一种UPS直流母线短路保护装置及短路保护方法与流程

一种ups直流母线短路保护装置及短路保护方法
技术领域
1.本发明涉及电路保护技术领域，尤其涉及一种ups直流母线短路保护装置及短路保护方法。


背景技术：

2.ups(uninterruptible power supply，不间断电源)是指不会因短暂停电而中断，可以一直供应高品质电源，从而有效保护精密仪器的电源设备，亦有稳定电压的作用，类似于稳压器。不间断电源现已广泛应用于矿山、航天、工业、通讯、国防、医院、计算机业务终端、网络服务器、网络设备、数据存储设备等领域。
3.由于ups是非常重要的备用电源设备，所以在使用时一定会配置相应的短路保护措施对其进行保护，避免因短路引起ups的损坏。当前ups的直流路线短路保护主要有两种方式，即封锁开关管驱动的软件保护方式和串联保险管的硬件保护方式；其中，软件保护方式的成本虽然低，但对短路的检测有一定的延时，导致实际的短路保护效果较差；而串联保险管的硬件保护方式虽然具有保护动作快、效果好的优点，但成本较高，尤其是ups的功率等级越高，成本就越高。
4.因此，我们需要提出一种新的ups直流母线短路保护技术。
5.以上信息作为背景信息给出只是为了辅助理解本公开，并没有确定或者承认任意上述内容是否可用作相对于本公开的现有技术。


技术实现要素：

6.本发明提供一种ups直流母线短路保护装置及短路保护方法，以解决现有技术的不足。
7.为实现上述目的，本发明提供以下的技术方案：
8.第一方面，本发明实施例提供一种ups直流母线短路保护装置，所述装置包括短路保护电路和与所述短路保护电路电性连接的数字信号处理器；其中，
9.所述短路保护电路用于当ups的直流母线发生短路时，封锁来自pwm控制器的igbt驱动信号，并输出母线短路信号给所述数字信号处理器；
10.所述数字信号处理器用于在接收到所述母线短路信号后，关闭pwm控制器，并将ups切换到旁路输出。
11.进一步地，所述ups直流母线短路保护电路中，所述短路保护电路包括第一比较器u1、第二比较器u2、第一npn型三极管q1和第二npn型三极管q2；其中，
12.所述第一比较器u1的正相输入端通过第一电阻r1与正直流母线电压采样信号电性连接，所述第一比较器u1的负相输入端通过第二电阻r2与电压源vcc电性连接，所述第一比较器u1的负相输入端还通过第五电阻r5下拉接地，所述第一比较器u1的输出端通过串联的稳压二极管zd1和第七电阻r7与所述第一npn型三极管q1的基极电性连接，所述第一比较器u1的输出端还通过第十二电阻r12上拉连接到电压源vcc正极；
13.所述第二比较器u2的正相输入端通过第三电阻r3与负直流母线电压采样信号电性连接，所述第二比较器u2的负相输入端通过第四电阻r4与电压源vcc电性连接，所述第二比较器u2的负相输入端还通过第六电阻r6下拉接地，所述第二比较器u2的输出端电性连接到所述第一比较器u1的输出端；
14.所述第一npn型三极管q1的集电极通过第九电阻r9上拉连接到电压源vcc正极，所述第一npn型三极管q1的发射极下拉接地，所述第一npn型三极管q1的发射极还通过第八电阻r8连接到所述第一npn型三极管q1的基极；
15.所述第二npn型三极管q2的基极通过第十电阻r10与所述第一npn型三极管q1的集电极电性连接，所述第二npn型三极管q2的基极还通过第五二极管d5与整流器状态信号电性连接，所述第二npn型三极管q2的集电极通过并联的第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d3以及第四二极管d4与pwm控制器电性连接，所述第二npn型三极管q2的发射极下拉接地，所述第二npn型三极管q2的发射极还通过第十一电阻r11连接到所述第二npn型三极管q2的基极。
16.进一步地，所述ups直流母线短路保护电路中，所述稳压二极管zd1的正极与所述第七电阻r7电性连接，所述稳压二极管zd1的负极与所述第一比较器u1的输出端电性连接。
17.进一步地，所述ups直流母线短路保护电路中，所述第五二极管d5的正极与所述第二npn型三极管q2的基极电性连接，所述第五二极管d5的负极与所述整流器状态信号电性连接。
18.进一步地，所述ups直流母线短路保护电路中，所述第一二极管d1的正极与pwm控制器电性连接，所述第一二极管d1的负极与所述第二二极管d2、第三二极管d3以及第四二极管d4并联后与所述第二npn型三极管q2的集电极连接。
19.进一步地，所述ups直流母线短路保护电路中，所述第二二极管d2的正极与pwm控制器电性连接，所述第二二极管d2的负极与所述第一二极管d1、第三二极管d3以及第四二极管d4并联后与所述第二npn型三极管q2的集电极连接。
20.进一步地，所述ups直流母线短路保护电路中，所述第三二极管d3的正极与pwm控制器电性连接，所述第三二极管d3的负极与所述第一二极管d1、第二二极管d2以及第四二极管d4并联后与所述第二npn型三极管q2的集电极连接。
21.进一步地，所述ups直流母线短路保护电路中，所述第四二极管d4的正极与pwm控制器电性连接，所述第四二极管d4的负极与所述第一二极管d1、第二二极管d2以及第三二极管d3并联后与所述第二npn型三极管q2的集电极连接。
22.第二方面，本发明实施例提供一种ups直流母线短路保护方法，所述方法包括：
23.检测ups的直流母线是否发生短路；
24.若发生短路，则所述短路保护电路封锁来自pwm控制器的igbt驱动信号，并输出母线短路信号给所述数字信号处理器；
25.所述数字信号处理器在接收到所述母线短路信号后，关闭pwm控制器，并将ups切换到旁路输出。
26.与现有技术相比，本发明实施例具有以下有益效果：
27.本发明实施例提供的一种ups直流母线短路保护装置及短路保护方法，通过采用硬件保护与软件保护相结合的方式，使得既能在母线短路发生的瞬间保护ups设备，又能大
大降低纯硬件保护的成本，且电路成本与ups的功率等级无关，具有较高的市场推广价值。
附图说明
28.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
29.图1是本发明实施例一提供的一种ups直流母线短路保护装置的功能模块示意图；
30.图2是本发明实施例一提供的短路保护电路的电路原理图；
31.图3是本发明实施例二提供的一种ups直流母线短路保护方法的流程示意图。
具体实施方式
32.为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
33.在本发明的描述中，需要理解的是，当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中设置的组件。当一个组件被认为是“设置在”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中设置的组件。
34.此外，术语“长”“短”“内”“外”等指示方位或位置关系为基于附图所展示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或原件必须具有此特定的方位、以特定的方位构造进行操作，以此不能理解为本发明的限制。
35.下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
36.实施例一
37.有鉴于上述现有的ups直流母线短路保护技术存在的缺陷，本技术人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以希望创设能够解决现有技术中缺陷的技术，使得ups直流母线短路保护技术更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经过反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。
38.请参考图1，本发明实施例提供一种ups直流母线短路保护装置，所述装置包括短路保护电路和与所述短路保护电路电性连接的数字信号处理器；其中，
39.所述短路保护电路用于当ups的直流母线发生短路时，封锁来自pwm控制器的igbt驱动信号，并输出母线短路信号给所述数字信号处理器；
40.所述数字信号处理器用于在接收到所述母线短路信号后，关闭pwm控制器，并将ups切换到旁路输出。
41.在本实施例中，所述短路保护电路如图2所示，包括第一比较器u1、第二比较器u2、第一npn型三极管q1和第二npn型三极管q2；其中，
42.所述第一比较器u1的正相输入端通过第一电阻r1与正直流母线电压采样信号电
性连接，所述第一比较器u1的负相输入端通过第二电阻r2与电压源vcc电性连接，所述第一比较器u1的负相输入端还通过第五电阻r5下拉接地，所述第一比较器u1的输出端通过串联的稳压二极管zd1和第七电阻r7与所述第一npn型三极管q1的基极电性连接，所述第一比较器u1的输出端还通过第十二电阻r12上拉连接到电压源vcc正极；
43.所述第二比较器u2的正相输入端通过第三电阻r3与负直流母线电压采样信号电性连接，所述第二比较器u2的负相输入端通过第四电阻r4与电压源vcc电性连接，所述第二比较器u2的负相输入端还通过第六电阻r6下拉接地，所述第二比较器u2的输出端电性连接到所述第一比较器u1的输出端；
44.所述第一npn型三极管q1的集电极通过第九电阻r9上拉连接到电压源vcc正极，所述第一npn型三极管q1的发射极下拉接地，所述第一npn型三极管q1的发射极还通过第八电阻r8连接到所述第一npn型三极管q1的基极；
45.所述第二npn型三极管q2的基极通过第十电阻r10与所述第一npn型三极管q1的集电极电性连接，所述第二npn型三极管q2的基极还通过第五二极管d5与整流器状态信号电性连接，所述第二npn型三极管q2的集电极通过并联的第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d3以及第四二极管d4与pwm控制器电性连接，所述第二npn型三极管q2的发射极下拉接地，所述第二npn型三极管q2的发射极还通过第十一电阻r11连接到所述第二npn型三极管q2的基极。
46.具体的，所述稳压二极管zd1的正极与所述第七电阻r7电性连接，所述稳压二极管zd1的负极与所述第一比较器u1的输出端电性连接。
47.所述第五二极管d5的正极与所述第二npn型三极管q2的基极电性连接，所述第五二极管d5的负极与所述整流器状态信号电性连接。
48.所述第一二极管d1的正极与pwm控制器电性连接，所述第一二极管d1的负极与所述第二二极管d2、第三二极管d3以及第四二极管d4并联后与所述第二npn型三极管q2的集电极连接。
49.所述第二二极管d2的正极与pwm控制器电性连接，所述第二二极管d2的负极与所述第一二极管d1、第三二极管d3以及第四二极管d4并联后与所述第二npn型三极管q2的集电极连接。
50.所述第三二极管d3的正极与pwm控制器电性连接，所述第三二极管d3的负极与所述第一二极管d1、第二二极管d2以及第四二极管d4并联后与所述第二npn型三极管q2的集电极连接。
51.所述第四二极管d4的正极与pwm控制器电性连接，所述第四二极管d4的负极与所述第一二极管d1、第二二极管d2以及第三二极管d3并联后与所述第二npn型三极管q2的集电极连接。
52.需要说明的是，在本实施例中，当ups处于直流母线软启动阶段(rec_ok为低电平)或直流母线电压正常时，第二npn型三极管q2是处于截止状态的；此时，逆变igbt驱动信号(即igbt_drv_inv_t1和igbt_drv_rec_t4)和整流igbt驱动信号(即igbt_drv_rec_+和igbt_drv_rec_
‑
)不受此硬件电路保护控制，信号状态完全取决于pwm控制器的输出。但当ups的直流母线发生短路，或因逆变器故障导致母线电压瞬间跌落时，第一比较器u1和第二比较器u2输出低电平，bus_short信号为高电平，第一npn型三极管q1截止，第二npn型三极
管q2则导通；逆变igbt驱动信号和整流igbt驱动信号经第二npn型三极管q2接地，igbt驱动信号被封锁，开关管关断。同时，数字信号处理器(dsp)接收到母线短路信号bus_short后，控制关闭pwm控制器，并将ups切换到旁路输出。
53.本发明实施例提供的一种ups直流母线短路保护装置，通过采用硬件保护与软件保护相结合的方式，使得既能在母线短路发生的瞬间保护ups设备，又能大大降低纯硬件保护的成本，且电路成本与ups的功率等级无关，具有较高的市场推广价值。
54.实施例二
55.请参阅图3，为本发明实施例二提供的一种ups直流母线短路保护方法的流程示意图。该方法由本发明实施例所提供的ups直流母线短路保护装置执行，步骤具体如下：
56.s301、检测ups的直流母线是否发生短路；若是，则执行步骤s302，若否，则返回执行步骤s301。
57.s302、所述短路保护电路封锁来自pwm控制器的igbt驱动信号，并输出母线短路信号给所述数字信号处理器。
58.s303、所述数字信号处理器在接收到所述母线短路信号后，关闭pwm控制器，并将ups切换到旁路输出。
59.需要说明的是，本实施例通过短路保护电路这一硬件保护方式，在ups的直流母线发生短路的瞬间封锁igbt驱动信号，避免开关管因过流击穿而损坏；而软件保护逻辑则是通过数字信号处理器去控制igbt驱动信号的彻底关闭，具体是控制pwm控制器关闭，从而避免可能出现的igbt驱动信号反复封锁/解锁的情况；而且同时，数字信号处理器还将ups切换到旁路输出，一保证负载端的正常供电。
60.本发明实施例提供的一种ups直流母线短路保护方法，通过采用硬件保护与软件保护相结合的方式，使得既能在母线短路发生的瞬间保护ups设备，又能大大降低纯硬件保护的成本，且电路成本与ups的功率等级无关，具有较高的市场推广价值。
61.至此，以说明和描述的目的提供上述实施例的描述。不意指穷举或者限制本公开。特定的实施例的单独元件或者特征通常不受到特定的实施例的限制，但是在适用时，即使没有具体地示出或者描述，其可以互换和用于选定的实施例。在许多方面，相同的元件或者特征也可以改变。这种变化不被认为是偏离本公开，并且所有的这种修改意指为包括在本公开的范围内。
62.提供示例实施例，从而本公开将变得透彻，并且将会完全地将该范围传达至本领域内技术人员。为了透彻理解本公开的实施例，阐明了众多细节，诸如特定零件、装置和方法的示例。显然，对于本领域内技术人员，不需要使用特定的细节，示例实施例可以以许多不同的形式实施，而且两者都不应当解释为限制本公开的范围。在某些示例实施例中，不对公知的工序、公知的装置结构和公知的技术进行详细地描述。
63.在此，仅为了描述特定的示例实施例的目的使用专业词汇，并且不是意指为限制的目的。除非上下文清楚地作出相反的表示，在此使用的单数形式“一个”和“该”可以意指为也包括复数形式。术语“包括”和“具有”是包括在内的意思，并且因此指定存在所声明的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但是不排除存在或额外地具有一个或以上的其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组合。除非明确地指示了执行的次序，在此描述的该方法步骤、处理和操作不解释为一定需要按照所论述和示出的特定的次序执行。还应
当理解的是，可以采用附加的或者可选择的步骤。
64.当元件或者层称为是“在
……
上”、“与
……
接合”、“连接到”或者“联接到”另一个元件或层，其可以是直接在另一个元件或者层上、与另一个元件或层接合、连接到或者联接到另一个元件或层，也可以存在介于其间的元件或者层。与此相反，当元件或层称为是“直接在
……
上”、“与
……
直接接合”、“直接连接到”或者“直接联接到”另一个元件或层，则可能不存在介于其间的元件或者层。其他用于描述元件关系的词应当以类似的方式解释(例如，“在
……
之间”和“直接在
……
之间”、“相邻”和“直接相邻”等)。在此使用的术语“和/或”包括该相关联的所罗列的项目的一个或以上的任一和所有的组合。虽然此处可能使用了术语第一、第二、第三等以描述各种的元件、组件、区域、层和/或部分，这些元件、组件、区域、层和/或部分不受到这些术语的限制。这些术语可以只用于将一个元件、组件、区域或部分与另一个元件、组件、区域或部分区分。除非由上下文清楚地表示，在此使用诸如术语“第一”、“第二”及其他数值的术语不意味序列或者次序。因此，在下方论述的第一元件、组件、区域、层或者部分可以采用第二元件、组件、区域、层或者部分的术语而不脱离该示例实施例的教导。
65.空间的相对术语，诸如“内”、“外”、“在下面”、“在
……
的下方”、“下部”、“上方”、“上部”等，在此可出于便于描述的目的使用，以描述如图中所示的一个元件或者特征和另外一个或多个元件或者特征之间的关系。空间的相对术语可以意指包含除该图描绘的取向之外该装置的不同的取向。例如如果翻转该图中的装置，则描述为“在其他元件或者特征的下方”或者“在元件或者特征的下面”的元件将取向为“在其他元件或者特征的上方”。因此，示例术语“在
……
的下方”可以包含朝上和朝下的两种取向。该装置可以以其他方式取向(旋转90度或者其他取向)并且以此处的空间的相对描述解释。