一种高压直流电子开关电路的制作方法

1.本发明涉及高压直流开关技术领域，尤其是涉及一种高压直流电子开关电路。


背景技术：

2.高压直流开关是直流输电系统的关键设备之一，用于直流输电系统运行方式转换和故障切除。由于直流系统电流不存在自然过零点，无法像交流系统利用电流过零点熄灭电弧，进而切断电流，所以电弧的熄灭方式是核心问题。按照灭弧方式，高压直流开关又分为机械式直流开关、固态直流开关和混合式直流开关。
3.机械式直流开关是目前直流输电系统中常用的直流开关，它主要利用电容、电感产生振荡电流叠加在直流电流上，进而实现电流开断，主要由常规交流断路器、电容和电感组成的振荡电路以及氧化锌避雷器组成的耗能器三部分组成。机械式直流开关结构简单，容易控制，但开断电流的时间较长，通常为数十个毫秒固态高压直流开关是指利用晶闸管器件作为开断元件的直流开关，由于开关中无机械运动部分，又称为静态断路器。固态高压直流开关的发展一直受开断延迟较大，不能准确控制开断时刻限制，但随着可关断晶闸管器件（ 如gto和igbt等 ）的发展，实现了准确控制开断时间并解决了限流能力的问题 。与机械式高压直流开关相比有分断速度快 、限流能力强 、工作稳定、维护较少等优点，但也存在损耗大、发热严重、需要冷却装置、持续耐受故障电流能力差等缺点。
4.混合式直流开关是指由晶闸管器件、传统机械开关和耗能装置组成的直流开关。其原理是：当直流系统正常运行时，电流只通过传统机械开关，当故障发生时，机械开关快速将故障电流转换至晶闸管管器件实现电流开断。混合式直流开关充分利用机械开关与固态直流开关的优点，具备运行损耗低、分断时间短、可靠性高和稳定性好等特性。但混合式直流开关目前处于结构设计与样机试制阶段，尚无工程应用。
5.因此，设计一种能够用于高压直流的电子开关，是目前亟待解决的问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种高压直流电子开关电路，通过机械式低压直流开关来实现对高压直流的开关控制，同时采用电容电路，在高压直流开关导通时，给低压直流电源充电，为高压直流电子开关持续提供电能，实现了通过低压控制高压的目的。
7.本发明的上述发明目的通过以下技术方案得以实现：一种高压直流电子开关电路，包括低压电源电路、开机电路、关机电路、控制电路、驱动电路、高压直流电源、高压直流降压开关电源，开机电路与低压电源电路连接，用于控制低压电源电路的输出；低压电源电路与控制电路连接，用于给控制电路提供电源；控制电路与驱动电路连接，用于给出驱动控制信号；驱动电路与高压直流降压开关电源连接，用于根据驱动控制信号控制高压直流降压开关电源的动作；高压直流电源用于给高压直流降压开关电源提供电能；关机电路与控制电路连接，控制电路用于根据关机信号输出关机控制信号；
高压直流降压开关电源用于输出设定电压。
8.本发明进一步设置为：还包括电压调理电路，与低压电源电路、控制电路、驱动电路连接，低压电源电路用于给电压调理电路提供电能；控制电路根据电压调理电路的调理电压，输出驱动控制信号。
9.本发明进一步设置为：电压调理电路包括相连接的电压开关电路、电压转换电路，电压开关电路电压转换电路与控制电路相连，控制电路控制电压开关电路的导通或关断，并检测电压转换电路的调理电压。
10.本发明进一步设置为：驱动电路包括相连接的驱动控制电路、功率管，驱动控制电路连接电压调理电路与控制电路，控制电路根据电压调理电路的电压，输出驱动信号控制功率管的导通或截止，功率管与高压直流降压开关电源连接，控制高压直流降压开关电源的输出。
11.本发明进一步设置为：驱动电路还包括电压电平转换电路，分别与控制电路、驱动控制电路连接，用于将控制电路的控制信号进行电平转换后，提供给驱动控制电路。
12.本发明进一步设置为：低压电源电路包括电容充电电路、第一稳压电路，电容充电电路通过开机电路与第一稳压电路连接，在开机电路导通时，电容充电电路的电压施加到第一稳压电路上，第一稳压电路输出控制电路所需电压。
13.本发明进一步设置为：还包括锁定电路、第二稳压电路，锁定电路与控制电路、第二稳压电路连接，用于根据控制电路的锁定信号，保证第二稳压电路输出控制电路所需电压。
14.本发明进一步设置为：电容充电电路包括交流电充电电路，用于根据交流电输出能够给电容充电的电压。
15.本发明进一步设置为：电容充电电路包括直流充电电路，用于根据直流电输出能够给电容充电的电压。
16.本发明进一步设置为：还包括检测电路，与低压电源电路、控制电路连接，用于检测低压电源电路的电压大小，并将检测结果传输给控制电路。
17.与现有技术相比，本发明的有益技术效果为：1.本申请通过设置低压直流电源，用于给控制电路提供电能，同时通过低压开关，实现对高压直流的开关控制；2.进一步地，本申请通过设置电压调理电路，用于实现控制电路与驱动电路之间的电压转换，保证驱动电路的有效动作；3.进一步地，本申请通过设置锁定电路，用于锁定开机后控制电路的电源，保证电子开关的正常动作；4.进一步地，本申请通过交流与直流电容充电电路，保证电容电压能够启动控制电路工作，实现高压直流开关的有效开关。
附图说明
18.图1是本申请的一个具体实施例的高压直流电子开关电路结构示意图；图2是本申请的又一个具体实施例的高压直流电子开关电路结构示意图；图3是本申请的一个具体实施例的低压直流电源电路结构示意图；
图4是本申请的一个具体实施例的电容充电路结构示意图；图5是本申请的一个具体实施例的电压调理电路、驱动电路结构示意图。
具体实施方式
19.以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
20.具体实施例一本发明的一种高压直流电子开关电路，其电路如图1所示，包括低压电源电路、开机电路、关机电路、控制电路、驱动电路、高压直流电源、高压直流降压开关电源，开机电路与低压电源电路连接，用于控制低压电源电路的输出；低压电源电路与控制电路连接，用于给控制电路提供电源；控制电路与驱动电路连接，用于给出驱动控制信号，控制驱动电路的导通或截止；驱动电路与高压直流降压开关电源连接，用于根据驱动控制信号控制高压直流降压开关电源是否输出直流电压；高压直流电源与高压直流降压开关电源连接，用于给高压直流降压开关电源提供电能；关机电路与控制电路连接，控制电路用于根据关机信号输出关机控制信号，控制驱动电路截止，实现关机；高压直流降压开关电源与驱动电路、低压电源电路连接，用于在驱动电路导通时，输出设定电压，并给低压电源电路提供电能。
21.具体地，开机电路的两端与低压电源电路连接，在开机电路导通时，低压电源电路低压电源电路提供控制电路所需的电压v1，控制电路开始工作，输出开机驱动信号给驱动电路，驱动电路导通，高压直流降压开关电源启动，将高压直流电源的高压直流电降压为直流vo输出，同时，提供电压为v3的直流电给低压电源电路，为低压电源电路提供电能。
22.开机电路包括低压直流开关，在开关闭合时，低压电源电路启动。
23.关机电路包括低压直流开关，在开关闭合时，提供关机信号给控制电路，控制电路接收到关机信号后，输出关机控制信号给驱动电路，控制驱动电路断开，实现关机。
24.具体实施例二本发明的一种高压直流电子开关电路，其电路如图2所示，与具体实施例的不同之处在于，还包括电压调理电路，与控制电路、低压电源电路、驱动电路连接，低压电源电路给电压调理电路提供电压v1的直流电源，控制电路输出调理信号给电压调理电路，控制电压调理电路工作，同时，检测电压调理电路的电压，在电压调理电路的电压v2为设定值时，输出开机控制信号给驱动电路，控制驱动电路导通，高压直流降压开关电源输出设定电压vo。
25.电压调理电路，用于给驱动电路电压v2，与低压电源电路的输出电压v1不同。
26.电压调理电路包括电压调理芯片，用于将电压v1转换为电压v2，同时输出检测信号给控制电路，用于检测电压调理电路的输出。
27.驱动电路包括驱动芯片，驱动芯片的输入端连接控制电路，其输出连接功率管，功率管的导通或截止控制高压直流降压开关电源是否输出设定电压vo。
28.具体地，功率管包括mos管，或igbt。
29.具体实施例三本申请的一种高压直流电子开关电路的低压电源电路，如图3所示，包括电容充电电路、锁定电路、第一稳压电路、第二稳压电路，电容充电电路分别与开机电路、锁定电路连接，开机电路与第一稳压电路连接，锁定电路与第二稳压电路连接，第一稳压电路、第二稳压电路的输出连接在一起，用于输出直流电压v1。
30.电容充电电路用于给电容充电，并提供直流电压v4，在开机电路导通时，给第一稳压电路提供电压v4，经第一稳压电路后输出直流电压v1。
31.在开机电路导通后，控制电路工作，输出锁定信号a1给锁定电路，锁定电路导通，此时，不管开机电路是否导通，由锁定电路给第二稳压电路提供电源v4，由第二稳压电路给控制电路提供电压v1。
32.开机电路包括低压开关，考虑到低压开关可能产生的误动作，锁定电路保证了给控制电路持续输出直流电压v1，实现电路的稳定工作。
33.电容充电电路，如图4所示，包括交流充电电路、直流充电电路，交流充电电路、直流充电电路的输出端连接，输出直流电压v4交流充电电路将交流电转换为直流电压v4，同样地，直流充电电路将直流电v3转换为直流电压v4。
34.具体实施例四本申请的一种高压直流电子开关电路，包括低压电源电路、开机电路、关机电路、控制电路、驱动电路、高压直流电源、高压直流降压开关电源、电压调理电路。
35.低压电源电路包括电容充电电路、锁定电路、第一稳压电路、第二稳压电路。
36.电容充电电路包括交流充电电路、直流充电电路。
37.具体地，控制电路包括控制mcu。
38.交流充电电路包括交直流转换芯片，用于将交流电转换为直流电v4=5v，在关机状态下，直流电v4给电容充电，这样保证在开机时，电容上有足够的电量，保证在开机时控制电路能够启动工作。
39.直流充电电路包括三端稳压管，用于将直流电v3=24v转换为5v直流电。
40.开机电路包括开关，在开关闭合后，电容上的电压提供给低压电源电路。
41.第一稳压电路包括稳压电源，用于将5v直流电转换的控制芯片需要的v1=3.3v直流电。
42.同样地，第二稳压电路包括稳压电源，用于将5v直流电转换为3.3v直流电。
43.锁定电路包括控制开关，根据控制芯片输出的锁定信号，保证电容充电电路与第二稳压电路连接。
44.还包括检测电路，与电容充电电路连接，用于检测电容充电电路的输出电压是否为5v。
45.电压调理电路、驱动电路如图5所示，电压调理电路包括调理控制功率管q1、电压调理芯片ic7、隔离光耦电路ic9，调理控制功率管q1的控制端连接控制芯片的ctr1信号端，其输入端连接直流电v1，其输出端连接电压调理芯片的输入端vin，电压调理芯片ic7的输出端v0连接隔离光耦电路ic9的输入，隔离光耦电路ic9的输出连接控制芯片的pb11端，用于检测电压调理芯片的输出。
46.电压调理芯片ic7用于将直流电3.3v转换为驱动电路所需的电压v2=12v。
47.驱动电路包括驱动芯片u7、驱动功率管q2，驱动芯片u7的输入连接控制芯片的pwm信号端，驱动芯片u7的电源连接电压调理芯片ic7的输出端，电压调理芯片ic7的输出电压作为驱动芯片u7的电源，控制电路输出驱动控制信号pwma给驱动芯片u7，驱动芯片u7根据驱动控制信号输出驱动信号给驱动功率管q2的控制端，驱动功率管q2根据驱动信号导通或
截止，驱动功率管q2的输入端连接高压直流降压开关电源p4（dc
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dc电源）的一端，高压直流降压开关电源的另一端连接高压直流电源p5的正端，高压直流电源的负端连接驱动功率管q2的输出端。
48.驱动功率管q2导通时，高压直流降压开关电源工作，提供设定电压vo，驱动功率管q2截止时，高压直流降压开关电路不工作，无直流电源输出。
49.输出电压vo同时作为直流充电电路的电源，给电容充电。
50.关机电路包括关机低压开关，输出关机信号给控制电路。
51.本实施例的实施原理为：在未开机前，交流充电电路给电容充电完成，电容上的电压保持在5v，在开机电路的开关闭合后，电容上的电压施加到第一稳压电路上，将5v电压转换为控制芯片需要的3.3v电压，控制芯片启动，输出锁定信号控制锁定电路工作，保证电容充电电路的输出保持在5v。
52.控制电路输出电压调理控制信号，控制电压调理电路工作，同时通过隔离电路检测电压调理电路的输出是否正常；电压调理电路的输出施加到驱动芯片的电源端，驱动芯片启动，控制电路输出驱动控制信号给驱动电路，驱动电路控制驱动功率管导通，高压直流降压开关电源工作，输出设定电压，同时给直流充电电路提供电源，保证电容上的电压稳定。
53.关机电路的关机开关闭合后，输出关机信号给控制芯片，控制芯片输出关机控制信号给驱动电路，控制驱动功率管截止，完成关机。
54.本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。