CN114336530B - 一种用于功率单元的储能元件过压过流保护电路 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于功率单元的储能元件过压过流保护电路，包括：高频H桥，所述高频H桥的第一端与高频母线电连接，第二端与储能电容并联连接，所述储能电容串联连接一熔断器；所述储能电容还并联连接旁路子电路，所述旁路子电路与直流侧电连接。当高频母线侧带电初期时，高频母线通过高频H桥给储能电容供电，当高频H桥发生故障导致储能电容短接或其他故障导致储能电容所在回路过流，熔断器烧断，保护储能电容不受损害。当保护电路发生故障时，旁路子电路中的半桥开关中的桥臂同时导通，快速将装置从直流侧旁路，保护储能电容不受损害。

Description

一种用于功率单元的储能元件过压过流保护电路

技术领域

本申请涉及电子电力技术领域，具体涉及一种用于功率单元的储能元件过压过流保护电路。

背景技术

随着环境问题的日益严重，清洁能源得到了越来越多的应用，为了更好的接入不同电压等级的直流微网、储能设备、直流负载等，基于电力电子技术的多端口电能路由器发展的越来越迅速。多端口电能路由器的核心装置就是功率单元，各个功率单元通过串并联的方式实现电能路由器的电压与功率等级的提升。

传统技术中，为了更灵活方便的实现功率单元的扩展，通过高频母线实现模块级联和扩展是目前应用较多的一种拓扑方案。其功率单元核心即由有源桥与高频变压器或高频电感组成，各个功率单元通过高频母线进行串并联。

但是目前的功率单元在实际的应用过程中有以下问题：（1）不能在端口发生短路故障时快速的将功率单元从故障出切；不能将故障的功率单元从端口切除，而不影响其他模块正常的运行；（2）在端口停机或发生故障时，功率单元中的储能元件缺少耗能回路，不能快速的将功率单元中的能量释放，存在安全隐患；（3）缺少储能元件的保护电路，在功率模块发生故障时，储能元件所在回路可能出现短路过流的现象，从而使储能元件损坏甚至发生爆炸。

发明内容

本申请为了解决上述技术问题，提出了如下技术方案：

第一方面，本申请实施例提供了一种用于功率单元的储能元件过压过流保护电路，包括：高频H桥，所述高频H桥的第一端与高频母线电连接，第二端与储能电容并联连接，所述储能电容串联连接一熔断器；所述储能电容还并联连接旁路子电路，所述旁路子电路与直流侧电连接。

采用上述实现方式，当高频母线侧带电初期时，高频母线通过高频H桥给储能电容供电，当高频H桥发生故障导致储能电容短接或其他故障导致储能电容所在回路过流，熔断器烧断，保护储能电容不受损害。当保护电路发生故障时，旁路子电路中的半桥开关中的桥臂同时导通，快速将装置从直流侧旁路，保护储能电容不受损害。

结合第一方面，在第一方面第一种可能的实现方式中，所述高频H桥包括第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂和第四桥臂，所述第一桥臂和第二桥臂串联连接，所述第三桥臂和第四桥臂串联连接，所述第一桥臂和第三桥臂的正极与储能电容的正极电连接，所述第二桥臂和第四桥臂的负极与所述储能电容的负极电连接，所述第一桥臂的负极和所述第二桥臂的正极与所述高频母线的第一支路电连接，所述所述第三桥臂的负极和所述第四桥臂的正极与所述高频母线的第二支路电连接。

结合第一方面第一种可能的实现方式，在第一方面第二种可能的实现方式中，所述熔断器的第一端与所述储能电容的正极电连接，所述熔断器的第二端分别与所述第一桥臂和第三桥臂的正极电连接。

结合第一方面第二种可能的实现方式，在第一方面第三种可能的实现方式中，所述旁路子电路包括并联连接的半桥开关和旁路开关。

结合第一方面第三种可能的实现方式，在第一方面第四种可能的实现方式中，所述半桥开关包括穿连接的第五桥臂和第六桥臂，所述第五桥臂的正极分别与所述熔断器的第二端和所述旁路开关的第一端电连接，所述第六桥臂的负极分别与所述储能电容的负极和所述旁路开关的第二端电连接。

结合第一方面第四种可能的实现方式，在第一方面第五种可能的实现方式中，所述第六桥臂并联连接有稳压电阻，所述稳压电阻的第一端分别与所述第五桥臂的负极和所述第六桥臂的正极电连接，所述稳压电阻的第二端分别与所述第六桥臂的负极和所述旁路开关的第二端电连接。

结合第一方面第五种可能的实现方式，在第一方面第六种可能的实现方式中，所述稳压电阻在保护电路不同运行状态下，所述储能电阻实现不同功能。

结合第一方面二至六种任一可能的实现方式，在第一方面第七种可能的实现方式中，所述当高频H桥发生故障导致储能电容短接或其他故障导致储能电容所在回路过流，所述熔断器烧断保护所述储能电容。

结合第一方面第七种可能的实现方式，在第一方面第八种可能的实现方式中，当保护电路发生故障，所述半桥开关两个桥臂同时导通，旁路开关闭合，将装置从直流侧旁路。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种用于功率单元的储能元件过压过流保护电路的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的图1电路的稳压回路示意图；

图3为本申请实施例提供的图1电路的耗能示意图；

图4为本申请实施例提供的图1电路旁路示意图；

图1-4中，符号表示为：

1-高频H桥，2-旁路子电路，3-半桥开关，Q1-第一桥臂，Q2-第二桥臂，Q3-第三桥臂，Q4-第四桥臂，Q5-第五桥臂，Q6-第六桥臂，FU-熔断器，C-储能电容，R-稳压电阻，K-旁路开关。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本方案进行阐述。

图1为本申请实施例提供的一种用于功率单元的储能元件过压过流保护电路，参见图1，本实施例提供的用于功率单元的储能元件过压过流保护电路包括：高频H桥1，所述高频H桥1的第一端与高频母线电连接，第二端与储能电容C并联连接，所述储能电容C串联连接一熔断器FU；所述储能电容C还并联连接旁路子电路2，所述旁路子电路2与直流侧电连接。

本实施例中，所述高频H桥1包括第一桥臂Q1、第二桥臂Q2、第三桥臂Q3和第四桥臂Q4，所述第一桥臂Q1和第二桥臂Q2串联连接，所述第三桥臂Q3和第四桥臂Q4串联连接，所述第一桥臂Q1和第三桥臂Q3的正极与储能电容C的正极电连接，所述第二桥臂Q2和第四桥臂Q4的负极与所述储能电容C的负极电连接，所述第一桥臂Q1的负极和所述第二桥臂Q2的正极与所述高频母线的第一支路电连接，所述所述第三桥臂Q3的负极和所述第四桥臂Q4的正极与所述高频母线的第二支路电连接。

所述熔断器FU的第一端与所述储能电容C的正极电连接，所述熔断器FU的第二端分别与所述第一桥臂Q1和第三桥臂Q3的正极电连接。

所述旁路子电路2包括并联连接的半桥开关3和旁路开关K。具体地，所述半桥开关3包括穿连接的第五桥臂Q5和第六桥臂Q6，所述第五桥臂Q5的正极分别与所述熔断器FU的第二端和所述旁路开关K的第一端电连接，所述第六桥臂Q6的负极分别与所述储能电容C的负极和所述旁路开关K的第二端电连接。

所述第六桥臂Q6并联连接有稳压电阻R，所述稳压电阻R的第一端分别与所述第五桥臂Q5的负极和所述第六桥臂Q6的正极电连接，所述稳压电阻R的第二端分别与所述第六桥臂Q6的负极和所述旁路开关K的第二端电连接。

本实施例中，所述稳压电阻R在保护电路不同运行状态下，所述储能电阻实现不同功能。如图2所示，当高频母线侧带电初期时，高频母线通过高频H桥1给储能电容C供电，高频H桥1处于不控整流状态，储能元件可能出现电压不稳现象，通过半桥开关3上桥臂导通，将稳压电阻R并联在储能电容C的两端，此时稳压电阻R起稳压作用。当高频H桥1处于控制状态时，储能电容C电压稳定，可将半桥开关3上桥臂关断，将稳压电阻R隔离，减少能量的消耗。高频母线失电时，储能电容C通过稳压电阻R快速的将能量耗尽，电阻起耗能作用。

所述当高频H桥1发生故障导致储能电容C短接或其他故障导致储能电容C所在回路过流，所述熔断器FU烧断保护所述储能电容C。如图3所示，当高频H桥1发生故障导致储能电容C短接或其他故障导致储能电容C所在回路过流，从而烧断熔断器FU，保护储能电容C不受损害，熔断器FU在回路中基本不损耗能量，且在过流时能快速断开，保护储能电容C。

当保护电路发生故障，所述半桥开关3两个桥臂同时导通，旁路开关K闭合，将装置从直流侧旁路。如图4所示，所述旁路电路包括半桥开关3与旁路开关K，当装置发生故障时，所述半桥开关3上下桥臂同时导通，此时储能电容C通过半桥开关3短接，熔断器FU熔断，保护储能电容C不受损害，快速将装置从直流侧旁路，然后将旁路开关K闭合，实现机械旁路，彻底将装置与直流侧旁路。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (4)

1.一种用于功率单元的储能元件过压过流保护电路，其特征在于，包括：高频H桥，所述高频H桥与高频母线电连接，所述高频H桥分别与储能电容串联熔断器组成的串联结构和旁路子电路并联连接，所述旁路子电路与直流侧电连接；

所述高频H桥包括第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂和第四桥臂，所述第一桥臂和第二桥臂串联连接，所述第三桥臂和第四桥臂串联连接，所述熔断器的第一端与所述储能电容的正极电连接，所述熔断器的第二端分别与所述第一桥臂和第三桥臂的正极电连接，所述第二桥臂和第四桥臂的负极与所述储能电容的负极电连接，所述第一桥臂的负极和所述第二桥臂的正极与所述高频母线的第一支路电连接，所述第三桥臂的负极和所述第四桥臂的正极与所述高频母线的第二支路电连接；

所述旁路子电路包括并联连接的半桥开关和旁路开关，所述半桥开关包括串联连接的第五桥臂和第六桥臂，所述第五桥臂的正极分别与所述熔断器的第二端和所述旁路开关的第一端电连接，所述第六桥臂的负极分别与所述储能电容的负极和所述旁路开关的第二端电连接；所述第六桥臂并联连接有稳压电阻，所述稳压电阻的第一端分别与所述第五桥臂的负极和所述第六桥臂的正极电连接，所述稳压电阻的第二端分别与所述第六桥臂的负极和所述旁路开关的第二端电连接。

2.根据权利要求1所述的用于功率单元的储能元件过压过流保护电路，其特征在于，所述稳压电阻在保护电路不同运行状态下，所述稳压电阻实现不同功能。

3.根据权利要求2所述的用于功率单元的储能元件过压过流保护电路，其特征在于，当所述高频H桥发生故障导致储能电容短接或其他故障导致储能电容所在回路过流，所述熔断器烧断保护所述储能电容。

4.根据权利要求3所述的用于功率单元的储能元件过压过流保护电路，其特征在于，当保护电路发生故障，所述半桥开关两个桥臂同时导通，旁路开关闭合，将装置从直流侧旁路。