CN111064172B - 保护电路和变桨系统 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种保护电路和变桨系统，用于风力发电机组，该保护电路的输入接口与变桨控制器的电源连接，输出接口与变桨控制器连接，该保护电路包括：连接于输入接口和输出接口之间的防浪涌保护电路、主保护电路、开关电路和电流传感器；主保护电路，用于在检测到开关电路的输入电压发生浪涌时，对开关电路的控制端电压进行箝位，使得开关电路的输出电压限制在指定电压范围内；以及当通过电流传感器检测到开关电路的输出电流瞬时过流时，对开关电路的输出电流进行限流，或控制开关电路处于关闭状态；以及检测到设置时段内开关电路的输入电压持续过压和/或开关电路的输入电流持续过流时，控制开关电路处于关闭状态。

Description

保护电路和变桨系统

技术领域

本申请涉及风力发电技术领域，具体而言，本申请涉及一种保护电路和变桨系统。

背景技术

风力发电机组变桨系统中的控制核心是PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)，PLC出任何问题都将给变桨系统，甚至整个风力发电机组造成灾难性的后果，而给PLC供电的弱电系统出现问题，则会导致PLC无法正常工作。

给PLC供电的一般为+24伏的电源，在工作时，对该电源的可靠性要求较高，远超一般工控领域供电要求，影响可靠性的一个重要因素就是其抗干扰、抗雷击浪涌能力。

风力发电机组通常建在人烟稀少，环境恶劣的地方，尤其受到雷电天气的影响，工作时容易受到浪涌干扰，经常发生弱电系统因直击雷、感应雷、开关浪涌等影响导致弱电供电系统出问题。

本申请的发明人对现有技术研究发现，现有技术为了提高电源的可靠性，通常的方法是在PLC电源输入端加装防雷击浪涌保护模块，而防雷击浪涌保护模块虽然能解决一部分问题，但是存在输出的电源残压较高的问题，会导致PLC等关键部件在雷雨季仍有大量损坏现象，且该防雷击浪涌保护模块寿命较短，需要定期检查、更换。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种保护电路和变桨系统，用以解决PLC电源电路的过压、过流和浪涌问题，提高PLC电源电路的可靠性。

为了实现上述目的，本申请提供以下技术方案：

本申请实施例提供了一种保护电路，用于风力发电机组，该保护电路的输入接口与变桨控制器的电源连接，输出接口与变桨控制器连接，该保护电路包括：连接于输入接口和输出接口之间的防浪涌保护电路、主保护电路、开关电路和电流传感器；

防浪涌保护电路的输入端与输入接口相连；

开关电路的控制端与主保护电路相连，输入端与防浪涌保护电路的输出端和主保护电路相连，输出端与电流传感器的一端和主保护电路相连；

电流传感器的另一端与输出接口和主保护电路相连；

主保护电路，用于在检测到开关电路的输入电压发生浪涌时，对开关电路的控制端电压进行箝位，使得开关电路的输出电压限制在指定电压范围内；以及当通过电流传感器检测到开关电路的输出电流瞬时过流时，对开关电路的输出电流进行限流，或控制开关电路处于关闭状态；以及检测到设置时段内开关电路的输入电压持续过压和/或开关电路的输入电流持续过流时，控制开关电路处于关闭状态。

可选地，主保护电路包括集成电路和配置电路，配置电路设置在集成电路的外部；

配置电路包括限流电路和开关阈值设定电路；

限流电路的一端与开关电路的输入端连接，另一端与集成电路连接，用于与集成电路配合，限制对开关电路检测时产生的电流；

开关阈值设定电路的第一端与开关电路的控制端连接，第二端与集成电路连接，第三端与接地端连接，用于与集成电路配合，设定开关电路的阈值；

集成电路，用于检测到设置时段内开关电路的输入电压持续过压和/或开关电路的输入电流持续过流时，通过开关阈值设定电路控制开关电路处于关闭状态；以及用于检测到开关电路的输入电压发生浪涌时，通过开关阈值设定电路对开关电路的控制端电压进行箝位，使得开关电路的输出电压限制在指定电压范围内。

可选地，配置电路还包括故障设定电路和器件保护电路；

故障设定电路的一端与集成电路连接，另一端与接地端连接，用于故障时，设定开关电路的关断时间，以及设定集成电路的冷却周期；

器件保护电路的第一端与开关电路的输入端连接，第二端与集成电路连接，第三端与接地端连接，用于在集成电路检测到设置时段内开关电路的输入电压持续过压和/或开关电路的输入电流持续过流时，与集成电路配合，保护开关电路和电流传感器。

可选地，集成电路被配置为具有自动重试功能。

可选地，限流电路包括第一电阻；开关阈值设定电路包括第二电阻、第三电阻和第一电容；故障设定电路包括第二电容；器件保护电路包括第四电阻、第三电容和第一单向瞬态二极管；

第一电阻的一端与集成电路连接，另一端与开关电路的输入端连接；

第二电阻的一端与开关电路的控制端连接，另一端与集成电路连接；

第三电阻和第一电容串联连接于第二电阻的另一端与接地端之间；

第二电容的一端与集成电路连接，另一端与接地端连接；

第四电阻的一端与开关电路的输入端连接，另一端与集成电路、第三电容的一端以及第一单向瞬态二极管的一端连接；

第三电容的另一端与接地端连接，第一单向瞬态二极管的另一端与接地端连接。

可选地，配置电路还包括第二单向瞬态二极管，第二单向瞬态二极管的一端与第二电阻的另一端连接，另一端与电流传感器的另一端连接，电流传感器的另一端与集成电路连接。

可选地，开关电路为N型金属氧化物半导体型场效应晶体管，该金属氧化物半导体型场效应晶体管的栅极与集成电路中的栅极信号输出端连接。

可选地，该保护电路还包括储能电路，储能电路连接于电流传感器和输出接口之间，用于当开关电路处于关闭状态时，为变桨控制器提供电能。

可选地，储能电路包括依次串联的多个超级电容，对于位于两端的两个超级电容，其中一个超级电容的一端连接于电流传感器和输出接口之间，另一个超级电容的一端与接地端连接，且每一超级电容均并联设置一电阻；

或，所述储能电路包括电池；

或，所述储能电路包括应急电源。

可选地，防浪涌保护电路包括依次串接的第一级保护电路、延时过流保护电路和第二级保护电路；

第一级保护电路，用于吸收浪涌产生的能量，以降低输入到延时过流保护电路的电压值；

延时过流保护电路，用于当浪涌来临时，延长浪涌能量向该延时过流保护电路之后连接的电路的传输时间；

第二级保护电路，用于吸收经过延时过流保护电路输入的共模浪涌以及差模浪涌产生的能量。

可选地，第一级保护电路包括气体放电二极管，气体放电二极管的第一端与输入接口连接，第二端与接地端连接，第三端与保护地端连接；或，

第一级保护电路包括压敏电阻，压敏电阻的一端与输入接口连接，另一端与接地端连接。

可选地，延时过流保护电路包括第五电阻、第六电阻、第一自恢复保险和第二自恢复保险；

第五电阻和第一自恢复保险依次串联在气体放电二极管的第一端和第二级保护电路之间；

第六电阻和第二自恢复保险依次串联在气体放电二极管的第二端与接地端之间；

或，延时过流保护电路包括第一电感、第二电感、第一自恢复保险和第二自恢复保险；

第一电感和第一自恢复保险依次串联在气体放电二极管的第一端和第二级保护电路之间；

第二电感和第二自恢复保险依次串联在气体放电二极管的第二端与接地端之间。

可选地，第二级保护电路包括第一双向瞬态二极管、第二双向瞬态二极管和第三双向瞬态二极管；

第一双向瞬态二极管和第二双向瞬态二极管串联连接，第一双向瞬态二极管的一端与第一自恢复保险连接，第二双向瞬态二极管的一端与接地端连接，且第一双向瞬态二极管和第二双向瞬态二极管之间的节点与保护地端连接；

第一双向瞬态二极管和第二双向瞬态二极管串联后与第三双向瞬态二极管并联。

可选地，输入接口包括第一引线、第二引线、第三引线和第四引线；

第一引线与第一级保护电路连接，第一引线输出变桨控制器所需的电压值；

第二引线和第三引线均与电缆的屏蔽层连接；

第四引线与接地端连接；

输出接口包括第五引线、第六引线、第七引线和第八引线；

第五引线和第六引线均与电流传感器连接；

第七引线和第八引线均与接地端连接。

本申请实施例还提供了一种变桨系统，包括变桨控制器、变桨控制器的电源，以及上述的保护电路。

本申请实施例提供的技术方案带来的有益效果包括：

因此本申请实施例提供的保护电路能够解决变桨控制器的电源电路的过压、过流和浪涌问题，提高电源电路的可靠性；且该保护电路能够保证残压足够低，对易受到干扰的弱电系统起了很好的保护作用，极大的提升了风力发电机组的可靠性。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对本申请实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1是本申请实施例提供的一种保护电路的结构框图；

图2是本申请实施例提供的另一保护电路的结构框图；

图3是本申请实施例提供的又一保护电路的结构框图；

图4是本申请实施例提供的一种保护电路的电路结构图。

下面说明本申请实施例各附图标记表示的含义：

10-变桨控制器的电源；11-输入接口；12-输出接口；13-变桨控制器；14-防浪涌保护电路；15-主保护电路；16-开关电路；17-电流传感器；18-储能电路；

151-集成电路；152-配置电路；1521-限流电路；1522-开关阀值设定电路；1523-故障设定电路；1524-器件保护电路；141-第一级保护电路；142-延时过流保护电路；143-第二级保护电路。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本申请的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。应该理解，当我们称元件被“连接”到另一元件时，它可以直接连接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”可以包括无线连接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。

首先对本申请涉及的几个名词进行介绍和解释。

TVS：瞬态二极管(Transient Voltage Suppressor)，是一种二极管形式的高效能保护器件，它具有极快的响应时间(亚纳秒级)和相当高的浪涌吸收能力。当它的两端经受瞬间的高能量冲击时，TVS能以极高的速度把两端间的阻抗值由高阻抗变为低阻抗，以吸收一个瞬间大电流，把它的两端电压箝制在一个预定的数值上，从而保护后面的电路元件不受瞬态高压尖峰脉冲的冲击。

GDT：气体放电管(Gas Discharge Tube)，是一种密封在陶瓷腔体中的放电间隙，腔体中充有惰性气体以稳定放电管的放电电压。其主要特点是通流能量大，可达数十至数百千安(KA)，绝缘电阻极高，无漏流，无老化失效，无极性双向保护，静态电容极小，特别适用于高速网络通讯设备的粗保护。可广泛用于各种电源及信号线的第一级雷击浪涌保护。

超级电容：Supercapacitors，又名电化学电容，双电层电容器、黄金电容、法拉电容，是从上世纪七、八十年代发展起来的通过极化电解质来储能的一种电化学元件。它不同于传统的化学电源，是一种介于传统电容器与电池之间、具有特殊性能的电源，主要依靠双电层和氧化还原赝电容电荷储存电能。但在其储能的过程并不发生化学反应，这种储能过程是可逆的，也正因为此，超级电容器可以反复充放电数十万次。

自恢复保险：一种过流电子保护元件，采用高分子有机聚合物在高压、高温、硫化反应的条件下，掺加导电粒子材料后，经过特殊的工艺加工而成。传统保险丝过流保护，仅能保护一次，烧断了需更换，而自恢复保险具有过流过热保护，自动恢复双重功能。

残压：残压是当流过放电电流时保护器指定端的峰值电压，也可以叫做雷电放电电流通过防雷设备时，其端子间呈现的电压。

过压：对所有的电器设备而言，都有一个额定电压，但在实际中，不能完全保证在额定电压下工作，是在额定电压附近的一个范围，一般要求在±15％，为了保护电器设备和工艺质量，如果高于额定电压的+15％，就是“过压”。

过流：即过电流，指超过电器设备额定电流的电流，大于回路导体额定载电流量的回路电流都是过电流，包括过载电流和短路电流；其中：回路绝缘损坏前的过电流称为过载电流，绝缘损坏后的过电流称为短路电流。

本申请实施例提供的一种保护电路，旨在解决现有技术存在的技术问题。

下面以具体地实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决现有技术存在的技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本申请的实施例进行描述。

本申请实施例提供一种保护电路，如图1所示，图1是本申请实施例提供的保护电路的结构框图，该保护电路用于风力发电机组，该保护电路的输入接口11与变桨控制器的电源10连接，输出接口12与变桨控制器13连接，该保护电路包括：连接于输入接口11和输出接口12之间的防浪涌保护电路14、主保护电路15、开关电路16和电流传感器17；防浪涌保护电路14的输入端与输入接口11相连；开关电路16的控制端与主保护电路15相连，输入端与防浪涌保护电路14的输出端和主保护电路15相连，输出端与电流传感器17的一端和主保护电路15相连；电流传感器17的另一端与输出接口12和主保护电路15相连。

主保护电路15，用于在检测到开关电路16的输入电压发生浪涌时，对开关电路16的控制端电压进行箝位，使得开关电路16的输出电压限制在指定电压范围内；以及当通过电流传感器17检测到开关电路16的输出电流瞬时过流时，对开关电路16的输出电流进行限流，或控制开关电路16处于关闭状态；以及检测到设置时段内开关电路16的输入电压持续过压和/或开关电路16的输入电流持续过流时，控制开关电路16处于关闭状态。

本申请实施例提供的保护电路的输入接口与变桨控制器的电源连接，输出接口与变桨控制器连接，该保护电路包括：连接于输入接口和输出接口之间的防浪涌保护电路、主保护电路、开关电路和电流传感器，主保护电路在检测到开关电路的输入电压发生浪涌时，对开关电路的控制端电压进行箝位，使得开关电路的输出电压限制在指定电压范围内；以及当通过电流传感器检测到开关电路的输出电流瞬时过流时，对开关电路的输出电流进行限流，或控制开关电路处于关闭状态；以及检测到设置时段内开关电路的输入电压持续过压和/或开关电路的输入电流持续过流时，控制开关电路处于关闭状态，因此本申请实施例提供的保护电路能够解决PLC电源电路的过压、过流和浪涌问题，提高PLC电源电路的可靠性；且该保护电路能够保证残压足够低，对PLC等易受到干扰的弱电系统起了很好的保护作用，极大的提升了风力发电机组的可靠性。

可选地，如图2所示，本申请实施例中的主保护电路15包括集成电路151和配置电路152，配置电路152设置在集成电路151的外部；配置电路152包括限流电路1521和开关阈值设定电路1522。

具体地，限流电路1521的一端与开关电路16的输入端连接，另一端与集成电路151连接，用于与集成电路151配合，限制对开关电路16检测时产生的电流；开关阈值设定电路1522的第一端与开关电路16的控制端连接，第二端与集成电路151连接，第三端与接地端(图中未示出)连接，用于与集成电路151配合，设定开关电路16的阈值。

具体地，集成电路151用于检测到设置时段内开关电路16的输入电压持续过压和/或开关电路16的输入电流持续过流时，通过开关阈值设定电路1522控制开关电路16处于关闭状态；以及用于检测到开关电路16的输入电压发生浪涌时，通过开关阈值设定电路1522对开关电路16的控制端电压进行箝位，使得开关电路16的输出电压限制在指定电压范围内。

可选地，如图2所示，本申请实施例中的配置电路还包括故障设定电路1523和器件保护电路1524。

具体地，故障设定电路1523的一端与集成电路151连接，另一端与接地端(图中未示出)连接，用于故障时，设定开关电路16的关断时间，以及设定集成电路151的冷却周期；器件保护电路1524的第一端与开关电路16的输入端连接，第二端与集成电路151连接，第三端与接地端(图中未示出)连接，用于在集成电路151检测到设置时段内开关电路16的输入电压持续过压和/或开关电路16的输入电流持续过流时，与集成电路151配合，保护开关电路16和电流传感器17。

在一种可选的实施方式中，本申请实施例提供的保护电路还包括储能电路18，如图3所示，储能电路18连接于电流传感器17和输出接口12之间，用于当开关电路16处于关闭状态时，为变桨控制器13提供电能；本申请实施例储能电路的设置能够在电源出问题后，变桨控制器可以掉电保存数据。

在一种可选的实施方式中，如图3所示，本申请实施例中的防浪涌保护电路14包括依次串接的第一级保护电路141、延时过流保护电路142和第二级保护电路143；第一级保护电路141，用于吸收浪涌产生的能量，以降低输入到延时过流保护电路142的电压值；延时过流保护电路142，用于当浪涌来临时，延长浪涌能量向该延时过流保护电路142之后连接的电路的传输时间；第二级保护电路143，用于吸收经过延时过流保护电路142输入的共模浪涌以及差模浪涌产生的能量；本申请实施例中第一级保护电路、延时过流保护电路和第二级保护电路的设置能够提高保护电路的可靠性。

下面结合具体的电路图详细介绍本申请实施例提供的保护电路。

如图4所示，图4是本申请具体实施例提供的保护电路的电路结构图，本申请实施例中的限流电路1521包括第一电阻R6；开关阀值设定电路1522包括第二电阻R9、第三电阻R14和第一电容C11；故障设定电路1523包括第二电容C16；器件保护电路1524包括第四电阻R7、第三电容C10和第一单向瞬态二极管D7。第二电容C16用以设定开关电路16的关断时间，以及设定集成电路151的冷却周期；其中：第一单向瞬态二极管D7在输入电压出现过压时起到箝位保护作用，第四电阻R7和第三电容C10在遭遇短持续时间尖峰情况时组成RC滤波器，对电路起到一定的保护作用；在对N型金属氧化物半导体型场效应晶体管Q1的漏极和源极检测时产生的电流流过第一电阻R6，合适的第一电阻R6在峰值输入电压条件下能够将检测时产生的电流限值在一定范围内。

具体地，第一电阻R6的一端与集成电路151连接，另一端与开关电路16的输入端连接；第二电阻R9的一端与开关电路16的控制端连接，另一端与集成电路151连接；第三电阻R14和第一电容C11串联连接于第二电阻R9的另一端与接地端GND之间；第二电容C16的一端与集成电路151连接，另一端与接地端GND连接；第四电阻R7的一端与开关电路16的输入端连接，另一端与集成电路151、第三电容C10的一端、以及第一单向瞬态二极管D7的一端连接；第三电容C10的另一端与接地端GND连接，第一单向瞬态二极管D7的另一端与接地端GND连接。

可选地，如图4所示，本申请实施例中的配置电路152还包括第二单向瞬态二极管D5，第二单向瞬态二极管D5的一端与第二电阻R9的另一端连接，另一端与电流传感器17的另一端连接，电流传感器的另一端与集成电路151连接，第二单向瞬态二极管D5在输出电压出现过压时起到箝位保护作用。

可选地，如图4所示，本申请实施例中的开关电路16为N型金属氧化物半导体型场效应晶体管，该金属氧化物半导体型场效应晶体管的栅极与集成电路151中的栅极信号输出端连接。当然，实际应用中，开关电路16还可以选择其它类型的薄膜晶体管。

具体地，本申请实施例采用了专用集成电路151，该集成电路151可以提供4V至72V的过压和过流保护功能，它和串联的N型金属氧化物半导体型场效应晶体管的设计方式取代了由庞大笨重的电感器、电容器、TVS和熔丝构成的传统保护电路，从而节省了电路板空间，并在瞬态电源或电流浪涌过程中实现连续运转，可保护下游电子组件免受高达N型金属氧化物半导体型场效应晶体管额定值之输入过压的损坏，同时还能避免电源遭受输出过载。另外，传统保护电路可能使熔丝熔断或烧毁TVS，因而需要维修，而本申请实施例中的集成电路151可以承受一个最大至60V的反向输入，能够很好的起到反向保护的作用。

具体地，本申请实施例集成电路151在检测到开关电路16的输入电压发生浪涌时，集成电路151减低开关电路16的输入端和输出端的过高电压，同时开关阈值设定电路1522对其栅极电压进行箝位，使得开关电路的输出电压限制在指定电压范围内，该指定电压可以根据实际设计时安全电压的需求进行设定，这样，允许使用额定电压较低的下游电子组件，从而节省了成本。

具体地，本申请实施例在输出过载或短路期间，集成电路151对开关电路16的输出电流进行限流，或控制开关电路16处于关闭状态，这样，能够将正向通路调节至一个由电流传感器17设定的电流限值。另外，对于持续的过压和过流，集成电路151的设置能够控制开关电路16在更短的时间内关断。

具体地，由于本申请实施例中的集成电路151可以抑制浪涌(过电压)，而电路板热插拔的本质是插拔的瞬间给电路带来浪涌，导致电路破坏，因此，集成电路151还可控制电路板电源热插拔期间的浪涌电流。

具体地，本申请实施例中的集成电路151被配置为具有自动重试功能，当过压或短路保护后每隔一段时间(如：1秒)电路会自动重试，当检测到过压、短路、反接消失后会打开开关电路16接通电源，保证后续电路在无人干预的情况下重启。当检测到仍有过压或过流、反接情况时，保持开关电路16关断，使得后续电路仍处于保护模式。该功能非常适合变桨PLC应用，当电源有故障时，服务人员不能及时到达现场进行处理，此保护电路的自诊断自重试功能免去服务人员大量的工作，提高了效率。

如图4所示，本申请实施例中的储能电路18包括依次串联的多个超级电容(图中示出了C3、C4、C6、C7、C8、C9、C12、C13、C14和C15十个超级电容)，对于位于两端的两个超级电容(C3和C15)，C3的一端连接于电流传感器17和输出接口12之间，C15的一端与接地端GND连接，且每一超级电容均并联设置一个电阻，可选地，所有电阻的阻值相等。

当然，在实际设计时，本申请实施例中的储能电路18还可以包括电池或应急电源。

具体实施时，超级电容C3与电阻R4并联，超级电容C4与电阻R5并联，超级电容C6与电阻R10并联，超级电容C7与电阻R11并联，超级电容C8与电阻R12并联，超级电容C9与电阻R13并联，超级电容C12与电阻R16并联，超级电容C13与电阻R17并联，超级电容C14与电阻R18并联，超级电容C15与电阻R19并联。如：本申请实施例选择的超级电容单体的额定电压值为2.7V，电容值为2F，由该超级电容单体组成的储能系统能够维持压降2.4V，2A/200ms的电源输出，给PLC应急处理、记录提供了应急供电。

如图4所示，本申请实施例中的第一级保护电路141包括气体放电二极管D2，气体放电二极管D2的第一端与输入接口11连接，第二端与接地端连接，第三端与保护地端PGND连接；当然，实际设计时，可以采用压敏电阻替代气体放电二极管D2，具体实施时，压敏电阻的一端与输入接口连接，另一端与接地端连接。

具体地，本申请实施例采用的气体放电二极管D2主要特点是通流能量大，可达数十至数百KA，绝缘电阻极高，无漏流，无老化失效，无极性双向保护，静态电容极小，特别适用于高速网络通讯设备的粗保护，可广泛用于各种电源及信号线的第一级雷击浪涌保护。该气体放电二极管D2能够提供上升速度从100V/s～1000V/us的浪涌有效的防护，本发明实施例选用的气体放电二极管D2的参数是辉光放电电压75V～200V，放电电流5kA。

如图4所示，本申请实施例中的延时过流保护电路142包括第五电阻R1、第六电阻R15、第一自恢复保险F1和第二自恢复保险F2；第五电阻R1和第一自恢复保险F1依次串联在气体放电二极管D2的第一端和第二级保护电路143之间；第六电阻R15和第二自恢复保险F2依次串联在气体放电二极管D2的第二端与接地端之间。

当然，实际设计时，可以采用电感替代电阻，具体地，延时过流保护电路142包括第一电感(与第五电阻R1的位置对应)、第二电感(与第六电阻R15的位置对应)、第一自恢复保险F1和第二自恢复保险F2；第一电感和第一自恢复保险依次串联在气体放电二极管的第一端和第二级保护电路之间；第二电感和第二自恢复保险依次串联在气体放电二极管的第二端与接地端之间。

具体地，本申请实施例中第五电阻R1和第六电阻R15阻值一般不超过2欧姆，功率不小于1瓦，第一自恢复保险F1和第二自恢复保险F2选择的是1A。延时过流保护电路142的作用是由电阻和自恢复保险构成延时电路，当浪涌冲击来临时首先让第一级保护电路141的气体放电二极管D2动作进行放电，吸收大部分的能量，经过一定放电后，后继保护电路才能动作进一步降低电压。

如图4所示，本申请实施例中的第二级保护电路143包括第一双向瞬态二极管D1、第二双向瞬态二极管D6和第三双向瞬态二极管D4；第一双向瞬态二极管D1和第二双向瞬态二极管D6串联连接，第一双向瞬态二极管D1的一端与第一自恢复保险F1连接，第二双向瞬态二极管D6的一端与接地端连接，且第一双向瞬态二极管D1和第二双向瞬态二极管D6之间的节点与保护地端PGND连接；第一双向瞬态二极管D1和第二双向瞬态二极管D6串联后与第三双向瞬态二极管D4并联。

具体地，本申请实施例中的第一双向瞬态二极管D1、第二双向瞬态二极管D6和第三双向瞬态二极管D4的反向截止电压为33V，功率为5KW，第一双向瞬态二极管D1和第二双向瞬态二极管D6对电源输入端共模浪涌进行保护，第三双向瞬态二极管D4对电源输入端差模浪涌进行保护。第一双向瞬态二极管D1、第二双向瞬态二极管D6和第三双向瞬态二极管D4构成的保护电路一般能通过2KV的标准浪涌试验。

如图4所示，本申请实施例中输入接口11包括第一引线、第二引线、第三引线和第四引线；第一引线与第一级保护电路141连接，第一引线输出变桨控制器所需的电压值；第二引线和第三引线均与电缆的屏蔽层(PE)连接；第四引线与接地端连接；输出接口12包括第五引线、第六引线、第七引线和第八引线；第五引线和第六引线均与所述电流传感器17连接；第七引线和第八引线均与接地端连接。本申请实施例提供的保护电路的输入接口和输出接口由于均只有四条线，接线简单，便于已有风力发电机组进行改造升级。

下面结合图4简单介绍本申请实施例提供的保护电路的工作原理。

如图4所示，当浪涌来临时，首先由第一级保护电路141进行保护，第一级保护电路141动作最快，吸收的能量最多；接着，由电阻R2和电容C5组成的RC电路滤除高频干扰部分，对开关电路16和集成电路151起到一定的保护作用；接着，当集成电路检测到电源电压、电流正常时，控制开关电路16稳定的处于打开状态，当电流传感器17检测到电流过流时，控制开关电路16处于关闭状态，或对开关电路16的输出电流进行限流；当集成电路检测到设置时段内开关电路16的输入电压持续过压和/或开关电路16的输入电流持续过流时，控制开关电路16处于关闭状态。

如图4所示，当开关电路16正常导通时，电容C1和电容C2起到滤波作用，以提供干净的直流给后续电路，此时电源指示灯D3点亮，电阻R3起到限流作用。另外，电阻R8为集成电路151故障输出的限流电阻。

综上所述，本申请具体实施例变桨控制器的电源经过保护电路后再连接至变桨控制器，保护电路与变桨控制器的电源和变桨控制器是串联关系，该保护电路不会影响原有电路的功能，该保护电路具有如下有益效果：

第一、本申请实施例提供的保护电路能够解决PLC电源电路的过压、过流和浪涌问题，提高PLC电源电路的可靠性；且该保护电路能够保证残压足够低，对PLC等易受到干扰的弱电系统起了很好的保护作用，极大的提升了风力发电机组的可靠性。

第二、本申请实施例提供的保护电路还包括储能电路，在主电源失去后，能应急进行数据保存，以便于后续故障分析。

第三、本申请实施例提供的保护电路包括的集成电路具有自动重启功能，当过压或过流保护后每隔一段时间会自动重启，保证后续电路在无人干预的情况下重启。

第四、本申请实施例提供的保护电路能够抗受由于热插拔带来的浪涌冲击。

第五、本申请实施例提供的保护电路的输入接口和输出接口均只有四条线，接线简单，便于已有风力发电机组进行改造升级。

以上所述仅是本申请的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (15)

1.一种保护电路，用于风力发电机组，其特征在于，该保护电路的输入接口(11)与变桨控制器的电源(10)连接，输出接口(12)与变桨控制器(13)连接，该保护电路包括：连接于所述输入接口(11)和所述输出接口(12)之间的防浪涌保护电路(14)、主保护电路(15)、开关电路(16)和电流传感器(17)；

所述防浪涌保护电路(14)的输入端与所述输入接口(11)相连；

所述开关电路(16)的控制端与所述主保护电路(15)相连，输入端与所述防浪涌保护电路(14)的输出端和所述主保护电路(15)相连，输出端与所述电流传感器(17)的一端和主保护电路(15)相连；

所述电流传感器(17)的另一端与所述输出接口(12)和主保护电路(15)相连；

所述主保护电路(15)，用于在检测到所述开关电路(16)的输入电压发生浪涌时，对所述开关电路(16)的控制端电压进行箝位，使得所述开关电路(16)的输出电压限制在指定电压范围内；以及当通过所述电流传感器(17)检测到所述开关电路(16)的输出电流瞬时过流时，对所述开关电路(16)的输出电流进行限流，或控制所述开关电路(16)处于关闭状态；以及检测到设置时段内所述开关电路(16)的输入电压持续过压和/或所述开关电路(16)的输入电流持续过流时，控制所述开关电路(16)处于关闭状态。

2.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述主保护电路(15)包括集成电路(151)和配置电路(152)，所述配置电路(152)设置在所述集成电路(151)的外部；

所述配置电路(152)包括限流电路(1521)和开关阈值设定电路(1522)；

所述限流电路(1521)的一端与所述开关电路(16)的输入端连接，另一端与所述集成电路(151)连接，用于与所述集成电路(151)配合，限制对所述开关电路(16)检测时产生的电流；

所述开关阈值设定电路(1522)的第一端与所述开关电路(16)的控制端连接，第二端与所述集成电路(151)连接，第三端与接地端连接，用于与所述集成电路(151)配合，设定所述开关电路(16)的阈值；

所述集成电路(151)，用于检测到设置时段内所述开关电路(16)的输入电压持续过压和/或所述开关电路(16)的输入电流持续过流时，通过开关阈值设定电路(1522)控制所述开关电路(16)处于关闭状态；以及用于检测到所述开关电路(16)的输入电压发生浪涌时，通过所述开关阈值设定电路(1522)对所述开关电路(16)的控制端电压进行箝位，使得所述开关电路(16)的输出电压限制在指定电压范围内。

3.根据权利要求2所述的保护电路，其特征在于，所述配置电路(152)还包括故障设定电路(1523)和器件保护电路(1524)；

所述故障设定电路(1523)的一端与所述集成电路(151)连接，另一端与接地端连接，用于故障时，设定所述开关电路(16)的关断时间，以及设定所述集成电路(151)的冷却周期；

所述器件保护电路(1524)的第一端与所述开关电路(16)的输入端连接，第二端与所述集成电路(151)连接，第三端与接地端连接，用于在所述集成电路(151)检测到设置时段内所述开关电路(16)的输入电压持续过压和/或所述开关电路(16)的输入电流持续过流时，与所述集成电路(151)配合，保护所述开关电路(16)和所述电流传感器(17)。

4.根据权利要求2所述的保护电路，其特征在于，所述集成电路(151)被配置为具有自动重试功能。

5.根据权利要求3所述的保护电路，其特征在于，所述限流电路(1521)包括第一电阻；所述开关阈值设定电路(1522)包括第二电阻、第三电阻和第一电容；所述故障设定电路(1523)包括第二电容；所述器件保护电路(1524)包括第四电阻、第三电容和第一单向瞬态二极管；

所述第一电阻的一端与所述集成电路(151)连接，另一端与所述开关电路(16)的输入端连接；

所述第二电阻的一端与所述开关电路(16)的控制端连接，另一端与所述集成电路(151)连接；

所述第三电阻和所述第一电容串联连接于所述第二电阻的另一端与接地端之间；

所述第二电容的一端与所述集成电路(151)连接，另一端与接地端连接；

所述第四电阻的一端与所述开关电路(16)的输入端连接，另一端与所述集成电路(151)、所述第三电容的一端以及所述第一单向瞬态二极管的一端连接；

所述第三电容的另一端与接地端连接，所述第一单向瞬态二极管的另一端与接地端连接。

6.根据权利要求5所述的保护电路，其特征在于，所述配置电路(152)还包括第二单向瞬态二极管，所述第二单向瞬态二极管的一端与所述第二电阻的另一端连接，另一端与所述电流传感器(17)的另一端连接，所述电流传感器(17)的另一端与所述集成电路(151)连接。

7.根据权利要求6所述的保护电路，其特征在于，所述开关电路(16)为N型金属氧化物半导体型场效应晶体管，该金属氧化物半导体型场效应晶体管的栅极与所述集成电路(151)中的栅极信号输出端连接。

8.根据权利要求1-7任一项所述的保护电路，其特征在于，还包括储能电路(18)，所述储能电路(18)连接于所述电流传感器(17)和所述输出接口(12)之间，用于当所述开关电路(16)处于关闭状态时，为所述变桨控制器(13)提供电能。

9.根据权利要求8所述的保护电路，其特征在于，所述储能电路(18)包括依次串联的多个超级电容，对于位于两端的两个超级电容，其中一个超级电容的一端连接于所述电流传感器(17)和所述输出接口(12)之间，另一个超级电容的一端与接地端连接，且每一所述超级电容均并联设置一电阻；

或，所述储能电路(18)包括电池；

或，所述储能电路(18)包括应急电源。

10.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述防浪涌保护电路(14)包括依次串接的第一级保护电路(141)、延时过流保护电路(142)和第二级保护电路(143)；

所述第一级保护电路(141)，用于吸收浪涌产生的能量，以降低输入到所述延时过流保护电路(142)的电压值；

所述延时过流保护电路(142)，用于当浪涌来临时，延长浪涌能量向该延时过流保护电路(142)之后连接的电路的传输时间；

所述第二级保护电路(143)，用于吸收经过所述延时过流保护电路(142)输入的共模浪涌以及差模浪涌产生的能量。

11.根据权利要求10所述的保护电路，其特征在于，所述第一级保护电路(141)包括气体放电二极管，所述气体放电二极管的第一端与所述输入接口(11)连接，第二端与接地端连接，第三端与保护地端连接；或，

所述第一级保护电路(141)包括压敏电阻，所述压敏电阻的一端与所述输入接口(11)连接，另一端与接地端连接。

12.根据权利要求11所述的保护电路，其特征在于，所述延时过流保护电路(142)包括第五电阻、第六电阻、第一自恢复保险和第二自恢复保险；

所述第五电阻和所述第一自恢复保险依次串联在所述气体放电二极管的第一端和所述第二级保护电路(143)之间；

所述第六电阻和所述第二自恢复保险依次串联在所述气体放电二极管的第二端与接地端之间；

或，所述延时过流保护电路包括第一电感、第二电感、第一自恢复保险和第二自恢复保险；

所述第一电感和所述第一自恢复保险依次串联在所述气体放电二极管的第一端和所述第二级保护电路(143)之间；

所述第二电感和所述第二自恢复保险依次串联在所述气体放电二极管的第二端与接地端之间。

13.根据权利要求12所述的保护电路，其特征在于，所述第二级保护电路(143)包括第一双向瞬态二极管、第二双向瞬态二极管和第三双向瞬态二极管；

所述第一双向瞬态二极管和所述第二双向瞬态二极管串联连接，所述第一双向瞬态二极管的一端与所述第一自恢复保险连接，所述第二双向瞬态二极管的一端与接地端连接，且所述第一双向瞬态二极管和所述第二双向瞬态二极管之间的节点与保护地端连接；

所述第一双向瞬态二极管和所述第二双向瞬态二极管串联后与所述第三双向瞬态二极管并联。

14.根据权利要求10所述的保护电路，其特征在于，所述输入接口(11)包括第一引线、第二引线、第三引线和第四引线；

所述第一引线与所述第一级保护电路(141)连接，所述第一引线输出所述变桨控制器所需的电压值；

所述第二引线和所述第三引线均与电缆的屏蔽层连接；

所述第四引线与接地端连接；

所述输出接口(12)包括第五引线、第六引线、第七引线和第八引线；

所述第五引线和所述第六引线均与所述电流传感器(17)连接；

所述第七引线和所述第八引线均与接地端连接。

15.一种变桨系统，其特征在于，包括变桨控制器(13)、变桨控制器的电源(10)，以及权利要求1-14任一项所述的保护电路。