CN112134339A - 电源转换装置及其电容短路保护电路与电容短路保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电源转换装置及其电容短路保护电路与电容短路保护方法。整流电路将交流信号整流为直流信号。电能存储电路耦接整流电路，电能存储电路包括串联的多个电容。侦测电路耦接电能存储电路，侦测各电容上的跨压。控制电路耦接整流电路与侦测电路，当上述多个电容之任一的跨压大于默认电压时，禁能整流电路。

Description

电源转换装置及其电容短路保护电路与电容短路保护方法

技术领域

本发明涉及一种保护装置，尤其涉及一种电源转换装置及其电容短路保护电路电容短路保护方法。

背景技术

马达是可将电能转换为动能，一般来说，常以变频器装置来驱动马达，再使马达驱动其它装置。在变频器装置中，会先由整流电路将输入的交流电源先转为直流电压，而后再由变频器电路转为所需的交流电压输出，一般来说，在整流电路的输出端会耦接包括串联具有大电容值的电容的储能电路，以确保储能电路可承受整流电路所输出的电压。如此虽可有效解决储能电路的耐压问题，然电容的渐渐老化将导致容值急速下降，最终老化的电容将无法承受施加于其上的跨压而被击穿形成短路，且其余的电容也会接着因施加于其上的跨压上升而被击穿形成短路，入电端持续地送电将使电容与装置内部发热燃烧，进而造成安全性的问题。

现有的解决方式为利用机构件以遮挡的方式，避免火花由电子装置内部窜出，然并未实际有效预防电容老化所造成的安全性问题。

发明内容

本发明提供一种电源转换装置、电容短路保护电路及其保护方法，可有效预防电容老化所造成的安全性问题。

本发明的电容短路保护电路包括整流电路、电能存储电路、侦测电路以及控制电路。整流电路将交流信号整流为直流信号。电能存储电路耦接整流电路，电能存储电路包括串联的多个电容。侦测电路耦接电能存储电路，侦测各电容上的跨压。控制电路耦接整流电路与侦测电路，当上述多个电容之任一的跨压大于默认电压时，禁能整流电路。

在本发明的一实施例中，上述的电容短路保护电路，还包括预充电电路，其耦接电能存储电路与控制电路，于整流电路提供直流信号给电能存储电路之前，控制电路控制预充电电路对电能存储电路进行预充电。

在本发明的一实施例中，其中当上述多个电容之任一的跨压大于默认电压时，控制电路禁能预充电电路。

在本发明的一实施例中，上述的预充电电路包括电阻以及继电器。电阻提供用于对电能存储电路进行预充电的预充电路径。继电器与电阻并联，当多个电容之任一的跨压大于默认电压时，控制电路控制继电器进入导通状态，以旁路电阻。

在本发明的一实施例中，上述的电能存储电路包括第一电容以及第二电容，第二电容与第一电容串接于整流电路的输出端与接地之间，第一电容与第二电容的共同接点耦接侦测电路，侦测电路依据共同接点上的电压以及整流电路的输出电压获得第一电容与第二电容上的跨压。

在本发明的一实施例中，其中共同接点上的电压等于第一电容与第二电容之其一的跨压，第一电容与第二电容之另一的跨压等于整流电路的输出电压减去共同接点上的电压。

本发明的电源转换装置包括整流电路、电能存储电路、侦测电路、变频器电路、控制电路以及预充电电路。整流电路将交流信号整为直流信号。电能存储电路耦接整流电路，电能存储电路包括串联的多个电容。侦测电路耦接电能存储电路，侦测各电容上的跨压。变频器电路耦接电能存储电路，将电能存储电路提供的直流电压转换为交流电压。控制电路耦接整流电路、侦测电路与变频器电路，当上述多个电容之任一的跨压大于默认电压时，禁能整流电路以及变频器电路。

在本发明的一实施例中，上述的电源转换装置还包括预充电电路，其耦接电能存储电路与控制电路，于整流电路提供直流信号给电能存储电路之前，控制电路控制预充电电路对电能存储电路进行预充电。

在本发明的一实施例中，其中当上述多个电容之任一的跨压大于默认电压时，控制电路禁能预充电电路。

在本发明的一实施例中，上述的预充电电路包括电阻以及继电器。电阻提供用于对电能存储电路进行预充电的预充电路径。继电器与电阻并联，当多个电容之任一的跨压大于默认电压时，控制电路控制继电器进入导通状态，以旁路电阻。

在本发明的一实施例中，上述的电能存储电路包括第一电容以及第二电容，第二电容与第一电容串接于整流电路的输出端与接地之间，第一电容与第二电容的共同接点耦接侦测电路，侦测电路依据共同接点上的电压以及整流电路的输出电压获得第一电容与第二电容上的跨压。

在本发明的一实施例中，上述的共同接点上的电压等于第一电容与第二电容之其一的跨压，第一电容与第二电容之另一的跨压等于整流电路的输出电压减去共同接点上的电压。

本发明的电容短路保护电路的保护方法，电容短路保护电路包括整流电路以及电能存储电路，电能存储电路包括串联的多个电容，电容短路保护电路的保护方法包括下列步骤。控制整流电路将交流信号整流为直流信号，以提供直流信号给电能存储电路。侦测各电容上的跨压。当上述多个电容之任一的跨压大于默认电压时，禁能整流电路。

在本发明的一实施例中，上述的电容短路保护电路还包括预充电电路，电容短路保护电路的保护方法包括，于整流电路提供直流信号给电能存储电路之前，控制预充电电路对电能存储电路进行预充电。

在本发明的一实施例中，其中当上述多个电容之任一的跨压大于默认电压时，禁能预充电电路。

在本发明的一实施例中，上述的预充电电路包括电阻以及继电器，继电器与电阻并联，电阻提供用于对电能存储电路进行预充电的预充电路径，当多个电容之任一的跨压大于默认电压时，控制继电器进入导通状态，以旁路电阻。

在本发明的一实施例中，上述的电能存储电路包括第一电容以及第二电容，第一电容与第二电容串接于整流电路的输出端与接地之间，电容短路保护电路的保护方法包括，依据共同接点上的电压以及整流电路的输出电压获得第一电容与第二电容上的跨压。

在本发明的一实施例中，上述的共同接点上的电压等于第一电容与第二电容之其一的跨压，第一电容与第二电容之另一的跨压等于整流电路的输出电压减去共同接点上的电压。

基于上述，本发明的控制电路可在电能存储电路中串联的多个电容的任一的跨压大于默认电压时，禁能整流电路，以避免入电端持续地送电给电容，进而造成电容与装置内部发热燃烧，有效解决电容老化所造成的安全性的问题。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1是依照本发明一实施例的一种电容短路保护电路的示意图。

图2是依照本发明另一实施例的一种电容短路保护电路的示意图。

图3是依照本发明一实施例的一种电源转换装置的示意图。

图4是依照本发明一实施例的一种电容短路保护电路的保护方法的流程图。

图5是依照本发明另一实施例的一种电容短路保护电路的保护方法的流程图。

具体实施方式

请参照图1，图1是依照本发明一实施例的电容短路保护电路的示意图。电容短路保护电路100可包括整流电路102、电能存储电路104、侦测电路106以及控制电路108，整流电路102耦接电能存储电路104与控制电路108，侦测电路106耦接电能存储电路104与控制电路108。在本实施例中，电能存储电路104包括串接于整流电路102的输出端与接地间的电容C1与电容C2，然须注意的是，串接的电容数量并不以此为限，在其它实施例中电能存储电路104也可包括更多个串接的电容。

整流电路102可接收交流信号VAC1并将其整流为直流信号VDC1，串接的电容C1与电容C2可接收直流信号VDC1而存储电能。侦测电路106可侦测电容C1与电容C2上的跨压，举例来说，在本实施例中，侦测电路106可耦接至电容C1与电容C2的共同接点，而直接获得电容C2上的跨压，而电容C1上的跨压则可透过将整流电路102所提供的直流信号VDC1的电压值减去电容C2上的跨压获得。在部分实施例中，侦测电路106也可分别直接侦测电容C1与电容C2上的跨压，电容C1与电容C2上的跨压的侦测方式不以本实施例为限。

控制电路108可依据侦测电路106的侦测结果判断电容C1或电容C2上的跨压是否大于默认电压，当电容C1与电容C2之其一的跨压大于默认电压时，代表电容C1与电容C2之另一出现老化或短路的情形。例如当电容C1上的跨压大于默认电压时，代表电容C2已出现老化而使得电容C2的电容值下降，由于电容C1与电容C2为串联连接，而施加于串联的电容C1与电容C2上的电压(亦即直流信号VDC1的电压)为固定，因此大部分的压降将出现在电容C1上，也就是说电容C1与电容C2上出现了分压不均的情形。因此，当控制电路108判断出电容C1或电容C2上的跨压大于默认电压时，即代表电容C1或电容C2之其一出现了老化的情形，此时控制电路108可禁能整流电路102，使其停止对交流信号VAC1整流输出直流信号VDC1，如此便可防止电压持续地被传送给电容C1与电容C2，进而造成电容C1与电容C2发热燃烧，有效解决电容老化所造成的安全性的问题。

此外，控制电路108可接收操作电压VCC以作为其运作所需的电源，操作电压VCC可例如为透过转换与提供交流信号VAC1的电源彼此独立的另一交流电源所提供的交流电压所得到的直流电压，因此当控制电路108因电容C1或电容C2老化而禁能整流电路102后，控制电路108仍可依靠操作电压VCC继续运作。

图2是依照本发明另一实施例的电容短路保护电路的示意图。在本实施例中，电容短路保护电路100’还包括预充电电路202，此外，控制电路108可包括触发器电路204，触发器电路204可例如为555SCR触发器电路，然不以此为限。在电容短路保护电路100’应用于高电压的情形下，例如直流信号VDC1大于等于600伏特的情形下，为避免输入电压产生浪涌电流而使电能存储电路104中的电容或其它组件损坏，控制电路108可执行软启动，于整流电路102提供直流信号VDC1给电能存储电路104之前，控制预充电电路202对电能存储电路104进行预充电，以先将电容C1与电容C2充电至预定的电压。

在本实施例中，当控制电路108判断出电容C1或电容C2上的跨压大于默认电压时，亦即电容C1或电容C2之其一出现了老化的情形，控制电路108除了可控制触发器电路204禁能整流电路102外，还可同时禁能预充电电路202的预充电功能，例如可将用于电能存储电路104的预充电路径断开，避免在已禁能整流电路102的情形下，预充电电路202还继续对电能存储电路104进行预充电，而造成电能存储电路104中的电容或其它组件损坏。预充电电路202可在老化的电容C1或电容C2被移除更换后，才回复预充电的功能。其中，预充电电路202可例如利用继电器并联电阻来实施，当控制电路108执行软启动时，继电器保持断开状态，使预充电电流透过电阻对电能存储电路104进行预充电。而当电能存储电路104被充电至默认值后，继电器受控于控制电路108而进入导通状态，以旁路电阻，进而将预充电电流导引离开预充电路径，例如将预充电电流导引至接地或其它电路，避免预充电电流继续对电能存储电路104进行充电。在判断出电容C1或电容C2之其一出现了老化的情形时，控制电路108可控制继电器保持导通状态，以避免在禁能整流电路102的情形下，预充电电流继续透过电阻对电能存储电路104进行预充电。

图3是依照本发明一实施例的电源转换装置的示意图。请参照图3，上述实施例的电容短路保护电路可例如应用于电源转换装置300中，例如本实施例的变频器装置，其可例如用以驱动马达，在其它实施例中，电容短路保护电路也可例如应用于不断电电源供应器、太阳能发电装置或风力发电装置中。如图3所示，电源转换装置除了电容短路保护电路外，还包括变频器电路302，变频器电路302耦接电能存储电路104，以将电能存储电路104提供的直流电压转换为交流电压VAC2。类似地，本实施例的控制电路108可执行软启动，于整流电路102提供直流信号VDC1给电能存储电路104之前，控制预充电电路202对电能存储电路104进行预充电，以先将电容C1与电容C2充电至预定的电压，以避免输入电压产生浪涌电流而使电能存储电路104中的电容或其它组件损坏。当控制电路108判断出电容C1或电容C2上的跨压大于默认电压时，控制电路108除了可禁能整流电路102与预充电电路202外，还可禁能变频器电路302，以避免变频器电路302损坏或出现异常。

此外，如上述实施例所述，由于，控制电路108所接收的操作电压VCC的电压来源与提供交流信号VAC1的电源彼此独立，因此当控制电路108因电容C1或电容C2老化而禁能整流电路102后，控制电路108仍可维持正常运作，例如在禁能整流电路102的情形下仍可控制警示装置(例如显示器或警示灯)提供警示讯息，以告知用户出现异常状态，或通知使用者电容出现老化的情形等等。

图4是依照本发明一实施例的电容短路保护电路的保护方法的流程图。由上述实施例可知，电容短路保护电路的保护方法可至少包括下列步骤。首先，控制整流电路将交流信号整流为直流信号，以提供直流信号给电能存储电路(步骤S402)，其中电能存储电路可包括串联的多个电容。接着，侦测电能存储电路中各电容上的跨压(步骤S404)，例如，若电能存储电路包括两个串联的电容，可侦测两个电容之其一的跨压，而另一电容的跨压则可透过将整流电路所提供的直流信号的电压值减去侦测所得到的电容上的跨压获得。在部分实施例中，也可分别直接侦测两电容上的跨压。之后，再判断是否多个电容之任一的跨压大于默认电压(步骤S406)，若未有任何电容的跨压大于默认电压，则回到步骤S406继续侦测电容的跨压。若有任何一个电容的跨压大于默认电压，则代表有电容出现老化或短路的情形，此时可禁能整流电路(步骤S408)，防止电压持续地被传送给电能存储电路的电容，造成电容发热燃烧，进而有效解决电容老化所造成的安全性的问题。

图5是依照本发明另一实施例的电容短路保护电路的保护方法的流程图。在本实施例中，于直流信号给电能存储电路(步骤S402)之前，可控制预充电电路对电能存储电路进行预充电(步骤S502)，如此可预防输入电压产生浪涌电流而使电能存储电路中的电容或其它组件损坏。此外，判断出多个电容之任一的跨压大于默认电压时(步骤S406的判断结果为是)，可同时禁能整流电路与预充电电路(步骤S504)，以避免在已禁能整流电路的情形下，预充电电路还继续对电能存储电路进行预充电，而造成电能存储电路中的电容或其它组件损坏。在部分实施例中，预充电电路可例如包括电阻以及继电器，继电器与电阻并联，其中电阻提供用于对电能存储电路进行预充电的预充电路径。当多个电容之任一的跨压大于默认电压时，控制继电器进入导通状态，以旁路电阻，避免预充电电路还继续对电能存储电路进行预充电。

综上所述，本发明的实施例可在电能存储电路中串联的多个电容的任一的跨压大于默认电压时，禁能整流电路，以避免入电端持续地送电给电容，进而造成电容与装置内部发热燃烧，有效解决电容老化所造成的安全性的问题。在部份实施例中，还可在电能存储电路中串联的多个电容的任一的跨压大于默认电压时，同时禁能整流电路与预充电电路，以避免在已禁能整流电路的情形下，预充电电路还继续对电能存储电路进行预充电，而造成电能存储电路中的电容或其它组件损坏，进一步预防安全性问题的产生。

虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定的为准。

Claims (18)

1.一种电容短路保护电路，其特征在于，包括：

整流电路，将交流信号整流为直流信号；

电能存储电路，耦接所述整流电路，所述电能存储电路包括串联的多个电容；

侦测电路，耦接所述电能存储电路，侦测各所述电容上的跨压；以及

控制电路，耦接所述整流电路与所述侦测电路，当所述多个电容之任一的跨压大于默认电压时，禁能所述整流电路。

2.根据权利要求1所述的电容短路保护电路，其特征在于，还包括：

预充电电路，耦接所述电能存储电路与所述控制电路，于所述整流电路提供所述直流信号给所述电能存储电路之前，所述控制电路控制所述预充电电路对所述电能存储电路进行预充电。

3.根据权利要求2所述的电容短路保护电路，其特征在于，当所述多个电容之任一的跨压大于所述默认电压时，所述控制电路禁能所述预充电电路。

4.根据权利要求2所述的电容短路保护电路，其特征在于，所述预充电电路包括：

电阻，提供用于对所述电能存储电路进行预充电的预充电路径；以及

继电器，与所述电阻并联，当所述多个电容之任一的跨压大于所述默认电压时，所述控制电路控制所述继电器进入导通状态，以旁路所述电阻。

5.根据权利要求1所述的电容短路保护电路，其特征在于，所述电能存储电路包括：

第一电容；以及

第二电容，与所述第一电容串接于所述整流电路的输出端与接地之间，所述第一电容与所述第二电容的共同接点耦接所述侦测电路，所述侦测电路依据所述共同接点上的电压以及所述整流电路的输出电压获得所述第一电容与所述第二电容上的跨压。

6.根据权利要求5所述的电容短路保护电路，其特征在于，所述共同接点上的电压等于所述第一电容与所述第二电容之其一的跨压，所述第一电容与所述第二电容之另一的跨压等于所述整流电路的输出电压减去所述共同接点上的电压。

7.一种电源转换装置，其特征在于，包括：

整流电路，将交流信号整流为直流信号；

电能存储电路，耦接所述整流电路，所述电能存储电路包括串联的多个电容；

侦测电路，耦接所述电能存储电路，侦测各所述电容上的跨压；

变频器电路，耦接所述电能存储电路，将所述电能存储电路提供的直流电压转换为交流电压；以及

控制电路，耦接所述整流电路、所述侦测电路与所述变频器电路，当所述多个电容之任一的跨压大于默认电压时，禁能所述整流电路以及所述变频器电路。

8.根据权利要求7所述的电源转换装置，其特征在于，还包括：

预充电电路，耦接所述电能存储电路与所述控制电路，于所述整流电路提供所述直流信号给所述电能存储电路之前，所述控制电路控制所述预充电电路对所述电能存储电路进行预充电。

9.根据权利要求8所述的电源转换装置，其特征在于，当所述多个电容之任一的跨压大于所述默认电压时，所述控制电路禁能所述预充电电路。

10.根据权利要求8所述的电源转换装置，其特征在于，所述预充电电路包括：

电阻，提供用于对所述电能存储电路进行预充电的预充电路径；以及

继电器，与所述电阻并联，当所述多个电容之任一的跨压大于所述默认电压时，所述控制电路控制所述继电器进入导通状态，以旁路所述电阻。

11.根据权利要求7所述的电源转换装置，其特征在于，所述电能存储电路包括：

第一电容；以及

第二电容，与所述第一电容串接于所述整流电路的输出端与接地之间，所述第一电容与所述第二电容的共同接点耦接所述侦测电路，所述侦测电路依据所述共同接点上的电压以及所述整流电路的输出电压获得所述第一电容与所述第二电容上的跨压。

12.根据权利要求11所述的电源转换装置，其特征在于，所述共同接点上的电压等于所述第一电容与所述第二电容之其一的跨压，所述第一电容与所述第二电容之另一的跨压等于所述整流电路的输出电压减去所述共同接点上的电压。

13.一种电容短路保护电路的保护方法，其特征在于，所述电容短路保护电路包括整流电路以及电能存储电路，所述电能存储电路包括串联的多个电容，所述电容短路保护电路的保护方法包括：

控制所述整流电路将交流信号整流为直流信号，以提供所述直流信号给所述电能存储电路；

侦测各所述电容上的跨压；以及

当所述多个电容之任一的跨压大于默认电压时，禁能所述整流电路。

14.根据权利要求13所述的电容短路保护电路的保护方法，其特征在于，所述电容短路保护电路还包括预充电电路，所述电容短路保护电路的保护方法进一步包括：

于所述整流电路提供所述直流信号给所述电能存储电路之前，控制所述预充电电路对所述电能存储电路进行预充电。

15.根据权利要求14所述的电容短路保护电路的保护方法，其特征在于，当所述多个电容之任一的跨压大于所述默认电压时，禁能所述预充电电路。

16.根据权利要求14所述的电容短路保护电路的保护方法，其特征在于，所述预充电电路包括电阻以及继电器，所述继电器与所述电阻并联，所述电阻提供用于对所述电能存储电路进行预充电的预充电路径，当所述多个电容之任一的跨压大于所述默认电压时，控制所述继电器进入导通状态，以旁路所述电阻。

17.根据权利要求13所述的电容短路保护电路的保护方法，其特征在于，所述电能存储电路包括第一电容以及第二电容，所述第一电容与所述第二电容串接于所述整流电路的输出端与接地之间，所述电容短路保护电路的保护方法包括：

依据所述共同接点上的电压以及所述整流电路的输出电压获得所述第一电容与所述第二电容上的跨压。

18.根据权利要求17所述的电容短路保护电路的保护方法，其特征在于，所述共同接点上的电压等于所述第一电容与所述第二电容之其一的跨压，所述第一电容与所述第二电容之另一的跨压等于所述整流电路的输出电压减去所述共同接点上的电压。

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