CN217406179U - 一种直流并联系统、功率变换器的保护电路 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种直流并联系统、功率变换器的保护电路，该功率变换器的保护电路包括：检测控制装置、吸收电路以及至少一个电子开关；其中，吸收电路设置于功率变换器直流侧的正极与负极之间，且位于电子开关前级；电子开关设置于功率变换器直流侧的正极和/或负极，电子开关的控制端连接至检测控制装置；检测控制装置在功率变换器直流侧出现过流时，输出关断信号；该电子开关在接收到关断信号时关断，也即，本申请能够在检测出功率变换器直流侧出现过流时，触发电子开关关断，及时、可靠、快速地将功率变换器与短路点分开，解决了现有利用断路器、熔丝对功率变换器进行短路保护时，触发短路保护时间过长，容易损坏功率变换器的问题。

Description

一种直流并联系统、功率变换器的保护电路

技术领域

本申请涉及故障保护技术领域，具体涉及一种直流并联系统、功率变换器的保护电路。

背景技术

功率变换器在其连接的其他设备发生短路时，需要将功率变换器快速切离短路电路，以避免电路短路损坏功率变换器。

目前，现有一般利用断路器、熔丝等对功率变换器进行短路保护，但是，该现有方案触发短路保护时间过长，可能导致功率变换器损坏。

实用新型内容

对此，本申请提供一种直流并联系统、功率变换器的保护电路，以解决现有利用断路器、熔丝对功率变换器进行短路保护时，触发短路保护时间过长，容易损坏功率变换器的问题。

为实现上述目的，本申请实施例提供如下技术方案：

本申请第一方面公开了一种功率变换器的保护电路，包括：检测控制装置、吸收电路以及至少一个电子开关；其中：

所述电子开关设置于所述功率变换器直流侧的正极和/或负极，所述电子开关的控制端连接至所述检测控制装置；

所述检测控制装置在所述功率变换器直流侧出现过流时，输出关断信号；所述电子开关接收到所述关断信号时关断；

所述吸收电路设置于所述功率变换器直流侧的正极与负极之间，且位于所述电子开关前级。

可选地，上述的功率变换器的保护电路中，所述检测控制装置包括：驱动电路及电流检测装置；

所述电流检测装置用于检测所述功率变换器直流侧的电流，输出电流检测信号；

所述驱动电路用于在所述电流检测信号大于过流阈值时，输出所述关断信号。

可选地，上述的功率变换器的保护电路中，所述电流检测装置为电流传感器，或者，分流器。

可选地，上述的功率变换器的保护电路中，所述电流检测装置设置于所述功率变换器直流侧的正极或负极。

可选地，上述的功率变换器的保护电路中，所述吸收电路包括：串联连接的至少一个电阻和至少一个电容。

可选地，上述的功率变换器的保护电路中，所述吸收电路还包括：与所述电容和所述电阻串联的至少一个电感，和/或，至少一个二极管。

可选地，上述的功率变换器的保护电路中，所述电阻为压敏电阻，或脉冲电阻，或功率电阻。

可选地，上述的功率变换器的保护电路中，所述电子开关为MOSFET，或者，带有反并联二极管的IGBT。

可选地，上述的功率变换器的保护电路中，所述电子开关的数量为1。

可选地，上述的功率变换器的保护电路中，所述电子开关的数量为大于1，各个所述电子开关之间串并联。

可选地，上述的功率变换器的保护电路中，所述功率变换器为DC/DC变换器，或者，DC/AC变换器。

可选地，上述的功率变换器的保护电路中，所述检测控制装置包括开关电流检测装置，用于检测流经所述电子开关的电流。

可选地，上述的功率变换器的保护电路中，所述检测控制装置还包括：温度检测装置，用于检测所述电子开关的温度。

可选地，上述的功率变换器的保护电路中，所述检测控制装置还包括：功率检测装置，用于检测所述电子开关的功率。

可选地，上述的功率变换器的保护电路中，所述检测控制装置还包括：电压检测装置，用于检测所述电子开关两端的电压。

本申请第二方面公开了一种直流并联系统，包括：N个功率变换器，N为正整数；

各个所述功率变换器通过直流侧并联，且包括如第一方面公开的任一项所述的功率变换器的保护电路。

本申请提供的功率变换器的保护电路，包括：检测控制装置、吸收电路以及至少一个电子开关；其中，吸收电路可以设置于功率变换器直流侧的正极与负极之间，且位于电子开关前级；电子开关设置于功率变换器直流侧的正极和/或负极，电子开关的控制端连接至检测控制装置；检测控制装置在功率变换器直流侧出现过流时，输出关断信号；电子开关接收到关断信号时关断，也即，本申请能够在检测出功率变换器直流侧出现过流时，触发电子开关关断，及时、可靠、快速地将功率变换器与短路点分开，并且通过吸收电路保护电子开关应力不超标，在解决了现有利用断路器、熔丝对功率变换器进行短路保护时，触发短路保护时间过长，容易损坏功率变换器的问题的基础之上，进一步增加了功率变换器的保护电路的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1和图2为本申请实施例提供的两种功率变换器的保护电路的结构示意图；

图3和图4为本申请实施例提供的两种功率变换器的保护电路的电路图；

图5和图6为本申请实施例提供的两种吸收电路的电路图；

图7为本申请实施例提供的一种直流并联系统的结构示意图；

图8为本申请实施例提供的一种非故障状态下的直流并联系统的结构示意图；

图9为本申请实施例提供的一种故障状态下的直流并联系统的结构示意图；

图10为本申请实施例提供的一种切离故障的直流并联系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅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。

对此，本申请实施例提供了一种功率变换器的保护电路，以解决现有利用断路器、熔丝对功率变换器进行短路保护时，触发短路保护时间过长，容易损坏功率变换器的问题。

请参见图1或图2，该功率变换器的保护电路主要包括：检测控制装置(图中的100)、吸收电路(图中的200)以及至少一个电子开关(图中的T1)。

其中，各个电子开关设置于功率变换器直流侧的正极和/或负极，电子开关的控制端连接至检测控制装置。具体的，图1仅以一个设置于功率变换器直流侧的正极的电子开关为例，图2仅以一个设置于功率变换器直流侧的负极的电子开关为例。

实际应用中，电子开关可以是MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属-氧化层半导体场效晶体管)，或者，带有反并联二极管的IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)；当然，并不仅限于此，还可以是现有其他双向流通半导体器件，本申请对其具体类型不作限定，均在本申请的保护范围内。

需要说明的是，为了节省成本，电子开关数量可以为1，也即图1或图2所示；当然，电子开关的数量还可以根据实际应用环境和用户需求确定，本申请对其不作具体限定，均在本申请的保护范围内。

还需要说明的是，若电子开关的数量大于1，则各个电子开关可以按照具体应用环境和用户需求，分别设置于功率变换器的直流侧的正极和/或负极。

换言之，若电子开关的数量大于1，各个电子开关之间可以串并联。换言之，电子开关数量大于1时，各个电子开关之间可以串联、并联或者串并联。

需要说明的是，假设电子开关设置于功率变换器直流侧的正极，也即图1所示，则在电子开关处于关断状态时，功率变换器直流侧的正极支路处于开路状态，也即能量无法通过正极支路流入功率变换器；而在电子开关处于导通状态时，功率变换器直流侧的正极支路处于通路状态，也即能量可以通过正极支路流入功率变换器。

同理，假设电子开关设置于功率变换器直流侧的负极，也即图2所示，则在电子开关处于关断状态时，功率变换器直流侧的负极支路处于开路状态，也即能量无法通过负极支路流入功率变换器；而在电子开关处于导通状态时，功率变换器直流侧的负极支路处于通路状态，也即能量可以通过负极支路流入功率变换器。

检测控制装置在功率变换器直流侧出现过流时，控制电子开关关断。

实际应用中，如图3或图4所示，该检测控制装置可以包括：驱动电路(图中的30)及电流检测装置(图中的10)。

其中，电流检测装置的输出端与驱动电路的输入端相连。

电流检测装置用于检测功率变换器直流侧的电流，输出电流检测信号。

实际应用中，电流检测装置可以是电流传感器，或者，分流器；当然，并不仅限于此，还可以是现有其他快速电流采样装置，本申请对电流检测装置的具体类型不作限定，均在本申请的保护范围之内。

需要说明的是，该电流检测装置可以设置于功率变换器直流侧的正极(图3所示)，或者，负极(图4所示)，用于检测功率变换器直流侧正极或者负极上的电流。

驱动电路用于在电流检测信号大于过流阈值时，输出关断信号。

实际应用中，可以通过在驱动电路中设置芯片，并对芯片进行编程，以使得在电流检测装置检测到的电流检测信号大于过流阈值时，输出关断信号。其中，该芯片可以是MCU芯片。

具体的，该关断信号可以控制电子开关关断。

需要说明的是，驱动电路的具体类型可视电子开关的控制信号确定，若控制电子开关关断的控制信号为高电平，也即电子开关的关断为高电平触发，则驱动电路输出的关断信号为高电平信号；反之，若控制电子开关关断的控制信号为低电平，也即电子开关的关断为低电平触发，则驱动电路输出的关断信号为低电平。

吸收电路可以设置于功率变换器直流侧的正极与负极之间，且位于电子开关前级。

具体的，该吸收电路可以包括：串联连接的至少一个电阻和至少一个电容。其中，该电阻可以为脉冲电阻，或者压敏电阻，或者功率电阻；当然并不仅限于此，还可视具体应用环境和用户需求，采用其他现有电阻，本申请对其类型不作限定，均在本申请的保护范围之内。

需要说明的是，电容用于保证电子开关关断时接近零点压关断；电阻用于吸收外部杂感、短路点的能量，保证电子开关应力不超标。

假设吸收电路中的电阻为脉冲电阻，且电阻和电容的个数均为1，则吸收电路的电路结构图可如图5所示，图中的R1表示脉冲电阻，图中的C表示电容。

假设吸收电路中的电阻为压敏电阻，且电阻和电容的个数均为1，则吸收电路的电路结构可如图6所示，图中的R2表示压敏电阻，图中的C表示电容。

需要说明的是，实际中该吸收电路还可以包括：与电容和电阻串联的至少一个电感，和/或，至少一个二极管；当然，还可以视具体应用环境和用户需求，选择拓展其他现有器件，本申请对吸收电路的具体拓展器件不作限定，均在本申请的保护范围之内。

还需要说明的是，该功率变换器可以是DC/DC变换器，或者，DC/AC变换器；当然，并不仅限于此，还可以是现有的其他功率变换器，本申请对其类型不作限定，均在本申请的保护范围之内。

结合图1至图4，该功率变换器的保护电路原理为：当功率变换器正常工作时，电子开关保持导通，电流可以双向流动，功率变换器可正常工作。当功率变换器的直流侧出现过流，也即直流侧发生短路，可以通过检测控制装置检测由功率变换器流出的电流是否超过过流阈值，如果超过，则控制电子开关断开；并通过吸收电路吸收多余电流，确保电子开关应力不超标。其中，功率变换器的直流侧出现过流可以是功率变换器直流侧所并联的器件或设备发生短路。

需要说明的是，图1至图4中的电容C1为功率变换器的输入电容，常规功率器件一般都设有此电容。其中，功率变换器的直流侧一般连接电源，若功率变换器的直流侧连接电源，则直流侧的正极可以是电源的正端，直流侧的负极可以是电源的负端。

还需要说明的是，实际应用中，该检测控制装置还可以包括：用于检测流经电子开关的电流的开关电流检测装置，和/或，用于检测电子开关的温度的温度检测装置，和/或，用于检测电子开关的功率的功率检测装置，和/或，用于检测电子开关两端的电压的电压检测装置；当然，还可视具体应用情况和用户需求在检测控制装置中增设其他现有检测装置，本申请对检测控制装置中的检测装置类型不作具体限定，均在本申请的保护范围之内。

基于上述原理，本实施例提供的功率变换器的保护电路，包括：检测控制装置、吸收电路以及至少一个电子开关；其中，吸收电路设置于功率变换器直流侧的正极与负极之间，且位于电子开关前级；电子开关设置于功率变换器直流侧的正极或者负极，电子开关的控制端连接至检测控制装置；检测控制装置在功率变换器直流侧出现过流时，输出关断信号；电子开关接收到控制信号时关断，也即，本申请能够在检测出功率变换器直流侧出现过流时，触发电子开关关断，及时、可靠、快速地将功率变换器与短路点分开，并且通过吸收电路保护电子开关应力不超标，在解决现有利用断路器、熔丝对功率变换器进行短路保护时，触发短路保护时间过长，容易损坏功率变换器的问题的基础之上，进一步增加了功率变换器的保护电路的可靠性。

可选地，在上述提供的功率变换器的保护电路的基础之上，本申请另一实施例还提供了一种直流并联系统，请参见图7，该直流并联系统可以包括：N个功率变换器，N为正整数；

各个功率变换器通过直流侧并联，且包括如上述任一实施例所述的功率变换器的保护电路。

需要说明的是，实际中功率变换器会存在直流侧并联使用的情况，除上述功率变换器直流侧连接的其他设备会发生短路时，需要将功率变换器快速切离的情况外，在并联使用的各台功率变换器中还可能会存在某台功率变换器发生直流短路的情况，此时也需要将其他未发生故障的功率变换器切离，因此，针对存在多个功率变换器的直流并联系统，可以为系统中的各个功率变换器增设如上述任一实施例所述的功率变换器的保护电路，以避免直流并联系统并联使用的各台功率变换器中某台功率变换器发生直流短路，对其他未发生故障的功率变换器造成的损坏。

在直流并联系统中各个功率变换器和其他并联设备均未出现短路的情况下，各个功率变换器均处于正常工作状态，每个功率变换器的保护电路中的电子开关处于导通状态，电流可双向流动，也即图8所示。

然而，直流并联系统中某个功率变换器或者其他并联设备出现了短路，也即直流并联系统中各个功率变换器的直流侧为短路点，则处于正常工作状态的功率变换器中的保护电路的电子开关会检测其对应支路上，由功率变换器流向直流并联点的电流(图9所示)是否超过阈值，如果超过，则电子开关关断(图10所示)。

需要说明的是，关于功率变换器的保护电路的相关说明可参见上述对应的实施例，关于直流并联系统的相关说明可参见现有技术，此处不再赘述。

本说明书中的各个实施例中记载的特征可以相互替换或者组合，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。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述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，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。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。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (16)

1.一种功率变换器的保护电路，其特征在于，包括：检测控制装置、吸收电路以及至少一个电子开关；其中：

所述电子开关设置于所述功率变换器直流侧的正极和/或负极，所述电子开关的控制端连接至所述检测控制装置；

所述检测控制装置在所述功率变换器直流侧出现过流时，输出关断信号；所述电子开关接收到所述关断信号时关断；

所述吸收电路设置于所述功率变换器直流侧的正极与负极之间，且位于所述电子开关前级。

2.根据权利要求1所述的功率变换器的保护电路，其特征在于，所述检测控制装置包括：驱动电路及电流检测装置；

所述电流检测装置用于检测所述功率变换器直流侧的电流，输出电流检测信号；

所述驱动电路用于在所述电流检测信号大于过流阈值时，输出所述关断信号。

3.根据权利要求2所述的功率变换器的保护电路，其特征在于，所述电流检测装置为电流传感器，或者，分流器。

4.根据权利要求2所述的功率变换器的保护电路，其特征在于，所述电流检测装置设置于所述功率变换器直流侧的正极或负极。

5.根据权利要求1所述的功率变换器的保护电路，其特征在于，所述吸收电路包括：串联连接的至少一个电阻和至少一个电容。

6.根据权利要求5所述的功率变换器的保护电路，其特征在于，所述吸收电路还包括：与所述电容和所述电阻串联的至少一个电感，和/或，至少一个二极管。

7.根据权利要求5所述的功率变换器的保护电路，其特征在于，所述电阻为压敏电阻，或脉冲电阻，或功率电阻。

8.根据权利要求1-7任一项所述的功率变换器的保护电路，其特征在于，所述电子开关为MOSFET，或者，带有反并联二极管的IGBT。

9.根据权利要求1-7任一项所述的功率变换器的保护电路，其特征在于，所述电子开关的数量为1。

10.根据权利要求1-7任一项所述的功率变换器的保护电路，其特征在于，所述电子开关的数量为大于1，各个所述电子开关之间串并联。

11.根据权利要求1-7任一项所述的功率变换器的保护电路，其特征在于，所述功率变换器为DC/DC变换器，或者，DC/AC变换器。

12.根据权利要求1-7任一项所述的功率变换器的保护电路，其特征在于，所述检测控制装置包括开关电流检测装置，用于检测流经所述电子开关的电流。

13.根据权利要求1-7任一项所述的功率变换器的保护电路，其特征在于，所述检测控制装置还包括：温度检测装置，用于检测所述电子开关的温度。

14.根据权利要求1-7任一项所述的功率变换器的保护电路，其特征在于，所述检测控制装置还包括：功率检测装置，用于检测所述电子开关的功率。

15.根据权利要求1-7任一项所述的功率变换器的保护电路，其特征在于，所述检测控制装置还包括：电压检测装置，用于检测所述电子开关两端的电压。

16.一种直流并联系统，其特征在于，包括：N个功率变换器，N为正整数；

各个所述功率变换器通过直流侧并联，且包括如权利要求1-15任一项所述的功率变换器的保护电路。

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