[发明专利]一种大电流电源防反接抗浪涌电路

权利要求书

1.一种大电流电源防反接抗浪涌电路，其特征在于，包括电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6,、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6、MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3、MOS管Q4、电容C1、电容C2、电容C3和运算放大器U1；

其中电源正极输入端分别与二极管D1的负极和MOS管Q4的S极连接，MOS管Q4的D极分别与MOS管Q2的S极、MOS管Q1的S极、二极管D4的正极和电阻R2的一端连接；电源正极输出端分别与MOS管Q1的D极、电容C2的一端和电阻R3的一端连接；

电阻R2的另一端与运算放大器U1的反相输入端连接，电阻R3的另一端与运算放大器U1的正相输入端连接，运算放大器U1的电源正极分别与电源正极输入端和电阻R5的一端连接，运算放大器U1的输出端分别与电阻R5的另一端、电阻R4的一端以及MOS管Q4的G极连接；

二极管D1的正极与二极管D3的正极连接；MOS管Q2的G极和MOS管Q3的G极分别与MCU控制单元的PWM信号输出端连接；MOS管Q2的D极分别与MOS管Q3的D极和电容C1的一端连接；MOS管Q3的S极与二极管D6的正极连接；二极管D4的负极分别与电容C1的另一端和二极管D2的正极连接；二极管D2的负极与电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端分别与MOS管Q1的G极、电容C3的一端和二极管D5的负极连接；接地端分别与二极管D3的负极、二极管D6的负极、电容C3的另一端、二极管D5的正极、电容C2的另一端和电阻R4的另一端连接；

其中，MOS管Q1采用功率NMOS管；MOS管Q4采用功率PMOS管；MOS管Q2采用PMOS管，MOS管Q3采用NMOS管；

其中，MCU控制单元包括电流采集单元、电压采集单元和分析单元；其中，

电流采集单元用于采集电源正极输出端的电流信号；

电压采集单元用于采集电源正极输出端的电压信号；

分析单元用于根据采集的电流信号和电压信号进行状态分析，并根据分析结果控制PWM信号输出端输出的PWM信号；

电流采集单元还包括电流AD转换电路，用于将采集到的电流信号转换为数字电流信号；

电压采集单元还包括电压AD转换电路，用于将采集到的电压信号转换为数字电压信号；

分析单元包括：根据采集的数字电流信号进行故障电弧检测，当检测到故障电弧发生时，输出相应的截断PWM控制信号，以控制MOS管Q1处于截止状态，以使得MOS管Q1关断从而切断电源正极输出端电压；

其中，分析单元根据采集的数字电流信号进行故障电弧检测，具体包括：

根据设定的数据窗对采集到的数字电流信号进行分帧加窗处理，获取电流信号帧I(x)，其中I(x)表示第x帧数字电流信号，其中x＝1,2,…,X，X表示总帧数；

根据获取的电流信号帧I(x)进行经验模态分解，获取电流信号帧的各IMF分量，针对获取的前N个IMF分量，将其标记为高频分量，其余的IMF分量标记为低频分量；

根据高频分量进行重构，获取高频信号G(x)，并根据获取的高频信号G(x)进行故障电弧检测，包括：

根据获取的高频信号G(x)计算故障电弧检测因子，其中采用的故障电弧检测因子计算函数为：

式中，D(x)表示第x帧高频信号的故障电弧检测因子，G(x,k)表示第x帧高频信号中第k个采样点的幅值，K表示电流信号帧中采样点的总数，μ表示设定的电弧特征因子，μ根据正常数字电流信号的高频信号的幅值方差设定所得；

当故障电弧检测因子D(x)大于设定的阈值T时，则进一步计算该高频信号G(x)的故障电弧确认因子，其中故障电弧确认因子的计算函数为：

式中，Q(x)表示第x帧高频信号的故障电弧确认因子，F₁(D(x)-D(x-1),0)表示判断函数，其中当D(x)-D(x-1)0时，F₁(D(x)-D(x-1),0)＝1，否则F₁(D(x)-D(x-1),0)＝0；D(x)表示第x帧高频信号的故障电弧检测因子，α表示敏感度控制因子；

当故障电弧确认因子Q(x)大于设定的阈值W时，则判断电流信号存在故障电弧发生；由MCU控制单元进一步根据该故障电弧判断结果输出相应的截断PWM控制信号，以控制MOS管Q1处于截止状态，以使得MOS管Q1关断从而切断电源正极输出端电压。