CN103904914A - 电源装置及其缺n线保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电源装置及其缺N线保护电路，所以本发明提供的缺N线保护电路是基于一个直流母线电压检测电路，在检测到直流母线电压上升超过一定限值时，发出信号，将信号同时送到三个子模块，关闭三个子模块，从而避免缺N线故障导致的换流产生。对于整个电源装置来说，为每个子模块均装配上升缺N线保护电路，当缺N线故障发生时，每个子模块的保护电路均能够将信号发到本身子模块以及其他子模块，从而实现对整个电源装置的保护。

Description

电源装置及其缺N线保护电路

技术领域

本发明涉及一种由单相输入电源模块并机组成的三相四线输入的电源装置及其缺中性线保护电路。

背景技术

并机是指：单相输入的电源模块在整机内部并联成三相输入的电源模块，且进行自主功率分配。N线指中性线。

对于大功率机内并行扩展必须注意三相电力平衡问题，所以一般将单相模块并联组成三相模块运行。

如图1所示，三个电源子模块并联在同一相上，当输入功率比较大的时候，输入电流较大，造成电网的三相不平衡，输入线路的耗材成本增加。若改为三相并联结构，如图2所示，三个电源子模块输入分别连接A、B、C三相交流电源，输出端并联，这种连接方式在同等功率输出时，输入电流远小于单相并联的结构。

对于三相并联结构，需采用三相四线输入，若出现缺N线（中性线断线等故障），机内的并联模块相互之间会形成环流，造成单相子模块不能正常工作，如果保护不及时甚至会出现炸机等恶劣情况。

发明内容

本发明的目的是提供一种并机电源装置及其缺中性线保护电路，用以解决如果出现缺中性线时的保护问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括：

一种电源装置，包括三个分别连接在A、B、C三相上的三个子模块，三个子模块的输出端并联在直流母线上，每个子模块均设有一个对应的缺N线保护电路，缺N线保护电路至少由一个电压检测电路和信号生成电路构成，电压检测电路输入连接直流母线，输出连接一个电子开关电路的触发端，该电子开关电路输出控制连接信号生成电路，信号生成电路的输出连接各子模块。

所述电压检测电路为一个串联电阻分压电路。

述电子开关电路还控制连接一个信号锁定电路。

所述信号锁定电路包括一个光耦器件（OP10），该光耦器件（OP10）的原边与所述电子开关串联，副边连接稳压元件，稳压元件用于锁定所述分压电路电压。

直流母线上还连接有尖峰抑制二极管。

一种缺N线保护电路，缺N线保护电路至少由一个电压检测电路和信号生成电路构成，电压检测电路输入连接直流母线，输出连接一个电子开关电路的触发端，该电子开关电路输出控制连接信号生成电路，信号生成电路的输出连接各子模块。

所述电压检测电路为一个串联电阻分压电路。

所述电子开关电路还控制连接一个信号锁定电路。

所述信号锁定电路包括一个光耦器件（OP10），该光耦器件（OP10）的原边与所述电子开关串联，副边连接稳压元件，稳压元件用于锁定所述分压电路电压。

直流母线上还连接有尖峰抑制二极管。

缺中性线（N线）时，在输入连接都正常的情况下，假设三台电源模块的输入输出情况完全一样，可以看成三相完全平衡，流过N线的电流为0，这时N线就没有起到作用，可以省去。由于输入电压和输出带载等情况的影响，三台电源模块的工作状态不会总是一致，所以N线有电流流过；如果没有N线，三台电源模块相当于两两串联在三相线上。

由于N线电流的不确定性，难以通过直接检测N线来判断N线断开故障。如图2电路，经过实验发现，在出现缺N线时的直流母线电压不可控。AC220V输入在缺少N线时母线电压为586V远超出正常的直流母线电压（设计为404V），也超过了三相的整流电压537V，为不可控状态。通过理论分析可知，在有N线的情况下，三台并联的电源模块工作时产生的不平衡电流可以通过N线流回到电网。在缺N线时，如果其中一台电源模块的输入电流较大，那么不平衡电流就会通过其它的两台电源模块，这样就造成电源模块对自身的母线电压不可控的状态，而受到其它电源模块工作情况的影响，也就出现了实验中母线电压会超过正常工作时的电压404V。

综上所述，通过检测直流母线电压能够判断缺N线情况的发生，所以本发明提供的缺N线保护电路是基于一个直流母线电压检测电路，在检测到直流母线电压上升超过一定限值时，发出信号，将信号同时送到三个子模块，关闭三个子模块，从而避免缺N线故障导致的换流产生。对于整个电源装置来说，为每个子模块均装配上升缺N线保护电路，当缺N线故障发生时，每个子模块的保护电路均能够将信号发到本身子模块以及其他子模块，从而实现对整个电源装置的保护。

附图说明

图1是单相并联多个子模块的电路原理图；

图2是三个子模块分别连接三相输入的电路原理图；

图3是本发明的三相四线输入电源装置电路原理图；

图4是缺N线保护电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

电源装置实施例

如图3所示为电源装置整机电路原理图，该电源装置三相四线输入，由三个分别连接在A、B、C三相上的三个子模块（CONVERTER1、CONVERTER2、CONVERTER3）构成，三个子模块的输出端并联在直流母线上（V+，V-）。电源装置还包括MCU主控单元及相关外围电路。

子模块为开关电源模块，在本实施例中，子模块由PFC部分和LLC部分构成，但并不限于这种构成方式，还能够采用其它多种结构形式，由于开关电源构成方式属于现有技术，在本申请中不再过多介绍。

如图4所示是某个子模块的缺N线保护电路，其它子模块的缺N线保护电路与之相同。该缺N线保护电路至少由一个电压检测电路和信号生成电路构成，电压检测电路为一个分压电路，分压电路用于连接直流母线，输出连接一个电子开关电路的触发端，该电子开关电路输出控制连接信号生成电路，信号生成电路连接各子模块，用于将产生的信号送入各子模块，控制子模块开关机，具体连接到哪个端子，有采用的子模块相关，可以根据情况自行选择。

如图4所示，VBUS端子用于直接或间接连接直流母线电压，分压电路采用串联电阻分压形式，分压电路输出连接Z1，Z1起到了电子开关的作用，本实施例中采用TL431实现，同时其正负极串联接入两个光耦器件的原边，第一光耦OP10用于锁定Z1触发端电压，第二光耦OP11作为信号生成电路的一部分，用于驱动产生缺N线信号，缺N线信号送入MCU主控单元，同时还送入各子模块。

具体来说，由VBUS检测母线电压，当母线电压超过一定限值时，Z1打开，光耦OP10，OP11导通，其中OP10导通后将信号保持并锁定，OP11把信号送到端子板上将三台电源模块的PFC关闭，并将信号锁定同时送给MCU，报告故障。

上述电路实现第一重保护，电路还包括第二重保护，是由尖峰抑制二极管D100和电阻R410组成的，当在出现瞬间高压时，D100导通将过高的电压尖峰吸收。

通过这两重保护，切断了三相输入的电流回路，使分担在三个电源模块上的电压比较平均即为整流后电容均分的电压，从而抑制了母线电压上升。

本实施例中是以三个子模块为例，但本专利不限于此，可拓展为三相并联，每相有两个或两个以上的子模块并联。其结构为在CONVERTER1、2、3上分别并联规格相同而且数量相同的模块。

以上给出一种具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的结构、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种电源装置，包括三个分别连接在A、B、C三相上的三个子模块，三个子模块的输出端并联在直流母线上，其特征在于，每个子模块均设有一个对应的缺N线保护电路，缺N线保护电路至少由一个电压检测电路和信号生成电路构成，电压检测电路输入连接直流母线，输出连接一个电子开关电路的触发端，该电子开关电路输出控制连接信号生成电路，信号生成电路的输出连接各子模块。

2.根据权利要求1所述的一种电源装置，其特征在于，所述电压检测电路为一个串联电阻分压电路。

3.根据权利要求1或2所述的一种电源装置，其特征在于，所述电子开关电路还控制连接一个信号锁定电路。

4.根据权利要求3所述的一种电源装置，其特征在于，所述信号锁定电路包括一个光耦器件（OP10），该光耦器件（OP10）的原边与所述电子开关串联，副边连接稳压元件，稳压元件用于锁定所述分压电路电压。

5.根据权利要求1所述的一种电源装置，其特征在于，直流母线上还连接有尖峰抑制二极管。

6.一种缺N线保护电路，其特征在于，缺N线保护电路至少由一个电压检测电路和信号生成电路构成，电压检测电路输入连接直流母线，输出连接一个电子开关电路的触发端，该电子开关电路输出控制连接信号生成电路，信号生成电路的输出连接各子模块。

7.根据权利要求6所述的一种缺N线保护电路，其特征在于，所述电压检测电路为一个串联电阻分压电路。

8.根据权利要求6或7所述的一种缺N线保护电路，其特征在于，所述电子开关电路还控制连接一个信号锁定电路。

9.根据权利要求8所述的一种缺N线保护电路，其特征在于，所述信号锁定电路包括一个光耦器件（OP10），该光耦器件（OP10）的原边与所述电子开关串联，副边连接稳压元件，稳压元件用于锁定所述分压电路电压。

10.根据权利要求6所述的一种缺N线保护电路，其特征在于，直流母线上还连接有尖峰抑制二极管。

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