CN101854051B - 一种高压直流ups的热插拔装置 - Google Patents

一种高压直流ups的热插拔装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高压直流UPS的热插拔装置,其包括连接在高压直流UPS的直流母线上的充电电路,充电电路正极连接高压直流UPS的负载电容的负极;负载电容的正极和充电电路的两端点之间用于连接电池;其中,还包括继电器和继电器控制模块,继电器和继电器控制模块分别并联在充电电路两端;继电器控制模块连接继电器的控制端,用于在检测到充电电路两端电压接近零时,控制继电器吸合。本发明通过增加充电电路,将电池连接过程中高压直流UPS的正负母线电流的变化减缓,有效防止热插拔过程中产生拉弧现象。且当电池反接时,可以主动的和电池保持脱离状态,当电池反接消除时,自动与电池连接,保证高压直流UPS的可靠运行。

Description

一种高压直流UPS的热插拔装置
技术领域
本发明涉及不间断电源,尤其涉及高压直流不间断电源的热插拔装置。
背景技术
高压直流UPS的优点主要是可以在线热插拔,但在线热插拔也存在以下两个技术难点:其一是,由于在热插拔时,高压直流UPS的直流母线上电压突然升高,热插拔容易拉弧;其二是,高压直流UPS一般会外挂电池,在电池和高压直流UPS系统发生反接时,会形成高压直流UPS系统内部短路,会烧毁直流UPS系统。因此,一套既能够实现热插拔不拉弧、又能有效防止电池反接带来的破坏的解决方案,十分有价值。
现有的解决方案是:通过机械锁配合长短针的方案实现热插拔,通过串联保险丝实现在电池反接时熔断脱离。该方案存在两个缺陷:其一,依赖外加的结构件(机械锁配合长短针)来进行延时,以对高压直流UPS的负载电容充电的方式,使得高压直流UPS的直流母线上的电压缓慢升至与连接的电池相同,防止了高压直流UPS直流母线上电压突然升高所引起的拉弧现象,但是这种方案对操作人员的技术能力要求比较高;其二,保险丝熔断脱离属于被动保护,即在有电池反接入高压直流UPS的正负直流母线时,所产生的反向大电流会使保险丝熔断,从而保护高压直流UPS,但是这样即使再次将电池正确的接入正负直流母线,由于保险丝的熔断导致高压直流UPS系统仍无法正常工作,需要更换新的保险丝后才能使高压直流UPS系统正常工作,因此依然会影响直流UPS系统正常工作。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于,针对现有技术的上述缺陷,提供一种高压直流UPS的热插拔装置,其能有效防止热插拔拔过程中产生拉弧现象。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
构造一种高压直流UPS的热插拔装置,其中,包括连接在高压直流UPS的直流母线上的充电电路,用于在电池正确连接到高压直流UPS的母线上后给所述高压直流UPS的负载电容充电;其中,
还包括继电器和继电器控制模块,所述继电器和继电器控制模块分别并联在所述充电电路两端;
所述继电器控制模块连接所述继电器的控制端,用于在检测到所述充电电路两端电压接近零时,控制所述继电器吸合。
本发明所述的热插拔装置,其中,所述直流母线为负母线,所述充电电路包括第一限流电阻和第一二极管:所述第一限流电阻一端连接所述负载电容,另一端连接所述第一二极管的阳极,所述第一二极管的阴极用于连接所述电池的负极。
本发明所述的热插拔装置,其中,所述充电电路上还并联有第二电阻,所述第二电阻一端连接在所述第一限流电阻与所述负载电容的连接点上,另一端连接在所述第一二极管的阴极;
所述高压直流UPS的正母线和负母线之间连接有用于在所述电池反接时、控制所述继电器断开的反接钳位电路。使得当电池反接时,热插拔装置可以主动的和电池保持脱离状态,当电池反接消除时,自动与电池连接,不影响高压直流UPS正常工作。本发明电路简单、自适应性强、可靠性高、成本低。
本发明所述的热插拔装置,其中,所述反接钳位电路包括第二二极管、第三二极管、第三电阻和第一开关管;其中,
所述第二二极管阳极连接在所述负载电容与所述第一限流电阻之间,所述第二二极管的阴极连接所述第三二极管的阳极,所述第三二极管的阴极通过所述第三电阻连接至所述正母线;
所述第一开关管的基极连接在所述第二二极管的阴极和所述继电器控制模块,所述第一三极管的发射极连接所述第二二极管的阳极,所述第一开关管的集电极连接所述继电器的控制端。
本发明所述的热插拔装置,其中,还包括第二开关管和第四二极管;其中,
所述第二开关管的漏极连接在所述第一限流电阻与所述负载电容的连接点上,所述第二开关管的源极连接在所述第四二极管的阳极,所述第四二极管的阴极连接所述第一二极管的阴极,所述第二开关管的栅极连接所述继电器控制模块。
本发明所述的热插拔装置,其中,还包括第二开关管和第三开关管;其中,
所述第二开关管的漏极连接在所述第一限流电阻与所述负载电容的连接点上,所述第二开关管的源极连接在所述第三开关管的源极,所述第三开关管的漏极连接所述第一二极管的阴极,所述第二开关管和第三开关管的栅极分别连接所述继电器控制模块。
本发明所述的热插拔装置,其中,还包括第二开关管和第四二极管;其中,
所述第二开关管的漏极连接在所述第一限流电阻与所述负载电容的连接点上,所述第二开关管的源极连接在所述第四二极管的阳极,所述第四二极管的阴极连接所述第一二极管的阴极,所述第二开关管的栅极连接所述继电器控制模块。
本发明所述的热插拔装置,其中,还包括第二开关管和第三开关管;其中,
所述第二开关管的漏极连接在所述第一限流电阻与所述负载电容的连接点上,所述第二开关管的源极连接在所述第三开关管的源极,所述第三开关管的漏极连接所述第一二极管的阴极,所述第二开关管和第三开关管的栅极分别连接所述继电器控制模块。
本发明所述的热插拔装置,其中,所述继电器控制模块中包括报警单元,用于在检测到所述继电器两端电压异常时发出报警信号。
本发明的热插拔装置,通过增加充电电路,将电池接入过程中高压直流UPS的正负母线间电流的变化减缓,使其随着负载电容的充电缓慢升高,有效防止热插拔过程中产生拉弧现象。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明,附图中:
图1为本发明实施例的热插拔装置示意图一;
图2为本发明实施例的热插拔装置示意图二;
图3为本发明实施例的热插拔装置示意图三;
图4为本发明实施例的热插拔装置示意图四;
图5为本发明实施例的具有继电器零电流脱离电路的热插拔装置示意图一;
图6为本发明实施例的具有继电器零电流脱离电路的热插拔装置示意图一。
具体实施方式
下面结合图示,对本发明的优选实施例作详细介绍。
本发明较佳实施例的高压直流UPS的热插拔装置示意图如图1所示,其中,包括连接在高压直流UPS的直流母线上的充电电路E,用于在电池B正确连接到高压直流UPS的母线上后,给高压直流UPS的负载电容C充电。其中,还包括继电器Re和继电器控制模块,继电器Re和继电器控制模块分别并联在充电电路E两端,继电器控制模块连接继电器Re的控制端。
其中,直流母线包括负母线HV-和正母线HV+,其中负母线HV-是指从高压直流UPS直流电源端引出来的负极主线,正母线HV+是指从高压直流UPS直流电源端引出来的正极主线。为使方案描述更加清楚,下面各实施例中,以充电电路E连接在负母线HV-上为例进行说明,充电电路E连接到正母线HV+上的方案将以下描述中正极和负极适当调换即可实现。
当电池B正确接到高压直流UPS的直流母线上后,给高压直流UPS的负载电容充电,电流回路是电池B正极-正母线HV+-负载电容C-充电电路-电池B负极。同时继电器控制模块对继电器Re两侧的端电压进行电压检测,随着充电的进行,继电器Re的端电压逐步减小到接近于零。于是继电器控制模块发出继电器吸合指令,继电器Re开始进行零电压吸合,将充电电路E短路。随后该高压直流UPS开始启动,开始对外挂电池或者负载供电。
通过增加充电电路E,将电池B接入过程中高压直流UPS的正负母线间电流的变化减缓,使其随着负载电容C的充电缓慢升高,有效防止热插拔过程中产生拉弧现象。
在进一步的实施例中,如图1所示,充电电路E包括第一限流电阻R1和第一二极管D1。其中,第一限流电阻R1一端连接负载电容C,另一端连接第一二极管D1的阳极,第一二极管D1的阴极用于连接电池B的负极。第一二极管D1在电路中起到单向导通作用,第一限流电阻R1则可与负载电容C组成RC充放电电路,对负载电容C进行充电,使负载电容C两端电压缓慢上升,避免拉弧现象。
优选地,在继电器控制模块中包括报警单元,用于在检测到继电器两端电压异常时,如电压反向等,发出报警信号,提示用户将电池B正确连接。
同时由于第一二极管D1是单向导通的,当电池B反接时,第一二极管D1两端电压反向截止,防止了反向电流在高压直流UPS内形成回路,从而继电器控制模块检测到的继电器Re两端电压为反向的,属于异常情况,此时继电器控制模块会发出报警信号,控制继电器Re锁定,即使继电器Re闭合。当电池B接入正常后,则充电电路E起作用,使得继电器Re两端电压缓慢减小,在接近于零时,继电器控制模块控制继电器Re吸合,将第一二极管D1和第一限流电阻R1和短路,减小第一二极管D1和第一限流电阻R1的工作损耗。
在更进一步的实施例中,如图2所示,充电电路E上还并联有第二电阻R2,第二电阻R2一端连接在第一限流电阻R1与负载电容C的连接点上,另一端连接在第一二极管D1的阴极。在高压直流UPS的正母线HV+和负母线HV-之间连接有用于在电池B反接时、控制继电器Re断开的反接钳位电路。
当电池B反接时,电流经电池B正极流过第二电阻R2,经反接钳位电路后,使得继电器Re控制端的电压保持接近零,保证继电器Re无法吸合。此时即使继电器控制模块出现故障,也不会因为误操作而控制继电器Re吸合,起到双保险的作用,有效防电池B反接。
且同时继电器控制模块会检测到继电器Re两端电压异常,发出报警信号,提示用户电池接反了。由于没有像采用保险丝熔断的方式来保护电路,在电池正确连接之后,可以自动恢复电路的充电功能,保证高压直流UPS的可靠运行。
在以上实施例中,优选地,如图2所示,反接钳位电路包括第二二极管D2、第三二极管D3、第三电阻R3和第一开关管S1。其中,第二二极管阳极D2连接在负载电容与第一限流电阻R1之间,第二二极管D2的阴极连接第三二极管D3的阳极,第三二极管D3的阴极通过第三电阻R3连接至正母线HV+。第一开关管S1的基极连接在第二二极管D2的阴极和继电器控制模块,第一三极管S1的发射极连接在第二二极管D2的阳极,第一开关管S1的集电极连接在继电器Re的控制端。
这样,当电池B反接后,来自电池B正极的电流经第二电阻R2,依次经过第二二极管D2、第三二极管D3、第三电阻R3回到电池B负极。此时第一开关管S1的射极电压高于基极,因此反向截止,继电器Re保持断开。如前面所述,此时即使继电器控制模块出现故障,也不会导致继电器Re误吸合,从而达到双保险的功能。而如果继电器Re在误操作的情况下误吸合,则会将充电电路E短路,充电电路E中的第一二极管D1的反向截止防止高压直流UPS短路的功能则无效,使得在电池反接时,仍会烧毁高压直流UPS。
由于在高电压直流UPS自身出现故障时,如内部出现短路时,有可能导致连接的电池B与其内部的短路电路形成回路,导致大电流流过而损毁UPS。此时如果高电压直流UPS向继电器控制模块发送故障信号,继电器控制模块控制继电器Re强行断开,由于此时有大电流流过继电器Re,断开继电器时会出现严重的拉弧现象,并会导致损坏继电器Re。
因此在进一步的实施例中,如图3或图5所示,还在充电电路两端连接有第二开关管Q1和第四二极管D4。以第一限流电阻R1和第一二极管D1组成的充电电路E为例,第二开关管Q1的漏极连接在第一限流电阻R1与负载电容C的连接点上,第二开关管Q1的源极连接在第四二极管D4的阳极,第四二极管D4的阴极连接第一二极管D1的阴极,第二开关管Q1的栅极连接继电器控制模块,第四二极管D4在此起到单向导通的作用。当继电器控制模块控制继电器Re断开时,同时向第二开关管Q1发送控制信号,开启第二开关管Q1,使得大电流从第二开关管Q1和第四二极管D4组成的支路流过,由于第二开关管Q1的反应速度远远快于继电器Re,因此在继电器Re断开之前,大电流就已经从继电器Re上转移,从而实现继电器Re安全断开。继电器Re安全断开后,Q1再关断,这样实现了直流UPS系统和电池系统完全脱离。
如图4或图6所示,以上实施例中的第四二极管D4可以替换为第三开关管Q2,其连接方式为,将第二开关管Q1的漏极连接在第一限流电阻R1与负载电容C的连接点上,第二开关管Q1的源极连接在第三开关管Q2的源极,第三开关管Q2的漏极连接第一二极管D1的阴极,第二开关管Q1和第三开关管Q2的栅极分别连接继电器控制模块。根据前面的描述,继电器控制模块向继电器Re和第二开关管Q1发送信号时,同时向第三开关管Q2发送信号,控制第三开关管Q3与第二开关管Q2同时导通,从而实现继电器Re安全断开的目的。继电器Re安全断开后,Q1、Q2再关断,这样实现了直流UPS系统和电池系统完全脱离。
前面所描述的用于保护继电器Re在大电流时安全断开的连接电路,简称为继电器零电流脱离电路,可以应用于具有反接钳位电路的热插拔装置中,如图3和图4所示;也可以应用于不具有反接钳位电路的热插拔装置中,如图5和图6所示。其具体连接方式均如前面两段所描述的,在此不再赘述。
本发明的热插拔装置,通过增加充电电路,将电池充电过程中高压直流UPS的正负母线间电流的变化减缓,使其随着负载电容的充电缓慢升高,有效防止热插拔过程中产生拉弧现象。且当电池反接时,可以主动的和电池保持脱离状态,当电池反接消除时,自动与电池连接,不影响高压直流UPS正常工作。本发明电路简单、自适应性强、可靠性高、成本低。
应当理解的是,对本领域普通技术人员来说,可以根据上述说明加以改进或变换,而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种高压直流UPS的热插拔装置,其特征在于,包括连接在高压直流UPS的直流母线上的充电电路,所述充电电路正极连接所述高压直流UPS的负载电容C的负极;所述负载电容C的正极和所述充电电路的两端点之间用于连接电池,其中,还包括继电器和继电器控制模块,所述继电器和继电器控制模块分别并联在所述充电电路两端;
所述继电器控制模块连接所述继电器的控制端,用于在检测到所述充电电路两端电压接近零时,控制所述继电器吸合;
所述直流母线为负母线,所述充电电路包括第一限流电阻R1和第一二极管D1;
所述第一限流电阻R1一端连接所述负载电容C,另一端连接所述第一二极管D1的阳极,所述第一二极管D1的阴极用于连接所述电池的负极;
所述热插拔装置还包括第二开关管Q1和第四二极管D4,其中,
所述第二开关管Q1的漏极连接在所述第一限流电阻R1与所述负载电容C的连接点上,所述第二开关管Q1的源极连接在所述第四二极管D4的阳极,所述第四二极管D4的阴极连接所述第一二极管D1的阴极,所述第二开关管Q1的栅极连接所述继电器控制模块;
或者,所述热插拔装置还包括第二开关管Q1和第三开关管Q2,其中,
所述第二开关管Q1的漏极连接在所述第一限流电阻R1与所述负载电容C的连接点上,所述第二开关管Q1的源极连接在所述第三开关管Q2的源极,所述第三开关管Q2的漏极连接所述第一二极管D1的阴极,所述第二开关管Q1和第三开关管Q2的栅极分别连接所述继电器控制模块。
2.根据权利要求1所述的热插拔装置,其特征在于,所述充电电路上还并联有第二电阻R2,所述第二电阻R2一端连接在所述第一限流电阻R1与所述负载电容C的连接点上,另一端连接在所述第一二极管D1的阴极;
所述高压直流UPS的正母线和负母线之间连接有用于在所述电池反接时、控制所述继电器断开的反接钳位电路。
3.根据权利要求2所述的热插拔装置,其特征在于,所述反接钳位电路包括第二二极管D2、第三二极管D3、第三电阻R3和第一开关管S1;其中,
所述第二二极管D2阳极连接在所述负载电容C与所述第一限流电阻R1的连接点上,所述第二二极管D2的阴极连接所述第三二极管D3的阳极,所述第三二极管D3的阴极通过所述第三电阻R3连接至所述正母线;
所述第一开关管S1的基极连接在所述第二二极管D2的阴极和所述继电器控制模块,所述第一开关管S1的发射极连接所述第二二极管D2的阳极,所述第一开关管S1的集电极连接所述继电器的控制端。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的热插拔装置,其特征在于,所述继电器控制模块中包括报警单元,用于在检测到所述继电器两端电压异常时发出报警信号。
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