稳压器的补偿开关的保护装置及稳压器的制作方法

1.本技术属于电路控制技术领域，尤其涉及一种稳压器的补偿开关的保护装置及稳压器。


背景技术：

2.核电机组用的ups(uninterruptible power supply，不间断电源)，通常包含稳压器，用于向逆变器提供稳定的交流电压。稳压器通常包含补偿变压器和补偿单元，其中补偿单元包含多个补偿开关，各补偿开关均连接补偿变压器的原边绕组以形成至少一个补偿回路。在补偿回路导通时，补偿变压器的原边向副边感应出电压，以实现对输入电压的补偿，从而实现输出电压的稳定。
3.实际应用时，补偿开关的导通控制需由控制板上的数字控制器来承担。由于各种各样的原因，控制器本身可能出现软件失效的情况，此外也可能出现辅助电源掉电导致控制器失电的情况，这些情况均会导致控制器无法控制补偿开关。如此一来，补偿变压器的原边绕组将会悬空，此时若稳压器输出端带载，由于变压器的特性，将会由其副边向原边感应合出较高的反向耦合电压，该反向耦合电压可能会对挂在原边的补偿开关造成损坏。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供了一种稳压器的补偿开关的保护装置及稳压器，旨在解决现有技术辅助电源发生掉电或软件失效时原边绕组连接的晶闸管过压击穿的问题。
5.本发明实施例的第一方面提供了一种稳压器的补偿开关的保护装置，用于稳压器；稳压器包括控制器、补偿单元、至少一个补偿变压器；补偿单元连接补偿变压器的原边绕组；补偿单元包括多个补偿开关，多个补偿开关与补偿变压器的原边绕组形成至少一个补偿回路，控制器用于控制各补偿开关的通断，以控制至少一个补偿回路的投切；
6.装置包括：第一控制单元、第二控制单元以及至少一个可控开关；每个补偿变压器的原边绕组两端并联有一个可控开关；第一控制单元并联在稳压器的输出端两端；第二控制单元与控制器连接；
7.第二控制单元用于检测控制器是否发生故障，并在控制器发生故障时，使第一控制单元控制可控开关闭合，以短路至少一个补偿变压器的原边绕组。
8.在一些可能的实现方式中，第一控制单元包括：总控开关和至少一个第一控制线圈；总控开关、至少一个第一控制线圈均与稳压器的输出端连接；总控开关分别与至少一个第一控制线圈连接；每个可控开关与一个第一控制线圈组成一个接触器；
9.第二控制单元用于当检测到控制器发生故障时，控制总控开关闭合，以使总控开关连接的至少一个第一控制线圈得电；
10.至少一个第一控制线圈用于在得电时闭合可控开关。
11.在一些可能的实现方式中，第二控制单元包括逻辑电路和第二控制线圈；第二控制线圈与总控开关组成继电器；
12.控制器用于在发生故障时向逻辑电路发送低电平信号；
13.逻辑电路用于在接收到控制器发送的低电平信号后，控制第二控制线圈失电，使总控开关闭合。
14.在一些可能的实现方式中，控制器还用于：
15.在控制器的故障原因为辅助电源发生掉电时，判断稳压器的辅助电源的掉电速度是否大于预设速度；
16.若稳压器的辅助电源的掉电速度大于预设速度，则向逻辑电路发送低电平信号。
17.在一些可能的实现方式中，控制器还用于：
18.若稳压器的辅助电源的掉电速度不大于预设速度且辅助电源的电压低于预设电压，则在控制补偿变压器切换到目标档位后，再向逻辑电路发送低电平信号；其中，目标档位为补偿电压为零的档位。
19.在一些可能的实现方式中，稳压器的补偿开关的保护装置还包括检测单元；检测单元与控制器连接；检测单元与至少一个可控开关连接；
20.检测单元用于检测至少一个可控开关是否断开，并将检测结果上报给控制器；
21.控制器在至少一个可控开关均断开后，指示补偿单元进行档位切换。
22.在一些可能的实现方式中，检测单元与接触器的常开辅助触点连接；
23.检测单元具体用于对常开辅助触点进行信号采样，以确定接触器是否断开，并在接触器断开时，向控制器发出低电平信号；
24.控制器用于在接收到检测单元发送的低电平信号后，指示补偿单元进行档位切换。
25.在一些可能的实现方式中，稳压器的补偿开关的保护装置还包括：吸收回路；
26.吸收回路设置在可控开关与补偿变压器的原边绕组之间；吸收回路用于限制可控开关闭合前可控开关承受的反向耦合电压。
27.在一些可能的实现方式中，吸收回路包括：tss管与吸收电阻。
28.本发明实施例的第二方面提供了一种稳压器，包括：控制器、补偿单元、至少一个补偿变压器以及如上第一方面的稳压器的补偿开关的保护装置；补偿单元连接补偿变压器的原边绕组；补偿单元包括多个补偿开关，多个补偿开关与补偿变压器的原边绕组形成至少一个补偿回路，控制器用于控制各补偿开关的通断，以控制至少一个补偿回路的投切。
29.本发明实施例提供一种稳压器的补偿开关的保护装置及稳压器，其中，该稳压器的补偿开关的保护装置包括第一控制单元、第二控制单元以及至少一个可控开关；每个补偿变压器的原边绕组两端并联有一个可控开关；第一控制单元并联在稳压器的输出端两端；第二控制单元与控制器连接；第二控制单元用于检测控制器是否发生故障，并在控制器发生故障时，使第一控制单元控制可控开关闭合，以短路至少一个补偿变压器的原边绕组。如此，基于该稳压器的补偿开关的保护装置，当辅助电源掉电或软件失效时，控制器无法对晶闸管进行有效控制，此时响应于控制器的工作状态的改变，第二控制单元指示第一控制单元工作，使第一控制单元控制至少一个可控开关闭合，从而短路稳压器中的补偿变压器的原边绕组，由于短路后的原边绕组无法产生感应电动势，因此，避免了辅助电源掉电或软件失效后稳压器的输出端的反向电动势在原边绕组上产生反向耦合电压，从而避免损坏稳压器中的晶闸管，以提高核电厂ups设备的可靠性。
附图说明
30.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
31.图1是本发明实施例提供的稳压器的结构示意图；
32.图2是本发明实施例提供的稳压器的补偿开关的保护装置的结构示意图；
33.图3是本发明实施例提供的逻辑电路的结构示意图；
34.图4是本发明实施例提供的辅助触点的结构示意图；
35.图5是本发明实施例提供的检测单元的电路示意图。
具体实施方式
36.以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
37.本发明所提供的稳压器的补偿开关的保护装置，用于稳压器。图1是本发明实施例提供的稳压器的结构示意图。如图1所示，在一些实施例中，稳压器包括：补偿单元11、至少一个补偿变压器12以及稳压器的补偿开关的保护装置13、控制器14；补偿单元11连接补偿变压器12的原边绕组；补偿单元11包括多个补偿开关，多个补偿开关与补偿变压器12的原边绕组形成至少一个补偿回路，控制器14用于控制各补偿开关的通断，以控制至少一个补偿回路的投切。
38.在本发明实施例中，补偿开关可以是晶闸管，例如图1中的scr1-scr10。补偿变压器12(例如图1中的t2和t3)的原边绕组与补偿单元11连接，多个补偿晶闸管通过不同的导通/关断组合与补偿变压器12的原边绕组组成多个补偿回路；多个补偿回路用于使补偿变压器12产生多个不同档位的补偿电压。图1中所示的稳压器结构仅为本发明的示例，并不作为限定。
39.现有技术中，通常通过在稳压器的原边绕组两端并联短路回路，或者通过控制相应的晶闸管开通与原边绕组形成短路回路的方式，来保护稳压器中的器件。但现有技术中的短路回路通常是由控制器14进行控制，在辅助电源掉电或者控制器14的软件失效的情况下，控制器本身出现故障，无法控制晶闸管和短路回路，此时若稳压器一侧悬空，补偿变压器上将产生较大的带载反向耦合电压，可能使补偿变压器所连接的晶闸管过压击穿。
40.本发明通过设置可控开关形成短路回路，又以第一控制单元和第二控制单元实现对可控开关的控制，由于第一控制单元是并联在稳压器的输出端两端的，辅助电源掉电和控制器14的软件失效问题均不会使稳压器的输出端断电，因此在控制器14故障时仍能对短路回路进行有效控制，避免晶闸管的过压击穿，以提高核电厂ups设备的可靠性。
41.图2是本发明实施例提供的稳压器的补偿开关的保护装置的结构示意图。如图2所示，在一些实施例中，稳压器的补偿开关的保护装置包括：第一控制单元21、第二控制单元22以及至少一个可控开关23；每个补偿变压器12的原边绕组两端并联有一个可控开关23；
第一控制单元21并联在稳压器的输出端两端；第二控制单元22与控制器14连接；第二控制单元22用于检测控制器是否发生故障，并在控制器发生故障时，使第一控制单元21控制可控开关23的闭合，以短路至少一个补偿变压器12的原边绕组。
42.在本发明实施例中，控制器14可以是dsp(digital signal processing，数字信号处理)单元、单片机单元等，在此不作限定。第二控制单元22可以通过其自身的软件采样控制器14的上电封锁信号，判断控制器14是否故障。在辅助电源发生掉电或软件失效时，控制器14的上电封锁信号由高电平变为低电平，第二控制单元22响应于该低电平信号，使第一控制单元21得电，控制可控开关23闭合，从而使补偿变压器12的原边绕组和可控开关23形成闭合回路，避免原边绕组产生反向耦合高压。
43.在本发明实施例中，当某一个补偿变压器12具有多个原边绕组，则可控开关23并联在该补偿变压器的任一个原边绕组的两端，即可实现对补偿变压器12的所有原边绕组的短路。例如，图1中的t2具有三种原边绕组，三种原边绕组对应的变比分别是220/6.2、132/6.2或88/6.2，将可控开关23并联在变比为88/6.2对应的绕组两端即可实现对t2的全部原边绕组的短路。
44.在本发明实施例中，当辅助电源掉电或软件失效时，控制器无法对晶闸管进行有效控制，此时响应于控制器的工作状态的改变，第二控制单元指示第一控制单元工作，使第一控制单元控制至少一个可控开关闭合，从而短路稳压器中的补偿变压器的原边绕组，由于短路后的原边绕组无法产生感应电动势，因此，避免了辅助电源掉电或软件失效后稳压器的输出端的反向电动势在原边绕组上产生反向耦合电压，从而避免损坏稳压器中的晶闸管，以提高核电厂ups设备的可靠性。
45.在一些实施例中，第一控制单元21包括：总控开关和至少一个第一控制线圈；总控开关、至少一个第一控制线圈均与稳压器的输出端连接；总控开关分别与至少一个第一控制线圈连接；每个可控开关与一个第一控制线圈组成一个接触器；第二控制单元22用于当检测到控制器发生故障时，控制总控开关闭合，以使总控开关连接的至少一个第一控制线圈得电；至少一个第一控制线圈用于在得电时闭合可控开关23。
46.在本发明实施例中，总控开关可以是继电器、开关管等，在此不作限定。总控开关在辅助电源未掉电或软件未失效时处于断开状态，第一控制线圈未得电。在辅助电源发生掉电或软件失效时，第二控制单元22控制总控开关闭合，然后与总控开关连接的全部第一控制线圈都将得电，从而吸合可控开关23的常开触点。
47.图3是本发明实施例提供的逻辑电路的结构示意图。如图3所示，在一些实施例中，第二控制单元22包括逻辑电路和第二控制线圈；第二控制线圈与总控开关组成继电器；控制器14用于在发生故障时向逻辑电路发送低电平信号；逻辑电路用于在接收到控制器发送的低电平信号后，控制第二控制线圈失电，使总控开关闭合。
48.在本发明实施例中，逻辑电路和继电器均设置在控制板上。如图3所示，在检测到辅助电源掉电或软件失效时，控制器的io接口向逻辑电路的a端发送低电平信号，经达林管取反后得到一个高电平信号，使继电器控制与多个可控开关23连接的输入开关闭合，即由4端切换到5端，从而使可控开关23得电。其中，输入到逻辑电路的a端的信号可以是powerloss信号，也可以是dsp_ct_close信号，还可以是dsp_fault信号，在此不作限定。powerloss信号代表辅源掉电，dsp_ct_close信号为dsp根据低压封锁信号、接触器的辅助
触点状态以及稳压器的当前档位发出的io信号，dsp_fault为dsp的软件失效信号。
49.其中，辅助电源掉电又可以分为迅速掉电和缓慢掉电两种情况。
50.在一些实施例中，控制器14还用于：在控制器的故障原因为辅助电源发生掉电时，判断稳压器的辅助电源的掉电速度是否大于预设速度；若稳压器的辅助电源的掉电速度大于预设速度，则向逻辑电路发送低电平信号。
51.在本发明实施例中，在主回路交流输入存在但辅源迅速掉电时，控制板继电器失电，触点恢复常闭，从而使可控开关第一控制线圈得电，主触点动作闭合。将补偿变压器原边短路。此时，由于辅源迅速掉电，稳压器中的所有晶闸管都将自动关断。
52.在一些实施例中，控制器14还用于：若稳压器的辅助电源的掉电速度不大于预设速度且辅助电源的电压低于预设电压，则在控制补偿变压器12切换到目标档位后，再向逻辑电路发送低电平信号；其中，目标档位为补偿电压为零的档位。
53.在本发明实施例中，由于辅源缓慢掉电，稳压器中的晶闸管并不会自动关断，因此短路原边线圈时可能会出现输出短路共导。为了避免输出短路共导的产生，在主回路交流输入存在但辅源缓慢掉电时，需要先检测到补偿档位切换到目标档位后，才能令控制器输出的io信号跳变，即输出上述实施例中的dsp_ct_close信号，使可控开关23闭合。
54.示例性的，在主回路交流输入存在但辅源缓慢掉电至12v以下时，可以控制图1中所示的scr2,4,6,8,10,11关闭，然后控制dsp的gpio30由高电平切换为低电平，经逻辑电路使板上继电器失电恢复闭合，可控开关第一控制线圈得电，短暂延时后主触点动作变为闭合，将两个补偿变压器的scr侧短路。
55.在一些实施例中，稳压器的补偿开关的保护装置还包括检测单元；检测单元与控制器14连接；检测单元与至少一个可控开关23连接；检测单元用于检测至少一个可控开关23是否断开，并将检测结果上报给控制器；控制器在至少一个可控开关23均断开后，指示补偿单元11进行档位切换。
56.由于可能会出现补偿变压器两端可控开关失效或控制板上继电器失效，导致补偿可控开关一直处于闭合的问题，为了避免失效的补偿回路在某一时刻共导，从而导致晶闸管过流损坏。在本发明实施例中，需要先检测到所有的可控开关23均断开后，才能指示稳压器进行档位切换。
57.图4是本发明实施例提供的辅助触点的结构示意图。图5是本发明实施例提供的检测单元的电路示意图。如图4和图5所示，在一些实施例中，检测单元与接触器的常开辅助触点连接；检测单元具体用于对常开辅助触点进行信号采样，以确定接触器是否断开，并在接触器断开时，向控制器发出低电平信号；控制器用于在接收到检测单元发送的低电平信号后，指示补偿单元11进行档位切换。
58.示例性的，如图4和图5所示，cn15的2脚与图4中所示的0v的输入io接口连接，cn15的1脚接入可控开关23的常开触点的其中一端。可控开关23的常开触点的另一端与图5中所示的switch_no端连接，switch_no_dsp与控制器连接。在可控开关23断开之后，switch_no端得电，然后导致光耦hks17c得电，从而使switch_no_dsp向控制器发出低电平信号，表明该可控开关已断开。
59.在一些实施例中，稳压器的补偿开关的保护装置还包括：吸收回路；吸收回路设置在可控开关23与补偿变压器12的原边绕组之间；吸收回路用于限制可控开关23闭合前可控
开关23承受的反向耦合电压。
60.在一些实施例中，吸收回路包括：tss管与吸收电阻。在本发明实施例中，正常工况下补偿变压器两端的可控开关为断开状态，无电流通过，但要考虑切换过程中的耦合电压。由于可控开关受到供电后有30-120ms的延时动作，这段时间内主触点需要承受来自变压器反向耦合的大电压，容易造成晶闸管损坏。因此，通过tss管与吸收电阻吸收回路，可把耦合电压限制在1.3kv。相应的，可控开关选型考虑应满足主触点耐压≥1.3kv，电流无要求。
61.综上，本发明所产生的有益效果具体为：
62.1.当辅助电源掉电或软件失效时，控制器无法对晶闸管进行有效控制，此时响应于控制器的工作状态的改变，第二控制单元指示第一控制单元工作，使第一控制单元控制至少一个可控开关闭合，从而短路稳压器中的补偿变压器的原边绕组，由于短路后的原边绕组无法产生感应电动势，因此，避免了辅助电源掉电或软件失效后稳压器的输出端的反向电动势在原边绕组上产生反向耦合电压，从而避免损坏稳压器中的晶闸管，以提高核电厂ups设备的可靠性。
63.2.通过在缓慢掉电时先判断是否切换到补偿电压为零的档位再短路原边线圈，有效避免稳压器出现输出短路共导。
64.3.通过在所有可控开关均断开后再进行档位切换，能够有效避免补偿可控开关主触点一直处于闭合的情况导致的晶闸管损坏。
65.4.通过设置吸收回路，能够避免因可控开关的延时造成的晶闸管损坏。
66.应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
67.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本技术的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
68.在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
69.本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
70.在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端实施例仅仅是示意性的，例如，模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组
件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
71.作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
72.另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
73.集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。
74.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。