本申請涉及電力系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種供電設(shè)備的保護裝置及不間斷電源。

背景技術(shù)：

隨著大數(shù)據(jù)時代的到來，金融和互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)對于設(shè)備不間斷供電的需求越來越強烈。因此，不間斷電源(ups，uninterruptiblepowersystem)在供電環(huán)節(jié)的地位越來越重要。這些行業(yè)的用電設(shè)備對于ups的可靠性要求也越來越高。

例如，來源于雷電感應(yīng)或?qū)€路的直接侵襲或雷電時地電位的反擊，或現(xiàn)場重型負載切換導(dǎo)致的操作過電壓，或者惡劣電網(wǎng)環(huán)境等，以上這些因素均會對ups產(chǎn)生浪涌和沖擊電流。

現(xiàn)有技術(shù)中，ups的防雷方式一般采用壓敏電阻(mov，metaloxidevaristor)和氣體放電管(gdt，gasdischargetube)的組合方式，降低ups輸入端口的殘壓，使ups具有防雷能力。

參見圖1，該圖為現(xiàn)有技術(shù)中ups的防雷裝置示意圖。

在ups的輸入端口，設(shè)有mov和gdt構(gòu)成的防雷電路。利用mov和gdt的器件特性，當(dāng)ups的輸入端口的電壓達到一定值時，mov和gdt會動作，將線路中的能量泄放，從而達到防雷保護的作用。如圖1中，在三相交流電的每相(a、b和c)與地之間連接一個mov，在n線與地之間連接一個gdt。mov的作用是將mov兩端的電壓進行箝位，而gdt的作用是放電導(dǎo)通，使電流泄放到地。

但是，mov和gdt等器件均具有一定使用次數(shù)的限制。例如，當(dāng)mov發(fā)生老化，或者多次沖擊受損之后，或者遭受沖擊的能量巨大，均有可能導(dǎo)致mov失效甚至著火，存在一定的風(fēng)險。

因此，現(xiàn)有技術(shù)中為ups提供的這種防雷保護裝置不太可靠。

申請內(nèi)容

本申請?zhí)峁┝艘环N供電設(shè)備的保護裝置及不間斷電源，能夠起到防雷保護的作用，而且提高了整個系統(tǒng)的可靠性。

第一方面，提供一種供電設(shè)備的保護裝置，包括：整流電路、箝位電路和直流母線電容；

所述整流電路的輸入端連接交流電源；

所述整流電路，用于將所述交流電源輸出的交流電整流為直流電輸出；

所述箝位電路包括第一開關(guān)器件和第二開關(guān)器件；所述整流電路的正輸出端通過所述第一開關(guān)器件連接供電設(shè)備的正母線，所述整流電路的負輸出端通過所述第二開關(guān)器件連接供電設(shè)備的負母線；

所述直流母線電容包括第一電容和第二電容；所述第一電容的第一端連接所述正母線，所述第一電容的第二端接地；所述第二電容的第一端接地，所述第二電容的第二端連接所述負母線。

在第一方面的第一種可能的實現(xiàn)方式中，還包括：第一電壓檢測電路和控制器；

所述第一電壓檢測電路，用于檢測所述交流電源的交流輸出電壓，將所述交流輸出電壓發(fā)送給所述控制器；

所述控制器，用于判斷所述交流輸出電壓超過所述供電設(shè)備預(yù)設(shè)的輸入電壓范圍時，控制所述第一開關(guān)器件和第二開關(guān)器件均斷開；并控制蓄電池為所述供電設(shè)備供電。

結(jié)合第一方面及上述任一種可能的實現(xiàn)方式中，在第二種可能的實現(xiàn)方式中，還包括：第二電壓檢測電路；

所述第二電壓檢測電路，用于檢測所述交流電源的交流輸出電壓，將所述交流輸出電壓發(fā)送給所述控制器；

所述控制器，用于判斷所述交流輸出電壓中存在尖峰毛刺電壓大于母線過壓保護電壓且持續(xù)時間超過預(yù)設(shè)時間時，控制所述第一開關(guān)器件和第二開關(guān)器件均斷開。

結(jié)合第一方面及上述任一種可能的實現(xiàn)方式中，在第三種可能的實現(xiàn)方式中，所述箝位電路還包括：第一熱敏電阻和第二熱敏電阻；

所述第一熱敏電阻與所述第一開關(guān)器件串聯(lián)后連接在所述整流電路的正輸出端和所述正母線之間；

所述第二熱敏電阻與所述第二開關(guān)器件串聯(lián)后連接在所述整流電路的負輸出端和所述負母線之間；

所述第一熱敏電阻和第二熱敏電阻均為正溫度系數(shù)的熱敏電阻。

結(jié)合第一方面及上述任一種可能的實現(xiàn)方式中，在第四種可能的實現(xiàn)方式中，所述箝位電路還包括：第一保險絲和第二保險絲；

所述第一保險絲、所述第一熱敏電阻和所述第一開關(guān)器件串聯(lián)后連接在所述整流電路的正輸出端和所述正母線之間；

所述第二保險絲、所述第二熱敏電阻和所述第二開關(guān)器件串聯(lián)后連接在所述整流電路的負輸出端和所述負母線之間。

結(jié)合第一方面及上述任一種可能的實現(xiàn)方式中，在第五種可能的實現(xiàn)方式中，所述供電設(shè)備為不間斷電源；

所述整流電路為不間斷電源主拓撲中的整流電路或不間斷電源中輔助電源對應(yīng)的整流電路；

所述直流母線電容為不間斷電源中的直流母線電容。

結(jié)合第一方面及上述任一種可能的實現(xiàn)方式中，在第六種可能的實現(xiàn)方式中，所述控制器，還用于在所述供電設(shè)備連接所述交流電源前控制所述第一開關(guān)器件和第二開關(guān)器件斷開；當(dāng)所述不間斷電源連接的交流電源正常工作時，判斷所述正母線和負母線的電壓軟啟動以后，控制所述第一開關(guān)器件和第二開關(guān)器件閉合。

結(jié)合第一方面及上述任一種可能的實現(xiàn)方式中，在第七種可能的實現(xiàn)方式中，所述第一開關(guān)器件和第二開關(guān)器件為以下中的任意一種：

繼電器、絕緣柵型場效應(yīng)管、絕緣柵雙極型晶體管和可控硅。

第二方面，提供一種不間斷電源，包括所述的保護裝置，還包括蓄電池，當(dāng)所述保護裝置斷開交流電源與直流母線電容的連接時，所述蓄電池為用電設(shè)備供電。

從以上技術(shù)方案可以看出，本申請實施例具有以下優(yōu)點：

由于供電設(shè)備自身存在直流母線電容，并且直流母線電容的容量很大。當(dāng)交流電源的輸入端口存在異常浪涌沖擊時，通過箝位電路將異常浪涌沖擊的能量泄放到直流母線電容中，這樣可以將輸入端口的電壓箝位到直流母線電容上的電壓，從而降低輸入端口的殘壓，保護供電設(shè)備。由于該保護裝置直接利用供電設(shè)備已有的直流母線電容，從而節(jié)省了硬件成本。另外，當(dāng)輸入端口長時間遭受異常沖擊時，可以控制箝位電路中的開關(guān)器件斷開，提高供電設(shè)備的可靠性，避免供電設(shè)備宕機。

附圖說明

圖1現(xiàn)有技術(shù)中ups的防雷裝置示意圖；

圖2是本申請實施例提供的供電設(shè)備的保護裝置的一種示意圖；

圖3是本申請實施例提供的保護裝置的一種電路圖；

圖4是本申請實施例提供的保護裝置的另一種示意圖；

圖5是本申請實施例提供的保護裝置的又一種示意圖；

圖6是本申請實施例提供的ups的示意圖。

具體實施方式

本申請實施例提供了一種供電設(shè)備的保護裝置，用于對供電設(shè)備實現(xiàn)防雷保護。可以理解的是，本申請實施例中的供電設(shè)備可以為多種，不局限于ups。例如，還可以為光伏供電設(shè)備。

參見圖2，該圖為本申請實施例提供的供電設(shè)備的保護裝置的一種示意圖。

本實施例提供的供電設(shè)備的保護裝置，包括：整流電路100、箝位電路200和直流母線電容300；

所述整流電路100的輸入端連接交流電源ac；

其中，交流電源ac可以為三相交流電。

所述整流電路100，用于將所述交流電源輸出的交流電整流為直流電輸出；

由于供電設(shè)備400側(cè)的母線電容為直流母線電容，因此，需要將交流電整流為直流電。整流電路100可以為三相橋式整流電路。

所述箝位電路200包括第一開關(guān)器件和第二開關(guān)器件；所述整流電路100的正輸出端通過所述第一開關(guān)器件連接供電設(shè)備400的正母線，所述整流電路100的負輸出端通過所述第二開關(guān)器件連接供電設(shè)備400的負母線；

可以理解的是，正母線和負母線均需要連接開關(guān)器件，其中，第一開關(guān)器件是為了斷開交流電源遭受雷擊產(chǎn)生的正高壓，第二開關(guān)器件是為了斷開交流電源遭受雷擊產(chǎn)生的負高壓。第一開關(guān)器件和第二開關(guān)器件都存在，才可以更完善地保護供電設(shè)備不受雷擊。

所述第一開關(guān)器件和第二開關(guān)器件為以下中的任意一種：

繼電器、絕緣柵型場效應(yīng)管(mos，metaloxidesemiconductor)、絕緣柵雙極型晶體管(igbt，insulatedgatebipolartransistor)管和可控硅(scr，siliconcontrolledrectifier)。

需要說明的是，本實施例中的箝位電路包括可控的開關(guān)器件，是為了當(dāng)交流電源的輸入端口持續(xù)遭受異常沖擊時，控制第一開關(guān)器件和第二開關(guān)器件斷開，從而避免供電設(shè)備宕機，提高供電設(shè)備的可靠性。

所述直流母線電容300包括第一電容c1和第二電容c2；所述第一電容c1的第一端連接所述正母線，所述第一電容c1的第二端接地；所述第二電容c2的第一端接地，所述第二電容c2的第二端連接所述負母線。

由于供電設(shè)備400自身存在直流母線電容，并且直流母線電容的容量很大。當(dāng)交流電源的輸入端口存在異常浪涌沖擊時，通過箝位電路將異常浪涌沖擊的能量泄放到直流母線電容中，這樣可以將輸入端口的電壓箝位到直流母線電容上的電壓，從而降低輸入端口的殘壓，保護供電設(shè)備。由于該保護裝置直接利用供電設(shè)備已有的直流母線電容，從而節(jié)省了硬件成本。另外，當(dāng)輸入端口長時間遭受異常沖擊時，可以控制箝位電路中的開關(guān)器件斷開，提高供電設(shè)備的可靠性，避免供電設(shè)備宕機。可以有效代替mov器件，避免mov失效著火風(fēng)險，提升了系統(tǒng)的可靠性。

需要說明的是，由于雷電產(chǎn)生的異常浪涌沖擊一般時間很短為us級，無法檢測到，通過以上實施例提供的箝位電路，可以將雷電產(chǎn)生的能量泄放到直流母線電容中，從而保護供電設(shè)備。

本申請實施例提供的保護裝置的一種具體電路圖可以參見圖3所示。

下面以供電設(shè)備為ups為例進行介紹。

圖3中的交流電源可以為三相交流電a、b和c。

整流電路100可以是由圖3中的六個二極管d1-d6組成的橋式整流電路。

當(dāng)供電設(shè)備為ups時，所述整流電路100可以ups主拓撲中的整流電路或ups中輔助電源對應(yīng)的整流電路；這樣可以節(jié)省硬件成本。

可以理解的是，ups主拓撲指的是為用電設(shè)備供電的拓撲。ups中輔助電源指的是ups中為控制電路供電的電源。

所述直流母線電容300(如圖3中的c1和c2)為不間斷電源中的直流母線電容。同理，正母線bus+和負母線bus-也分別是ups中的正母線和負母線。

除了以上由于雷電引起的異常浪涌沖擊以外，交流電源所在的供電電網(wǎng)也可能出現(xiàn)異常，例如，可能出現(xiàn)異常高壓，這時需要切斷交流電源與用電設(shè)備的連接，而改為供電設(shè)備中的電池供電。需要說明的是，異常高壓是一ms級的，其持續(xù)時間是按照工頻周期來考量的一個高壓，而雷電產(chǎn)生的電壓電流沖擊一般是一個us級的沖擊，不會是一個持續(xù)沖擊。

參見圖4，該圖為本申請實施例提供的保護裝置的另一種示意圖。

本實施例提供的保護裝置，還可以包括：第一電壓檢測電路10和控制器30；具體可以參見圖4所示。

所述第一電壓檢測電路10，用于檢測所述交流電源ac的交流輸出電壓，當(dāng)所述交流輸出電壓或超過所述供電設(shè)備預(yù)設(shè)的輸入電壓范圍時，所述控制器30控制所述第一開關(guān)器件s1和第二開關(guān)器件s2均斷開；由供電設(shè)備中的蓄電池進行供電。

可以理解的是，ups具有規(guī)定的輸入電壓范圍，當(dāng)輸入電壓超過ups規(guī)定的輸入電壓范圍時，則轉(zhuǎn)為蓄電池進行供電。而轉(zhuǎn)為蓄電池供電就必須斷開s1和s2。即斷開直流母線與交流電源的連接，避免由于交流電的高壓把母線灌高而導(dǎo)致整個ups宕機。

另外，為了避免回路中出現(xiàn)過流時對器件造成損壞，也設(shè)置了保險絲。繼續(xù)參見圖4，所述箝位電路還包括：第一保險絲f1和第二保險絲f2；

所述第一保險絲f1和所述第一開關(guān)器件s1串聯(lián)后連接在所述整流電路100的正輸出端和所述正母線bus+之間；

所述第二保險絲f2和所述第二開關(guān)器件s2串聯(lián)后連接在所述整流電路100的負輸出端和所述負母線bus-之間。

可以理解的是，當(dāng)電路中電流太大時，保險絲f1和f2會熔斷，斷開回路，從而起到保護作用。

另外，供電電網(wǎng)除了出現(xiàn)異常高壓以外，還可能出現(xiàn)持續(xù)尖峰毛刺，如果持續(xù)尖峰毛刺出現(xiàn)的時間超過了預(yù)定時間段，則需要采取保護措施。本實施例中提供兩種保護措施，一種是通過熱敏電阻來切斷與交流電源的連接，另一種是通過控制開關(guān)器件斷開來切斷與交流電源的連接。這兩種是并列的實現(xiàn)方式，當(dāng)沒有熱敏電阻時，可以控制開關(guān)器件斷開。當(dāng)有熱敏電阻時，則不需要控制開關(guān)器件斷開，因為熱敏電阻會隨著電壓的升高阻值也會升高，從而相當(dāng)于斷路。下面先介紹第一種，沒有熱敏電阻時的情況。

繼續(xù)參見圖4，本實施例提供的保護裝置，還包括：第二電壓檢測電路20；

所述第二電壓檢測電路20，用于檢測所述交流電源的交流輸出電壓，將所述交流輸出電壓發(fā)送給所述控制器30；

所述控制器30，用于判斷所述交流輸出電壓中存在尖峰毛刺電壓且持續(xù)時間超過預(yù)設(shè)時間時，控制所述第一開關(guān)器件s1和第二開關(guān)器件s2均斷開。

需要說明的是，交流輸出電壓中存在尖峰毛刺電壓指的是在交流電壓中疊加了尖峰毛刺電壓。判斷交流輸出電壓中是否存在尖峰毛刺電壓需要與母線過壓保護電壓進行比較，當(dāng)超過母線過壓保護電壓時且持續(xù)時間超過預(yù)設(shè)時間時，則控制s1和s2斷開。其中預(yù)設(shè)時間可以為n個電網(wǎng)電壓周期。n為預(yù)設(shè)的周期個數(shù)。

下面介紹第二種，存在熱敏電阻時的情況。

參見圖5，本實施例提供的保護裝置，所述箝位電路還包括：第一熱敏電阻r1和第二熱敏電阻r2；

所述第一熱敏電阻r1與所述第一開關(guān)器件s1串聯(lián)后連接在所述整流電路100的正輸出端和所述正母線bus+之間；

所述第二熱敏電阻r2與所述第二開關(guān)器件s2串聯(lián)后連接在所述整流電路100的負輸出端和所述負母線bus-之間。

另外，當(dāng)箝位電路包括第一保險絲f1和第二保險絲f2時，所述第一保險絲f1、所述第一熱敏電阻r1和所述第一開關(guān)器件s1串聯(lián)后連接在所述整流電路100的正輸出端和所述正母線bus+之間；

所述第二保險絲f2、所述第二熱敏電阻r2和所述第二開關(guān)器件s2串聯(lián)后連接在所述整流電路100的負輸出端和所述負母線bus-之間。

可以理解的是，r1和r2采用正溫度系數(shù)熱敏電阻，即隨著溫度的升高，熱敏電阻呈現(xiàn)的阻值越大。當(dāng)存在的持續(xù)尖峰毛刺高于母線過壓保護電壓時，隨著溫度的逐漸升高，則r1和r2呈現(xiàn)的阻值越來越大，回路中維持很小的電流，這樣可以有效保證回路中各個器件的散熱效果。

另外，為了避免交流電源接入時對于母線造成的影響，可以在母線電壓軟啟之后，才閉合s1和s2。即控制器30，還用于所述交流電源接入前控制所述第一開關(guān)器件s1和第二開關(guān)器件s2斷開，當(dāng)所述不間斷電源連接的交流電源正常工作時，判斷所述正母線和負母線的電壓軟啟動以后，控制所述第一開關(guān)器件s1和第二開關(guān)器件s2閉合。

本實施例通過s1和s2可以實現(xiàn)箝位電路的可控性，當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)持續(xù)的異常高壓時，斷開s1和s2，改為蓄電池供電。當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)持續(xù)尖峰毛刺超過母線過壓保護電壓時，r1和r2動作，實現(xiàn)保護。當(dāng)回路出現(xiàn)過電流時，f1和f2動作，實現(xiàn)保護。該保護裝置替代了mov，避免mov帶來的風(fēng)險，從而提供了系統(tǒng)的可靠性。

基于以上實施例提供的供電設(shè)備的保護裝置，本申請實施例還提供了一種ups，包括以上實施例提供的保護裝置。

為了更好地理解以上實施例提供的保護裝置在ups中的使用，下面介紹ups的工作原理，下面結(jié)合圖6進行簡單的說明。

參見圖6，該圖為本申請實施例提供的ups的示意圖。

ups一般包括整流電路100(此時假設(shè)保護裝置中的整流電路使用ups主拓撲中的整流電路)、直流母線電容200、逆變電路301、第一dc-dc變換器302、第二dc-dc變換器303和蓄電池304。

本實施例提供的ups與現(xiàn)有技術(shù)的區(qū)別是增加了箝位電路200，即本實施例中的保護裝置共用了ups中的整流電路100和直流母線電容300。

所述整流電路100的輸出端連接所述逆變電路301，所述逆變電路301的輸出連接用電設(shè)備；所述第一dc-dc變換器302的輸入端連接所述整流電路100的輸出端，所述第一dc-dc變換器302的輸出端連接所述蓄電池304；所述蓄電池304連接所述第二dc-dc變換器303的輸入端，所述第二dc-dc變換器303的輸出端連接所述逆變電路301的輸入端。

當(dāng)所述交流電源正常供電時，所述交流電源依次通過所述整流電路100、箝位電路200和逆變電路301為用電設(shè)備供電；同時所述交流電源通過所述整流電路100和第一dc-dc變換器302為所述蓄電池304充電；

當(dāng)所述交流電源異常時，所述蓄電池304通過所述第二dc-dc變換器303和逆變電路301為所述用電設(shè)備供電。

從圖6中可以看出，本實施例中為ups提供的保護裝置僅增加了箝位電路200，整流電路100和直流母線電容可以利用ups中已有的器件實現(xiàn)，節(jié)省了硬件成本，實現(xiàn)方便簡單。當(dāng)交流端口出現(xiàn)異常時，保護裝置可以起到保護作用，從而保護ups。

可以理解的是，保護裝置也可以單獨設(shè)置一個整流電路，即不使用ups中的整流電路，但是，這樣會增加系統(tǒng)的體積，也會增加硬件成本。

以上所述，以上實施例僅用以說明本申請的技術(shù)方案，而非對其限制。盡管參照前述實施例對本申請進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改；而這些修改，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的脫離本申請各實施例技術(shù)方案的范圍。