[0001] 本发明涉及电源变换技术领域，具体涉及一种交流继电器控制电路及控制方法。

[0002] 电源变换系统通过一系列电路和控制策略，将输入的电能（如交流电或直流电）转换为输出端所需的电压、电流和频率。电源变换系统广泛应用于家用电器、工业控制、电动汽车和通信系统等领域，为各种设备提供稳定、高效的电力支持。其中DCDC变换系统将一种直流电压转换为另一种直流电压，在高电压（1000‑2000V DC）DC/DC变换系统中，直接对大容量输入电容进行充电可能会产生较大的浪涌电流，这不仅会损坏电源和电容，还可能对系统其他部分造成冲击。因此需要对输入电容进行预充电，同时也需要在系统断电时对输入电容与后续电路进行安全隔离，防止因电容残留电荷造成的电击危险，保护后续电路不受电源波动的影响。

[0003] 针对上述问题，通常采用3300V高压的绝缘栅双极晶体管IGBT并联于输入主回路，并需要对IGBT进行时序控制，以实现预充电的方案。3300V的高压IGBT模块由于需要承受高电压和大电流，其封装体积相对较大，同时当多个IGBT并联使用时，也会显著增加整体占用的空间。由于IGBT工作在高电压环境下，驱动电路需要实现与主电路的电气隔离，以防止高电压对控制电路造成损害。这通常需要设计复杂的驱动电路，增加了电路的复杂性。IGBT在作为预充电开关在主电切断时，IGBT本身并不能直接切断模块的输入回路。为了确保在主电切断时系统达到安全隔离的效果，需要采取额外的措施来切断输入回路。因此，采用3300V高压IGBT并联于输入主回路以实现预充电的方案存在体积大、驱动电路复杂以及安全隔离问题等显著的缺点。

[0021] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案作进一步清楚、完整地描述。需要说明的是，所描述的实施例仅仅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。

[0022] 此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

[0023] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本发明说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

[0024] 在高电压（1000‑2000V DC）DC/DC变换系统中，直接对大容量输入电容进行充电可能会产生较大的浪涌电流，这不仅会损坏电源和电容，还可能对系统其他部分造成冲击。因此需要对输入电容进行预充电，目前通常采用3300V高压的绝缘栅双极晶体管IGBT并联于输入主回路，并需要对IGBT进行时序控制，以实现预充电的方案。3300V的高压IGBT模块由于需要承受高电压和大电流，其封装体积相对较大，同时当多个IGBT并联使用时，也会显著增加整体占用的空间。由于IGBT工作在高电压环境下，驱动电路需要实现与主电路的电气隔离，以防止高电压对控制电路造成损害。这通常需要设计复杂的驱动电路，增加了电路的复杂性。IGBT在作为预充电开关在主电切断时，IGBT本身并不能直接切断模块的输入回路。为了确保在主电切断时系统达到安全隔离的效果，需要采取额外的措施来切断输入回路。
因此，采用3300V高压IGBT并联于输入主回路以实现预充电的方案存在体积大、驱动电路复杂以及安全隔离问题等显著的缺点。

[0025] 实施例1针对现有技术的上述不足，本发明实施例提供一种交流继电器控制电路，有效解决现有的预充电的方案存在的体积大、驱动电路复杂以及安全隔离的问题，图1是本发明实施例提供的交流继电器控制电路结构示意图，如图1所示，该交流继电器控制电路100应用于外部供电模块200与电源转换模块300形成的高压直流线路中，在本发明实施例中，高压直流线路的电压为1000V以上，该交流继电器控制电路100包括预充电模块110和低压控制模块120，其中：
预充电模块110分别连接外部供电模块200、低压控制模块120和电源转换模块
300，图2是本发明实施例提供的交流继电器控制电路原理图，如图2所示，该预充电模块110至少包括第一交流继电器K1、第二交流继电器K2和电容充电单元，第一交流继电器K1和第二交流继电器K2串联在高压直流线路中，该第一交流继电器K1和第二交流继电器K2用于对电容充电单元进行预充电调节，电容充电单元用于存储电能。

[0026] 预充电模块110包括第一延时电容C1、续流电容C2、第一交流继电器K1、第二交流继电器K2、第一电阻R1、供电电源和电容充电单元，其中：第一延时电容C1的一端分别连接第一交流继电器K1的线圈一端、第一交流继电器K1的第一开关触点、第二交流继电器K2的线圈一端和第二交流继电器K2的第一开关触点，第一交流继电器K1的第一开关触点连接续流电容C2的一端。

[0027] 续流电容C2的另一端连接第一交流继电器K1的第二开关触点并共同连接第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端连接第二交流继电器K2的第二开关触点，第一电阻R1的一端还连接电容充电单元和电源转换模块，第一交流继电器K1的线圈另一端连接第二交流继电器K2的第二开关触点并共同连接低压控制模块120，第二交流继电器K2的线圈另一端分别连接低压控制模块120，第一延时电容C1的另一端连接供电电源的负极并接地，供电电源的电压范围为12‑24V。

[0028] 电容充电单元包括多个大容量母线电容，多个母线电容串联，在本发明实施例中，电容充电单元包括3个大容量母线电容，分别为第一充电电容C3、第二充电电容C4和第三充电电容C5，第一充电电容C3的一端连接第一电阻R1与电源转换模块的连接线路，第一充电电容C3的另一端连接第二充电电容C4的一端，第二充电电容C4的另一端连接第三充电电容C5的一端，第三充电电容C5的另一端接地。

[0029] 在本发明实施例中，控制电路掉电时，由于控制电路中各器件的欠压点不同，可能会出现交流继电器先动作，电源转换模块后停止的情况，从而导致交流继电器存在带载动作的风险。为了保证交流继电器在控制电掉电后可以延时断开，以保证空载动作，需要对电路进行特殊设计。具体的，为了保证交流继电器的线圈供电实现延时，需要对延时电容C1进行选型，第一延时电容的容量可以根据电容放电公式计算，该计算公式为：

[0030] 上式中，C1为第一延时电容C1的容量，t1为交流继电器线圈供电时延迟关断的时间，R1为交流继电器的线圈阻抗，Vt为交流继电器的开关触点的释放电压，E1为供电电源电压。

[0031] 续流电容C2的电容范围一般设置为100‑300NF，该续流电容C2用于第一交流继电器K1断开时进行短暂续流，降低电压冲击对第一交流继电器K1带来的损害。

[0032] 低压控制模块120用于设置第一交流继电器K1和第二交流继电器K2的动作时序，控制第一交流继电器K1和第二交流继电器K2的关断。低压控制模块120包括控制单元、二极管D1、第二电阻R2、第三电阻R3、第二延时电容C6、第一耦合器U1和第二耦合器U2，其中：控制单元连接第二电阻R2的一端，第二电阻R2的另一端连接第一耦合器U1的第一端，第一耦合器U1的第二端接地，第一耦合器U1的第三端连接第二交流继电器K2的线圈另一端，第一耦合器U1的第四端接地；控制单元连接二极管D1的正极，二极管D1的负极连接第三电阻R3的一端并共同连接第二延时电容C6的一端，第三电阻R3的另一端连接第二耦合器U2的第一端，第二耦合器U2的第二端连接第二延时电容C6的另一端并接地，第二耦合器U2的第三端连接第一交流继电器K1的线圈另一端，第二耦合器U2的第四端接地。

[0033] 在本发明实施例中，为了保证交流继电器的驱动信号具有相同的延时，需要对第二延时电容C6和第三电阻R3进行特殊选型，第二延时电容C6的容量计算公式为：

[0034] 上式中，C2为第二延时电容C6的容量，t2为交流继电器接收驱动信号后延迟关断的时间，一般设置5‑10ms的延时，R2为第三电阻R3的阻值，Vu为第二耦合器U2导通时的压降，E2为驱动电压。

[0035] 可选的，在信号保持的同时，在控制回路中设置二极管 D1，从而防止电流回流导致保持时间不确定。

[0036] 在本发明实施例中，控制单元包括但不限于数字信号处理器、单片机、片上系统和微控制器芯片中的一种或多种，第一耦合器U1和第二耦合器U2为光电耦合器和/或磁隔离器。

[0037] 本发明实施例提供的交流继电器控制电路，通过在高压直流回路中应用交流继电器，对交流继电器的外围电路的电压等级进行重新界定，再通过优化软件控制逻辑和相应的硬件隔离电路，及设计延时电路，以保证该交流继电器可以安全可靠地用于高压直流回路。通过使用小型的交流继电器，驱动电路的整体体积得到明显的缩减，更容易进行系统集成，有效提高了系统的功率密度；交流继电器种类较多，在设计时易于选型，并且交流继电器的成本低，有助于项目落地。

[0038] 实施例2基于相同的技术构思，本发明实施例提供一种交流继电器控制电路方法，该控制方法应用于上述实施例1中交流继电器控制电路，图3是本发明实施例提供的交流继电器控制方法第一流程示意图，如图3所示，该控制方法包括如下步骤：
S100、外部供电模块为控制电路供电，低压控制模块发送第一脉冲信号，驱动第二交流继电器闭合，电容充电单元进行预充电。

[0039] 当输入高电压时，交流继电器带载断开和带载闭合都会引起触头拉弧，而交流继电器没有灭弧装置，严重时会烧损交流继电器，因此为了避免交流继电器带载闭合和带载断开，保证交流继电器在绝对空载的工况下工作，需要为交流继电器设计特定的动作时序。

[0040] 在本发明实施例中，当外部供电模块200的接触器K0闭合时，控制电路供电， 控制单元发出第一脉冲信号，驱动第二交流继电器K2闭合，强电经过第一电阻R1为3个大容量母线电容进行预充电。

[0041] S200、当电容充电单元充电至设定电压时，低压控制模块发送第二脉冲信号，驱动第一交流继电器闭合，并断开第二交流继电器。

[0042] 在本发明实施例中，当电容充电单元的电量充至90%的输入电压时，控制单元再次发出第二脉冲信号，驱动第一交流继电器K1闭合，同时断开第二交流继电器K2。当检测到控制电路正常时，再通过控制单元启动电源转换模块，以保证交流继电器在空载情况下闭合。

[0043] S300、若控制电路收到关停指令，低压控制模块先关闭电源转换模块，再发送第三脉冲信号，驱动第一交流继电器断开。

[0044] 第二交流继电器K2在预充电完成后已经断开，而第一交流继电器 K1处于闭合状态，当控制电路收到停机信号或者系统故障时需要执行断开交流继电器操作时，控制单元先关闭电源转换模块，再执行断开第一交流继电器K1的命令，以保证交流继电器处于空载工况下工作。

[0045] 可选的，第一交流继电器K1是空载情况下关断，但是由于交流继电器的开关触点两端的电压过高，交流继电器开关触点的动作持续时间较长，通常在10‑30ms之间，也会造成一定拉弧，所以需要在第一交流继电器K1两个开关触点之间直接串联一个容量较小的续流电容C2，该续流电容C2的容量范围设置为100‑300NF，主要用于断开时进行短暂续流，降低电压冲击对交流继电器的损害。

[0046] 交流继电器的线圈绕组与开关触头之间的耐压等级不足，容易造成预充电模块的电路串电到低压控制模块的电路中，造成低压控制模块的电路烧损，因此需要对交流继电器线圈的供电电源进行隔离，同时驱动信号也需要进行隔离。图4是本发明实施例提供的交流继电器控制方法第二流程示意图，如图4所示，该控制方法还包括：S400、对第一交流继电器和第二交流继电器的供电电源进行隔离，以使得供电电源与低压控制模块的回路满足设定耐压等级。

[0047] 由于交流继电器的体积较小，开关触头与线圈的安全耐压无法满足1000‑2000V的高压系统，在本发明实施例中，需要对交流继电器的供电电源（12‑24V DC/GND2）进行隔离，使供电电源与低压控制模块的控制电回路（GND1）满足规定的最大耐压等级，在本发明实施例中，最大耐压等级设置为5600VAC。低压控制模块输出的控制信号也需要进行隔离，在本发明实施例中，使用第一耦合器U1和第二耦合器U2进行隔离，其中第一耦合器U1和第二耦合器U2采用光电耦合器，隔离电压大于5600VAC。

[0048] 本发明实施例提供的交流继电器控制方法，通过在高压直流回路中应用交流继电器，该交流继电器的外围控制电路和控制逻辑简单，只需要严格控制电容后级的电源变换电路先停止工作，再对交流继电器进行控制开关即可；外部供电模块断电后，交流继电器也是断开状态，可以实现系统输入电的切除，提高系统的安全性和灵活性。

[0049] 综上所述，本发明提供的交流继电器控制电路及控制方法，通过在高压直流回路中应用交流继电器，对交流继电器的外围电路的电压等级进行重新界定，再通过优化软件控制逻辑和相应的硬件隔离电路，及设计延时电路，以保证该交流继电器可以安全可靠地用于高压直流回路。通过使用小型的交流继电器，驱动电路的整体体积得到明显的缩减，更容易进行系统集成，有效提高了系统的功率密度；交流继电器种类较多，在设计时易于选型，并且交流继电器的成本低，有助于项目落地；交流继电器的外围控制电路和控制逻辑简单，只需要严格控制电容后级的电源变换电路先停止工作，再对交流继电器进行控制开关即可；外部供电模块断电后，交流继电器也是断开状态，可以实现系统输入电的切除，提高系统的安全性和灵活性。

[0050] 在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

[0051] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

[0052] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。