本发明公开了一种等离子切割电源的输出过流保护控制电路及方法，输出过流保护控制电路包括：输入主功率模块、输出滤波电感、高频模块、输出检测模块和控制模块；输出滤波电感的输入端连接至输入主功率模块的第一输出端，高频模块的输入端连接至输入主功率模块的第二输出端，输出检测模块的第一输入端连接至输出滤波电感的输出端，输出检测模块的第二输入端连接至高频模块的输出端，输出检测模块的第三输出端连接至控制模块的第一输入端，输出检测模块的第四输出端连接至控制模块的第二输入端，控制模块的输出端连接至输入主功率模块的控制端。本发明既能避免等离子切割电源因输出电流过大发生故障又能避免保护误触发导致的生产效率减低。
1.一种等离子切割电源的输出过流保护控制电路，其特征在于，包括：输入主功率模块(1)、输出滤波电感(2)、高频模块(3)、输出检测模块(4)和控制模块(5)；
所述输出滤波电感(2)的输入端连接至所述输入主功率模块(1)的第一输出端，所述高频模块(3)的输入端连接至所述输入主功率模块(1)的第二输出端，所述输出检测模块(4)的第一输入端连接至所述输出滤波电感(2)的输出端，所述输出检测模块(4)的第二输入端连接至所述高频模块(3)的输出端，所述输出检测模块(4)的第一输出端用于连接至钨极(6)，所述输出检测模块(4)的第二输出端用于连接至用于连接至工件(8)，所述输出检测模块(4)的第三输出端连接至所述控制模块(5)的第一输入端，所述输出检测模块(4)的第四输出端连接至所述控制模块(5)的第二输入端，所述控制模块(5)的输出端连接至所述输入主功率模块(1)的控制端；
所述控制模块(5)包括：驱动模块(50)、移相计算模块(51)、数据采集模块(52)、逻辑综合模块(53)、保护恢复计时器(54)、电流斜率保护模块(55)、比较模块(56)、电流斜率计算模块(57)和第二比较模块(58)；
所述驱动模块(50)的第一输入端与所述综合逻辑模块(53)的第一输出端相连，所述驱动模块(50)的第二输入端与所述移相计算模块(51)的第一输出端相连，所述驱动模块(50)的第一输出端作为所述控制模块(5)的第一输出端；
所述移相计算模块(51)的第一输入端与所述数据采集模块(52)的第一输入端相连作为所述控制模块(5)的第一输入端，所述移相计算模块(51)的第二输入端作为所述控制模块(5)的第二输入端，所述移相计算模块(51)的第一输出端与所述驱动模块(50)的第二输入端相连；
所述数据采集模块(52)的第一输入端与所述移相计算模块(51)的第一输入端相连作为所述控制模块(5)的第一输入端，所述数据采集模块(52)的第一输出端与所述电流斜率计算模块(57)的第一输入端相连，所述数据采集模块(52)的第二输出端与所述第二比较模块(58)的第一输入端相连；
所述逻辑综合模块(53)的第一输入端所述电流斜率保护模块(55)的第一输出端相连，所述逻辑综合模块(53)的第二输入端与所述保护恢复计时器(54)的第一输出端相连，所述逻辑综合模块(53)的第三输入端与所述第二比较模块(58)的第一输出端相连；
所述保护恢复计时器(54)的第一输入端与所述电流斜率保护模块(55)的第一输出端相连，所述保护恢复计时器(54)的第一输出端与所述逻辑综合模块(53)的第二输入端相连；
所述电流斜率保护模块(55)的第一输入端与所述比较模块(56)的第一输出端相连，所述电流斜率保护模块(55)的第一输出端与所述逻辑综合模块(53)的第一输入端相连，同时所述电流斜率保护模块(55)的第一输出端与所述保护恢复计时器(54)的第一输入端相连；
所述比较模块(56)的第一输入端与所述电流斜率计算模块(57)的第一输出端相连，所述比较模块(56)的第二输入端为斜率保护限值km，所述比较模块(56)的第一输出端与所述电流斜率保护模块(55)的第一输入端相连；
所述电流斜率计算模块(57)的第一输入端与所述数据采集模块(52)的第一输出端相连，所述电流斜率计算模块(57)的第一输出端与所述比较模块(56)的第一输入端相连；
所述第二比较模块(58)的第一输入端与所述数据采集模块(52)的第二输出端相连，所述第二比较模块(58)的第二输入端为电流瞬时值保护限值Ip；
所述数据采集模块(52)用于采集当前控制周期的输出电流值Ik、上一控制周期的输出电流值Ik-1；
所述电流斜率计算模块(57)用于根据当前控制周期的输出电流值Ik、上一控制周期的输出电流值Ik-1计算当前控制周期的电流斜率k；
所述比较模块(56)用于根据当前控制周期的电流斜率k与设定的电流斜率保护限值kp运算得到逻辑比较结果；
所述电流保护模块(55)根据所述逻辑比较结果发出是否保护的信号；
所述保护恢复计时器(54)根据电流保护模块(55)的电流保护信号确定是否开始保护恢复计时，当保护恢复计时器接收到电流保护信号时清零计时，当保护恢复计时器未接收到电流保护信号时开始计时，当电流斜率保护恢复计时值N达到保护恢复计时阈值a时，发出保护恢复信号；
所述逻辑综合模块(53)用于对电流斜率保护信号与保护恢复信号进行逻辑综合判断，当电流斜率保护信号无效且保护恢复信号有效时，不发出驱动封锁信号，否则发出驱动封锁信号；
所述驱动模块(50)用于驱动的发出或封锁，当驱动模块(50)接收到逻辑综合模块(53)发出的驱动封锁信号时，驱动模块封锁驱动，不发出驱动信号，否则根据移相计算模块(51)计算得到的移相角生成相应的驱动信号并将驱动信号发送至所述输入主功率模块(1)的控制端，驱动所述输入主功率模块(1)工作。
2.如权利要求1所述的输出过流保护控制电路，其特征在于，工作时，所述主功率输入模块将输入的电能转换为低电压直流电能，并经所述输出滤波电感和所述高频模块滤波后，由所述输出检测模块对输出电压和输出电流进行检测，最终输出至钨极、割炬和工件进行等离子切割工作；所述控制模块根据所述输出检测模块检测的输出电压信号和输出电流信号输出用于控制所述主功率输入模块的驱动信号；当发生输出过流时，所述驱动信号控制所述主功率输入模块停止工作，从而实现过流保护。
3.如权利要求1或2所述的输出过流保护控制电路，其特征在于，所述输出检测模块(4)包括：电流检测模块(40)和电压检测模块(41)；
所述电流检测模块(40)的输入端作为所述输出检测模块(4)的第一输入端，所述电流检测模块(40)的第一输出端作为所述输出检测模块(4)的第一输出端，所述电流检测模块(40)的第二输出端作为所述输出检测模块(4)的第三输出端；
所述电压检测模块(41)的第一输入端与所述输出电流检测模块(40)的第一输出端相连，所述电压检测模块(41)的第二输入端作为所述输出检测模块(4)的第二输入端，同时也作为所述输出检测模块(4)的第二输出端，所述电压检测模块(41)的第一输出端作为所述输出检测模块(4)的第四输出端。
4.如权利要求1所述的输出过流保护控制电路，其特征在于，设定的电流斜率保护限值kp为系统允许最大电流上升率的0.85-0.95，电流瞬时值保护限值Ip为系统允许最大工作电流的0.85-0.95，保护恢复计时阈值为10-100。
5.一种等离子切割电源的输出过流保护控制方法，其特征在于，包括下述步骤：
(1)采集当前控制周期的输出电流值Ik和上一控制周期的输出电流值Ik-1，并根据公式k＝Ik-Ik-1计算当前控制周期的电流斜率k；
(2)判断当前控制周期的输出电流值是否大于输出电流保护限值Ip，若是，则进行驱动封锁，使移相全桥模块停止工作；若否，则转入步骤(3)；
(3)判断当前控制周期的电流斜率k是否大于电流斜率保护限值kp，若是，则进行驱动封锁，使移相全桥模块停止工作；若否，则转入步骤(4)；
(4)判断电流斜率保护恢复计时值是否大于保护恢复计时阈值，若是，则恢复驱动，根据移相计算模块得到的移相信号输出驱动信号，且N＝0；若否，则进行驱动封锁，使移相全桥模块停止工作，且N＝N+1。
6.如权利要求5所述的输出过流保护控制方法，其特征在于，设定的电流斜率保护限值kp为系统允许最大电流上升率的0.85-0.95，电流瞬时值保护限值Ip为系统允许最大工作电流的0.85-0.95，保护恢复计时阈值为10-100。
一种等离子切割电源的输出过流保护控制电路及方法
技术领域
[0001] 本发明属于弧焊电源技术领域，更具体地，涉及一种等离子切割电源的输出过流保护控制电路及方法。
背景技术
[0002] 等离子切割电源是焊接设备中的重要组成部分，对弧焊设备产业的发展具有重要意义，与国家工业的发展密切相关。等离子切割电源是一种低压大电流输出、动态响应快、可靠性要求高的特种电源。现有等离子切割电源直流变换部分的主电路通常采用移相全桥拓扑，实现电网与后级电路的隔离，确保切割操作的安全。等离子切割电源在正常工作中难免由于操作不当、工件表面不平整、非接触式引弧方式下的接触起弧等原因造成输出过电流故障。为保证等离子切割电源的安全可靠工作，必须在发生输出过电流故障时快速、准确地对故障作出响应。
[0003] 现有的等离子切割电源中大多采用电流瞬时值保护的方法，通过采样输出电流信号，然后经由数字信号处理器(DSP)与设定的电流保护限值比较后，作出保护判定，然后封锁驱动信号，使等离子切割电源停止工作。
[0004] 随着等离子切割电源开关器件频率不断提高，上述电流瞬时值保护的方法作用逐渐被削弱。一方面，因开关频率提高，等离子切割电源中移相全桥部分的输出电感感值被设计得更小，这有利于实现电源的高功率密度，但同时也使得电感对电流变化的抑制能力变弱。当负载阻抗发生突变时，电流变化将会更加剧烈，在不加控制的情况下，更容易发生输出过电流故障。另一方面，在开关频率提高的同时，由于硬件限制或出于成本考虑，系统控制频率尚无提升或提升不如开关频率，使得单位控制周期内开关动作次数增多，控制难度增大。
[0005] 在上述情况下，若电流瞬时值保护的保护限值设置过大，容易出现上一控制周期尚未检测到过电流，而下一控制周期检测到过电流时已超过器件的电流应力，无法起到保护作用，影响等离子切割电源的安全可靠工作；若电流瞬时值保护的保护限值设置过小，可能在正常工作时控制器的调节作用下输出电流略有超调，超过电流保护限值，发生误保护现象，大大降低了等离子切割电源的生产效率。
发明内容
[0006] 针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种等离子切割电源的输出过流保护控制方法，旨在解决现有输出电流保护方法无法正确、高效地触发保护的问题。
[0007] 本发明提供了一种等离子切割电源的输出过流保护控制电路，包括：输入主功率模块、输出滤波电感、高频模块、输出检测模块和控制模块；输出滤波电感的输入端连接至输入主功率模块的第一输出端，高频模块的输入端连接至输入主功率模块的第二输出端，输出检测模块的第一输入端连接至输出滤波电感的输出端，输出检测模块的第二输入端连接至高频模块的输出端，输出检测模块的第一输出端用于连接至钨极，输出检测模块的第二输出端用于连接至用于连接至工件，所述输出检测模块的第三输出端连接至所述控制模块的第一输入端，所述输出检测模块的第四输出端连接至所述控制模块的第二输入端，所述控制模块的输出端连接至所述输入主功率模块的控制端。
[0008] 更进一步地，工作时，所述主功率输入模块将输入的电能转换为低电压直流电能，并经所述输出滤波电感和所述高频模块滤波后，由所述输出检测模块对输出电压和输出电流进行检测，最终输出至钨极、割炬和工件进行等离子切割工作；所述控制模块根据所述输出检测模块检测的输出电压信号和输出电流信号输出用于控制所述主功率输入模块的驱动信号；当发生输出过流时，所述驱动信号控制所述主功率输入模块停止工作，从而实现过流保护。
[0009] 更进一步地，输出检测模块包括：电流检测模块和电压检测模块；电流检测模块的输入端作为所述输出检测模块的第一输入端，电流检测模块的第一输出端作为所述输出检测模块的第一输出端，电流检测模块的第二输出端作为所述输出检测模块的第三输出端；电压检测模块的第一输入端与输出电流检测模块的第一输出端相连，电压检测模块的第二输入端作为输出检测模块的第二输入端，同时也作为所述输出检测模块的第二输出端，电压检测模块的第一输出端作为所述输出检测模块的第四输出端。
[0010] 更进一步地，控制模块包括：驱动模块、移相计算模块、数据采集模块、逻辑综合模块、保护恢复计时器、电流斜率保护模块、比较模块、电流斜率计算模块和第二比较模块；驱动模块的第一输入端与综合逻辑模块的第一输出端相连，驱动模块的第二输入端与移相计算模块的第一输出端相连，驱动模块的第一输出端作为控制模块的第一输出端；移相计算模块的第一输入端与数据采集模块的第一输入端相连作为控制模块的第一输入端，移相计算模块的第二输入端作为控制模块的第二输入端，移相计算模块的第一输出端与驱动模块的第二输入端相连；数据采集模块的第一输入端与移相计算模块的第一输入端相连作为控制模块的第一输入端，数据采集模块的第一输出端与电流斜率计算模块的第一输入端相连，数据采集模块的第二输出端与第二比较模块的第一输入端相连；逻辑综合模块的第一输入端电流斜率保护模块的第一输出端相连，逻辑综合模块的第二输入端与保护恢复计时器的第一输出端相连，逻辑综合模块的第三输入端与所述第二比较模块的第一输出端相连；保护恢复计时器的第一输入端与所述电流斜率保护模块的第一输出端相连，所述保护恢复计时器的第一输出端与所述逻辑综合模块的第二输入端相连；电流斜率保护模块的第一输入端与所述比较模块的第一输出端相连，电流斜率保护模块的第一输出端与逻辑综合模块的第一输入端相连，同时电流斜率保护模块的第一输出端与保护恢复计时器的第一输入端相连；比较模块的第一输入端与电流斜率计算模块的第一输出端相连，比较模块的第二输入端为斜率保护限值km，所述比较模块的第一输出端与所述电流斜率保护模块的第一输入端相连；电流斜率计算模块的第一输入端与所述数据采集模块的第一输出端相连，电流斜率计算模块的第一输出端与所述比较模块的第一输入端相连；第二比较模块的第一输入端与数据采集模块的第二输出端相连，第二比较模块的第二输入端为电流瞬时值保护限值Ip；数据采集模块用于采集当前控制周期的输出电流值Ik、上一控制周期的输出电流值Ik-1；电流斜率计算模块用于根据当前控制周期的输出电流值Ik、上一控制周期的输出电流值Ik-1计算当前控制周期的电流斜率k；所述比较模块用于根据当前控制周期的电流斜率k与设定的电流斜率保护限值kp运算得到逻辑比较结果；电流保护模块根据所述逻辑比较结果发出是否保护的信号；保护恢复计时器根据电流保护模块的电流保护信号确定是否开始保护恢复计时，当保护恢复计时器接收到电流保护信号时清零计时，当保护恢复计时器未接收到电流保护信号时开始计时，当电流斜率保护恢复计时值N达到保护恢复计时阈值a时，发出保护恢复信号；逻辑综合模块用于对电流斜率保护信号与保护恢复信号进行逻辑综合判断，当电流斜率保护信号无效且保护恢复信号有效时，不发出驱动封锁信号，否则发出驱动封锁信号；所述驱动模块用于驱动的发出或封锁，当驱动模块接收到逻辑综合模块发出的驱动封锁信号时，驱动模块封锁驱动，不发出驱动信号，否则根据移相计算模块计算得到的移相角生成相应的驱动信号并将驱动信号发送至所述输入主功率模块的控制端，驱动所述输入主功率模块工作。
[0011] 本发明还提供了一种等离子切割电源的输出过流保护控制方法，包括下述步骤：
[0012] (1)采集当前控制周期的输出电流值Ik和上一控制周期的输出电流值Ik-1，并根据公式k＝Ik-Ik-1计算当前控制周期的电流斜率k；
[0013] (2)判断当前控制周期的输出电流值是否大于输出电流保护限值Ip，若是，则进行驱动封锁，使移相全桥模块停止工作；若否，则转入步骤(3)；
[0014] (3)判断当前控制周期的电流斜率k是否大于电流斜率保护限值kp，若是，则进行驱动封锁，使移相全桥模块停止工作；若否，则转入步骤(4)；
[0015] (4)判断电流斜率保护恢复计时值是否大于保护恢复计时阈值，若是，则恢复驱动，根据移相计算模块得到的移相信号输出驱动信号，且N＝0；若否，则进行驱动封锁，使移相全桥模块停止工作，且N＝N+1。
[0016] 在本发明实施例中，电流斜率保护限值kp根据系统允许最大电流上升率确定，一般在确定允许最大电流上升率后取一定裕量，取为允许最大电流上升率的0.85-0.95。电流斜率保护限值与输出电感感值、开关频率、控制频率及正常工作时的电流斜率变化有关。输出电感感值越大，发生故障时的电流斜率越小；相同开关频率下，控制频率越高，所需设置的电流斜率保护限值可以越大；相同控制频率下，开关频率越高，所需设置的电流斜率保护限值越小；而设定的电流斜率保护限值必须大于正常工作时的电流斜率值，尽量降低误保护概率。
[0017] 在本发明实施例中，电流瞬时值保护限值Ip应根据系统最大允许工作电流点确定，一般在确定最大允许工作电流后取一定裕量，取为最大允许工作电流的0.85-0.95。本发明采用电流瞬时值保护与电流斜率保护相结合的保护控制方法，在电流斜率保护保障系统安全的前提下，可以适当放宽电流瞬时值保护限值。保护恢复计时阈值应根据保护后电流恢复时间确定，一般为10-100个控制周期，即所述保护恢复计时阈值a为10-100。保护恢复计时阈值的选取与输出电感有关，输出电感越大，发生保护后电流下降到零所需时间越长，所需设置的计时阈值越长。
[0018] 通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，由于采用电流斜率为判定条件，所以能够更加容易预判出输出电流过电流故障，确保等离子切割电源的安全可靠工作；同时，结合电流瞬时值保护能够适当增大电流瞬时值保护的保护限值，降低误保护的概率，提高生产效率。此外，由于误操作、工件表面不平整等原因造成的输出过电流保护，无需重新启动机器，只需经过数个控制周期的等待，便可重新进行切割工作，极大提高生产效率。
附图说明
[0019] 图1为本发明实施例提供的等离子切割电源的模块结构示意图；
[0020] 图2为本发明实施例提供的一种等离子切割电源的输出过流保护控制方法的实现流程图；
[0021] 图3为采用本发明保护方法时触发斜率保护的理论关键波形图；
[0022] 图4为采用本发明保护方法时触发瞬时值保护的理论关键波形图；
[0023] 图5为采用本发明保护方法时触发斜率保护的仿真关键波形图；
[0024] 图6为采用本发明保护方法时触发瞬时值保护的仿真关键波形图。
[0025] 其中，SC为输入交流电源，REC为高频整流模块，PSFB为移相全桥模块，DCL为输出滤波电感，CD为电流检测模块，VD为电压检测模块，HFM为高频模块，DRV为驱动模块，PSCM为移相计算模块，LSM为逻辑综合模块，PRT为保护恢复定时器，CSPM为电流斜率保护模块，CM为比较模块，CSCM为电流斜率计算模块，DCM为数据采集模块，Drv为驱动信号，Pss为移相控制信号，Dbs为驱动封锁信号，Prs为保护恢复信号，Cps为电流斜率保护信号，kp为电流斜率保护限值，k为当前控制周期电流斜率，Io为输出电流值，Ik为当前控制周期的输出电流值，Ik-1为上一控制周期的输出电流值，Ip为输出电流保护限值，Imax为最大允许工作电流点，Vo为输出电压值，Tc为控制周期，Ts为开关周期，N为保护恢复计时值，a为保护恢复计时阈值，kmax为允许最大电流上升率。
[0026] 1为输入主功率模块，2为输出滤波电感，3为高频模块，4为输出检测模块，5为控制模块，6为钨极，7为割炬，8为工件，10为输入交流电源，11为高频整流模块，12为移相全桥模块，40为电流检测模块，41为电压检测模块，50为驱动模块，51为移相计算模块，52为数据采集模块，53为逻辑综合模块，54为保护恢复计时器，55为电流斜率保护模块，56为比较模块，57为电流斜率计算模块，58为第二比较模块。
具体实施方式
[0027] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0028] 本发明提供了一种等离子切割电源的输出过流保护控制方法，解决了现有输出电流保护方法无法正确、高效地触发保护的问题，如在正常工作时误触发保护或在发生输出过流故障时无法触发保护等。
[0029] 本发明涉及一种等离子切割电源的输出过流保护控制电路，包括输入主功率模块1、输出滤波电感2、高频模块3、输出检测模块4和控制模块5。输入主功率模块1的第一输出端用于连接至输出滤波电感2输入端，输入主功率模块1的第二输出端用于连接至高频模块
3输入端，输出滤波电感2输出端用于连接至输出检测模块4的第一输入端，高频模块3输出端用于连接至输出检测模块4的第二输入端，输出检测模块4的第一输出端用于连接至割炬
7，输出检测模块4的第二输出端用于连接至工件8，输出检测模块4第三输出端用于连接至控制模块第一输入端，所述输出检测模块第四输出端用于连接至控制模块第二输入端，所述控制模块输出端用于连接至输出主功率模块控制端。
[0030] 本发明提供了一种等离子切割电源的输出过流保护控制方法，包括下述步骤：
[0031] (1)根据数据采集模块采集得到的输出电流信息(包括当前控制周期的输出电流值和上一控制周期的输出电流值)，计算当前控制周期的输出电流值与上一控制周期的输出电流值的差值作为当前控制周期的电流斜率k，即k＝Ik-Ik-1；其中，Ik为当前控制周期的输出电流值，Ik-1为上一控制周期的输出电流值。
[0032] (2)判断当前控制周期的输出电流值是否大于输出电流保护限值Ip，若是，则进行驱动封锁，使移相全桥模块停止工作，电流斜率保护程序结束；若否，则转入步骤(3)；
[0033] (3)判断当前控制周期的电流斜率k是否大于电流斜率保护限值kp，若是，则进行驱动封锁，使移相全桥模块停止工作；若否，则转入步骤(4)；
[0034] (4)判断电流斜率保护恢复计时值N是否大于保护恢复计时阈值a，若是，则恢复驱动，根据移相计算模块得到的移相信号输出驱动信号，同时，清零电流斜率保护恢复计时值，电流斜率保护程序结束；若否，则进行驱动封锁，使移相全桥模块停止工作，同时，电流斜率保护恢复计时值N自加，电流斜率保护程序结束。
[0035] 本发明提出一种等离子切割电源的输出过流保护控制方法，解决了现有等离子切割电源中输出电流过电流保护方案无法同时兼顾高安全可靠性与高生产效率的问题，能够在保障等离子切割电源安全可靠工作的同时降低误保护概率，同时在误保护时无需重启机器即可继续工作，极大提高生产效率。
[0036] 图1示出了本发明实施例中等离子切割电源的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：
[0037] 本发明涉及一种等离子切割电源的输出过流保护控制电路，包括主功率输入模块1、输出滤波电感2、高频模块3、输出检测模块4、控制模块5。主功率输入模块1第一输出端与输出滤波电感2输入端连接，主功率输入模块1第二输出端与高频模块3输入端连接，输出滤波电感2输出端与输出检测模块4第一输入端连接，高频模块3输出端与输出检测模块4第二输入端连接，输出检测模块4第一输出端与钨极6连接，输出检测模块4第二输出端与工件8连接，输出检测模块4第三输出端与控制模块5第一输入端连接，输出检测模块4第四输出端与控制模块5第二输入端连接，控制模块5输出端与主功率输入模块1控制端连接。本发明的工作原理分为功率流与信号流两部分，从功率流的角度，电能由主功率输入模块1输入，流经输出滤波电感2、高频模块3滤波，经过输出检测模块4对输出电压、输出电流进行检测，最终输出至钨极6、割炬7、工件8进行等离子切割工作；从信号流的角度，输出电压、输出电流信号由输出检测模块4流向控制模块5，经过控制模块5的内部计算后得到驱动信号，驱动信号流由控制模块5流向主功率输入模块1。其中，当未发生输出过流保护时，驱动信号流为正常的驱动信号，驱动变换器工作，传输能量；当发生输出过流保护时，驱动信号封锁，驱动信号流不发出信号，变换器停止工作。
[0038] 其中，主功率输入模块1包括依次连接的输入交流电源10、高频整流模块11、移相全桥模块12；移相全桥模块12的第一输出端连接至输出滤波电感2的输入端，移相全桥模块12的第二输出端连接至高频模块3的输入端。主功率输入模块1主要传递功率流，交流电能输入交流电源10流入，经过高频整流模块11变换为高电压直流电能，再经过移相全桥模块
12变换为低电压直流电能输出。
[0039] 其中，输出检测模块4主要检测等离子切割电源的输出电流信号与输出电压信号，为等离子切割电源的控制提供电路参数。输出检测模块4包括电流检测模块40、电压检测模块41；所述电流检测模块40的输入端与输出滤波电感2的输出端相连，所述电流检测模块40的第一输出端与电压检测模块41的第一输入端相连，同时，所述电流检测模块40的第一输出端作为所述输出检测模块4的第一输出端与钨极6相连，所述电流检测模块40的第三输出端与控制模块5的移相计算模块51的第一输入端相连，所述电流检测模块40的第四输出端与控制模块5的数据采集模块52的输入端相连，所述电压检测模块41的第二输入端与高频模块3的输出端相连，所述电压检测模块41的第一输出端与工件8相连，所述电压检测模块41的第二输出端作为所述检测模块4的第四输出端与控制模块5的移相计算模块51的第二输入端相连。输出检测模块4同时传递功率流与信号流，在直流电能流经输出检测模块4的同时，输出检测模块4从直流电能中获取输出电压、输出电流信号。其中，电流检测模块40获取直流电能的电流信号，电压检测模块41获取直流电能的电压信号，同时将检测得到的信号传递至控制模块5。
[0040] 其中，控制模块5主要用于根据输出电压、输出电流信号计算移相角，并通过输出电流信号判定是否封锁驱动，最终输出或封锁驱动信号。控制模块5包括驱动模块50、移相计算模块51、数据采集模块52、逻辑综合模块53、保护恢复计时器54、电流斜率保护模块55、比较模块56、电流斜率计算模块57、第二比较模块58；所述数据采集模块52的输入端与电流检测模块40的第二信号输出端相连，所述数据采集模块52的第一输出端与电流斜率计算模块57的输入端相连，所述数据采集模块52的第二输出端与第二比较模块58的第一输入端相连，所述电流斜率计算模块57的输出端与比较模块56的第一输入端相连，所述比较模块56的输出端与电流斜率比较模块55的输入端相连，所述电流斜率保护模块55的第一输出端与保护恢复定时器54的输入端相连，所述电流斜率保护模块55的第二输出端与逻辑综合模块53的第一输入端相连，所述保护恢复计时器54的输出端与逻辑综合模块53的第二输入端相连，所述第二比较模块58的输出端与逻辑综合模块53的第三输入端相连，所述逻辑综合模块53的输出端与驱动模块50的第一输入端相连，所述移相计算模块51的第一输入端与电流检测模块40的第一信号输出端相连，所述移相计算模块51的第二输入端与电压检测模块的信号输出端相连，所述移相计算模块51的输出端与驱动模块50的第二输入端相连。
[0041] 控制模块5主要用于传递信号流，其输入为输出电压信号、输出电流信号，其输出为驱动信号。其中，数据采集模块52用于电路参数采集，具体包括当前控制周期的输出电流值Ik、上一控制周期的输出电流值Ik-1；电流斜率计算模块57用于根据当前控制周期的输出电流值Ik、上一控制周期的输出电流值Ik-1计算当前控制周期的电流斜率k；比较模块56根据当前控制周期的电流斜率k与设定的电流斜率保护限值kp运算得到逻辑比较结果；电流保护模块55根据比较模块56的逻辑比较结果发出是否保护的信号；保护恢复计时器54根据电流保护模块55的电流保护信号确定是否开始保护恢复计时，当保护恢复计时器接收到电流保护信号时清零计时，当保护恢复计时器未接收到电流保护信号时开始计时，当电流斜率保护恢复计时值N达到保护恢复计时阈值a时，发出保护恢复信号；逻辑综合模块53用于对电流斜率保护信号与保护恢复信号进行逻辑综合判断，当电流斜率保护信号无效且保护恢复信号有效时，不发出驱动封锁信号，否则发出驱动封锁信号；驱动模块50用于驱动的发出或封锁，当驱动模块50接收到逻辑综合模块53发出的驱动封锁信号时，驱动模块封锁驱动，不发出驱动信号，否则根据移相计算模块51计算得到的移相角生成相应的驱动信号并将驱动信号发送至移相全桥模块12的控制端，驱动移相全桥模块工作。
[0042] 本发明提供了一种基于上述电流斜率保护电路的保护控制方法，该方法基于电流斜率实现保护控制：先获得输出电流值，计算出当前控制周期的电流斜率，再与电流斜率保护限值比较确定是否发出电流斜率保护信号，将电流斜率保护信号与保护恢复信号及电流瞬时值保护信号进行逻辑综合后确定是否发出驱动封锁信号，最终发出或封锁驱动。
[0043] 该控制方法的流程图如图2所示，具体包括：
[0044] (1)根据数据采集模块采集得到的输出电流信息(包括当前控制周期的输出电流值和上一控制周期的输出电流值)，计算当前控制周期的电流斜率k；
[0045] (2)判断当前控制周期的输出电流值是否大于输出电流保护限值Ip，若是，则进行驱动封锁，使移相全桥模块停止工作，电流斜率保护程序结束；若否，则转入步骤(3)；
[0046] (3)判断当前控制周期的电流斜率k是否大于电流斜率保护限值kp，若是，则进行驱动封锁，使移相全桥模块停止工作，同时，电流斜率保护恢复计时值N由0开始自加，每经过一个控制周期电流斜率保护恢复计时值N加1，电流斜率保护程序结束；若否，则转入步骤(4)；
[0047] (4)判断电流斜率保护恢复计时值是否大于保护恢复计时阈值，若是，则恢复驱动，根据移相计算模块得到的移相信号输出驱动信号，同时，电流斜率保护恢复计时值N由0开始自加，每经过一个控制周期电流斜率保护恢复计时值N加1，电流斜率保护程序结束；若否，则进行驱动封锁，使移相全桥模块停止工作，电流斜率保护程序结束。
[0048] 图3所示为采用本发明保护方法时斜率保护的波形图，其中，Dbs为驱动封锁信号，Ik为第k时刻的输出电流值，Uk为移相全桥模块第k时刻的输出电压值。T1-T4时刻电流以k1斜率上升，此时电流斜率小于电流斜率保护限值，不发出驱动封锁信号，等离子切割电源正常工作；T4-T5时刻发生故障电流斜率增大为k2，此时电流斜率大于电流斜率保护限值，发出驱动封锁信号，等离子切割电源停止工作，等待数个控制周期后，保护恢复计时器的计数达到保护恢复计时阈值a，保护恢复，不发出驱动封锁信号，等离子切割电源恢复工作。
[0049] 图4所示为采用本发明保护方法时瞬时值保护的波形图。T1-T5时刻电力与以k3斜率上升，此时电流斜率小于电流斜率保护值，等离子切割电源正常工作；T5时刻电流瞬时值上升至瞬时值保护点，发出驱动封锁信号，等离子切割电源停止工作，等待数个控制周期后，保护恢复计时器的计数达到保护恢复计时阈值a，保护恢复，不发出驱动封锁信号，等离子切割电源恢复工作。
[0050] 本发明的控制方法需要设计三个参数，具体包括：
[0051] (1)电流斜率保护限值
[0052] 电流斜率保护限值应根据系统允许最大电流上升率确定，一般在确定允许最大电流上升率后取一定裕量，取为允许最大电流上升率的0.85-0.95。电流斜率保护限值与输出电感感值、开关频率、控制频率及正常工作时的电流斜率变化有关。输出电感感值越大，发生故障时的电流斜率越小；相同开关频率下，控制频率越高，所需设置的电流斜率保护限值可以越大；相同控制频率下，开关频率越高，所需设置的电流斜率保护限值越小；而设定的电流斜率保护限值必须大于正常工作时的电流斜率值，尽量降低误保护概率。此处电流斜率保护限值取为60A/Tc。
[0053] (2)电流瞬时值保护限值
[0054] 电流瞬时值保护限值应根据系统最大允许工作电流点确定，一般在确定最大允许工作电流后取一定裕量，取为最大允许工作电流的0.85-0.95。本发明采用电流瞬时值保护与电流斜率保护相结合的保护控制方法，在电流斜率保护保障系统安全的前提下，可以适当放宽电流瞬时值保护限值。此处电流瞬时值保护限值取为130A。
[0055] (3)保护恢复计时阈值
[0056] 当发生由于操作不当、工件表面不平整等原因触发的过电流保护时，应当在保护恢复计时器达到计时阈值后恢复驱动，使等离子切割电源继续工作。保护恢复计时阈值应根据保护后电流恢复时间确定，一般为10-100个控制周期，即所述保护恢复计时阈值a为10-100。保护恢复计时阈值的选取与输出电感有关，输出电感越大，发生保护后电流下降到零所需时间越长，所需设置的计时阈值越长。此处保护恢复计时阈值a取为50。
[0057] 图5示出了采用本发明所述的电流保护方法，当电流斜率超过电流斜率保护限值时发生保护的波形图，电流斜率超过电流斜率保护限值而电流瞬时值未达到电流瞬时值保护限值时仍能触发保护，由电流斜率预判即将发生的电流过流故障，有效保障了系统的安全可靠工作；图6示出了采用本发明所述的电流保护方法，当电流瞬时值超过电流瞬时值保护限值时发生保护的波形图，电流瞬时值超过电流瞬时值保护限值而电流斜率未达到电流斜率保护限值时能够正确出发保护，这与常规电流保护方法工作原理一致，但结合电流斜率保护可以适当放宽电流瞬时值保护限值，减小了系统发生误保护的可能性，提高系统生产效率。
[0058] 本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
