CN111756232A - 功率单元 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种功率单元，包括：DC/DC变换电路；旁路电路，包括：机械开关单元，阻抗网络，以及半导体开关单元，其中，半导体开关单元和阻抗网络串联连接形成串联支路，串联支路、机械开关单元以及DC/DC变换电路并联连接于功率单元的一侧的正端和负端之间；检测单元，用以检测并根据DC/DC变换电路的工作信号产生检测信号；以及控制单元，用以接收并根据检测信号来判断DC/DC变换电路是否发生故障，当DC/DC变换电路发生故障时，控制单元输出第一闭合控制信号至机械开关单元的控制端以及输出第二闭合控制信号至半导体开关单元的控制端，使得半导体开关单元先于机械开关单元闭合。

Description

功率单元
技术领域
本发明涉及电力电子变换技术领域，具体涉及一种功率单元。
背景技术
在高压DC-DC变换场合，常采用多个DC/DC模块相串联连接而成的功率电子变换系统来实现高压直流转直流变换功能，如图1所示，当该系统中某一个DC/DC模块发生故障时，将会直接影响到整个系统的正常工作，因此需要将故障DC/DC模块及时旁路，以保证系统不受故障DC/DC模块的影响，可以继续稳定运行。
然而，现有技术中旁路故障DC/DC模块的技术存在以下几个问题：
1.由于功率电子变换系统的母线电压VDC1固定不变，旁路故障DC/DC模块必然会引起各个DC/DC模块串联侧电压的改变，然而每一个DC/DC模块中均存在直流母线电容，旁路故障DC/DC模块必然会在串联支路中产生较大的电流冲击，可能造成相关器件的过流损坏；
2.DC/DC模块故障后，需要迅速被旁路，否则单个DC/DC模块的故障会影响到整个系统的稳定性；
3.当我们采用半导体器件来实现旁路的快速动作时，又带来了新的问题。通常情况下，故障DC/DC模块被旁路后，系统会继续运行，若系统失电后再重启，半导体器件由于控制电路失电将不会工作，那么重启时故障DC/DC模块无法被预先旁路，从而影响到系统的可靠性。
因此，需要设计一种新的旁路电路。
在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明提供一种功率单元，进而至少在一定程度上克服由于现有技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。
本发明的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本发明的实践而习得。
根据本发明的第一方面，公开一种功率单元，包括：
DC/DC变换电路；
旁路电路，包括：机械开关单元，阻抗网络，以及半导体开关单元，其中，所述半导体开关单元和所述阻抗网络串联连接形成串联支路，所述串联支路的第一端、所述机械开关单元的第一端、所述DC/DC变换电路的一侧的正端与所述功率单元的一侧的正端电性连接，所述机械开关单元的第二端、所述串联支路的第二端、所述DC/DC变换电路的所述一侧的负端与所述功率单元的所述一侧的负端电性连接；
检测单元，用以检测所述DC/DC变换电路的工作信号，并根据所述工作信号产生检测信号；以及
控制单元，用以接收并根据所述检测信号来判断该所述DC/DC变换电路是否发生故障，当所述DC/DC变换电路发生故障时，所述控制单元输出第一闭合控制信号至所述机械开关单元的控制端以及输出第二闭合控制信号至所述半导体开关单元的控制端，使得所述半导体开关单元先于所述机械开关单元闭合。
根据本发明的一示例实施方式，所述功率单元还包括辅助电源，用以给所述检测单元以及控制单元提供电能。
根据本发明的一示例实施方式，所述DC/DC变换电路包括含直流母线电容，其中直流母线电容的正端与所述DC/DC变换电路的所述一侧的正端电性连接，直流母线电容的负端与所述DC/DC变换电路的所述一侧的负端电性连接。
根据本发明的一示例实施方式，所述旁路电路还包括二极管，其中所述二极管的阳极连接于所述串联支路的所述第一端，所述二极管的阴极连接于所述直流母线电容的正端。
根据本发明的一示例实施方式，所述旁路电路还包括二极管，其中所述二极管的阳极连接于所述直流母线电容的负端，所述二极管的阴极连接所述串联支路的所述第二端。
根据本发明的一示例实施方式，所述控制单元同时输出所述第一闭合控制信号和所述第二闭合控制信号。
根据本发明的一示例实施方式，所述控制单元先输出所述第二闭合控制信号，延迟第一预定时间再输出所述第一闭合控制信号；或者，所述控制单元先输出所述第一闭合控制信号，延迟第二预定时间再输出所述第二闭合控制信号，其中所述机械开关所需的闭合时间大于所述第二预定时间。
根据本发明的一示例实施方式，当所述DC/DC变换电路发生故障时，所述控制单元还用以输出关断控制信号，用以控制所述DC/DC变换电路停止工作。
根据本发明的一示例实施方式，其中机械开关单元由单个机械开关构成，或者由多个机械开关串联或并联构成。
根据本发明的一示例实施方式，其中阻抗网络为电阻、电感或者电容，或者电阻、电容以及电感的串并联结构。
根据本发明的一示例实施方式，其中半导体开关单元由单个半导体开关构成，或者由多个半导体开关串联或并联构成。
根据本发明的第二方面，公开一种功率单元，包括
多个功率变换器，所述多个功率变换器的一侧串联连接形成所述功率单元的一侧，每一所述功率变换器均包含一DC/DC变换电路和一旁路电路，每一所述旁路电路包括机械开关单元，阻抗网络，以及半导体开关单元，其中，所述半导体开关单元和所述阻抗网络串联连接形成串联支路，所述串联支路的第一端、所述机械开关单元的第一端、所述DC/DC变换电路的一侧的正端与对应的所述功率变换器的所述一侧的正端电性连接，所述机械开关单元的第二端、所述串联支路的的第二端、所述DC/DC变换电路的所述一侧的负端与对应的所述功率变换器的所述一侧的负端电性连接；
检测单元，用以检测多个所述DC/DC变换电路的工作信号，并根据所述工作信号产生相应的检测信号；以及
控制单元，用以接收并根据所述检测信号来判断所述功率变换器的所述DC/DC变换电路的一者或多者是否发生故障，当所述DC/DC变换电路的一者或多者发生故障时，所述控制单元输出相应的第一闭合控制信号至对应的所述功率变换器的所述机械开关单元的所述控制端以及输出相应的第二闭合控制信号至对应的所述功率变换器的所述半导体开关单元的所述控制端，使得所述半导体开关单元先于所述机械开关单元闭合。
根据本发明的一示例实施方式，所述功率单元还包括用于供电的辅助电源，用以给所述检测单元以及所述控制单元提供电能。
根据本发明的一示例实施方式，所述DC/DC变换电路包括直流母线电容，其中直流母线电容的正端与所述DC/DC变换电路的所述一侧的正端电性连接，直流母线电容的负端与所述DC/DC变换电路的所述一侧的负端电性连接。
根据本发明的一示例实施方式，所述旁路电路还包括二极管，其中所述二极管的阳极连接于所述串联支路的所述第一端，所述二极管的阴极连接于所述直流母线电容的正端。
根据本发明的一示例实施方式，所述旁路电路还包括二极管，其中所述二极管的阳极连接于所述直流母线电容的负端，所述二极管的阴极连接所述串联支路的所述第二端。
根据本发明的一示例实施方式，所述控制单元同时输出所述第一闭合控制信号和所述第二闭合控制信号。
根据本发明的一示例实施方式，所述控制单元先输出所述第二闭合控制信号，延迟第一预定时间再输出所述第一闭合控制信号；或者，所述控制单元先输出所述第一闭合控制信号，延迟第二预定时间再输出所述第二闭合控制信号，其中所述机械开关所需的闭合时间大于所述第二预定时间。
根据本发明的一示例实施方式，当所述DC/DC变换电路的一者或多者发生故障时，所述控制单元还输出相应的关断控制信号，使得故障的所述DC/DC变换电路停止工作。
根据本发明的一示例实施方式，其中机械开关单元由单个机械开关构成，或者由多个机械开关串联或并联构成。
根据本发明的一示例实施方式，其中阻抗网络为电阻、电感或者电容，或者电阻、电容以及电感的串并联结构。
根据本发明的一示例实施方式，其中半导体开关单元由单个半导体开关构成，或者由多个半导体开关串联或并联构成。
根据本发明的一些实施方式，本发明的功率单元的旁路电路拓扑通过阻抗网络有效抑制了旁路时产生的电流冲击；此外，该旁路电路的拓扑应用于DC/DC变换场合，利用半导体开关实现旁路动作快速性的同时实现了即使辅助电源失电也能维持故障功率单元旁路的效果；旁路后电流切换到机械开关支路，旁路电路损耗较小。
根据本发明的一些实施方式，进一步地，本发明通过加入二极管使得旁路过程中DC/DC变换电路中产生的电流冲击更小。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本发明。
附图说明
通过参照附图详细描述其示例实施例，本发明的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。
图1示出具有串联结构的DC/DC变换系统示意图；
图2示出根据本发明一示例实施方式的功率单元的示意图；
图3示出包含本发明一示例实施方式的功率单元的DC/DC变换系统示意图；
图4示出根据本发明一示例实施方式的带有二极管的功率单元的示意图；
图5示出根据本发明一示例实施方式的另一带有二极管的功率单元的示意图；
图6示出根据本发明另一示例实施方式的功率单元的示意图；
图7示出根据本发明另一示例实施方式的带有二极管的功率单元的示意图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本发明的描述将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。附图仅为本发明的示意性图解，并非一定是按比例绘制。
另外，关于本文中所使用的“耦接”，可指二或多个元件相互直接作实体或电性接触，或是相互间接作实体或电性接触，亦可指二或多个元件相互操作或动作。
此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、方法、实现或者操作以避免喧宾夺主而使得本发明的各方面变得模糊。
附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
本发明的目的在于公开一种功率单元，包括：DC/DC变换电路；旁路电路，包括：机械开关单元，阻抗网络，以及半导体开关单元，其中，所述半导体开关单元和所述阻抗网络串联连接形成串联支路，所述串联支路的第一端、所述机械开关单元的第一端、所述DC/DC变换电路的一侧的正端与所述功率单元的一侧的正端电性连接，所述机械开关单元的第二端、所述串联支路的的第二端、所述DC/DC变换电路的所述一侧负端与所述功率单元的所述一侧的负端电性连接；检测单元，用以检测所述DC/DC变换电路的工作信号，并根据所述工作信号产生检测信号；以及控制单元，用以接收并根据所述检测信号来判断该所述DC/DC变换电路是否发生故障，当所述DC/DC变换电路发生故障时，所述控制单元输出第一闭合控制信号至所述机械开关单元的控制端以及输出第二闭合控制信号至所述半导体开关单元的控制端，使得所述半导体开关单元先于所述机械开关单元闭合。本发明的功率单元的旁路电路拓扑通过阻抗网络有效抑制了旁路时产生的电流冲击；此外，该旁路电路的拓扑应用在DC/DC变换场合，利用半导体开关实现旁路动作快速性的同时实现了即使辅助电源失电也能维持故障DC/DC变换电路旁路的效果；旁路后电流切换到机械开关单元，旁路电路损耗较小。进一步的，通过加入二极管使得旁路过程中电路中产生的电流冲击更小。
下面结合图2-7对本发明的功率单元进行详细说明，其中，图2示出根据本发明一示例实施方式的功率单元的示意图；图3示出包含本发明一示例实施方式的功率单元的DC/DC变换系统示意图；图4示出根据本发明一示例实施方式的带有二极管的功率单元的示意图；图5示出根据本发明一示例实施方式的另一带有二极管的功率单元的示意图；图6示出根据本发明另一示例实施方式的功率单元的示意图；图7示出根据本发明另一示例实施方式的带有二极管的功率单元的示意图。
图2示出根据本发明一示例实施方式的功率单元的示意图。如图2所示，功率单元包括：DC/DC变换电路5，旁路电路1，其中旁路电路1包括机械开关单元K，阻抗网络Z，以及半导体开关单元Q，其中，所述半导体开关单元Q和所述阻抗网络Z串联连接形成串联支路，所述串联支路的第一端、所述机械开关单元K的第一端、DC/DC变换电路5的一侧的正端与所述功率单元的一侧的正端电性连接，所述机械开关单元K的第二端、所述串联支路的的第二端、DC/DC变换电路5的该侧的负端与所述功率单元的该侧的负端电性连接；检测单元2，用以检测所述DC/DC变换电路5的工作信号，并根据所述工作信号产生检测信号；以及控制单元3，用以接收并根据所述检测信号来判断该所述DC/DC变换电路5是否发生故障，当所述DC/DC变换电路5发生故障时，所述控制单元输出第一闭合控制信号至所述机械开关单元K的控制端以及输出第二闭合控制信号至所述半导体开关单元Q的控制端，使得所述半导体开关单元Q先于所述机械开关单元K闭合。其中DC/DC变换电路5的故障的类型包括过压故障、欠压故障、过流故障、或者过温故障等。其中功率单元的一侧电压可表示为VDC1，另一侧电压可表示为VDC2，其中功率单元的一侧可以是输入侧，另一侧可以是输出侧，但是并不以此为限。
根据本发明的一示例实施方式，功率单元还包括辅助电源4，用以给所述检测单元以及控制单元提供电能。
根据本发明的一示例实施方式，所述DC/DC变换电路包括直流母线电容C，其中直流母线电容C的正端与所述DC/DC变换电路5的所述一侧的正端电性连接，直流母线电容C的负端与所述DC/DC变换电路5的所述一侧的负端电性连接。
具体来说，图3示出包含本发明本示例实施方式的功率单元的DC/DC变换系统示意图，该系统为一个具有串联结构的DC/DC变换系统，系统共有N(N≥1)个功率单元(1#、2#…N#)，在如图3所示的具有串联结构的DC/DC变换系统中，各个功率单元中的检测单元2会通过例如采样电路采样DC/DC变换电路5的输入电压、输出电压、输入电流、输出电流、温度以及其他任何形式的工作信号，并根据检测到的工作信号产生检测信号，控制单元3可以是各种硬件、软件、固件以及它们的组合，例如DSP、FPGA、模拟控制芯片等等，控制单元3根据接收到的检测信号来判断DC/DC变换电路5是否发生故障，当DC/DC变换电路5发生故障时，例如，过压故障、欠压故障、过流故障或者过温故障等故障，控制单元3将会发第一闭合控制信号至所述机械开关单元K的控制端以及输出第二闭合控制信号至所述半导体开关单元Q的控制端。第一闭合控制信号和第二闭合控制信号可以同时发送给半导体开关单元Q和机械开关单元K，也可以先后发送给半导体Q和机械开关单元K(例如控制单元3可以先输出第二闭合控制信号，延迟第一预定时间再输出第一闭合控制信号；或者，控制单元3也可以先输出第一闭合控制信号，延迟第二预定时间再输出第二闭合控制信号，其中机械开关单元K所需的闭合时间大于第二预定时间)，但最终要保证半导体开关单元Q首先迅速闭合，机械开关单元K延时发生闭合动作。半导体开关单元Q闭合后，DC/DC变换电路5的一侧的正负端间的电压发生突变，故障DC/DC变换电路的直流母线电容C通过该旁路电路的串联支路放电，其他DC/DC变换电路通过该串联支路给相应的直流母线电容C充电，各DC/DC变换电路5产生的电流冲击被该串联支路上的阻抗网络Z限制住；之后机械开关单元K再发生闭合动作且一直保持在闭合状态，故障DC/DC变换电路的旁路电流从串联支路换流到机械开关单元K，从而完成故障DC/DC变换电路的旁路。
图2所示的功率单元的旁路电路拓扑有效抑制了旁路时直流母线电容产生的电流冲击；此外，该旁路电路拓扑在DC/DC变换场合，利用半导体开关实现旁路动作快速性的同时实现了即使辅助电源失电也能维持故障DC/DC变换电路旁路的效果；旁路后电流换流到机械开关单元K，旁路电路损耗较小。
根据如图4所示的本发明的一示例实施方式，旁路电路1还包括二极管D，所述二极管D的阳极连接于所述串联支路的所述第一端，所述二极管的阴极连接于所述直流母线电容的正端。图4所示的功率单元的旁路电路工作过程与图2所示的功率单元的旁路电路工作过程相同(包含图4所示的功率单元的DC/DC变换系统与图3类似)，半导体开关单元闭合后，DC/DC变换电路5一侧(直流母线电容侧)电流流经故障DC/DC变换电路对应的旁路电路的串联支路，只是，由于二极管D的存在，故障DC/DC变换电路(直流母线电容)产生的电流冲击被抑制，而其他DC/DC变换电路(直流母线电容)产生的电流冲击被该串联支路的阻抗网络限制住，之后机械开关单元K发生闭合动作，DC/DC变换电路一侧(直流母线电容侧)电流换流到旁路电路的机械开关单元K，旁路电路的损耗较小。本旁路电路拓扑与图4所示拓扑相比，旁路过程中电路中产生的电流冲击更小。
根据如图5所示的本发明的一示例实施方式，旁路电路1还包括二极管D，其中所述二极管D的阳极连接于所述直流母线电容C的负端，所述二极管D的阴极连接所述串联支路的所述第二端。图5所示的功率单元的旁路电路工作过程与图2所示的功率单元的旁路电路工作过程相同(包含图5所示的的功率单元的DC/DC变换系统与图3类似)，半导体开关单元闭合后，DC/DC变换电路5一侧(直流母线电容侧)电流流经故障DC/DC变换电路对应的旁路电路的串联支路，只是，由于二极管D的存在，故障DC/DC变换电路(直流母线电容)产生的电流冲击被抑制，而其他DC/DC变换电路(直流母线电容)产生的电流冲击被该串联支路的阻抗网络限制住，之后机械开关单元K发生闭合动作，DC/DC变换电路一侧(直流母线电容侧)电流换流到旁路电路的机械开关单元K，旁路电路的损耗较小。本旁路电路拓扑与图2所示拓扑相比，旁路过程中电路中产生的电流冲击更小。
也就是说，对二极管的位置并无特别限定，均可起到使旁路过程中电路中产生的电流冲击更小的效果。
根据本发明的一示例实施方式，当功率单元处于故障状态时，控制单元还用以输出关断控制信号，用以控制所述DC/DC变换电路5停止工作。
根据本发明的一示例实施方式，其中机械开关单元K由单个机械开关构成，或者由多个机械开关串联或并联构成。
根据本发明的一示例实施方式，其中阻抗网络Z为电阻、电感、或者电容，或者电阻、电容以及电感的串并联结构。
根据本发明的一示例实施方式，其中半导体开关单元Q由单个半导体开关构成，或者由多个半导体开关串联或并联构成。
值得注意的是，上述图3所示的DC/DC变换系统仅为本发明的功率单元所被应用的一个具体实施例，这里仅是以该系统为例详细描述本发明的功率单元的旁路电路的具体工作过程，本发明所述的功率单元的旁路电路拓扑不仅限于上述系统，而适用于任何具有串联结构的DC/DC变换系统，例如辅助电源可以在各功率单元内部，也可以多个功率单元共用一个辅助电源；同理，控制单元、检测单元也可以在各功率变换器内部，也可以多个功率变换器共用一个控制单元或检测单元，下面结合图6对多个功率变换器共用一个控制单元或检测单元的示例实施方式进行说明。
图6示出根据本发明另一示例实施方式的功率单元的示意图。如图6所示，功率单元包括：多个功率变换器(如有N(N≥1)个，1#、2#…N#)，所述多个功率变换器的一侧串联连接形成所述功率单元的一侧(例如VDC1侧)，每一所述功率变换器均包含DC/DC变换电路5，旁路电路1，每一旁路电路包括：机械开关单元K，阻抗网络Z，以及半导体开关单元Q，其中，所述半导体开关单元Q和所述阻抗网络Z串联连接形成串联支路，所述串联支路的第一端、所述机械开关单元K的第一端、所述DC/DC变换电路5的一侧的正端与对应的所述功率变换器的该侧的正端电性连接，所述机械开关单元K的第二端、所述串联支路的的第二端、所述DC/DC变换电路5的所述一侧的负端与对应的所述功率变换器的该侧的负端电性连接；检测单元2，用以检测所述多个DC/DC变换电路的工作信号，并根据所述工作信号产生相应的检测信号，并将检测信号传递至控制单元；以及控制单元3，用以接收并根据所述检测信号来判断所述功率变换器的所述DC/DC变换电路的一者或多者是否发生故障，当所述DC/DC变换电路的一者或多者发生故障时，所述控制单元输出相应的第一闭合控制信号至对应的所述功率变换器的所述机械开关单元K的所述控制端以及输出相应的第二闭合控制信号至对应的所述功率变换器的所述半导体开关单元Q的所述控制端，使得所述半导体开关单元Q先于所述机械开关单元K闭合。其中功率单元的该侧电压可表示为VDC1，另一侧电压可表示为VDC2。
与图2所示的功率单元的旁路电路拓扑类似，图6所示的功率单元的旁路电路拓扑也能够有效抑制旁路时直流母线电容产生的电流冲击；此外，该旁路电路拓扑在DC/DC变换场合，利用半导体开关实现旁路动作快速性的同时实现了即使辅助电源失电也能维持故障DC/DC变换电路旁路的效果；旁路后电流换流到机械开关单元K，旁路电路损耗较小。
根据本发明的一示例实施方式，功率单元还包括用于供电的辅助电源4，用以给所述检测单元2以及所述控制单元3提供电能。
根据本发明的一示例实施方式，DC/DC变换电路5包括直流母线电容C，其中直流母线电容C的正端与所述DC/DC变换电路5的所述一侧的正端电性连接，直流母线电容C的负端与所述DC/DC变换电路5的所述一侧的负端电性连接。
根据如图7所示的本发明的一示例实施方式，DC/DC变换电路5包括直流母线电容C，旁路电路还包括二极管D，其中所述二极管D的阳极连接于所述串联支路的所述第一端，所述二极管D的阴极连接于所述直流母线电容C的正端。
根据本发明的一示例实施方式(未图示)，DC/DC变换电路5包括直流母线电容C，所述旁路电路还包括二极管D，其中所述二极管D的阳极连接于所述直流母线电容C的负端，所述二极管D的阴极连接所述串联支路的所述第二端。
也就是说，对二极管的位置并无特别限定，均可起到使旁路过程中电路中产生的电流冲击更小的效果。
根据本发明的一示例实施方式，控制单元3同时输出所述第一闭合控制信号和所述第二闭合控制信号。
根据本发明的一示例实施方式，控制单元3先输出所述第二闭合控制信号，延迟第一预定时间再输出所述第一闭合控制信号；或者，所述控制单元3先输出所述第一闭合控制信号，延迟第二预定时间再输出所述第二闭合控制信号，其中所述机械开关单元K所需的闭合时间大于所述第二预定时间。
根据本发明的一示例实施方式，当DC/DC变换电路的一者或多者发生故障时，并且控制单元3输出关断控制信号，使得发生故障的所述DC/DC变换电路停止工作。
根据本发明的一示例实施方式，其中机械开关单元K由单个机械开关构成，或者由多个机械开关串联或并联构成。
根据本发明的一示例实施方式，其中阻抗网络Z为电阻、电感、或者电容，或者电阻、电容以及电感的串并联结构。
根据本发明的一示例实施方式，其中半导体开关单元Q由单个半导体开关构成，或者由多个半导体开关串联或并联构成。
通过以上的详细描述，本领域的技术人员易于理解，根据本发明实示例性实施方式的功率单元具有以下优点中的一个或几个。
根据本发明的一些实施方式，本发明的功率单元的旁路电路拓扑通过阻抗网络有效抑制了旁路时产生的电流冲击；此外，该旁路电路拓扑在DC/DC变换场合，利用半导体开关实现旁路动作快速性的同时实现了即使辅助电源失电也能维持故障DC/DC变换电路旁路的效果；旁路后电流换流到机械开关单元，旁路电路损耗较小。
根据本发明的一些实施方式，进一步地，本发明通过加入二极管使得旁路过程中电路中产生的电流冲击更小。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (22)

1.一种功率单元，包括：
DC/DC变换电路；
旁路电路，包括：机械开关单元，阻抗网络，以及半导体开关单元，其中，所述半导体开关单元和所述阻抗网络串联连接形成串联支路，所述串联支路的第一端、所述机械开关单元的第一端、所述DC/DC变换电路的一侧的正端与所述功率单元的一侧的正端电性连接，所述机械开关单元的第二端、所述串联支路的第二端、所述DC/DC变换电路的所述一侧负端与所述功率单元的所述一侧的负端电性连接；
检测单元，用以检测所述DC/DC变换电路的工作信号，并根据所述工作信号产生检测信号；以及
控制单元，用以接收并根据所述检测信号来判断该所述DC/DC变换电路是否发生故障，当所述DC/DC变换电路发生故障时，所述控制单元输出第一闭合控制信号至所述机械开关单元的控制端以及输出第二闭合控制信号至所述半导体开关单元的控制端，使得所述半导体开关单元先于所述机械开关单元闭合。
2.如权利要求1所述的功率单元，其特征在于，所述功率单元还包括辅助电源，用以给所述检测单元以及控制单元提供电能。
3.如权利要求1所述的功率单元，所述DC/DC变换电路包括直流母线电容，其中直流母线电容的正端与所述DC/DC变换电路的所述一侧的正端电性连接，直流母线电容的负端与所述DC/DC变换电路的所述一侧的负端电性连接。
4.如权利要求3所述的功率单元，所述旁路电路还包括二极管，其中所述二极管的阳极连接于所述串联支路的所述第一端，所述二极管的阴极连接于所述直流母线电容的正端。
5.如权利要求3所述的功率单元，所述旁路电路还包括二极管，其中所述二极管的阳极连接于所述直流母线电容的负端，所述二极管的阴极连接所述串联支路的所述第二端。
6.如权利要求1-5任一所述的功率单元，其特征在于，所述控制单元同时输出所述第一闭合控制信号和所述第二闭合控制信号。
7.如权利要求1-5任一所述的功率单元，其特征在于，所述控制单元先输出所述第二闭合控制信号，延迟第一预定时间再输出所述第一闭合控制信号；或者，所述控制单元先输出所述第一闭合控制信号，延迟第二预定时间再输出所述第二闭合控制信号，其中所述机械开关所需的闭合时间大于所述第二预定时间。
8.如权利要求1-5中任一所述的功率单元，其特征在于，当所述DC/DC变换电路发生故障时，所述控制单元还用以输出关断控制信号，用以控制所述DC/DC变换电路停止工作。
9.如权利要求1-5中任一所述的功率单元，其特征在于，其中机械开关单元由单个机械开关构成，或者由多个机械开关串联或并联构成。
10.如权利要求1-5中任一所述的功率单元，其特征在于，其中阻抗网络为电阻、电感或者电容，或者电阻、电容以及电感的串并联结构。
11.如权利要求1-5中任一所述的功率单元，其特征在于，其中半导体开关单元由单个半导体开关构成，或者由多个半导体开关串联或并联构成。
12.一种功率单元，包括
多个功率变换器，所述多个功率变换器的一侧串联连接形成所述功率单元的一侧，每一所述功率变换器均包含一DC/DC变换电路和一旁路电路，每一所述旁路电路包括机械开关单元，阻抗网络，以及半导体开关单元，其中，所述半导体开关单元和所述阻抗网络串联连接形成串联支路，所述串联支路的第一端、所述机械开关单元的第一端、所述DC/DC变换电路的一侧的正端与对应的所述功率变换器的所述一侧的正端电性连接，所述机械开关单元的第二端、所述串联支路的的第二端、所述DC/DC变换电路的所述一侧的负端与对应的所述功率变换器的所述一侧的负端电性连接；
检测单元，用以检测多个所述DC/DC变换电路的工作信号，并根据所述工作信号产生相应的检测信号；以及
控制单元，用以接收并根据所述检测信号来判断所述功率变换器的所述DC/DC变换电路的一者或多者是否发生故障，当所述DC/DC变换电路的一者或多者发生故障时，所述控制单元输出相应的第一闭合控制信号至对应的所述功率变换器的所述机械开关单元的所述控制端以及输出相应的第二闭合控制信号至对应的所述功率变换器的所述半导体开关单元的所述控制端，使得所述半导体开关单元先于所述机械开关单元闭合。
13.如权利要求12所述的功率单元，其特征在于，还包括用于供电的辅助电源，用以给所述检测单元以及所述控制单元提供电能。
14.如权利要求12所述的功率单元，所述DC/DC变换电路包括直流母线电容，其中直流母线电容的正端与所述DC/DC变换电路的所述一侧的正端电性连接，直流母线电容的负端与所述DC/DC变换电路的所述一侧的负端电性连接。
15.如权利要求14所述的功率单元，所述旁路电路还包括二极管，其中所述二极管的阳极连接于所述串联支路的所述第一端，所述二极管的阴极连接于所述直流母线电容的正端。
16.如权利要求14所述的功率单元，所述旁路电路还包括二极管，其中所述二极管的阳极连接于所述直流母线电容的负端，所述二极管的阴极连接所述串联支路的所述第二端。
17.如权利要求12-16任一所述的功率单元，其特征在于，所述控制单元同时输出所述第一闭合控制信号和所述第二闭合控制信号。
18.如权利要求12-16任一所述的功率单元，其特征在于，所述控制单元先输出所述第二闭合控制信号，延迟第一预定时间再输出所述第一闭合控制信号；或者，所述控制单元先输出所述第一闭合控制信号，延迟第二预定时间再输出所述第二闭合控制信号，其中所述机械开关所需的闭合时间大于所述第二预定时间。
19.如权利要求12-16中任一所述的功率单元，其特征在于，当所述DC/DC变换电路的一者或多者发生故障时，所述控制单元还输出相应的关断控制信号，使得故障的所述DC/DC变换电路停止工作。
20.如权利要求12-16中任一所述的功率单元，其特征在于，其中机械开关单元由单个机械开关构成，或者由多个机械开关串联或并联构成。
21.如权利要求12-16中任一所述的功率单元，其特征在于，其中阻抗网络为电阻、电感或者电容，或者电阻、电容以及电感的串并联结构。
22.如权利要求12-16中任一所述的功率单元，其特征在于，其中半导体开关单元由单个半导体开关构成，或者由多个半导体开关串联或并联构成。
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