导通组件的方法、装置、启动装置和计算机可读介质

技术领域

本发明的实施例总体上涉及一种操作导通组件的方法、装置、启动装置和计算机可读介质，更具体地，涉及操作软启动电路的方法、装置、启动装置和计算机可读介质。

背景技术

现有的软启动方式多采用在多个周期逐步增大导通器件的导通角的方式。但是，现有的软启动方式在启动过程中造成的功率损耗较大，同时会减少元器件的使用寿命。

发明内容

本公开的实施例提供了一种操作导通组件的方法、装置、启动装置和计算机可读介质，其能够减小启动过程中产生的损耗，从而至少部分地解决现有技术中存在的上述以及其他潜在问题。

本公开的第一个方面涉及一种操作导通组件的方法。该导通组件耦接在交流电源与感性负载之间，并且包括反向串联的第一开关器件和第二开关器件，第一开关器件包括与第一开关器件反向并联的第一体二极管，第二开关器件包括与第二开关器件反向并联的第二体二极管。该方法包括：在第一周期，以第一导通角导通导通组件，在第二周期，以第二导通角导通导通组件，第二导通角大于第一导通角，其中，在第一周期和第二周期，基于流过导通组件的电流，确定导通方向与电流方向相同的第一体二极管或第二体二极管所反向并联的第一开关器件或第二开关器件的关断时机。

通过上述实施例，使得该第一开关器件和第二开关器件在启动过程中至少部分地处于同时导通的状态，从而相较于现有的软启动方式减少了功率损耗。

根据一个实施例，基于电流确定关断时机包括：检测电流的大小；以及响应于电流小于阈值，向导通方向与电流方向相同的第一体二极管或第二体二极管所反向并联的第一开关器件或第二开关器件提供关断信号。通过上述实施例，能够减小体二极管中流过的电流大小，从而减小体二极管的功率损耗。

根据一个实施例，该方法还包括在至少一个第三周期以至少一个第三导通角导通导通组件，其中第一周期、第二周期和第三周期中的在后周期中所使用的导通角大于在前周期中所使用的导通角。通过上述实施例，能够实现软启动。

根据一个实施例，该方法还包括响应于电流等于零而向第一开关器件或第二开关器件提供关断信号。通过上述实施例，能够实现导通组件的自然过零关断，增加了导通组件的使用寿命。

根据一个实施例，该方法还包括基于感性负载的电压升压斜率和预设升压曲线来确定每个周期导通角的增加量。通过上述实施例，能够以预定的速率实现软启动。

根据一个实施例，阈值基于电流检测的精度而被确定。通过上述实施例，可以尽可能大地减少导通组件的功率损耗。

根据一个实施例，关断时机包括导通组件的电压过零点。通过上述实施例，只需要检测导通组件两端的电压即可实现软启动。

本公开的第二个方面涉及一种用于操作导通组件的装置。该导通组件耦接在交流电源与感性负载之间的导通组件，并且包括反向串联的第一开关器件和第二开关器件，第一开关器件包括与第一开关器件反向并联的第一体二极管，第二开关器件包括与第二开关器件反向并联的第二体二极管。该装置包括：电流采样装置，用于采样导通组件中的电流；以及控制器，与电流采样装置通信地连接并且被配置为执行根据前述实施例中任一项所述的方法。

本公开的第三个方面涉及一种启动装置，包括根据前述实施例所述的装置。

本公开的第四个方面涉及一种计算机可读介质，其上存储有计算机可执行指令，可执行指令在处理器上被运行时，执行根据前述实施例中任一项所述的方法。

附图说明

通过参照附图的以下详细描述，本公开实施例的上述和其他目的、特征和优点将变得更容易理解。在附图中，将以示例以及非限制性的方式对本公开的多个实施例进行说明，其中：

图1示出了现有技术中软启动电路中开关器件导通波形的示意图；

图2示出了现有技术中基于晶闸管和继电器的软启动电路的示意图；

图3示出了现有技术中基于反向串联晶体管的软启动电路的示意图；

图4-6示出了图3中所示的软启动电路的操作过程的示意图；

图7示出了根据本公开的实施例的操作导通组件的方法的流程图；

图8示出了根据本公开的实施例的操作导通组件的方法中的确定关断时机的流程图；

图9示出了根据本公开的实施例的方法操作导通组件时电流波形的示意图；

图10-12示出了根据本公开的实施例的方法操作导通组件的示意图；以及

图13示出了可以用来实施本公开的实施例的示例设备的框图。

具体实施方式

现在将参照附图中所示的各种示例性实施例对本公开的原理进行说明。应当理解，这些实施例的描述仅仅为了使得本领域的技术人员能够更好地理解并进一步实现本公开，而并不意在以任何方式限制本公开的范围。应当注意的是，在可行情况下可以在图中使用类似或相同的附图标记，并且类似或相同的附图标记可以表示类似或相同的功能。本领域的技术人员将容易地认识到，从下面的描述中，本文中所说明的结构和方法的替代实施例可以被采用而不脱离通过本文描述的本发明的原理。

下面将结合图1-6详细说明现有技术中软启动电路的结构和现有的软启动方法的缺点。首先参考图1，图1示出了现有技术中软启动电路中开关器件导通波形的示意图。

如图1所示，对于感性负载，现有技术中通常是通过软启动的每个周期逐渐增大导通器件的导通角来实现软启动，导通角是指软启动的每个周期内导通器件的导通时间。通过这种方式，感性负载中的电流变化较小，使得施加在导通器件两端的电压从低到高逐渐增大，不会损坏导通器件。

图2示出了现有技术中基于晶闸管和继电器的软启动电路的示意图。如图2所示，感性负载(例如三相电机)的这种软启动电路的每个支路包括并联的晶闸管和继电器，晶闸管的导通角在每半个交流周期逐渐增大导通角，最终当导通角到达最大时闭合继电器，完成软启动。由于晶闸管本身的特性，其导通时损耗较大，使得这种软启动电路的损耗整体较大。

图3示出了现有技术中基于反向串联晶体管的软启动电路的示意图。如图3所示，感性负载(例如三相电机)的这种软启动电路的每个支路包括导通组件M1-M3，每个导通组件包括反向串联的晶体管。由于晶体管导通时的损耗低于晶闸管，使得图3中所示的软启动电路的整体损耗要小于图2中所示的软启动电路。下面结合图4-6说明图3中所示的软启动电路的工作过程，以A相和B相为例。

图4-6示出了图2中所示的软启动电路的操作过程的示意图。如图4所示，软启动电路的A相支路包络导通组件M1，其包括反向串联的晶体管S1和S2，B相支路包括导通组件M2，其包括反向串联的晶体管S3和S4。每个晶体管包括反向并联的体二极管。在软启动的第一周期，假设A相电压高于B相电压，软启动控制器控制S1和S4导通，关断S2和S3。此时，电流从A相电源经过S1、S2的体二极管、S4、S3的体二极管到达B相电源。

如图5所示，当第一周期M1和M2的导通角到达之后，软启动控制器断开S1-S4。由于体二极管两端的导通压降为约0.7V，第一周期内软启动电路的损耗约为2*0.7V*第一周期的导通角内流过体二极管的电流。

如图6所示，在软启动的第二周期，此时A相电压低于B相电压，软启动控制器控制S2和S3导通，关断S1和S4。此时，电流从B相电源经过S3、S4的体二极管、S2、S1的体二极管到达A相电源。

当第二周期M1和M2的导通角到达之后，软启动控制器断开S1-S4。由于体二极管两端的导通压降为约0.7V，第二周期内软启动电路的损耗约为2*0.7V*第二周期的导通角内流过体二极管的电流。

重复上述步骤，直到M1和M2的导通角达到最大，软启动结束。

上述控制方式无需检测M1和M2两端的电压和其中流过的电流，只需要根据导通角来控制M1和M2的通断，控制方式简单。

但是，由于体二极管两端存在压降，上述控制方式会导致M1和M2在软启动过程中产生较大的损耗，影响器件的寿命。

下面将结合图7-12详细说明根据本公开的示例实施例的备用电源延时控制电路。首先参考图7，图7示出了根据本公开的实施例的操作导通组件的方法的流程图，该导通组件耦接在交流电源与感性负载之间，并且包括反向串联的第一开关器件和第二开关器件，第一开关器件包括与第一开关器件反向并联的第一体二极管，第二开关器件包括与第二开关器件反向并联的第二体二极管。

如图7所示，操作导通组件的方法包括：在105处，在第一周期，以第一导通角导通导通组件。在110处，在第二周期，以第二导通角导通导通组件，第二导通角大于第一导通角。在115处，其中，在第一周期和第二周期，基于流过导通组件的电流，确定导通方向与电流方向相同的第一体二极管或第二体二极管所反向并联的第一开关器件或第二开关器件的关断时机。

通过上述实施例，在软启动的过程中有部分时段导通组件内的开关器件均为导通状态。由于开关器件(例如MOSFET)的导通压降远小于体二极管两端的压降，因此，与图3中所示的软启动电路的控制方式相比，根据本实施例的方法可以降低软启动电路的损耗，延长导通组件的使用寿命。

在某些实施例中，该方法还包括在至少一个第三周期以至少一个第三导通角导通导通组件，其中第一周期、第二周期和第三周期中的在后周期中所使用的导通角大于在前周期中所使用的导通角。在其他实施例中，还可以包括其他多个周期，每个在后周期的导通角都大于在前周期的导通角，这可以根据具体的设计要求和成本来确定。

在某些实施例中，该方法还包括响应于电流等于零而向第一开关器件或第二开关器件提供关断信号。以这种方式，可以实现导通组件的零电流关断。在其他实施例中，也可以通过其他方式关断导通组件，这可以根据具体的实际要求和成本来确定。

在某些实施例中，该方法还包括基于感性负载的电压升压斜率和预设升压曲线来确定每个周期导通角的增加量。在其他实施例中，还有通过其他方式来调节导通角，这可以根据具体的设计要求和成本来确定。

图8示出了根据本公开的实施例的操作导通组件的方法中的确定关断时机的流程图。如图8所示，基于电流确定关断时机包括：在205处，检测电流的大小。在210处，响应于电流小于阈值，向导通方向与电流方向相同的第一体二极管或第二体二极管所反向并联的第一开关器件或第二开关器件提供关断信号。

图9示出了根据本公开的实施例的方法操作导通组件时电流波形的示意图。如图9所示，当在t₁时刻检测到导通组件中的电流已经小于阈值I_th时，控制器发出关断信号。

为了尽可能地减小损耗，期望I_th越接近零越好。在某些实施例中，I_th＝0。即，当导通组件中的电流在t₂时刻到达零，控制器发出关断信号。

然而，在实际的电流检测过程中，电流传感器的检测精度会影响阈值I_th的选择。例如，如果电流传感器的检测精度为0.1A，则当导通组件中流过的电流是0.1A和0A时，电流传感器的输出可能是一样的。因此，在某些实施例中，阈值基于电流检测的精度而被确定。在其他实施例中，阈值也可以根据其他方式选择，这可以根据具体的设计要求和成本来确定。

在某些实施例中，关断时机包括导通组件的电压过零点。这是因为，在感性负载中，电压会超前电流一定角度。当该角度较小时，当电压到达零时，电流也接近零。此时关断导通组件也可以取得与上述通过检测电流小于阈值来关断导通组件的方案类似的效果，并且可以节省电流传感器。

下面结合图10-12来说明根据本实施例的方法控制导通组件的具体过程。首先参见图10，图10中示出的导通组件适用于单相感性负载，也可以作为三相感性负载的单相支路，其控制方式是相同的。该导通组件包括反向串联的两个MOSFET S1和S2，其中S1反向并联一体二极管D1，S2反向并联一体二极管D2。

如图10所示，在第一周期，以第一导通角导通导通组件。在导通角起始处，控制器控制S1和S2均导通，电流通过S1和S2流到感性负载。

如图11所示，在电流减小的过程中，当控制器检测到电流小于阈值时，控制器控制S2断开，此时电流通过S1和D2流到负载。

如图12所示，当控制器检测到电流为0时，控制器控制S1断开。此时，由于S2已被关断，同时D2会阻断反向电流，因此不会有反向电流流过S1，从而自然地实现了导通组件的零电流关断。

当电流相反时，操作过程也类似，在此不再赘述。

通过上述操作过程可知，在软启动的过程中，只有部分电流较小的时刻电流会通过MOSFET的体二极管，其余时间电流都是流过MOSFET本体的。因此，导通组件在整个软启动过程中的损耗被大大降低。

在本公开的另一个方面，还公开了一种用于操作导通组件的装置，导通组件耦接在交流电源与感性负载之间的导通组件，并且包括反向串联的第一开关器件和第二开关器件，第一开关器件包括与第一开关器件反向并联的第一体二极管，第二开关器件包括与第二开关器件反向并联的第二体二极管，装置包括：电流采样装置，用于采样导通组件中的电流；以及控制器，与电流采样装置通信地连接并且被配置为执行根据前述实施例中任一项的方法。

在本公开的另一个方面，还公开了一种启动装置，包括根据前述实施例的装置。

在本公开的另一个方面，还公开了一种计算机可读介质，其上存储有计算机可执行指令，可执行指令在处理器上被运行时，执行根据前述实施例是的方法。

图13示出了可以用来实施本公开的实施例的示例设备1300的示意性框图。设备1300可以用于实现图7-8的方法100和200。设备1300可以被实现为以上描述的用于操作导通组件的装置。

如图所示，设备1300包括中央处理单元(CPU控制器)1301，其可以根据存储在只读存储器(ROM)1302中的计算机程序指令或者从存储单元1308加载到随机访问存储器(RAM)1303中的计算机程序指令，来执行各种适当的动作和处理。控制器1301例如可以是以上描述的用于操作导通组件的装置。在RAM 1303中，还可存储设备1300操作所需的各种程序和数据。CPU 1301、ROM 1302以及RAM 1303通过总线1304彼此相连。输入/输出(I/O)接口1305也连接至总线1304。

设备1300中的多个部件连接至I/O接口1305，包括：输入单元1306，例如键盘、鼠标等；输出单元1307，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元1308，例如磁盘、光盘等；以及通信单元1309，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元1309允许设备1300通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。

处理单元1301执行上文所描述的各个方法和处理，例如方法100和200。例如，在某些实施例中，方法100和200可被实现为计算机软件程序或计算机程序产品，其被有形地包含于计算机可读介质，诸如非瞬态计算机可读介质(例如存储单元1308)。在某些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM 1302和/或通信单元1309而被载入和/或安装到设备1300上。当计算机程序加载到RAM 1303并由CPU 1301执行时，可以执行上文描述的方法100和200的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，CPU 1301可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行方法100和200。

本领域的技术人员应当理解，上述本公开的方法的各个步骤可以通过通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本公开不限制于任何特定的硬件和软件结合。例如，本公开的某些实施例还包括各个程序模块和/或集成电路模块，用于执行方法100和200的一个或多个步骤和/或本公开的其他实施例中描述的一个或多个其他步骤。这些程序模块可以被包括或被体现在一个设备中，诸如图13的设备1300中。

应当理解，尽管在上文的详细描述中提及了设备的若干装置或子装置，但是这种划分仅仅是示例性而非强制性的。实际上，根据本公开的实施例，上文描述的两个或更多装置的特征和功能可以在一个装置中具体化。反之，上文描述的一个装置的特征和功能可以进一步划分为由多个装置来具体化。

以上仅为本公开的可选实施例，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等效替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种操作导通组件的方法，所述导通组件耦接在交流电源与感性负载之间，并且包括反向串联的第一开关器件和第二开关器件，所述第一开关器件包括与所述第一开关器件反向并联的第一体二极管，所述第二开关器件包括与所述第二开关器件反向并联的第二体二极管，所述方法包括：

在第一周期，以第一导通角导通所述导通组件，

在第二周期，以第二导通角导通所述导通组件，所述第二导通角大于所述第一导通角，

其中，在所述第一周期和所述第二周期，基于流过所述导通组件的电流，确定导通方向与所述电流方向相同的所述第一体二极管或所述第二体二极管所反向并联的所述第一开关器件或所述第二开关器件的关断时机。

2.根据权利要求1所述的方法，其中基于所述电流确定所述关断时机包括：

检测所述电流的大小；以及

响应于所述电流小于阈值，向导通方向与所述电流方向相同的所述第一体二极管或所述第二体二极管所反向并联的所述第一开关器件或所述第二开关器件提供关断信号。

3.根据权利要求1所述的方法，还包括在至少一个第三周期以至少一个第三导通角导通所述导通组件，其中所述第一周期、所述第二周期和所述第三周期中的在后周期中所使用的导通角大于在前周期中所使用的导通角。

4.根据权利要求1所述的方法，还包括响应于所述电流等于零而向所述第一开关器件或所述第二开关器件提供关断信号。

5.根据权利要求1所述的方法，还包括基于所述感性负载的电压升压斜率和预设升压曲线来确定每个周期所述导通角的增加量。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述阈值基于电流检测的精度而被确定。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述关断时机包括所述导通组件的电压过零点。

8.一种用于操作导通组件的装置，所述导通组件耦接在交流电源与感性负载之间的导通组件，并且包括反向串联的第一开关器件和第二开关器件，所述第一开关器件包括与所述第一开关器件反向并联的第一体二极管，所述第二开关器件包括与所述第二开关器件反向并联的第二体二极管，所述装置包括：

电流采样装置，用于采样所述导通组件中的电流；以及

控制器，与所述电流采样装置通信地连接并且被配置为执行根据权利要求1-7中任一项所述的方法。

9.一种启动装置，包括根据权利要求8所述的装置。

10.一种计算机可读介质，其上存储有计算机可执行指令，所述可执行指令在处理器上被运行时，执行根据权利要求1-7中任一项所述的方法。