预充电继电器失效的检测方法及检测电路与流程

1.本发明属于故障检测的技术领域，涉及一种继电器失效的检测方法，特别是涉及一种预充电继电器失效的检测方法及检测电路。


背景技术：

2.近年来，在交流变直流、直流再变交流的变频器领域，大都先将单相或三相的交流输入电压，经桥式整流、电容滤波以及电感续流后，形成稳定的电压，并储存于电解电容中。电解电容相当于一个直流电压源，提供稳定的直流电压供后级的逆变器使用。
3.由于刚上电时，电解电容两端电压与桥式整流的端电压相差过大，直接连接会导致回路电流过大，一般会在回路中串联一个预充电电阻。当电压稳定后，再通过继电器将预充电电阻旁路。当逆变器有输出负载时，串联在电解电容旁的预充电电阻，在一些异常情况下会因急剧发热进而引起火灾，同时也会导致直流电压回路振荡，振荡的电压有击穿逆变模块的风险，危害极大。因此，检测上电继电器吸合状态十分有必要且重要。
4.现有技术中的检测上电继电器的方法是通过检测预充电电阻两端的电压来确认继电器吸合与否，可靠性良好，由此需要额外新增硬件电路，增加了成本。
5.因此，如何提供一种预充电继电器失效的检测方法及检测电路，以解决现有技术无法利用现有硬件电路实现预充电继电器的失效检测等缺陷，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

6.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种预充电继电器失效的检测方法及检测电路，用于解决现有技术无法利用现有硬件电路实现预充电继电器的失效检测的问题。
7.为实现上述目的及其他相关目的，本发明一方面提供一种预充电继电器失效的检测方法，所述预充电继电器失效的检测方法包括：获取预充电完成标志；基于所述预充电完成标志，对整流输出的母线电压进行采样，生成采样电压；分析所述采样电压随时间的变化情况，生成采样分析结果；响应于所述采样分析结果为所述采样电压发生突变，判定预充电继电器失效；所述预充电继电器用于将预充电电阻进行旁路，所述预充电电阻用于限制储能电解电容的预充电电流。
8.于本发明的一实施例中，所述获取预充电完成标志的步骤包括：响应于所述储能电解电容完成预充电，控制所述预充电继电器吸合，置位所述预充电完成标志；获取置位的预充电完成标志。
9.于本发明的一实施例中，所述分析所述采样电压随时间的变化情况，生成采样分析结果的步骤，包括：将一段时间内的各个采样电压进行大小排序；将排序由前往后第f个采样电压和排序由后往前第f个采样电压作差；根据所述差值生成所述采样分析结果。
10.于本发明的一实施例中，f为滤波系数，用于将排序由前往后第f个以前的采样电
压和排序由后往前第f个以后的采样电压滤除，排除采样过程中的噪声影响。
11.于本发明的一实施例中，所述根据所述差值生成所述采样分析结果的步骤，包括：响应于所述差值大于预设压差阈值，将第一计数值加1；比较预设数量的差值后进行一次故障判定，将第二计数值加1；每进行一次上述比较，将第二计数值加1；当所述第二计数值达到累计要求后，比较第一计数值与预设计数阈值，再将所述第一计数值、所述第二计数值清0；若所述第一计数值小于所述预设计数阈值，则判定所述预充电继电器正常；若所述第一计数值大于所述预设计数阈值，则判定所述预充电继电器失效。
12.于本发明的一实施例中，所述预设压差阈值为判定故障时的固定电压门槛值或保留一定余量的电压门槛函数。
13.于本发明的一实施例中，所述预设数量用于设置举手表决机制，表示不同的时间段重复进行差值判断的次数。
14.于本发明的一实施例中，所述母线电压用于逆变时产生三相六路pwm输出；在判定预充电继电器失效的步骤之后，所述预充电继电器失效的检测方法还包括：响应于预充电继电器失效，关闭三相六路pwm输出。
15.为实现上述目的及其他相关目的，本发明另一方面提供一种预充电继电器失效的检测电路，所述预充电继电器失效的检测电路包括：整流模块，用于对交流输入电压进行整流；上电模块，与所述整流模块连接，用于将整流输出的母线电压给储能电解电容充电，得到稳定的直流电压；电压采样模块，与所述上电模块连接，用于采集所述母线电压；逆变模块，分别与所述上电模块和所述电压采样模块连接，用于对所述稳定的直流电压进行逆变；控制模块，分别与所述上电模块、所述电压采样模块和所述逆变模块连接，用于获取预充电完成标志；基于所述预充电完成标志，对母线电压进行采样，生成采样电压；分析所述采样电压随时间的变化情况，生成采样分析结果；响应于所述采样分析结果为所述采样电压发生突变，判定预充电继电器失效；所述预充电继电器用于将预充电电阻进行旁路，所述预充电电阻用于限制储能电解电容的预充电电流。
16.于本发明的一实施例中，所述整流模块包括桥式整流器件、电感和滤波电容；所述上电模块包括预充电电阻、预充电继电器和储能电解电容；所述电压采样模块包括采样电阻和采样保持电容；所述逆变模块包括三相六路pwm输出单元。
17.如上所述，本发明所述的预充电继电器失效的检测方法及检测电路，具有以下有益效果：
18.本发明无需额外增设硬件电路，在现有的变频器硬件电路上，利用母线电压随时间的变化实现了继电器的失效检测，提供了一种简单、经济的检测出继电器失效状态的方法，此外，通过及时检测出预充电继电器的失效状态，可以保护电路器件，增强系统可靠性。避免了串联在电解电容旁的预充电电阻，在一些异常情况下会因急剧发热进而引起火灾，同时导致直流电压回路振荡以及振荡的电压有击穿逆变模块的风险。
附图说明
19.图1显示为本发明的预充电继电器失效的检测方法于一实施例中的原理流程图。
20.图2显示为本发明的预充电继电器失效的检测方法于一实施例中的采样分析流程图。
21.图3显示为本发明的预充电继电器失效的检测方法于一实施例中的差值分析流程图。
22.图4显示为本发明的预充电继电器失效的检测电路于一实施例中的结构原理图。
23.图5显示为本发明的预充电继电器失效的检测电路于一实施例中的电路结构图。
24.元件标号说明
[0025]4ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
预充电继电器失效的检测电路
[0026]
41
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整流模块
[0027]
42
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上电模块
[0028]
43
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电压采样模块
[0029]
44
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逆变模块
[0030]
45
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
控制模块
[0031]
s11～s14
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步骤
[0032]
s131～s133
ꢀꢀꢀꢀꢀ
步骤
[0033]
s133a～s133c
ꢀꢀꢀ
步骤
具体实施方式
[0034]
以下通过特定的具体实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露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0035]
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0036]
本发明所述的预充电继电器失效的检测方法及检测电路可以利用母线电压随时间的变化检测预充电继电器的失效状态。
[0037]
以下将结合图1至图5详细阐述本实施例的一种预充电继电器失效的检测方法及检测电路的原理及实施方式，使本领域技术人员不需要创造性劳动即可理解本实施例的预充电继电器失效的检测方法及检测电路。
[0038]
请参阅图1，显示为本发明的预充电继电器失效的检测方法于一实施例中的原理流程图。
[0039]
如图1所示，所述预充电继电器失效的检测方法具体包括以下几个步骤：
[0040]
s11，获取预充电完成标志。
[0041]
于一实施例中，s11具体包括以下步骤：
[0042]
响应于所述储能电解电容完成预充电，控制所述预充电继电器吸合，置位所述预充电完成标志；
[0043]
获取置位的预充电完成标志。
[0044]
s12，基于所述预充电完成标志，对整流输出的母线电压进行采样，生成采样电压。
[0045]
具体地，在一段时间内持续对整流输出的母线电压进行采样。
[0046]
s13，分析所述采样电压随时间的变化情况，生成采样分析结果。
[0047]
请参阅图2，显示为本发明的预充电继电器失效的检测方法于一实施例中的采样分析流程图。如图2所示，s13具体包括以下步骤：
[0048]
s131，将一段时间内的各个采样电压进行大小排序。
[0049]
s132，将排序由前往后第f个采样电压和排序由后往前第f个采样电压作差。
[0050]
于一实施例中，f为滤波系数，用于将排序由前往后第f个以前的采样电压和排序由后往前第f个以后的采样电压滤除，排除采样过程中的噪声影响。
[0051]
具体地，预充电完成后，每n个采样的母线电压采样v
bus
，选取顺数第f大和倒数第f大的值求差。其中，n可以理解为一段时间，因为振荡的母线电压振荡频率很高，一般的采样周期往往达不到要求，故通过增大时间来尽量反映真实的电压变化。
[0052]
s133，根据所述差值生成所述采样分析结果。
[0053]
请参阅图3，显示为本发明的预充电继电器失效的检测方法于一实施例中的差值分析流程图。如图3所示，s133具体包括以下步骤：
[0054]
s133a，响应于所述差值大于预设压差阈值，将第一计数值加1。
[0055]
于一实施例中，所述预设压差阈值为判定故障时的固定电压门槛值或保留一定余量的电压门槛函数。
[0056]
具体地，所述预设压差阈值为h(v)，若差值大于h(v)，则第一计数值a自增1。
[0057]
s133b，每进行一次上述比较，将第二计数值加1。
[0058]
于一实施例中，所述预设数量用于设置举手表决机制，表示不同的时间段重复进行差值判断的次数。
[0059]
s133c，当所述第二计数值达到累计要求后，比较第一计数值与预设计数阈值，再将所述第一计数值、所述第二计数值清0；若所述第一计数值小于所述预设计数阈值，则判定所述预充电继电器正常；若所述第一计数值大于所述预设计数阈值，则判定所述预充电继电器失效。
[0060]
具体地，所述第二计数值达到累计要求是指所述第二计数值累加到一定次数，例如第二计数值累加到m。每运行m次的步骤s133a，进行一次故障判定：若第一计数值a小于预设计数阈值b，则判定所述预充电继电器正常；若第一计数值a大于预设计数阈值b，则判定所述预充电继电器失效。
[0061]
预充电继电器正常吸合时，应该是n》》f；m》b》》a；预充电继电器异常断开时，应该是n》》f；m》a》b。
[0062]
s14，响应于所述采样分析结果为所述采样电压发生突变，判定预充电继电器失效；所述预充电继电器用于将预充电电阻进行旁路，所述预充电电阻用于限制储能电解电容的预充电电流。
[0063]
于一实施例中，所述母线电压用于逆变时产生三相六路pwm输出；在判定预充电继电器失效的步骤之后，所述预充电继电器失效的检测方法还包括：响应于预充电继电器失效，关闭三相六路pwm输出。
[0064]
于实际应用中，所述预充电继电器失效的检测方法的具体实现过程如下：
[0065]
(1)预充电继电器失效的检测电路所在系统正常逻辑上电后，预充电完成，吸合预
充电继电器，并置位预充电完成标志。具体地，可以将预充电完成标志默认的0置位成1。
[0066]
(2)检测到预充电完成标志置位后，在系统相对较快的任务中实现对采样的母线电压vbus进行持续采样，以便以最快的速度进行采样。
[0067]
(3)分析一段时间内vbus的变化，用于判断预充电继电器s1的状态；正常状态下，vbus并不会长时间的剧烈变化，当剧烈变化发生时，说明上电继电器有异常。
[0068]
(4)重复以上流程，直至检测出继电器异常故障，停机并反馈异常状态，重新上电后故障清除。停机的方式可以是停止pwm输出或者进行局部电路或整体电路的断电保护，反馈的方式可以进行声光报警等引起用户注意的方式。
[0069]
本发明所述的预充电继电器失效的检测方法的保护范围不限于本实施例列举的步骤执行顺序，凡是根据本发明的原理所做的现有技术的步骤增减、步骤替换所实现的方案都包括在本发明的保护范围内。
[0070]
请参阅图4，显示为本发明的预充电继电器失效的检测电路于一实施例中的结构原理图。如图4所示，本发明所述的预充电继电器失效的检测电路4包括：整流模块41、上电模块42、电压采样模块43、逆变模块44和控制模块45。
[0071]
所述整流模块41用于对交流输入电压进行整流。
[0072]
所述上电模块42与所述整流模块连接，用于将整流输出的母线电压给储能电解电容充电，得到稳定的直流电压。
[0073]
所述电压采样模块43与所述上电模块连接，用于采集所述母线电压。
[0074]
所述逆变模块44分别与所述上电模块和所述电压采样模块连接，用于对所述稳定的直流电压进行逆变。
[0075]
所述控制模块45分别与所述上电模块、所述电压采样模块和所述逆变模块连接，用于获取预充电完成标志；基于所述预充电完成标志，对母线电压进行采样，生成采样电压；分析所述采样电压随时间的变化情况，生成采样分析结果；响应于所述采样分析结果为所述采样电压发生突变，判定预充电继电器失效；所述预充电继电器用于将预充电电阻进行旁路，所述预充电电阻用于限制储能电解电容的预充电电流。
[0076]
请参阅图5，显示为本发明的预充电继电器失效的检测电路于一实施例中的电路结构图。如图5所示，呈现了整流模块41、上电模块42、电压采样模块43、逆变模块44的具体电路结构。
[0077]
所述整流模块41包括桥式整流器件d1、d2、d3、d4、d5、d6、电感l和滤波电容c1。于实际应用中，滤波电容c1为薄膜电容。
[0078]
所述上电模块42包括预充电电阻r1、预充电继电器s1和储能电解电容c2。
[0079]
所述电压采样模块43包括采样电阻r2和r3以及采样保持电容c3。其中，r2和r3的分压点为采样点，输出电压vbus。
[0080]
所述逆变模块44包括三相六路pwm输出单元uh/ul、vh/vl和wh/wl。
[0081]
所述的预充电继电器失效的检测电路的工作原理如下：
[0082]
所述电压采样模块43采样母线电压的分电压vbus。三相交流电输入经过整流模块41的桥式整流与电感l续流，再经薄膜电容c1滤波后，变成连续稳定的电压进入储能电解电容c2中。预充电电阻r1与储能电解电容c2串联，是为防止刚上电时流入储能电解电容c2的电流过大；当储能电解电容c2电压与整流电压达到平衡态时，控制预充电继电器s1吸合，从
而达到预充电电阻r1旁路的目的。所述的电压采样模块43并联在储能电解电容c2与预充电继电器s1两端。
[0083]
于实际应用中，根据预先测定的储能电解电容c2电压与整流电压达到平衡态时所用的时间，在实际实现检测过程中，利用该时间加上一定余量，例如设一时间段t，当上电后经过时间段t后，控制预充电继电器s1吸合。
[0084]
当通过逆变模块44对外有输出时，对于储能电解电容c2将会是一个持续的充放电过程。如果此时预充电继电器s1因失效而意外断开时，预充电电阻r1将重新回归电路，与储能电解电容c2串联，并分得一部分电压。
[0085]
随着负载的增大，输出电流的升高，电感l也会将感性电压累积到预充电电阻r1的两端，桥式整流回路与上电回路将会形成振荡，从而导致母线电压波动异常的大，并呈现出发散趋势。通过本发明所述的预充电继电器失效的检测电路可靠检测预充电继电器的失效状态。
[0086]
本发明所述的预充电继电器失效的检测电路的原理与所述的预充电继电器失效的检测方法一一对应，本发明所述的预充电继电器失效的检测电路可以实现本发明所述的预充电继电器失效的检测方法，但本发明所述的预充电继电器失效的检测方法的实现装置包括但不限于本实施例列举的预充电继电器失效的检测电路的结构，凡是根据本发明的原理所做的现有技术的结构变形和替换，都包括在本发明的保护范围内。
[0087]
综上所述，本发明所述预充电继电器失效的检测方法及检测电路无需额外增设硬件电路，在现有的变频器硬件电路上，利用母线电压随时间的变化实现了继电器的失效检测，提供了一种简单、经济的检测出继电器失效状态的方法，此外，通过及时检测出预充电继电器的失效状态，可以保护电路器件，增强系统可靠性。避免了串联在电解电容旁的预充电电阻，在一些异常情况下会因急剧发热进而引起火灾，同时导致直流电压回路振荡以及振荡的电压有击穿逆变模块的风险。由此，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具有高度产业利用价值。
[0088]
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。