CN216312666U - 直流母线电容缓冲保护电路 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种直流母线电容缓冲保护电路，包括直流输入端、至少一个母线电容单元，所述直流输入端与母线电容单元连接，所述母线电容单元包括：电容；缓冲电阻，与所述电容串联；可控开关，与所述缓冲电阻并联，所述可控开关闭合时旁路所述缓冲电阻。本申请实施例通过在母线电容单元中串联缓冲电阻，并利用实现对缓冲电阻接入状态的控制，从而实现直流母线电容单元的大电流缓冲与保护，进而有效防止大电流的冲击，提高电容寿命，同时有效提高电路***工作的稳定性和可靠性。

Description

直流母线电容缓冲保护电路

技术领域

本申请实施例涉及电子电路技术领域，尤其涉及直流母线电容缓冲保护电路。

背景技术

直流母线广泛用于电力电子***，如可以用于变频器、逆变器等，是保证直流输配电***和直流电网***稳定、安全、可靠运行的关键电路。

目前，如图1所示，电力电子***中，通常会设计与直流母线连接的电容储能电路或电容滤波电路，由于上电瞬间电容的充电电流非常大，容易对电容造成损坏，缩短电容的寿命，同时也容易对其他器件或装置造成损坏。

实用新型内容

以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。

本申请实施例提供直流母线电容缓冲保护电路，能够有效防止大电流的冲击，从而提高电容寿命。

第一方面，本申请实施例提供一种直流母线电容缓冲保护电路，包括直流输入端、至少一个母线电容单元，所述直流输入端与母线电容单元连接，

所述母线电容单元包括：

电容；

缓冲电阻，与所述电容串联；

可控开关，与所述缓冲电阻并联，所述可控开关闭合时旁路所述缓冲电阻。

在一些可选的实施方式中，所述电容为储能电容或滤波电容。

在一些可选的实施方式中，所述母线电容单元有多个，多个所述母线电容单元并行连接。

在一些可选的实施方式中，所述可控开关有多个，多个所述可控开关并行连接。

在一些可选的实施方式中，所述缓冲电阻有多个，多个所述缓冲电阻串行或并行连接。

在一些可选的实施方式中，所述缓冲电阻为可熔断缓冲电阻。

在一些可选的实施方式中，所述母线电容单元包括多个所述电容，多个所述电容串行或并行连接。

在一些可选的实施方式中，所述母线电容单元包括所述电容的数量与所述输入端的电压值、所述电容的耐压值相匹配。

在一些可选的实施方式中，所述电容还并联有放电电阻。

在一些可选的实施方式中，直流母线电容缓冲保护电路还包括：

直流输出端，所述直流输出端与所述母线电容单元连接；

电流检测装置或电压检测装置，所述电流检测装置或电压检测装置与所述直流输出端连接，用于对应检测所述直流输出端的电流或电压。

本申请实施例第一方面提供一种直流母线电容缓冲保护电路，包括直流输入端、至少一个母线电容单元，所述直流输入端与母线电容单元连接，所述母线电容单元包括：电容；缓冲电阻，与所述电容串联；可控开关，与所述缓冲电阻并联，所述可控开关闭合时旁路所述缓冲电阻。本申请实施例通过在母线电容单元中串联缓冲电阻，并利用实现对缓冲电阻接入状态的控制，从而实现直流母线电容单元的大电流缓冲与保护，进而有效防止大电流的冲击，提高电容寿命，同时有效提高电路***工作的稳定性和可靠性。

可以理解的是，上述第二方面与相关技术相比存在的有益效果与上述第一方面与相关技术相比存在的有益效果相同，可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或相关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实施例的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，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是相关技术直流母线电容电路的结构示意图；

图2是本申请一个实施例提供的直流母线电容缓冲保护电路结构示意图；

图3是本申请另一个实施例提供的直流母线电容缓冲保护电路结构示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定***结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请实施例。在其它情况中，省略对众所周知的***、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请实施例的描述。

需要说明的是，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

还应当理解，在本申请实施例说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请实施例的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。

直流母线广泛用于电力电子***，如可以用于变频器、逆变器等，是保证直流输配电***和直流电网***稳定、安全、可靠运行的关键电路。

目前，如图1所示，电力电子***中，通常会设计与直流母线连接的电容储能电路或电容滤波电路，由于上电瞬间电容的充电电流非常大，容易对电容造成损坏，缩短电容的寿命，同时也容易对其他器件或装置造成损坏。

基于此，本申请提供一种直流母线电容缓冲保护电路，其中，直流母线电容缓冲保护电路包括直流输入端、至少一个母线电容单元，所述直流输入端与母线电容单元连接，所述母线电容单元包括：电容；缓冲电阻，与所述电容串联；可控开关，与所述缓冲电阻并联，所述可控开关闭合时旁路所述缓冲电阻。本申请实施例通过在母线电容单元中串联缓冲电阻，并利用实现对缓冲电阻接入状态的控制，从而实现直流母线电容单元的大电流缓冲与保护，进而有效防止大电流的冲击，提高电容寿命，同时有效提高电路***工作的稳定性和可靠性。

第一方面，参照图2，本申请实施例提供一种直流母线电容缓冲保护电路，包括直流输入端、至少一个母线电容单元，所述直流输入端与母线电容单元连接，

所述母线电容单元包括：

电容(母线电容)；

缓冲电阻，与所述电容串联；

可控开关，与所述缓冲电阻并联，所述可控开关闭合时旁路所述缓冲电阻。

在一些实施例中，直流母线的为高压直流母线，例如，可以是100V至300V的高压直流母线。相关技术中，母线电容连接于直流母线的正极和负极之间，由于电容电压不能突变，上电瞬间，电流从正极通过母线电容流到负极，相当于短路状态，流经电容的电流非常大，容易导致跳闸甚至是器件损坏。本申请实施例通过在母线电容单元接入缓冲电阻，缓冲电阻与母线电容串联，并通过可控开关控制缓冲电阻的旁路状态，使得在上电瞬间或电容充电过程中，直流母线的电流从正极可通过电容和缓冲电阻再到负极，实现电路的缓冲保护。

在一些实施例中，可控开关可以是电控开关器件，如继电器。可利用控制器控制可控开关。其中，控制器可以是电子电力设备的神经中枢和指挥中心。控制器可以根据指令操作码和时序信号，产生操作控制信号，完成取指令和执行指令的控制。可利用继电器实现低压控制高压母线电容单元，即继电器获取来自控制器的低压控制信号，从而控制高压的母线电容单元的工作状态。

本申请实施例通过在母线电容单元中串联缓冲电阻，并利用实现对缓冲电阻接入状态的控制，从而实现直流母线电容单元的大电流缓冲与保护，进而有效防止大电流的冲击，提高电容寿命，同时有效提高电路***工作的稳定性和可靠性。

在一些可选的实施方式中，所述电容为储能电容或滤波电容。

在一些实施例中，电容可以是用于储能的母线电容，储能的能量可用于为负载或其他电路供电，也可以通过放电电阻消耗掉，本申请对此不做限定。在另一些实施例中，电容也可以是用于滤波的滤波电容，可以实现对直流母线的电流进行滤波和稳压处理，以提供稳定的电流给到负载；在另一些实施例中，电容可以同时用于储能和滤波。

在一些实施例中，电容储能的能量可以用于给电子电力装置的其他设备供电，例如，负载、控制器、电压或电流检测模块等等。当电容输出为高压，需要为低压器件(如控制器) 供电时，可先通过电压转换电路(图中未示出)将高压转为低压，为低压器件提供电能。控制器可以通过低压控制继电器，从而控制母线电容单元的工作状态，实现低压控制高压。

在一些可选的实施方式中，所述母线电容单元有多个，多个所述母线电容单元并行连接。

在一些实施例中，母线电容可以由集中的可控开关旁路的启动缓冲单元(包括可控开关和缓冲电阻)与集中的母线电容串联组成。母线电容只能整体投入、缓冲或切除。当电路中单个组成器件故障时，可能造成整个直流母线电路失效，从而造成整个设备故障停机。同时，还可能引发启动缓冲单元起火，母线电容损毁等危险，产生的冲击还可能进一步损坏电路前端的整流器件、交直流电源器件或前端滤波器件等。

虽然各类电力电子装置可通过预测或检测母线电容寿命，提示用户更换电容，提高设备的可靠性；或通过检测启动缓冲单元压降或可控开关的反馈信号，判断可控开关的吸合状态，进行故障报警。但都无法解决单个器件故障造成整个电路失效，从而整体设备停机的问题。同时，对运行过程中发生的器件故障，仍无法及时有效地保护，避免故障扩大，减小损失。

鉴于以上问题，本申请实施例进一步设计了一种直流母线电容、缓冲电阻、可控开关分组并联电路，解决部分器件故障造成的整机停机问题，或因接线错误造成的器件损毁。

参照图3，首先，本申请实施例将直流母线电容及缓冲保护电路分组，当部分母线电容单元出现故障时，通过及时断开部分失效电路，切除部分故障电容并联支路，则剩余的有效分组(母线电容单元)可以保证整机继续运行，从而提高设备的可用性。

其次，通过直流母线电容及缓冲保护电路分组，部分分组器件故障时，因其它分组仍为正常状态，可减小对***的冲击，避免故障扩大，损坏电路前端的整流器件、交直流电源器件或前端滤波器件，减少损失。

在一些可选的实施方式中，所述可控开关有多个，多个所述可控开关并行连接。

在实践中，由于可控开关的在接收驱动信号后可能出现故障，未按预期实现断开或闭合，导致无法实现预期的电路控制。例如，当需要旁路缓冲电阻时，控制器发出控制信号控制可控开关闭合，此时如果可控开关未闭合，则无法实现对缓冲电阻的旁路。鉴于上述问题，本申请在一些实施例中，每个母线电容单元都包含多个可控开关，多个所述可控开关并行连接，多个可控开关可由同一个信号驱动，提高可靠性。例如，当需要旁路缓冲电阻时，控制器发出控制信号控制可控开关闭合，此时如果部分可控开关未闭合，其他可控开关可实现闭合，仍可实现对缓冲电阻的旁路，从而有效保障电路功能的正常使用。

在一些可选的实施方式中，所述缓冲电阻有多个，多个所述缓冲电阻串行或并行连接。

在一些实施例中，可根据电路特性(例如输入电压的大小)和电气元件的电气参数(例如电阻的阻值)，可以设置多个缓冲电阻。多个缓冲电阻可以并行连接；或者，多个缓冲电阻可以串行连接；或者，部分缓冲电阻可以串行连接后，与其他缓冲电阻并行连接。

在一些可选的实施方式中，所述缓冲电阻为可熔断缓冲电阻。

在一些实施例中，缓冲电阻为可熔断电阻，可实现母线电容单元的断开保护。例如，当部分母线电容单元的可控开关未闭合时，输入端给直流母线供电，如果缓冲电阻过流时间过长，该母线电容单元的缓冲电阻将被熔断，使这部分母线电容单元从直流母线电路***中切除，相关的电力电子装置及设备可继续或降额使用，从而实现电路的保护。又例如，当某个母线电容单元的电容发生短路故障时，如果可控开关未闭合，缓冲电阻将被熔断，母线电容单元将从直流母线电路***中切除；如果旁路单元为闭合状态，也可以结合可熔断触点的可控开关，此时可控开关的闭合触点将被熔断，并使电流流经缓冲电阻，继续引起缓冲电阻熔断，使得该母线电容单元从直流母线电路***中切除，从而使得相关的电力电子装置及设备可继续或降额使用，进而实现电路的保护。

在一些可选的实施方式中，所述母线电容单元包括多个所述电容，多个所述电容串行或并行连接。在一些实施例中，可根据电路特性(例如输入电压的大小)和电气元件的电气参数(例如电容的耐压值)，可以母线电容单元可以包括多个串行连接的电容。多个电容可以并行连接；或者，多个电容可以串行连接；或者，部分电容可以串行连接后，与其他电容并行连接。

在一些可选的实施方式中，所述母线电容单元包括所述电容的数量与所述输入端的电压值、所述电容的耐压值相匹配。

例如，当输入端电压为300V，而电容的耐压值为120V，可选择在母线电容单元中串行连接3个电容，从而实现保证电路的性能和安全。另外，由于不同耐压值的电容的材料、体积和成本不一，通过这种方式也可以实现灵活的电路元件配置，从而构建更优或更合适的电路。

在一些可选的实施方式中，所述电容还并联有放电电阻。

在一些实施例中，电容并联有放电电阻，以使在电路不工作时，电容储存的能量可以通过放电电阻泄放；当电容有多个时，放电电阻对应有多个，以使在电路不工作时，每个电容储存的能量可以通过对应的放电电阻泄放。电路上电期间，电容会充电，但是当输入端不输出电流或者由其他辅助电源供电的时候，如果直流母线没有放电电阻泄放电能，容易造成安全事故。

在一些可选的实施方式中，直流母线电容缓冲保护电路还包括：

直流输出端，所述直流输出端与所述母线电容单元连接；

电流检测装置或电压检测装置，所述电流检测装置或电压检测装置与所述直流输出端连接，用于对应检测所述直流输出端的电流或电压。

在一些实施例中，直流输出端连接有负载，直流输出端用于给负载提供直流供电电压。在一些实施例中，直流输出端还设置有用于对应检测所述直流输出端的电流或电压的电流检测装置或电压检测装置。通过电流检测装置或电压检测装置可以检测直流输出端的电流或电压，当直流输出端的电流或电压异常时可输出告警信号。在另一些实施例中，电流检测装置或电压检测装置还可连接有告警装置(如声音告警装置、灯光告警装置等)，可实现异常告警。

下列结合一个完整的示例进一步说明本申请的实施例。

示例一

参照图3，本示例的直流母线电容缓冲保护电路可用于电力电子装置(可以是变频器或逆变器等)，设计为多组母线电容单元并联构成。直流母线电容缓冲保护电路包括依次连接的输入端、N组母线电容单元和输出端，输出端连接有负载。输出端和负载之间还连接有电流检测装置或电压检测装置，其中，N为大于等于2的正整数。

每个母线电容单元，包含由多个电容串联或并联或同时与均压电路串联或并联构成的电容子单元，由一个或多个缓冲电阻串联或并联构成的缓冲电阻子单元(简称电阻子单元)，和由一个或多个可控开环并联构成的缓冲电阻旁路子单元(简称旁路子单元)。

一个电阻子单元与一个旁路子单元并联后，再与一个电容子单元串联，构成一个母线电容单元。

多个母线电容单元并联后连接于电力电子装置的直流输入端或直流电抗器端，构成电力电子装置的直流母线电路。

所述的缓冲电阻为可熔断电阻。

参照图3，母线电容单元1包括一个电容子单元、一个电阻子单元和一个旁路子单元。其中，母线电容单元1包括电容C111、C112、C121、C122和放电电阻R111、R112、R121、R122，电阻子单元包括缓冲电阻R11和R12等，旁路子单元包括可控开关K11和K12等。其中，电容子单元中，电容C111、C112串联，电容C121、C122串联，之后两个串联支路并联；放电电阻R111、R112、R121、R122对应与电容C111、C112、C121、C122并联，用于泄放电容存储的电能。电阻子单元中，缓冲电阻R11与缓冲电阻R12并联，然后与电容子单元串联。旁路子单元中，可控开关K11和K12并联，然后与电阻子单元并联。

同理，母线电容单元2包括一个电容子单元、一个电阻子单元和一个旁路子单元。其中，母线电容单元1包括电容C211、C212、C221、C222和放电电阻R211、R212、R221、R222，电阻子单元包括缓冲电阻R21和R22等，旁路子单元包括可控开关K21和K22等。其中，电容子单元中，电容C211、C212串联，电容C221、C222串联，之后两个串联支路并联；放电电阻R211、R212、R221、R222对应与电容C211、C212、C221、C222并联，用于泄放电容存储的电能。电阻子单元中，缓冲电阻R21与缓冲电阻R22并联，然后与电容子单元串联。旁路子单元中，可控开关K21和K22并联，然后与电阻子单元并联。

在一些应用场景中，所述的缓冲电阻为可熔断电阻，当部分母线电容单元的可控开关未闭合时，此时如果输入端给直流母线供电，该部分的缓冲电阻将被熔断，使这部分母线电容单元从直流母线电路中切除。相关的电力电子装置及设备可继续或降额使用。

在另一些应用场景中，如出现部分母线电容单元的可控开关触点粘连故障，此时如果给直流母线供电，因其余并联的母线电容单元正常起到缓冲作用，能有效减小对前端的整流器件或交直流电源器件的冲击，避免前端器件损坏，电力电子装置及设备仍能继续正常使用。

在另一些应用场景中，当出现部分母线电容单元的电容子单元发生断路故障时，该母线电容单元自动从直流母线电路中切除。相关的电力电子装置及设备可继续或降额使用。

在一些应用场景中，当出现部分母线电容单元的电容子单元发生短路故障时，如果旁路子单元未闭合，电阻子单元将被熔断，母线电容单元将从直流母线电路中切除；如果旁路子单元为闭合状态，旁路子单元的闭合触点将被熔断，并继续引起电阻子单元熔断，该母线电容单元将从直流母线电路***中切除。相关的电力电子装置及设备可继续或降额使用。

相关技术中，电力电子装置的直流母线电路，一旦将电源输入误接到输出端，必将损毁器件，且无法有效保护。通过设置多个母线电容单元，能有效防止器件损毁，且可以配合原输入端或输出端的电压或电流检测，实现故障提示。

本申请在一些应用场景中，当出现接线错误，如电源从输出端输入时，电阻单元与旁路单元仍能有效缓冲并保护相关器件，并结合输入端或输出端的电流检测装置或电压检测装置，可检测输入端或输出端电压或电流等信号，实现故障提示。

本申请实施例第一方面提供一种直流母线电容缓冲保护电路，包括直流输入端、至少一个母线电容单元，所述直流输入端与母线电容单元连接，所述母线电容单元包括：电容；缓冲电阻，与所述电容串联；可控开关，与所述缓冲电阻并联，所述可控开关闭合时旁路所述缓冲电阻。本申请实施例通过在母线电容单元中串联缓冲电阻，并利用实现对缓冲电阻接入状态的控制，从而实现直流母线电容单元的大电流缓冲与保护，进而有效防止大电流的冲击，提高电容寿命，同时有效提高电路***工作的稳定性和可靠性。

以上是对本申请实施例的较佳实施进行了具体说明，但本申请实施例并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本申请实施例精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请实施例权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种直流母线电容缓冲保护电路，其特征在于，包括直流输入端、至少一个母线电容单元，所述直流输入端与母线电容单元连接，

所述母线电容单元包括：

电容；

缓冲电阻，与所述电容串联；

可控开关，与所述缓冲电阻并联，所述可控开关闭合时旁路所述缓冲电阻。

2.根据权利要求1所述的一种直流母线电容缓冲保护电路，其特征在于，所述电容为储能电容或滤波电容。

3.根据权利要求1所述的一种直流母线电容缓冲保护电路，其特征在于，所述母线电容单元有多个，多个所述母线电容单元并行连接。

4.根据权利要求1所述的一种直流母线电容缓冲保护电路，其特征在于，所述可控开关有多个，多个所述可控开关并行连接。

5.根据权利要求1所述的一种直流母线电容缓冲保护电路，其特征在于，所述缓冲电阻有多个，多个所述缓冲电阻串行或并行连接。

6.根据权利要求1所述的一种直流母线电容缓冲保护电路，其特征在于，所述缓冲电阻为可熔断缓冲电阻。

7.根据权利要求1所述的一种直流母线电容缓冲保护电路，其特征在于，所述母线电容单元包括多个所述电容，多个所述电容串行或并行连接。

8.根据权利要求1所述的一种直流母线电容缓冲保护电路，其特征在于，所述母线电容单元包括所述电容的数量与所述输入端的电压值、所述电容的耐压值相匹配。

9.根据权利要求1所述的一种直流母线电容缓冲保护电路，其特征在于，所述电容还并联有放电电阻。

10.根据权利要求1至8任一项所述的一种直流母线电容缓冲保护电路，其特征在于，还包括：

直流输出端，所述直流输出端与所述母线电容单元连接；

电流检测装置或电压检测装置，所述电流检测装置或电压检测装置与所述直流输出端连接，用于对应检测所述直流输出端的电流或电压。

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