CN116192106A - 一种直流断路器电路 - Google Patents

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姜程赫
张宏伟
刘增
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Abstract

本申请公开一种直流断路器电路，该直流断路器电路中通过增加电感对应的续流二极管(例如第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管)，可以实现在不设置复杂的吸收支路设计的情况下，也可以消除主开关元件(即第一开关管和第二开关管)在关断时两端产生的电压尖峰，以能够实现使得电路在发生故障时，第一开关管和第二开关管不承受高过压，提高断路器可靠性，从而实现电源侧和负载侧的安全可靠快速分隔开，提高了设备可靠性。

Description

一种直流断路器电路
技术领域
本申请涉及电路技术领域，尤其涉及一种直流断路器电路。
背景技术
近年来，随着分布式电源和储能装置的大规模接入、电力电子技术的快速发展以及直流负荷的增长，直流配电越来越受到关注。直流配电网的保护是直流配电网安全运行的关键问题，目前围绕直流配电网保护开展的主要研究方向之一便是直流配电网的保护设备，即直流断路器。其存在相应的特点和难点：一是直流电路在不存在过零点，电感中储存能量需要释放；二是需要快速将电源侧和负载侧断开，对动作时间要求较高。
目前，低压直流断路器广泛采用的拓扑架构主要包括两条支路:主开关支路和吸收支路。主开关支路中，通常选用IGBT、MOSFET等全控型器件作为主开关元件，同时可以选用反串联的方案实现双向开断。吸收支路中，设计有缓冲电路(电阻电容电路或电阻电容二极管电路)以及尖峰浪涌吸收电路，尖峰浪涌吸收电路采用金属氧化物压敏电阻(MetalOxideVaristor，MOV)作为吸收限压元件，限制主开关路元件在关断时产生的电压尖峰。
上述拓扑主要存在的问题是：故障发生，主开关元件关断，主开关元件两端会产生较大电压尖峰，其远大于输入电压值，虽然尖峰浪涌吸收电路可以将主开关元件两端电压限制在压敏电阻的阈值电压值，但过压情况依然会出现。因此，亟需一种新的直流断路器电路。
发明内容
本申请提供一种直流断路器电路，以能够实现使得电路在发生故障时，开关管不承受高过压，提高断路器可靠性，从而实现电源侧和负载侧的安全可靠快速分隔开。
第一方面，本申请提供了一种直流断路器电路，所述直流断路器电路包括：第一开关管、第二开关管、电感、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、负载和电源；
所述第一开关管的一端分别与所述电源的正极、第一二极管的负极连接；
所述第一开关管的另一端分别与所述电感的一端、所述第三二极管的负极、第一二极管的正极连接；
所述第二开关管的一端分别与所述电感的另一端、所述第四二极管的负极、所述第二二极管的正极连接；
所述第二开关管的另一端分别与所述负载的一端、所述第二二极管的负极连接；
所述第三二极管的正极、所述第四二极管的正极、所述负载的另一端均与所述电源的负极连接。
可选的，所述第一开关管的一端为集电极。
可选的，所述第一开关管的另一端为发射极。
可选的，所述第二开关管的一端为集电极。
可选的，所述第二开关管的另一端为发射极。
可选的，所述直流断路器电路为正常通路状态时，所述第一开关管为开通状态，所述第二开关管为关断状态。
可选的，所述直流断路器电路为故障工作状态时，所述第一开关管为关断状态，所述第二开关管为关断状态。
由上述技术方案可以看出，本申请提供了一种直流断路器电路，所述直流断路器电路包括：一种直流断路器电路，所述直流断路器电路包括：第一开关管、第二开关管、电感、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、负载和电源；所述第一开关管的一端分别与所述电源的正极、第一二极管的负极连接；所述第一开关管的另一端分别与所述电感的一端、所述第三二极管的负极、第一二极管的正极连接；所述第二开关管的一端分别与所述电感的另一端、所述第四二极管的负极、所述第二二极管的正极连接；所述第二开关管的另一端分别与所述负载的一端、所述第二二极管的负极连接；所述第三二极管的正极、所述第四二极管的正极、所述负载的另一端均与所述电源的负极连接。可见，本实施例中通过增加电感对应的续流二极管(例如第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管)，可以实现在不设置复杂的吸收支路设计的情况下，也可以消除主开关元件(即第一开关管和第二开关管)在关断时两端产生的电压尖峰，以能够实现使得电路在发生故障时，第一开关管和第二开关管不承受高过压，提高断路器可靠性，从而实现电源侧和负载侧的安全可靠快速分隔开，提高了设备可靠性。
上述的非惯用的优选方式所具有的进一步效果将在下文中结合具体实施方式加以说明。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有的技术方案，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，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请一种直流断路器电路为正常通路状态时的电路结构示意图；
图2为本申请一种直流断路器电路为故障工作状态时的电路结构示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例及相应的附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
下面结合附图，详细说明本申请的各种非限制性实施方式。
参见图1，示出了本申请实施例中的一种直流断路器电路，所述直流断路器电路包括：第一开关管V1、第二开关管V2、电感L、第一二极管VD1、第二二极管VD2、第三二极管VD3、第四二极管VD4、负载和电源。可以理解的是，本申请实施例所提供的直流断路器电路可以为低压双向固态式直流断路器电路。需要说明的是的，负载可以为电阻。
所述第一开关管V1的一端分别与所述电源的正极、第一二极管VD1的负极连接。可以理解的是，所述第一开关管V1的一端与第一二极管VD1的负极均与所述电源的正极相连接。
所述第一开关管V1的另一端分别与所述电感L的一端、所述第三二极管VD3的负极、第一二极管VD1的正极连接。例如，第一开关管V1的发射极或源极、电感L、第一二极管VD1的正极、第三二极管VD3的负极均与节点A相连。
所述第二开关管V2的一端分别与所述电感L的另一端、所述第四二极管VD4的负极、所述第二二极管VD2的正极连接。可以理解的是，第二开关管V2的发射极或源极、电感L、第二二极管VD2的正极、第四二极管VD4的负极均与节点B相连。
所述第二开关管V2的另一端分别与所述负载的一端、所述第二二极管VD2的负极连接。
所述第三二极管VD3的正极、所述第四二极管VD4的正极、所述负载的另一端均与所述电源的负极连接。例如，电源的负极、第三二极管VD3的正极、第四二极管VD4的正极、所述负载的另一端均与节点C相连。
在一种实现方式中，所述第一开关管V1的一端为集电极，所述第一开关管V1的另一端为发射极；所述第二开关管V2的一端为集电极，所述第二开关管V2的另一端为发射极。
需要说明的是，如图1所示，所述直流断路器电路为正常通路状态时，所述第一开关管V1为开通状态，所述第二开关管V2为关断状态。
需要说明的是，如图2所示，所述直流断路器电路为故障工作状态时，所述第一开关管V1为关断状态，所述第二开关管V2为关断状态。
可以理解的是，如图1所示，第一开关管V1的发射极或源极分别与电感L、第一二极管VD1的正极和第三二极管VD3的负极相连，此连接点为节点A；也就是说，第一开关管V1的发射极或源极、电感L、第一二极管VD1的正极、第三二极管VD3的负极均与节点A相连。
如图1所示，第二开关管V2的发射极或源极与电感L、第二二极管VD2的正极和第四二极管VD4的负极相连，此连接点为节点B；第三二极管VD3的正极和第四二极管VD4的正极相连，此连接点为节点C。可以理解的是，第二开关管V2的发射极或源极、电感L、第二二极管VD2的正极、第四二极管VD4的负极均与节点B相连；第三二极管VD3的正极、第四二极管VD4的正极均与节点C相连。
由于本申请实施例所提供的直流断路器电路中的结构完全对称，本申请实施例所提供的直流断路器电路可应用于双向工作状态下，即正向工作状态下，第一开关管V1的集电极为正输入，第二二极管VD2的负极为正输出，拓扑共负极，节点C为负输入和负输出；反向工作状态下，第二开关管V2的集电极为正输入，第一二极管VD1的负极为正输出，拓扑共负极，节点C为负输入和负输出。
本申请实施例所提供的直流断路器电路的工作过程如下：
由于本申请实施例所提供的直流断路器电路可应用于双向工作状态下且对称，即正向工作状态与反向工作状态对称，以下介绍以正向工作状态为例，正向工作状态分为正常通路状态和故障发生断路器工作状态(即故障工作状态)。
所述直流断路器电路为正常通路状态下，直流断路器电路如图1所示，第一开关管V1为开通状态(即第一开关管V1导通)，此时，第一开关管V1作为主开关元件；第二开关管V2关断，电流通过第二二极管VD2续流，流经电源和负载，形成回路。所述直流断路器电路为故障工作状态下，直流断路器电路如图2所示，故障发生，电流快速上升，电感L限制电流上升率，当电流达到设定电流保护值，第一开关管V1关断，由于续流二极管(即第一二极管VD1)的存在，第一开关管V1两端不会产生电压尖峰，电感L的电流将通过第二二极管VD2、故障处和第三二极管VD3进行续流，由于电路寄生电阻(即负载)的存在，电感电流将快速减小至0，从而达到将电源侧和负载侧分隔开的目的。
由上述技术方案可以看出，本申请提供了一种直流断路器电路，所述直流断路器电路包括：第一开关管、第二开关管、电感、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、负载和电源；所述第一开关管的一端分别与所述电源的正极、第一二极管的负极连接；所述第一开关管的另一端分别与所述电感的一端、所述第三二极管的负极、第一二极管的正极连接；所述第二开关管的一端分别与所述电感的另一端、所述第四二极管的负极、所述第二二极管的正极连接；所述第二开关管的另一端分别与所述负载的一端、所述第二二极管的负极连接；所述第三二极管的正极、所述第四二极管的正极、所述负载的另一端均与所述电源的负极连接。可见，本实施例中通过增加电感对应的续流二极管(例如第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管)，可以实现在不设置复杂的吸收支路设计的情况下，也可以消除主开关元件(即第一开关管和第二开关管)在关断时两端产生的电压尖峰，以能够实现使得电路在发生故障时，第一开关管和第二开关管不承受高过压，提高断路器可靠性，从而实现电源侧和负载侧的安全可靠快速分隔开，提高了设备可靠性。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。以上所描述的设备及系统实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所述，仅为本较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种直流断路器电路，其特征在于，所述直流断路器电路包括：第一开关管、第二开关管、电感、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、负载和电源；
所述第一开关管的一端分别与所述电源的正极、第一二极管的负极连接；
所述第一开关管的另一端分别与所述电感的一端、所述第三二极管的负极、第一二极管的正极连接；
所述第二开关管的一端分别与所述电感的另一端、所述第四二极管的负极、所述第二二极管的正极连接；
所述第二开关管的另一端分别与所述负载的一端、所述第二二极管的负极连接；
所述第三二极管的正极、所述第四二极管的正极、所述负载的另一端均与所述电源的负极连接。
2.根据权利要求1所述的直流断路器电路，其特征在于，所述第一开关管的一端为集电极。
3.根据权利要求2所述的直流断路器电路，其特征在于，所述第一开关管的另一端为发射极。
4.根据权利要求2所述的直流断路器电路，其特征在于，所述第二开关管的一端为集电极。
5.根据权利要求4所述的直流断路器电路，其特征在于，所述第二开关管的另一端为发射极。
6.根据权利要求1-5中任一所述的直流断路器电路，其特征在于，所述直流断路器电路为正常通路状态时，所述第一开关管为开通状态，所述第二开关管为关断状态。
7.根据权利要求1-5中任一所述的直流断路器电路，其特征在于，所述直流断路器电路为故障工作状态时，所述第一开关管为关断状态，所述第二开关管为关断状态。
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