本發(fā)明屬于固態(tài)直流斷路器領(lǐng)域，涉及一種全固態(tài)直流斷路器用sicmosfet驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及控制方法。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，直流配電網(wǎng)憑借著相比交流配電網(wǎng)線路造價(jià)低、供電質(zhì)量好、線路損耗小、遠(yuǎn)距離大功率輸電更經(jīng)濟(jì)等諸多優(yōu)點(diǎn)成為關(guān)注熱點(diǎn)，并且發(fā)展迅速。作為保護(hù)設(shè)備的直流斷路器，具有快速、可靠地檢測(cè)故障、斷開(kāi)故障、保護(hù)系統(tǒng)的功能，是影響直流配電網(wǎng)可靠性的關(guān)鍵設(shè)備。相比機(jī)械和混合式直流斷路器，固態(tài)直流斷路器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、開(kāi)關(guān)速度快、動(dòng)作無(wú)弧及性能可靠等優(yōu)點(diǎn)；與現(xiàn)有的基于si器件的固態(tài)斷路器相比，以寬禁帶器件sicmosfet為開(kāi)關(guān)元件的固態(tài)直流斷路器又具有耐壓水平高、導(dǎo)通損耗小等優(yōu)勢(shì)，正成為直流斷路器的發(fā)展趨勢(shì)。然而，由于sicmosfet器件不同于傳統(tǒng)simosfet的開(kāi)關(guān)特性以及基于sicmosfet固態(tài)直流斷路器的特殊工作條件，需要設(shè)計(jì)固態(tài)直流斷路器用sicmosfet適應(yīng)性驅(qū)動(dòng)，以對(duì)作為主開(kāi)關(guān)元件的sicmosfet進(jìn)行有效的控制。目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于固態(tài)直流斷路器用sicmosfet的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)尚未見(jiàn)報(bào)道。雖然有公司給出了sicmosfet的驅(qū)動(dòng)電路的方案和產(chǎn)品，能夠用于sicmosfet開(kāi)關(guān)控制，并且能適應(yīng)一定情況下的應(yīng)用條件。但是，sicmosfet應(yīng)用于固態(tài)直流斷路器中，開(kāi)關(guān)速度極快，開(kāi)關(guān)動(dòng)作引起的電壓振蕩尖峰較大，并且針對(duì)sicmosfet用于固態(tài)直流斷路器的情況，需要考慮整合直流電流檢測(cè)電路以檢測(cè)固態(tài)直流斷路器所在電路的短路故障，考慮根據(jù)固態(tài)直流斷路器開(kāi)通、關(guān)斷等不同工作情況，提供不同的阻抗通路，以保證作為祝開(kāi)關(guān)元件的sicmosfet能夠安全可靠的工作。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種全固態(tài)直流斷路器用sicmosfet驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及控制方法，能夠提高固態(tài)直流斷路器的可靠性。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種全固態(tài)直流斷路器用sicmosfet驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括直流電流檢測(cè)模塊、驅(qū)動(dòng)電路模塊以及控制電路模塊，其中：

所述直流電流檢測(cè)模塊，采用霍爾電流傳感器和電壓比較器相結(jié)合的原理，用于檢測(cè)固態(tài)直流斷路器所在主電路的直流電流，以使得驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠檢測(cè)到主電路的短路故障；

所述驅(qū)動(dòng)電路模塊，用于給全固態(tài)直流斷路器用碳化硅金屬-氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(sicmetal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor,sicmosfet)提供開(kāi)通正電壓、關(guān)斷負(fù)電壓以及根據(jù)不同工作情況，即故障狀態(tài)下的動(dòng)作、正常狀態(tài)下的動(dòng)作，提供不同的阻抗通路，以保證固態(tài)直流斷路器安全可靠的工作；

所述控制電路模塊，和驅(qū)動(dòng)電路模塊匹配使用，用于對(duì)固態(tài)直流斷路器的不同工作狀態(tài)進(jìn)行判斷，以向驅(qū)動(dòng)電路模塊發(fā)出阻抗通路選擇信號(hào)。

進(jìn)一步，所述直流電流檢測(cè)模塊按照下述公式確定輸出信號(hào)：

其中，vout表示直流電流檢測(cè)模塊輸出電平，1表示高電平，0表示低電平，vr表示電壓比較器同相輸入端電壓，即霍爾電流傳感器的輸出電壓，vref表示電壓比較器反相輸入端電壓，即參考電壓。

進(jìn)一步，所述霍爾電流傳感器按照下述公式確定輸出電壓：

vr＝iout*rn

其中，vr表示霍爾電流傳感器輸出電壓，iout表示霍爾電流傳感器輸出電流，rn表示霍爾傳感器外接輸出電阻。

進(jìn)一步，所述霍爾電流傳感器按照下述公式確定輸出電流：

iout＝0.5*ifma

其中，if表示霍爾電流傳感器所測(cè)主電路的直流電流。

進(jìn)一步，所述直流電流檢測(cè)模塊按照下述公式確定電壓比較器反相輸入電壓：

vref＝vdc*rn1/(rn1+rn2)

其中，vdc表示直流電流檢測(cè)模塊電壓比較器供電電壓，rn1和rn2表示電壓比較器反相輸入端分壓電阻。

進(jìn)一步，所述驅(qū)動(dòng)電路模塊提供驅(qū)動(dòng)正壓時(shí)電流通過(guò)低阻抗通路，關(guān)斷時(shí)根據(jù)固態(tài)直流斷路器的不同工作情況分別選擇高、低阻抗通路。

進(jìn)一步，所述控制電路模塊發(fā)出開(kāi)通、故障關(guān)斷、手動(dòng)關(guān)斷三種信號(hào)。

一種全固態(tài)直流斷路器用sicmosfet驅(qū)動(dòng)控制方法，包括以下步驟：

s1：利用直流電流檢測(cè)電路檢測(cè)固態(tài)直流斷路器所在直流系統(tǒng)主電路是否發(fā)生短路故障，直流電流是否超過(guò)預(yù)定閾值；當(dāng)直流電流檢測(cè)電路檢測(cè)到主電路電流超過(guò)預(yù)定閾值時(shí)，直流電流檢測(cè)電路輸出電平由低電平變?yōu)楦唠娖?，以使得控制電路模塊向驅(qū)動(dòng)電路模塊發(fā)出關(guān)斷信號(hào)；

s2：通過(guò)控制電路向驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出故障關(guān)斷信號(hào)，實(shí)現(xiàn)sicmosfet驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)短路故障自動(dòng)關(guān)斷功能；

s3：通過(guò)外部開(kāi)關(guān)按鈕，輸入手動(dòng)開(kāi)通按鈕或者手動(dòng)關(guān)斷按鈕，使得控制電路模塊向驅(qū)動(dòng)電路模塊發(fā)出手動(dòng)開(kāi)通或者手動(dòng)關(guān)斷按鈕，實(shí)現(xiàn)sicmosfet驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的手動(dòng)開(kāi)通或者手動(dòng)關(guān)斷功能；當(dāng)通過(guò)外部按鈕輸入手動(dòng)開(kāi)通信號(hào)時(shí)，直流電流檢測(cè)電路輸出電平由高電平變?yōu)榈碗娖?，以使得控制電路模塊向驅(qū)動(dòng)電路模塊發(fā)出開(kāi)通信號(hào)；當(dāng)通過(guò)外部按鈕輸入手動(dòng)關(guān)斷信號(hào)時(shí)，直流電流檢測(cè)電路輸出電平由低電平變?yōu)楦唠娖剑允沟每刂齐娐纺K向驅(qū)動(dòng)電路模塊發(fā)出關(guān)斷信號(hào)。

本發(fā)明的有益效果在于：該方法通過(guò)用整合直流電流檢測(cè)電路模塊、控制電路模塊、驅(qū)動(dòng)電路模塊，實(shí)現(xiàn)了固態(tài)直流斷路器自動(dòng)檢測(cè)短路故障并自動(dòng)關(guān)斷功能，通過(guò)設(shè)計(jì)外部開(kāi)關(guān)按鈕實(shí)現(xiàn)了手動(dòng)開(kāi)通和手動(dòng)關(guān)斷固態(tài)直流斷路器用sicmosfet開(kāi)通和關(guān)斷功能。并且，根據(jù)sicmosfet應(yīng)用于固態(tài)直流斷路器的特殊工作情況，在驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)了三條不同的阻抗通路，以對(duì)應(yīng)sicmosfet自動(dòng)檢測(cè)故障關(guān)斷、手動(dòng)開(kāi)通、手動(dòng)關(guān)斷的工作情況。該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和方法有效的減小了固態(tài)直流斷路器的體積和功耗，并且保證了固態(tài)直流斷路器用sicmosfet能夠安全可靠地實(shí)現(xiàn)高速的開(kāi)關(guān)動(dòng)作，提高了整個(gè)固態(tài)直流斷路器的可靠性。

附圖說(shuō)明

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進(jìn)行說(shuō)明：

圖1為本申請(qǐng)中驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的原理圖；

圖2為驅(qū)動(dòng)電路模塊仿真圖；

圖3為控制電路模塊仿真圖；

圖4為直流電流檢測(cè)模塊仿真圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。

如圖1所示，所述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括直流電流檢測(cè)模塊、驅(qū)動(dòng)電路模塊以及控制電路模塊，其中：

所述直流電流檢測(cè)模塊，用于檢測(cè)固態(tài)直流斷路器所在主電路的直流電流，以使得驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠檢測(cè)到主電路的短路故障；

所述驅(qū)動(dòng)電路模塊，用于給全固態(tài)直流斷路器用sicmosfet提供開(kāi)通正電壓、關(guān)斷負(fù)電壓以及根據(jù)不同工作情況(故障狀態(tài)下的動(dòng)作、正常狀態(tài)下的動(dòng)作)提供不同的阻抗通路，以保證固態(tài)直流斷路器安全可靠的工作；

所述控制電路模塊，和驅(qū)動(dòng)電路匹配使用，用于對(duì)固態(tài)直流斷路器的不同工作狀態(tài)進(jìn)行判斷，以向驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出阻抗通路選擇信號(hào)。

與普通的sicmosfet驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相比，本發(fā)明公開(kāi)的一種固態(tài)直流斷路器用sicmosfet驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，通過(guò)用整合直流電流檢測(cè)電路模塊、控制電路模塊、驅(qū)動(dòng)電路模塊，實(shí)現(xiàn)了固態(tài)直流斷路器自動(dòng)檢測(cè)短路故障并自動(dòng)關(guān)斷功能，通過(guò)設(shè)計(jì)外部開(kāi)關(guān)按鈕實(shí)現(xiàn)了手動(dòng)開(kāi)通和手動(dòng)關(guān)斷固態(tài)直流斷路器用sicmosfet開(kāi)通和關(guān)斷功能。并且，根據(jù)sicmosfet應(yīng)用于固態(tài)直流斷路器的特殊工作情況，在驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)了三條不同的阻抗通路，以對(duì)應(yīng)sicmosfet自動(dòng)檢測(cè)故障關(guān)斷、手動(dòng)開(kāi)通、手動(dòng)關(guān)斷的工作情況。該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和方法有效的減小了固態(tài)直流斷路器的體積和功耗，并且保證了固態(tài)直流斷路器用sicmosfet能夠安全可靠地實(shí)現(xiàn)高速的開(kāi)關(guān)動(dòng)作，提高了整個(gè)固態(tài)直流斷路器的可靠性。

如圖2所示，在本實(shí)施方式中，通過(guò)模擬控制電路發(fā)給驅(qū)動(dòng)電路的故障關(guān)斷信號(hào)、手動(dòng)關(guān)斷信號(hào)、說(shuō)動(dòng)開(kāi)通信號(hào)，檢測(cè)驅(qū)動(dòng)電路模塊輸出電壓的變化，驗(yàn)證驅(qū)動(dòng)電路模塊是否能提供較為準(zhǔn)確的開(kāi)通和關(guān)斷電壓。

如圖3所示，在本實(shí)施方式中，通過(guò)模擬直流電流檢測(cè)電路輸出的短路故障信號(hào)、手動(dòng)開(kāi)通信號(hào)、手動(dòng)關(guān)斷信號(hào)，檢測(cè)控制電路模塊輸入和輸出端電壓的變化，驗(yàn)證控制電路模塊是否能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確地向驅(qū)動(dòng)電路模塊發(fā)出短路故障信號(hào)、手動(dòng)關(guān)斷信號(hào)、手動(dòng)開(kāi)通信號(hào)。

如圖4所示，在本實(shí)施方式中，通過(guò)模擬直流電流檢測(cè)電路輸出的短路故障信號(hào)、手動(dòng)開(kāi)通信號(hào)、手動(dòng)關(guān)斷信號(hào)，檢測(cè)控制電路模塊輸入和輸出端電壓的變化，驗(yàn)證控制電路模塊是否能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確地向驅(qū)動(dòng)電路模塊發(fā)出短路故障信號(hào)、手動(dòng)關(guān)斷信號(hào)、手動(dòng)開(kāi)通信號(hào)。

在本實(shí)施方式中，所述直流電流檢測(cè)模塊采用霍爾電流傳感器和電壓比較器相結(jié)合的原理，其中，所述直流電流檢測(cè)模塊按照下述公式確定輸出信號(hào)：

式中，vout表示直流電流檢測(cè)模塊輸出電平(1表示高電平，0表示低電平)，vr表示電壓比較器同相輸入端電壓(也是霍爾電流傳感器的輸出電壓)，vref表示電壓比較器反相輸入端電壓(參考電壓)。

其中所述霍爾電流傳感器按照下述公式確定輸出電壓：

vr＝iout*rn

式中，vr表示霍爾電流傳感器輸出電壓，iout表示霍爾電流傳感器輸出電流，rn表示霍爾傳感器外接輸出電阻。

其中所述霍爾電流傳感器按照下述公式確定輸出電流：

iout＝0.5*ifma

式中，if表示霍爾電流傳感器所測(cè)主電路的直流電流。

其中所述直流電流檢測(cè)模塊按照下述公式確定電壓比較器反相輸入電壓：

vref＝vdc*rn1/(rn1+rn2)

式中，vdc表示直流電流檢測(cè)模塊電壓比較器供電電壓，rn1和rn2表示電壓比較器反相輸入端分壓電阻。

最后說(shuō)明的是，以上優(yōu)選實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通過(guò)上述優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對(duì)其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書所限定的范圍。