短路保護電路及其短路保護方法
【專利摘要】一種短路保護電路，包括：第一二極管、一充放電電路、一運算放大器，三者依次串聯連接，第三電阻一端連接運算放大器的負向輸入端，另一端接地，第四電阻一端與恒壓源連接，另一端連接第三電阻和運算放大器負向輸入端連接的線路上；一反饋三極管，其發(fā)射級連接該運算放大器的輸出端，集電極連接第二電阻，第二電阻的另一端連接第一二極管的輸出端與運算放大器的正向輸入端的連接線路上，基級連接第五電阻的一端;第六、第七電阻、第二電容、場效應晶體管并聯，并且一端都連接于第五電阻的另一端，第六電阻、第二電容、場效應晶體管另一端接地，第七電阻另一端與第二二極管串聯后連接運算放大器的輸出端和反饋三極管發(fā)射極的連接線路上。
【專利說明】短路保護電路及其短路保護方法

【技術領域】
[0001] 本申請涉及一種短路保護電路及其短路保護方法。

【背景技術】
[0002] 換流器保護電路的設計關系到電力系統的安全穩(wěn)定運行。因此，對換流器保護電 路的方案設計和對其故障恢復性的研究刻不容緩。換流器的故障分為主回路和控制系統故 障。故障類型包括換流器交流側或直流各個接線端短路（如閥短路）、接線對地短路（如交 流側單相接地短路）、觸發(fā)系統出發(fā)脈沖丟失等。不同類型的故障會導致不同程度上的過電 壓和過電流，換流器作為高壓直流輸電中重要的整流、逆變電路，除了電力電子器件參數選 擇合適、驅動電路設計良好外，采用合適的過電壓和過電流保護也是十分必要的。
[0003] 目前，一般是在換流器兩側設置各種保護電路，通過檢測各種異常情況的發(fā)生，通 過控制電流、電壓等方式進行保護。例如對于短路保護，首先檢測短路發(fā)生，然后控制部件 對電流進行限制，將輸出電流限制在一定范圍，以達到系統保護的目的。但是，當系統電路 長時間處于這種狀態(tài)時，系統可能會發(fā)生溫度過高或消耗一定能量，從而導致系統損壞或 浪費能量。另一個問題在于，這種保護復雜，所需部件多，成本高。


【發(fā)明內容】

[0004] 本申請的目的在于克服現有技術的不足而提供一種簡單、節(jié)能、成本低、效率高的 高壓直流輸電換流器短路保護電路，在發(fā)生短路時，其能快速、有效地保護換流器和整個系 統不受損壞。
[0005] 本申請解決其技術問題所采取的技術方案是：一種短路保護電路，包括：第一二 極管、一充放電電路、一運算放大器，三者依次串聯連接，所述充放電電路包括第一電阻和 第一電容，所述第一電阻和第一電容并聯連接，第一電阻和第一電容一端連接第一二極管 的輸出端，另一端接地；運算放大器的正向輸入端與第一二級管的輸出端連接；還包括一 第三電阻和一第四電阻，該第三電阻一端連接運算放大器的負向輸入端，另一端接地，該運 算放大器的負向輸入端上的電勢為基準電壓，該基準電壓由所述第三電阻和第四電阻對 一恒壓源分壓所產生，該第四電阻一端與恒壓源連接，另一端連接于第三電阻和運算放大 器負向輸入端連接的線路上；還包括一反饋三極管，其發(fā)射級連接于該運算放大器的輸出 端，集電極連接于第二電阻，第二電阻的另一端連接于第一二極管的輸出端與運算放大器 的正向輸入端的連接線路上，基級連接于第五電阻的一端；還包括一第六電阻、第七電阻、 第二二極管、第二電容、場效應晶體管，其中第六電阻、第七電阻、第二電容、場效應晶體管 并聯，第六電阻、第七電阻、第二電容、場效應晶體管一端連接于第五電阻的另一端，第六電 阻、第二電容、場效應晶體管另一端接地，第七電阻另一端與第二二極管串聯后連接于運算 放大器的輸出端和反饋三極管發(fā)射極的連接線路上。
[0006] 本申請還要求保護一種如上所述短路保護電路的短路保護方法，其中，當輸入的 電壓信號大于該基準電壓時，運算放大器的輸出端所輸出的比較電壓的電勢呈現高態(tài)，處 于高態(tài)的比較電壓會使得反饋三極管的發(fā)射極與集電極導通，導通后的反饋三極管會提供 第一反饋電流，通過第二電阻對第一電容充電；同時也提供第二反饋電流，一方面，通過第 五電阻和第六電阻對該第二反饋電流產生的電壓進行分壓，如果第六電阻上分擔的電壓、 即控制信號大于使場效應晶體管的柵極與源極導通的臨界電壓時，場效應晶體管的漏極與 源極之間會導通，由此，快速斷開電壓輸出，實施短路保護；另一方面，在反饋三極管發(fā)射極 和基極導通的同時，第二反饋電流經由該第五電阻對該第二電容充電，使得反饋三極管從 飽和工作區(qū)進入線性工作區(qū)，進而使得流過第二電阻的第一反饋電流漸漸減少，到最后，運 算放大器正向輸入端的輸入電壓信號會低于負向輸入端的基準電壓，使運算放大器不再輸 出，即輸出端為零電壓，第二電容通過第二二極管和第七電阻對接地端放電，當第二電容的 電容電壓放電至低于場效應晶體管導通的臨界電壓時，場效應晶體管截止，電源輸出恢復 正常工作；當輸入的電流信號又超出保護點時，重新啟動短路保護裝置。
[0007] 本申請的有益效果是：
[0008] (1)利用第五電阻和第二電容來控制短路保護電路的運行周期。
[0009] (2)利用運算放大器所輸出的比較電壓來控制該短路保護電路是否動作。
[0010] ⑶可以使短路保護電路同時具有快速斷開模式和自動復原模式。
[0011] ⑷結構簡單、節(jié)能、成本低、效率高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012] 圖1為短路保護電路的電路圖。

【具體實施方式】
[0013] 如圖1所示，為短路保護電路的結構示意圖，1. 一種短路保護電路，其特征在于， 包括：第一二極管14、一充放電電路、一運算放大器11，三者依次串聯連接，所述充放電電 路包括第一電阻15和第一電容16,所述第一電阻15和第一電容16并聯連接，第一電阻15 和第一電容16-端連接第一二極管的輸出端，另一端接地；運算放大器11的正向輸入端與 第一二級管14的輸出端連接；還包括一第三電阻18和一第四電阻19,該第三電阻18-端 連接運算放大器11的負向輸入端，另一端接地，該運算放大器的負向輸入端上的電勢為基 準電壓V KEF，該基準電壓VKEF由所述第三電阻和第四電阻對一恒壓源VDD分壓所產生，該第 四電阻一端與恒壓源連接，另一端連接于第三電阻18和運算放大器11負向輸入端連接的 線路上；還包括一反饋三極管12,其發(fā)射級連接于該運算放大器的輸出端，集電極連接于 第二電阻17,第二電阻17的另一端連接于第一二極管的輸出端與運算放大器11的正向輸 入端的連接線路上，基級連接于第五電阻20的一端；還包括一第六電阻22、第七電阻23、第 二二極管24、第二電容21、場效應晶體管13,其中第六電阻22、第七電阻23、第二電容21、 場效應晶體管13并聯，第六電阻22、第七電阻23、第二電容21、場效應晶體管13 -端連接 于第五電阻20的另一端，第六電阻22、第二電容21、場效應晶體管13另一端接地，第七電 阻23另一端與第二二極管24串聯后連接于運算放大器11的輸出端和反饋三極管發(fā)射極 的連接線路上。
[0014] 下面詳細介紹本申請技術方案的工作過程。
[0015] 首先，第一二極管14會導入向換流器輸入的電流信號經由電流互感器變?yōu)镮i，對 第一電容16充電，產生輸入電壓信號Vp即運算放大器11的正向輸入端的電勢。運算放大 器11的負向輸入端通過第三電阻18和第四電阻19,將恒壓源VDD分壓，取得一基準電壓 Vref。
[0016] 當輸入的電壓信號大于該基準電壓時，運算放大器的輸出端所輸出的比較電壓的 電勢呈現高態(tài)，處于高態(tài)的比較電壓會使得反饋三極管的發(fā)射極與集電極導通，導通后的 反饋三極管會提供第一反饋電流11，通過第二電阻對第一電容充電；同時也提供第二反饋 電流12, 一方面，通過第五電阻和第六電阻對該第二反饋電流產生的電壓進行分壓，如果第 六電阻上分擔的電壓、即控制信號大于使場效應晶體管的柵極與源極導通的臨界電壓時， 場效應晶體管的漏極與源極之間會導通，由此，快速斷開電壓輸出V0,實施短路保護；另一 方面，在反饋三極管發(fā)射極和基極導通的同時，第二反饋電流經由該第五電阻對該第二電 容充電，使得反饋三極管從飽和工作區(qū)進入線性工作區(qū)，進而使得流過第二電阻的第一反 饋電流漸漸減少，到最后，運算放大器正向輸入端的輸入電壓信號會低于負向輸入端的基 準電壓，使運算放大器不再輸出，即輸出端為零電壓，第二電容通過第二二極管和第七電阻 對接地端放電，當第二電容的電容電壓放電至低于場效應晶體管導通的臨界電壓時，場效 應晶體管截止，電源輸出恢復正常工作；當輸入的電流信號又超出保護點時，重新啟動短路 保護裝置。
[0017] 由此本申請?zhí)峁┝艘环N簡單、節(jié)能、成本低、效率高的高壓直流輸電換流器短路保 護電路，在發(fā)生短路時，其能快速、有效地保護換流器不受損壞。并且在短路排除后，能自動 啟動換流器運行，重新進入保護狀態(tài)。
【權利要求】
1. 一種短路保護電路，其特征在于，包括：第一二極管（14)、一充放電電路、一運算放 大器（11)，三者依次串聯連接，所述充放電電路包括第一電阻（15)和第一電容（16)，所述 第一電阻（15)和第一電容（16)并聯連接，第一電阻（15)和第一電容（16) -端連接第一二 極管的輸出端，另一端接地；運算放大器（11)的正向輸入端與第一二級管（14)的輸出端 連接；還包括一第三電阻（18)和一第四電阻（19)，該第三電阻（18) -端連接運算放大器 (11)的負向輸入端，另一端接地，該運算放大器的負向輸入端上的電勢為基準電壓，該基準 電壓由所述第三電阻和第四電阻對一恒壓源分壓所產生，該第四電阻一端與恒壓源連接， 另一端連接于第三電阻（18)和運算放大器（11)負向輸入端連接的線路上；還包括一反饋 三極管（12)，其發(fā)射級連接于該運算放大器的輸出端，集電極連接于第二電阻（17)，第二 電阻（17)的另一端連接于第一二極管的輸出端與運算放大器（11)的正向輸入端的連接線 路上，基級連接于第五電阻（20)的一端；還包括一第六電阻（22)、第七電阻（23)、第二二極 管（24)、第二電容（21)、場效應晶體管（13)，其中第六電阻（22)、第七電阻（23)、第二電容 (21)、場效應晶體管（13)并聯，第六電阻（22)、第七電阻（23)、第二電容（21)、場效應晶體 管（13) -端連接于第五電阻（20)的另一端，第六電阻（22)、第二電容（21)、場效應晶體管 (13)另一端接地，第七電阻（23)另一端與第二二極管（24)串聯后連接于運算放大器（11) 的輸出端和反饋三極管發(fā)射極的連接線路上。
2. -種如權利要求1所述的短路保護電路的短路保護方法，其特征在于，當輸入的電 壓信號大于該基準電壓時，運算放大器的輸出端所輸出的比較電壓的電勢呈現高態(tài)，處于 高態(tài)的比較電壓會使得反饋三極管的發(fā)射極與集電極導通，導通后的反饋三極管會提供第 一反饋電流，通過第二電阻對第一電容充電；同時也提供第二反饋電流，一方面，通過第五 電阻和第六電阻對該第二反饋電流產生的電壓進行分壓，如果第六電阻上分擔的電壓、即 控制信號大于使場效應晶體管的柵極與源極導通的臨界電壓時，場效應晶體管的漏極與源 極之間會導通，由此，快速斷開電壓輸出，實施短路保護；另一方面，在反饋三極管發(fā)射極 和基極導通的同時，第二反饋電流經由該第五電阻對該第二電容充電，使得反饋三極管從 飽和工作區(qū)進入線性工作區(qū)，進而使得流過第二電阻的第一反饋電流漸漸減少，到最后，運 算放大器正向輸入端的輸入電壓信號會低于負向輸入端的基準電壓，使運算放大器不再輸 出，即輸出端為零電壓，第二電容通過第二二極管和第七電阻對接地端放電，當第二電容的 電容電壓放電至低于場效應晶體管導通的臨界電壓時，場效應晶體管截止，電源輸出恢復 正常工作；當輸入的電流信號又超出保護點時，重新啟動短路保護裝置。
【文檔編號】H02H7/10GK104218531SQ201410449565
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月4日 優(yōu)先權日:2014年9月4日
【發(fā)明者】丁爭, 劉帆, 郭宗偉, 江小晚, 甘利紅 申請人:國家電網公司, 國網湖北省電力公司咸寧供電公司