CN206498188U - 级联式直流母线电容的故障保护电路 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种级联式直流母线电容的故障保护电路。本公开级联式直流母线电容的故障保护电路包括：母线电容模组电路、均压电阻模组电路及电容故障保护电路；母线电容模组电路包括n路电容支路，每一路电容支路上包括m个电容，均压电阻模组电路包括n路电阻支路，每一路电阻支路上包括m个电阻；其中，n‑1路的其中一路电阻支路上设置有m‑1个第一电压采样点，第n路电阻支路上设置有m‑1个第二电压采样点，第一电压采样点和第二电压采样点均连接于一路电容故障保护电路。本公开每一路电容故障保护电路均可用于控制输入母线电容模组电路的直流电源的通断，这样可以对级联式直流母线电容电路加以保护，避免出现电容过压甚至炸毁的情况。
Description
技术领域
本公开涉及电容的故障保护电路，具体涉及一种级联式直流母线电容的故障保护电路。
背景技术
铝电解电容是工业上常用的一种高压直流储能器件，其经济性在市场上已经得到广泛的验证和应用。其中对于储能容量要求大、储能直流电压高的场合，通常采用级联的电容模组来实现更高电压、更大容量的储能，考虑到电容本体的批次性差异以及工艺制造所导致的器件参数差异，使得电容的级联无法做到所有电容完全均压，目前工业行业通用的方法就是在每一个电容上并联一个电阻，从而协助级联电容模组实现电容均压。
但是，上述电路在产品应用和安规认证时有极大的风险，主要表现在当某一路串联的其中一个电容的桥壁发生短路故障时，正负母线P和N之间的全部电压会瞬时冲击到未发生短路的电容上，导致该电容过压甚至炸毁，这样会给产品造成不可恢复性的损坏，产生成本的损失及加大维护费用，并且存在安全隐患，可能会出现高压易燃电解液、腐蚀性液体及高压电击伤人的情况。
实用新型内容
本公开的目的是提供一种级联式直流母线电容的故障保护电路，可以对级联式直流母线电容电路加以保护，避免出现电容过压甚至炸毁的情况。
为了实现上述目的，本公开提供一种级联式直流母线电容的故障保护电路，包括：母线电容模组电路、均压电阻模组电路及电容故障保护电路，所述电容故障保护电路用于控制输入所述母线电容模组电路的直流电源的通断，当所述母线电容模组电路发生故障时切断所述直流电源；
连接于正负母线之间的所述母线电容模组电路包括n路电容支路，每一路所述电容支路上包括m个电容，连接于所述正负母线之间的所述均压电阻模组电路包括n路电阻支路，每一路所述电阻支路上包括m个电阻，n和m均为大于1的自然数；
其中，有n-1路的所述电阻支路上的所述m个电阻与n路的所述电容支路上的所述m个电容分别并联；
所述n-1路的其中一路所述电阻支路上设置有m-1个第一电压采样点，第n路所述电阻支路上设置有m-1个第二电压采样点，所述m-1个第一电压采样点与所述m-1个第二电压采样点分别组成m-1组压差采样点组，每一组所述压差采样点组中的所述第一电压采样点和所述第二电压采样点均连接于一路所述电容故障保护电路。
可选的，每一组所述m-1组压差采样点组的中所述第一电压采样点与所述第二电压采样点之间设置有调节电阻，所述调节电阻用于减小所述第一电压采样点与所述第二电压采样点之间的电压差。
可选的，当所述m-1组压差采样点组中的至少一组中的所述第一电压采样点与所述第二电压采样点之间的电压差大于预设阈值时，所述电容故障保护电路用于发出控制信号以切断输入所述母线电容模组电路的直流电源。
可选的，所述电容故障保护电路包括整流电路、光耦隔离电路以及信号控制电路；
其中，所述整流电路用于调整所述预设阈值的大小；所述光耦隔离电路用于控制所述整流电路与所述信号控制电路的隔离；所述信号控制电路用于输出控制所述输入所述母线电容模组电路的直流电源通断的所述控制信号。
可选的，m值为2，所述每一路所述电容支路上包括2个所述电容，所述每一路所述电阻支路上包括2个所述电阻；所述第一电压采样点设置于所述n-1路的其中一路所述电阻支路上的2个所述电阻之间，所述第二电压采样点设置于所述第n路所述电阻支路上的2个所述电阻之间。
可选的，所述第一电压采样点和所述第二电压采样点均连接于一路所述电容故障保护电路。
可选的，所述第一电压采样点与所述第二电压采样点之间设置有调节电阻。
通过上述技术方案，电容故障保护电路可用于控制输入母线电容模组电路的直流电源的通断，当与电容故障保护电路连接的第一电压采样点与第二电压采样点之间的电压差大于预设阈值时，表示同一电容支路上的电容可能发生了短路的情况，此时该电容故障保护电路发出控制信号以切断输入母线电容模组电路的直流电源。这样可以对级联式直流母线电容电路加以保护，避免出现上述电容过压甚至炸毁的情况。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1是根据一示例性实施例示出的一种级联式直流母线电容电路的框图。
图2是根据一示例性实施例示出的一种级联式直流母线电容的故障保护电路的框图。
图3是根据一示例性实施例示出的一种级联式直流母线电容的故障保护电路的框图。
图4是根据一示例性实施例示出的一种级联式直流母线电容的故障保护电路中的电容故障保护电路的框图。
图5是根据一示例性实施例示出的一种级联式直流母线电容的故障保护电路的框图。
图6是根据一示例性实施例示出的一种级联式直流母线电容的故障保护电路的框图。
具体实施方式
以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
图1是根据一示例性实施例示出的一种级联式直流母线电容电路的框图。参照图1，该级联式直流母线电容电路的框图包括：母线电容模组电路和均压电阻模组电路；连接于正负母线P和N之间的母线电容模组电路包括n路电容支路，每一路电容支路上包括2个电容，连接于正负母线P和N之间的均压电阻模组电路包括n路电阻支路，每一路电阻支路上包括2个电阻；其中，n路的电阻支路上的电阻R11……R1n与n路的电容支路上的电容C11……C1n并联，K1是并联的上桥模拟故障开关，电阻R21……R2n与n路的电容支路上的电容C21……C2n并联，K2是并联的下桥模拟故障开关。
这种电路在产品应用和安规认证时有极大的风险，主要表现在当某一路串联的其中一个电容的桥壁发生短路故障时，正负母线P和N之间的全部电压(即直流电源的电压)会瞬时冲击到未发生短路的电容上，导致该电容过压甚至炸毁。例如，将上桥模拟故障开关K1合闸，模拟上桥电容C11……C1n短路，正负母线P和N之间的全部电压会瞬时冲击到下桥电容C21……C2n，导致电容C21……C2n过压甚至炸毁。这样会给产品造成不可恢复性的损坏，产生成本的损失及加大维护费用，并且存在安全隐患，可能会出现高压易燃电解液、腐蚀性液体及高压电击伤人的情况。
图2是根据一示例性实施例示出的一种级联式直流母线电容的故障保护电路的框图。参照图2，该级联式直流母线电容的故障保护电路包括：母线电容模组电路、均压电阻模组电路及电容故障保护电路，该电容故障保护电路用于控制输入母线电容模组电路的直流电源的通断，当母线电容模组电路发生故障时切断直流电源；连接于正负母线P和N之间的母线电容模组电路包括n路电容支路，每一路电容支路上包括m个电容，即共包括电容C11……C1n，C21……C2n，……，Cm1……Cmn，连接于正负母线P和N之间的均压电阻模组电路包括n路电阻支路，每一路电阻支路上包括m个电阻，即共包括电阻R11……R1n，R21……R2n，……，Rm1……Rmn，n和m均为大于1的自然数；其中，有n-1路的电阻支路上的m个电阻与n路的电容支路上的m个电容分别并联，即电容C11……C1n与电阻R11……R1(n-1)并联，电容C21……C2n与电阻R21……R2(n-1)并联，……，电容Cm1……Cmn与电阻Rm1……Rm(n-1)并联；n-1路的其中一路电阻支路上设置有m-1个第一电压采样点A1……Am-1，第n路电阻支路上设置有m-1个第二电压采样点B1……Bm-1，m-1个第一电压采样点A1……Am-1与m-1个第二电压采样点B1……Bm-1分别组成m-1组压差采样点组，即压差采样点组(A1，B1)……(Am-1，Bm-1)，每一组压差采样点组中的第一电压采样点和所述第二电压采样点均连接于一路电容故障保护电路，即第一电压采样点A1和第二电压采样点B1均连接于第一路电容故障保护电路，……，第一电压采样点Am-1和第二电压采样点Bm-1均连接于第m-1路电容故障保护电路。
本实施例中，每一路电容故障保护电路均可用于控制输入母线电容模组电路的直流电源的通断，当与电容故障保护电路连接的第一电压采样点与第二电压采样点之间的电压差大于预设阈值时，表示同一电容支路上的电容可能发生了短路的情况，此时该电容故障保护电路发出控制信号以切断输入母线电容模组电路的直流电源。这样可以对级联式直流母线电容电路加以保护，避免出现上述电容过压甚至炸毁的情况。
图3是根据一示例性实施例示出的一种级联式直流母线电容的故障保护电路的框图。参照图3，在图2所示的框图基础上，本实施例中的故障保护电路还可以在每一组压差采样点组的中的第一电压采样点与第二电压采样点之间设置有调节电阻，该调节电阻用于减小第一电压采样点与第二电压采样点之间的电压差，即第一电压采样点A1和第二电压采样点B1之间设置有调节电阻RA1B1，……，第一电压采样点Am-1和第二电压采样点Bm-1之间设置有调节电阻RAm-1Bm-1。
本实施例中，考虑到均压电阻本体的批次性差异以及工艺制造所导致的器件参数差异，可能会导致第一电压采样点和第二电压采样点之间产生较大的电压差，通过设置调节电阻，可以减小这一电压差，尽可能避免电阻本身差异所导致的电压误差。
图4是根据一示例性实施例示出的一种级联式直流母线电容的故障保护电路中的电容故障保护电路的框图。参照图4，该电容故障保护电路包括整流电路、光耦隔离电路以及信号控制电路；其中，整流电路用于调整预设阈值的大小；光耦隔离电路用于控制整流电路与信号控制电路的隔离；信号控制电路用于输出控制输入母线电容模组电路的直流电源通断的控制信号。
本实施例中，第一电压采样点和第二电压采样点的电压均输入整流电路中，当这两个电压采样点之间的电压差大于预设值时，光耦隔离电路导通，此时信号控制电路会产生控制信号，该控制信号可以控制切断输入母线电容模组电路的直流电源。
图5是根据一示例性实施例示出的一种级联式直流母线电容的故障保护电路的框图。参照图5，本实施例中m为2，N路电容支路的每一路电容支路上包括2个电容，即电容C11……C1n，C21……C2n，N路电压支路的每一路电阻支路上包括2个电阻，即电阻R11……R1n，R21……R2n；第一电压采样点A设置于n-1路的其中一路电阻支路上的2个电阻R1(n-1)和R2(n-1)之间，第二电压采样点B设置于第n路电阻支路上的2个电阻R1n和R2n之间。第一电压采样点A和第二电压采样点B均连接于一路电容故障保护电路中的整流电路上。
图6是根据一示例性实施例示出的一种级联式直流母线电容的故障保护电路的框图。参照图6，在图5所示框图基础上，本实施例中的故障保护电路还可以在第一电压采样点A和第二电压采样点B之间设置有调节电阻RAB。
以图5和图6为例，考虑到所有均压电阻的阻值存在精度误差，以误差5％为例，第一电压采样点A和第二电压采样点B之间会存在电压差，假设正负母线P和N之间的电压VPN＝830V，电阻R11＝R21＝……R1(n-1)＝R2(n-1)＝100k，n＝8。
VA-VB＝435.8V-394.3V＝41.5V
其中，VA表示第一电压采样点A的电压值，VB表示第二电压采样点B的电压值。
预设阈值Vtrip＝18V+1.2V+2*0.7V＝20.6V，原本第一电压采样点A和第二电压采样点B之间的电压差大于该预设阈值，按照故障保护电路的原理会切断直流电源，但由于增加了调节电阻RAB，该调节电阻可以减小第一电压采样点与第二电压采样点之间的电压差，例如RAB＝20k，第一电压采样点A和第二电压采样点B之间的电压差降为11.59V，该差值小于预设阈值，此时故障保护电路就不会切断直流电源误动作，级联式直流母线电容电路也会依然正常工作。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。
Claims (7)
1.一种级联式直流母线电容的故障保护电路，其特征在于，包括：母线电容模组电路、均压电阻模组电路及电容故障保护电路，所述电容故障保护电路用于控制输入所述母线电容模组电路的直流电源的通断，当所述母线电容模组电路发生故障时切断所述直流电源；
连接于正负母线之间的所述母线电容模组电路包括n路电容支路，每一路所述电容支路上包括m个电容，连接于所述正负母线之间的所述均压电阻模组电路包括n路电阻支路，每一路所述电阻支路上包括m个电阻，n和m均为大于1的自然数；
其中，有n-1路的所述电阻支路上的所述m个电阻与n路的所述电容支路上的所述m个电容分别并联；
所述n-1路的其中一路所述电阻支路上设置有m-1个第一电压采样点，第n路所述电阻支路上设置有m-1个第二电压采样点，所述m-1个第一电压采样点与所述m-1个第二电压采样点分别组成m-1组压差采样点组，每一组所述压差采样点组中的所述第一电压采样点和所述第二电压采样点均连接于一路所述电容故障保护电路。
2.根据权利要求1所述的故障保护电路，其特征在于，每一组所述m-1组压差采样点组的中所述第一电压采样点与所述第二电压采样点之间设置有调节电阻，所述调节电阻用于减小所述第一电压采样点与所述第二电压采样点之间的电压差。
3.根据权利要求1或2所述的故障保护电路，其特征在于，当所述m-1组压差采样点组中的至少一组中的所述第一电压采样点与所述第二电压采样点之间的电压差大于预设阈值时，所述电容故障保护电路用于发出控制信号以切断输入所述母线电容模组电路的直流电源。
4.根据权利要求3所述的故障保护电路，其特征在于，所述电容故障保护电路包括整流电路、光耦隔离电路以及信号控制电路；
其中，所述整流电路用于调整所述预设阈值的大小；所述光耦隔离电路用于控制所述整流电路与所述信号控制电路的隔离；所述信号控制电路用于输出控制所述输入所述母线电容模组电路的直流电源通断的所述控制信号。
5.根据权利要求1所述的故障保护电路，其特征在于，m值为2，所述每一路所述电容支路上包括2个所述电容，所述每一路所述电阻支路上包括2个所述电阻；所述第一电压采样点设置于所述n-1路的其中一路所述电阻支路上的2个所述电阻之间，所述第二电压采样点设置于所述第n路所述电阻支路上的2个所述电阻之间。
6.根据权利要求5所述的故障保护电路，其特征在于，所述第一电压采样点和所述第二电压采样点均连接于一路所述电容故障保护电路。
7.根据权利要求5或6所述的故障保护电路，其特征在于，所述第一电压采样点与所述第二电压采样点之间设置有调节电阻。
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