CN103647526A - 一种pwm闭锁控制电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种PWM闭锁控制电路，输入连接至少一个故障信号，输出至少一个前级闭锁信号，前级闭锁信号连接PWM脉冲电路的一个输入端，其特征在于，所述闭锁控制电路还设有至少一个用于输出后级闭锁信号的第二输出端，该第二输出端与所述PWM脉冲电路的输出端通过与门输出。本发明通过增加触发器的两路输出信号来控制PWM的故障闭锁，当有故障信号时一路后级闭锁信号用于从输出级关闭PWM脉冲，同时另一路前级闭锁信号用于从输入级关闭PWM脉冲。两路输出同时动作大大增加电路的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种PWM闭锁控制电路。
背景技术
现有的模拟电源与数字化电源的本质在于电源对输出电压、电流的PWM调节是由数字芯片按照一定的数字控制方式和算法产生。数字电源具有精确度高、响应速度快、效率高和可靠性高的特点，其设计非常灵活。数字电源有用DSP控制的和MCU(Micro Controller Unit)控制的。DSP控制的电源采用数字滤波方式,较MCU控制的电源更能满足复杂的电源需求、实时反应速度更快、电源稳压性能更好。
开关电源的开关管通过高频的PWM脉冲驱动，使其开关管工作在饱和与截止状态，从而提高整个电源的效率。所以开关电源的PWM脉冲是整个开关电源的核心技术，而PWM脉冲的可靠性影响着整个电源的可靠性。当电源处于故障时通过关闭PWM来保护电源和负载。如何让电源在出现故障的时候能够可靠关闭PWM就成了非常关键的技术。
目前多数中小功率开关电源都采样模拟芯片生成PWM脉冲，所以应用模拟芯片就能够满足要求。但相对大于大功率电源来说，尤其是用于三相逆变器的PWM脉冲控制，由于模拟芯片一般输出一路或者两路PWM脉冲，因此在三相电路中模拟芯片PWM脉冲无法满足驱动需求。然而数字化电源通过DSP对采样的模拟信号进行模数转换、滤波、分析、以及快速计算后生产多路的PWM脉冲。而且运用数字控制实现了电源系统单片集成化，将大量的分立式元器件整合到一个芯片或芯片中。且能充分发挥数字信号处理器及微处理器的优势，使所设计的数字电源达到高技术指标。数字电源模块化程度高，各模块之间可以方便地实现有机融合，便于构成分布式数字电源系统，提高电源系统的可靠性。对于储能变流器，由于装置需要工作在高压大电流的运行模式下，且功率达到几十千瓦级，因此选用三电平拓扑电路较为适合。对于三相三电平电路，由于单相桥臂需四组隔离的PWM脉冲来驱动IGBT，三相输出共需12路PWM脉冲。使用传统的模拟芯片无法满足IGBT驱动要求。而使用DSP生成PWM脉冲可以很好的满足驱动要求。
对于现在大多数的生成PWM脉冲芯片，虽然应用自身故障保护功能能够满足电源在出现故障时关闭PWM，但其自身的保护功能存在如下问题：
响应时间长：有些故障信号芯片无法自身检测，需通过外部检测电路将故障信号输送至芯片判断；
故障误动作：当故障出现干扰信号时容易造成误动作而使芯片误操作关闭PWM脉冲；
可靠性低：当检测到故障信号后，模拟芯片内部保护系统的基准电压与故障信号电压进行比较后，通过芯片内部触发器来关闭PWM输出。这种单一的信号检测可能会由于干扰信号的输入，影响电源的正常运行。且故障信号只能关闭芯片生成的PWM脉冲，而PWM脉冲的输出由于电路的延时性无法快速准确的关闭PWM脉冲，因此会导致整个电源的损坏。
发明内容
本发明的目的是提供一种PWM闭锁控制电路，用以解决现有闭锁控制电路可靠性低的问题。
为实现上述目的，本发明的方案包括：
一种PWM闭锁控制电路，输入连接至少一个故障信号，输出至少一个前级闭锁信号，前级闭锁信号连接PWM脉冲电路的一个输入端，所述闭锁控制电路还设有至少一个用于输出后级闭锁信号的第二输出端，该第二输出端与所述PWM脉冲电路的输出端通过与门输出。
所述PWM闭锁控制电路包括至少一个D触发器，D触发器的复位端连接故障信号，第一输出端用于输出后级闭锁信号，第二输出端用于输出前级闭锁信号。
所述PWM脉冲电路由DSP和CPLD构成，故障信号连接到CPLD，用于判断生成D触发器的时钟信号。
本发明通过增加触发器的两路输出信号来控制PWM的故障闭锁，当有故障信号时一路后级闭锁信号用于从输出级关闭PWM脉冲，同时另一路前级闭锁信号用于从输入级关闭PWM脉冲。两路输出同时动作大大增加电路的可靠性。
附图说明
图1是本发明的结构原理图；
图2是采用D触发器的闭锁控制电路实施例流程框图；
图3是实施例的原理框图；
图4是实施例的具体电路图；
图5是故障信号输入部分电路图；
图6是时钟信号输入部分电路图；
图7是后级的硬件闭锁部分电路图；
图8是前级的软件闭锁部分电路图；
图9是电路时序图；
图10是SN74HC74真值表。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
如图1是一种PWM闭锁控制电路，输入连接至少一个故障信号，输出至少一个前级闭锁信号，前级闭锁信号连接PWM脉冲电路的一个输入端，其特征在于，所述闭锁控制电路还设有至少一个用于输出后级闭锁信号的第二输出端，该第二输出端与所述PWM脉冲电路的输出端通过与门输出。
以上方案中的故障信号、前级闭锁信号、后级闭锁信号的数量都不唯一，可以根据故障数量相应设置，即可以设置为故障信号、前级闭锁信号、后级闭锁信号数量对应一致，也可以设置成多个故障信号对应一个前级闭锁信号和一个后级闭锁信号。
如图2-9给出了一种采用D触发器的PWM闭锁控制电路。如图所示，选用的为双D触发器（以双D触发器SN74HC74为例），实际上仅采用了一个触发器，共有一个故障信号、一个前级闭锁信号和一个后级闭锁信号，如有多种故障信号同时输入也可选用多个触发器，如四D或者六D触发器等等。
触发器是一种可以存储电路状态的电子元器件。最简单的是由两个与非门，两个输入端和两个输出端组成的RS触发器。而D触发器是在RS触发器的基础上增加时钟端（Clock）和数据端（data），在Clock端为高电平时跟随D端状态，而在Clock端变为低电平的瞬间锁存信号。它的逻辑功能是指触发器的次态和现态及输入信号之间在稳态下的逻辑关系。图10为双D触发器SN74HC74的真值表。
另外，本实施例中，PWM脉冲电路由DSP顺次连接CPLD构成，生成三电平PWM脉冲。而且本实施例中还借用了PWM脉冲电路中的CPLD，将故障信号连接到CPLD，用于判断生成D触发器的时钟信号。
在故障情况下，其工作原理如下：
1，故障信号的输入
如图5，交流电流在正半周采样出现过流故障时，电流流经电阻R1后转换成一个高于+5V的电压，通过与基准电压+5V比较后输出一个低电平信号I_OVER（I_OVER信号同时输入至CPLD作故障判断），I_OVER信号输入至触发器的清零端RESET1；当交流电流在负半周采样出现过流故障时，电流流经电阻R1后转换成一个低于-5V的电压，通过与基准电压-5V比较后输出一个低电平信号I_OVER，I_OVER信号输入至触发器的清零端RESET。I_OVER信号与CLOCK1信号同时输入使触发器的输出状态发生改变。
2，时钟信号的输入
如图6，CPLD在接收到I_OVER的低电平信号后快速判断故障信号，并快速生成一个上升沿脉冲至IO口（CLOCK）。通过下图的电平转换后，在触发器的时钟输入端同时会产生一个上升沿脉冲信号CLOCK1输入至触发器。CLOCK1信号与I_OVER信号同时输入使触发器的输出状态发生改变。
3，后级的硬件闭锁
如图7，当触发器的RESET脚接收到低电平信号I_OVER，同时CLOCK1输入一个上升沿脉冲。Q1输出一个低电平CLOSE信号，信号经过转换后CLOSE OUT输出低电平信号至与门的2脚，CLOSE OUT信号和1脚的PWM脉冲进行与门。由于此时CLOSE OUT信号为低电平，无论1脚是高电平还是低电平，3脚的输出恒为低电平后关闭PWM脉冲。从而达到关闭连接至后级的PWM脉冲。
4，前级的软件闭锁
如图8，在上述电路中当处于过流故障状态时，由于Q1输出低电平，则Q1非输出高电平。此时Q2导通后Q3处于关闭状态，连接至DSP的Shut PWM信号为高电平，DSP经过判断后停止生成PWM脉冲。因此可以达到从输入级关闭PWM脉冲。右侧框中部分为当有故障信号输入时，RESET1由高电平变为低电平，同时CLOCK1时钟信号输入上升沿脉冲，触发输出端Q1及Q1非的电平翻转。
在非故障状态，后级硬件闭锁和前级的软件闭锁都不会动作，关于具体电路中各引脚在非故障状态下的情况，在此不再赘述。
以上给出一种具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。
Claims (3)
1.一种PWM闭锁控制电路，输入连接至少一个故障信号，输出至少一个前级闭锁信号，前级闭锁信号连接PWM脉冲电路的一个输入端，其特征在于，所述闭锁控制电路还设有至少一个用于输出后级闭锁信号的第二输出端，该第二输出端与所述PWM脉冲电路的输出端通过与门输出。
2.根据权利要求1所述的一种PWM闭锁控制电路，其特征在于，所述PWM闭锁控制电路包括至少一个D触发器，D触发器的复位端连接故障信号，第一输出端用于输出后级闭锁信号，第二输出端用于输出前级闭锁信号。
3.根据权利要求2所述的一种PWM闭锁控制电路，其特征在于，所述PWM脉冲电路由DSP和CPLD构成，故障信号连接到CPLD，用于判断生成D触发器的时钟信号。
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