CN117411303B - 一种用于储能变换器的缓起电路及其工作方法 - Google Patents

一种用于储能变换器的缓起电路及其工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于储能变换器的缓起电路及其工作方法，其中，缓起电路包括光耦、可调节电阻、Oring电路，所述可调节电阻串联于所述光耦的原边侧，所述光耦的副边侧与所述Oring电路的第一MOS管相连，该缓起电路能够提高储能变换器的工作可靠性，节约器件成本，并且可实现器件电路的轻量化。本申请的缓起电路的工作方法通过检测Oring电路的第一MOS管两边的电压差，进而依此控制驱动通断的方式来实现控制冲击电流，并可以通过分多次开通来减小MOS管的热累积，有效保护器件。

Description

一种用于储能变换器的缓起电路及其工作方法
技术领域
本发明涉及储能变换设备技术领域，具体涉及一种用于储能变换器的缓起电路及其工作方法。
背景技术
DCDC储能变换器是利用电力电子器件电路把高压直流电转变为电池侧低压直流电给电池充电或把电池低压直流电转变为高压直流电的装置。在DCDC储能变换器电池侧的缓起电路中，通常采用Oring Mos管和限流电阻及继电器并联的方式构成电池测的缓起电路，限流电阻及继电器组成预充支路，预充时先开通继电器，通过限流电阻给内部电容充电，再打开Oring Mos管，如此可以将冲击电流控制得比较小。但由于限流电阻通常为水泥电阻，体积较大，且继电器也容易出故障，一旦预充支路有器件损坏，则会导致电池无法放电，影响***工作。
因此，如何优化储能变换器的缓起电路的结构，以节约产品空间，提供产品工作可靠性，是本申请所针对解决的技术问题。
发明内容
本发明的一个主要目的在于克服上述的至少一种缺陷，是要提供一种用于储能变换器的缓起电路及其工作方法，其能够提高储能变换器的工作可靠性，节约器件成本，并且可实现器件电路的轻量化。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
本发明提供了一种用于储能变换器的缓起电路，用于储能变换器，其中，缓起电路包括光耦、可调节电阻、Oring电路，所述可调节电阻串联于所述光耦的原边侧，所述光耦的副边侧与所述Oring电路的第一MOS管相连。
根据本发明的其中一个实施方式，所述Oring电路的第一MOS管的前后设置有电压检测单元，用于检测所述第一MOS管的前后电压差，根据所述第一MOS管的前后电压差调整驱动电流。
根据本发明的其中一个实施方式，储能变换器的控制输入端经第二MOS管再与所述可调节电阻相连。
根据本发明的其中一个实施方式，所述储能变换器的控制输入端与所述第二MOS管的栅极相连，所述第二MOS管的源极接地，所述第二MOS管的漏极与所述可调节电阻的一侧相连，所述可调节电阻的另一侧接入所述光耦。
根据本发明的其中一个实施方式，所述光耦的副边侧与所述第一MOS管的连接线上并联有启动电容。
根据本发明的其中一个实施方式，所述光耦的副边侧设置有第二保护电阻，所述光耦的副边侧与第二保护电阻的一侧相连，所述第二保护电阻的另一侧接入所述第一MOS管，所述启动电容的一侧与所述第二保护电阻的另一侧相连，所述启动电容的另一侧接入所述第一MOS管。
根据本发明的其中一个实施方式，在所述光耦的副边侧还设置有第三保护电阻，所述第三保护电阻的一侧与所述第二保护电阻的另一侧相连，所述第三保护电阻的另一侧与所述启动电容的另一侧相连。
根据本发明的其中一个实施方式，所述储能变换器包括储能电池与输出电容，所述第一MOS管的栅极与所述光耦的副边侧相连，所述第一MOS管的漏极与所述储能电池的正极相连，所述第一MOS管的源极与所述输出电容的一侧相连，所述输出电容的另一侧与所述储能电池的负极相连。
特别地，本发明提供了一种用于储能变换器的缓起电路的工作方法，其中，缓起电路采用如前所述的结构，工作方法包括如下工作步骤：
检测第一MOS管的源极与漏极之间的电压差Vds，并记录未启动状态下所述第一MOS管的源极与漏极之间的电压差，并记为初始电压差值Vds_0；
由光耦的原边侧输入Oring驱动指令，当检测到实时的所述电压差Vds小于初始电压差值Vds_0的k倍后由光耦的原边侧输入Oring关断指令，刷新并记录输入Oring关断指令时的所述第一MOS管的源极与漏极之间的电压差，并记为中间电压差值Vds_0'；
在间隔一段时间后，再次由光耦的原边侧输入Oring驱动指令直至检测到实时的所述电压差Vds小于中间电压差值Vds_0'的k倍后即由光耦的原边侧输入Oring关断指令，再次刷新并记录输入Oring关断指令时的所述第一MOS管的源极与漏极之间的电压差，重复这一步骤直至达到预设的缓起条件后保持Oring驱动指令的输入，储能变换器的缓起完成。
根据本发明的其中一个实施方式，k的取值为0至1间的常数。
根据本发明的其中一个实施方式，预设的缓起条件为所述第一MOS管的源极与漏极之间的电压差Vds小于设定的最小电压差Vds_min，达到所述预设的缓起条件后则发送Oring驱动指令后不再发送Oring关断指令，缓起完成。
根据本发明的其中一个实施方式，预设的缓起条件为重复由光耦的原边侧输入Oring驱动指令和Oring关断指令的次数超过规定的次数n_max，达到所述预设的缓起条件后则发送Oring驱动指令后不再发送Oring关断指令，缓起完成。
与现有技术相比较，本发明专利申请的用于储能变换器的缓起电路及其工作方法的优点及有益效果在于：
本申请的缓起电路，其用于储能变换器，是采用光耦对Oring电路进行驱动，结合控制光耦原边侧的可调节电阻的阻值，实现光耦原边限流，进而实现对于光耦副边侧的输出电流的控制，从而在Oring电路启动时启动电容不用设置的很大就能达到增大Oring电路开通时间的目的，从而有效减小冲击电流。也就是说，可以通过不增大启动电容的方式来增加Oring电路的开通时间，在减小冲击电流的同时不增加Oring关断时间。
另外，本申请的缓起电路的工作方法，通过检测Oring电路的第一MOS管两边的电压差，进而依此控制驱动通断的方式来实现控制冲击电流，并可以通过分多次开通来减小MOS管的热累积，有效保护器件。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
图1是根据本发明一个实施例的缓起电路的结构示意图；
图2是根据本发明另一个实施例的缓起电路的工作方法的处理流程示意图。
附图标记如下：
U1、光耦；R1、可调节电阻；R2、第二保护电阻；R3、第三保护电阻；Q1、第一MOS管；Q2、第二MOS管；Battery、储能电池；Co、输出电容。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例
本实施例描述了一种用于储能变换器的缓起电路，用于储能变换器，其中，如图1所示，缓起电路包括光耦U1、可调节电阻R1、Oring电路，所述可调节电阻R1串联于所述光耦U1的原边侧，所述光耦U1的副边侧与所述Oring电路的第一MOS管Q1相连。
在一个实施方式下，所述Oring电路的第一MOS管Q1的前后设置有电压检测单元，用于检测所述第一MOS管Q1的前后电压差，根据所述第一MOS管Q1的前后电压差调整驱动电流。在本实施例中，是采集第一MOS管Q1的源极的电压、漏极处的电压，进而依据第一MOS管Q1的源极与漏极之间的电压差Vds实现进一步的方法控制。通过检测Oring电路的第一MOS管Q1两边的电压差，进而依此控制驱动通断的方式来实现控制冲击电流，并可以通过分多次开通来减小MOS管的热累积，有效保护器件。
在一个实施方式下，储能变换器的控制输入端经第二MOS管Q2再与所述可调节电阻R1相连，所述储能变换器的控制输入端与所述第二MOS管Q2的栅极相连，所述第二MOS管Q2的源极接地，所述第二MOS管Q2的漏极与所述可调节电阻R1的一侧相连，所述可调节电阻R1的另一侧接入所述光耦U1。
在一个实施方式下，所述光耦U1的副边侧与所述第一MOS管Q1的连接线上并联有启动电容。所述光耦U1的副边侧设置有第二保护电阻R2，所述光耦U1的副边侧与第二保护电阻R2的一侧相连，所述第二保护电阻R2的另一侧接入所述第一MOS管Q1，所述启动电容的一侧与所述第二保护电阻R2的另一侧相连，所述启动电容的另一侧接入所述第一MOS管Q1。
另外，在所述光耦U1的副边侧还设置有第三保护电阻R3，所述第三保护电阻R3的一侧与所述第二保护电阻R2的另一侧相连，所述第三保护电阻R3的另一侧与所述启动电容的另一侧相连。
在一个实施方式下，所述储能变换器包括储能电池Battery与输出电容Co，所述第一MOS管Q1的栅极与所述光耦U1的副边侧相连，所述第一MOS管Q1的漏极与所述储能电池Battery的正极相连，所述第一MOS管Q1的源极与所述输出电容Co的一侧相连，所述输出电容Co的另一侧与所述储能电池Battery的负极相连。
本实施例的缓起电路，其用于储能变换器，是采用光耦U1对Oring电路进行驱动，结合控制光耦U1原边侧的可调节电阻R1的阻值，实现光耦U1原边限流，进而实现对于光耦U1副边侧的输出电流的控制，从而在Oring电路启动时启动电容不用选择很大的容值就能达到增大Oring电路开通时间的目的，从而有效减小冲击电流。也就是说，可以通过不增大启动电容的方式来增加Oring电路的开通时间，在减小冲击电流的同时不增加Oring关断时间。
实施例
本实施例描述了一种用于储能变换器的缓起电路的工作方法，其中，缓起电路采用如实施例1所述的结构，所述Oring电路的第一MOS管Q1的前后设置有电压检测单元，用于检测所述第一MOS管Q1的前后电压差，根据所述第一MOS管Q1的前后电压差调整驱动电流。
本实施例的用于储能变换器的缓起电路的工作方法包括如下工作步骤，如图2所示：
检测第一MOS管Q1的源极与漏极之间的电压差Vds，并记录未启动状态下所述第一MOS管Q1的源极与漏极之间的电压差，并记为初始电压差值Vds_0；
由光耦U1的原边侧输入Oring驱动指令，当检测到实时的所述电压差Vds小于初始电压差值Vds_0的k倍后由光耦U1的原边侧输入Oring关断指令，刷新并记录输入Oring关断指令时的所述第一MOS管Q1的源极与漏极之间的电压差，并记为中间电压差值Vds_0'，其中，k的取值为0至1间的常数，可考虑采样延时和关断延时，k可取0.8~0.9的常数；
在间隔一段时间后，再次由光耦U1的原边侧输入Oring驱动指令直至检测到实时的所述电压差Vds小于中间电压差值Vds_0'的k倍后即由光耦U1的原边侧输入Oring关断指令，再次刷新并记录输入Oring关断指令时的所述第一MOS管Q1的源极与漏极之间的电压差，重复这一步骤直至达到预设的缓起条件后保持Oring驱动指令的输入，储能变换器的缓起完成；
在一个实施方式下，预设的缓起条件为所述第一MOS管Q1的源极与漏极之间的电压差Vds小于设定的最小电压差Vds_min，达到所述预设的缓起条件后则发送Oring驱动指令后不再发送Oring关断指令，缓起完成。
在另一实施方式下，预设的缓起条件为重复由光耦U1的原边侧输入Oring驱动指令和Oring关断指令的次数超过规定的次数n_max，达到所述预设的缓起条件后则发送Oring驱动指令后不再发送Oring关断指令，缓起完成。
基于实施例1所述的缓起电路的结构对储能变换器进行缓起时，实时检测Oring电路的第一MOS管Q1的前后电压Vbo和Vao，通过相减可以得到Oring的实时电压差Vds。Oring驱动指令、Oring关断指令一般由外部的控制用的单片机发出，单片机发送指令前，先计算初始电压差值Vds_0；接着单片机向第二MOS管Q2发送Oring驱动指令，当Oring电路的第一MOS管Q1达到米勒平台后，电压差Vds的实时值开始下降，同时流过第一MOS管Q1的电流也在快速上升，此电压电流交叠区产生的损耗较大。若在检测到实时电压差Vds低于初始电压差值Vds_0的k倍（k<1）后发出Oring关断指令关断第一MOS管Q1，则可阻止第一MOS管Q1处冲击电流的继续上升。刷新并记录输入Oring关断指令时的所述第一MOS管Q1的源极与漏极之间的电压差，并记为中间电压差值Vds_0'，待一定时间td（td由输出电容Co的大小决定，原则上是保证两次Oring驱动指令之间输出电容Co上的电压下降很小，一般td为毫秒级）后单片机再发Oring驱动指令，由于储能变换器的输出电容Co远比Oring驱动电容C1大，td可以适当加长。同时，由于此时Vds相较于之前小，冲击电流也相应减小，再次由光耦U1的原边侧输入Oring驱动指令直至检测到实时的所述电压差Vds小于中间电压差值Vds_0'的k倍后即由光耦U1的原边侧输入Oring关断指令，再次刷新并记录输入Oring关断指令时的所述第一MOS管Q1的源极与漏极之间的电压差，通过重复该过程，直到实时的电压差Vds小于最小电压差Vds_min，或者重复次数超过规定的次数n_max，则本次单片机发送Oring驱动指令后不再发送Oring关断指令，缓起完成。通过以上方法，可以减小启动过程中的最大冲击电流，也能减小储能变换器中MOS管的热累积。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种用于储能变换器的缓起电路的工作方法，其特征在于，缓起电路包括光耦、可调节电阻、Oring电路，所述可调节电阻串联于所述光耦的原边侧，所述光耦的副边侧与所述Oring电路的第一MOS管相连，工作方法包括如下工作步骤：
检测第一MOS管的源极与漏极之间的电压差Vds，并记录未启动状态下所述第一MOS管的源极与漏极之间的电压差，并记为初始电压差值Vds_0；
由光耦的原边侧输入Oring驱动指令，当检测到实时的所述电压差Vds小于初始电压差值Vds_0的k倍后由光耦的原边侧输入Oring关断指令，刷新并记录输入Oring关断指令时的所述第一MOS管的源极与漏极之间的电压差，并记为中间电压差值Vds_0'；
在间隔一段时间后，再次由光耦的原边侧输入Oring驱动指令直至检测到实时的所述电压差Vds小于中间电压差值Vds_0'的k倍后即由光耦的原边侧输入Oring关断指令，再次刷新并记录输入Oring关断指令时的所述第一MOS管的源极与漏极之间的电压差，重复这一步骤直至达到预设的缓起条件后保持Oring驱动指令的输入，储能变换器的缓起完成。
2.根据权利要求1所述的用于储能变换器的缓起电路的工作方法，其特征在于，k的取值为0至1间的常数。
3.根据权利要求2所述的用于储能变换器的缓起电路的工作方法，其特征在于，预设的缓起条件为所述第一MOS管的源极与漏极之间的电压差Vds小于设定的最小电压差Vds_min，达到所述预设的缓起条件后则发送Oring驱动指令后不再发送Oring关断指令，缓起完成。
4.根据权利要求2所述的用于储能变换器的缓起电路的工作方法，其特征在于，预设的缓起条件为重复由光耦的原边侧输入Oring驱动指令和Oring关断指令的次数超过规定的次数n_max，达到所述预设的缓起条件后则发送Oring驱动指令后不再发送Oring关断指令，缓起完成。
5.根据权利要求1所述的用于储能变换器的缓起电路的工作方法，其特征在于，所述Oring电路的第一MOS管的前后设置有电压检测单元，用于检测所述第一MOS管的前后电压差，根据所述第一MOS管的前后电压差调整驱动电流。
6.根据权利要求1所述的用于储能变换器的缓起电路的工作方法，其特征在于，储能变换器的控制输入端经第二MOS管再与所述可调节电阻相连。
7.根据权利要求6所述的用于储能变换器的缓起电路的工作方法，其特征在于，所述储能变换器的控制输入端与所述第二MOS管的栅极相连，所述第二MOS管的源极接地，所述第二MOS管的漏极与所述可调节电阻的一侧相连，所述可调节电阻的另一侧接入所述光耦。
8.根据权利要求1所述的用于储能变换器的缓起电路的工作方法，其特征在于，所述光耦的副边侧与所述第一MOS管的连接线上并联有启动电容。
9.根据权利要求8所述的用于储能变换器的缓起电路的工作方法，其特征在于，所述光耦的副边侧设置有第二保护电阻，所述光耦的副边侧与第二保护电阻的一侧相连，所述第二保护电阻的另一侧接入所述第一MOS管，所述启动电容的一侧与所述第二保护电阻的另一侧相连，所述启动电容的另一侧接入所述第一MOS管。
10.根据权利要求9所述的用于储能变换器的缓起电路的工作方法，其特征在于，在所述光耦的副边侧还设置有第三保护电阻，所述第三保护电阻的一侧与所述第二保护电阻的另一侧相连，所述第三保护电阻的另一侧与所述启动电容的另一侧相连。
11.根据权利要求9所述的用于储能变换器的缓起电路的工作方法，其特征在于，所述储能变换器包括储能电池与输出电容，所述第一MOS管的栅极与所述光耦的副边侧相连，所述第一MOS管的漏极与所述储能电池的正极相连，所述第一MOS管的源极与所述输出电容的一侧相连，所述输出电容的另一侧与所述储能电池的负极相连。
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