一种双输入直流变换器中交流电源突加检测抑制系统的制作方法

1.本技术属于交流电源检测领域，具体涉及一种双输入直流变换器中交流电源突加检测抑制系统。


背景技术：

2.在某些应用场合，直流变换器分别具有一个单相交流输入和一个三相交流输入，这两个交流输入经各自的整流电路后汇集到共同的直流母线上为后级dc/dc变换电路提供电源。两个交流电源可能同时存在，也可能不同时存在，例如仅有单相交流电源提供电能，或者仅有三相交流电源为后级dc/dc变换电路提供电源，或者两个电源同时存在(则电压高者为后级dc/dc变换电路供电)。由于三相交流电源整流后的直流电压vdc3显著高于单相交流电压整流后的直流电压vdc1。若初始条件下仅有单相交流电源整流为后级dc/dc变换电路供电，则当突然投入三相交流电源时则由于突加高压输入，若后级dc/dc变换电路的控制系统不能够及时调节其控制量，将导致输出过压或者输出过流，使系统出现保护误动作，影响整个系统的正常工作。因此需要一种能够有效处理上述工况的措施。


技术实现要素：

3.基于上述问题，本技术提供一种能够对高压电源的投入进行准确检测的双输入直流变换器中交流电源突加检测抑制系统。其技术方案为，
4.一种双输入直流变换器中交流电源突加检测抑制系统，包括三相整流电路、单向整流电路和dc/dc变换器电路；
5.所述三相整流电路的正极串联电阻r1后与滤波电容c
dc
的正极连接，三相整流电路的负极接滤波电容c
dc
的负极，所述电阻r1与可控开关k1并联；所述滤波电容c
dc
的正极和负极分别连接到dc/dc变换器电路上；
6.单向整流电路的正极串联电阻r2后与滤波电容c
dc
的正极连接，单向整流电路的负极接滤波电容c
dc
的负极，所述电阻r2与可控开关k2并联。
7.进一步优选的，判断有无三相交流电压投入的检测过程为：
8.假设初始时系统在单相交流电源供电条件下运行，通过电压传感器采样三相交流输入的任意一相线电压，将采样值记为u
bcs
，判断瞬时值u
bcs
的绝对值是否大于预设的门限值v
1th
；若瞬时值u
bcs
的绝对值大于门限值v
1th
则表示有三相交流电压投入。
9.当瞬时值u
bcs
的绝对值小于等于门限值v
1th
时，将u
bcs
取绝对值后与之前采样的n-1个瞬时值的绝对值进行滑动累加运算，将n个瞬时值绝对值的滑动累加和记为u
sum
，判断u
sum
是否超过预设的门限值v
th2，
当该n个采样数据的绝对值滑动累加和u
sum
超过门限值v
th2
，表示有三相高压交流电源投入。
10.进一步优选的，在每个采样周期中，将瞬时采样值u
bcs
的绝对值分别送入两个具有不同带宽的第一低通滤波器f
lpl
和第二低通滤波器f
lph
，将通过第一低通滤波器f
lpl
获得的u
bcl
进行逐周期累加并求取平均值为v
la
，将通过第二低通滤波器f
lph
获得的u
bch
进行逐周期
累加并求取平均值为v
ha
；利用所获得的v
la
和v
ha
求取比例系数rv＝v
la
/v
ha
，正常情况下rv《1。
11.进一步优选的，有三相交流电压投入的情况下，将dc/dc变换器电路中的dc/dc变换器控制量um乘以比例系数rv后送入dc/dc变换器控制系统中，在没有检测到有三相交流电压突然投入的情况下，将dc/dc变换器控制量um乘以1后送入dc/dc变换器控制系统中用于占空比的调节。
12.进一步优选的，在三相交流电源投入及至稳定的过程中，v
la
将逐渐趋近直至等于v
ha
，因此在检测到三相交流电源投入并延时一段时间td后，dc/dc变换器控制系统恢复为将控制信号um乘以1后进行pwm调制的情况，即系统恢复为正常运行状态。
13.进一步优选的，dc/dc变换器电路输出电压参考值u
oref
与实际输出电压uo的偏差送入电压控制器gv中进行运算得到控制信号um，在稳态条件下，dc/dc变换器控制系统没有检测到三相交流高压的突然投入，则控制信号um乘以1后用于与高频载波cw进行调制等到pwm信号；若控制系统检测到三相交流高压的突然投入，则dc/dc变换器控制系统计算出用于修正的比例系数rv，将控制信号um与rv相乘后用于与高频载波cw进行调制等到pwm信号。
14.有益效果
15.1)利用一个电压传感器检测三相高压交流电源是否投入的方法，减少传感器数量，节约成本。
16.2)提出适合用大功率直流变换器的、不要求高控制带宽的控制方法，降低直流变换器控制系统设计难度，且快速性好。
17.3)在上电结束通过控制系统闭合k1将r1旁路，避免损耗及压降。同理在上电结束通过控制系统闭合k2将r2旁路，避免损耗及压降。
18.4)通过dc/dc变换器电路的控制系统对高压电源的投入进行准确检测，达到抑制突加电源冲击对直流变换器输出电压或电流动态控制性能的负面影响，保证系统在高电压电源突然投入时不出现过电压和过电流现象。
附图说明
19.图1为本技术原理图。
20.图2为dc/dc变换电路单闭环控制系统示意图。
21.图3为比例修正系数rv的计算方法示意图。
具体实施方式
22.以下详细说明都是例示性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。
23.附图1中为专利所述的双输入直流变换器拓扑结构示意图整体上包括一个三相半桥二极管整流电路、一个单相全桥二极管整流电路和dc/dc变换器电路。
24.三相半桥二极管整流电路的输入接三相交流电源ua，ub和uc，其整流输出的正极串联电阻r1后与滤波电容c
dc
的正极a点连接，整流输出的负极接滤波电容c
dc
的负极b点。电阻r1用于限制三相交流上电的冲击电流，其与一个可控开关k1并联，在上电结束通过控制系统
闭合k1将r1旁路，避免损耗及压降。
25.单相全桥二极管整流电路的输入接单相交流电源ue，其整流输出的正极串联电阻r2后与滤波电容c
dc
的正极a点连接，整流输出的负极接滤波电容c
dc
的负极b点。电阻r2用于限制单相交流上电的冲击电流，其与一个可控开关k2并联，在上电结束通过控制系统闭合k2将r2旁路，避免损耗及压降。
26.为了检测单相交流电压，在单相全桥二极管整流电路两个桥臂的中点处配置电压传感器vs1；为了检测三相交流电压，选择三相桥臂中的任意两相(如图1中的b、c相桥臂中点)，在该两相桥臂的中点处配置电压传感器vs2。
27.一般情况下，vdc1为0.9倍的单向整流单路的输入电压，vdc3为2.34倍的三相整流电路的输入电压。
28.后级的dc/dc变换器电路可以是隔离或者非隔离结构的任意一种电路形式，例如非隔离的buck电路，boost电路，或者隔离结构的移相全桥变换器电路等。
29.后级的dc/dc变换器电路可采用电压单闭环控制，或者电压电流双闭环控制。图2给出一个采用电压单闭环控制的示意图用于辅助说明本专利的主要思想。图中将输出电压参考值u
oref
与实际输出电压uo的偏差送入电压控制器gv中进行运算得到控制信号um，在稳态条件下，即若dc/dc变换器控制系统没有检测到三相交流高压的突然投入，则控制信号um乘以1后用于与高频载波cw进行调制等到pwm信号；若控制系统检测到三相交流高压的突然投入，则dc/dc变换器控制系统计算出用于修正的比例系数rv，将控制信号um与rv相乘后用于与高频载波cw进行调制等到pwm信号。
30.对专利所述的一种双输入直流变换器中三相高压交流突加检测及其冲击抑制方法如下：
31.(1)假设初始时系统在单相交流电源供电条件下运行。通过电压传感器vs2采样三相交流输入的任意一相线电压(例如图1中的u
bc
)，将采样值记为u
bcs
，判断瞬时值u
bcs
的绝对值是否超过预设的门限值v
1th
(例如单相整流输出的平均电压)；若u
bcs
的绝对值超过v
1th
则表示有三相交流电压投入。否则，表示没有三相交流电压投入；
32.(2)在(1)的检测基础上，若判断为无三相交流电压投入，则将u
bcs
取绝对之后与之前采样的n-1个瞬时值的绝对值进行滑动累加运算。为了保证检测的实时性，连续采样n个数据的时间不宜过长，例如可以控制在1ms左右，例如，采样频率20khz(对应采样周期50μs)，三相交流电源的频率50hz(对应周期20ms)，则1ms可采样到20个数据。而采用滑动累加是为了保证在每个采样周期都可以快速的获得满足实时性要求的计算结果。将n个瞬时值绝对值的滑动累加和记为u
sum
；
33.(3)判断u
sum
是否超过预设的门限值v
th2
。正常情况下，若没有三相高压交流电源投入，理论上瞬时采样值应为0，实际系统中由于dc/dc变换器电路中功率器件高频pwm斩波导致干扰，n个采样数据的绝对值滑动累加和应小于门限值v
th2
。而当该n个采样数据的绝对值滑动累加和超过v
th2
则也可判断有三相高压交流电源投入。该方法可避免通过利用采样瞬时值求取电压变化率方法易受干扰的缺点，具有稳定可靠的优点。
34.针对三相交流电源突然投入的检查，在仅设置一个电压传感器的情况下，利用电压瞬时值绝对值与短时间内(例如1ms)n点采样数据的绝对值累加和相结合的方式，判断是否有三相交流电压投入。即：一方面判断采样瞬时值的绝对值是否超过预设的门限值v1th，
若超过则可判断有三相交流电压投入；另一方面，由于一个电压传感器只能检测一相电压，可能出现被测相的电压很低(过零点附近)，而实际上另外两相的电压已经较高，且超过了门限值vth1而导致不能够及时检测到三相高压交流电源的投入。因此提出将短时间内多点(假设1ms中采样了n个数据)瞬时值取绝对值后进行滑动累加的检测方法，正常情况下，由于没有三相高压交流电源投入，理论上的采样值应为0，实际直流变换器中功率器件高频pwm斩波导致干扰，n个采样数据的绝对值滑动累加和应小于门限值vth2，而当该n个采样数据的绝对值滑动累加和超过vth2则也可判断有三相高压交流电源投入。如此，可避免利用采样瞬时值求取电压变化率的方法容易受到干扰的缺点，具有稳定可靠的优点。
35.(4)在每个采样周期中，将瞬时采样值u
bcs
的绝对值分别送入第一低通滤波器f
lpl
和第二低通滤波器f
lph
，前者f
lpl
具有相对低的带宽(例如50hz以下)为低带宽低通滤波器，后者f
lph
具有相对高的带宽(例如3khz，远高于f
lpl
的带宽，而显著低于直流变换器的开关频率)，为高带宽低通滤波器，将通过f
lpl
获得的u
bcl
进行逐周期累加并求取平均值为v
la
，将通过f
lph
获得的u
bch
进行逐周期累加并求取平均值为v
ha
。相对于v
ha
，v
la
是一个慢变量，而v
ha
更好的反映了交流电压整流平均值的动态变化。利用所获得的v
la
和v
ha
求取比例系数rv＝v
la
/v
ha
。由于v
la
为相对慢变量，正常情况下一定有rv《1成立；
36.在通过(1)、(2)和(3)判断出有三相交流电压投入的情况下，将dc/dc变换器控制量um乘以(4)中所获得的比例系数rv后送入dc/dc变换器控制系统微处理器的比较寄存器，从而实现对输入电压突变的快速响应，达到抑制三相高压交流电源突然投入时所引起的电压冲击的目的。在没有检测到有三相交流电压突然投入的情况下，将dc/dc变换器控制量um乘以1后送入dc/dc变换器控制系统微处理器的比较寄存器中用于占空比的调节。
37.理论上在三相交流电源投入及至稳定的过程中，v
la
将逐渐趋近直至等于v
ha
，因此在检测到三相交流电源投入并延时一段时间td(例如经过数个正弦波周期，例如100ms)后，控制系统恢复为将控制信号um乘以1后进行pwm调制的情况，即系统恢复为正常运行状态。
38.以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。