一种投切开关电路及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种投切开关电路及其控制方法，其投切开关电路包括从旁路和主旁路，从旁路与主旁路并联，从旁路上串联设置有从旁路开关、限流元件和采样元件，主旁路上设置有主旁路开关；第一驱动模块与从旁路开关连接，第二驱动模块与主旁路开关连接。通过限流元件限制功率模块的输入电容的充电电流，通过判断采样元件端获取的电压或电流低于设定阈值，第二驱动模块对主旁路开关输出缓慢上升的驱动信号，主旁路开关的电压缓慢上升，直至电压平稳，实现功率模块进行投入或者切出过程中，电源端电压保持稳定，有效保护电路元件。有效保护电路元件。有效保护电路元件。

【技术实现步骤摘要】
一种投切开关电路及其控制方法


[0001]本专利技术涉及电力电子电路技术，具体涉及一种投切开关电路及其控制方法。

技术介绍

[0002]我国海岸线漫长，保护及开发海洋水下资源离不开水下海洋工程装备。水下特种电源为海洋水下工程装备提供高可靠高质量供电，是海洋水下核心工程装备。由于海洋水下环境特殊，水下特种电源的维护极其困难，因此水下特种电源的可靠性设计要求极高。水下特种电源输入电源来自岸基高压直流，海缆线路寄生参数大，负载工作冲击性强，导致水下特种电源输入端电压宽幅波动。因此水下特种电源采用多功率模块输入串联，输出并联（ISOP）模式，即水下特种电源采用多个功率模块串联设置，每个功率模块分担输入电压的一部分。同时为保证高可靠性，需要保证有一定数量的冗余功率模块备用，备用的冗余功率模块输入端也与已投入使用的功率模块是串联在一起。在电源工作过程中，需要对功率模块的投入和切出进行控制。
[0003]由于远距离传输的海缆线路寄生参数大，满载到空载变化，水下电源的输入端电压会出现宽幅变化，水下特种电源要求在输入宽范围变化输出保持稳定，因此需依据输入电压的范围，调节串联接入的功率模块数量，以确保功率模块的输入电压在合理范围内。如果功率模块输入电压过高会导致功率器件承受过高电压，可靠性降低；如果功率模块输入电压过低会导致电源输出电压无法稳定在额定值。调节串联接入的功率模块数量通常由投切开关电路来实现。当输入电压升高，为控制每个功率模块输入端电压在允许的范围内，需要投入更多功率模块，当输入电压降低，为保证电源输入端电压稳定，需要切出部分功率模块。此外，出现不可恢复故障的功率模块需要永久切出。在功率模块进行投入或者切出过程中，电源输出需要保持稳定。即，功率模块的投入和切出需要动态进行，不能停机投切。
[0004]为实现所有功率模块预期寿命的一致性，冗余的功率模块采用使用时长一致的控制方案，通过投切开关电路及其控制方法实现轮流投入运行。
[0005]投切开关电路导通时，与该投切开关电路并联的功率模块被切出；投切开关电路关闭，与该投切开关电路并联的功率模块投入运行。投切开关电路工作的可靠性直接影响水下特种电源系统工作的可靠性。
[0006]图1是根据本专利技术现有技术的切出过程输入电容充电电流流向示意图；现有技术的缺点：模块切出时，旁路开关导通，被切出功率模块端电压为零，因此电源输入端为已投入的功率模块的输入电容充电，由于输入电容内阻很小，因此会有很大冲击电流流过旁路开关，远超电力电子功率器件能承受的范围，导致旁路开关或防反二极管损坏失效。过大的冲击电流导致投入功率模块输入端电压快速变化，对功率模块输入均压调节环造成冲击，容易触发输入不均压保护。
[0007]现有专利文献CN111740604A公开了一种用于海底供电的直流变换器及其控制方法，该专利通过通用型电力电子功率器件作为旁路开关，一个功率模块输入端并联了2个串联的旁路开关。开关导通时将与之并联的功率模块切出，截止时与之并联的功率模块接入。
专利技术人发现该方法的不足为：（1）功率模块切出时，旁路开关导通，其他功率模块的输入电容被充电，由于输入电容内阻很小，瞬间充电电流很大，很可能超过旁路开关所允许的最大电流，导致旁路开关损坏；（2）过大的瞬间充电电流导致各功率模块端电压快速变化，对串联的功率模块的输入均压控制环路造成干扰和冲击，导致出现不均压指标超标或振荡，容易触发电源输入端电压不均衡问题，影响系统可靠性。

技术实现思路

[0008]针对现有技术的不足，本专利技术的目的旨在提供一种投切开关电路及其控制方法，解决功率模块投入或切出时，瞬间充电电流过大导致旁路开关损坏、电源输入端电压不均衡的问题。
[0009]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种投切开关电路，包括从旁路、主旁路、第一驱动模块和第二驱动模块，所述从旁路与主旁路并联，所述从旁路上串联设置有从旁路开关、限流元件和采样元件，所述主旁路上设置有主旁路开关；第一驱动模块与从旁路开关连接，用于控制从旁路开关导通或断开，第二驱动模块与主旁路开关连接，用于控制主旁路开关导通或断开。
[0010]进一步地，所述从旁路开关和主旁路开关均包括三端子半导体器件。
[0011]进一步地，所述从旁路开关的控制电子端与所述第一驱动模块的一端连接，所述从旁路开关的电子发射端与采样元件的一端连接，所述从旁路开关的电子接收端与所述限流元件的一端连接；所述主旁路开关的控制电子端与所述第二驱动模块的第一端连接，所述第一驱动模块的另一端、所述采样元件的另一端、所述第二驱动模块的第二端共同与主旁路开关的电子发射端连接，所述限流元件的另一端与所述主旁路开关的电子接收端连接，所述第二驱动模块的第三端连接于从旁路开关与采样元件之间。
[0012]进一步地，所述从旁路开关和主旁路开关的电子发射端和电子接收端之间并联有二极管，二极管的输入端与所述电子发射端连接，二极管的输出端与所述电子输出端连接。
[0013]进一步地，所述限流元件包括限流电阻。
[0014]进一步地，所述限流电阻的阻值选取确保从旁路的电流小于从旁路开关的收集电子端所允许通过最大电流的0.6倍。
[0015]进一步地，所述采样元件包括电流采样电阻。
[0016]一种基于投切开关电路的控制方法，包括：所述第一驱动模块控制从旁路开关导通；限流元件限制所述功率模块的输入电容的充电电流，防止所述充电电流过大危及所述从旁路开关；判断所述采样元件获取的电压或电流是否超过设定的阈值范围；当所述采样元件获取的电流值或电压值超过设定的阈值范围时，第二驱动模块对所述主旁路开关输出缓慢上升的驱动信号；主旁路开关电子发射端和电子接收端之间电压缓慢上升，直至电压平稳。
[0017]一种采用投切开关电路的多功率模块电路，包括输入电源和与所述输入电源串联的多个功率模块，单个所述功率模块包括投切开关电路、输入端电路和DC/DC转换器，投切开关电路、输入端电路和DC/DC转换器三者之间并联设置，所述输入端电路上设置有输入电容。
[0018]进一步地，所述主旁路开关的收集电子端所允许通过最大电流值至少超过多功率模块串联工作时最大输入电流值的两倍。
[0019]本专利技术的有益效果在于：本专利技术能够有效抑制投切过程中的瞬间充电电流，保护旁路开关，并且投切时间易评估，响应速度快，减小串联功率模块输入端电压扰动的范围，避免对输入均压控制环路的干扰，能够抑制已投入模块端电压波动率，防止对串联的功率模块的输入均压控制环路造成干扰和冲击，确保多功率模块动态投切过程平稳，扰动小。
附图说明
[0020]构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是根据本专利技术现有技术的功率模块切出过程中输入电容充电电流流向示意图；图2是根据本专利技术实施例的投切开关电路拓扑结构示意图；图3是根据本专利技术实施例的多功率模块电路拓扑结构示意图；图4是根据本专利技术实施例的冗余的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种投切开关电路，其特征在于，包括从旁路、主旁路、第一驱动模块（5）和第二驱动模块（6），所述从旁路与主旁路并联，所述从旁路上串联设置有从旁路开关（2）、限流元件和采样元件，所述主旁路上设置有主旁路开关（4）；第一驱动模块（5）与从旁路开关（2）连接，用于控制从旁路开关（2）导通或断开，第二驱动模块（6）与主旁路开关（4）连接，用于控制主旁路开关（4）导通或断开。2.根据权利要求1所述的一种投切开关电路，其特征在于，所述从旁路开关（2）和主旁路开关（4）均包括三端子半导体器件。3.根据权利要求2所述的一种投切开关电路，其特征在于，所述从旁路开关（2）的控制电子端与所述第一驱动模块（5）的一端连接，所述从旁路开关（2）的电子发射端与所述采样元件的一端连接，所述从旁路开关（2）的电子接收端与所述限流元件的一端连接；所述主旁路开关（4）的控制电子端与所述第二驱动模块（6）的第一端连接，所述第一驱动模块（5）的另一端、所述采样元件的另一端、所述第二驱动模块（6）的第二端共同与主旁路开关（4）的电子发射端连接，所述限流元件的另一端与所述主旁路开关（4）的电子接收端连接，所述第二驱动模块（6）的第三端连接于从旁路开关（2）与采样元件之间。4.根据权利要求2所述的一种投切开关电路，其特征在于，所述从旁路开关（2）和主旁路开关（4）的电子发射端和电子接收端之间并联有二极管，二极管的输入端与所述电子发射端连接，所述二极管的输出端与所述电子接收端连接。5.根据权利要求1所述的一种投切...

【专利技术属性】
技术研发人员：宁勇，梁磊乐，赵振兴，李民英，吕培专，
申请(专利权)人：广东志成冠军集团有限公司，
类型：发明
国别省市：