直流电压源短路保护电路.pdf

直流电压源短路保护电路
    本发明涉及直流电压源的短路保护电路。

    在现有技术中采用直流电压源(整流电源、电池、贮能电容、直流发电机等)供电的负载种类很多。负载可以是普通的R、L、C网络，也可以是各种电力电子电路。这种电路一旦负载发生短路，由于负载电路阻抗很低，电压源本身内阻也很小，必将产生上升率极大的短路电流，烧毁电压源或负载电路的元器件。目前常用的保护方法有：一、在电压源与负载间串入熔断丝，这种方法在负载短路时，由于回路阻抗很小，短路电流上升很快，而熔断丝熔断又需一定时间，故对短路回路中的半导体器件无法进行可靠保护。二、采用快速开关替代熔断丝，这种方法仍然有短路电流无法控制和动作速度慢的缺点，且开关跳闸时，会产生弧光放电，有损触头，如电流过大，会导致触头熔合，无法断开。三、采用自关断功率半导体器件，由于这种开关的耐冲击电流能力有限，因此对保护动作的速度要求更高，在实际应用中，常通过电流检测和过流判断电路来封锁驱动电路，使开关关断，由于存在关断延时效应，动作过程仍在uS级，而数uS内的短路电流已足以烧毁短路回路的电气元器件，所以这种方法对短路也还是无能为力。

    鉴于上述原因，本发明的目的是提供一种直流电压源短路保护电路，它结构简单，能有效地降低短路电流上升速度，限制短路电流，确保在通常电子开关器件易于达到的关断时间条件下，切断短路回路，使短路电流值不会超过电气元器件的安全范围。

    本发明提供的直流电压源短路保护电路，是接于直流电压源与负载之间地由电流源和二极管相并联再串联电子开关的电路，其中电流源通过二极管形成回路。当电压源或负载含有电子开关时，则仅由电流源和二极管并联而成。

    附图说明：

    图1是本发明的直流电压源短路保护电路接线图。

    图2是本发明用于DC-DC变换器的一种接法实例。

    图3是本发明用于DC-DC变换器的另一种接法实例。

    参照图1，在电压源Vs与负载A间接入由电流源Is与二极管D相并联又串联电子开关SW的短路保护电路，电流源Is的入端与二极管阴极相连，出端与二极管阳极相连，则电流源Is通过二极管D形成回路。当电压源Vs或负载A含有电子开关时，则短路保护电路仅由电流源Is与二极管D并联而成。正常运行时，通常使电流源的电流大于最大负载电流峰值，负载端压始终为电压源电压(忽略二极管D的导通压降)，故加入的保护电路并不影响电压源对负载的正常稳态供电特性，而在负载发生短路，当电压源的电流上升到与电流源的电流值相等时，二极管D就被截止。此时，电流的变化规律由电流源决定。由于电流源具有端压突变时，电流不突变的性质，所以可有效地降低短路电流上升速度，限制短路电流值，确保在通常电子开关SW易于达到的关断时间条件下，切断短路回路，使短路电流不会超过电气元器件的安全范围。

    从实用角度出发，电流源无需非常理想，可以用近似等效电流源，例如可采用电感，或采用可控整流桥输出串接电阻和电感构成。当以电感替代电流源时，电感电流略小于负载电流峰值，对负载的供电特性为近似电压源，但只要负载能够接受，这种做法在工程上是简单可行、易于实现的。短路保护电路可以接在电压源输出线路上，也可接在经电网整流，又经LC滤波的滤波电容支路上。图2是短路保护电路的一种接法实例，其中电网电压经二极管D1～D4整流和电感L1、电容C1滤波得到负载所需的等效直流电压源，半导体开关T1～T4构成的桥式变换器及其输出所接的所有电气元件共同构成等效负载。本例中由于桥式变换器的半导体开关T1、T2、T3、T4可兼作保护开关，故短路保护电路省去了电子开关SW，电流源采用电感，则短路保护电路由电感Lp和二极管D并联而成，该短路保护电路位于等效直流电压源和等效负载之间，接在电压源的输出线路上，或者也可接在滤波电容C1的支路上(如图3所示)。

    本发明的短路保护电路因采用了电流不能突变的电流源，在负载发生短路时能限制短路电流的上升速度及短路电流值，故能有效地起到短路保护作用，不致使电压源或负载电路的元器件被烧毁。本发明结构简单。