專利名稱：直流電壓源短路保護電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及直流電壓源的短路保護電路。
在現(xiàn)有技術(shù)中采用直流電壓源(整流電源、電池、貯能電容、直流發(fā)電機等)供電的負載種類很多。負載可以是普通的R、L、C網(wǎng)絡(luò)，也可以是各種電力電子電路。這種電路一旦負載發(fā)生短路，由于負載電路阻抗很低，電壓源本身內(nèi)阻也很小，必將產(chǎn)生上升率極大的短路電流，燒毀電壓源或負載電路的元器件。目前常用的保護方法有一、在電壓源與負載間串入熔斷絲，這種方法在負載短路時，由于回路阻抗很小，短路電流上升很快，而熔斷絲熔斷又需一定時間，故對短路回路中的半導(dǎo)體器件無法進行可靠保護。二、采用快速開關(guān)替代熔斷絲，這種方法仍然有短路電流無法控制和動作速度慢的缺點，且開關(guān)跳閘時，會產(chǎn)生弧光放電，有損觸頭，如電流過大，會導(dǎo)致觸頭熔合，無法斷開。三、采用自關(guān)斷功率半導(dǎo)體器件，由于這種開關(guān)的耐沖擊電流能力有限，因此對保護動作的速度要求更高，在實際應(yīng)用中，常通過電流檢測和過流判斷電路來封鎖驅(qū)動電路，使開關(guān)關(guān)斷，由于存在關(guān)斷延時效應(yīng)，動作過程仍在uS級，而數(shù)uS內(nèi)的短路電流已足以燒毀短路回路的電氣元器件，所以這種方法對短路也還是無能為力。
鑒于上述原因，本發(fā)明的目的是提供一種直流電壓源短路保護電路，它結(jié)構(gòu)簡單，能有效地降低短路電流上升速度，限制短路電流，確保在通常電子開關(guān)器件易于達到的關(guān)斷時間條件下，切斷短路回路，使短路電流值不會超過電氣元器件的安全范圍。
本發(fā)明提供的直流電壓源短路保護電路，是接于直流電壓源與負載之間的由電流源和二極管相并聯(lián)再串聯(lián)電子開關(guān)的電路，其中電流源通過二極管形成回路。當電壓源或負載含有電子開關(guān)時，則僅由電流源和二極管并聯(lián)而成。


圖1是本發(fā)明的直流電壓源短路保護電路接線圖。
圖2是本發(fā)明用于DC-DC變換器的一種接法實例。
圖3是本發(fā)明用于DC-DC變換器的另一種接法實例。
參照圖1，在電壓源Vs與負載A間接入由電流源Is與二極管D相并聯(lián)又串聯(lián)電子開關(guān)SW的短路保護電路，電流源Is的入端與二極管陰極相連，出端與二極管陽極相連，則電流源Is通過二極管D形成回路。當電壓源Vs或負載A含有電子開關(guān)時，則短路保護電路僅由電流源Is與二極管D并聯(lián)而成。正常運行時，通常使電流源的電流大于最大負載電流峰值，負載端壓始終為電壓源電壓(忽略二極管D的導(dǎo)通壓降)，故加入的保護電路并不影響電壓源對負載的正常穩(wěn)態(tài)供電特性，而在負載發(fā)生短路，當電壓源的電流上升到與電流源的電流值相等時，二極管D就被截止。此時，電流的變化規(guī)律由電流源決定。由于電流源具有端壓突變時，電流不突變的性質(zhì)，所以可有效地降低短路電流上升速度，限制短路電流值，確保在通常電子開關(guān)SW易于達到的關(guān)斷時間條件下，切斷短路回路，使短路電流不會超過電氣元器件的安全范圍。
從實用角度出發(fā)，電流源無需非常理想，可以用近似等效電流源，例如可采用電感，或采用可控整流橋輸出串接電阻和電感構(gòu)成。當以電感替代電流源時，電感電流略小于負載電流峰值，對負載的供電特性為近似電壓源，但只要負載能夠接受，這種做法在工程上是簡單可行、易于實現(xiàn)的。短路保護電路可以接在電壓源輸出線路上，也可接在經(jīng)電網(wǎng)整流，又經(jīng)LC濾波的濾波電容支路上。圖2是短路保護電路的一種接法實例，其中電網(wǎng)電壓經(jīng)二極管D1～D4整流和電感L1、電容C1濾波得到負載所需的等效直流電壓源，半導(dǎo)體開關(guān)T1～T4構(gòu)成的橋式變換器及其輸出所接的所有電氣元件共同構(gòu)成等效負載。本例中由于橋式變換器的半導(dǎo)體開關(guān)T1、T2、T3、T4可兼作保護開關(guān)，故短路保護電路省去了電子開關(guān)SW，電流源采用電感，則短路保護電路由電感Lp和二極管D并聯(lián)而成，該短路保護電路位于等效直流電壓源和等效負載之間，接在電壓源的輸出線路上，或者也可接在濾波電容C1的支路上(如圖3所示)。
本發(fā)明的短路保護電路因采用了電流不能突變的電流源，在負載發(fā)生短路時能限制短路電流的上升速度及短路電流值，故能有效地起到短路保護作用，不致使電壓源或負載電路的元器件被燒毀。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單。
權(quán)利要求
1.直流電壓源短路保護電路，其特征在于它是接于直流電壓源[Vs]與負載[A]間的由電流源[Is]和二極管[D]相并聯(lián)再串聯(lián)電子開關(guān)[SW]的電路，其中電流源通過二極管形成回路，當電壓源或負載含有電子開關(guān)時，則僅由電流源[Is]和二極管[D]并聯(lián)而成。
2.按權(quán)利要求1所述的電壓源短路保護電路，其特征在于所說的電流源[Is]是近似等效電流源。
3.按權(quán)利要求2所述的電壓源短路保護電路，其特征在于近似等效電流源為電感或可控整流橋輸出串接電阻和電感構(gòu)成。
4.按權(quán)利要求1、2所述的電壓源短路保護電路，其特征是短路保護電路接在電壓源輸出線路上或接在經(jīng)電網(wǎng)整流、又經(jīng)LC濾波的濾波電容支路上。
全文摘要
本發(fā)明公開的直流電壓源短路保護電路是接于直流電壓源與負載之間的由電流源和二極管相并聯(lián)再串聯(lián)電子開關(guān)的電路，其電流源通過二極管形成回路，當電壓源或負載含有電子開關(guān)時，則僅由電流源和二極管并聯(lián)而成，由于電流源具有端壓突變時電流不突變的性質(zhì)，所以在負載發(fā)生短路時能有效地降低短路電流上升速度，限制短路電流值，不致使電壓源或負載電路的元器件被燒毀，達到短路保護之目的。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單。
文檔編號H02H9/02GK1148748SQ96111129
公開日1997年4月30日 申請日期1996年8月8日 優(yōu)先權(quán)日1996年8月8日
發(fā)明者吳兆麟, 徐曉亮 申請人:浙江大學(xué)