用于保护电负载免受过电压影响的方法和设备技术

一种用于保护电负载(9)的保护设备(1)，所述保护设备(1)包括：适于接收供电电压的至少一个输入端子(2)；供电路径(10)中的与相关联的输入端子(2)串联连接的至少一个半导体电源开关(5)，与所述供电路径(10)的输出端子(3)连接的电负载(9)通过所述供电路径接收负载电流IL；所述保护设备(1)还包括：具有微处理器(8A)的控制单元(8)，该控制单元(8)适于响应于接收到的开关命令(CMD)控制所述保护设备(1)的驱动电路(6)以接通或关断设置在供电路径(10)中的至少一个半导体电源开关(5)；所述保护设备(1)还包括：至少一个过电压检测电路ODC(12)，其与所述保护设备(1)的相关联的供电路径(10)连接并且适于检测所述保护设备(1)的相应的供电路径(10)处的过电压状态并在过电压检测电路ODC(12)检测到过电压状态时，通过与驱动电路(6)的低电压侧(6A)的驱动器输入端(IN)连接的控制线(12、20)直接控制驱动电路(6)，以关断设置在相关联的供电路径(10)内的至少一个半导体电源开关(5)以保护连接的电负载(9)免受过电压的影响。过电压的影响。过电压的影响。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于保护电负载免受过电压影响的方法和设备
[0001]本专利技术涉及用于保护与保护设备的输出端子连接的电负载免受过电压影响的方法和设备。
[0002]当电路或负载装置的一部分中的电压升高到超过设计上限时，这也被称为过电压。可能存在许多可能发生过电压的不同的情况和条件。根据其持续时间，过电压事件可能是瞬态的，即电压尖峰的出现，也可能是永久性的，导致电涌。例如，雷击可能在供电网络中导致过电压，这进而导致与供电网络连接的电负载被损坏。此外，电压尖峰可能是由接通或关断感应负载(例如电动机)时的电磁感应或切换大电阻AC负载引起的。由于可能发生包括电压尖峰的瞬态过电压，因此需要尽可能快地关断所连接的负载以避免对其内部电路造成任何损坏。
[0003]因此，本专利技术的一个目的是提供一种在最少的关断期间内关断所连接的负载的用于保护电负载免受过电压影响的保护设备。
[0004]根据本专利技术的第一方面，上述目的通过包括权利要求1的特征的保护设备来实现。
[0005]根据第一方面，本专利技术提供一种用于保护电负载免受过电压影响的保护设备，
[0006]所述保护设备包括：
[0007]至少一个输入端子，该输入端子适于接收供电电压；供电路径中的至少一个半导体电源开关，该半导体电源开关与相关联的输入端子串联连接，与供电路径的输出端子连接的电负载通过该供电路径接收电负载电流，其中所述保护设备还包括具有微处理器的控制单元CU，该控制单元适于响应于接收到的开关命令控制所述保护设备的驱动电路接通或关断设置在供电路径中的至少一个电源开关，
[0008]其中保护设备还包括：
[0009]至少一个过电压检测电路ODC，该过电压检测电路ODC与所述保护设备的相关联的供电路径连接，并且适于检测保护设备的相应的供电路径处的过电压状态并在所述过电压检测电路ODC检测到过电压状态时，通过与驱动电路的低电压侧的驱动器输入端连接的控制线直接控制驱动电路在短的关断期间内关断设置在相关联的供电路径内的至少一个半导体电源开关，以为所连接的电负载提供免受过电压影响的保护，
[0010]其中短的关断期间由沿着控制线的控制信号传播延迟和沿着驱动电路的内部电路的传播延迟来预定。
[0011]在一个优选的实施方式中，根据本专利技术的第一方面的保护设备能够在小于1毫秒的关断期间内关断供电路径内的至少一个半导体电源开关。这是可能的，因为驱动电路的内部电路的传播延迟小于200纳秒。
[0012]在一个优选的实施方式中，过电压检测电路包括具有最小传播延迟的快速模拟控制路径，使得对于在供电路径中检测到的过电压瞬变实现小于1微秒的关断期间。在一个可能的实施方式中，可以通过可配置的阈值来调整过电压检测电路对瞬态或永久过电压的灵敏度。
[0013]在根据本专利技术的第一方面的保护设备的一个可能的实施方式中，控制单元与用户界面连接以接收开关命令。
[0014]具有微控制器的保护设备的控制单元可以响应于接收到的开关命令通过控制保护设备的集成驱动电路来接通或关断供电路径中的至少一个半导体电源开关。
[0015]在根据本专利技术的第一方面的保护设备的替代实施方式中，保护设备的控制单元与自动化系统的系统级控制器连接以接收开关命令。在该实施方式中，在控制单元CU的控制下，响应于从系统级控制器接收的开关命令CMD，执行供电路径内的至少一个半导体电源开关的关断。在一个可能的实施方式中，控制单元CU可以通过控制接口从系统级控制器接收开关命令CMD。
[0016]在根据本专利技术的第一方面的保护设备的另一个可能的实施方式中，保护设备包括三个并联的供电路径，每个供电路径将输入端子与相关联的输出端子连接。在一个可能的实施方式中，设置在三个供电路径中的每一个供电路径中的至少一个半导体电源开关包括IGBT或功率MOSFET，该IGBT或功率MOSFET具有超过施加到保护设备的供电路径的输入端子的供电电压的正常操作电压的阻断电压。
[0017]在根据本专利技术的第一方面的保护设备的另一可能的实施方式中，所述至少一个半导体电源开关的控制栅极直接与驱动电路的驱动器输出端连接。
[0018]在根据本专利技术的第一方面的保护设备的另一可能的实施方式中，包括多个供电路径的保护设备包括对应数量的相关联的过电压检测电路ODC，其中每个相关联的过电压检测电路可以与相应的供电路径的输入端子和/或输出端子连接。
[0019]在根据本专利技术的第一方面的保护设备的另一可能的实施方式中，与相关联的供电路径的输入端子或输出端子连接的每个过电压检测电路ODC包括：适于对相关联的供电路径的相应的端子处的电压进行整流的整流器、特别是桥式整流器；以及适于将低通滤波信号转换成施加到数字比较器的数字信号的模数转换器ADC，该数字比较器在所述保护设备的控制单元CU的微处理器中实现，并适于将模数转换器ADC输出的低通滤波信号与第一可调数字阈值进行比较以检测相关联的供电路径的相应的端子处的电压的低频漂移，并且还适于在检测到低频漂移时生成高逻辑信号。
[0020]在根据本专利技术的第一方面的保护设备的另一可能的实施方式中，每个过电压检测电路ODC还包括快速模拟比较器、特别是施密特触发器电路，该快速模拟比较器适于将整流器输出的整流电压与阈值设定点进行比较以检测相关联的供电路径的相应的端子的电压的过电压瞬变，并且还适于在过电压检测电路ODC的模拟比较器检测到过电压瞬变时，生成逻辑使能信号以使驱动电路能够关断设置在相关联的供电路径中的至少一个半导体电源开关。
[0021]在根据本专利技术的第一方面的保护设备的另一可能的实施方式中，由在控制单元CU的微处理器中实现的数字比较器生成的逻辑信号和由过电压检测电路ODC的模拟比较器生成的逻辑使能信号由过电压检测电路ODC的与门逻辑地组合以提供逻辑电压状态信号，该逻辑电压状态信号指示检测到的相关联的供电路径的相应的端子的瞬时电压状态，其中逻辑电压状态信号被施加到驱动电路的低电压侧的驱动器输入端。
[0022]在根据本专利技术的第一方面的保护设备的另一可能的实施方式中，在整流器与模拟比较器之间设置有模拟高通滤波器HPF，该模拟高通滤波器HPF适于对整流器输出的整流电压执行高通滤波。
[0023]在根据本专利技术的第一方面的保护设备的又一可能的实施方式中，在整流器与模数
转换器ADC之间设置有模拟低通滤波器LPF，该模拟低通滤波器LPF适于对整流器输出的整流电压执行低通滤波。
[0024]在根据本专利技术的第一方面的保护设备的另一可能的实施方式中，过电压检测电路ODC的整流器通过电位分离电路与相关联的供电路径连接。
[0025]在根据本专利技术的第一方面的保护设备的另一可能的实施方式中，驱动电路适于向控制单元CU的微处理器提供监控信号，该监控信号适于通知微处理器驱动电路的当前操作状态和/或相关联的供电路径内的至少一个电源开关的当前开关状态。
[0026]在根据本专利技术的第一方面的保护设备的另一可能的实施方式中，过电压检测电路ODC的模拟比较器的阈值设定点由控制单元的微处理本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于保护电负载(9)的保护设备(1)，所述保护设备(1)包括：
‑
至少一个输入端子(2)，该输入端子适于接收供电电压；
‑
供电路径(10)中的至少一个半导体电源开关(5)，该半导体电源开关(5)与相关联的输入端子(2)串联连接，与所述供电路径(10)的输出端子(3)连接的所述电负载(9)通过所述供电路径(10)接收电负载电流I
L
；所述保护设备(1)还包括：
‑
具有微处理器(8A)的控制单元(8)，所述控制单元(8)适于：响应于接收到的开关命令(CMD)，来控制所述保护设备(1)的驱动电路(6)接通或关断设置在所述供电路径(10)中的所述至少一个半导体电源开关(5)，所述驱动电路(6)具有低电压侧(6A)并且具有高电压侧(6B)，所述保护设备(1)还包括：至少一个过电压检测电路ODC(12)，该过电压检测电路ODC(12)与所述保护设备(1)的相关联的供电路径(10)的所述输入端子(2)或所述输出端子(3)连接，并且适于检测所述保护设备(1)的相应的供电路径(10)处的过电压状态并在所述过电压检测电路ODC(12)检测到过电压状态时，通过控制线(13)直接控制所述驱动电路(6)关断设置在相关联的供电路径(10)内的所述至少一个半导体电源开关(5)，以为所连接的电负载(9)提供免受过电压影响的保护，所述控制线(13)和与门(14)的第一输入端连接，所述与门(14)与所述驱动电路(6)的所述低电压侧(6A)的驱动器输入端(IN)连接，其中所述过电压检测电路(12)包括数字比较器COMP1(34)，该数字比较器COMP1(34)在所述控制单元(8)的所述微处理器(8A)中实现，并且适于将所述过电压检测电路(12)的模数转换器ADC(17)输出的低通滤波信号与第一可调数字阈值TH1进行比较，以检测所述保护设备(1)的相应的端子(2；3)处的电压的低频漂移，并且还适于在检测到低频漂移时生成高逻辑信号，其中所生成的高逻辑信号被施加到所述与门(14)的第二输入端。2.根据权利要求1所述的保护设备(1)，其中，所述控制单元(8)与用户界面或自动化系统的系统级控制器连接，以接收所述开关命令(CMD)。3.根据权利要求1或2所述的保护设备(1)，其中，设置在所述供电路径(10)中的所述至少一个半导体电源开关(5)包括IGBT或功率MOSFET，该IGBT或功率MOSFET具有超过施加到所述供电路径(10)的所述输入端子(2)的所述供电电压U
IN
的正常操作电压的阻断电压，其中所述至少一个半导体电源开关(5)的控制栅极(21)直接与所述驱动电路(6)的高电压侧(6B)的驱动器输出端(OUT)连接。4.根据前述权利要求1至3中任一项所述的保护设备(1)，其中，所述保护设备(1)包括：经由相关联的供电路径(10
‑
1、10
‑
2、10
‑
3)相互连接的三个输入端子(2
‑
1、2
‑
2、2
‑
3)和三个输出端子(3
‑
1、3
‑
2、3
‑
3)，其中对于每个供电路径(10
‑
1、10
‑
2、10
‑
3)，提供相关联的过电压检测电路ODC(12
‑
1、12
‑
2、12
‑
3)，其中所述过电压检测电路ODC(12
‑
i)连接到相应的供电路径(10
‑
i)的输入端子(2
‑
i)和/或输出端子(3
‑
i)。5.根据前述权利要求1至4中任一项所述的保护设备(1)，其中，所述驱动电路(6)适于在小于1毫秒的关断期间内关断设置在所述供电路径(10)内的所述至少一个半导体电源开关(5)，所述关断期间由沿着所述第一控制线(13、20)和沿着所述驱动电路(6)的内部电路
的信号传播延迟来限定。6.根据权利要求5所述的保护设备(1)，其中，以下两者之间的所述驱动电路(6)的内部电路的信号传播延迟小于200纳秒：所述驱动电路(6)的所述低电压侧(6A)的所述驱动器输入端(IN)，所述驱动电路(6)的所述高电压侧(6B)的所述驱动器输出端(OUT)。7.根据前述权利要求1至6中任一项所述的保护设备(1)，其中，与相关联的供电路径(10
‑
i)的输入端子(2)或输出端子(3)连接的每个过电压检测电路ODC(12
‑
i)包括：
‑
整流器(27)，其适于对相应的端子(2；3)处的电压进行整流，以及
‑
模数转换器ADC(17)，其适于将施加到所述模数转换器ADC(17)的所述低通滤波信号转换成施加到数字比较器COMP1(34)的数字信号，所述数字比较器COMP1(34)在所述保护设备(1)的所述控制单元(8)的所述微处理器(8A)中实现，并适于将由所述模数转换器ADC(17)输出的所述低通滤波信号与第一可调数字阈值TH1进行比较，以检测相应的端子(2；3)处的电压的低频漂移，并且还适于在检测到低频漂移时生成高逻辑信号。8.根据权利要求7所述的保护设备(1)，其中，每个过电压检测电路ODC(12
‑
i)还包括快速模拟比较器COMP2(36)，特别是施密特触发器电路，所述快速模拟比较器COMP2适于将由所述整流器(27)输出的整流电压与阈值设定点TH2进行比较，以检测所述保护设备(1)的相应的端子(2；3)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：菲利普，
申请(专利权)人：未来系统产业有限公司，
类型：发明
国别省市：