专利名称：一种直流电源模块保护方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及开关电源技术领域，尤其涉及一种直流电源模块保护方法和装置。
背景技术：
铁路用高频开关电源由于特殊的应用领域，对可靠性的要求远高于一般民用产品。实际应用时，直流电源模块通过空气开关挂接输出负载电器。如果现场出现输出过载/短路情况，需要对模块进行过载/短路保护，防止设备损坏。实际工作过程中，开关电源可能因为输出负载过载/短路或者人为的接线错误等原因引起模块短路，进而工作异常甚至炸机，因此需要对模块过载/短路工况下进行必要 的过载/短路保护设计。适当的过载/短路保护设计不仅能够使得防止模块发生进一步的器件损坏，还能保证若外在的误操作消除后，重新启动并正常工作。现有的过载/短路保护方法包括I、过载/短路逐波限流并关机通过侦测模块的过载/短路条件，判断模块是否处于过载/短路。如图I所示的短路保护电路，一旦满足过载/短路故障条件，通过硬件的逐波限流功能对驱动开关管的PWM波形进行限制占空比处理，从而使得模块输出电流波形出现消顶并得到限幅，防止开关器件因过流而击穿。在此基础上，配合延时计数功能，当满足设定时间后，关闭模块的功率部分。为了方便看出逐波限流的过程，以交流模块的逐波限流示意(直流模块的类似，区别是单方向的逐波限流)，随着正弦波幅值的不断增大，峰值处的占空比逐渐关闭，输出电流的波形波峰处出现消顶。通过硬件的逐波限流的方式防止过载/短路击穿，虽然可以得到有效的保护，但输出后端的过载/短路异常，无法通过逐波限流排除。这样，直流模块挂接输出负载的系统始终处于过载/短路故障下。2、过载/短路逻辑保护利用数字信号处理器DSP来实现，当满足过载/短路条件(输出电压低于设定值，输出电流高于设定值)后，强行关掉模块中相应开关元件的驱动，模块处于待机无输出状态。过载/短路逻辑保护是一种硬保护，一旦认定模块出现过载/短路故障后，模块只有关机，停止对外输出，等待故障消除后，重新启动。故障处理周期长，灵活性差，且保护速度过慢，不能独立的应用在交流模块中。此外，同上述方法I的问题相同，输出后端的过载/短路异常，无法通过这种保护排除。这样，直流模块挂接输出负载的系统同样始终处于过载/短路故障下。
发明内容
本发明的目的在于提出一种直流电源模块保护方法和装置，能够通过热累积分断系统空开，来消除模块所在的电源系统的短路故障点。
为达此目的，本发明采用以下技术方案一种直流电源模块保护方法，该方法包括对发生过载或者短路的直流电源模块进行限流；根据预设的逻辑延时控制限流与关机重启的循环过程，直至故障消除或者输出空开自动分断。所述根据预设的逻辑延时控制限流与关机重启的循环过程进一步包括，所述直流电源模块进行限流的时间超过第一逻辑延时后，该模块关机；当关机时间超过第二逻辑延时后，该模块重启；若过载或者短路仍然存在，则再次进行限流。每次进入限流状态，输出空开进行热积累，当热积累达到空开脱扣的预定值时，所述输出空开自动分断。判断是否存在过载或者短路的方法包括，判断输出电压是否小于预设电压阈值以 及输出电流是否大于预设电流阈值。当输出电压小于预设电压阈值同时输出电流大于预设电流阈值，并且持续时间达到预设延时，则判定存在过载或者短路。所述直流电源模块进行限流时，限流点的给定取决于输入的市电电压和上位机或者监控模块的设定电流值。一种直流电源模块保护装置，包括软件限流单元，用于对发生过载或者短路的直流电源模块进行限流；逻辑保护单元，用于根据预设的逻辑延时控制限流与关机重启的循环过程，直至故障消除或者输出空开自动分断。所述逻辑保护单元包括限流计时单元，用于记录直流电源模块进行限流的时间，当超过第一逻辑延时后，将丰吴块关机；关机计时单元，用于记录直流电源模块关机的时间，当超过第二逻辑延时后，将模块重启；故障判断单元，用于判断过载或者短路是否仍然存在，若存在则再次进行限流。所述故障判断单元判断输出电压小于预设电压阈值同时输出电流大于预设电流阈值，并且持续时间达到预设延时，则判定存在过载或者短路。所述软件限流单元进行限流时，限流点的给定取决于输入的市电电压和上位机或者监控模块的设定电流值。采用本发明的技术方案，能够通过热累积分断系统空开，来消除模块所在的电源系统的短路故障点，不但实现的成本低廉，对维护人员没有要求，降低维护成本和维护技术难度，且可以显著提高短路保护的可靠性，具有较高的性价比。
图I是现有通过硬件逐波限流实现短路保护的电路示意图。图2是本发明实施例提供的直流电源模块保护方法的流程示意图。图3是本发明实施例中采用的软件限流方式的示意图。图4是本发明实施例中关于限流点给定的函数图象。图5是本发明实施例中限流与关机重启的循环过程示意图。
图6是本发明实施例提供的直流电源模块保护装置的结构示意图。
具体实施例方式本发明的主要思想在于，在模块软件限流的基础上，设置限流与故障关机后重启的逻辑延时，以有助于通过热累积分断系统空开来消除模块所在的电源系统的短路故障点。该直流电源保护方案，主要包括两部分的实现，一部分是软件限流，另一部分是通过逻辑设计，这两部分主要是在DSP数字控制器中完成。下面结合附图并通过具体实施方式
来进一步说明本发明的技术方案。图2是本发明实施例提供的直流电源模块保护方法流程示意图，该方法包括S201，对发生过载或者短路的直流电源模块进行限流。本发明实施例的软件限流环设计在数字处理芯片DSP中，如图3所示，输出电流的限流点Isettatl取决于输入的市电电压Vin以及上位机或监控模块的设定值Isrttat。当输入市电电压过低时，模块将会降低限流点。如当输入市电电压范围在[154V，286V]之间时，限流点的给定Isetljntl为监控模块的设定值Iseamt ;当输入市电电压低于154V
时，限流点给定 Isettatl = O. 5IsetLnt。如DSP采用Q12定标，则上位机或监控模块的设定值的定点数λ i，如图4所示，
(4096 154V < Vin < 286VIsetlmt = \；
[2048 120V < Vin < 154 VQ12对应范围为0-4096，表示将数字量I分为4096份，例如O. 5按照Q12定标，则为 2048。本发明实施例中，所述直流电源模块通过检测输出电压和输出电流来判定模块是否可能处于短路状态，当输出电流超过预设电流阈值同时输出电压小于预设电压阈值时，则可初步判定现场可能出现过载或短路故障。为了确定故障是否存在，还需根据预设延时来判断，如上述状态的持续时间超过了预设延时，则可确认所述过载或短路状态确实存在。S202，根据预设的逻辑延时控制限流与关机重启的循环过程，直至故障消除或者输出空开自动分断。该步骤是在软件限流基础上的进一步处理，当模块限流后，持续一段时间，模块关机，再持续一段时间，模块重启，若故障仍然存在则继续限流，如此循环。所述根据预设的逻辑延时控制限流与关机重启的循环过程的详细步骤如图5所示模块满足S201中所述的故障判定条件后，进入限流状态。S501,当限流时间超过第一逻辑延时，模块关机。通过预设的第一逻辑延时控制模块限流状态的持续时间，超过该持续时间后模块关机，但辅助电源仍在工作。S502,当关机时间超过第二逻辑延时，模块重启。通过预设的第二逻辑延时控制模块关机的时间，关机时间超过所述第二逻辑延时后，模块将重启。S503，判断故障是否存在。模块重启后，将首先判断过载或短路故障是否仍然存在。如故障已消除，则如S504模块将恢复正常状态；如故障仍然存在，则如S201，模块将再次进入限流状态，继续上述各步骤。、
过载或短路故障消除，可以使上述循环过程结束，若故障一直存在，则输出空开会因热积累效应而自动分断，从而消除了该模块所在电源系统的故障点。
在上述循环过程中的限流阶段，限定电流在输出空开的热积累不断增加，根据具体空开的脱口曲线，当输出空开积累的实际热能，达到空开脱扣曲线的规定值后，输出空开自动分断，从而减少了人力干预和维护成本。相应的，本发明实施例提供了一种直流电源模块保护装置，如图6所示，该装置包括软件限流单元，与逻辑保护单元连接，用于对发生过载或者短路的直流电源模块进行限流；逻辑保护单元，与软件限流单元连接，用于根据预设的逻辑延时控制限流与关机重启的循环过程，直至故障消除或者输出空开自动分断。所述逻辑保护单元进一步包括限流计时单元，与软件限流单元和关机计时单元连接，用于记录直流电源模块进行限流的时间，当超过第一逻辑延时后，将模块关机； 关机计时单元，与限流计时单元和故障判断单元连接，用于记录直流电源模块关机的时间，当超过第二逻辑延时后，将模块重启；故障判断单元，与关机计时单元和软件限流单元连接，用于判断过载或者短路是否仍然存在，若存在则再次进行限流。所述故障判断单元，判断输出电压小于预设电压阈值同时输出电流大于预设电流阈值，并且持续时间达到预设延时，则判定存在过载或者短路。所述软件限流单元进行限流时，限流点的给定取决于输入的市电电压和上位机或者监控模块的设定电流值。当输入市电电压过低时，模块将会降低限流点。如当输入市电电压范围在[154V，286V]之间时，限流点的给定Isetljntl为监控模块的设定值Iseamt ;当输入市电电压低于154V
时，限流点给定 Isettatl = O. 5IsetLnt。采用本发明的技术方案，能够通过热累积分断系统空开，来消除模块所在的电源系统的短路故障点，不但实现的成本低廉，对维护人员没有要求，降低维护成本和维护技术难度，且可以显著提高短路保护的可靠性，具有较高的性价比。本方案主要应用于直流模块的过载/短路保护场合，特别是针对系统稳定性要求较高的场合，比如信号电源系统，通信电源系统，电力操作电源等。本领域技术人员应该明白，上述的本发明实施例中的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
权利要求
1.一种直流电源模块保护方法，其特征在于，该方法包括对发生过载或者短路的直流电源模块进行限流；根据预设的逻辑延时控制限流与关机重启的循环过程，直至故障消除或者输出空开自动分断。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述根据预设的逻辑延时控制限流与关机重启的循环过程进一步包括，所述直流电源模块进行限流的时间超过第一逻辑延时后，该模块关机；当关机时间超过第二逻辑延时后，该模块重启；若过载或者短路仍然存在，则再次进行限流。
3.根据权利要求I或2所述的方法，其特征在于，每次进入限流状态，输出空开进行热积累，当热积累达到空开脱扣的预定值时，所述输出空开自动分断。
4.根据权利要求I或2所述的方法，其特征在于，所述判断是否存在过载或者短路包括，判断输出电压是否小于预设电压阈值以及输出电流是否大于预设电流阈值。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，当输出电压小于预设电压阈值同时输出电流大于预设电流阈值，并且持续时间达到预设延时，则判定存在过载或者短路。
6.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述直流电源模块进行限流时，限流点的给定取决于输入的市电电压和上位机或者监控模块的设定电流值。
7.一种直流电源模块保护装置，其特征在于，包括 软件限流单元，用于对发生过载或者短路的直流电源模块进行限流； 逻辑保护单元，用于根据预设的逻辑延时控制限流与关机重启的循环过程，直至故障消除或者输出空开自动分断。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述逻辑保护单元包括 限流计时单元，用于记录直流电源模块进行限流的时间，当超过第一逻辑延时后，将模块关机； 关机计时单元，用于记录直流电源模块关机的时间，当超过第二逻辑延时后，将模块重启; 故障判断单元，用于判断过载或者短路是否存在，若存在则再次进行限流。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述故障判断单元判断输出电压小于预设电压阈值同时输出电流大于预设电流阈值，并且持续时间达到预设延时，则判定存在过载或者短路。
10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述软件限流单元进行限流时，限流点的给定取决于输入的市电电压和上位机或者监控模块的设定电流值。
全文摘要
本发明公开了一种直流电源模块保护方法和装置，在模块软件限流的基础上，采用故障关机后重启的循环模式，以有助于通过热累积分断系统空开来消除模块所在的电源系统的短路故障点，不但实现的成本低廉，对维护人员没有要求，降低维护成本和维护技术难度，且可以显著提高短路保护的可靠性，具有较高的性价比。
文档编号H02M1/32GK102723699SQ20121020251
公开日2012年10月10日 申请日期2012年6月15日 优先权日2012年6月15日
发明者付建伟, 刘延, 高国振 申请人:北京鼎汉技术股份有限公司