一种无源混合功率控制回路与控制方法技术

一种无源混合功率控制回路，包括：一个满足电磁兼容四级要求、交直流通用、宽范围动作电压的快速启动和延时断电的电源单元；基于高性能微处理器的主控单元，连接到一个由继电器和大功率半导体器件组成的直流或交流混合功率单元；电源单元给主控单元混合功率单元供电；输出反馈电路则实时返回输出电压至降压电路FB脚实时调节降压电路的输出电压；主控单元输出接开关管Q1，混合功率继电器RL2与开关管Q1并联，并与第一与第三继电器串联在载流回路中。本发明专利技术控制回路及控制方法包括通过大功率半导体器件和继电器的组成的混合功率单元并控制其导通和断开时序解决了目前长期通断大负载的发热问题和断负载拉弧的问题，提高运行的稳定性。的稳定性。的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种无源混合功率控制回路与控制方法


[0001]本专利技术涉及电力电子
，是一种无源混合功率控制回路与控制方法，特别是对于电力行业中直流负载和交流负载的可靠控制与保护。

技术介绍

[0002]在电力行业中，目前绝大多数都是使用接触器对交流负载如交流电机和直流负载如直流电机进行控制。而接触器的控制电压根据现场使用情况分为交流和直流两种，根据不同的控制回路又可分为若干个电压等级，这就导致了目前的市面上的接触型号众多。交直流不能通用，不同电压等级的不能通用是目前应用时遇到的一个堵点。
[0003]无论是直流接触器还是交流接触器，如果安装在高压开关本体上时，高压开关在进行分合闸操作时的振动非常大，会导致接触器的接点抖动，如果抖动过大就会极易出现接点拉弧的现象，这就可能导致接触器的触头烧毁。一旦接触器的触头烧毁、粘死，就会导致电机回路工作异常，严重时会导致整个电机控制回路过热甚至烧毁。
[0004]现有的接触器控制方式为先控制电源通电，控制电源使接触器内部线圈导通，线圈得电后，静铁芯产生电磁吸力是的动铁芯被吸合，进而带动触头系统的触片发生动作，从而改变触头的常开常闭状态。
[0005]在电力行业中，对电磁兼容的要求很高，通常都需要达到四级的要求，这就导致现有的接触器需要额外的增加浪涌抑制电路，这也会额外的增加接触器的成本和尺寸。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是，提出一种无辅助电源、可靠的对直流负载和交流负载进行控制与保护的控制方法。通过特殊的PWM输出控制，特别定义为三到四段时间，达到一种缓启动的功能，避免瞬间的大功率输入对电路造成破坏。
[0007]本专利技术的技术方案是：一种无源混合功率控制回路与控制方法，包括一个满足电磁兼容四级要求、交直流通用、宽范围动作电压的快速启动和延时断电的电源单元，一个基于高性能微处理器的主控单元，一个由继电器和半导体器件组成的混合功率单元。
[0008]所述的满足电磁兼容四级要求、交直流通用、宽范围动作电压的快速启动和延时断电的电源单元包含了浪涌抑制电路、整流滤波电路、降压电路、输出反馈电路和LDO单元。在输入电源进入电源回路后，首先会通过由热敏电阻、压敏电阻、共模电感和安规电容组成的EMC抑制电路，保护输入电源可以稳定的输出给整流电路；整流滤波电路由整流桥和电解电容等实现将输入电源整定为平缓稳定的直流电源以满足降压电路的要求，降压电路的工作原理可以参考LNK306芯片的原理；降压电路输出的稳定的VDD电压，此电压可以给载流单元的MOS管供电也可给LDO单元供电，LDO电源工作稳定后则提供工作电源给主控单元。LDO单元(一种低压差线性稳压器芯片)的工作原理可以参考AMS1117芯片的原理。输出反馈电路则实时返回输出电压至降压电路是实时调节降压电路的输出电压。主控单元输出接开关管Q1，混合功率继电器RL2(第二继电器)与开关管Q1并联，并与第一与第三(方向)继电器串
联在载流回路中。
[0009]所述的基于高性能微处理器的主控单元包含了微处理器、保证微处理器正常工作的外围电路、驱动继电器及大功率半导体器件工作的逻辑控制回路。微处理器工作原理可以参考STM32G070CBT6芯片的原理。微处理器的作用为采集输入电源的状态进行分析处理，达到动作条件后，会输出PWM信号至载流单元，控制载流单元的通断，同时还实时采集载流电源的运行电流，一旦出现异常或者故障后及时切断载流单元；逻辑控制回路则用来驱动继电器开出，逻辑电路由与门和与非门电路组成，接受到来自为微处理器的极性相反的信号后方可驱动继电器开出，以此可以保证继电器开出的准确性，避免干扰导致的继电器误动作。
[0010]所述的继电器和半导体器件组成的混合功率单元根据交流和直流负载分为两种。直流负载由继电器、双向MOS管、驱动双向MOS管工作的驱动电路以及电流采样回路构成。交流负载则由继电器、双向可控硅、驱动双向可控硅工作的驱动电路以及电流采样回路构成。
[0011]所述的控制回路通常用于控制电机的工作与否，电机线圈为感性负载，启动阶段会出现涌流现象而停止阶段会出现反向电动势，所以在载流回路旁还设置了浪涌电流吸收抑制回路以保证MOS管和可控硅的安全。
[0012]根据本专利技术实现的无源混合功率控制回路的控制方法包括：电源模块实现整个回路的上电，上电并待微处理器初始化完成之后采集输入电压、载流回路电流等状态，在满足预先设置的参数后立即输出DO1和DO3控制信号驱动方向继电器的常开接点闭合，方向继电器RL1的常开接点一端与MOS管的D极或可控硅的T2连接，另一端则与外部输入连接。然后会输出PWM控制信号，通过MOSFET驱动MOS管或隔离可控硅控制光耦控制可控硅导通，此时载流回路导通。继续延时一定时间后输出DO2控制信号驱动混合功率继电器的常开接点闭合，混合功率继电器的常开接点的两端则与MOS管的D极和S极并联或与可控硅的T1和T2并联，由于继电器的开出接点内阻很小为毫欧级别，此时MOS管或者可控硅等同于短路状态。在DO2开出一定时间后，取消PWM控制信号，此时MOS管和可控硅处于不工作状态，整个载流回路由方向继电器和混合功率继电器的开出接点载流。
[0013]所述的直流应用场景下的混合功率控制回路的启动控制方法为：控制电源得电并为整个回路提供稳定的电源，微处理器初始化完成后会先控制第一与第三继电器RL1和RL3使其常开接点闭合，延时二段至四段时间后微处理器输出的PWM信号达到100％占空比，每段时间取15
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100ms；
[0014]取二段时间时，第一段输出的PWM信号达到40
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55％占空比，第二段输出的PWM信号达到100％占空比。
[0015]取三段时间时，第一段输出的PWM信号达到40
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55％占空比，第二段输出的PWM信号达到70
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85％占空比；第三段输出的PWM信号达100％占空比。
[0016]取四段时间时，第一段输出的PWM信号达到30
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50％占空比，第二段输出的PWM信号达到55
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70％占空比；第三段输出的PWM信号达75
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85％占空比；第四段输出的PWM信号达100％占空比；
[0017]或混合功率控制回路停止控制方法为，延时二段至四段时间后微处理器输出的PWM信号从100％达到0％占空比，每段时间取15
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100ms；
[0018]取二段时间时，第一段输出的PWM信号达到60
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45％占空比，第二段输出的PWM信号
达到0％占空比。
[0019]取三段时间时，第一段输出的PWM信号达到60
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45％占空比，第二段输出的PWM信号达到30
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15％占空比；第三段输出的PWM信号达0％占空比。
[0020]取四段时间时，第一段输出的PWM信号达到70
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50％占空比，第二段输出的P本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无源混合功率控制回路，其特征在于，包括：一个满足电磁兼容四级要求、交直流通用、宽范围动作电压的快速启动和延时断电的电源单元；基于高性能微处理器的主控单元，连接到一个由继电器和大功率半导体器件组成的直流或交流混合功率单元；电源单元给主控单元混合功率单元供电；所述的电源单元包含了浪涌抑制电路、整流滤波电路、降压电路、输出反馈电路和LDO单元；在输入电源进入电源回路后，浪涌抑制电路由热敏电阻、压敏电阻、共模电感和安规电容组成的EMC抑制电路，保护输入电源能稳定输出至整流滤波电路；整流滤波电路由整流桥和电解电容将输入电源整定为平缓稳定的直流电源以满足降压电路的要求，降压电路采用LNK306芯片；降压电路输出的稳定的VDD电压，此电压给载流单元的MOS管供电也给LDO单元供电，LDO电源工作稳定后则提供工作电源给主控单元；主控单元输出接开关管Q1，混合功率继电器RL2与开关管Q1并联，并与第一与第三继电器串联在载流回路中。2.根据权利要求1所述的一种无源混合功率控制回路，其特征在于：所述的主控单元包括型号为STM32G070CBT6的微处理器、外围电路、驱动继电器及大功率半导体器件工作的逻辑控制回路；微处理器、采集输入电源的状态进行分析处理，达到动作条件后，、输出PWM信号至载流单元，控制载流单元即继电器及大功率半导体器件的通断，同时还实时采集载流单元电源的运行电流，一旦出现异常或者故障后及时切断载流单元；逻辑控制回路则用来驱动继电器开出，逻辑电路由与门和与非门电路组成，接受到来自为微处理器的极性相反的信号后方可驱动继电器开出。3.根据权利要求1所述的一种无源交流混合功率控制回路，其特征在于：所述混合功率单元包括由继电器和可控硅或开关管组成的载流回路、驱动大功率可控硅的隔离驱动电路以及保护可控硅的保护回路，此载流回路具备掉电时双端隔离，上电时双向导通的特性。4.根据权利要求1所述的一种无源直流混合功率控制回路，其特征在于：所述混合功率单元包括了由继电器接点和两个N
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MOS管即开关管组成的载流回路、驱动大功率MOS管的隔离驱动电路以及保护MOS管的保护回路，此载流回路具备掉电时双端隔离，上电时双向导通的特性。5.根据权利要求1
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4所述的任一无源混合功率控制回路的启动模式控制方法，其特征在于：所述的直流或交流应用场景下的混合功率控制回路的启动控制方法为：控制电源得电并为整个回路提供稳定的电源，微处理器初始化完成后会先控制混合功率控制回路的继电器RL1和RL3使其常开接点闭合，延时二段至四段时间后微处理器输出的PWM信号达到100%占空比，每段时间取15
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100ms；取二段时间时，第一段输出的PWM信号达到40
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55%占空比，第二段输出的PWM信号达到100%占空比;取三段时间时，第一段输出的PWM信号达到40
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55%占空比，第二段输出的PWM信号达到70
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85%占空比；第三段输出的PWM信号达100%占空比;取四段时间时，第一段输出的PWM信号达到30
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50%占空比，第二段输出的PWM信号达到55
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70%占空比；第三段输出的PWM信号达75
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85%占空比；第四段输出的PWM信号达100%占空比；或混合功率控制回路逆启动即停止的控制方法为，延时二段至四段时间后微处理器输出的PWM信号从100%达到0%占空比，每段时间取15
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【专利技术属性】
技术研发人员：张熀松，祁鹍，
申请(专利权)人：南京协澳智能控制系统有限公司，
类型：发明
国别省市：