一種固態開關的短路保護裝置的制造方法
【專利摘要】本發明屬于電力電子技術領域，尤其涉及一種固態開關的短路保護裝置，包括：功率器件開關單元，連接于一主電路系統中，用于實現主電路的通斷功能；智能檢測及保護單元，包括近端短路保護模塊和遠端短路保護模塊，用以檢測到發生近端短路或遠端短路時向功率器件開關單元發出一關斷信號；緩沖電路單元，連接于功率器件開關單元的兩端，用于吸收短路關斷時功率器件開關單元關斷時兩側產生的過壓。以上從近端短路保護、遠端短路保護、過壓保護等三個方面提出了相應的解決方法，保證了固態開關在不同短路工況下能完成安全可靠的關斷，同時保證了固態開關在強電磁干擾的環境中不發生誤動，具有很好的可靠性，能夠有效地實現固態開關的短路保護。
【專利說明】
一種固態開關的短路保護裝置
技術領域
[0001]本發明屬于電力電子技術領域，尤其涉及一種短路保護裝置。
【背景技術】
[0002]隨著電力系統的迅猛發展，現代電力系統面臨一系列新的矛盾和問題。分布式能源的大量接入，微網的大量出現，對開關的動作速度提出了越來越高的要求。傳統的機械開關動作速度慢，滅弧困難，在超快速負荷開關，限流斷路器，無縫切換開關等對開關速度要求較高的場合，已經越來越難以適應。固態開關用電力電子器件替代了傳統的機械式開關，是利用電力電子器件作為開關組件的無觸點開關裝置，具有開斷速度快，無聲響，無電弧，壽命長等優點，然而以IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管)為代表的電力電子器件應用于固態開關領域，存在涌流能力差及耐壓能力差等問題，由于上述缺陷，使得固態開關在短路發生時不能進行有效地保護，易于發生損壞。
【發明內容】
[0003]針對以上技術問題，本發明提供一種固態開關的短路保護裝置，以解決現有技術的固態開關在短路發生時不能進行有效保護的缺陷；
[0004]具體技術方案如下:
[0005]—種固態開關的短路保護裝置，其中，包括:
[0006]功率器件開關單元，連接于一主電路系統中，用于實現主電路的通斷功能；
[0007]智能檢測及保護單元，包括一近端短路保護模塊和一遠端短路保護模塊，用以檢測到所述功率器件開關單元發生近端短路或遠端短路時向所述功率器件開關單元發出一關斷信號；
[0008]緩沖電路單元，連接于所述功率器件開關單元的兩端，用于吸收短路關斷時所述功率器件開關單元關斷時兩側產生的過壓。
[0009]上述的固態開關的短路保護裝置，所述近端短路保護模塊包括，
[0010]—二極管，所述二極管連接于一參考C點和一飽和壓降檢測點之間，所述參考C點與所述二極管的陰極連接；
[0011 ] 一防干擾電路，連接于所述二極管和所述飽和壓降檢測點之間，用于抑制所述參考C點的高頻干擾信號對所述飽和壓降檢測點的影響，所述參考C點自所述功率器件開關單元引出。
[0012]上述的固態開關的短路保護裝置，所述防干擾電路包括:
[0013]一穩壓管，連接于所述飽和壓降檢測點與一VE點之間；
[0014]— RC濾波電路，由一并聯于所述穩壓管兩端的第三電容和串聯于所述參考C點和所述飽和壓降檢測點之間的第四電阻組成。
[0015]上述的固態開關的短路保護裝置，所述遠端短路保護模塊包括:
[0016]電流傳感器，連接于所述功率器件開關單元所在的電路支路中，用于感測流經所述功率器件開關單元的電流信號；
[0017]調理電路，與所述電流傳感器連接，用于將所述電流傳感器檢測到的電流信號轉換為相應的電流采樣值；
[0018]比較電路，與所述調理電路連接，用于依據所述電流采樣值的電流幅值和/或所述電流采樣值的上升率判斷是否有短路發生；
[0019]CPLD控制器，與所述比較電路連接，依據所述比較電路的比較結果產生執行計時及計算，以產生所述關斷信號。
[0020]上述的固態開關的短路保護裝置，所述比較電路包括:
[0021]第一比較器，用于對所述電流采樣值與一第一閾值進行比較，并于所述電流采樣值大于所述第一閾值時產生一高電平信號以驅動所述CPLD控制器開始計時；
[0022]第二比較器，用于對所述電流采樣值與一大于所述第一閾值的第二閾值進行比較，并于所述電流采樣值大于所述第二閾值時產生一另一高電平信號以驅動所述CPLD控制器停止計時；
[0023]第三比較器，用于對所述電流采樣值與一電流保護閾值進行比較，于所述電流采樣值大于所述電流保護閾值時以驅動所述CPLD控制器開始計時。
[0024]上述的固態開關的短路保護裝置，所述比較電路還包括一閾值設置電路，用于對所述第一閾值、所述第二閾值及所述電流保護閾值進行設置。
[0025]上述的固態開關的短路保護裝置，所述緩沖電路單元包括，
[0026]壓敏電阻，連接于所述功率器件開關單元的兩端；
[0027]由第一電阻和第一電容串聯的支路，與所述壓敏電阻并聯。
[0028]上述的固態開關的短路保護裝置，所述緩沖電路單元包括，
[0029]壓敏電阻，連接于所述功率器件開關單元的兩端；
[0030]由第一電阻和第一電容串聯的支路，與所述壓敏電阻并聯；
[0031]第二二極管，并聯于所述第一電阻的兩端。
[0032]上述的固態開關的短路保護裝置，所述功率器件開關單元采用基于IGBT的反串聯結構或基于二極管整流配合IGBT結構或基于IGBT反并聯結構。
[0033]有益效果:以上技術方案從近端短路保護、遠端短路保護、過壓保護等三個方面提出了相應的解決方法，保證了固態開關在不同短路工況下能完成安全可靠的關斷，同時保證了固態開關在強電磁干擾的環境中不發生誤動，具有很好的可靠性，能夠有效地實現固態開關的短路保護。
【附圖說明】
[0034]圖1為本發明的裝置結構示意圖；
[0035]圖2為本發明的近端短路保護模塊示意圖；
[0036]圖3為本發明的遠端短路保護模塊示意圖；
[0037]圖4為本發明的一種具體實施例的電路結構不意圖；
[0038]圖5為本發明的另一種具體實施例的電路結構不意圖；
[0039]圖6為本發明的再一種具體實施例的電路結構示意圖。
【具體實施方式】
[0040]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0041]需要說明的是，在不沖突的情況下，本發明中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。
[0042]下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明，但不作為本發明的限定。
[0043]涌流能力是指電力電子器件耐受大電流的能力，固態開關在短路發生時會流過10倍額定電流以上的短路電流，而電力電子器件只能短時耐受幾倍的額定電流;在短路發生后如果不能及時關斷，會導致功率器件失效，開關失靈，造成嚴重的后果。耐壓能力則是指電力電子器件承受過電壓的能力，開關器件在關斷時，開關兩側會產生過電壓。這個過電壓大小主要由兩個因素決定，一個是線路感性阻抗的值，另外一個是關斷過程中電流的變化率。線路的感性阻抗越大，關斷過程中電流的變化率越大，過電壓就越大。電力電子器件作為開關串在線路中，線路上的感性阻抗比較大，同時由于電力電子器件關斷的速度較快，整個關斷過程中的電流變化率非常大，因此在開關關斷時會在電力電子器件兩端產生很高的過電壓，電力電子器件承受過電壓的能力非常弱，只需一個很短的電壓尖峰就有可能損壞器件，造成開關失效。由于電力電子器件存在的這些缺陷，固態開關在短路發生需要進行有效地保護，才能保證固態開關在關斷的同時，不會發生損壞。
[0044]參照圖1，一種固態開關的短路保護裝置，包括:
[0045]功率器件開關單元I，連接于一主電路系統中，用于實現主電路的通斷功能；
[0046]智能檢測及保護單元2，包括一近端短路保護模塊21和一遠端短路保護模塊22，用以檢測到功率器件開關單元I發生近端短路或遠端短路時向功率器件開關單元I發出一關斷信號；
[0047]緩沖電路單元3，連接于功率器件開關單元I的兩端，用于吸收功率器件開關單元關斷時兩側產生的過壓。
[0048]根據短路點距離開關距離的遠近，可以把短路分為近端短路和遠端短路。近端短路表示短路發生的點與固態開關很近，整個短路回路的線路的阻抗比較小，短路發生后電流的上升率很大，一般大于50A/US。遠端短路表示短路發生的點遠離固態開關，整個短路回路的線路阻抗比較大，短路發生后電流上升率相比于近端短路比較小，一般在幾A/us至50A/US。針對現有固態開關短路發生時所存在的缺陷以及短路的故障類型，本發明的智能檢測及保護單元包括遠端短路保護模塊和近端短路保護模塊，用以檢測到功率器件開關單元發生近端短路或遠端短路時向功率器件開關單元發出一關斷信號;能夠保證固態開關在不同短路工況下都能有效地進行保護。
[0049]上述的固態開關的短路保護裝置，近端短路保護模塊21可以包括:
[0050]—二極管Dl，二極管Dl連接于一參考C點和一飽和壓降檢測點DESAT之間，參考C點與二極管DI的陰極連接；
[0051]—防干擾電路211，連接于二極管Dl和飽和壓降檢測點DESAT之間，用于抑制參考C點的高頻干擾信號對飽和壓降檢測點DESAT的影響，參考C點自功率器件開關單元I引出。
[0052]上述的固態開關的短路保護裝置，防干擾電路211可以如圖2虛線框中所示，包括:
[0053]一穩壓管ZDl，連接于飽和壓降檢測點DESAT與一VE點之間；
[0054]一 RC濾波電路，由一并聯于穩壓管ZDl兩端的第三電容C3和串聯于參考C點和飽和壓降檢測點DESAT之間的第四電阻R4組成。
[0055]傳統IGBT退飽和保護中控制器通過檢測飽和壓降檢測點DESAT點的電壓來判斷短路是否發生。當短路發生時參考C點電位迅速上升，飽和壓降檢測點DESAT點的電位同時上升，當超過一定的閾值以后控制器認為發生短路，關斷脈沖進行保護。由于固態開關應用場合電磁環境比較惡劣，固態開關正常工作時參考C點的電位也會出現高頻的電壓尖峰，當尖峰出現時，飽和壓降檢測點DESAT點的電位也隨之出現尖峰，控制器便誤認為短路發生而進行保護，導致固態開關誤動作。加入防干擾電路之后，參考C點的電壓信號通過濾波器，高頻的擾動信號被濾除，有效地抑制了參考C點高頻干擾信號對飽和壓降檢測點DESAT點電位的影響，保證了短路判斷的可靠性。同時與電容C3并聯的穩壓管ZDl能夠穩定飽和壓降檢測點DESAT點的電壓，防止DESAT點的電壓過高對控制器造成損害。
[0056]近端短路電流上升率大，一般的電流傳感器很難檢測出來，需要利用IGBT的退飽和特性來檢測短路的發生并進行保護。這種保護方法比較接近于傳統變流器中IGBT直通短路時的保護。IGBT退飽和保護的保護速度快，但比較容易受到電磁信號的干擾，相比于變流器的應用場合，固態開關的應用場合電磁環境更加惡劣，用傳統的退飽和保護方法會出現保護誤動作的問題。傳統的變流器保護，即使出現誤保護的問題，只會出現停機自檢，不會有什么惡劣的影響。但在固態開關的應用場合，頻繁的誤動作會帶來一系列的用電問題，降低電能質量，影響電網的穩定，直接影響了固態開關正常工作的可靠性。本發明針對傳統IGBT退飽和保護在固態開關近端短路保護上所存在的問題，提出了一種抗電磁干擾的近端短路保護方法。該方法能夠有效地解決傳統近端短路保護容易受到電磁干擾導致固態開關誤動作的問題，既能保證固態開關具有近端電流的保護能力，也能保證固態開關不誤動，保證了固態開關的可靠性。
[0057]上述的固態開關的短路保護裝置，遠端短路保護模塊22如附圖3所示，可以包括:
[0058]電流傳感器220，連接于功率器件開關單元I所在的電路支路中，用于感測流經功率器件開關單元I的電流信號；
[0059]調理電路221，與電流傳感器220連接，用于將電流傳感器檢測到的電流信號轉換為相應的電流米樣值；
[0060]比較電路223，與調理電路221連接，用于依據電流采樣值的電流幅值和/或電流采樣值i的電流上升率判斷是否有短路發生；
[0061]CPLD控制器224，與比較電路223連接，依據比較電路223的比較結果產生執行計時及計算，以產生關斷信號。
[0062]上述的固態開關的短路保護裝置，比較電路包括:
[0063]第一比較器，用于對電流采樣值Is與一第一閾值Il進行比較，并于電流采樣值Is大于第一閾值Il時產生一高電平信號以驅動CPLD控制器224開始計時；
[0064]第二比較器，用于對電流采樣值Is與一大于第一閾值Il的第二閾值Ih進行比較，并于電流采樣值Is大于第二閾值Ih時產生一另一高電平信號以驅動CPLD控制器224停止計時；
[0065]第三比較器，用于對電流采樣值Is與一電流保護閾值Imax進行比較，于電流采樣值I s大于電流保護閾值I.時以驅動CPLD控制器224開始計時。
[0066]上述的固態開關的短路保護裝置，比較電路還包括一閾值設置電路2231，用于對第一閾值IL、第二閾值IH及電流保護閾值I mi?進行設置。
[0067]本發明的遠端保護短路保護模塊22中電流傳感器220檢測到電流信號，通過調理電路221轉換為合適的信號后進行比較并傳入CPLD控制器224進行信號處理，CPLD控制器224經過判斷檢測到短路發生時，向固態開關發出關斷信號完成關斷。
[0068]上述的比較電路的具體工作過程如下，當電流采樣值Is大于第一閾值Il時，比較電路223發送一路高電平信號到CPLD控制器224，同時CPLD控制器224開始計時；當電流采樣值Is大于第二閾值Ih時，比較電路223發送另一路高電平信號到CPLD控制器224，CPLD控制器224停止計時，計時的時間計為Ts ο電流上升率di/dt的計算方法為(Ih-1l)/T，其中第二閾值Ih，第一閾值Il為人為設定值，因此通過得到Ts的值可以得到一個對應的電流上升率ks。同理通過人為設定Ta和Tb可以得到對應的電流上升率ka和kb。當檢測的電流上升率ks滿足ka<ks<kb的條件時，也就是檢測時間Ts滿足Tb<Ts<Ta，CPLD控制器224認為發生遠端短路，向固態開關發出關斷信號，即根據電流上升率實現判斷遠端短路。
[0069]上述的比較電路223將電流采樣值Is與電流保護值Imax進行比較，如果電流采樣值Is大于電流保護值Imax，比較電路發送一個高電平到CPLD控制器224，同時CPLD控制器224開始計時。在計時過程中一旦出現電流采樣值Is小于電流保護值Imax的情況，CPLD控制器224計時立刻結束，等待下一個高電平到來再重新計數。當計時時間Ts大于設定值Tb，也就是在Tb這段時間電流采樣值Is始終大于電流保護值Imax，過流始終存在，這時候CPLD控制器224判斷遠端短路發生，向固態開關發出關斷信號。其中Tb值為人為設定，通過設置合理的Tb值可以保證速動的前提下避免外界干擾導致的誤動，即根據電流幅值來判斷遠端短路。
[0070]遠端短路電流上升率相對較低，電流的上升特性類似于過載的情況。傳統的過載保護是通過軟件實現的，通過電流傳感器采樣到電流信號，軟件通過判斷電流信號發出關斷指令。開關的應用場合電磁干擾較大，電流傳感器采集出來的信號會存在毛刺很大。如果采用單點判斷，雖然能夠保證判斷的快速性，但同時也會導致誤判，造成開關的誤動作；如果采用多點判斷，軟件受制于信號采樣的周期時間，會導致整個故障判斷時間過長，短路電流上升到很大的值，造成固態開關的損害。本發明針對傳統過載保護應用到固態開關的問題，提出了一種基于硬件電路的保護方法。利用硬件電路芯片CPLD控制器，可以對電流的幅值和電流的上升率進行雙重的判斷，既能保證判斷的快速性，也能保證判斷的可靠性，能夠有效地解決固態開關在遠端短路發生時的保護問題。本發明中判斷遠端短路的方法是電流上升率和電流幅值的雙重判斷。其中以電流上升率判斷為主，電流幅值判斷為輔。通過電流上升率的判斷能明顯地將遠端短路同近端短路、過載等情況區分開來。一旦無法通過電流上升率進行正確判斷，電流幅值判斷作為一種保障機制發生作用，保證固態開關在可關斷的電流下關斷。正是由于這種判斷機制，本發明的保護方法能夠有效地將電磁噪聲、過載等情況與遠端短路區別開來，保證了開關在正常工作時不誤動，保證了開關的可靠性。由于CPLD控制器是高速的硬件電路，與軟件相比不存在采樣周期的制約，檢測的速度比軟件快得多，能夠大大縮短檢測判斷的時間，可以保證固態開關在電流較低的時候完成關斷，有效地保障了固態開關在遠端短路時的安全關斷。
[0071]上述的固態開關的短路保護裝置，緩沖電路單元3可以包括電容，二極管，電阻，壓敏電阻等，能夠吸收短路關斷時開關兩側產生的過壓。如圖4、圖6所示，緩沖電路單元可以包括，
[0072]壓敏電阻M0V，連接于功率器件開關單元I的兩端；
[0073 ] 第一電阻Rs和第一電容Cs串聯的支路，與壓敏電阻MOV并聯。
[0074]在傳統的變流器場合，IGBT所在的回路感性阻抗較小，并且IGBT關斷的都是額定電流以下的電流，關斷電流較小，因此關斷時產生的關斷電壓較小，用簡單的C型或者RC型緩沖電路就可以抑制關斷產生的過電壓。但在固態開關場合，IGBT所在線路感性阻抗很大，而且在短路發生時IGBT關斷的是遠高于額定電流的短路電流，關斷電流很大。因此線路中電感儲存的能量很大，用傳統的緩沖電路無法充分地吸收，造成關斷過電壓的產生。由于IGBT的耐電壓能力非常弱，造成固態開關在關斷短路電流的過程中因為關斷電壓過高而發生損壞。本發明針對固態開關場合IGBT短路關斷過電壓較高的問題，在傳統的緩沖電路基礎上加入了壓敏電阻，用來吸收回路中感性阻抗產生的能量，同時結合了緩關斷的技術，保證了固態開關在關斷短路電流時的過壓保護。
[0075]上述的固態開關的短路保護裝置，緩沖電路單元還可以如圖5所示，包括一第二二極管Dsl，并聯于第一電阻Rs的兩端。IGBT關斷時，第二二極管Dsl導通，由于電容兩端電壓不能突變，電壓緩慢上升；當電壓超過壓敏電阻電壓時，壓敏電阻導通進一步吸收線路電感上的能量，并把IGBT兩端電壓限制到壓敏電阻的鉗位電壓以下，保證了整個關斷過程中IGBT兩端電壓不過壓，保證了固態開關在短路關斷過程中的安全。除了緩沖電路，本發明在關斷的過程中應用了緩關斷的方法，通過提高IGBT關斷過程中門級的電壓，延緩了關斷短路電流時IGBT的關斷速度，能夠有效降低電流的變化率，減小關斷的過電壓。
[0076]本發明的功率器件開關單元I主要是由晶閘管，IGBT，IGCT(Integrated GateCommutated Thyristors，集成門極換流晶閘管)等電力電子器件組成，實現整個主電路的通斷功能。以下結合本發明的短路保護裝置用于幾種固態開關拓撲進行結合說明:
[0077]第一種具體實施例，如圖4所示，應用于三相四線制系統中，其中功率器件開關單元I采用基于IGBT的反串聯結構，能量可以雙向流動。緩沖電路單元由第一電阻Rs、第一電容Cs以及壓敏電阻MOV組成。近端短路保護模塊21的實現由圖2所示，遠端短路保護模塊22的實現由圖3所示。
[0078]當近端短路發生時，近端短路保護模塊21動作關閉IGBT。遠端短路發生時，遠端短路保護模塊22動作關閉IGBT。關斷IGBT后，電流將通過第一電阻Rs向第一電容Cs充電，因為電容電壓不能突變，所以限制了 IGBT兩端電壓的上升率，當電壓超過壓敏電阻MOV電壓時，壓敏電阻MOV導通吸收多余能量，防止IGBT因為過壓而擊穿。
[0079]基于IGBT的反串聯結構包括:
[0080]第一IGBT器件IGBTl，第一IGBT器件IGBTl的集電極與發射極串接于三相四線制系統的一相線中；
[0081 ] 第二 IGBT器件IGBT2，第二 IGBT器件IGBT2的發射極與第一 IGBT器件IGBTl的發射極連接，與第一 IGBT器件形成一反串聯型結構。
[0082]第二種具體實施例:如圖5所示，應用于三相四線制系統中，其中功率器件開關單元I采用基于二極管整流配合IGBT結構，能量可以雙向流動。緩沖電路單元由第一電阻Rs、第一電容Cs、第二二極管Dsl以及壓敏電阻MOV組成。緩沖電路由電阻、電容、二極管以及壓敏電阻組成。近端短路保護模塊21的實現由圖2所示，遠端短路保護模塊22的實現由圖3所不O
[0083]當近端短路發生時，近端短路保護模塊21動作關閉IGBT。遠端短路發生時，遠端短路保護模塊22動作關閉IGBT。關斷IGBT后，電流將通過第二二極管Ds向第一電容Cs充電，因為電容電壓不能突變，所以限制了IGBT兩端電壓的上升率，當電壓超過壓敏電阻MOV電壓時，壓敏電阻MOV導通吸收多余能量，防止IGBT因為過壓而擊穿。
[0084]基于二極管整流配合IGBT結構包括:橋式整流電路，由二極管Dl、二極管D2、二極管D3及二極管D4組成；二極管Dl及二極管D2的陰極連接，二極管D2的陽極與二極管D3的陰極連接，二極管D3及二極管D4的陽極連接，二極管Dl的陽極與二極管D4的陰極連接；
[0085]第三IGBT器件IGBT，第三IGBT器件的集電極與二極管Dl及二極管D2的陰極連接，第三IGBT器件的發射極與二極管D3的陽極及二極管D4的陽極連接。
[0086]第三種具體實施例:如圖6所示，應用于三相四線制系統中，其中功率器件開關單元I采用基于IGBT反并聯結構，能量可以雙向流動;緩沖電路單元由第一電阻Rs、第一電容Cs以及壓敏電阻MOV組成。近端短路保護模塊21的實現由圖2所示，遠端短路保護模塊22的實現由圖3所示。
[0087]當近端短路發生時，近端短路保護模塊21動作關閉IGBT。遠端短路發生時，遠端短路保護模塊22動作關閉IGBT。關斷IGBT后，電流將通過第一電阻Rs向第一電容Cs充電，因為電容電壓不能突變，所以限制了 IGBT兩端電壓的上升率，當電壓超過壓敏電阻MOV電壓時，壓敏電阻MOV導通吸收多余能量，防止IGBT因為過壓而擊穿。
[0088]上述的基于IGBT反并聯結構包括:
[0089]第四IGBT器件IGBT4，第四IGBT器件IGBT4的集電極與發射極串接于相線中；
[0090]第五IGBT器件IGBT5，與第四IGBT器件IGBT4反并聯，第四IGBT器件IGBT4的發射極與第五IGBT器件IGBT5的集電極連接，第四IGBT器件的集電極與第五IGBT器件的發射極連接。
[0091]本發明能夠有效地抑制電磁干擾對近端短路檢測的干擾，保證了固態開關在正常工況情況下能順利運行，大大提高了固態開關的可靠性。采用用硬件電路實現的遠端短路保護方法，能夠兼顧保護的快速性和可靠性，大大提高了固態開關遠端短路保護的性能。并提出了一種在緩沖電路上加入壓敏電阻，并采用緩關斷的方法，能夠有效地抑制固態開關在短路關斷時產生的過電壓，提高了固態開關短路關斷的可靠性，保證了固態開關短路關斷時的安全。
[0092]以上僅為本發明較佳的實施例，并非因此限制本發明的實施方式及保護范圍，對于本領域技術人員而言，應當能夠意識到凡運用本發明說明書及圖示內容所作出的等同替換和顯而易見的變化所得到的方案，均應當包含在本發明的保護范圍內。
【主權項】
1.一種固態開關的短路保護裝置，其特征在于，包括: 功率器件開關單元，連接于一主電路系統中，用于實現主電路的通斷功能； 智能檢測及保護單元，包括一近端短路保護模塊和一遠端短路保護模塊，用以檢測到所述功率器件開關單元發生近端短路或遠端短路時向所述功率器件開關單元發出一關斷信號； 緩沖電路單元，連接于所述功率器件開關單元的兩端，用于吸收短路關斷時所述功率器件開關單元關斷時兩側產生的過壓。2.根據權利要求1所述的固態開關的短路保護裝置，其特征在于，所述近端短路保護模塊包括， 一二極管，所述二極管連接于一參考C點和一飽和壓降檢測點之間，所述參考C點與所述二極管的陰極連接； 一防干擾電路，連接于所述二極管和所述飽和壓降檢測點之間，用于抑制所述參考C點的高頻干擾信號對所述飽和壓降檢測點的影響，所述參考C點自所述功率器件開關單元引出。3.根據權利要求2所述的固態開關的短路保護裝置，其特征在于，所述防干擾電路包括: 一穩壓管，連接于所述飽和壓降檢測點與一 VE點之間； 一 RC濾波電路，由一并聯于所述穩壓管兩端的第三電容和串聯于所述參考C點和所述飽和壓降檢測點之間的第四電阻組成。4.根據權利要求3所述的固態開關的短路保護裝置，其特征在于，所述遠端短路保護模塊包括: 電流傳感器，連接于所述功率器件開關單元所在的電路支路中，用于感測流經所述功率器件開關單元的電流信號； 調理電路，與所述電流傳感器連接，用于將所述電流傳感器檢測到的電流信號轉換為相應的電流米樣值； 比較電路，與所述調理電路連接，用于依據所述電流采樣值的電流幅值和/或所述電流采樣值的上升率判斷是否有短路發生； CPLD控制器，與所述比較電路連接，依據所述比較電路的比較結果產生執行計時及計算，以產生所述關斷信號。5.根據權利要求1所述的固態開關的短路保護裝置，其特征在于，所述比較電路包括: 第一比較器，用于對所述電流采樣值與一第一閾值進行比較，并于所述電流采樣值大于所述第一閾值時產生一高電平信號以驅動所述CPLD控制器開始計時； 第二比較器，用于對所述電流采樣值與一大于所述第一閾值的第二閾值進行比較，并于所述電流采樣值大于所述第二閾值時產生一另一高電平信號以驅動所述CPLD控制器停止計時； 第三比較器，用于對所述電流采樣值與一電流保護閾值進行比較，于所述電流采樣值大于所述電流保護閾值時以驅動所述CPLD控制器開始計時。6.根據權利要求5所述的固態開關的短路保護裝置，其特征在于，所述比較電路還包括一閾值設置電路，用于對所述第一閾值、所述第二閾值及所述電流保護閾值進行設置。7.根據權利要求1所述的固態開關的短路保護裝置，其特征在于，所述緩沖電路單元包括， 壓敏電阻，連接于所述功率器件開關單元的兩端； 由第一電阻和第一電容串聯的支路，與所述壓敏電阻并聯。8.根據權利要求1所述的固態開關的短路保護裝置，其特征在于，所述緩沖電路單元包括， 壓敏電阻，連接于所述功率器件開關單元的兩端； 由第一電阻和第一電容串聯的支路，與所述壓敏電阻并聯； 第二二極管，并聯于所述第一電阻的兩端。9.根據權利要求1所述的固態開關的短路保護裝置，其特征在于，所述功率器件開關單元采用基于IGBT的反串聯結構或基于二極管整流配合IGBT結構或基于IGBT反并聯結構。
【文檔編號】H02J13/00GK105870886SQ201610190216
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月29日
【發明人】葉辰之, 李霄, 付煒亮, 李福生, 王云, 楊建波, 曹碧穎
【申請人】上海電氣集團股份有限公司