CN110149041A - 一种串并联切换电路及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种串并联切换电路及其控制方法，涉及电力电子技术领域。该串并联切换电路包括至少两个直流输出单元、状态切换单元以及防冲击单元，直流输出单元通过状态切换单元与输出主路连接，防冲击单元与直流输出单元连接；其中，状态切换单元用于切换至少两个直流输出单元的串联或并联供电状态，防冲击单元用于在至少两个直流输出单元从串联状态切换至并联状态时导通，以抑制至少两个直流输出单元产生的电流冲击。本发明提供的串并联切换电路及其控制方法有效的保护了开关器件，延长了开关器件的使用寿命。

Description

一种串并联切换电路及其控制方法

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，具体而言，涉及一种串并联切换电路及其控制方法。

背景技术

随着技术的发展，直流输出功率需求越大越大，为了兼容高压和低压大电流，直流输出串并联切换电路被广泛的使用。

直流输出串并联切换涉及两路或者多路输出之间进行切换，在串联电路切换至并联电路时，由于输出电容的存在，输出电压不会直接降低到零，且每个直流输出单元中输出电容的残留电压无法保证绝对相等，因此在切换为并联瞬间多路直流输出电容直接被短路，电压差产生的电流冲击很容易导致开关器件损坏。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种串并联切换电路，以解决现有技术中在串联电路切换至并联电路时，可能出现电流冲击造成开关器件损坏的问题。

本发明的目的在于提供一种串并联切换电路控制方法，以解决现有技术中在串联电路切换至并联电路时，可能出现电流冲击造成开关器件损坏的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

一方面，本发明实施例提供了一种串并联切换电路，所述串并联切换电路包括至少两个直流输出单元、状态切换单元以及防冲击单元，所述直流输出单元通过所述状态切换单元与输出主路连接，所述防冲击单元与所述直流输出单元连接；其中，

所述状态切换单元用于切换所述至少两个直流输出单元的串联或并联供电状态；

所述防冲击单元用于在所述至少两个直流输出单元从串联状态切换至并联状态时导通，以抑制所述至少两个直流输出单元产生的电流冲击。

进一步地，所述防冲击单元包括放电电路，每个所述直流输出单元的输出端与一个或多个放电电路连接，所述放电电路用于对所述直流输出单元的输出电容进行放电，以抑制所述至少两个直流输出单元产生的电流冲击。

进一步地，所述放电电路包括放电元件与开关元件，所述放电元件与所述开关元件串联后，并联于所述输出电容的两端。

进一步地，所述放电元件包括放电电阻，所述开关元件包括继电器与mos管。

进一步地，所述串并联切换电路还包括防反灌单元，所述防反灌单元安装于所述输出主路上，且用于防止电压反灌。

进一步地，所述防反灌单元包括功率二极管、桥式二极管、继电器、MOS管、IGBT以及晶闸管。

另一方面，本发明实施例还提供了一种串并联切换电路控制方法，应用于串并联切换电路，所述串并联切换电路控制方法包括：

控制所述至少两个直流输出单元处于关断状态；

控制所述防冲击单元导通；

控制所述状态切换单元工作，以将所述至少两个直流输出单元从串联状态切换至并联状态。

进一步地，所述串并联切换电路包括防反灌单元，所述防反灌单元为一防反灌开关，在所述控制所述至少两个直流输出单元处于关断状态的步骤之后，所述串并联切换电路控制方法还包括：

控制所述防反灌开关断开。

进一步地，所述直流输出单元包括输出电容，在所述至少两个直流输出单元从串联状态切换至并联状态之前，所述串并联切换电路控制方法还包括：

在预设定的时间之后或所述输出电容内的电量降至预设值时，控制所述防冲击单元断开；

在所述至少两个直流输出单元从串联状态切换至并联状态的步骤之后，所述串并联切换电路控制方法还包括：控制所述至少两个直流输出单元处于供电状态。

进一步地，所述状态切换单元包括串联开关与并联开关，所述控制所述状态切换单元工作的步骤包括：

在所述串联开关处于断开状态的情况下，控制所述并联开关闭合。

相对现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明提供了一种串并联切换电路及其控制方法，该串并联切换电路包括至少两个直流输出单元、状态切换单元以及防冲击单元，直流输出单元通过状态切换单元与输出主路连接，防冲击单元与直流输出单元连接；其中，状态切换单元用于切换至少两个直流输出单元的串联或并联供电状态，防冲击单元用于在至少两个直流输出单元从串联状态切换至并联状态时导通，以抑制至少两个直流输出单元产生的电流冲击。由于本申请提供的串并联切换电路中包括的防冲击单元，当电路从串联状态切换至并联状态时，由于防冲击单元能够对电路中的冲击电流进行抑制，因此不会造成流过开关器件中的电流过大，从而有效的保护了开关器件，延长了开关器件的使用寿命。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1示出了本发明的一个实施例提供的串并联切换电路的电路示意图。

图2示出了本发明的一个实施例提供的串并联切换电路从串联切换成并联的时序图。

图3示出了本发明的一个实施例提供的另一种串并联切换电路的电路示意图。

图4示出了本发明的一个实施例提供的串并联切换电路控制方法的流程图。

图标：100-串并联切换电路；110-直流输出单元；120-状态切换单元；130-防冲击单元；131-放电元件；132-开关元件；140-防反灌单元；150-输出电容。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

第一实施例

请参阅图1与图3，本发明实施例提供了一种串并联切换电路100，该串并联切换电路100包括至少两个直流输出单元110、状态切换单元120以及防冲击单元130，其中，直流输出单元110通过状态切换单元120与输出主路连接，其中，输出主路用于连接后端负载，状态切换单元120用于切换至少两个直流输出单元110的串联或并联供电状态，防冲击单元130与直流输出单元110连接，并在至少两个直流输出单元110从串联状态切换至并联状态时导通，以抑制该至少两个直流输出单元110产生的电流冲击。通过防冲击单元130对于冲击电流的抑制，能够有效的减小流过开关器件中的电流，进而保护了开关器件，延长了开关器件的使用寿命。其中，图1所示的串并联切换电路100包括两个直流输出单元110，以便于更好理解。

需要说明的是，本实施例所述的直流输出单元110，可以为不同的功率单元的直流输出端口，也可以为同一个单元内部不同的功率电路输出，并通过状态切换单元120实现串联或并联的切换。其中，当该至少两个直流输出单元110串联时，总输出电压等于所有直流输出单元110的输出电压之和；当该至少两个直流输出单元110并联时，总输出电流等于所有直流输出单元110的输出电流之和，从而达到兼容高压和低压大电流的效果。具体地，在本实施例中，防冲击单元的数量与直流输出单元110的数量匹配，即每个直流输出单元110至少对应一个防冲击单元，每个防冲击单元均与一个直流输出单元110的输出端连接，在电路从串联状态切换至并联状态时，直流输出单元110内的电容内的输出电压不会马上降低至零，此时若防冲击单元导通，则直流输出单元110内的输出电容150所带电量会通过防冲击单元释放，从而不会使电流中出现较大的冲击电流，达到抑制直流输出单元110产生的电流冲击，且保护了电路中的开关器件的效果。

其中，本实施例提供的防冲击单元130包括放电电路，该放电电路包括放电元件131与开关元件132，放电元件131与开关元件132串联于直流输出单元110的输出端。当需要将直流输出单元110从串联状态切换至并联状态时，需闭合开关元件132，以导通防冲击单元，此时直流输出单元110中输出电容150中的电量通过放电元件131以热能或其他能量实现释放，从而不会出现冲击电流的情况。

进一步地，本实施例采用的放电元件131为放电电阻，开关元件132为继电器。可以理解地，能够进行能量释放的元件均可用于本实施作为放电元件131，例如用电器以光能的形式进行能量的释放，该用电器也可应用于本实施例作为放电元件131；且能够实现电路的导通与断开的元件均能作为本实施例的开关元件132，例如MOS管、IGBT以及晶闸管等开关器件，本实施例并不对开关元件132的种类与数量进行任何限定。

下面进行具体说明，其中，两个直流输出单元110分别为DC Vout1与DC Vout2，C2、C3分别表示直流输出单元110中的输出电容150，S1、S2、S3为状态切换单元120内的切换开关，其中，当闭合S1，断开S2与S3时，两个直流输出单元110处于串联状态；当断开S1，闭合S2与S3时，两个直流输出单元110处于并联状态。S4、S5分别为两个防冲击单元的开关元件132，R1与R2分别为两个防冲击单元的放电元件131。

请参阅图2，为直流输出串、联切换为并联的时序图，S1、S2、S3、S4、S5高电平代表开关导通，低电平代表开关断开；DC Vout1、DC Vout2使能信号高电平代表正常输出，低电平代表输出关闭。在初始状态下S1导通，S2、S3、S4、S5断开，DC Vout1正常输出，DC Vout2正常输出，此时直流输出处于串联模式，总输出电压为DC Vout1和DC Vout2输出电压之和。

当直流输出串联切换为并联时，t0时刻，DC Vout1和DC Vout2使能信号变低，DCVout1和DC Vout2输出关闭，此时输出电容150上C2与C3有残余电压；到t1时刻，S1断开，需要说明的是，S1断开的时间不做具体限制，to之后到t4时刻之前，S1可在任一时刻断开。到t2时刻，S4、S5导通，防冲击单元开始工作，一定时间内把DC Vout1和DC Vout2输出电容150残余电压放掉；到t3时刻，S4、S5断开，防冲击单元停止工作；到t4时刻，S2、S3导通，直流输出切换为并联模式，由于DC Vout1和DC Vout2输出电容150电压已经被防冲击单元放掉，此时处于无电压/电流切换，不会对开关器件S2、S3造成电流冲击；到t5时刻，DC Vout1和DCVout2使能信号变高，DC Vout1和DC Vout2重新开始工作，总输出电流为DC Vout1和DCVout2输出电流之和，直流输出串联切换为并联完成。其中，切换过程中的具体延时时间可以根据实际需要调整。

通过本实施例提供的串并联切换电路，可以降低直流输出串联切换为并联过程中对开关器件的电流冲击，防止开关器件过流损坏，使电路可靠性大大增加。

当然地，请参阅图3，本实施例提供的串并联切换电路100中，也可包括多个直流输出单元110，例如包括3个或4个直流输出单元110，其中，直流输出单元110可通过状态切换单元120实现串联状态与并联状态之间的切换，并且每个直流输出单元110的输出端均连接一防冲击单元130，以防止出现电流冲击问题。

进一步地，为了防止防冲击单元动作时中后级有电压反灌，导致防冲击单元器件损坏，在本实施例中，串并联切换电路100还包括防反灌单元140，防反灌单元140安装于输出主路上，且用于防止电压反灌。

其中，防反灌单元140可以采用单个功率二极管或者桥式二极管，也可以为继电器、MOS管、IGBT、晶闸管开关器件，本实施例对防反灌单元140的种类与数量并不做任何限定。

第二实施例

请参阅图4，本发明实施例还提供了一种串并联切换电路控制方法，应用于第一实施例所述的串并联切换电路，该串并联切换电路控制方法包括：

S101，控制至少两个直流输出单元处于关断状态。

当需要将电路中的直流输出单元从串联状态切换至并联状态时，首先需控制直流输出单元处于关断状态，其中，本实施例所述的关断状态直流输出单元不再有功率输出，为后续负载进行供电的状态。其中，本实施提供的直流输出单元、状态切换单元以及防冲击单元均与一控制器连接，进而利用控制器实现对电路的控制。

S102，控制防反灌单元断开。

其中，为了防止防冲击单元动作时后级有电压反灌，导致防冲击单元器件损坏，在本实施例中，串并联切换电路还包括防反灌单元，防反灌单元安装于输出主路上，且用于防止电压反灌。

在将电路从串联状态切换至并联状态之前，需要确保后级不能有电压反灌，其中，本实施例提供的防反灌单元为继电器等将后级回路断开的元件。在继电器断开后，后级回路处于断开状态，不会出现电压反灌的情况。

S103，控制防冲击单元导通。

其中，本实施例中，防冲击单元为放电电路，其中，防冲击单元包括放电元件与开关元件，本实施例所述的控制防冲击单元导通即控制开关元件闭合，以使防冲击单元与直流输出单元之间形成闭合回路。

S104，在预设定的时间或输出电容内的电量降至预设值时，控制防冲击单元断开。

在输出电容中的电量放电完后，需要将防冲击单元断开，其中，以使在后续的直流输出单元工作的过程中，不会出现防冲击单元持续放电的情况。

其中，本实施例判断输出电容中的电量放电完全的方式可以有两种，其中一种为设置放电时间，例如，设置3S为放电时间，即默认在3S后输出电容内的电量放完。另外一种为检测输出电容中的剩余电量，当剩余电量较低时，默认输出电容内的电量放完，即可控制防冲击单元断开。

S105，控制状态切换单元工作，以将至少两个直流输出单元从串联状态切换至并联状态。

其中，状态切换单元包括串联开关与并联开关，S105的具体控制流程为在串联开关处于断开状态的情况下，控制并联开关闭合。其中，需要说明的是，串联开关断开的动作，可以在步骤S101之后，到步骤S105控制并联开关闭合之前的任意时刻完成。

具体地，在串联开关断开且放电过程完成后，控制器控制并联开关闭合，以使直流输出单元处于并联状态。

以图1为例进行说明，当电路中为两个直流输出单元时，S1为串联开关，S2与S3为并联开关，当S1闭合，S2、S3断开时，直流输出单元处于串联状态；当S2与S3闭合且S1断开时，直流输出单元处于并联状态。

S106，控制至少两个直流输出单元处于供电状态。

综上所述，本发明提供了一种串并联切换电路及其控制方法，该串并联切换电路包括至少两个直流输出单元、状态切换单元以及防冲击单元，直流输出单元通过状态切换单元与输出主路连接，防冲击单元与直流输出单元连接；其中，状态切换单元用于切换至少两个直流输出单元的串联或并联供电状态，防冲击单元用于在至少两个直流输出单元从串联状态切换至并联状态时导通，以抑制至少两个直流输出单元产生的电流冲击。由于本申请提供的串并联切换电路中包括的防冲击单元，当电路从串联状态切换至并联状态时，由于防冲击单元能够对电路中的冲击电流进行抑制，因此不会造成流过开关器件中的电流过大，从而有效的保护了开关器件，延长了开关器件的使用寿命。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

Claims (10)

1.一种串并联切换电路，其特征在于，所述串并联切换电路包括至少两个直流输出单元、状态切换单元以及防冲击单元，所述直流输出单元通过所述状态切换单元与输出主路连接，所述防冲击单元与所述直流输出单元连接；其中，

所述状态切换单元用于切换所述至少两个直流输出单元的串联或并联供电状态；

所述防冲击单元用于在所述至少两个直流输出单元从串联状态切换至并联状态时导通，以抑制所述至少两个直流输出单元产生的电流冲击。

2.如权利要求1所述的串并联切换电路，其特征在于，所述防冲击单元包括放电电路，每个所述直流输出单元的输出端与一个或多个放电电路连接，所述放电电路用于对所述直流输出单元的输出电容进行放电，以抑制所述至少两个直流输出单元产生的电流冲击。

3.如权利要求2所述的串并联切换电路，其特征在于，所述放电电路包括放电元件与开关元件，所述放电元件与所述开关元件串联后，并联于所述输出电容的两端。

4.如权利要求3所述的串并联切换电路，其特征在于，所述放电元件包括放电电阻，所述开关元件包括继电器与mos管。

5.如权利要求1所述的串并联切换电路，其特征在于，所述串并联切换电路还包括防反灌单元，所述防反灌单元安装于所述输出主路上，且用于防止电压反灌。

6.如权利要求5所述的串并联切换电路，其特征在于，所述防反灌单元包括功率二极管、桥式二极管、继电器、MOS管、IGBT以及晶闸管。

7.一种串并联切换电路控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1至6任意一项所述的串并联切换电路，所述串并联切换电路控制方法包括：

控制所述至少两个直流输出单元处于关断状态；

控制所述防冲击单元导通；

控制所述状态切换单元工作，以将所述至少两个直流输出单元从串联状态切换至并联状态。

8.如权利要求7所述的串并联切换电路控制方法，其特征在于，所述串并联切换电路包括防反灌单元，所述防反灌单元为一防反灌开关，在所述控制所述至少两个直流输出单元处于关断状态的步骤之后，所述串并联切换电路控制方法还包括：

控制所述防反灌开关断开。

9.如权利要求7所述的串并联切换电路控制方法，其特征在于，所述直流输出单元包括输出电容，在所述至少两个直流输出单元从串联状态切换至并联状态之前，所述串并联切换电路控制方法还包括：

在预设定的时间之后或所述输出电容内的电量降至预设值时，控制所述防冲击单元断开；

在所述至少两个直流输出单元从串联状态切换至并联状态的步骤之后，所述串并联切换电路控制方法还包括：控制所述至少两个直流输出单元处于供电状态。

10.如权利要求7所述的串并联切换电路控制方法，其特征在于，所述状态切换单元包括串联开关与并联开关，所述控制所述状态切换单元工作的步骤包括：

在所述串联开关处于断开状态的情况下，控制所述并联开关闭合。