具异常能量保护的电源转换系统及其操作方法技术方案

一种具异常能量保护的电源转换系统及其操作方法，具异常能量保护的电源转换系统包含多个直流输入电源、多个直流电源转换器、两输出电容以及保护电路。各直流电源转换器的输入侧对应地耦接直流输入电源的一者，各直流电源转换器的输出侧相互并联耦接，以形成直流输出总线。两输出电容串联耦接于直流输出总线的正电压端与负电压端之间。保护电路耦接于直流输入电源与两输出电容之间。当两输出电容的一者发生异常时，保护电路短路解耦直流输入电源与两输出电容。

Power conversion system with abnormal energy protection and its operation method

【技术实现步骤摘要】
具异常能量保护的电源转换系统及其操作方法
本专利技术是有关一种具异常能量保护的电源转换系统及其操作方法，尤指一种防止异常能量涌入的具异常能量保护的电源转换系统及其操作方法。
技术介绍
请参见图1所示，其系为相关技术的具有防止异常能量涌入的保护机制的电路方块图。如图1所示，多个直流输入电源Vdc1～Vdcn所产生的直流输出通过相对应的直流升压转换器11A～1nA进行升压，并且对后端的电容21A,22A供电，在每个电容21A,22A的两端提供稳定的直流输出电压，以供应后端电路40A，例如逆变转换电路所需的电力。当电容21A,22A的一者，例如电容21A发生短路异常时，由于电容21A失效，因此，直流输入电源Vdc1～Vdcn产生的所有直流电压都将由另一电容，即仍为正常操作的电容22A所承受，如此，电容22A将因耐压不足造成电容22A损害导致电解液外泄，影响整个系统的操作。因此，为解决上述问题，现有技术多采用在直流输入电源Vdc1～Vdcn与直流升压转换器11A～1nA之间设置继电器开关31A～3nA，藉此，当检测任一电容22A短路异常或过电压异常时，则控制继电器开关31A～3nA关断，使直流输入电源Vdc1～Vdcn与直流升压转换器11A～1nA解耦，以防止因直流输入电源Vdc1～Vdcn的持续供电，导致电容21A,22A损害，甚至对后端电路40A造成影响。惟使用继电器开关31A～3nA作为解耦之用，将存在下述的问题与缺点。1、能承受高达上千伏特的继电器开关31A～3nA并非常见，再者，选用能承受高电压的继电器开关31A～3nA也将付出更高的成本。2、使用继电器开关31A～3nA的保护方式，在每一供电路径上都需要一个继电器开关31A～3nA，因此占据不少印刷电路板的空间。3、在正常运转情况下，会产生发热的问题而造成效率不佳。4、继电器开关31A～3nA的机械性结构，在长时间反复动作情况下，会有使用寿命降低与可靠度不佳的问题。5、继电器开关31A～3nA的使用，通常需要额外搭配预充电(pre-charge)电路，造成增加电路设计与控制的复杂度问题。因此，如何设计出一种具异常能量保护的电源转换系统及其操作方法，解决使用继电器开关作为异常能量涌入保护所造成的问题，乃为本案专利技术人所欲行克服并加以解决的一大课题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具异常能量保护的电源转换系统，解决使用继电器开关作为异常能量涌入保护所造成的问题。为达成前揭目的，本专利技术所提出的具异常能量保护的电源转换系统包含多个直流输入电源、多个直流电源转换器、两输出电容以及保护电路。各直流电源转换器的输入侧对应地耦接直流输入电源的一者，各直流电源转换器的输出侧相互并联耦接，以形成直流输出总线。两输出电容串联耦接于直流输出总线的正电压端与负电压端之间。保护电路耦接于直流输入电源与两输出电容之间。当两输出电容的一者发生异常时，保护电路短路解耦直流输入电源与两输出电容。藉由所提出的具异常能量保护的电源转换系统，能够减少热损耗、提高效率，并且可增加印刷电路板的可利用面积以及保护电路高度扩充的优势。本专利技术的另一目的在于提供一种具异常能量保护的电源转换系统的操作方法，解决使用继电器开关作为异常能量涌入保护所造成的问题。为达成前揭目的，本专利技术所提出的具异常能量保护的电源转换系统的操作方法，其中具异常能量保护的电源转换系统包含多个直流输入电源、多个直流电源转换器以及两输出电容，操作方法包含(a)、提供保护电路，保护电路耦接于直流输入电源与两输出电容之间；(b)、检测两输出电容的一者是否发生异常；以及(c)、当两输出电容的一者发生异常时，控制保护电路短路解耦直流输入电源产生与两输出电容。藉由所提出的具异常能量保护的电源转换系统的操作方法，能够减少热损耗、提高效率，并且可增加印刷电路板的可利用面积以及保护电路高度扩充的优势。为了能更进一步了解本专利技术为达成预定目的所采取的技术、手段及功效，请参阅以下有关本专利技术的详细说明与附图，相信本专利技术的目的、特征与特点，当可由此得到深入且具体的了解，然而所附图式仅提供参考与说明用，并非用来对本专利技术加以限制者。附图说明图1：为相关技术防止异常能量涌入的保护机制的电路方块图。图2A：为本专利技术具异常能量保护的电源转换系统的第一架构的电路方块图。图2B：为本专利技术具异常能量保护的电源转换系统的第二架构的电路方块图。图3：为本专利技术具异常能量保护的电源转换系统的保护电路的第一实施例的电路图。图4：为本专利技术具异常能量保护的电源转换系统的保护电路的第二实施例的电路图。图5：为本专利技术具异常能量保护的电源转换系统的保护电路的第三实施例的电路图。图6：为本专利技术具异常能量保护的电源转换系统的保护电路的第四实施例的电路图。图7：为本专利技术具异常能量保护的电源转换系统的操作方法的流程图。其中，附图标记为：Vdc1～Vdcn直流输入电源11～1n直流电源转换器20保护电路21～2n保护单元30直流输出总线41第一输出电容42第二输出电容50控制单元60后端电路Vb+正电压端Vb-负电压端Vbm中点电位端Sv电压状态信号Sc,Sc’控制信号L1～Ln电感器Q1～Qn半导体开关Ri,R1～Rn电阻器C1～Cn电容器Dd,D1～Dn二极管Qa第一半导体开关Qb,Qb1～Qbn第二半导体开关11A～1nA直流升压转换器21A,22A电容31A～3nA继电器开关40A后端电路S10～S30步骤具体实施方式兹有关本专利技术的
技术实现思路
及详细说明，配合图式说明如下。请参见图2A，其为本专利技术具异常能量保护的电源转换系统的第一架构的电路方块图。具异常能量保护的电源转换系统包含多个直流输入电源Vdc1～Vdcn、多个直流电源转换器11～1n、两输出电容41,42、保护电路20以及控制单元50。在一实施例中，各直流输入电源Vdc1～Vdcn可为电流源型的电源所提供的直流电源，例如，但不限制为太阳能板所提供的直流电源。若以太阳能板为例，各直流输入电源Vdc1～Vdcn可为多片太阳能板串联所组成。各直流电源转换器11～1n的输入侧对应地耦接直流输入电源Vdc1～Vdcn的一者。如图2A所示的n个直流电源转换器，分别为第一直流电源转换器11与第n直流电源转换器1n，为升压式直流对直流转换器，且可为隔离式直流转换器或非隔离式直流转换器。其中，第一直流电源转换器11的输入侧对应地耦接第一直流输入电源Vdc1，且第n直流电源转换器1n的输入侧对应地耦接第n直流输入电源Vdcn。此外，各直流电源转换器11～1n的输出侧相互并联耦接，以形成直流输出总线30。如图2A所示的n个直流电源转换器，第一直流电源转换器11至第n直流电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具异常能量保护的电源转换系统，其特征在于，包含：/n多个直流输入电源；/n多个直流电源转换器，各该直流电源转换器的一输入侧对应地耦接该等直流输入电源的一者，各该直流电源转换器的一输出侧相互并联耦接，以形成一直流输出总线；/n两输出电容，串联耦接于该直流输出总线的一正电压端与一负电压端之间；及/n一保护电路，耦接于该等直流输入电源与该两输出电容之间；/n其中，当该两输出电容的一者发生异常时，该保护电路短路解耦该等直流输入电源与该两输出电容。/n

【技术特征摘要】
1.一种具异常能量保护的电源转换系统，其特征在于，包含：
多个直流输入电源；
多个直流电源转换器，各该直流电源转换器的一输入侧对应地耦接该等直流输入电源的一者，各该直流电源转换器的一输出侧相互并联耦接，以形成一直流输出总线；
两输出电容，串联耦接于该直流输出总线的一正电压端与一负电压端之间；及
一保护电路，耦接于该等直流输入电源与该两输出电容之间；
其中，当该两输出电容的一者发生异常时，该保护电路短路解耦该等直流输入电源与该两输出电容。


2.如权利要求1所述的具异常能量保护的电源转换系统，其特征在于，该保护电路耦接于该等直流输入电源与该等直流电源转换器之间。


3.如权利要求1所述的具异常能量保护的电源转换系统，其特征在于，该保护电路耦接于该等直流电源转换器与该两输出电容之间。


4.如权利要求2所述的具异常能量保护的电源转换系统，其特征在于，该保护电路包含多个保护单元，各该保护单元包含：
一电感器；及
一半导体开关，串联耦接该电感器，以形成一串联支路；其中该串联支路耦接于该直流输入电源的一正电压端与一负电压端之间。


5.如权利要求4项所述的具异常能量保护的电源转换系统，其特征在于，各该保护单元更包含：
一电阻器；及
一电容器，串联耦接该电阻器，以形成一串联辅助支路；其中该串联辅助支路耦接于该电感器与该半导体开关的一共接点与该负电压端之间。


6.如权利要求2所述的具异常能量保护的电源转换系统，其特征在于，该保护电路包含：
多个二极管，各该二极管的一阳极端耦接于该直流输入电源的一正电压端，各该二极管的一阴极端共同耦接，以形成一阴极共接点；
一第一半导体开关，耦接于该阴极共接点与该直流输入电源的一负电压端之间；
一第二半导体开关，并联耦接该第一半导体开关；及
一电阻器，耦接该阴极共接点与该第一半导体开关之间。


7.如权利要求2所述的具异常能量保护的电源转换系统，其特征在于，该保护电路包含：
多个二极管，各该二极管的一阳极端耦接于该直流输入电源的一正电压端，各该二极管的一阴极端共同耦接，以形成一阴极共接点；
一第一半导体开关，耦接于该阴极共接点与该直流输入电源的一负电压端之间；
多个第二半导体开关，各该第二半导体开关的一第一端耦接于该直流输入电源的该正电压端，各该第二半导体开关的一第二端共同耦接，且耦接该直流输入电源的该负电压端；及
一电阻器，耦接该阴极共接点与该第一半导体开关之间。


8.如权利要求3所述的具异常能量保护的电源转换系统，其特征在于，该保护电路包含：
一二极管，该二极管的一阳极端耦接于该直流输出总线的该正电压端；
一第一半导体开关，耦接于该二极管的一阴极端与该直流输出总线的该负电压端之间；
一第二半导体开关，并联耦接该第一半导体开关；及
一电阻器，耦接该二极管的该阴极端与该第一半导体开关之间。


9.如权利要求4至8中任一项所述的具异常能量保护的电源转换系统，其特征在于，该半导体开关、该第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄文隆，李圣华，
申请(专利权)人：台达电子工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71