CN104218531A - 短路保护电路及其短路保护方法 - Google Patents
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Abstract
一种短路保护电路，包括：第一二极管、一充放电电路、一运算放大器，三者依次串联连接，第三电阻一端连接运算放大器的负向输入端，另一端接地，第四电阻一端与恒压源连接，另一端连接第三电阻和运算放大器负向输入端连接的线路上；一反馈三极管，其发射级连接该运算放大器的输出端，集电极连接第二电阻，第二电阻的另一端连接第一二极管的输出端与运算放大器的正向输入端的连接线路上，基级连接第五电阻的一端；第六、第七电阻、第二电容、场效应晶体管并联，并且一端都连接于第五电阻的另一端，第六电阻、第二电容、场效应晶体管另一端接地，第七电阻另一端与第二二极管串联后连接运算放大器的输出端和反馈三极管发射极的连接线路上。
Description
技术领域
本申请涉及一种短路保护电路及其短路保护方法。
背景技术
换流器保护电路的设计关系到电力系统的安全稳定运行。因此，对换流器保护电路的方案设计和对其故障恢复性的研究刻不容缓。换流器的故障分为主回路和控制系统故障。故障类型包括换流器交流侧或直流各个接线端短路(如阀短路)、接线对地短路(如交流侧单相接地短路)、触发系统出发脉冲丢失等。不同类型的故障会导致不同程度上的过电压和过电流，换流器作为高压直流输电中重要的整流、逆变电路，除了电力电子器件参数选择合适、驱动电路设计良好外，采用合适的过电压和过电流保护也是十分必要的。
目前，一般是在换流器两侧设置各种保护电路，通过检测各种异常情况的发生，通过控制电流、电压等方式进行保护。例如对于短路保护，首先检测短路发生，然后控制部件对电流进行限制，将输出电流限制在一定范围，以达到系统保护的目的。但是，当系统电路长时间处于这种状态时，系统可能会发生温度过高或消耗一定能量，从而导致系统损坏或浪费能量。另一个问题在于，这种保护复杂，所需部件多，成本高。
发明内容
本申请的目的在于克服现有技术的不足而提供一种简单、节能、成本低、效率高的高压直流输电换流器短路保护电路，在发生短路时，其能快速、有效地保护换流器和整个系统不受损坏。
本申请解决其技术问题所采取的技术方案是：一种短路保护电路，包括：第一二极管、一充放电电路、一运算放大器，三者依次串联连接，所述充放电电路包括第一电阻和第一电容，所述第一电阻和第一电容并联连接，第一电阻和第一电容一端连接第一二极管的输出端，另一端接地；运算放大器的正向输入端与第一二级管的输出端连接；还包括一第三电阻和一第四电阻，该第三电阻一端连接运算放大器的负向输入端，另一端接地，该运算放大器的负向输入端上的电势为基准电压，该基准电压由所述第三电阻和第四电阻对一恒压源分压所产生，该第四电阻一端与恒压源连接，另一端连接于第三电阻和运算放大器负向输入端连接的线路上；还包括一反馈三极管，其发射级连接于该运算放大器的输出端，集电极连接于第二电阻，第二电阻的另一端连接于第一二极管的输出端与运算放大器的正向输入端的连接线路上，基级连接于第五电阻的一端；还包括一第六电阻、第七电阻、第二二极管、第二电容、场效应晶体管，其中第六电阻、第七电阻、第二电容、场效应晶体管并联，第六电阻、第七电阻、第二电容、场效应晶体管一端连接于第五电阻的另一端，第六电阻、第二电容、场效应晶体管另一端接地，第七电阻另一端与第二二极管串联后连接于运算放大器的输出端和反馈三极管发射极的连接线路上。
本申请还要求保护一种如上所述短路保护电路的短路保护方法，其中，当输入的电压信号大于该基准电压时，运算放大器的输出端所输出的比较电压的电势呈现高态，处于高态的比较电压会使得反馈三极管的发射极与集电极导通，导通后的反馈三极管会提供第一反馈电流，通过第二电阻对第一电容充电；同时也提供第二反馈电流，一方面，通过第五电阻和第六电阻对该第二反馈电流产生的电压进行分压，如果第六电阻上分担的电压、即控制信号大于使场效应晶体管的栅极与源极导通的临界电压时，场效应晶体管的漏极与源极之间会导通，由此，快速断开电压输出，实施短路保护；另一方面，在反馈三极管发射极和基极导通的同时，第二反馈电流经由该第五电阻对该第二电容充电，使得反馈三极管从饱和工作区进入线性工作区，进而使得流过第二电阻的第一反馈电流渐渐减少，到最后，运算放大器正向输入端的输入电压信号会低于负向输入端的基准电压，使运算放大器不再输出，即输出端为零电压，第二电容通过第二二极管和第七电阻对接地端放电，当第二电容的电容电压放电至低于场效应晶体管导通的临界电压时，场效应晶体管截止，电源输出恢复正常工作；当输入的电流信号又超出保护点时，重新启动短路保护装置。
本申请的有益效果是：
(1)利用第五电阻和第二电容来控制短路保护电路的运行周期。
(2)利用运算放大器所输出的比较电压来控制该短路保护电路是否动作。
(3)可以使短路保护电路同时具有快速断开模式和自动复原模式。
(4)结构简单、节能、成本低、效率高。
附图说明
图1为短路保护电路的电路图。
具体实施方式
如图1所示，为短路保护电路的结构示意图，1.一种短路保护电路，其特征在于，包括：第一二极管14、一充放电电路、一运算放大器11，三者依次串联连接，所述充放电电路包括第一电阻15和第一电容16，所述第一电阻15和第一电容16并联连接，第一电阻15和第一电容16一端连接第一二极管的输出端，另一端接地；运算放大器11的正向输入端与第一二级管14的输出端连接；还包括一第三电阻18和一第四电阻19，该第三电阻18一端连接运算放大器11的负向输入端，另一端接地，该运算放大器的负向输入端上的电势为基准电压VREF，该基准电压VREF由所述第三电阻和第四电阻对一恒压源VDD分压所产生，该第四电阻一端与恒压源连接，另一端连接于第三电阻18和运算放大器11负向输入端连接的线路上；还包括一反馈三极管12，其发射级连接于该运算放大器的输出端，集电极连接于第二电阻17，第二电阻17的另一端连接于第一二极管的输出端与运算放大器11的正向输入端的连接线路上，基级连接于第五电阻20的一端；还包括一第六电阻22、第七电阻23、第二二极管24、第二电容21、场效应晶体管13，其中第六电阻22、第七电阻23、第二电容21、场效应晶体管13并联，第六电阻22、第七电阻23、第二电容21、场效应晶体管13一端连接于第五电阻20的另一端，第六电阻22、第二电容21、场效应晶体管13另一端接地，第七电阻23另一端与第二二极管24串联后连接于运算放大器11的输出端和反馈三极管发射极的连接线路上。
下面详细介绍本申请技术方案的工作过程。
首先，第一二极管14会导入向换流器输入的电流信号经由电流互感器变为Ii，对第一电容16充电，产生输入电压信号Vi，即运算放大器11的正向输入端的电势。运算放大器11的负向输入端通过第三电阻18和第四电阻19，将恒压源VDD分压，取得一基准电压VREF。
当输入的电压信号大于该基准电压时，运算放大器的输出端所输出的比较电压的电势呈现高态，处于高态的比较电压会使得反馈三极管的发射极与集电极导通，导通后的反馈三极管会提供第一反馈电流I1，通过第二电阻对第一电容充电；同时也提供第二反馈电流I2，一方面，通过第五电阻和第六电阻对该第二反馈电流产生的电压进行分压，如果第六电阻上分担的电压、即控制信号大于使场效应晶体管的栅极与源极导通的临界电压时，场效应晶体管的漏极与源极之间会导通，由此，快速断开电压输出V0，实施短路保护；另一方面，在反馈三极管发射极和基极导通的同时，第二反馈电流经由该第五电阻对该第二电容充电，使得反馈三极管从饱和工作区进入线性工作区，进而使得流过第二电阻的第一反馈电流渐渐减少，到最后，运算放大器正向输入端的输入电压信号会低于负向输入端的基准电压，使运算放大器不再输出，即输出端为零电压，第二电容通过第二二极管和第七电阻对接地端放电，当第二电容的电容电压放电至低于场效应晶体管导通的临界电压时，场效应晶体管截止，电源输出恢复正常工作；当输入的电流信号又超出保护点时，重新启动短路保护装置。
由此本申请提供了一种简单、节能、成本低、效率高的高压直流输电换流器短路保护电路，在发生短路时，其能快速、有效地保护换流器不受损坏。并且在短路排除后，能自动启动换流器运行，重新进入保护状态。
Claims (2)
1.一种短路保护电路，其特征在于，包括：第一二极管(14)、一充放电电路、一运算放大器(11)，三者依次串联连接，所述充放电电路包括第一电阻(15)和第一电容(16)，所述第一电阻(15)和第一电容(16)并联连接，第一电阻(15)和第一电容(16)一端连接第一二极管的输出端，另一端接地；运算放大器(11)的正向输入端与第一二级管(14)的输出端连接；还包括一第三电阻(18)和一第四电阻(19)，该第三电阻(18)一端连接运算放大器(11)的负向输入端，另一端接地，该运算放大器的负向输入端上的电势为基准电压，该基准电压由所述第三电阻和第四电阻对一恒压源分压所产生，该第四电阻一端与恒压源连接，另一端连接于第三电阻(18)和运算放大器(11)负向输入端连接的线路上；还包括一反馈三极管(12)，其发射级连接于该运算放大器的输出端，集电极连接于第二电阻(17)，第二电阻(17)的另一端连接于第一二极管的输出端与运算放大器(11)的正向输入端的连接线路上，基级连接于第五电阻(20)的一端；还包括一第六电阻(22)、第七电阻(23)、第二二极管(24)、第二电容(21)、场效应晶体管(13)，其中第六电阻(22)、第七电阻(23)、第二电容(21)、场效应晶体管(13)并联，第六电阻(22)、第七电阻(23)、第二电容(21)、场效应晶体管(13)一端连接于第五电阻(20)的另一端，第六电阻(22)、第二电容(21)、场效应晶体管(13)另一端接地，第七电阻(23)另一端与第二二极管(24)串联后连接于运算放大器(11)的输出端和反馈三极管发射极的连接线路上。
2.一种如权利要求1所述的短路保护电路的短路保护方法，其特征在于，当输入的电压信号大于该基准电压时，运算放大器的输出端所输出的比较电压的电势呈现高态，处于高态的比较电压会使得反馈三极管的发射极与集电极导通，导通后的反馈三极管会提供第一反馈电流，通过第二电阻对第一电容充电；同时也提供第二反馈电流，一方面，通过第五电阻和第六电阻对该第二反馈电流产生的电压进行分压，如果第六电阻上分担的电压、即控制信号大于使场效应晶体管的栅极与源极导通的临界电压时，场效应晶体管的漏极与源极之间会导通，由此，快速断开电压输出，实施短路保护；另一方面，在反馈三极管发射极和基极导通的同时，第二反馈电流经由该第五电阻对该第二电容充电，使得反馈三极管从饱和工作区进入线性工作区，进而使得流过第二电阻的第一反馈电流渐渐减少，到最后，运算放大器正向输入端的输入电压信号会低于负向输入端的基准电压，使运算放大器不再输出，即输出端为零电压，第二电容通过第二二极管和第七电阻对接地端放电，当第二电容的电容电压放电至低于场效应晶体管导通的临界电压时，场效应晶体管截止，电源输出恢复正常工作；当输入的电流信号又超出保护点时，重新启动短路保护装置。
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