CN106026066B - 一种直流源保护装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的直流源保护装置与方法，通过触发电路对直流源输出的电能进行存储，接收使能信号，当使能信号为关断使能时，生成第一触发信号，当使能信号为非关断使能时，生成第二触发信号；再通过短路回路中的晶闸管根据第一触发信号导通，使得直流源的输出电压被短路；由于晶闸管导通后，只要直流源的短路电流大于晶闸管的维持电流，即无需再次提供驱动电压，避免了现有技术中电子开关导通损耗大的问题；最后通过恢复回路中的开关管根据第二触发信号在预设时间内导通，控制直流源的输出电压降低，直至晶闸管关断，避免了晶闸管在被触发而导通后，由于直流源的短路电流一直大于晶闸管的维持电流而难以关断的情况发生。

Description

一种直流源保护装置与方法

技术领域

本发明涉及直流源安全模式技术领域，特别涉及一种直流源保护装置与方法。

背景技术

在直流源的应用场合，当进行电路检修或者发生其他突发情况，需要将直流源的输出电压限制在安全范围之内时，可以采用图1所示的保护装置，通过控制电子开关S1导通，使得直流源的输出端短路，将其输出电压限制在安全范围之内。

电子开关S1的失效模式通常是短路，即便电子开关S1失效也能够起到其保护作用，但是短路模式下的保护装置很难为电子开关S1提供驱动电压，因为当直流源短路后，在没有额外电源的情况下通常没有足够的驱动电压来驱动电子开关S1导通。如果直接从直流源取电给电子开关S1驱动，即如图1所示，则直流源的输出电压会维持在电子开关S1驱动的最小要求电压，那么电子开关S1的导通损耗会比较大，甚至不能长久工作。

发明内容

本发明提供一种直流源保护装置与方法，以解决现有技术中导通损耗大的问题。

为实现所述目的，本申请提供的技术方案如下：

一种直流源保护装置，包括：触发电路、短路回路及恢复回路；其中：

所述触发电路的供电端分别与直流源的输出端正极和所述直流源的输出端负极相连；所述触发电路的输入端接收使能信号；所述触发电路用于对所述直流源输出的电能进行存储，接收所述使能信号，当所述使能信号为关断使能时，根据所述使能信号和内部存储的电能生成第一触发信号，当所述使能信号为非关断使能时，根据所述使能信号生成第二触发信号；

所述短路回路的控制端与所述触发电路的第一输出端相连，所述短路回路的输入端与所述直流源的输出端正极相连，所述短路回路的输出端与所述直流源的输出端负极相连；所述短路回路包括晶闸管，用于根据所述第一触发信号导通；

所述恢复回路的控制端与所述触发电路的第二输出端相连，所述恢复回路的第一端与所述直流源的输出端正极相连，连接点为所述直流源保护装置的输出端正极；所述恢复回路的第二端与所述直流源的输出端负极相连，连接点为所述直流源保护装置的输出端负极；所述恢复回路包括开关管，用于根据所述第二触发信号在预设时间内导通，控制所述直流源的输出电压降低，直至所述晶闸管关断。

优选的，所述触发电路包括：限压电路和驱动电路；其中：

所述限压电路的输入端为所述触发电路的供电端；所述限压电路用于对所述直流源输出的电能进行存储，根据内部存储的电能生成供电电压；

所述驱动电路的第一输入端为所述触发电路的输入端，所述驱动电路的第二输入端与所述限压电路的输出端相连，所述驱动电路的第三输入端与所述直流源的输出端负极相连；所述驱动电路的第一输出端为所述触发电路的第一输出端；所述驱动电路的第二输出端为所述触发电路的第二输出端；所述驱动电路用于：接收所述使能信号，当所述使能信号为关断使能且所述供电电压满足第一预设条件时，生成所述第一触发信号，并消耗内部存储的电能；当所述使能信号为非关断使能时，根据所述使能信号生成所述第二触发信号。

优选的，

所述限压电路包括：第一电阻R1、稳压二极管D1及第一电容C1；其中：

第一电阻R1的一端与稳压二极管D1的阴极及第一电容C1的一端相连，连接点为所述限压电路的输出端；

第一电阻R1的另一端与所述直流源的输出端正极相连；

稳压二极管D1的阳极与第一电容C1的另一端及所述直流源的输出端负极相连；

或者，所述限压电路包括：第一电阻R1、稳压二极管D1、第一电容C1、第一开关管Q1和第二电阻R2；第一开关管Q1为IGBT、场效应管或者三极管；

第一电阻R1的一端与稳压二极管D1的阴极及第一开关管Q1的控制端相连；

第一电阻R1的另一端与第一开关管Q1的输入端及所述直流源的输出端正极相连；

稳压二极管D1的阳极与第一电容C1的一端及所述直流源的输出端负极相连；

第一开关管Q1的输出端通过第二电阻R2与第一电容C1的另一端相连，连接点为所述限压电路的输出端。

优选的，所述驱动电路为能够实现欠压锁定的驱动芯片或者分立元件集合。

优选的，

所述短路回路还包括第三二极管D3，第三二极管D3的阴极与所述直流源的输出端正极相连，第三二极管D3的阳极与所述直流源的输出端负极相连；

或者，所述短路回路还包括：第一电感L1和第三电阻R3；第一电感L1和第三电阻R3并联，并联的第一连接点为所述短路回路的输入端，并联的第二连接点与所述晶闸管的输入端相连；

又或者，所述短路回路还包括：可控开关管与第四电阻R4；

第四电阻R4的一端与所述可控开关管的输入端相连；

第四电阻R4的另一端与所述直流源的输出端正极相连；

所述可控开关管的输出端与所述直流源的输出端负极相连；

所述可控开关管的控制端与所述晶闸管的控制端均为所述短路回路的控制端；

所述第一触发信号包括：当所述使能信号为关断使能时，控制所述可控开关管导通的第一信号，及当所述直流源的输出电压降低到预设阈值以下时，控制所述晶闸管导通的第二信号；

所述可控开关管为IGBT、场效应管、三极管或者另一晶闸管。

优选的，所述恢复回路还包括：电压源；

所述电压源的负极与所述开关管的第二端相连；

所述电压源的正极与所述直流源的输出端负极相连；

所述开关管的第一端与所述直流源的输出端正极相连。

优选的，

所述恢复回路还包括：第二电感L2、第五电阻R5及第四二极管D4；其中：

第五电阻R5的一端与第四二极管D4的阴极相连；

第五电阻R5的另一端与第二电感L2的一端及所述直流源的输出端正极相连；

第二电感L2的另一端与第四二极管D4的阳极及所述开关管的第一端相连；

或者，所述恢复回路还包括：第二电感L2、第五电阻R5、第四二极管D4及第二电容C2；

第五电阻R5的一端与第四二极管D4的阴极相连；

第五电阻R5的另一端与第二电感L2的一端及所述直流源的输出端正极相连；

第二电感L2的另一端与第四二极管D4的阳极及所述开关管的第一端相连；

第二电容C2并联于第五电阻R5的两端；

又或者，所述恢复回路还包括：第六电阻R6；所述电压源包括第三电容C3；

第六电阻R6的一端接收所述使能信号；

第六电阻R6的另一端与所述开关管的第二端或者所述直流源的输出端负极相连。

优选的，还包括：串联回路；

所述串联回路连接于所述恢复回路的第一端和所述直流源保护装置的输出端正极之间，或者连接于所述恢复回路的第二端和所述直流源保护装置的输出端负极之间；

所述串联回路用于当所述短路回路导通时，消耗与所述直流源保护装置输出端相连的用电设备输入端存储的能量，或者，当所述短路回路关断时连接所述直流源和所述用电设备。

优选的，

所述串联回路包括：并联连接的第五二极管D5和第七电阻R7；其中：

第五二极管D5的阳极与所述直流源的输出端正极和所述恢复回路的连接点相连；第五二极管D5的阴极为所述直流源保护装置的输出端正极；或者，第五二极管D5的阴极与所述直流源的输出端负极和所述恢复回路的连接点相连，第五二极管D5的阳极为所述直流源保护装置的输出端负极；

或者，所述串联回路包括：并联连接的第三电感L3和第八电阻R8；其中：

第三电感L3和第八电阻R8的一个连接点与所述直流源的输出端正极和所述恢复回路的连接点相连；第三电感L3和第八电阻R8的另一个连接点为所述直流源保护装置的输出端正极；或者，第三电感L3和第八电阻R8的一个连接点与所述直流源的输出端负极和所述恢复回路的连接点相连，第三电感L3和第八电阻R8的另一个连接点为所述直流源保护装置的输出端负极。

优选的，还包括：保护回路；

所述保护回路的第一端与所述恢复回路的第一端相连，连接点为所述直流源保护装置的输出端正极；

所述保护回路的第二端与所述恢复回路的第二端相连，连接点为所述直流源保护装置的输出端负极；

所述保护回路用于当所述直流源的短路电流小于所述晶闸管的维持电流时，为所述晶闸管提供补充电流，以使所述晶闸管保持导通状态。

优选的，

所述保护回路包括第四电容C4；

或者，所述保护回路包括第四电容C4和第九电阻R9；第九电阻R9与第四电容C4串联；

又或者，所述保护回路包括第四电容C4、第九电阻R9和第六二极管D6；第六二极管D6与第九电阻R9并联；第六二极管D6的阳极与所述恢复回路的第一端相连，第六二极管D6的阴极通过第四电容C4与所述恢复回路的第二端相连；或者，第六二极管D6的阴极与所述恢复回路的第二端相连，第六二极管D6的阳极通过第四电容C4与所述恢复回路的第一端相连。

一种直流源保护方法，应用于所述直流源保护装置，所述直流源保护方法包括：

触发电路对所述直流源输出的电能进行存储，接收所述使能信号，当所述使能信号为关断使能时，根据所述使能信号和内部存储的电能生成第一触发信号，当所述使能信号为非关断使能时，根据所述使能信号生成第二触发信号；

短路回路中的晶闸管根据所述第一触发信号导通；

恢复回路中的开关管根据所述第二触发信号在预设时间内导通，控制所述直流源的输出电压降低，直至所述晶闸管关断。

优选的，所述触发电路包括：限压电路和驱动电路；所述触发电路对所述直流源输出的电能进行存储，接收所述使能信号，当所述使能信号为关断使能时，根据所述使能信号和内部存储的电能生成第一触发信号，当所述使能信号为非关断使能时，根据所述使能信号生成第二触发信号的步骤包括：

所述限压电路对所述直流源输出的电能进行存储，根据内部存储的电能生成供电电压；

所述驱动电路接收所述使能信号，当所述使能信号为关断使能且所述供电电压满足第一预设条件时，生成所述第一触发信号，并消耗内部存储的电能；当所述使能信号为非关断使能时，根据所述使能信号生成所述第二触发信号。

优选的，所述直流源保护装置还包括：串联回路；

所述直流源保护方法在所述短路回路中的晶闸管根据所述第一触发信号导通的步骤同时还包括：

所述串联回路消耗与所述直流源保护装置输出端相连的用电设备输入端存储的能量。

优选的，所述直流源保护装置还包括：保护回路；

所述直流源保护方法在所述短路回路中的晶闸管根据所述第一触发信号导通的步骤同时还包括：

当所述直流源的短路电流小于所述晶闸管的维持电流时，所述保护回路为所述晶闸管提供补充电流，以使所述晶闸管保持导通状态。

本发明提供的所述直流源保护装置，通过触发电路对直流源输出的电能进行存储，接收使能信号，当所述使能信号为关断使能时，根据所述使能信号和内部存储的电能生成第一触发信号，当所述使能信号为非关断使能时，根据所述使能信号生成第二触发信号；再通过短路回路中的晶闸管根据所述第一触发信号导通，使得所述直流源的输出电压被短路，将所述直流源的输出电压限制在安全范围之内；由于所述晶闸管在被触发而导通后，只要所述直流源的短路电流大于所述晶闸管的维持电流，即无需再次提供驱动电压，避免了现有技术中因直流源的输出电压需要一直提供电子开关驱动的最小要求电压，而导致的导通损耗大的问题；并且本发明提供的所述直流源保护装置，通过恢复回路中的开关管根据所述第二触发信号在预设时间内导通，控制所述直流源的输出电压降低，直至所述晶闸管关断，避免了所述晶闸管在被触发而导通后，由于所述直流源的短路电流一直大于所述晶闸管的维持电流而难以关断的情况发生。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术内的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述内的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术提供的直流源保护装置的电路示意图；

图2是本发明实施例提供的直流源保护装置的结构示意图；

图3是本发明另一实施例提供的直流源保护装置的另一结构示意图；

图4是本发明另一实施例提供的直流源保护装置的电路示意图；

图5是本发明另一实施例提供的直流源保护装置的另一电路示意图；

图6是本发明另一实施例提供的直流源保护装置的另一电路示意图；

图7是本发明另一实施例提供的直流源保护装置的另一电路示意图；

图8是本发明另一实施例提供的直流源保护装置的另一电路示意图；

图9是本发明另一实施例提供的直流源保护装置的另一电路示意图；

图10是本发明另一实施例提供的直流源保护装置的另一电路示意图；

图11是本发明另一实施例提供的直流源保护装置的另一电路示意图；

图12是本发明另一实施例提供的直流源保护装置的另一电路示意图；

图13是本发明另一实施例提供的直流源保护装置的另一电路示意图；

图14是本发明另一实施例提供的直流源保护装置的另一电路示意图；

图15是本发明另一实施例提供的直流源保护方法的另一结构示意图；

图16是本发明另一实施例提供的直流源保护方法的另一电路示意图；

图17是本发明另一实施例提供的直流源保护方法的另一电路示意图；

图18是本发明另一实施例提供的直流源保护装置的另一电路示意图；

图19是本发明另一实施例提供的直流源保护方法的另一电路示意图；

图20是本发明另一实施例提供的直流源保护方法的流程图；

图21是本发明另一实施例提供的直流源保护方法的另一流程图；

图22是本发明另一实施例提供的直流源保护方法的另一流程图；

图23是本发明另一实施例提供的直流源保护方法的另一流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

本发明提供一种直流源保护装置，以解决现有技术中导通损耗大的问题。

具体的，所述直流源保护装置，如图2所示，包括：触发电路100、短路回路200和恢复回路300；其中：

触发电路100的供电端分别与直流源的输出端正极和所述直流源的输出端负极相连；触发电路100的输入端接收使能信号；

短路回路200的控制端与触发电路100的第一输出端相连，短路回路200的输入端与所述直流源的输出端正极相连，短路回路200的输出端与所述直流源的输出端负极相连；

恢复回路300的控制端与触发电路100的第二输出端相连，恢复回路300的第一端与所述直流源的输出端正极相连，连接点为所述直流源保护装置的输出端正极；恢复回路300的第二端与所述直流源的输出端负极相连，连接点为所述直流源保护装置的输出端负极。

所述直流源保护装置的输出端与相应的用电设备相连。

具体的工作原理为：

触发电路100从所述直流源的输出端取电，对所述直流源输出的电能进行存储，接收所述使能信号；当所述使能信号为关断使能时，所述直流源保护装置即处于保护状态，触发电路100再根据内部存储的电能生成并输出第一触发信号，控制短路回路200中的晶闸管动作，使得所述直流源输出端被短路，所述直流源的输出电压被限制在了安全电压范围之内。

由于所述直流源的输出端被短路后将无法有效的为触发电路100供电，触发电路100使用内部提前存储的电量继续工作，直到所存储的电量不足以驱动短路回路200时，所述晶闸管的驱动电压不足。但是由于所述晶闸管在被触发而导通后，只要所述直流源的短路电流大于所述晶闸管的维持电流，即无需再次提供驱动电压，因而所述晶闸管能够一直保持导通状态；确保所述直流源的输出电压被限制在了安全电压范围之内。

如果所述直流源保护装置的使能信号为非关断使能即无效的时候，触发电路100将根据所述使能信号生成第二触发信号；恢复回路300中的开关管根据所述第二触发信号在预设时间内导通，控制所述直流源的输出电压降低，直至所述晶闸管关断。

所述第二触发信号可以为一个具有一定宽度的脉冲信号，恢复回路300导通后会将所述直流源的输出电压拉到更低，甚至小于零，使得原本经过短路回路200的电流几乎全部从恢复回路300流过，此时短路回路200里面的所述晶闸管的电流小于其导通的维持电流，所述晶闸管将自行关断。在所述晶闸管关断后恢复回路300断开，使所述直流源正常输出电压。

本实施例提供的所述直流源保护装置，通过上述过程控制短路回路200导通，使得所述直流源的输出端被短路，将所述直流源的输出电压限制在安全范围之内；由于所述晶闸管在被触发而导通后，只要所述直流源的短路电流大于所述晶闸管的维持电流，即无需再次提供驱动电压，避免了现有技术中因直流源的输出电压需要一直提供电子开关驱动的最小要求电压，而导致的导通损耗大的问题；并且本实施例提供的所述直流源保护装置，通过恢复回路300中的开关管根据所述第二触发信号控制晶闸管关断，避免了所述晶闸管在被触发而导通后，由于所述直流源的短路电流一直大于所述晶闸管的维持电流而难以关断的情况发生。

另外，在具体的实际应用中，所述直流源可以为单块太阳能光伏组件，也可以是串联或并联后的太阳能光伏组件，当然也可以是能够通过短路实现输出保护的其它直流源，所述直流源保护装置的输出端所连接的用电设备可以为逆变器，也可以为其他设备，此处均不做具体限定，能够通过上述原理使所述直流源进入安全模式的所述直流源保护装置均在本申请的保护范围内。

本发明另一个具体的实施例中，在图2的基础之上，如图3所示，触发电路100包括：限压电路101和驱动电路102；其中：

限压电路101的输入端为触发电路100的供电端；

驱动电路102的第一输入端IN1为触发电路100的输入端，驱动电路102的第二输入端IN2与限压电路101的输出端相连，驱动电路102的第三输入端IN3与所述直流源的输出端负极相连；驱动电路102的第一输出端为触发电路100的第一输出端；驱动电路102的第二输出端为触发电路100的第二输出端。

限压电路101用于对所述直流源输出的电能进行存储，根据内部存储的电能生成供电电压；

驱动电路102用于：接收所述使能信号，当所述使能信号为关断使能且所述供电电压满足第一预设条件时，生成控制短路回路200导通的第一触发信号，并消耗内部存储的电能；当所述供电电压满足第二预设条件时，停止生成所述第一触发信号，但并不影响所述晶闸管的导通；当所述使能信号为非关断使能时，根据所述使能信号生成所述第二触发信号。

优选的，所述第一预设条件为：所述供电电压大于等于预设保护电压上限；

所述第二预设条件为：所述供电电压小于预设保护电压下限。

在具体的实际应用中，关于限压电路101的具体形式可以参见图4或图5。

优选的，如图4所示，限压电路101包括：第一电阻R1、稳压二极管D1及第一电容C1；其中：

第一电阻R1的一端与稳压二极管D1的阴极及第一电容C1的一端相连，连接点为所述限压电路的输出端；

第一电阻R1的另一端与所述直流源的输出端正极相连；

稳压二极管D1的阳极与第一电容C1的另一端及所述直流源的输出端负极相连。

或者，如图5至图8任一所示，限压电路101在图4的基础之上还包括：第一开关管Q1和第二电阻R2；第一开关管Q1为IGBT、场效应管或者三极管；

第一开关管Q1的输入端与所述直流源的输出端正极相连；

第一开关管Q1的控制端与稳压二极管D1的阴极和第一电阻R1的连接点相连；

第一开关管Q1的输出端通过第二电阻R2与第一电容C1的一端相连，连接点为所述限压电路的输出端。

通过触发电路100内部的第一电阻R1、稳压二极管D1及第一开关管Q1可以给驱动电路102提供一个直流电压，通过第二电阻R2可以起到限流保护作用，第一开关管Q1可以为IGBT、场效应管或者三极管等全控器件；它们都可以有很多种电路实施例，此处不做具体限定，可以视其具体应用环境而定，均在本申请的保护范围内。

较佳的，如图4至图12任一所示：

驱动电路102为具有UVLO(Under Voltage Lock Out，欠压锁定)功能的驱动芯片U1；或者在具体的应用中，驱动电路102也可以为具有UVLO功能的分立元件集合；此处不做具体限定，可以视其具体应用环境而定。

在具体的实际应用中，关于短路回路200的具体形式可以参见图4至图10任一所示。

短路回路200可以如图4或图5所示，仅包括晶闸管D2；晶闸管D2的输入端与所述直流源的输出端正极相连，晶闸管D2的输出端与所述直流源的输出端正极相连，晶闸管D2的控制端与触发电路100的第一输出端相连。

短路回路200也可以如图6或图7所示，包括：晶闸管D2和第三二极管D3，晶闸管D2的输入端与第三二极管D3的阴极及所述直流源的输出端正极相连，晶闸管D2的输出端与第三二极管D3的阳极及所述直流源的输出端负极相连，晶闸管D2的控制端与触发电路100的第一输出端相连。

或者，如图8所示，短路回路200包括：晶闸管D2、第一电感L1和第三电阻R3；其中：

第一电感L1和第三电阻R3并联，并联的第一连接点为短路回路200的输入端，并联的第二连接点与晶闸管D2的输入端相连；

晶闸管D2的输出端与所述直流源的输出端正极相连，晶闸管D2的控制端与触发电路100的第一输出端相连。

又或者，如图9或图10所示，短路回路200包括：晶闸管D2、可控开关管与第四电阻R4；

第四电阻R4的一端与所述可控开关管的输入端相连；

第四电阻R4的另一端与所述直流源的输出端正极相连；

所述可控开关管的输出端与所述直流源的输出端负极相连；

所述可控开关管的控制端与所述晶闸管的控制端均为所述短路回路的控制端；

所述第一触发信号包括：当所述使能信号为关断使能时，控制所述可控开关管导通的第一信号，及当所述直流源的输出电压降低到预设阈值以下时，控制所述晶闸管导通的第二信号；

所述可控开关管为IGBT、场效应管、三极管(如图9所示)或者另一晶闸管(如图10所示)。

在具体的实际应用中，关于恢复回路300的具体形式可以参见图4至图10任一所示。

优选的，如图4、图5、图8至图10任一所示，恢复回路300包括：开关管Q2和电压源；所述电压源两端电压为Us；

所述电压源的负极与开关管Q2的第二端相连；

所述电压源的正极与所述直流源的输出端负极相连；

开关管Q2的第一端与所述直流源的输出端正极相连；

开关管Q2的控制端与触发回路100的第二输出端相连。

或者，如图6所示，恢复回路300包括：开关管Q2、电压源、第二电感L2、第五电阻R5及第四二极管D4；其中：

第五电阻R5的一端与第四二极管D4的阴极相连；

第五电阻R5的另一端与第二电感L2的一端及所述直流源的输出端正极相连；

第二电感L2的另一端与第四二极管D4的阳极及开关管Q2的第一端相连；

所述电压源的负极与开关管Q2的第二端相连；

所述电压源的正极与所述直流源的输出端负极相连；

开关管Q2的控制端与触发回路100的第二输出端相连。

或者，如图7所示，恢复回路300包括：第二电容C2、开关管Q2、电压源、第二电感L2、第五电阻R5及第四二极管D4；

第五电阻R5的一端与第四二极管D4的阴极相连；

第五电阻R5的另一端与第二电感L2的一端及所述直流源的输出端正极相连；

第二电感L2的另一端与第四二极管D4的阳极及开关管Q2的第一端相连；

所述电压源的负极与开关管Q2的第二端相连；

所述电压源的正极与所述直流源的输出端负极相连；

开关管Q2的控制端与触发回路100的第二输出端相连；

第二电容C2并联于第五电阻R5的两端。

或者，如图11或图12所示，恢复回路300包括：第六电阻R6、开关管Q2和电压源；所述电压源两端电压为Us，所述电压源包括第三电容C3；

第三电容C3的一端与开关管Q2的第二端相连；

第三电容C3的另一端与所述直流源的输出端负极相连；

开关管Q2的第一端与所述直流源的输出端正极相连；

开关管Q2的控制端与触发回路100的第二输出端相连；

第六电阻R6的一端接收所述使能信号；

第六电阻R6的另一端与开关管Q2的第二端相连(如图11所示)或者与所述直流源的输出端负极相连(如图12所示)。

以图5为例进行说明，当所述直流源即将处于安全模式时，所述使能信号为关断使能，恢复回路300不导通，所述直流源的输出电压经过第一电阻R1、稳压二极管D1限压(或者稳压)，第一开关管Q1功率放大，然后为驱动芯片U1供电，只要供电电压高于驱动芯片U1的供电设定值，那么触发电路100就会输出高电平的所述第一触发信号，触发短路回路200的晶闸管D2导通；晶闸管D2导通后所述直流源的输出电压很小，驱动芯片U1也因此断电；如果所述直流源的短路电流大于晶闸管D2的维持电流，那么晶闸管D2将依然维持导通状态；如果所述直流源的短路电流比较小，晶闸管D2导通一段时间后将自行关断，直到所述直流源的输出电压超过预设安全值时，触发电路100将再次触发晶闸管D2导通。

当所述直流源即将退出安全模式时，所述使能信号为非关断使能，如果此时晶闸管D2处于导通状态，那么所述直流源的输出电压比较小，触发电路100会输出所述第二触发信号(比如一定宽度的高电平脉冲电压)，触发恢复回路300中的开关管Q2导通；开关管Q2导通后会将所述直流源的输出电压拉到零甚至略小于零，以至于原本流过晶闸管D2的电流几乎全部流过开关管Q2，晶闸管D2自行关断；晶闸管D2关断后触发电路100停止触发开关管Q2，开关管Q2断开，所述直流源的输出电压开始上升，所述直流源正常输出。

另外，如果所述电压源为零依然可以关断晶闸管D2的话，比如开关管Q2是低导通电阻的场效应管等，恢复电路300中也可以不包括所述电压源。此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。

值得说明的是，一般情况下，所述直流源的输出端自带反并联二极管，因此短路回路200中无需第三二极管D3，如图4、图5、图11和图12所示；而当所述直流源的输出端无反并联二极管时，可以在短路回路200中加入第三二极管D3，如图6和图7所示。

图6和图7中，当开关管Q2导通期间，流过短路回路200的电流会缓慢的向第二电感L2转移，直到所述直流源的输出电压小于零，电流会逐渐从第三二极管D3里流过；此时断开开关管Q2，所述直流源的输出电压上升，所述直流源正常输出，第二电感L2的电流从第四二极管D4和第五电阻R5形成的回路中续流，缓慢的释放能量。因此，第四二极管D4和第五电阻R5起到抑制开关管Q2关断瞬间可能承受的电压超限，对开关管Q2进行保护；也可以在第五电阻R5两端并联一个电容(如图7所示的第二电容C2)来保护开关管Q2，此处不做具体限定，可以视其具体应用环境而定。

有些场合，所述直流源的输出端正负极之间存在电容，如果在高压时直接触发晶闸管D2，实现输出端短路，可能会出现短路瞬间的电流过大情况；为了减小短路瞬间的峰值电流，还可以采用如图8所示的实施例，晶闸管D2的回路串联第一电感L1可以保证稳态时第三电阻R3两端压降很小，第三电阻R3可以保证晶闸管D2短路瞬间回路峰值电流不会太大。

如图9或图10所示的直流源保护装置，在具体的应用中，可以通过触发电路100输出的所述第一信号，在所述直流源的输出端刚短路的瞬间控制所述可控开关管导通，所述直流源保护装置的输出电压缓慢下降；当所述直流源的输出电压降低到所述预设阈值以下的时候，再通过所述第二信号控制晶闸管D2导通，这样可以大大降低晶闸管D2导通瞬间所承受的电流，限制了短路瞬间回路峰值电流。

以上实施例中恢复回路300中的电压Us一般选择通过所述使能信号间接供电(当然也可以是其他方式)。所述使能信号相对于所述直流源的输出端负极电压为负，通常恢复回路300中的开关管Q2导通期间可能电流比较大，直接用所述使能信号供电可能不是最佳选择，因此可以选择图11或图12所示的方式提供电压Us。当然，并不仅限于此，可以视其具体应用环境而定。

在本实施例所述的直流源保护装置中，触发电路100、短路回路200及恢复回路300分别有很多种实施例，三者之间可以随意组合，并不一定限定于图4至图12所示的形式，在此基础之上衍生出来的组合形式也在本申请的保护范围内，此处不再一一赘述。

某些应用场合，所述直流源本身的输出端正负极之间的电容不大，但所述直流源输出所接的负载带有较大的电容，例如：所述直流源为太阳能电池板时，其输出端正负极之间的电容通常较小，而太阳能电池板所接的逆变器负载的输入侧一般会有较大的电容；在这种应用场合，为了减小短路瞬间回路的峰值电流，可以在所述直流源到用电设备之间串联电阻电感或者电阻二极管结构，即：

优选的，如图13或14所示，所述直流源保护装置还包括：串联回路400；

串联回路400连接于恢复回路300的第一端和所述直流源保护装置的输出端正极之间，或者连接于恢复回路300的第二端和所述直流源保护装置的输出端负极之间；

串联回路400用于当短路回路200导通时，消耗与所述直流源保护装置输出端相连的用电设备输入端存储的能量，或者，当短路回路200关断时连接所述直流源和所述用电设备。

具体的，如图13所示，串联回路300包括：并联连接的第五二极管D5和第七电阻R7；其中：

第五二极管D5的阳极与所述直流源的输出端正极和恢复回路300的连接点相连；第五二极管D5的阴极为所述直流源保护装置的输出端正极(如图13所示)；

或者，第五二极管D5的阴极与所述直流源的输出端负极和恢复回路300的连接点相连，第五二极管D5的阳极为所述直流源保护装置的输出端负极(图中未展出)。

再或者，如图14所示，串联回路300包括：并联连接的第三电感L3和第八电阻R8；其中：

第三电感L3和第八电阻R8的一个连接点与所述直流源的输出端正极和所述恢复回路的连接点相连；第三电感L3和第八电阻R8的另一个连接点为所述直流源保护装置的输出端正极(如图14所示)；

或者，第三电感L3和第八电阻R8的一个连接点与所述直流源的输出端负极和所述恢复回路的连接点相连，第三电感L3和第八电阻R8的另一个连接点为所述直流源保护装置的输出端负极(图中未展出)。

如图3至图12所示的直流源保护装置中，所述直流源和所述用电设备之间没有任何器件，采用纯导线进行连接，非保护的正常工作时损失的效率更少，整个装置的效率很高，但是在所述直流源的输出端短路的瞬间，短路回路200可能会承受很大的电流，只要短路回路200能够承受是可行的。

而如图13和图14所示的直流源保护装置中，通过串联回路400，能够消耗所述用电设备输入端的电容存储的能量，并且可以降低短路回路200导通瞬间所承受的电流；另外，当短路回路200关断时，能够连接所述直流源和所述用电设备，保证所述用电设备可以正常工作。

当然，图13和图14均为一种示例，并不代表限压电路101、驱动电路102、短路回路200和恢复回路300的具体实现形式与串联回路400的连接方式之间存在联系，并不限定于图13和图14的展示，图4至图12与图13和图14之间的组合也在本申请的保护范围内，此处不再一一赘述。

在所述直流源的短路电流比较小的场合，例如：太阳能电池板在早上或者傍晚的时候，其短路电流比较小，可能不足以维持晶闸管D2持续导通；这种短路电流比较小的时候，晶闸管D2将所述直流源的输出端短路后，很快将自行断开，而从晶闸管D2断开到再次被触发导通，电路有一定的延时，为了防止在此延时期间所述直流源的输出电压超出安全范围，可以在上述实施例所述的电路中增加保护电路500，其结构框图如图15所示。

保护回路500的第一端与恢复回路300的第一端相连，连接点为所述直流源保护装置的输出端正极；

保护回路500的第二端与恢复回路300的第二端相连，连接点为所述直流源保护装置的输出端负极；

保护回路500用于当所述直流源的短路电流小于晶闸管D2的维持电流时，为晶闸管D2提供补充电流，以使晶闸管D2保持导通状态。

优选的，如图16所示，保护回路500包括：第四电容C4。

如果所述直流源的输出端正负极间本身有合适的电容，则可以省去保护回路500；同时，根据上述分析可知，保护回路500的电容会增大所述直流源的输出端短路瞬间回路的峰值电流，因此保护回路500可以优化为如图17所示，保护回路500包括：第四电容C4和第九电阻R9；第九电阻R9与第四电容C4串联。

当然，第九电阻R9与第四电容C4串联的形式并不仅限于图17所示，两者的位置也可以互换，均在本申请的保护范围内。

图17中保护回路500增加了一个第九电阻R9，可以限制所述直流源短路瞬间峰值电流；另外，晶闸管D2自行关断的场合通常是短路电流比较小的场合，因此，此时在保护回路500增加不是太大的电阻，则几乎不会影响保护回路500对所述直流源的输出电压上升率的限制，当然保护回路还可以优化为如图18或图19所示，保护回路500包括：第四电容C4、第九电阻R9和第六二极管D6；

第六二极管D6与第九电阻R9并联；

第六二极管D6的阳极与恢复回路300的第一端相连，第六二极管D6的阴极与第四电容C4的一端相连，第四电容C4的另一端与恢复回路300的第二端相连(如图18所示)；或者，第六二极管D6的阴极与恢复回路300的第二端相连，第六二极管D6的阳极与第四电容C4的一端相连，第四电容C4的另一端与恢复回路300的第一端相连(如图19所示)。

图18或图19中保护回路500的第九电阻R9可以适当减少所述直流源短路瞬间的峰值电流，第六二极管D6可以限制所述直流源的输出电压上升速度的快慢。

当然，图16至图19均为一种示例，并不代表限压电路101、驱动电路102、短路回路200和恢复回路300的具体实现形式与保护回路500的连接方式之间存在联系，并不限定于图16至图19的展示，图4至图12、图13和图14分别与图16至图19之间的组合也在本申请的保护范围内，此处不再一一赘述。

上述实施例中，除开短路回路200中的主开关管是晶闸管这种半控器件外，其余部分的开关管均可以是三极管、场效应管、IGBT或者晶闸管等，同时各个回路分别有很多的实现形式，各个实现形式之间也可以根据实际需要进行组合，此处不再一一赘述，均在本申请的保护范围内。

本发明另一实施例还提供了一种直流源保护方法，应用于如图2所示的直流源保护装置，所述直流源保护方法，如图20所示，包括：

S101、触发电路对所述直流源输出的电能进行存储，接收所述使能信号，当所述使能信号为关断使能时，根据所述使能信号和内部存储的电能生成第一触发信号，当所述使能信号为非关断使能时，根据所述使能信号生成第二触发信号；

S102、短路回路中的晶闸管根据所述第一触发信号导通；

S103、恢复回路中的开关管根据所述第二触发信号在预设时间内导通，控制所述直流源的输出电压降低，直至所述晶闸管关断。

本实施例提供的所述直流源保护方法，通过上述步骤控制所述短路回路导通，使得所述直流源的输出端被短路，将所述直流源的输出电压限制在安全范围之内；由于所述晶闸管在被触发而导通后，只要所述直流源的短路电流大于所述晶闸管的维持电流，即无需再次提供驱动电压，避免了现有技术中因直流源的输出电压需要一直提供电子开关驱动的最小要求电压，而导致的导通损耗大的问题；并且本实施例提供的所述直流源保护装置，通过所述恢复回路中的开关管根据所述第二触发信号控制晶闸管关断，避免了所述晶闸管在被触发而导通后，由于所述直流源的短路电流一直大于所述晶闸管的维持电流而难以关断的情况发生。

优选的，所述触发电路包括：限压电路和驱动电路；如图21所示，步骤S101包括：

S111、所述限压电路对所述直流源输出的电能进行存储，根据内部存储的电能生成供电电压；

S112、所述驱动电路接收所述使能信号，当所述使能信号为关断使能且所述供电电压满足第一预设条件时，生成所述第一触发信号，并消耗内部存储的电能；当所述使能信号为非关断使能时，根据所述使能信号生成所述第二触发信号。

优选的，所述直流源保护装置还包括：串联回路；

所述直流源保护方法如图22所示，在步骤S102同时还包括：

S104、所述串联回路消耗与所述直流源保护装置输出端相连的用电设备输入端存储的能量。

优选的，所述直流源保护装置还包括：保护回路；

所述直流源保护方法如图23所示，在步骤S102同时还包括：

S105、当所述直流源的短路电流小于所述晶闸管的维持电流时，所述保护回路为所述晶闸管提供补充电流，以使所述晶闸管保持导通状态。

其他具体的工作原理与上述实施例相同，此处不再赘述。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (15)

1.一种直流源保护装置，其特征在于，包括：触发电路、短路回路及恢复回路；其中：

所述触发电路的供电端分别与直流源的输出端正极和所述直流源的输出端负极相连；所述触发电路的输入端接收使能信号；所述触发电路用于对所述直流源输出的电能进行存储，接收所述使能信号，当所述使能信号为关断使能时，根据所述使能信号和内部存储的电能生成第一触发信号，当所述使能信号为非关断使能时，根据所述使能信号生成第二触发信号；

所述短路回路的控制端与所述触发电路的第一输出端相连，所述短路回路的输入端与所述直流源的输出端正极相连，所述短路回路的输出端与所述直流源的输出端负极相连；所述短路回路包括晶闸管，用于根据所述第一触发信号导通；

所述恢复回路的控制端与所述触发电路的第二输出端相连，所述恢复回路的第一端与所述直流源的输出端正极相连，连接点为所述直流源保护装置的输出端正极；所述恢复回路的第二端与所述直流源的输出端负极相连，连接点为所述直流源保护装置的输出端负极；所述恢复回路包括开关管，用于根据所述第二触发信号在预设时间内导通，控制所述直流源的输出电压降低，直至所述晶闸管关断。

2.根据权利要求1所述的直流源保护装置，其特征在于，所述触发电路包括：限压电路和驱动电路；其中：

所述限压电路的输入端为所述触发电路的供电端；所述限压电路用于对所述直流源输出的电能进行存储，根据内部存储的电能生成供电电压；

所述驱动电路的第一输入端为所述触发电路的输入端，所述驱动电路的第二输入端与所述限压电路的输出端相连，所述驱动电路的第三输入端与所述直流源的输出端负极相连；所述驱动电路的第一输出端为所述触发电路的第一输出端；所述驱动电路的第二输出端为所述触发电路的第二输出端；所述驱动电路用于：接收所述使能信号，当所述使能信号为关断使能且所述供电电压满足第一预设条件时，生成所述第一触发信号，并消耗内部存储的电能；当所述使能信号为非关断使能时，根据所述使能信号生成所述第二触发信号。

3.根据权利要求2所述的直流源保护装置，其特征在于，

所述限压电路包括：第一电阻R1、稳压二极管D1及第一电容C1；其中：

第一电阻R1的一端与稳压二极管D1的阴极及第一电容C1的一端相连，连接点为所述限压电路的输出端；

第一电阻R1的另一端与所述直流源的输出端正极相连；

稳压二极管D1的阳极与第一电容C1的另一端及所述直流源的输出端负极相连；

或者，所述限压电路包括：第一电阻R1、稳压二极管D1、第一电容C1、第一开关管Q1和第二电阻R2；第一开关管Q1为IGBT、场效应管或者三极管；

第一电阻R1的一端与稳压二极管D1的阴极及第一开关管Q1的控制端相连；

第一电阻R1的另一端与第一开关管Q1的输入端及所述直流源的输出端正极相连；

稳压二极管D1的阳极与第一电容C1的一端及所述直流源的输出端负极相连；

第一开关管Q1的输出端通过第二电阻R2与第一电容C1的另一端相连，连接点为所述限压电路的输出端。

4.根据权利要求2所述的直流源保护装置，其特征在于，所述驱动电路为能够实现欠压锁定的驱动芯片或者分立元件集合。

5.根据权利要求1所述的直流源保护装置，其特征在于，

所述短路回路还包括第三二极管D3，第三二极管D3的阴极与所述直流源的输出端正极相连，第三二极管D3的阳极与所述直流源的输出端负极相连；

或者，所述短路回路还包括：第一电感L1和第三电阻R3；第一电感L1和第三电阻R3并联，并联的第一连接点为所述短路回路的输入端，并联的第二连接点与所述晶闸管的输入端相连；

又或者，所述短路回路还包括：可控开关管与第四电阻R4；

第四电阻R4的一端与所述可控开关管的输入端相连；

第四电阻R4的另一端与所述直流源的输出端正极相连；

所述可控开关管的输出端与所述直流源的输出端负极相连；

所述可控开关管的控制端与所述晶闸管的控制端均为所述短路回路的控制端；

所述第一触发信号包括：当所述使能信号为关断使能时，控制所述可控开关管导通的第一信号，及当所述直流源的输出电压降低到预设阈值以下时，控制所述晶闸管导通的第二信号；

所述可控开关管为IGBT、场效应管、三极管或者另一晶闸管。

6.根据权利要求1所述的直流源保护装置，其特征在于，所述恢复回路还包括：电压源；

所述电压源的负极与所述开关管的第二端相连；

所述电压源的正极与所述直流源的输出端负极相连；

所述开关管的第一端与所述直流源的输出端正极相连。

7.根据权利要求6所述的直流源保护装置，其特征在于，

所述恢复回路还包括：第二电感L2、第五电阻R5及第四二极管D4；其中：

第五电阻R5的一端与第四二极管D4的阴极相连；

第五电阻R5的另一端与第二电感L2的一端及所述直流源的输出端正极相连；

第二电感L2的另一端与第四二极管D4的阳极及所述开关管的第一端相连；

或者，所述恢复回路还包括：第二电感L2、第五电阻R5、第四二极管D4及第二电容C2；

第五电阻R5的一端与第四二极管D4的阴极相连；

第五电阻R5的另一端与第二电感L2的一端及所述直流源的输出端正极相连；

第二电感L2的另一端与第四二极管D4的阳极及所述开关管的第一端相连；

第二电容C2并联于第五电阻R5的两端；

又或者，所述恢复回路还包括：第六电阻R6；所述电压源包括第三电容C3；

第六电阻R6的一端接收所述使能信号；

第六电阻R6的另一端与所述开关管的第二端或者所述直流源的输出端负极相连。

8.根据权利要求1至7任一所述的直流源保护装置，其特征在于，还包括：串联回路；

所述串联回路连接于所述恢复回路的第一端和所述直流源保护装置的输出端正极之间，或者连接于所述恢复回路的第二端和所述直流源保护装置的输出端负极之间；

所述串联回路用于当所述短路回路导通时，消耗与所述直流源保护装置输出端相连的用电设备输入端存储的能量，或者，当所述短路回路关断时连接所述直流源和所述用电设备。

9.根据权利要求8所述的直流源保护装置，其特征在于，

所述串联回路包括：并联连接的第五二极管D5和第七电阻R7；其中：

第五二极管D5的阳极与所述直流源的输出端正极和所述恢复回路的连接点相连；第五二极管D5的阴极为所述直流源保护装置的输出端正极；或者，第五二极管D5的阴极与所述直流源的输出端负极和所述恢复回路的连接点相连，第五二极管D5的阳极为所述直流源保护装置的输出端负极；

或者，所述串联回路包括：并联连接的第三电感L3和第八电阻R8；其中：

第三电感L3和第八电阻R8的一个连接点与所述直流源的输出端正极和所述恢复回路的连接点相连；第三电感L3和第八电阻R8的另一个连接点为所述直流源保护装置的输出端正极；或者，第三电感L3和第八电阻R8的一个连接点与所述直流源的输出端负极和所述恢复回路的连接点相连，第三电感L3和第八电阻R8的另一个连接点为所述直流源保护装置的输出端负极。

10.根据权利要求1至7任一所述的直流源保护装置，其特征在于，还包括：保护回路；

所述保护回路的第一端与所述恢复回路的第一端相连，连接点为所述直流源保护装置的输出端正极；

所述保护回路的第二端与所述恢复回路的第二端相连，连接点为所述直流源保护装置的输出端负极；

所述保护回路用于当所述直流源的短路电流小于所述晶闸管的维持电流时，为所述晶闸管提供补充电流，以使所述晶闸管保持导通状态。

11.根据权利要求10所述的直流源保护装置，其特征在于，

所述保护回路包括第四电容C4；

或者，所述保护回路包括第四电容C4和第九电阻R9；第九电阻R9与第四电容C4串联；

又或者，所述保护回路包括第四电容C4、第九电阻R9和第六二极管D6；第六二极管D6与第九电阻R9并联；第六二极管D6的阳极与所述恢复回路的第一端相连，第六二极管D6的阴极通过第四电容C4与所述恢复回路的第二端相连；

再或者，所述保护回路包括第四电容C4、第九电阻R9和第六二极管D6；第六二极管D6与第九电阻R9并联；第六二极管D6的阴极与所述恢复回路的第二端相连，第六二极管D6的阳极通过第四电容C4与所述恢复回路的第一端相连。

12.一种直流源保护方法，其特征在于，应用于权利要求1所述的直流源保护装置，所述直流源保护方法包括：

触发电路对所述直流源输出的电能进行存储，接收所述使能信号，当所述使能信号为关断使能时，根据所述使能信号和内部存储的电能生成第一触发信号，当所述使能信号为非关断使能时，根据所述使能信号生成第二触发信号；

短路回路中的晶闸管根据所述第一触发信号导通；

恢复回路中的开关管根据所述第二触发信号在预设时间内导通，控制所述直流源的输出电压降低，直至所述晶闸管关断。

13.根据权利要求12所述的直流源保护方法，其特征在于，所述触发电路包括：限压电路和驱动电路；所述触发电路对所述直流源输出的电能进行存储，接收所述使能信号，当所述使能信号为关断使能时，根据所述使能信号和内部存储的电能生成第一触发信号，当所述使能信号为非关断使能时，根据所述使能信号生成第二触发信号的步骤包括：

所述限压电路对所述直流源输出的电能进行存储，根据内部存储的电能生成供电电压；

所述驱动电路接收所述使能信号，当所述使能信号为关断使能且所述供电电压满足第一预设条件时，生成所述第一触发信号，并消耗内部存储的电能；当所述使能信号为非关断使能时，根据所述使能信号生成所述第二触发信号。

14.根据权利要求12或13所述的直流源保护方法，其特征在于，所述直流源保护装置还包括：串联回路；

所述直流源保护方法在所述短路回路中的晶闸管根据所述第一触发信号导通的步骤同时还包括：

所述串联回路消耗与所述直流源保护装置输出端相连的用电设备输入端存储的能量。

15.根据权利要求12或13所述的直流源保护方法，其特征在于，所述直流源保护装置还包括：保护回路；

所述直流源保护方法在所述短路回路中的晶闸管根据所述第一触发信号导通的步骤同时还包括：

当所述直流源的短路电流小于所述晶闸管的维持电流时，所述保护回路为所述晶闸管提供补充电流，以使所述晶闸管保持导通状态。