CN204597145U

CN204597145U - 直流分断熄弧电路、连接器和直流供电系统

Info

Publication number: CN204597145U
Application number: CN201520326205.9U
Authority: CN
Inventors: 田新宝; 张建利; 王雪倩
Original assignee: TD Tech Ltd
Current assignee: TD Tech Ltd; TD Tech Chengdu Co Ltd
Priority date: 2015-05-20
Filing date: 2015-05-20
Publication date: 2015-08-26
Anticipated expiration: 2025-05-20

Abstract

本实用新型提供一种直流分断熄弧电路、连接器和直流供电系统。本实用新型直流分断熄弧电路，包括：相互串联的第一电阻和二极管，所述第一电阻的一端和所述二极管的第一端子在第一连接点处连接；开关管，所述开关管的第一端子连接在所述第一连接点处；相互串联的电容和第二电阻，所述电容的一端和所述开关管的第二端子在第二连接点处连接，所述电容的另一端和所述第二电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端和所述开关管的第三端子在第三连接点处连接。本实用新型从根本上消除直流用电设备带电插拔导致的拉弧现象，而且电路结构简单，体积小，成本较低。

Description

直流分断熄弧电路、连接器和直流供电系统

技术领域

本实用新型涉及电子技术领域，尤其涉及一种直流分断熄弧电路、连接器和直流供电系统。

背景技术

随着信息技术的飞速发展，移动式储能设备在人们的生产和生活中得到了普遍应用。然而现场使用过程中，由于情况紧急或现场的不可控性，导致用电设备和储能设备常常在不断电的条件下直接插拔电源连接器，电源连接器触点之间会发生拉弧，拉弧的过程中伴有高温和打火甚至烧坏触点，严重影响设备的使用寿命。

现有技术中采用以下方法进行熄弧：一种是利用结构改变熄弧，具体是利用隔板将开关设备分割为多个空间以减少电弧的产生。常见的有带有熄弧栅的熄弧装置、磁吹熄弧等。这类熄弧装置的缺点是体积大，结构复杂；另一种是改善触头材料，提高触点的熔点，降低触点在拉弧条件下的损坏程度，此方法成本高，应用较少；还有一种是采用直流断路器，是将熄弧室和触点以及机械开关集成在一体的装置，其熄弧的根本原理也是通过结构的改变进行熄弧。但是直流断路器成本高、体积大、脱扣后需要手动恢复，不适用于移动式储能设备快速插拔条件。

因此现有的直流熄弧装置，原理上都是产生直流拉弧之后再对其进行快速处理，减小直流拉弧造成的损害，无法直接避免拉弧现象的产生。

实用新型内容

本实用新型提供一种直流分断熄弧电路、连接器和直流供电系统，以克服现有技术中无法直接避免拉弧现象的问题。

第一方面，本实用新型提供一种直流分断熄弧电路，包括：

相互串联的第一电阻和二极管，所述第一电阻的一端和所述二极管的第一端子在第一连接点处连接；

开关管，所述开关管的第一端子连接在所述第一连接点处；

相互串联的电容和第二电阻，所述电容的一端和所述开关管的第二端子在第二连接点处连接，所述电容的另一端和所述第二电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端和所述开关管的第三端子在第三连接点处连接。

可选地，所述二极管为稳压二极管；所述二极管的第一端子为负极；所述二极管的第二端子为正极；

所述开关管的第一端子为栅极；所述开关管的第二端子为源极；所述开关管的第三端子为漏极。

第二方面，本实用新型提供一种连接器，包括：

第一接触部、第二接触部，以及如第一方面所述的直流分断熄弧电路；

其中，所述第一接触部包括：第一导电端子、第二导电端子和第三导电端子；所述第二导电端子和所述第三导电端子电连接；

所述第二接触部包括：第四导电端子、第五导电端子和第六导电端子；所述第五导电端子的长度小于所述第六导电端子的长度；

所述第一导电端子和所述第四导电端子对应设置，所述第二导电端子和所述第五导电端子对应设置，所述第三导电端子和所述第六导电端子对应设置；

所述第一电阻的另一端和所述第四导电端子连接；所述二极管的第二端子和所述第五导电端子连接；所述第六导电端子连接在所述第二连接点处。

第三方面，本实用新型提供一种连接器，包括：

第一接触部、第二接触部，以及如权利要求1或2所述的直流分断熄弧电路；

所述第一电阻的另一端和所述第五导电端子连接；所述二极管的第二端子和所述第四导电端子在所述第二连接点处连接。

第四方面，本实用新型提供一种连接器，包括：

其中，所述第一接触部包括：第一导电端子、第二导电端子和第三导电端子；

所述第二接触部包括：第四导电端子、第五导电端子和第六导电端子；所述第五导电端子的长度小于所述第六导电端子的长度；所述第四导电端子和所述第五导电端子电连接；

所述第一电阻的另一端和所述第二导电端子连接；所述二极管的第二端子连接在所述第二连接点处；所述第三导电端子连接在所述第三连接点处。

第五方面，本实用新型提供一种连接器，包括：

所述第二接触部包括：第四导电端子、第五导电端子和第六导电端子；所述第五导电端子的长度小于所述第六导电端子的长度；所述第五导电端子和所述第六导电端子电连接；

所述第一电阻的另一端和所述第二导电端子连接；所述二极管的第二端子连接在所述第二连接点处；所述第一导电端子连接在所述第三连接点处。

第六方面，本实用新型提供一种直流供电系统，包括：

供电设备、如第二方面所述的连接器和用电设备；

其中，所述供电设备的电压输出的正极和所述连接器的第一导电端子连接；所述供电设备的电压输出的负极和所述连接器的第三导电端子连接；

所述用电设备的负载的正极和所述第四导电端子连接；所述用电设备的负载的负极连接在所述第三连接点处。

第七方面，本实用新型提供一种直流供电系统，包括：

供电设备、如第三方面所述的连接器和用电设备；

所述用电设备的负载的正极连接在所述第三连接点处；所述用电设备的负载的负极和所述第四导电端子连接。

第八方面，本实用新型提供一种直流供电系统，包括：

供电设备、如第四方面所述的连接器和用电设备；

其中，所述用电设备的负载的正极和所述连接器的第四导电端子连接；所述供电设备的负载的负极和所述连接器的第六导电端子连接；

所述供电设备的电压输出的正极和所述第一导电端子连接；所述供电设备的电压输出的负极连接在所述第二连接点处。

第九方面，本实用新型提供一种直流供电系统，包括：

供电设备、如第五方面所述的连接器和用电设备；

所述供电设备的电压输出的正极连接在所述第二连接点处；所述供电设备的电压输出的负极和所述第三导电端子连接。

可选地，所述连接器的第二接触部和所述直流分断熄弧电路集成在所述用电设备中。

可选地，所述连接器的第二接触部和所述直流分断熄弧电路集成在所述供电设备中。

本实用新型直流分断熄弧电路、连接器和直流供电系统。直流分断熄弧电路，包括：相互串联的第一电阻和二极管，所述第一电阻的一端和所述二极管的第一端子在第一连接点处连接；开关管，所述开关管的第一端子连接在所述第一连接点处；相互串联的电容和第二电阻，所述电容的一端和所述开关管的第二端子在第二连接点处连接，所述电容的另一端和所述第二电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端和所述开关管的第三端子在第三连接点处连接。在连接器插拔的时候，触点之间不存在电压和电流，触点之间连接牢固后再闭合开关管，从而消除触点之间的带电分离过程，从根本上消除直流用电设备带电插拔导致的拉弧现象，而且电路结构简单，体积小，成本较低。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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为本实用新型实施例的直流分断熄弧电路结构示意图；

图2为本实用新型实施例的连接器结构示意图一；

图3为本实用新型实施例的直流供电系统结构示意图一

图4为本实用新型实施例的连接器结构示意图二；

图5为本实用新型实施例的直流供电系统结构示意图二；

图6为本实用新型实施例的连接器结构示意图三；

图7为本实用新型实施例的直流供电系统结构示意图三；

图8为本实用新型实施例的连接器结构示意图四；

图9为本实用新型实施例的直流供电系统结构示意图四。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1为本实用新型实施例的直流分断熄弧电路结构示意图，如图1所示，本实施例的直流分断熄弧电路，包括：

相互串联的第一电阻R1和二极管D1，所述第一电阻R1的一端和所述二极管D1的第一端子在第一连接点处连接；

开关管Q1，所述开关管Q1的第一端子连接在所述第一连接点处；

相互串联的电容C2和第二电阻R2，所述电容C2的一端和所述开关管Q1的第二端子在第二连接点处连接，所述电容C2的另一端和所述第二电阻R2的一端连接，所述第二电阻R2的另一端和所述开关管Q1的第三端子在第三连接点处连接。

图2为本实用新型实施例的连接器结构示意图一，图3为本实用新型实施例的直流供电系统结构示意图一。如图2所示，本实施例的连接器，包括：

第一接触部A、第二接触部B，以及如图1所示实施例的直流分断熄弧电路；

其中，所述第一接触部A包括：第一导电端子、第二导电端子和第三导电端子；所述第二导电端子和所述第三导电端子电连接；

所述第二接触部B包括：第四导电端子、第五导电端子和第六导电端子；所述第五导电端子的长度小于所述第六导电端子的长度；

所述第一电阻R1的另一端和所述第四导电端子连接；所述二极管D1的第二端子和所述第五导电端子连接；所述第六导电端子连接在所述第二连接点处。

如图3所示，本实施例的直流供电系统，包括：

供电设备、如图2所示的连接器和用电设备；

具体来说，图2中连接器的第一接触部A和第二接触部B均有两个金属触点，图2、图3中第二接触部B的触点B2在出线端有折弯，但是实际设计中也可以是直的，本发明对此并不限定。本实用新型中在保持第一接触部A和第二接触部B已有触点对应关系不变的前提下增加一对触点(即增加第二导电端子和第五导电端子)，并采用长短针设计实现连接器上下电顺序，即如图2中所示，第五导电端子的长度小于第四导电端子和第六导电端子的长度。如图2所示，连接器的第一接触部A中增加触点A3，触点A3在连接器内部或者外部与触点A2电气连接在一起；连接器的第二接触部B增加触点B3，触点B3为短针设计。

图3中连接器的第一接触部A左侧(含第一接触部A)电路为直流供电系统，如图2、图3所示，A1、A2、A3为第一接触部A的三个输出触点。

图3中连接器的第二接触部B右侧(包含第二接触部B)为直流用电设备，其中B1、B2和B3为第二接触部B的三个金属触点，第一电阻R1、二极管D1和开关管Q1组成直流分断熄弧电路的软开关电路部分，该电路部分实现直流供电软导通和软切断。第二电阻R2和电容C2组成RC吸收网络，吸收开关管Q1关断时刻源极和漏极之间形成的冲击电压，从而保护开关管Q1防止冲击电压损伤。

本实用新型中开关管为MOS管。

用电设备上电过程原理如下：

用电设备上电时，连接器的第一接触部A和第二接触部B实现对插，在对插开始阶段，触点A1和触点B1接触，触点A2和触点B2接触，外部供电系统直流电压成功施加到用电设备输入端，此时，由于触点B3为短针设计，触点B3和触点A3尚未接触，开关管Q1不能导通，整个供电系统回路不通，用电设备不能正常上电工作。当第一接触部A与第二接触部B继续对插过程中，触点A3和触点B3接触实现对插，此时触点A1与触点B1接触良好，触点A2与触点B2接触良好，由于触点A3与触点A2电气连接，从而将触点B2和触点B3短路，外部直流供电系统电压成功施加到用电设备输入端并在第一电阻R1和二极管D1上形成回路，二极管D1上的电压驱动开关管Q1导通，用电设备上电成功。由于开关管Q1导通时刻，第一接触部A和第二接触部B的主功率回路触点已经接触良好，故上电过程中连接器触点之间不会出现打火和拉弧现象。

用电设备断电即连接器的第一接触部A和第二接触部B分离过程原理如下：

当连接器的第一接触部A和第二接触部B分离时，触点A3和触点B3先断开，此时触点A1和触点B1，触点A2和触点B2连接良好，由于触点A3与触点B3断开，外部供电系统的直流供电在第一电阻R1和二极管D1上的回路断开，二极管D1两端电压为0，从而导致开关管Q1断开。开关管Q1断开时刻由于主功率回路触点连接良好，不会出现拉弧。由于引线电感的存在，开关管Q1断开时刻在开关管Q1两端形成冲击电压，第二电阻R2和电容C2组成的吸收电路对冲击电压进行吸收，避免开关管Q1受冲击电压损坏。继续分离第一接触部A和第二接触部B，当触点A1和触点B1、触点A2和触点B2断开时，由于开关管Q1已经关断，主功率回路电流为0，所以触点断开时不会形成打火和拉弧。

本实用新型设计的根本思路是将连接器插拔过程中的机械触点的通断转换为开关管的通断，在实际应用中，要求对插过程中连接器的触点接触要在开关管导通之前，断开过程中连接器的触点断开要在开关管断开之后。开关管作为开关器件本身也具有一定的导通和关断时间，而连接器的插拔时间由实际操作人员的决定，不同的操作人员插拔快慢不同，所以连接器的插拔时间的不固定性和开关管导通和关断的时间共同决定着本实用新型的功能实现。

假设连接器的金属触点(图2中的触点B3)接触距离(相比触点B2缩短的距离)为10毫米(mm)，插拔速度为10米每秒(m/s)，则从关断信号给出到连触点脱离的时间近似为：10/10＝1毫秒(ms)。

而开关管工作饱和区的导通时间约为几十纳秒(ns)，关断时间约为几百ns。由此可见，开关管的关断时间远远小于连接器脱离时间，可以满足设计要求。

如果连接器的金属触点的接触距离为1mm，插拔速度为100m/s，则连接器脱离时间约为10微秒(us)，这个时间仍然远远大于开关管的关断时间。

综上，设计过程中，只要保证开关管接收到触发电平后快速进入饱和区，设计即可满足功能需求。开关管进入保护区的时间由栅极驱动信号决定，通过合理的设计驱动电压来保证开关管的启动和关断时间，从而实现设计功能。

本实施例中，所述连接器的第二接触部和所述直流分断熄弧电路集成在所述用电设备中，也可以设置在用电设备外。

本实用新型实施例中，连接器的外形和触点可以实现多样化，外形结构可以根据实际情况随意更改，触点可以采用弹片式触点，也可以采用插针式触点等。

图2、图3中的开关管是N-mos的MOS管。

相比现有的直流熄弧装置，由于现有的直流熄弧装置原理上都是产生直流拉弧之后再对其进行快速处理，减小直流拉弧造成的损害，不能从拉弧产生的根本原因上解决问题，而本实用新型实施例中的直流分断熄弧电路，电路简单，体积小，成本低。可实现连接器插拔时的硬切换向软切换转换，在连接器插拔的时候，触点之间不存在电压和电流，触点之间连接牢固后再闭合开关管，从而消除触点之间的带电分离过程，从根本上消除直流用电设备带电插拔导致的拉弧现象。

图4为本实用新型实施例的连接器结构示意图二，图5为本实用新型实施例的直流供电系统结构示意图二。如图4所示，本实施例的连接器，包括：

第一接触部A、第二接触部B，以及如图1所示的直流分断熄弧电路；

所述第一电阻R1的另一端和所述第五导电端子连接；所述二极管D1的第二端子和所述第四导电端子在所述第二连接点处连接。

如图5所示，本实施例的直流供电系统，包括：

供电设备、如图4所示的连接器和用电设备；

图4、图5中的开关管是P-mos的MOS管。

本实施例中，其实现原理和技术效果与图2、图3所示的实施例类似，此处不再赘述。

图6为本实用新型实施例的连接器结构示意图三，图7为本实用新型实施例的直流供电系统结构示意图三。如图6所示，本实施例的连接器，包括：

其中，所述第一接触部A包括：第一导电端子、第二导电端子和第三导电端子；

所述第二接触部B包括：第四导电端子、第五导电端子和第六导电端子；所述第五导电端子的长度小于所述第六导电端子的长度；所述第四导电端子和所述第五导电端子电连接；

所述第一电阻R1的另一端和所述第二导电端子连接；所述二极管D1的第二端子连接在所述第二连接点处；所述第三导电端子连接在所述第三连接点处。

如图7所示，本实施例的直流供电系统，包括：

供电设备、如图6所示的连接器和用电设备；

本实施例中，所述连接器的第二接触部和所述直流分断熄弧电路集成在所述供电设备中，也可以设置在所述供电设备外。

对于集成到供电设备的情况，不对接连接器时设备输出端口不带电，供电设备不需要再设置输出开关。

图6、图7中的开关管是P-mos的MOS管。

图8为本实用新型实施例的连接器结构示意图四，图9为本实用新型实施例的直流供电系统结构示意图四。如图8所示，本实施例的连接器，包括：

所述第二接触部B包括：第四导电端子、第五导电端子和第六导电端子；所述第五导电端子的长度小于所述第六导电端子的长度；所述第五导电端子和所述第六导电端子电连接；

所述第一电阻R1的另一端和所述第二导电端子连接；所述二极管D1的第二端子连接在所述第二连接点处；所述第一导电端子连接在所述第三连接点处。

如图9所示，本实施例的直流供电系统，包括：

供电设备、如图8所示的连接器和用电设备；

图8、图9中的开关管是P-mos的MOS管。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种直流分断熄弧电路，其特征在于，包括：

开关管，所述开关管的第一端子连接在所述第一连接点处；

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述二极管为稳压二极管；所述二极管的第一端子为负极；所述二极管的第二端子为正极；

3.一种连接器，其特征在于，包括：

4.一种连接器，其特征在于，包括：

5.一种连接器，其特征在于，包括：

6.一种连接器，其特征在于，包括：

7.一种直流供电系统，其特征在于，包括：

供电设备、如权利要求3所述的连接器和用电设备；

8.一种直流供电系统，其特征在于，包括：

供电设备、如权利要求4所述的连接器和用电设备；

9.一种直流供电系统，其特征在于，包括：

供电设备、如权利要求5所述的连接器和用电设备；

10.一种直流供电系统，其特征在于，包括：

供电设备、如权利要求6所述的连接器和用电设备；

11.根据权利要求7或8的系统，其特征在于，所述连接器的第二接触部和所述直流分断熄弧电路集成在所述用电设备中。

12.根据权利要求9或10的系统，其特征在于，所述连接器的第二接触部和所述直流分断熄弧电路集成在所述供电设备中。