CN106207956B - 一种单极接地电路 - Google Patents

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    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
    • H02H3/087—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current for dc applications

Abstract

本发明提供的单极接地电路，采用N个支路通过相应的控制电路，根据相应的控制信号，按照支路阻抗由大到小的顺序，依次导通，实现正极或者负极的分级接地；当需要断开单极接地电路，而流过熔断器的电流小于熔断器保护值或者出现异常情况(比如熔断器故障)时，N个支路将通过相应的控制电路，根据相应的控制信号断开其两端的连接；由于开关管的动作比直流接触器的反应时间短，使得单极接地电路比现有技术反应快；同时采用电阻、开关管及控制电路代替现有技术中的直流接触器，不仅降低成本，同时体积小，易于集成。

Description

一种单极接地电路
技术领域
本发明涉及单极接地技术领域，特别涉及一种单极接地电路。
背景技术
现有技术中的单极接地电路，比如负极接地电路，主要是将负极通过熔断器直接接地，其接地回路中没有开关元件，导致需要切断接地回路，而接地回路中的电流小于熔断器保护值或者出现异常情况(比如熔断器故障)，则不能及时的切断接地回路。
现有技术的另外一些方案中，其接地回路中设置有开关元件，但其开关元件一般使用直流接触器，而直流接触器成本高、体积大、不利于系统集成，另外，直流接触器的相应时间较长，一般为ms级。
发明内容
本发明提供一种单极接地电路，以解决现有技术中成本高、体积大且反应慢的问题。
为实现所述目的，本申请提供的技术方案如下：
一种单极接地电路，连接于正极与地之间，或者连接于地与负极之间；包括：N-1个控制电路和并联的N个支路，所述N个支路分别为第一支路至第N支路，N为大于1的正整数；其中：
所述第一支路包括：熔断器及第一开关管；所述第一开关管的控制端接收第一控制信号；
第n支路包括：第n电阻及第n开关管；2≤n≤N；
第n电阻与第n开关管串联；
第n开关管的控制端与第n控制电路的输出端相连；
第n控制电路的输入端接收第n控制信号；
所述N个支路用于通过相应的控制电路，根据相应的控制信号，按照支路阻抗由大到小的顺序，依次导通；或者通过相应的控制电路，根据相应的控制信号断开其两端的连接。
优选的，支路的个数N为3。
优选的，所述第二支路包括：第二电阻、第二开关管及第二控制电路；其中：
所述第二电阻包括两个串联的分压电阻；
所述第二控制电路电路包括：第六电阻、第七电阻、第八电阻及第五开关管；
所述第二开关管的第一端与所述第六电阻的一端及正极或地相连；
所述第六电阻的另一端、所述第七电阻的一端及所述第五开关管的第一端相连，连接点为所述第二控制电路的输出端、与所述第二开关管的控制端相连；
所述第二开关管的第二端与所述第二电阻的一端、所述第七电阻的另一端所述第八电阻的一端及所述第五开关管的第二端相连；
所述第五开关管的控制端为所述第二控制电路电路的输入端、接收第二控制信号；
所述第二电阻的另一端与所述第八电阻的另一端及地或负极相连。
优选的，所述第三电阻的阻值远大于所述第二电阻的阻值，以使所述第三支路相对于所述第二支路等效为断路。
优选的，所述第一开关管的控制端与所述第二电阻中两个分压电阻串联的连接点相连。
优选的，所述第三支路包括：第三电阻、第三开关管及第三控制电路；其中：
所述第三控制电路包括：第四电阻、第五电阻及第四开关管；
所述第三电阻的一端与所述第四电阻的一端及正极或地相连；
所述第三电阻的另一端与所述第三开关管的第一端相连；
所述第三开关管的第二端与第五电阻的一端、所述第四开关管的第二端及地或负极相连；
所述第四电阻的另一端与所述第五电阻的另一端及所述第四开关管的第一端相连，连接点为所述第三控制电路的输出端、与所述第三开关管的控制端相连；
所述第四开关管的控制端为所述第三控制电路的输入端、接收第三控制信号。
优选的，所述第四电阻和所述第五电阻的阻值远大于所述第六电阻和所述第八电阻的阻值，所述第六电阻和所述第八电阻的阻值远大于所述第三电阻的阻值，以使所述第三控制电路和所述第二控制电路相对于所述第三支路均等效为断路。
优选的，还包括：第一控制电路；
所述第一控制电路的输出端与所述第一开关管的控制端相连；
所述第一控制电路的输入端接收所述第一控制信号。
优选的，所述N个支路中的各个开关管均为金氧半场效晶体管mosfet或者绝缘栅双极型晶体管IGBT。
本发明提供的所述单极接地电路，采用N个支路通过相应的控制电路，根据相应的控制信号，按照支路阻抗由大到小的顺序，依次导通，实现正极或者负极的分级接地；当需要断开所述单极接地电路，而流过所述熔断器的电流小于熔断器保护值或者出现异常情况(比如熔断器故障)时，所述N个支路将通过相应的控制电路，根据相应的控制信号断开其两端的连接；由于开关管的动作比直流接触器的反应时间短，使得所述单极接地电路比现有技术反应快；同时采用电阻、开关管及控制电路代替现有技术中的直流接触器，不仅降低成本，同时体积小，易于集成。
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是本发明实施例提供的单极接地电路的结构示意图；
图2是本发明另一实施例提供的单极接地电路的电路示意图；
图3是本发明另一实施例提供的单极接地电路的另一电路示意图。
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。
本发明提供一种单极接地电路，以解决现有技术中成本高、体积大且反应慢的问题。
具体的，所述单极接地电路，如图1所示，连接于正极与地之间，或者连接于地与负极之间；包括：N-1个控制电路和并联的N个支路，所述N个支路分别为第一支路至第N支路，N为大于1的正整数；其中：
所述第一支路包括：熔断器及第一开关管S1；第一开关管S1的控制端接收第一控制信号；
第n支路包括：第n电阻及第n开关管；2≤n≤N；
第n电阻与第n开关管串联；
第n开关管的控制端与第n控制电路的输出端相连；
第n控制电路的输入端接收第n控制信号；
具体的工作原理为：
所述N个支路均通过相应的控制电路，接收各自的控制信号，并根据相应的控制信号，按照各自支路阻抗(主要是第n电阻的阻值)由大到小的顺序，依次导通；比如图1中的电阻阻值关系为：RN＞＞…＞＞R3＞＞R2(比如第二电阻R2的阻值为10KΩ，第三电阻R3的阻值为102KΩ，下一支路中电阻的阻值为103KΩ)，各个控制信号将控制第N支路中的第N开关管SN导通，此时第N电阻RN将通过第N开关管SN连接于正极与地之间或者地与负极之间，使得正极与地之间或者地与负极之间的压差小于开路状态。然后各个控制信号将控制第N-1支路中的第N-1开关管SN-1导通，由于第N电阻RN的阻值远大于第N-1电阻RN-1，此时正极与地之间或者地与负极之间的电流将绝大部分流过第N-1电阻RN-1，进而使得正极与地之间或者地与负极之间的压差小于上一状态。这样根据各个控制信号的控制，所述单极接地电路两端的压差将随着支路阻抗的减小而逐级降低，最终将控制第一开关管S1导通，此时正极与地之间或者地与负极之间的电流将绝大部分流过熔断器和第一开关管S1。上述所述单极接地电路两端的压差逐级降低的过程，能够避免直接控制第一开关管S1导通时由于压差过大将会损坏熔断器和第一开关管S1的可能性。
本实施例提供的所述单极接地电路，当需要断开所述单极接地电路，而流过所述熔断器的电流小于熔断器保护值或者出现异常情况(比如熔断器故障)时，可以通过相应的控制信号控制相应的开关管断开，使得所述N个支路断开其两端的连接；由于开关管的动作比直流接触器的反应时间短，使得所述单极接地电路比现有技术反应快；同时采用电阻、开关管及控制电路代替现有技术中的直流接触器，不仅降低成本，同时体积小，易于集成。
本发明另一具体的实施例，提供了一种具体的单极接地电路，在上述实施例的基础之上，如图2所示，以N＝3，且所述单极接地电路连接于地与负极之间为例进行说明：
所述单极接地电路，包括：第二控制电路、第三控制电路，及并联的第一支路、第二支路和第三支路；其中：
所述第一支路包括：熔断器F及第一开关管S1；第一开关管S1的控制端接收第一控制信号；
所述第二支路包括：第二电阻及第二开关管S2；其中：
所述第二电阻包括两个串联的分压电阻R21和R22；
所述第二控制电路电路包括：第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8及第五开关管S5；
第二开关管S2的第一端与第六电阻R6的一端及地相连；
第六电阻R6的另一端、第七电阻R7的一端及第五开关管S5的第一端相连，连接点为所述第二控制电路的输出端、与第二开关管S2的控制端相连；
第二开关管S2的第二端与所述第二电阻的一端、第七电阻R7的另一端第八电阻R8的一端及第五开关管S5的第二端相连；
第五开关管S5的控制端为所述第二控制电路电路的输入端、接收第二控制信号；
所述第二电阻的另一端与第八电阻R8的另一端及负极DC-相连。
第一开关管S1的控制端与所述第二电阻中两个分压电阻R21和R22串联的连接点相连。
可选的，第三电阻R3的阻值远大于第二电阻R2的阻值。
所述第三支路包括：第三电阻R3和第三开关管S3；其中：
所述第三控制电路包括：第四电阻R4、第五电阻R5及第四开关管S4；
第三电阻R3的一端与第四电阻R4的一端及地相连；
第三电阻R3的另一端与第三开关管S3的第一端相连；
第三开关管S3的第二端与第五电阻的一端、第四开关管S4的第二端及负极DC-相连；
第四电阻R4的另一端与第五电阻R5的另一端及第四开关管S4的第一端相连，连接点为所述第三控制电路的输出端、与第三开关管S3的控制端相连；
第四开关管S4的控制端为所述第三控制电路的输入端、接收第三控制信号。
可选的，第四电阻R4和第五电阻R5的阻值远大于第六电阻R6和第八电阻R8的阻值，且第六电阻R6和第八电阻R8的阻值远大于第三电阻R3的阻值。
参照图2，具体的工作原理为：
首先，第三控制信号控制第四开关管S4为断开状态，电流流经第四电阻R4和第五电阻R5，经第四电阻R4和第五电阻R5分压后产生第三开关管S3控制端的控制信号，控制第三开关管S3导通；此时的第二控制信号控制第五开关管S5闭合，使得第二开关管S2的控制端接收的控制信号为低，第二开关管S2处于断开状态；而第四电阻R4和第五电阻R5的阻值远大于第六电阻R6和第八电阻R8的阻值，且第六电阻R6和第八电阻R8的阻值远大于第三电阻R3的阻值，使得地与负极DC-之间的电流将绝大部分流过第三电阻R3，所述第三控制电路和所述第二控制电路相对于所述第三支路均等效为断路，使得地与负极DC-之间的压差小于断路状态。
然后，控制第五开关管S5断开，第七电阻R7上的电压将使第二开关管S2导通，由于R3＞＞R21+R22，此时地与负极DC-之间的电流将绝大部分流过分压电阻R21和R22，所述第三支路相对于所述第二支路等效为断路，使得地与负极DC-之间的压差进一步降低。
经过上述两个过程之后，地与负极DC-之间的压差已经较低，再经过分压电阻R22上的电压使得第一开关管S1导通后，地与负极DC-之间的电流将绝大部分流过第一开关管S1和熔断器F，进而实现了负极DC-的接地。
在具体的实际应用中，各个电阻的阻值选取可以根据实际情况来确定，此处不做具体限定，能实现上述过程的方案均在本申请的保护范围内。
本发明另一具体的实施例，在上述实施例的基础之上，如图3所示，还包括：第一控制电路；
所述第一控制电路的输出端与第一开关管S1的控制端相连；
所述第一控制电路的输入端接收所述第一控制信号。
第一开关管S1的控制信号可以采样图2的形式，由分压电阻R22上的电压来实现；也可以采用图3的形式，通过一个额外的第一控制电路接收所述第一控制信号来实现；此处不做具体限定，图2和图3均为一种示例，各个控制电路的具体实现形式均可视其应用环境而定，能够实现上述原理的方案均在本申请的保护范围内。
值得说明的是，所述第二支路和所述第三支路的结构也不仅限于图2和图3所示的形式；且各个支路的具体实现形式及N的取值也可以根据具体实际情况进行选定，各个支路可以相同或者不同，根据实际情况进行组合应用，均在本申请的保护范围内。
另外，在上述各个实施例的基础之上，可选的，所述N个支路中的各个开关管均为mosfet(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,金氧半场效晶体管)或者IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)。此处不做具体限定，可以视其应用环境而定，均在本申请的保护范围内。
具体的原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。
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 (9)

1.一种单极接地电路，其特征在于，连接于正极与地之间，或者连接于地与负极之间；包括：N-1个控制电路和并联的N个支路，所述N个支路分别为第一支路至第N支路，N为大于1的正整数；其中：
所述第一支路包括：熔断器及第一开关管；所述第一开关管的控制端接收第一控制信号；
第n支路包括：第n电阻及第n开关管；2≤n≤N；
第n电阻与第n开关管串联；
第n开关管的控制端与第n控制电路的输出端相连；
第n控制电路的输入端接收第n控制信号；
所述N个支路用于通过相应的控制电路，根据相应的控制信号，按照支路阻抗由大到小的顺序，依次导通；或者通过相应的控制电路，根据相应的控制信号断开其两端的连接。
2.根据权利要求1所述的单极接地电路，其特征在于，支路的个数N为3。
3.根据权利要求2所述的单极接地电路，其特征在于，第二支路包括：第二电阻、第二开关管及第二控制电路；其中：
所述第二电阻包括两个串联的分压电阻；
所述第二控制电路电路包括：第六电阻、第七电阻、第八电阻及第五开关管；
所述第二开关管的第一端与所述第六电阻的一端及正极或地相连；
所述第六电阻的另一端、所述第七电阻的一端及所述第五开关管的第一端相连，连接点为所述第二控制电路的输出端、与所述第二开关管的控制端相连；
所述第二开关管的第二端与所述第二电阻的一端、所述第七电阻的另一端所述第八电阻的一端及所述第五开关管的第二端相连；
所述第五开关管的控制端为所述第二控制电路电路的输入端、接收第二控制信号；
所述第二电阻的另一端与所述第八电阻的另一端及地或负极相连。
4.根据权利要求3所述的单极接地电路，其特征在于，第三电阻的阻值远大于所述第二电阻的阻值，以使第三支路相对于所述第二支路等效为断路。
5.根据权利要求3所述的单极接地电路，其特征在于，所述第一开关管的控制端与所述第二电阻中两个分压电阻串联的连接点相连。
6.根据权利要求3所述的单极接地电路，其特征在于，第三支路包括：第三电阻、第三开关管及第三控制电路；其中：
所述第三控制电路包括：第四电阻、第五电阻及第四开关管；
所述第三电阻的一端与所述第四电阻的一端及正极或地相连；
所述第三电阻的另一端与所述第三开关管的第一端相连；
所述第三开关管的第二端与第五电阻的一端、所述第四开关管的第二端及地或负极相连；
所述第四电阻的另一端与所述第五电阻的另一端及所述第四开关管的第一端相连，连接点为所述第三控制电路的输出端、与所述第三开关管的控制端相连；
所述第四开关管的控制端为所述第三控制电路的输入端、接收第三控制信号。
7.根据权利要求6所述的单极接地电路，其特征在于，所述第四电阻和所述第五电阻的阻值远大于所述第六电阻和所述第八电阻的阻值，所述第六电阻和所述第八电阻的阻值远大于所述第三电阻的阻值，以使所述第三控制电路和所述第二控制电路相对于所述第三支路均等效为断路。
8.根据权利要求1至7任一所述的单极接地电路，其特征在于，还包括：第一控制电路；
所述第一控制电路的输出端与所述第一开关管的控制端相连；
所述第一控制电路的输入端接收所述第一控制信号。
9.根据权利要求1至7任一所述的单极接地电路，其特征在于，所述N个支路中的各个开关管均为金属-氧化物半导体场效应晶体管mosfet或者绝缘栅双极型晶体管IGBT。
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