CN202872627U

CN202872627U - 一种抗冲击性电流调节器以及蓄电池电源

Info

Publication number: CN202872627U
Application number: CN 201220538695
Authority: CN
Inventors: 宋风才; 王宝珠; 常东来; 王海龙
Original assignee: Zkenergy Science & Technology Co Ltd
Current assignee: Zkenergy Science & Technology Co Ltd
Priority date: 2012-10-19
Filing date: 2012-10-19
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2022-10-19

Abstract

本实用新型涉及一种抗冲击性电流调节器以及蓄电池电源，在负载启动产生冲击电流时，通过降低输出电压和输出频率的方式，来限制冲击电流，使之不会超过安全范围，对电路中的功率器件造成损害。由于输出频率降低，负载中的电机运动速度也降低，负载输出功率下降，进而拉低了负载的冲击电流。由于对输出电压和输出频率的调整是通过具有数字处理功能的信号处理器通过调整用于驱动功率器件的占空比来是实现的，因而具有响应迅速、限制效果好、保护功率器件的特点。

Description

一种抗冲击性电流调节器以及蓄电池电源

技术领域

本实用新型涉及一种清洁能源供电系统，具体涉及一种抗冲击性电流调节器以及蓄电池电源。

背景技术

当前偏远山区或牧区的无电户使用控制逆变一体机发电来满足用电需要，如风力控制逆变一体机或光伏控制逆变一体机等。将控制逆变一体机发出的电能储存在蓄电池中，蓄电池输出的直流电经过逆变器转换成交流电后，向电器供电。当电器中冰箱和空调的压缩机、微波炉的电机等负载启动的一瞬间，由于电机定子和转子之间相对运动的速度几乎为0，即没有切割磁场的运动，就不会在电路中产生反电动势；当蓄电池的输出电压不变时，忽略线圈自感的作用，几乎所有的输出电压都加在了电路的电阻上，因此瞬间的冲击电流很大。

如图1所示，若蓄电池仍按照稳态电压1和稳态频率2输出，电路中的负载电流3将会形成达到额定负载电流的7～8倍的冲击电流，电路中的控制逆变一体机、蓄电池等功率元件都将受到影响，严重时会导致控制逆变一体机启动过流保护；蓄电池因冲击电流过大，影响电池电压低于额定值而导致控制逆变一体机启动低压保护。频繁启动的过流保护和低压保护最终导致整个供电系统的可用性降低。

现有技术中对冲击电流的限制方法主要包括：1、热敏电阻法，如发明专利申请-瞬态电流缓冲抑制器（公开号：CN101335451）就是通过在电路中串联热敏电阻，在负载开机瞬间如果有较大的冲击电流产生，热敏电阻能将冲击电流限制在额定范围之内；但是热敏电阻法的缺点在于，启动时热敏电阻需要一定时间才能到达工作状态电阻值，关闭时热敏电阻还需要一定冷却时间将阻值升高到常温态以备下一次启动，这样如果电机关闭后马上开启，热敏电阻还没有变冷这对冲击电流就失去了限制作用。

2、工频变压器法，在控制逆变一体机与用电器之间串联一个工频电压器，当电路中的压缩机、电机启动产生冲击电流时，工频变压器使输出电压下降，但输出频率保持不变。虽然相对于稳态电压的情况下的冲击电流有所减小，但是并未改变电机性负载的速度，因而冲击电流仍然比较大。

发明内容

本实用新型针对现有技术的不足，提出了一种能有效抑制因为负载启动和断电产生的冲击电流，保护电源以及功率器件的抗冲击性电流调节器，以及使用该抗冲击性电流调节器的蓄电池电源。

本实用新型的技术方案如下：

一种抗冲击性电流调节器，其特征在于：它包括信号处理器、信号采集模块和驱动电路，其中所述信号采集模块的输入端连接输出电路的输出端，所述信号采集模块的输出端连接所述信号处理器；所述信号处理器的信号输出端连接所述驱动电路；所述驱动电路的驱动信号输出端连接所述输出电路中的功率器件。

所述信号处理器为数字信号处理器或专用集成电路。

一种使用上述抗冲击性电流调节器的蓄电池电源，其特征在于：它还包括串联的蓄电池、升压逆变电路，所述升压逆变电路包括依次连接的升压全桥、高频变压桥、整流桥、逆变桥；所述抗冲击性电流调节器的驱动电路的驱动信号输出端连接所述升压全桥和逆变桥中的功率器件，所述抗冲击性电流调节器的信号采集模块的输入端连接所述升压逆变电路输入端和输出端。

所述功率器件包括CMOS管和/或IGBT管。

本实用新型的技术效果如下：

本实用新型的抗冲击性电流调节方法在负载启动产生冲击电流时，通过降低升压逆变电路的输出电压和输出频率的方式，来限制冲击电流，使之不会超过安全范围以保护电路中的功率器件。由于输出频率降低，负载中的电机运动速度也降低，负载输出功率下降，进而拉低了负载的冲击电流。由于对输出电压和输出频率的调整是通过具有数字处理功能的信号处理器通过调整用于驱动功率器件的占空比来是实现的，因而具有响应迅速、限制效果好、保护功率器件的特点。

本实用新型的抗冲击性电流调节器由于采用上述方法设置，相比于现有的热敏电阻法，具有可对启动时间间隔短、反复启动的负载产生的冲击电流进行有效限制的优点。相比于现有的工频变压器法，由于缺省了体积巨大的变压器设备，使整个调节器的体积明显压缩，且响应速度更加迅速。

附图说明

图1是产生冲击性电流时的输出电压、输出频率和负载电流的状态示意图

图2是本实用新型的系统结构示意图

图3是经过本实用新型的装置调整后的产生冲击性电流时的输出电压、输出频率和负载电流的状态示意图

图4是冰箱正常工作时的输出电压和负载电流波形

图5是冰箱启动时不改变给定电压U_ref和给定频率f_ref，输出电压和负载电流波形

图6是冰箱启动时改变给定电压U_ref和给定频率f_ref，输出电压和负载电流波形

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行说明。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，本实用新型的抗冲击性电流调节器4包括信号处理器5、信号采集模块6和驱动电路7，信号处理器5的输入连接信号采集模块6的输出，输出分别连接一驱动电路7的输入和另一驱动电路7的输入；其中信号处理器5中包括比较器51和电压调制模块52，信号处理器5可以是数字信号处理(DSP)或专用集成电路（ASIC）等。蓄电池电源包括抗冲击性电流调节器4、蓄电池8、升压逆变电路、负载端口10，蓄电池8、升压逆变电路、负载端口10依次连接；升压逆变电路中包括依次连接的升压全桥91、高频变压桥92、整流桥93、逆变桥94和滤波电路95。一驱动电路7的输出驱动升压全桥91中的功率器件，另一驱动电路7的输出驱动逆变桥94中的功率器件，功率器件包括CMOS管、IGBT管等。信号采集模块6分别采集蓄电池8输出端的电压和电流信号、整流桥93和逆变桥94之间的母线电压和电流信号、滤波电路95输出端的电压和电流信号。

信号采集模块6将采集到的电压和电流信号输入信号处理器5的比较器51进行判断，一方面判断滤波电路95处是否遇到冲击电流，通过调节输出频率的方式限制负载启动时产生的冲击电流；另一方面判断蓄电池8的输出电压是否达到蓄电池8的额定输出电压、整流桥93与逆变桥94之间的直流母线电流是否达到额定直流电流、滤波电路95输出的输出电压是否达到整个蓄电池电源的额定输出电压，通过反馈控制的方式保证蓄电池电源的正常运行。

当信号采集模块6在滤波电路95处采集的输出电压U_out低于负载运行的最小电压U_min，或负载电流I_rlc为冲击电流时。电压调制模块52根据比较器51的判断结果，设定相应的给定电压U_ref，再根据当前给定电压U_ref计算当前给定频率f_ref，f_ref=kU_ref+b，其中k、b为常数。电压调制模块52调节指令信号中的占空比使之与当前给定电压U_ref对应，驱动电路7根据占空比驱动升压全桥91和逆变桥94的功率器件，实现对升压逆变电路的输出电压U_out和输出频率f_out的调整，f_out=k*U_out+b，其中k、b为常数。使输出电压U_out和输出频率f_out随着电压调制模块52的给定电压U_ref和给定频率f_ref变化而变化，最终达到输出电压U_out=给定电压U_ref，输出频率f_out=给定频率f_ref。

由上可知，当负载刚刚启动，电机定子和转子之间相对运动的速度几乎为0时，滤波电路95处遇到冲击电流时，通过给定电压U_ref和给定频率f_ref来降低输出电压U_out和输出频率f_out。当输出电压U_out降低后，冲击电流也随之降低，慢慢地电机定子和转子之间具有相对运动；当输出频率f_out降低后，电机定子和转子之间的相对运动由急速上升变为缓慢上升，电机的输出功率P降低，由P=I_rlc ²R可知负载电流I_rlc随即减小，从而达到限制冲击电流的目的。

基于上述原理，电压调制模块52的调制方法包括：

1）信号采集模块6检测某一时刻滤波电路95输出端的负载电流I_rlc，并将该检测信号输入比较器51中进行判断；

2）当负载电流I_rlc达到或超过一定阈值时，比较器51将该负载电流I_rlc判定为冲击电流，电压调制模块52根据冲击电流的大小逐步或一次性降低给定电压U_ref，同时根据给定电压U_ref计算给定频率f_ref，来调节升压逆变电路的输出电压U_out和输出频率f_out；如图3所示，当输出电压U_out和输出频率f_out均降低时，负载电流I_rlc随之降低；

3）如果电压调制模块52中的给定电压U_ref低于负载允许的最小电压U_min，则给定电压U_ref保持为最小电压U_min，以保证负载能够正常启动，同时根据当前的给定电压U_ref计算给定频率f_ref，此时输出电压U_out=最小电压U_min、输出频率f_out=f_min；

4）如果负载的冲击电流消退，即负载电流I_rlc回到正常的工作电流时，电压调制模块52中的给定电压U_ref上升，同时根据当前的给定电压U_ref计算给定频率f_ref；

5）当给定电压U_ref上升到负载的额定电压U_rv，给定电压U_ref保持为额定电压U_rv，同时根据当前的给定电压U_ref计算给定频率f_ref。

下面是上述抗冲击性电流调节方法及装置用于无电户供电系统时，本实用新型相对于现有技术的显著效果，电路参数见表1。

表1

序号	电路名称	器件名称	规格型号
				1	5	信号处理器	数字信号处理器（DSP）
2	6	信号采集模块	以运算放大器为主的信号采集模块
				3	7	驱动电路	以隔离器件为主的驱动电路
4	8	蓄电池	24V/200Ah
				5	91	升压桥	功率器件为MOS管
6	92	高频变压器	通用高频变压器
				7	93	整流桥	功率器件为快恢复二极管
8	94	逆变桥	功率器件为IGBT
				9	95	滤波电路	电感和电容的组合
10	10	负载端口	带动型号为BC-50EN的冰箱负载

如图4所示，当冰箱正常工作时，黄色曲线表示升压逆变电路交流输出电压U_out，绿色曲线表示升压逆变电路交流负载电流I_rlc。冰箱的正常工作电压保证在227V，正常工作电流保证在0.584A。

如图5所示，当冰箱启动瞬间在电路中产生冲击电流，在不改变给定电压U_ref和给定频率f_ref的情况下，黄色曲线表示升压逆变电路交流输出电压U_out，绿色曲线表示升压逆变电路交流负载电流I_rlc。冰箱的启动电压保证在219V，启动瞬间产生的冲击电流为8.4A，是正常工作电流的14.3倍。

如图6所示，当冰箱启动瞬间在电路中产生冲击电流，经过本实用新型的方法和装置调整后，在改变给定电压U_ref和给定频率f_ref的情况下，黄色曲线表示升压逆变电路交流输出电压U_out，绿色曲线表示升压逆变电路交流负载电流I_rlc。由图可知，输出电压U_out降低到179V，输出频率f_out降到47.48Hz。在冰箱启动瞬间冲击电流为6.68A，相当于在不改变给定电压U_ref和给定频率f_ref时冲击电流的80%，因此有效地限制了冰箱启动瞬间产生的冲击电流。

应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本实用新型创造，但不以任何方式限制本实用新型创造。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本实用新型创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本实用新型创造进行修改或者等同替换，总之，一切不脱离本实用新型创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本实用新型创造专利的保护范围当中。

Claims

1.一种抗冲击性电流调节器，其特征在于：它包括信号处理器、信号采集模块和驱动电路，其中所述信号采集模块的输入端连接输出电路的输出端，所述信号采集模块的输出端连接所述信号处理器；所述信号处理器的信号输出端连接所述驱动电路；所述驱动电路的驱动信号输出端连接所述输出电路中的功率器件。

2.如权利要求1所述的一种抗冲击性电流调节器，其特征在于：所述信号处理器为数字信号处理器或专用集成电路。

3.一种使用如权利要求1或2所述的抗冲击性电流调节器的蓄电池电源，其特征在于：它还包括串联的蓄电池、升压逆变电路，所述升压逆变电路包括依次连接的升压全桥、高频变压桥、整流桥、逆变桥；所述抗冲击性电流调节器的驱动电路的驱动信号输出端连接所述升压全桥和逆变桥中的功率器件，所述抗冲击性电流调节器的信号采集模块的输入端连接所述升压逆变电路输入端和输出端。

4.如权利要求3所述的一种蓄电池电源，其特征在于：所述功率器件包括CMOS管和/或IGBT管。