直流双电源起动和切换限流电路的制作方法

本实用新型涉及一种电力电子技术，特别涉及一种适用于逆变电源的直流双电源起动和切换限流电路。

背景技术：

逆变电源将直流电转换成交流电为小型电网的负载供电，为保证可靠性，直流输入常采用两路直流电源，一路为主用，一路为备用。当主用电源断电时，自动转换到备用电源，两电源转换不影响逆变电源正常工作。在断电状态时要求输入电源与逆变电源实现电气隔离的情况下，通常采用接触器作为切换开关，而接触器动作时间通常较长，为了使逆变电源母线电容在这段无供电时间内不发生大幅度掉电，母线电容要求有足够大的容量，那么输入直流电源由低压切换至高压的工况下母线电容会重新充电，产生较大的冲击电流，易发生跳闸。

技术实现要素：

本实用新型是针对现在常用的直流转换开关存在的问题，提出了一种直流双电源起动和切换限流电路，抑制两路直流电源切换过程中的冲击电流。

本实用新型的技术方案为：一种直流双电源起动和切换限流电路，两路直流输入电源I和II给逆变器供电，直流电源I输出接至接触器I，直流电源II输出接至接触器II，

接触器I和接触器II的输出并联至同一点后接至起动和切换限流单元，起动和切换限流单元的输出接至逆变电源直流母线电容；

采集直流电源I和直流电源II的输出电压信号、接触器I和接触器II的触点反馈信号送至控制算法电路，控制算法电路产生接触器控制信号送至限流实现电路和接触器控制电路，起动和切换限流单元包含并联的IGBT Q1和电压尖峰吸收电路，逆变电源输入电流信号作为反馈值送限流实现电路，限流实现电路产生IGBT Q1控制信号到起动和切换限流单元。

所述电压尖峰吸收电路由第一电容C1、第二电容C2、第一电阻R1、第一二极管D1组成；第一电容C1并联于IGBT Q1集电极和发射极两端；第一电阻R1一端接于IGBT Q1集电极，另一端与第二电容C2的一端相连，第二电容C2的另一端接于IGBT Q1的发射极；第一二极管D1并联于第一电阻R1两端，且D1的阳极与IGBT Q1的集电极相连。

所述限流实现电路包含比较器N1，D触发器N2，第二电阻R2，第三电阻R3，第二二极管D2，第三二极管D3和IGBT驱动电路；

输入电流反馈值送入比较器N1正向端，限流参考值送入比较器负向端，比较器N1输出端通过第三电阻R3上拉至电源Vcc；第三二极管D3阳极与比较器N1输出端相连，D3阴极与D触发器N2置位端S相连；第二二极管D2阳极接控制算法电路产生的D触发器使能和封锁信号，D2阴极与第三二极管D3阴极相连；第二电阻R2一端接D触发器N2置位端S，另一端接地；D触发器N2时钟端CK接一固定频率的方波信号，复位端R接地，数据输入端D接地，反相输出端Qn送至IGBT驱动电路。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型直流双电源起动和切换限流电路，能抑制两路直流电源切换过程中的冲击电流，同时兼顾了逆变电源起动时的工况，抑制起动冲击电流，可省去额外的软起动电路。本实用新型控制策略简单，可实现接触器不带电流闭合和脱开，工作可靠，具有良好的应用前景。

附图说明

图1为本实用新型直流双电源起动和切换限流电路结构示意图；

图2为本实用新型直流双电源起动和切换限流电路控制示意图；

图3为本实用新型限流实现电路示意图；

图4为本实用新型直流双电源起动限流电路波形图；

图5为本实用新型直流双电源切换限流电路波形图。

具体实施方式

如图1和图2所示直流双电源起动和切换限流电路结构和控制示意图，电路包含两路直流输入电源I和II，两路电源给逆变器供电，直流电源I输出接至接触器I，直流电源II输出接至接触器II，接触器I和接触器II的输出并联至同一点后接至起动和切换限流单元101，起动和切换限流单元101的输出接至逆变电源直流母线电容。采集直流电源I和直流电源II的输出电压信号、接触器I和接触器II的触点反馈信号送至控制算法电路，控制算法电路产生接触器控制信号送至限流实现电路和接触器控制电路，逆变电源输入电流信号送限流实现电路，限流实现电路产生IGBT控制信号到起动和切换限流单元101，最终通过控制IGBT和接触器的开关动作，协调抑制起动和电源切换时产生的冲击电流。

直流双电源起动和切换限流电路中，直流电源I和直流电源II输出电缆上的寄生电感不可忽略，分别等效为第一电感L1和第二电感L2。

起动和切换限流单元101包含并联的IGBT Q1和电压尖峰吸收电路102。电压尖峰吸收电路102，由第一电容C1、第二电容C2、第一电阻R1、第一二极管D1组成。第一电容C1并联于IGBT Q1集电极和发射极两端；第一电阻R1一端接于IGBT Q1集电极，另一端与第二电容C2的一端相连，第二电容C2的另一端接于IGBT Q1的发射极；第一二极管D1并联于第一电阻R1两端，且D1的阳极与IGBT Q1的集电极相连。

如图3所示限流实现电路103示意图，限流实现电路103包含比较器N1，D触发器N2，第二电阻R2，第三电阻R3，第二二极管D2，第三二极管D3和IGBT驱动电路。输入电流反馈值送入比较器N1正向端，限流参考值送入比较器负向端，比较器N1输出端通过第三电阻R3上拉至电源Vcc；第三二极管D3阳极与比较器N1输出端相连，D3阴极与D触发器N2置位端S相连；第二二极管D2阳极接控制算法电路产生的D触发器使能和封锁信号，D2阴极与第三二极管D3阴极相连；第二电阻R2一端接D触发器N2置位端S，另一端接地；D触发器N2时钟端CK接一固定频率的方波信号，复位端R接地，数据输入端D接地，反相输出端Qn送至IGBT驱动电路。

本实用新型采用所述起动和限流切换单元101对冲击电流进行抑制，实现方式为：IGBT Q1工作于固定频率的开关状态，当冲击电流达到设定值时关断IGBT Q1，使输入电流下降，等下一个周期到来时再开通IGBT Q1。

考虑到直流电源输电线存在寄生电感效应，所述起动和限流切换单元101还包含尖峰电压吸收电路 102，第一电容C1并联于IGBT Q1两端，吸收开关噪声；在IGBT Q1关断后，第一电感L1或第二电感L2通过第一二极管D1续流，并给第二电容C2充电，第二电容C2使得IGBT Q1关断时的电压实现缓升，保护IGBT Q1不至于过压损坏，IGBT Q1下一周期开通时，第二电容C2上存储的能量通过第一电阻R1消耗。

控制算法电路输出D触发器使能和封锁信号，通过第二二极管D2与D触发器N2置位端S相连，封锁信号为高电平，使能信号为低电平，关机或故障保护时控制算法电路给出高电平封锁信号，第二二极管D2导通，D触发器N2置位端S上拉至高电平，由D触发器工作原理可知Qn输出低电平信号，将IGBT关断。开机或切换工作时控制算法电路给出低电平使能信号，D触发器的工作状态由比较器N1的输出状态决定，其一个开关周期内的工作过程如下：采样得到的输入电流反馈值送至比较器N1正向输入端，设定的限流参考值送至比较器N1负向输入端，比较器N1输出端通过第三二极管D3与D触发器N2置位端S相连，当电流反馈值大于限流设定值时，比较器N1输出高电平，第三二极管D3导通，D触发器N2置位端S上拉至高电平，由D触发器工作原理可知Qn输出低电平信号，将IGBT Q1关断，IGBT Q1关断后，输入电流开始下降，当电流反馈值小于限流设定值时，比较器N1输出低电平，第三二极管D3截止，D触发器N2置位端S下拉至低电平，等D触发器N2时钟端CK下一个高电平到来时，Qn由低电平信号翻转为高电平信号，IGBT Q1再次开通。若干个开关周期后，逆变电源母线电容充电完成，输入电流反馈值始终小于限流参考值，Qn始终为高电平信号，IGBT Q1始终保持导通状态。

假定直流电源II的电压值大于直流电源I的电压值，由直流电源I开机起动，并切换至直流电源II，整个起动、切换过程可以描述如下：

控制算法电路检测到直流电源I状态正常后，给出接触器I的闭合指令，使其闭合，同时使能D触发器N2，IGBT Q1开通，逆变电源母线电容开始充电，产生冲击电流，当检测到电流大于限流参考值时，IGBT Q1关断，输入电流下降至限流参考值以下，第一电感L1感应产生的电压尖峰由尖峰电压吸收电路102抑制，在D触发器N2时钟端CK下一个高电平到来时，IGBT再次开通。若干周期后，逆变电源母线电容充电完成，输入电流反馈值始终小于限流参考值，Qn始终为高电平信号，IGBT Q1始终保持导通状态。

控制算法电路检测到直流电源I状态异常且直流电源II状态正常后，先封锁D触发器N2，使IGBT Q1关断，之后给出接触器I的断开指令，使接触器I实现零电流脱开，控制算法电路接收到接触器I触点断开反馈信号后，再给出接触器II的闭合指令。当接触器II闭合后，控制算法电路使能D触发器N2，IGBT Q1开通，由于直流电源II的电压值大于直流电源I的电压值，逆变电源母线电容开始充电，产生冲击电流，当检测到电流大于限流参考值时，IGBT Q1关断，输入电流下降至限流参考值以下，第二电感L2感应产生的电压尖峰由尖峰电压吸收电路102抑制，在D触发器N2时钟端CK下一个高电平到来时，IGBT再次开通。若干周期后，逆变电源母线电容充电完成，输入电流反馈值始终小于限流参考值，Qn始终为高电平信号，IGBT Q1始终保持导通状态。

图4和图5分别示出起动和切换过程中的限流波形，冲击电流均能被有效抑制。