CN110967572A - 一种车载脉冲功率源电压电流故障快速检测装置 - Google Patents

一种车载脉冲功率源电压电流故障快速检测装置 Download PDF

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顾金良
陈�光
罗红娥
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Abstract

本发明公开了一种车载脉冲功率源电压电流故障快速检测装置，包括：电压分压电路并联在储能电容的两端，采集储能电容的分压电压；电流分压电路串联在储能电容充电干路中，采集充电电路电流并转换为电压；快速比较电路将电压分压电路和电流分压电路的输出电压分别与各自预设参考电压比较，当电压分压电路或电流分压电路的输出电压高于各自预设参考电压时输出报警信号；报警器与快速比较电路输出端连接，当有报警信号时进行报警；辅助电源电路提供不同的可调电压，用于给快速比较电路进行供电和提供预设的参考电压。本发明故障诊断机构为高速电压比较器，可直接由硬件电路检测电压电流故障。

Description

一种车载脉冲功率源电压电流故障快速检测装置
技术领域
本发明涉及脉冲功率源测量技术，具体涉及一种车载脉冲功率源电压电流故障快速检测装置及方法。
背景技术
随着脉冲功率电源技术的发展，炮弹的发射频次要求越来越高，目前脉冲功率源的重复频率已可以达到一分钟6次，在未来还要实现更高频次。在这种高要求下，对脉冲功率源充电电压、电流的可靠性要求越来越高，如果出现电压或者电流过大，有可能会导致IGBT损坏，甚至***，威胁到操作人员的人身安全。因此要建立脉冲功率源充电过程中电压、电流检测机制。中国专利CN109358250 公开了一种电源车升压转换快速检测设备软件及升压转换快速检测设备，使用电压、电流互感器采集储能电容侧电压、电流，经AD转换后输入CPU，再使用 CPU进行判断，该方法速度一般，且需要软件和CPU芯片的支持，成本较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种车载脉冲功率源电压电流故障快速检测装置及方法。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种车载脉冲功率源电压电流故障快速检测装置，在储能电容和充电电路***设置电压分压电路、电流分压电路、快速比较电路、报警电路和辅助电源，其中：
电压分压电路并联在储能电容的两端，用于采集储能电容的分压电压，输出端与快速比较电路连接；
电流分压电路串联在储能电容充电干路中，用于采集充电电路电流并转换为电压，输出端与快速比较电路连接；
快速比较电路用于将电压分压电路和电流分压电路的输出电压与预设参考电压比较，当电压分压电路或电流分压电路的输出电压高于预设参考电压输出报警信号，输出端与报警器连接；
报警器与快速比较电路输出端连接，当有报警信号时进行报警；
辅助电源电路提供不同的可调电压，用于给快速比较电路进行供电和提供预设的参考电压。
一种车载脉冲功率源电压电流故障快速检测方法，包括如下步骤：
电压分压电路采集储能电容的分压电压V1；
电流分压电路采集充电电流转化为电压V2；
快速比较电路将电压分压电路的输出电压V1与第一预设参考电压V11比较，将电流分压电路的输出电压V2与第二预设参考电压比较，如果电压分压电路或电流分压电路的输出电压高于预设参考电压，则输出报警信号；
报警器当有报警信号时进行报警。
本发明与现有的技术相比，其优点显著：本发明无需采用电压互感器测量电压，无需采用电流互感器测量电流，无需经过AD转换和CPU比较，故障诊断机构为高速电压比较器，直接由硬件电路检测电压电流故障。
附图说明
图1为本发明车载脉冲功率源的电压电流故障快速检测方法原理图。
图2为本发明电压分压电路和电流分压电路的电路图。
图3为本发明快速比较电路的电路图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例进一步说明本发明方案。
一种车载脉冲功率源电压电流故障快速检测装置，在储能电路10和充电电路***设置电压分压电路20、电流分压电路30、快速比较电路40、报警电路50 和辅助电源60，其中：
电压分压电路20并联在储能电容10的两端，采集储能电容10的分压电压，输出端与快速比较电路40连接；
电流分压电路30串联在储能电容10充电干路中，采集充电电路电压，输出端与快速比较电路40连接；
快速比较电路40将电压分压电路20和电流分压电路30的输出电压与预设参考电压比较，当电压分压电路20或电流分压电路30的输出电压高于预设参考电压输出报警信号，输出端与报警器50连接；
报警器50与快速比较电路40输出端连接，当有报警信号时进行报警；
辅助电源电路60提供不同的可调电压，用于给快速比较电路40进行供电和提供预设的参考电压。
一种车载脉冲功率源的电压电流故障快速检测装置，包括储能电容、电压分压电路、电流分压电路、快速比较电路、报警器和辅助电源，其中：
所述电压分压电路采集到的电压V1直接连接到快速比较电路，用于对储能电容的电压值进行分压，并传出分压值。
所述电流分压电路采集到的电压V2直接连接到快速比较电路，用于对充电过程中电流值转化为电压值，并传出分压值。
快速比较电路的输出端与报警器连接，用于比较分压电路的电压与预设参考电压，并将结果输出。当采集电压高与预设电压时，快速比较电路输出信号。报警器与快速比较电路的输出连接，当有输出信号时，进行报警。所述辅助电源提供快速比较电路中的预设电压。
如图2所示，电压分压电路20为串联的第一电阻R1和第二电阻R2。电压分压电路的输出为R1、R2中间的电压，输出V1接入电压比较器AR1正输入端。考虑电阻表而的绝缘性能和结构的绝缘性能、泄漏电流的问题，分压电阻应该在 108Ω量级或以上。可知V1的大小为：
Figure RE-GDA0002371625940000031
其中，R1、R2分为精密电阻R1、R2的电阻值，UC1为储能电容C1的电压值。由于R1、R2大小固定，所以可知，V1与UC1成正比例关系，通过V1即可反应储能电容C1上的电压。对于允许充电的最大电压，只需带入上式中UC1进行计算，即可得预设电压V11的值。
电流分压电路30由一个精密电阻R3，一个运算放大器H1，四个电阻R4、 R5、R6、R7(R4＝R5＝R6＝R7)组成。其中，四个电阻R4、R5、R6、R7和运算放大器H1构成减法运算电路。其输出V2为精密电阻R3两端的电势差。运算放大器H1的反向输入端与R5、R7的一端电连接，同向输入端与R6、R4的一端电连接，输出端与或门的一端电连接；R4的一端与运算放大器H1的正向输入端电连接，另一端接地；R5的一端与运算放大器H1的反向输入端电连接，另一端与R3的低电压侧电连接；R6的一端与运算放大器H1的正向输入端电连接，另一端与R3的高电压侧电连接；R7的一端与运算放大器H1的反向输入端电连接，另一端与运算放大器H1的输出端电连接。可知，其输出V2大小为：
V2＝IR3
其中，I为干路中通过电阻R3的电流大小，R3为精密电阻R3的电阻值。由于精密电阻R3大小固定，可知输出V2大小与电流I成正比，电流越大时， V2也越大。对于允许通过的最大电流，只需带入上式中I进行计算，即可得预设电压V22的值。
如图3所示，快速比较电路40包括第一比较器AR1、第二比较器AR2和高速或门U1，AR1的正输入端接电压分压电路的输出V1，负输入端连接辅助电源电路60，由辅助电源电路提供第一预设参考电压V11，AR2的正输入端接电流分压电路的输出V2，负输入端连接辅助电源电路60，由辅助电源电路提供第二预设参考电压V22，AR1、AR2的输出端分别接同一个或门U1的两个端口，或门的输出接报警器。作为一种优选实施方式，所述第一比较器(AR1)、第二比较器(AR2)为带隔离的高速电压比较器。
基于上述装置的车载脉冲功率源电压电流故障快速检测方法，在车载脉冲功率源开始充电前，需要设置两个预设电压，一个用于对电压分压电路的输出进行比较，另一个用于对电流分压电路的输出进行比较。预设电压V11和V22分别根据实际需要报警的最大电压值和最大电流值进行计算。当车载脉冲功率源开始充电时，如果储能电容的电压正常，同时充电电流的大小正常时，快速比较电路没有输出，报警器没有动作。当出现储能电容电压超过最大值，或者充电电流超过最大值，或两者同时出现时，高快速比较电路有信号输出，报警器动作。
本发明无需使用电压互感器测量电压，无需对测得的电压值进行AD转换，无需通过CPU比较，只靠分压电路与电压比较器即可实现对充电电压、电流异常的判断，检测速度快，结构简单。

Claims (10)

1.一种车载脉冲功率源电压电流故障快速检测装置，其特征在于，在储能电容(10)和充电电路***设置电压分压电路(20)、电流分压电路(30)、快速比较电路(40)、报警电路(50)和辅助电源(60)，其中：
电压分压电路(20)并联在储能电容(10)的两端，用于采集储能电容(10)的分压电压，输出端与快速比较电路(40)连接；
电流分压电路(30)串联在储能电容(10)充电干路中，用于采集充电电路电流并转换为电压，输出端与快速比较电路(40)连接；
快速比较电路(40)用于将电压分压电路(20)和电流分压电路(30)的输出电压与预设参考电压比较，当电压分压电路(20)或电流分压电路(30)的输出电压高于预设参考电压输出报警信号，输出端与报警器(50)连接；
报警器(50)与快速比较电路(40)输出端连接，当有报警信号时进行报警；
辅助电源电路(60)提供不同的可调电压，用于给快速比较电路(40)进行供电和提供预设的参考电压。
2.根据权利要求1所述的车载脉冲功率源电压电流故障快速检测装置，其特征在于，所述电压分压电路(20)包括第一电阻(R1)和第二电阻(R2)，所述第一电阻(R1)和第二电阻(R2)串联后并联在储能电容(10)的两端，第一电阻(R1)和第二电阻(R2)的连接端为输出端。
3.根据权利要求2所述的车载脉冲功率源电压电流故障快速检测装置，其特征在于，所述第一电阻(R1)和第二电阻(R2)在108Ω量级或以上。
4.根据权利要求1所述的车载脉冲功率源电压电流故障快速检测装置，其特征在于，所述电流分压电路(30)包括第一运算放大器(H1)、第三电阻(R3)，第四电阻(R4)，第五电阻(R5)，第六电阻(R6)和第七电阻(R7)，所述第三电阻(R3)串联在储能电容(10)的充电干路中，所述第一运算放大器(H1)的反向输入端与第五电阻(R5)、第七电阻(R7)的一端连接，同向输入端与第六电阻(R6)、第四电阻(R4)的一端连接，输出端与快速比较电路(40)连接；所述第四电阻(R4)的一端与第一运算放大器(H1)的正向输入端连接，另一端接地；所述第五电阻(R5)的一端与第一运算放大器(H1)的反向输入端连接，另一端与第三电阻(R3)的低电压侧连接；所述第六电阻(R6)的一端与第一运算放大器(H1)的正向输入端连接，另一端与第三电阻(R3)的高电压侧连接；所述第七电阻(R7)的一端与第一运算放大器H1的反向输入端连接，另一端与第一运算放大器(H1)的输出端连接。
5.根据权利要求4所述的车载脉冲功率源电压电流故障快速检测装置，其特征在于，所述第四电阻(R4)，第五电阻(R5)，第六电阻(R6)和第七电阻(R7)的阻值相等。
6.根据权利要求1所述的车载脉冲功率源电压电流故障快速检测装置，其特征在于，所述快速比较电路(40)包括第一比较器(AR1)、第二比较器(AR2)和高速或门(U1)，所述第一比较器(AR1)的正输入端连接电压分压电路(20)输出端，负输入端连接辅助电源电路(60)，输出端连接高速或门(U1)；所述第二比较器(AR2)的正输入端连接电流分压电路(30)输出端，负输入端连接辅助电源电路(60)，输出端连接高速或门(U1)，所述高速或门(U1)输出端连接报警器(50)。
7.根据权利要求6所述的车载脉冲功率源电压电流故障快速检测装置，其特征在于，所述第一比较器(AR1)、第二比较器(AR2)为带隔离的电压比较器。
8.一种车载脉冲功率源电压电流故障快速检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
电压分压电路(20)采集储能电容(10)的分压电压V1；
电流分压电路(30)采集充电电流转化为电压V2；
快速比较电路(40)将电压分压电路(20)的输出电压V1与第一预设参考电压V11比较，将电流分压电路(30)的输出电压V2与第二预设参考电压比较，如果电压分压电路(20)或电流分压电路(30)的输出电压高于预设参考电压，则输出报警信号；
报警器(50)当有报警信号时进行报警。
9.根据权利要求8所述的车载脉冲功率源电压电流故障快速检测方法，其特征在于，储能电容(10)的分压电压V1的大小为：
Figure FDA0002191641330000021
其中，R1、R2分为第一、二电阻(R1、R2)的电阻值，UC1为储能电容(C1)的电压值，由于R1、R2大小固定，可知V1与UC1成正比例关系，通过V1即可反应储能电容(C1)上的电压，对于允许充电的最大电压，只需带入上式中UC1进行计算，即可得预设电压V11的值。
10.根据权利要求8所述的车载脉冲功率源电压电流故障快速检测方法，其特征在于，充电电流转化的电压V2大小为：
V2＝IR3
其中，I为干路中通过第三电阻(R3)的电流大小，R3为第三电阻(R3)的电阻值，由于R3大小固定，可知输出V2大小与电流I成正比，电流越大时，V2也越大，对于允许通过的最大电流，只需带入上式中I进行计算，即可得预设电压V22的值。
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