一種等離子切割電源的輸出過流保護控制電路及方法技術

本發明專利技術公開了一種等離子切割電源的輸出過流保護控制電路及方法，輸出過流保護控制電路包括：輸入主功率模塊、輸出濾波電感、高頻模塊、輸出檢測模塊和控制模塊；輸出濾波電感的輸入端連接至輸入主功率模塊的第一輸出端，高頻模塊的輸入端連接至輸入主功率模塊的第二輸出端，輸出檢測模塊的第一輸入端連接至輸出濾波電感的輸出端，輸出檢測模塊的第二輸入端連接至高頻模塊的輸出端，輸出檢測模塊的第三輸出端連接至控制模塊的第一輸入端，輸出檢測模塊的第四輸出端連接至控制模塊的第二輸入端，控制模塊的輸出端連接至輸入主功率模塊的控制端。本發明專利技術既能避免等離子切割電源因輸出電流過大發生故障又能避免保護誤觸發導致的生產效率減低。

Output overcurrent protection control circuit and method for plasma cutting power supply

The invention discloses a plasma cutting power supply output over-current protection circuit and control method, output over-current protection control circuit comprises a main power input module, output filter inductance, high frequency output module, detection module and control module; the output inductor is connected to the input end of the input to the first output terminal of the main power module, high frequency the input module is connected to the input second output end of the main power module, a first input output detection module connected to the output end of the output inductor, the output of the detection module second input end is connected to the output of the high-frequency module, detection module of the third output end is connected to the first input terminal of the control module, output test the fourth module output end is connected to the second input terminal of the control module, the output end of the control module is connected to the main input power control module Making end. The invention can avoid the breakdown of the plasma cutting power supply due to the excessive output current and avoid the production efficiency caused by the protection of false triggering.

【技術實現步驟摘要】
一種等離子切割電源的輸出過流保護控制電路及方法
本專利技術屬于弧焊電源
，更具體地，涉及一種等離子切割電源的輸出過流保護控制電路及方法。
技術介紹
等離子切割電源是焊接設備中的重要組成部分，對弧焊設備產業的發展具有重要意義，與國家工業的發展密切相關。等離子切割電源是一種低壓大電流輸出、動態響應快、可靠性要求高的特種電源。現有等離子切割電源直流變換部分的主電路通常采用移相全橋拓撲，實現電網與后級電路的隔離，確保切割操作的安全。等離子切割電源在正常工作中難免由于操作不當、工件表面不平整、非接觸式引弧方式下的接觸起弧等原因造成輸出過電流故障。為保證等離子切割電源的安全可靠工作，必須在發生輸出過電流故障時快速、準確地對故障作出響應。現有的等離子切割電源中大多采用電流瞬時值保護的方法，通過采樣輸出電流信號，然后經由數字信號處理器(DSP)與設定的電流保護限值比較后，作出保護判定，然后封鎖驅動信號，使等離子切割電源停止工作。隨著等離子切割電源開關器件頻率不斷提高，上述電流瞬時值保護的方法作用逐漸被削弱。一方面，因開關頻率提高，等離子切割電源中移相全橋部分的輸出電感感值被設計得更小，這有利于實現電源的高功率密度，但同時也使得電感對電流變化的抑制能力變弱。當負載阻抗發生突變時，電流變化將會更加劇烈，在不加控制的情況下，更容易發生輸出過電流故障。另一方面，在開關頻率提高的同時，由于硬件限制或出于成本考慮，系統控制頻率尚無提升或提升不如開關頻率，使得單位控制周期內開關動作次數增多，控制難度增大。在上述情況下，若電流瞬時值保護的保護限值設置過大，容易出現上一控制周期尚未檢測到過電流，而下一控制周期檢測到過電流時已超過器件的電流應力，無法起到保護作用，影響等離子切割電源的安全可靠工作；若電流瞬時值保護的保護限值設置過小，可能在正常工作時控制器的調節作用下輸出電流略有超調，超過電流保護限值，發生誤保護現象，大大降低了等離子切割電源的生產效率。
技術實現思路
針對現有技術的缺陷，本專利技術的目的在于提供一種等離子切割電源的輸出過流保護控制方法，旨在解決現有輸出電流保護方法無法正確、高效地觸發保護的問題。本專利技術提供了一種等離子切割電源的輸出過流保護控制電路，包括：輸入主功率模塊、輸出濾波電感、高頻模塊、輸出檢測模塊和控制模塊；輸出濾波電感的輸入端連接至輸入主功率模塊的第一輸出端，高頻模塊的輸入端連接至輸入主功率模塊的第二輸出端，輸出檢測模塊的第一輸入端連接至輸出濾波電感的輸出端，輸出檢測模塊的第二輸入端連接至高頻模塊的輸出端，輸出檢測模塊的第一輸出端用于連接至鎢極，輸出檢測模塊的第二輸出端用于連接至用于連接至工件，所述輸出檢測模塊的第三輸出端連接至所述控制模塊的第一輸入端，所述輸出檢測模塊的第四輸出端連接至所述控制模塊的第二輸入端，所述控制模塊的輸出端連接至所述輸入主功率模塊的控制端。更進一步地，工作時，所述主功率輸入模塊將輸入的電能轉換為低電壓直流電能，并經所述輸出濾波電感和所述高頻模塊濾波后，由所述輸出檢測模塊對輸出電壓和輸出電流進行檢測，最終輸出至鎢極、割炬和工件進行等離子切割工作；所述控制模塊根據所述輸出檢測模塊檢測的輸出電壓信號和輸出電流信號輸出用于控制所述主功率輸入模塊的驅動信號；當發生輸出過流時，所述驅動信號控制所述主功率輸入模塊停止工作，從而實現過流保護。更進一步地，輸出檢測模塊包括：電流檢測模塊和電壓檢測模塊；電流檢測模塊的輸入端作為所述輸出檢測模塊的第一輸入端，電流檢測模塊的第一輸出端作為所述輸出檢測模塊的第一輸出端，電流檢測模塊的第二輸出端作為所述輸出檢測模塊的第三輸出端；電壓檢測模塊的第一輸入端與輸出電流檢測模塊的第一輸出端相連，電壓檢測模塊的第二輸入端作為輸出檢測模塊的第二輸入端，同時也作為所述輸出檢測模塊的第二輸出端，電壓檢測模塊的第一輸出端作為所述輸出檢測模塊的第四輸出端。更進一步地，控制模塊包括：驅動模塊、移相計算模塊、數據采集模塊、邏輯綜合模塊、保護恢復計時器、電流斜率保護模塊、比較模塊、電流斜率計算模塊和第二比較模塊；驅動模塊的第一輸入端與綜合邏輯模塊的第一輸出端相連，驅動模塊的第二輸入端與移相計算模塊的第一輸出端相連，驅動模塊的第一輸出端作為控制模塊的第一輸出端；移相計算模塊的第一輸入端與數據采集模塊的第一輸入端相連作為控制模塊的第一輸入端，移相計算模塊的第二輸入端作為控制模塊的第二輸入端，移相計算模塊的第一輸出端與驅動模塊的第二輸入端相連；數據采集模塊的第一輸入端與移相計算模塊的第一輸入端相連作為控制模塊的第一輸入端，數據采集模塊的第一輸出端與電流斜率計算模塊的第一輸入端相連，數據采集模塊的第二輸出端與第二比較模塊的第一輸入端相連；邏輯綜合模塊的第一輸入端電流斜率保護模塊的第一輸出端相連，邏輯綜合模塊的第二輸入端與保護恢復計時器的第一輸出端相連，邏輯綜合模塊的第三輸入端與所述第二比較模塊的第一輸出端相連；保護恢復計時器的第一輸入端與所述電流斜率保護模塊的第一輸出端相連，所述保護恢復計時器的第一輸出端與所述邏輯綜合模塊的第二輸入端相連；電流斜率保護模塊的第一輸入端與所述比較模塊的第一輸出端相連，電流斜率保護模塊的第一輸出端與邏輯綜合模塊的第一輸入端相連，同時電流斜率保護模塊的第一輸出端與保護恢復計時器的第一輸入端相連；比較模塊的第一輸入端與電流斜率計算模塊的第一輸出端相連，比較模塊的第二輸入端為斜率保護限值km，所述比較模塊的第一輸出端與所述電流斜率保護模塊的第一輸入端相連；電流斜率計算模塊的第一輸入端與所述數據采集模塊的第一輸出端相連，電流斜率計算模塊的第一輸出端與所述比較模塊的第一輸入端相連；第二比較模塊的第一輸入端與數據采集模塊的第二輸出端相連，第二比較模塊的第二輸入端為電流瞬時值保護限值Ip；數據采集模塊用于采集當前控制周期的輸出電流值Ik、上一控制周期的輸出電流值Ik-1；電流斜率計算模塊用于根據當前控制周期的輸出電流值Ik、上一控制周期的輸出電流值Ik-1計算當前控制周期的電流斜率k；所述比較模塊用于根據當前控制周期的電流斜率k與設定的電流斜率保護限值kp運算得到邏輯比較結果；電流保護模塊根據所述邏輯比較結果發出是否保護的信號；保護恢復計時器根據電流保護模塊的電流保護信號確定是否開始保護恢復計時，當保護恢復計時器接收到電流保護信號時清零計時，當保護恢復計時器未接收到電流保護信號時開始計時，當電流斜率保護恢復計時值N達到保護恢復計時閾值a時，發出保護恢復信號；邏輯綜合模塊用于對電流斜率保護信號與保護恢復信號進行邏輯綜合判斷，當電流斜率保護信號無效且保護恢復信號有效時，不發出驅動封鎖信號，否則發出驅動封鎖信號；所述驅動模塊用于驅動的發出或封鎖，當驅動模塊接收到邏輯綜合模塊發出的驅動封鎖信號時，驅動模塊封鎖驅動，不發出驅動信號，否則根據移相計算模塊計算得到的移相角生成相應的驅動信號并將驅動信號發送至所述輸入主功率模塊的控制端，驅動所述輸入主功率模塊工作。本專利技術還提供了一種等離子切割電源的輸出過流保護控制方法，包括下述步驟：(1)采集當前控制周期的輸出電流值Ik和上一控制周期的輸出電流值Ik-1，并根據公式k＝Ik-Ik-1計算當前控制周期的電流斜率k；(2)判斷當前控制周期的輸出本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種等離子切割電源的輸出過流保護控制電路，其特征在于，包括：輸入主功率模塊(1)、輸出濾波電感(2)、高頻模塊(3)、輸出檢測模塊(4)和控制模塊(5)；所述輸出濾波電感(2)的輸入端連接至所述輸入主功率模塊(1)的第一輸出端，所述高頻模塊(3)的輸入端連接至所述輸入主功率模塊(1)的第二輸出端，所述輸出檢測模塊(4)的第一輸入端連接至所述輸出濾波電感(2)的輸出端，所述輸出檢測模塊(4)的第二輸入端連接至所述高頻模塊(3)的輸出端，所述輸出檢測模塊(4)的第一輸出端用于連接至鎢極(6)，所述輸出檢測模塊(4)的第二輸出端用于連接至用于連接至工件(8)，所述輸出檢測模塊(4)的第三輸出端連接至所述控制模塊(5)的第一輸入端，所述輸出檢測模塊(4)的第四輸出端連接至所述控制模塊(5)的第二輸入端，所述控制模塊(5)的輸出端連接至所述輸入主功率模塊(1)的控制端。

【技術特征摘要】
1.一種等離子切割電源的輸出過流保護控制電路，其特征在于，包括：輸入主功率模塊(1)、輸出濾波電感(2)、高頻模塊(3)、輸出檢測模塊(4)和控制模塊(5)；所述輸出濾波電感(2)的輸入端連接至所述輸入主功率模塊(1)的第一輸出端，所述高頻模塊(3)的輸入端連接至所述輸入主功率模塊(1)的第二輸出端，所述輸出檢測模塊(4)的第一輸入端連接至所述輸出濾波電感(2)的輸出端，所述輸出檢測模塊(4)的第二輸入端連接至所述高頻模塊(3)的輸出端，所述輸出檢測模塊(4)的第一輸出端用于連接至鎢極(6)，所述輸出檢測模塊(4)的第二輸出端用于連接至用于連接至工件(8)，所述輸出檢測模塊(4)的第三輸出端連接至所述控制模塊(5)的第一輸入端，所述輸出檢測模塊(4)的第四輸出端連接至所述控制模塊(5)的第二輸入端，所述控制模塊(5)的輸出端連接至所述輸入主功率模塊(1)的控制端。2.如權利要求1所述的輸出過流保護控制電路，其特征在于，工作時，所述主功率輸入模塊將輸入的電能轉換為低電壓直流電能，并經所述輸出濾波電感和所述高頻模塊濾波后，由所述輸出檢測模塊對輸出電壓和輸出電流進行檢測，最終輸出至鎢極、割炬和工件進行等離子切割工作；所述控制模塊根據所述輸出檢測模塊檢測的輸出電壓信號和輸出電流信號輸出用于控制所述主功率輸入模塊的驅動信號；當發生輸出過流時，所述驅動信號控制所述主功率輸入模塊停止工作，從而實現過流保護。3.如權利要求1或2所述的輸出過流保護控制電路，其特征在于，所述輸出檢測模塊(4)包括：電流檢測模塊(40)和電壓檢測模塊(41)；所述電流檢測模塊(40)的輸入端作為所述輸出檢測模塊(4)的第一輸入端，所述電流檢測模塊(40)的第一輸出端作為所述輸出檢測模塊(4)的第一輸出端，所述電流檢測模塊(40)的第二輸出端作為所述輸出檢測模塊(4)的第三輸出端；所述電壓檢測模塊(41)的第一輸入端與所述輸出電流檢測模塊(40)的第一輸出端相連，所述電壓檢測模塊(41)的第二輸入端作為所述輸出檢測模塊(4)的第二輸入端，同時也作為所述輸出檢測模塊(4)的第二輸出端，所述電壓檢測模塊(41)的第一輸出端作為所述輸出檢測模塊(4)的第四輸出端。4.如權利要求1-3任一項所述的輸出過流保護控制電路，其特征在于，所述控制模塊(5)包括：驅動模塊(50)、移相計算模塊(51)、數據采集模塊(52)、邏輯綜合模塊(53)、保護恢復計時器(54)、電流斜率保護模塊(55)、比較模塊(56)、電流斜率計算模塊(57)和第二比較模塊(58)；所述驅動模塊(50)的第一輸入端與所述綜合邏輯模塊(53)的第一輸出端相連，所述驅動模塊(50)的第二輸入端與所述移相計算模塊(51)的第一輸出端相連，所述驅動模塊(50)的第一輸出端作為所述控制模塊(5)的第一輸出端；所述移相計算模塊(51)的第一輸入端與所述數據采集模塊(52)的第一輸入端相連作為所述控制模塊(5)的第一輸入端，所述移相計算模塊(51)的第二輸入端作為所述控制模塊(5)的第二輸入端，所述移相計算模塊(51)的第一輸出端與所述驅動模塊(50)的第二輸入端相連；所述數據采集模塊(52)的第一輸入端與所述移相計算模塊(51)的第一輸入端相連作為所述控制模塊(5)的第一輸入端，所述數據采集模塊(52)的第一輸出端與所述電流斜率計算模塊(57)的第一輸入端相連，所述數據采集模塊(52)的第二輸出端與所述第二比較模塊(58)的第一輸入端相連；所述邏輯綜合模塊(53)的第一輸入端所述電流斜率保護模塊(55)的第一輸出端相連，所述邏輯綜合模塊(53)的第二輸入端與所述保護恢復計時器(54)的第一輸出端相連，所述邏輯綜合模塊(53)的第三輸入端與所述第二比較模塊(58)的第一輸出端相連；所述...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉邦銀，姜慶，段善旭，魏琪康，曾召松，李其琪，梁寧忠，
申請(專利權)人：華中科技大學，
類型：發明
國別省市：湖北,42