一种具有快恢复功能的限流电路的制作方法

本实用新型涉及航空电气系统保护，属于电气安全领域。具体涉及一种具有快恢复功能的限流电路。

背景技术：

航空领域逆变器电源的限流功能实现策略之一是控制电流内环，因为带负载不同，电流波形不同，所以不能用瞬时值作为电流的给定，只能用电流的平均值来作为电流环的给定和进电流环的判断标准。这使得电流环的响应速度很慢，进电流环就需要一个电流波形周期的延迟，电流降到给定就需要3￣5个周波的延迟，这么长的延迟使得这种方法对冲击电流没有任何抑制作用，发生限流后产品也不能快速恢复到正常工作状态。

航空领域逆变器电源的限流功能实现的另一种策略是设置降压电路，当降压电路检测到负载端输出过流以后，立刻将输出电压降到一个给定的电压，延迟一段时间后，过流消失后再将电压升上来，这种方法的响应速度快，但是突减负载时，该电路的恢复电压时间也是预先设定，不能进行灵活调节。

常见的航空领域逆变器电源的限流功能实现的两种策略，一种相应速度较慢，不能有效的抑制冲击电流，另一种策略电压降为固定值，突减负载时，电路的恢复时间为固定值，不能灵活设置。随之航空业发展，对航空逆变器电源产品有个更高的要求，新的限流控制电路应该在有效抑制冲击电流，突卸负载后逆变器产品能够快速恢复正常工作状态，提高动态响应速度。

技术实现要素：

本实用新型的目的：

本实用新型的目的是为航空逆变器产品的限流保护提供一种新的限流电路，在满足有效抑制冲击电流，电压降可调节的基础功能的前提下，解决传统逆变器在发生限流后突卸负载时不能快速恢复正常工作状态的问题。

本实用新型采取的技术方案为：

一种具有快恢复功能的限流电路，包括比例电路、电压基准电路与控制电路。

比例电路将电流信号转换为对应的电压信号，并且进行比例运算，直流母线电流通过电阻Rc转换为对应的电压信号VC，通过运放U1与电阻R1、R2、R3、R5、R4、R6组成带T型网络的反相比例电路，对电压信号进行调整，R1与R2并联后与R3串联，接到运放U1的负相输入端6引脚，运放U1的正相输入端5引脚接地，R5、R6、R4相连，组成T型网络，R5另一端接运放U1的负相输入端，R4的另一端接地，R6的另一端接运放U1的输出7引脚，运放U1的输出信号Vo1作为比例电路的输出。

电压基准电路提供控制电路中电压基准，由运放U2、电阻R7、R8、R9、R10、R11、R12、电容C1、C2组成，比例电路的输出信号Vo1经过电阻R7接运放U2的负相输入端2引脚，R10、R11、R12串联分压，R10另一端接13V电压，R10与R11的连接点Vref接R9，R9另一端接运放U2的输出1引脚，R11、R12的连接点Vr接R8，R8的另一端接运放U2的正相输入端3引脚，R12另一端接地，C1接在运放U2的负相输入端2引脚和地之间，C2接运放U2的正相输入端3引脚和地之间，电容C1、C2起稳压作用，Vref信号作为电压基准电路的输出。

控制电路即PI调节环路，由运放U3、电阻R13、R14、R15、电容C3、二极管D1组成，其中，运放U3的正相输入端12引脚接比例电路的输出信号Vo1，U3的反相输入端13引脚接电压基准电路的输出信号Vref，电阻R13与电容C3串联，R13另一端接运放U3的反相输入端13引脚，电容C3的另一端接运放U3的输出端14引脚，运放U3对Vo1与Vref的差值进行PI调节，输出控制量，R14接运放U3的输出端14引脚，R14的另外一端接R15与D1，R15的另一端接13V电压，D1的另一端接R16与R17，R16和R17的连接点为母线电压采样点，R16的另一端接13V电压，R17的另一端接母线地，控制电路的输出通过影响母线电压采样点的电压值，改变母线电压，进而限制逆变器的输出电流，起到限流作用。

本实用新型的有益效果：

本实用新型的限流电路，选用单电源供电，采集直流母线电流判断是否发生过流，进行限流控制，对冲击电流具有快速响应的特点，而且当发生限流时，负载突减较大时，可选用较高的退饱和速度，在更短的时间内断开前级限流电路，母线电压恢复到正常电压值，产品输出正常电压，恢复到正常工作状态。与此同时此种控制电路实现较为简单，可靠性较高，有利于逆变器产品的小型化与轻量化设计。

附图说明

图1是限流电路原理图

图2是比例电路

图3是电压基准电路

图4是电压基准电路简化1

图5是电压基准电路简化2

图6是控制电路

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明作进一步详细描述。

逆变器产品包括前级与后级，前级实现DC－DC，得到直流母线电压，再经过后级DC－AC变换，输出交流电压。大多数逆变器产品都是采集输出电流信号，判断发生过流后进行限流控制。但是本专利所提供的具有快恢复功能的限流电路是通过直流母线串采样电阻采集直流母线电流，当发生输出过流时，直流母线电流相应也发生过流，通过前级限流电路输出控制量叠加到母线直流电压采样点上，可有效降低母线电压，进而降低输出电压，降低输出电流，当负载突卸后，该电路可根据负载电流变化程度，提供两种限流电路退饱和速度。如负载突减到半载以上，限流电路选用较慢的退饱和速度，当负载突减到半载以下，限流电路选用较快的退饱和速度，在更短的时间内断开前级限流电路，母线电压恢复到正常电压值，产品输出正常电压，恢复到正常工作状态。

一种具有快恢复功能的限流电路包括比例电路、电压基准电路与控制电路，如图1所示。

图2所示为限流电路中的比例电路，由运放U1与R1、R2、R3、R5、R4、R6组成，对直流母线电流对应的电压信号进行调理。其中Rc为直流母线电压采样电阻，图2中规定了直流母线电压的电流方向。

采样电压：VC＝-I·Rc (公式1)，

根据运放的虚短虚断功能有V-＝V+＝0 (公式2)，

由基尔霍夫电流定律可知I1＝I2+I3，整理得：(V_o1-V_1)/R_6＝V_1/R_5+V_1/R_4 (公式3)，

又有：V_1/R_5＝(I·R_C)/((R_1·R_2)/(R_1+R_2)+R_3) (公式4)，

由公式1-4可知，限流电路的输出电压Vo1，则V_o1/(I·R_C)＝-(R_5·R_6+R_4·R_6+R_5·R_4)/(((R_1·R_2)/(R_1·R_2)+R_3)·R_4)

(公式5)

由图2可知，R6＝100R5＝10R4，将公式5简化得V_o1/(I·R_C)＝(111R_5)/((R_1·R_2)/(R_1·R_2)+R_3)：

V_o1＝-3.775VC，只需调整R1与R2的并联值便可改变直流母线电流采样值与限流比例电路输出之间的比例关系。

图3为电压基准电路，由U2、R7、R8、R9、R10、R11、R12、C1、C2组成。其中，门限电路输出的电压基准并非固定不变，会根据比较运放电路的输出进行改变。当直流母线电流对应的采样电压值较小时，限流电路中的比例电路输出值较小，电压基准电路中的运放U2的输出为高电平(13V)，此时求Vref与Vr可将电压基准电路简化为图4所示，此时，Vref＝(13(R11+R12))/((R10R9)/(R10+R9)+R11+R12)，可得Vref＝3.72V，Vr＝Vref/2＝1.86V。Vr通过1M电阻R8连接到运放U2的正相输入端，由运放的虚短虚断可知，U2的正相输入端与Vr相等。由此可知，当直流母线电流增大的过程中，对应的采样电压小于Vr时，运放U2的输出端输出高电平。当限流电路中的比例电路输出Vo1超过Vr(1.86V)后，U2的输出端输出低电平(0V)，此时求Vref与Vr可将电压基准电路简化为图5所示，

此时，Vref＝(13·((R11+R12)·R9)/(R11+R12+R9))/(((R11+R12)·R9)/(R11+R12+R9)+R10)，通过计算可知，Vref＝1.86V，Vr＝Vref/2＝0.93V。此时电压基准值变由3.72V变为1.86V。

限流电路中的控制电路如图6所示。由U3、R13、R14、R15、C3组成。其中，U3的反相输入端接比例电路的输出端(Vo1)，U3的正相输入端接电压基准电路的输出端(Vref)。前面以分析知，当限流电路中的比例电路输出Vo1达到Vr(1.86V)，Vref由3.72变为1.86V，当负载电流继续增大，限流电路中的比例电路输出将大于1.86V，控制电路中的运放U3的正相输入端电压将大于负相输入端电压(1.86V)，对运放输入端误差进行PI调节，控制电路输出正电压值的控制量，达到一定值后，控制电路后的二极管导通，导致母线电压采样点的电压值在对母线电压分压的基础上，继续增大，通过逆变器前级控制后，母线电压将不断降低，逆变器输出电压降低，逆变器输出电流降低，直到达到新的平衡。

当发生限流后，如果负载突然减小，如果负载变化不大，对直流母线电流进行采样后经过比例电路后的值仍大于此时的Vr(0.93)，则电压基准(Vref)仍为1.86V，但是控制电路的正相输入端，即比例电路输出电压(Vo1)将小于1.86V，控制电路中的PI调节器将开始退饱和，到达一定值后控制电路后的二极管将不能导通，前级限流电路将对逆变器的前级不起作用。当负载突减较大时，对直流母线电流进行采样后经过比例电路后的值将会小于Vr(0.93)，电压基准电路中的运放将输出高电平，则电压基准电压值Vref将由原来的1.86V变为3.72V，此时控制电路中运放U3的输入端电压差将增大，对应的PI控制器将以更快的速度退饱和，前级限流电路将已更快的速度断开对前级的影响，母线电压将逐渐恢复到正常值，产品开始正常工作。