直流母线供电电路及过欠压保护方法与流程

本申请属于保护电路，尤其涉及一种直流母线供电电路及过欠压保护方法。

背景技术：

1、在轨道交通领域，车辆充电机将ac380v转换成dc110v后经熔断器、二极管隔离后，通过直流母线为车辆负载提供电源。在运行过程中，充电机的控制模块有可能出现异常或故障，而导致直流母线出现过电压或欠电压，例如，高电压等级的电缆因绝缘不良导致高压串入直流母线，充电机输出纹波电压、直流母线设备间的谐振电压、设备启停形成的操作电压均可能导致敏感设备的输入电源暂态过电压。

2、当直流母线过电压时，易造成负载设备如车辆信号系统、车门系统、牵引系统等设备的控制单元故障，进而车辆清客、救援等运营事故；当母线电压过低时，地铁车辆控制系统中的继电器、接触器电磁力减小，可造成触头接触电阻增大、发热烧毁从而危害行车安全。但在上述情况下，有些信号是短时间或突发的异常，有些设备有时能够承受一定的瞬时异常，但有些异常则不能经过负载，如果不对这些瞬时异常进行区分以及分类处理，会造成不必要的断电从而影响运营效率。

3、因此需要对电路进行改进，降低直流母线过电压和欠电压运行的风险、可靠保护直流负载，从而提高车辆运行的可靠性，同时对于不同的异常提供相应的保护措施，避免设备损害以及非必要断电。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种直流母线供电电路，其能够基于对电压的测量，从而实现对直流供电过程中各异常情况进行自动分级、分别处理，优化了供电电路的保护方式，更智能地判断、处理异常，既能够防止设备因过电压或欠电压导致损坏，在避免异常损害的同时兼顾运营效率。供电电路可以主要用于各类型车辆系统，相关电路的器件根据所应用的车辆系统的电压、电流等要求进行设置，例如轨道交通的车辆，应用与轨道交通车辆的低压直流母线（dc110v），保护连接至直流母线的负载设备。

2、本申请的目的是通过以下技术方案实现：本申请的直流母线供电电路包括正极直流母线、负极直流母线、开关电路和至少一组保护电路，每组保护电路包括：

3、直流滤波电路，设置在直流母线正极和直流母线负极之间，用于滤除直流电中目标谐振电流；

4、稳压电路，设置在直流母线正极和直流母线负极之间，用于提供大于或等于第一阈值的过电压保护；

5、电压取样电路，连接至所述正极直流母线，用于检测所述正极直流母线的电压；

6、控制电路，用于根据所述电压取样电路获取的电压值向所述开关电路发送信号；

7、其中，所述开关电路用于根据所述控制电路的信号控制所述正极直流母线与负载之间的开闭。

8、在其中一个实施例中，所述直流滤波电路包括至少两路滤波路径，不同的滤波路径对应不同的谐振频率。

9、在其中一个实施例中，所述稳压电路包括第一瞬态电压抑制二极管，第一瞬态电压抑制二极管一端连接正极直流母线，另一端连接负极直流母线。

10、在其中一个实施例中，所述控制电路包括微控制器，所述微控制器配置为根据不同的电压值以及不同的电压值持续的时间向所述开关电路发送不同的信号。

11、在其中一个实施例中，所述开关电路配置默认状态为导通状态，所述控制电路配置为在检测到的电压值大于等于第二阈值且持续时间大于第一设定时间、电压值大于等于第三阈值且持续时间大于第二设定时间或电压值小于第四阈值且持续时间大于第三设定时间时发送关断信号。

12、在其中一个实施例中，所述第一阈值、所述第二阈值、所述第三阈值及所述第四阈值依次减小，第一设定时间时长小于第二设定时间时长，大于等于所述第四阈值且小于所述第三阈值的电压为负载正常工作电压。

13、在其中一个实施例中，所述电压取样电路包括分压电路、运算放大器、取样保护电路、模数转换器；

14、所述分压电路包括第一电阻、第二电阻、第二瞬态电压抑制二极管及保护电容，所述第一电阻和所述第二电阻串联，所述第二瞬态电压抑制二极管、保护电容和所述第二电阻并联。

15、在其中一个实施例中，所述第一电阻和所述第二电阻的精度变化范围均为±0.05%，温度系数的变化范围均为±2ppm/℃，所述保护电容为npo电容。

16、在其中一个实施例中，还包括至少两组供电电源，一组供电电源对应设置一组所述保护电路。

17、在其中一个实施例中，还包括驱动单元，所述驱动单元包括直流电源滤波器及宽电压电源转换模块，用于提供驱动电源。

18、本申请还进一步提供如前述的直流母线供电电路的过欠压保护方法，包括：

19、通过直流滤波电路滤除直流母线供电电路的正极直流母线中目标谐振电流；

20、通过稳压电路滤除所述正极直流母线的电压大于第一阈值的过电压；

21、通过电压取样电路检测所述正极直流母线的电压，通过控制电路根据检测得到的电压值向开关电路发送控制信号，通过开关电路根据所述控制信号控制正极直流母线与负载之间的开闭。

22、在其中一个实施例中，所述开关电路的默认状态为导通状态，在检测到的电压值大于等于第二阈值且持续时间大于第一设定时间、电压值大于等于第三阈值且持续时间大于第二设定时间或电压值小于第四阈值且持续时间大于第三设定时间时发送关断信号，所述开关电路切换为断开状态。

23、在其中一个实施例中，所述第一阈值、所述第二阈值、所述第三阈值及所述第四阈值依次减小，第一设定时间时长小于第二设定时间时长，大于等于所述第四阈值且小于所述第三阈值的电压为负载正常工作电压。

24、在其中一个实施例中，检测到的电压值大于等于所述第四阈值且小于所述第三阈值时，发送导通信号控制所述开关电路为导通状态。

25、与现有技术相比，本申请具有如下有益效果：

26、1、本申请设置直流滤波电路和稳压电路，为浪涌/尖峰电压提供低阻抗泄放通道，能够迅速对异常进行快速反应，自动滤除谐振电流和浪涌电压；

27、2、本申请进一步通过电压取样电路，获取正极直流母线的电压，在此基础上可以根据不同的电压等级进行分别处理，更智能地实现对电路的保护；

28、3、本申请通过使用延迟处理的方式，不在可耐受的瞬时异常时间段内作出关断的操作，在负载能够正常运行的时间内不进行断电，避免非必要断电，在确保异常处理的基础上，提高稳定性和可靠性。

技术特征：

1.一种直流母线供电电路，其特征在于，包括正极直流母线（100）、负极直流母线（200）、开关电路（400）和至少一组保护电路（300），每组保护电路（300）包括：

2.如权利要求1所述的直流母线供电电路，其特征在于，所述直流滤波电路（310）包括至少两路滤波路径，不同的滤波路径对应不同的谐振频率。

3.如权利要求1所述的直流母线供电电路，其特征在于，所述稳压电路（320）包括第一瞬态电压抑制二极管（321），第一瞬态电压抑制二极管（321）一端连接正极直流母线（100），另一端连接负极直流母线（200）。

4.如权利要求1至3中任一项所述的直流母线供电电路，其特征在于，所述控制电路（340）包括微控制器，所述微控制器配置为根据不同的电压值以及不同的电压值持续的时间向所述开关电路（400）发送不同的信号。

5.如权利要求4所述的直流母线供电电路，其特征在于，所述开关电路（400）配置默认状态为导通状态，所述控制电路（340）配置为在检测到的电压值大于等于第二阈值且持续时间大于第一设定时间、电压值大于等于第三阈值且持续时间大于第二设定时间或电压值小于第四阈值且持续时间大于第三设定时间时发送关断信号。

6.如权利要求5所述的直流母线供电电路，其特征在于，所述第一阈值、所述第二阈值、所述第三阈值及所述第四阈值依次减小，第一设定时间时长小于第二设定时间时长，大于等于所述第四阈值且小于所述第三阈值的电压为负载（500）正常工作电压。

7.如权利要求1所述的直流母线供电电路，其特征在于，所述电压取样电路（330）包括分压电路（350）、运算放大器（360）、取样保护电路（370）、模数转换器（380）；

8.如权利要求7所述的直流母线供电电路，其特征在于，所述第一电阻（351）和所述第二电阻（352）的精度变化范围均为±0.05%，温度系数的变化范围均为±2ppm/℃，所述保护电容（354）为npo电容。

9.如权利要求1所述的直流母线供电电路，其特征在于，还包括至少两组供电电源，一组供电电源对应设置一组所述保护电路（300）。

10.如权利要求1所述的直流母线供电电路，其特征在于，还包括驱动单元，所述驱动单元包括直流电源滤波器（610）及宽电压电源转换模块（620），用于提供驱动电源。

11.一种如权利要求1-10中任一项所述的直流母线供电电路的过欠压保护方法，其特征在于，包括：

12.如权利要求11所述的过欠压保护方法，其特征在于，所述开关电路（400）的默认状态为导通状态，在检测到的电压值大于等于第二阈值且持续时间大于第一设定时间、电压值大于等于第三阈值且持续时间大于第二设定时间或电压值小于第四阈值且持续时间大于第三设定时间时发送关断信号，所述开关电路（400）切换为断开状态。

13.如权利要求12所述的过欠压保护方法，其特征在于，所述第一阈值、所述第二阈值、所述第三阈值及所述第四阈值依次减小，第一设定时间时长小于第二设定时间时长，大于等于所述第四阈值且小于所述第三阈值的电压为负载（500）正常工作电压。

14.如权利要求12所述的过欠压保护方法，其特征在于，检测到的电压值大于等于所述第四阈值且小于所述第三阈值时，发送导通信号控制所述开关电路（400）为导通状态。

技术总结
本申请涉及直流母线供电电路及过欠压保护方法，设置包括直流滤波电路、稳压电路、电压取样电路、控制电路的保护电路，确保对异常进行快速反应，且能自动滤除谐振电流和浪涌电压，优化了供电电路的保护方式，根据测得的电压进行对应的处理，对直流供电过程中电压异常情况进行自动分级处理，更智能地判断、处理异常，异常状态在可接受的承载时间内时，不对相应瞬时异常电压作出关断的操作，从而避免非必要断电，对不同的异常能够分别制定不同处理策略，在确保异常处理的基础上，提高稳定性和可靠性，避免损害的同时兼顾运营效率。

技术研发人员：孙永才,李锐,王崇明,尹洪权,向银强
受保护的技术使用者：中车南京浦镇车辆有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/24