CN103501108A - 高压直流供电线路的防冲击保护电路及其实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高压直流供电线路的防冲击保护电路，包括正极母线和负极母线，连接在正、负极母线之间的母线电容（C1），所述母线电容串联第一限流电阻（R1），第一限流电阻两端并联一电子开关（Q1），所述正极母线连接一个检测输入电压的控制单元，控制单元还连接电子开关的控制端并根据输入电压控制电子开关的通断。本发明还公开了防冲击保护电路的实现方法。本发明在母线电容上串接第一限流电阻，以减小上电时的输入冲击电流；第一限流电阻两端并接电子开关，在稳态工作时将第一限流电阻短接达到节能降耗的目的，电子开关采用快关、慢开的控制策略，使任何情况下，均能大幅减小冲击电流，提高系统工作可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及保护电路，尤其涉及一种对高压直流供电线路进行缓冲保护并具有节能降耗优点的防冲击保护电路及其实现方法。
背景技术
近年来随着3G、4G业务的推广，通信网络覆盖的范围得到迅速扩大，故此对通信网络的供电系统提出了更高的要求。在当前通信电源市场，IT与通信设备采用一种新型的供电模式HVDC（高压直流供电模式）迅速的推广应用。相比传统供电模式UPS（不间断电源），HVDC在安全、节能以及节省成本方面有巨大优势，同时运营商对该系统的认可度也在不断提高，所以HVDC系统替代传统UPS趋势已不可避免。图1示出了HVDC系统的原理框图，其包括将交流电转化成直流的高压直流源、高压直流电通过配电网络传输到各个设备机房，设备机房内的配电空开连接配电网络，配电空开输出端连接高压直流输入开关电源、高压直流输入开关电源的输出端连接通信设备。
高压直流输入开关电源内部主要元部件如图2所示，连接依次串联在所述配电空开输出端和通信设备之间的EMC滤波模块、整流模块、BOOST升压模块、直流母线、DC-DC变换器模块，其中直流母线的正极母线和负极母线之间连接母线电容，它起到储能和滤波高频电流的作用。在配电空开频繁操作或输入直流电掉电时，母线电容的电压会从最高值一直下跌到DCDC的欠压点，如果缓起电路的继电器未能及时脱离，在此时输入的高压直流直接切入到模块中，会因母线电容电压不能突变的原理，在瞬间形成短路回路，导致直流输入通路中产生很大的冲击电流，很有可能损坏通路中的功率器件，如整流桥和升压功率器件或者保险等。
故此业内亟需开发一种防冲击保护电路，以减小的输入冲击电流，提高系统稳定性和可靠性。
发明内容
本发明是要解决现有技术的上述问题，提出一种在上电和异常掉电后重启时能减小输入冲击电流，提高系统稳定性和可靠性的防冲击保护电路及其实现方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是设计一种高压直流供电线路的防冲击保护电路，包括正极母线和负极母线，连接在正、负极母线之间的母线电容，所述母线电容串联第一限流电阻，第一限流电阻两端并联一电子开关，所述正极母线连接一个检测输入电压的控制单元，控制单元还连接电子开关的控制端并根据输入电压控制电子开关的通断。
所述正极母线包括连接电源的电流流入端和连接负载的电流流出端, 正极母线中串联二极管，所述二极管的阳极连接电流流入端、阴极连接电流流出端，所述母线电容和第一限流电阻串联后接于二极管的阴极与负极母线之间。
所述正极母线与负极母线之间连接一升压电路，该升压电路包括串接在所述电流流入端与二极管阳极之间的正极母线段上的电感、连接在二极管阳极与负极母线之间的第二场效应管、以及连接第二场效应管控制端的PWM控制器。
所述母线电容和第一限流电阻串联后与第二限流电阻串联，第二限流电阻两端并联继电器的一对触点，继电器的线圈与控制单元连接并受其控制。
所述电子开关采用MOS场效应管。
本发明还提出了一种技术方案——高压直流供电线路的防冲击保护电路的实现方法：在正极母线和负极母线之间连接母线电容；用第一限流电阻与母线电容串联；在第一限流电阻两端并联电子开关；在正极母线上连接一个检测输入电压的控制单元，控制单元连接电子开关的控制端，控制单元在检测到输入电压跌落至预设下限值时，控制电子开关关断，在检测到输入电压达到预设上限值时，控制电子开关导通。
当控制单元检测到输入电压跌落至预设下限值时，在0至5ms以内控制电子开关断；当控制单元检测到输入电压达到预设上限值时，延时10至1000ms控制电子开关导通。
所述预设下限值为直流180伏，所述预设上限值为直流220伏。
与现有技术相比，本发明在母线电容上串接限流电阻，以减小上电时的输入冲击电流；限流电阻两端并接电子开关，在稳态工作时将限流电阻短接达到节能降耗的目的，电子开关采用快关、慢开的控制策略，使任何情况下，均能大幅减小冲击电流，提高系统工作可靠性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作出详细的说明，其中：
图1为HVDC系统的原理框图；
图2为高压直流输入开关电源的原理框图；
图3为第一限流电阻接在母线电容与正极母线之间的电路图；
图4为第一限流电阻接在母线电容与负极母线之间的电路图；
图5为带升压电路的系统第一限流电阻接在母线电容与正极母线之间的电路图；
图6为带升压电路的系统第一限流电阻接在母线电容与负极母线之间的电路图；
图7为带第二限流电阻的实施例的电路图。
具体实施方式
本发明揭示了一种高压直流供电线路的防冲击保护电路，包括正极母线和负极母线，连接在正、负极母线之间的母线电容C1，所述母线电容串联第一限流电阻R1，第一限流电阻两端并联一电子开关Q1，所述正极母线连接一个检测输入电压的控制单元，控制单元还连接电子开关的控制端并根据输入电压控制电子开关的通断。当控制单元检测到输入电压跌落至预设下限值时，控制电子开关关断，第一限流电阻R1起作用，以备高压直流输入切入时对冲击电流进行限制；当控制单元检测到输入电压达到预设上限值时，控制电子开关导通，保证稳态工作时的损耗尽量小。
参看图3和图4，在一些实施例中，正极母线包括连接电源的电流流入端VIN+和连接负载的电流流出端Vbus, 正极母线中串联二极管D1，所述二极管的阳极连接电流流入端、阴极连接电流流出端，所述母线电容C1和第一限流电阻R1串联后接于二极管的阴极与负极母线之间。二极管可以确保母线中电流流动方向正确，保护负载电路。需要指出，为选用容量大品质好的电容，母线电容C1采用电解电容。第一限流电阻R1与母线电容C1串联。在图3中第一限流电阻R1接到电解电容的正极，在图4中第一限流电阻R1接到电解电容的负极。图3和图4中未绘出控制单元，只绘出控制单元与电子开关的连接端ANTI-RUSH-DRV。
参看图7示出的一个实施例，母线电容C1和第一限流电阻R1串联后与第二限流电阻R2串联，第二限流电阻两端并联继电器的一对触点，继电器的线圈RLY1通过端子Relay-DRV+和Relay-DRV-与控制单元连接。当控制单元检测到输入电压跌落至预设下限值时，控制继电器令触点断开，第二限流电阻R2起作用，以备高压直流输入切入时对冲击电流进行限制；当控制单元检测到输入电压达到预设上限值时，控制继电器令触点闭合，保证稳态工作时的损耗尽量小。需要指出触点可以选常开触点也可以选常闭触点，只要保证在限流时触点断开，节能时触点闭合即可。第二限流电阻可以连接母线电容C1的正极，也可连接母线电容C1的负极，只要让母线电容C1、第一限流电阻R1和第二限流电阻串联即可。
在较佳实施例中，正极母线与负极母线之间连接一升压电路，该升压电路包括串接在所述电流流入端VIN+与二极管D1阳极之间的正极母线段上的电感L1、连接在二极管阳极与负极母线之间的第二场效应管Q2、以及连接第二场效应管控制端的PWM控制器。升压电路在高压直流输入电压偏低情况下，能提高母线电压，以便DCDC变换器工作在最佳工作区间，提高整个电源的效率。图5和图6，示出了升压电路的电路图；但两图中皆未绘出PWM控制器，只绘出PWM控制器与第二场效应管的连接端PFC-DRV。图5和图6的区别在于：图5中第一限流电阻R1接到电解电容的正极，图6中第一限流电阻R1接到电解电容的负极。
在较佳实施例中，电子开关Q1采用MOS场效应管。
本发明还揭示了一种高压直流供电线路的防冲击保护电路的实现方法：在正极母线和负极母线之间连接母线电容C1；用第一限流电阻R1与母线电容串联；在第一限流电阻两端并联电子开关Q1；在正极母线上连接一个检测输入电压的控制单元，控制单元连接电子开关的控制端，控制单元在检测到输入电压跌落至预设下限值时，控制电子开关关断，在检测到输入电压达到预设上限值时，控制电子开关导通。藉此以减小上电和掉电时的输入冲击电流，提高系统工作可靠性。
当控制单元检测到输入电压跌落至预设下限值时，在0至5ms以内控制电子开关断（通常可以立刻控制电子开关关断，但5ms以内的延时往往也没问题，根据异常输入电压跌落的宽度有关，跌落宽度越窄，此延时要求越小）；当控制单元检测到输入电压达到预设上限值时，延时10至1000ms控制电子开关导通（此延时时间根据母线电压从低往高恢复的情况而定）。
所述预设下限值直流180伏，预设下限值的目的是为了检测输入电压掉电或者发生跌落，实际上只要低于电源模块的最低工作电压即可，比如240VDC~400VDC工作的电源，其设定为180VDC左右。所述预设上限值主要是为了检测电源模块输入电压是否恢复正常，通常也可以低于电源模块的最低工作电压即可，由于还要延时相对较长时间10ms---1s才控制电子开关导通，所以预设上限值无需控制得很精准，在这种情况下设定在220VDC左右即可。
以上实施例仅为举例说明，非起限制作用。任何未脱离本申请精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于本申请的权利要求范围之中。
Claims (8)
1.一种高压直流供电线路的防冲击保护电路，包括正极母线和负极母线，连接在正、负极母线之间的母线电容（C1），其特征在于：所述母线电容串联第一限流电阻（R1），第一限流电阻两端并联一电子开关（Q1），所述正极母线连接一个检测输入电压的控制单元，控制单元还连接电子开关的控制端并根据输入电压控制电子开关的通断。
2.如权利要求1所述的高压直流供电线路的防冲击保护电路，其特征在于：所述正极母线包括连接电源的电流流入端（VIN+）和连接负载的电流流出端（Vbus）, 正极母线中串联二极管（D1），所述二极管的阳极连接电流流入端、阴极连接电流流出端，所述母线电容（C1）和第一限流电阻（R1）串联后接于二极管的阴极与负极母线之间。
3.如权利要求2所述的高压直流供电线路的防冲击保护电路，其特征在于：所述正极母线与负极母线之间连接一升压电路，该升压电路包括串接在所述电流流入端（VIN+）与二极管（D1）阳极之间的正极母线段上的电感（L1）、连接在二极管阳极与负极母线之间的第二场效应管（Q2）、以及连接第二场效应管控制端的PWM控制器。
4.如权利要求2所述的高压直流供电线路的防冲击保护电路，其特征在于：所述母线电容（C1）和第一限流电阻（R1）串联后与第二限流电阻（R2）串联，第二限流电阻两端并联继电器的一对触点，继电器的线圈与控制单元连接并受其控制。
5.如权利要求1至4任一项所述的高压直流供电线路的防冲击保护电路，其特征在于：所述电子开关（Q1）采用MOS场效应管。
6.一种高压直流供电线路的防冲击保护电路的实现方法，其特征在于：
在正极母线和负极母线之间连接母线电容（C1）；
用第一限流电阻（R1）与母线电容串联；
在第一限流电阻两端并联电子开关（Q1）；
在正极母线上连接一个检测输入电压的控制单元，控制单元连接电子开关的控制端，控制单元在检测到输入电压跌落至预设下限值时，控制电子开关关断，在检测到输入电压达到预设上限值时，控制电子开关导通。
7.如权利要求6所述的高压直流供电线路的防冲击保护电路的实现方法，其特征在于：当控制单元检测到输入电压跌落至预设下限值时，在0至5ms以内控制电子开关断；当控制单元检测到输入电压达到预设上限值时，延时10至1000ms控制电子开关导通。
8.如权利要求7所述的高压直流供电线路的防冲击保护电路的实现方法，其特征在于：所述预设下限值为直流180伏，所述预设上限值为直流220伏。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Liu Jun Inventor after: Yao Shun Inventor before: Liu Jun Inventor before: Zhang Changsheng Inventor before: Meng Jiecheng |
|
| CP03 | Change of name, title or address | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 518000, 5 floor, Fengyun mansion, five road north, Nanshan District science and Technology Park, Shenzhen, Guangdong Patentee after: Shenzhen Weimei New Energy Co., Ltd. Address before: 518000, 4 floor, Fengyun mansion, five road north, Nanshan District science and Technology Park, Shenzhen, Guangdong Patentee before: Shenzhen Vmax Power Co., Ltd. |