一种电源智能保护架构及其控制方法与流程

本技术属于供电控制，特别涉及一种电源智能保护架构及其控制方法。

背景技术：

1、气体电离放电负载是特种工业供电场景下典型的复杂特性负载，设备启动瞬间会产生高压、大电流冲击应力；稳态运行阶段负载整体呈恒流电气特性；整机持续工作过程中，会随机产生无固定周期的气体击穿放电现象，引发短时电流骤增，极端工况下还会发生负载突变、瞬时短路故障。若配套电源缺少针对性分级保护机制，瞬时超大电流极易烧毁电源内部功率器件，甚至造成上游前端供电设备永久损坏，因此该类负载配套电源必须具备可靠、精准的过流保护功能。

2、现有工业电源保护方案普遍采用单一固定阈值保护逻辑，仅在输出侧设置单路电流采样，预先设定恒定过流阈值；当采集电流数值超过预设固定阈值时，直接切断电源整机输出；待负载故障完全消除后，操作人员需要人工下发外部重启指令，电源方可恢复供电，整套保护架构不存在多位置同步采样、分级故障判别、阈值自适应调节能力。

3、针对气体电离放电负载频繁出现的毫秒、微秒级瞬时电流扰动，固定阈值单一保护模式存在无法调和的使用矛盾：若保护阈值设置偏低，负载正常工作产生的小幅瞬时放电脉冲会频繁误触发保护，造成电源反复开关机，中断整套设备连续运行；若抬高保护阈值规避误动作，负载发生真实短路故障时，保护电路响应存在滞后，大功率功率器件会因持续过流发生热击穿，现有方案无法同时兼顾系统不间断运行需求与电源硬件安全防护。

技术实现思路

1、本技术实施例的目的在于提供一种电源智能保护架构及其控制方法。用以解决现有电源单点采样、固定阈值单一保护逻辑，无法区分故障位置与故障类型，易出现频繁误保护或短路防护失效的技术问题，实现多位置同步采样、自适应动态阈值、三级差异化分级保护。

2、为达到上述目的，本技术采用以下技术方案：

3、一种电源智能保护架构，包括功率回路单元与数字分级控制单元；

4、所述功率回路单元设置多路电流采样点位，用于为负载供电并采集回路电流模拟量；

5、所述数字分级控制单元沿信号流向依次设有模拟量采集模块、数据存储模块、多路比较模块、指令输出模块；所述模拟量采集模块接收功率回路单元输出的多路电流模拟量；所述数据存储模块存储采样数据、历史故障峰值与脉宽数据；所述多路比较模块能够结合负载历史运行数据自适应配置多级保护阈值，并根据电流异常的峰值、持续脉宽完成模拟量比对；所述指令输出模块根据多路比较模块的比对结果分级输出不同保护驱动指令，驱动功率回路单元执行差异化保护。

6、在一种可能的实现方式中，所述功率回路单元的多路电流采样点位包括母线采样点、功率模块采样点、输出端采样点，分别对应采集母线电流模拟量v1、模块电流模拟量v2、输出电流模拟量v3。

7、在一种可能的实现方式中，所述多路比较模块包括母线电流比较单元、模块电流比较单元、输出电流比较单元，各比较单元分别配置可自适应动态调整的基准电压vref1、vref2、vref3。

8、在一种可能的实现方式中，所述指令输出模块输出的保护驱动指令分为浪涌mos管驱动信号、芯片驱动指令、功率mos管驱动信号三类，分别对应驱动功率回路单元内部三条独立保护支路。

9、在一种可能的实现方式中，所述功率回路单元内部集成三级保护支路，依次为输出限流保护支路、自恢复模块保护支路、母线关断浪涌保护支路；

10、所述输出限流保护支路用于响应持续毫秒级过流工况，限制电源最大输出功率；

11、所述自恢复模块保护支路用于响应1ms以内轻度电流突增工况，负载故障消除后自动恢复供电；

12、所述母线关断浪涌保护支路用于响应超出线路及器件耐受极限的瞬时大电流工况，切断电源输入通路。

13、在一种可能的实现方式中，所述母线关断浪涌保护支路由电阻、三极管、浪涌mos管搭建而成，该支路动作切断输入后，仅接收外部重启指令才能恢复通路；所述功率回路单元还设有由功率mos管、变压器、整流二极管组成的功率变换子回路。

14、在一种可能的实现方式中，所述复杂负载为气体电离放电负载，适配负载启动冲击、稳态恒流运行、随机瞬时放电、瞬时短路各类突变电气工况。

15、本技术还提供一种电源智能分级保护控制方法，基于上述电源智能保护架构实现，包括以下步骤：

16、采集功率回路单元多路采样点位输出的电流模拟量；

17、数字分级控制单元存储采样数据、历史故障峰值与脉宽数据，结合历史运行数据自适应生成多路保护基准阈值；

18、将各路电流模拟量与对应基准阈值比对，依据电流异常峰值、持续脉宽区分故障类型；

19、分级输出对应保护驱动指令，控制功率回路单元执行差异化保护动作；

20、记录本次故障参数并更新至历史数据，用于下一轮保护阈值自适应调整。

21、在一种可能的实现方式中，所述多路采样点位包括母线采样点、功率模块采样点、输出端采样点，同步采集的电流模拟量分别为母线电流模拟量v1、模块电流模拟量v2、输出电流模拟量v3；所述多路保护基准阈值包括分别对应于v1、v2、v3的自适应基准电压vref1、vref2、vref3；将v1与vref1、v2与vref2、v3与vref3分别比对，依据电流超限的持续脉宽和峰值幅值区分长时持续过流、短时轻度脉冲、重度短路三类故障；其中，长时持续过流对应触发输出限流保护支路，短时轻度脉冲对应触发自恢复模块保护支路，重度短路对应触发母线关断浪涌保护支路。

22、在一种可能的实现方式中，当识别出短时轻度电流脉冲故障时，执行自恢复模块保护，电源维持输入供电，无需下发外部指令即可自动恢复额定功率输出。

23、与现有技术相比，本技术具有以下有益效果：

24、本技术提供的一种电源智能保护架构，创造性将功率回路单元与全链路一体化数字分级控制单元配合设计，数字分级控制单元按信号流向串联模拟量采集模块、数据存储模块、多路比较模块、指令输出模块，可结合负载全生命周期历史数据自适应生成多组动态保护阈值，并依据电流异常峰值、持续脉宽差异化下发保护指令，克服传统电源仅采用固定单阈值、单一断电保护的技术偏见，形成多回路同步采样、自适应阈值、分级选择性保护的全新硬件架构，相比现有保护电路具备突出创造性，模块化结构通用性强，适配电气特性动态变化的复杂负载。

25、在一种可能的实现方式中，限定母线、功率模块、输出端三路同步电流采样点位，分别采集v1、v2、v3模拟量，现有技术仅采集输出单路电流，无法区分故障发生在母线、功率模块还是输出负载，本方案通过全链路多点采样实现故障位置精准定位，为后续分级差异化保护提供数据基础，是非显而易见的改进，显著提升故障识别精度。

26、在一种可能的实现方式中，设置三路独立比较单元并配套自适应可调基准电压vref1、vref2、vref3，现有方案所有回路共用同一固定保护阈值，无法匹配不同回路耐受能力差异；本技术为每一路回路独立配置可动态更新基准，依托历史故障数据持续修正阈值，有效解决负载长期运行特性漂移带来的误保护、漏保护问题，具备创造性。

27、在一种可能的实现方式中，限定指令输出模块输出三类相互独立的驱动指令，分别对应三级保护支路，现有技术仅能输出单一关机驱动信号；本技术通过多类型指令实现保护动作分层隔离，不同故障工况对应专属驱动信号，控制逻辑互不干扰，避免多种故障叠加时保护逻辑冲突，控制可靠性大幅提升。

28、在一种可能的实现方式中，创造性设置三级功能完全区分的保护支路，分别适配持续毫秒级过流、1ms以内轻度脉冲、超限重度短路三类工况，现有保护无论故障轻重均直接整机断电；本技术针对轻微瞬时扰动采用自恢复限流保护、重度短路直接切断输入母线，兼顾系统不间断运行与功率器件安全，克服现有技术一刀切保护的固有缺陷，为本发明核心创造性改进点。

29、在一种可能的实现方式中，限定浪涌保护支路、功率变换子回路具体硬件组成，同时限定母线关断后需外部指令重启的锁存逻辑，在三级分级保护的创新架构基础上给出可落地硬件实现方案，分立器件电路成熟可靠，锁存保护逻辑防止短路反复冲击器件，兼顾方案创造性与工程可实现性。

30、在一种可能的实现方式中，限定架构适配气体电离放电负载，该类负载具备启动冲击、随机无周期放电、瞬时短路等多重复杂工况，现有电源保护无针对性适配设计；本技术架构专门匹配该类负载多变的电流波动特征，填补特种放电负载专用自适应分级保护方案空白，拓展发明应用场景。

31、一种电源智能分级保护控制方法，实现电流采集、阈值自适应计算、故障分类判别、分级保护、故障数据迭代全流程自动化闭环；现有保护仅做单次过流判断，无法基于历史数据持续优化保护策略，本方法能够跟随负载运行状态自主迭代保护阈值，自动化与智能化程度远高于传统保护控制逻辑，构成方法层面独立创造性。

32、进一步的，该方法通过同步采集母线、功率模块、输出端三路电流，并分别与各自对应的自适应基准电压比对，能够精准区分长时持续过流、短时轻度脉冲、重度短路三类故障，进而触发差异化的三级支路保护，显著提升了保护的精准度和可靠性。

33、在一种可能的实现方式中，限定短时脉冲故障无需外部指令自动恢复供电，对应气体负载频繁瞬时放电场景，现有方案故障后必须人工下发重启指令，频繁启停严重影响设备连续工作；本方案依靠自恢复控制逻辑保障系统不间断运行，解决特种工业生产连续作业的核心需求，带来预料不到的技术效果。