故障管理电力系统技术方案

故障管理电力系统(FMPS)和方法监测和检测PoE、PFC和其他电缆中的故障电流，该故障电流指示人类可能与电缆导体接触。通过人体检测的电流水平结合快速响应时间限制了防止人经历心室颤动的能量，导致所谓的触摸安全水平。对于过载和短路故障保护，系统会自动立即切断电缆电源。这限制了提供给故障的能量，从而保持触摸安全操作，并防止电气火灾和系统部件保护。该系统/方法甚至可以在显著高于现有触摸安全标准的电压水平下实现这一点，例如2级(低于50Vac)电源。这种系统/方法允许PoE和PFC等应用中的功率量安全地增加到比当前最大值(100W)大得多的水平。(100W)大得多的水平。(100W)大得多的水平。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】故障管理电力系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本专利申请要求2020年10月13日提交的题为“故障管理电力系统”的美国临时申请第63/090845号和2021年10月13日提交的题为“故障管理电力系统”的美国临时申请第63/255370号的优先权，并在此引入作为参考。


[0003]本文公开的实施例总体涉及电源中的故障保护，并且更具体地，涉及用于限制提供给故障的能量的方法和系统，包括触摸安全水平，其可以使用光纤电缆的硬连线等与以太网或其他通信协议相结合。

技术介绍

[0004]PoE通常是指使用导线对(通常是双绞线或以太网电缆)来同时发送电功率和数据。因此，可以通过PoE被供电的设备(称为用电设备(PD))通常不需要单独的电源适配器来为设备供电。用电设备的示例包括VoIP电话、HD摄像机(全景变焦倾斜摄像机)、无线接入点(WAP)、网络路由器以及其他设备。随着对所谓“智能建筑”服务需求的增长，用电设备的数量预计将呈指数级增长。
[0005]PFC与PoE相似，都是通过单个电缆提供电功率和数据，因此不需要(或至少减少)单独的电源适配器来为设备供电。使用PFC时，数据通过光纤发送，而电源通常通过包围光纤的导电护套(通常为铜)提供。由于光纤的无损或几乎无损特性，与典型的PoE电缆相比，典型的PFC电缆可以在更远的距离上发送数据。
[0006]在PoE和PFC等应用中，功率通常以44至57Vdc且通常为48Vdc注入电缆。这个电压水平允许功率沿着电缆有效地传输，同时对于终端用户来说仍足够低以至于安全。PoE电源设备(PSE)的原始行业标准允许的最大功率水平是30W。新的PoE标准或PoE++(IEEE 802.3bt)允许的功率水平高达100W。考虑更高功率水平的标准正在开发中。
[0007]随着PoE和PFC等应用中的功率水平不断增加，需要一种方法来确保提供给故障的能量是有限的。

技术实现思路

[0008]本文公开的实施例涉及用于管理提供给电力系统中的故障的能量的方法和系统。该方法和系统提供了一种故障管理电力系统(FMPS),其监测和检测PoE或PFC电缆中的小泄漏电流，该小泄漏电流指示除了诸如短路或过载电流状况之类的其他故障电流之外，可能有人与电缆导体接触。由故障管理电力系统检测到的泄漏电流被设置得足够低，以防止人受到严重的电击或经历心室纤维性颤动，这被称为触摸安全。在检测到这样的泄漏电流时，故障管理电力系统自动并立即从电缆移除电源。这限制了提供给故障的能量，从而保持了触摸安全操作，也防止了电气火灾。故障管理电力系统甚至可以在显著高于现有触摸安全标准的电压水平下实现这一点，例如2级(低于50Vac)电源。这种故障管理电力系统允许PoE
和PFC等应用中的功率量安全地增加到比当前最大值(100W)大得多的水平。
[0009]一般而言，在一方面，所公开的实施例针对可操作来提供至少100瓦功率的故障管理电力系统。该系统尤其包括接收器，该接收器包括DC/DC转换器和接收器开关，该接收器开关可控制成以预定速率向DC/DC转换器提供一系列电流脉冲，该预定速率低于将导致人由于电击而进入心室纤颤的速率。该系统还包括通过一对电导体连接到接收器的源控制器，该源控制器包括源开关，该源开关可控制成将来自电源的电功率连接到该对电导体。该系统还包括在源控制器处的栅极控制器，该栅极控制器被编程以确定在该系列电流脉冲的电流断开间隔期间在任一个或两个电导体上是否存在泄漏电流，该泄漏电流大于任一个或两个电导体上的预定电流阈值。栅极控制器还被编程为响应于确定在一系列电流脉冲的电流断开间隔期间在任一个或两个电导体上存在泄漏电流来控制源开关将电源从电导体断开。
[0010]总的来说，在另一方面，所公开的实施例涉及一种管理可操作来提供至少100瓦功率的电力系统中的故障的方法。该方法尤其包括在源控制器处将来自电源的电功率连接到一对电导体，并且在接收器处从连接到接收器的一对电导体上的电源接收电功率。该方法还包括在接收器处以预定速率向DC/DC转换器提供一系列电流脉冲，该预定速率低于导致人由于电击而进入心室纤颤的速率。该方法还包括在源控制器处确定在该系列电流脉冲的电流断开间隔期间在任一个或两个电导体上是否存在泄漏电流，该泄漏电流大于任一个或两个电导体上的预设电流阈值。该方法还包括在源控制器处响应于确定在一系列电流脉冲的电流断开间隔期间在任一个或两个电导体上存在泄漏电流来将电源从电导体断开。
[0011]总的来说，在又一方面，所公开的实施例涉及一种用电设备的网络。该网络尤其包括至少一个网络电缆、连接到该至少一个网络电缆并在该至少一个网络电缆上提供一系列电流脉冲的故障管理电力系统，该管理电源系统可操作来提供至少100瓦的功率。该方法还包括连接到至少一个网络电缆和故障管理电力系统的多个用电设备，每个用电设备由来自故障管理电力系统的电功率供电。该故障管理电力系统还可操作来确定在该系列电流脉冲的电流断开间隔期间在该至少一个网络电缆上是否存在泄漏电流，该泄漏电流大于该至少一个网络电缆上的预定阈值电流。
附图说明
[0012]通过阅读以下详细描述并参考附图，所公开的实施例的前述和其他优点将变得显而易见，其中：
[0013]图1示出了根据所公开的实施例的方面的示例性故障管理电力系统；
[0014]图2示出了根据所公开的实施例的方面的示例性故障电流检测；
[0015]图3示出了根据所公开的实施例的方面的另一示例性故障管理电力系统；
[0016]图4示出了根据所公开的实施例的方面的又一示例性故障管理电力系统；
[0017]图5示出了根据所公开的实施例的方面的又一示例性故障管理电力系统；
[0018]图6示出了根据所公开的实施例的方面的用于故障管理电力系统的示例性泄漏电流检测器；
[0019]图7示出了根据所公开的实施例的方面的用于故障管理电力系统的示例性接收器电路；
[0020]图8示出了根据所公开的实施例的方面的替代故障管理电力系统；
[0021]图9示出了根据所公开的实施例的方面的用于故障管理电力系统方法的监测和检测故障的方法；
[0022]图10示出了根据所公开的实施例的方面的为故障管理电力系统的接收器充电的方法；
[0023]图11示出了根据所公开的实施例的方面的采用故障管理电力系统的示例性星形网络；
[0024]图12示出了根据所公开的实施例的方面的采用故障管理电力系统的示例性点对点网络；
[0025]图13示出了根据所公开的实施例的方面的采用故障管理电力系统的示例性本地网络；
[0026]图14示出了根据所公开的实施例的方面的采用故障管理电力系统的示例性环形网络；
[0027]图15示出了根据所公开的实施例的方面的采用故障管理电力系统的示例性基于以太网电缆的网络；以及
[0028]图16示出了根据所公开的实施例的方面的采用故障管理电力系统的示例性无线数据网络。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种可操作来提供至少100瓦功率的故障管理电力系统，包括：包括DC/DC转换器和接收器开关的接收器，所述接收器开关可控制成以预定速率向DC/DC转换器提供一系列电流脉冲，使得电流脉冲低于会导致人由于电击而进入心室纤颤的水平；通过一对电导体连接到接收器的源控制器，该源控制器包括源开关，该源开关可控制成将来自电源的电功率连接到该一对电导体；以及在源控制器处的栅极控制器，该栅极控制器被编程以确定在一系列电流脉冲的电流断开间隔期间在任一个或两个电导体上是否存在泄漏电流，该泄漏电流大于在任一个或两个电导体上的预定电流阈值；其中，所述栅极控制器进一步被编程为响应于确定在一系列电流脉冲的电流断开间隔期间在任一个或两个电导体上存在泄漏电流来控制源开关将电源从电导体断开。2.根据权利要求1所述的故障管理电力系统，其中，所述接收器开关或所述源开关或两者是高功率N沟道增强型SiC MOSFET或Si MOSFET开关。3.根据权利要求1所述的故障管理电力系统，其中，所述栅极控制器被编程为使用所述源控制器处的至少一个泄漏电流检测器来确定在任一个或两个电导体上是否存在泄漏电流，所述至少一个泄漏电流检测器部署在任一个或两个电导体上。4.根据权利要求3所述的故障管理电力系统，其中，每个泄漏电流检测器包括运算放大器和泄漏感测电阻器，运算放大器具有与电导体之一成直线连接的输入端子，泄漏感测电阻器跨接在输入端子上，泄漏感测电阻器具有足够大的电阻，以在存在泄漏电流的情况下在运算放大器的输入端子上产生可测量的电压降。5.根据权利要求4所述的故障管理电力系统，其中，每个泄漏电流检测器还包括跨接在所述运算放大器的输入端子上的泄漏电流开关，该泄漏电流开关可控制成在所述一系列电流脉冲的电流断开间隔期间将来自电导体之一的电流路由通过所述泄漏感测电阻器。6.根据权利要求1所述的故障管理电力系统，还包括位于所述源控制器处的至少一个电流传感器，该至少一个电流传感器部署在任一个或两个电导体上，其中，所述栅极控制器还被编程为使用至少一个电流传感器来确定在所述一系列电流脉冲的电流接通间隔期间电流脉冲是否存在于任一个或两个电导体上。7.根据权利要求6所述的故障管理电力系统，其中，所述栅极控制器还被编程为使用所述至少一个电流传感器来确定在任一个或两个电导体上是否存在短路状况或过载状况。8.根据权利要求1所述的故障管理电力系统，其中，所述栅极控制器还被编程为在接收器充电电流已被施加到所述接收器之后确定在任一个或两个电导体上是否存在预定数量的确认电流脉冲。9.根据权利要求8所述的故障管理电力系统，其中，所述接收器包括自举电路，所述自举电路包括线性调节晶体管和限压电容器，所述限压电容器配置为最初向接收器施加所述接收器充电电流，随后向接收器施加全电流。10.一种管理可操作来提供至少100瓦功率的电力系统中的故障的方法，包括：在源控制器处将来自电源的电功率连接到一对电导体；在接收器处从连接到接收器的一对电导体上的电源接收电功率；在接收器处以预定速率向DC/DC转换器提供一系列电流脉冲，使得电流脉冲低于会导
致人由于电击而进入心室纤颤的水平；在源控制器处确定在一系列电流脉冲的电流断开间隔期间在任一个或两个电导体上是否存在泄漏电流，该泄漏电流大于在任一个或两个电导体上的预设电流阈值；以及在源控制器处响应于...

【专利技术属性】
技术研发人员：JJ谢伊，PK莫迪，
申请(专利权)人：施耐德电气美国股份有限公司，
类型：发明
国别省市：