[发明专利]用于直流固态断路器的预测型故障保护装置及保护方法

说明书

一种用于直流固态断路器的预测型故障保护装置及保护方法，包括：源极寄生电感采样电路、负载电容采样电路和逻辑处理电路，所述源极寄生电感采样电路和负载电容采样电路均同逻辑处理电路连接；所述源极寄生电感采样电路、逻辑处理电路和负载电容采样电路还均同直流固态断路器所在的主功率回路连接；所述源极寄生电感采样电路用于采样主功率回路中直流固态断路器的MOS管源极寄生电感上的电压和电流；结合另外的结构和方法有效避免了现有技术中针对直流固态断路器的短路保护方法的故障相应速度过长导致SiC器件短路时间常常已经超出其短路承受时间、容性负载造成电流过冲、不适用于直流固态断路器的SiC器件的缺陷。

技术领域

本发明涉及电力电子技术与电工技术领域，涉及一种适用于直流固态断路器的短路故障保护电路，具体涉及一种用于直流固态断路器的预测型故障保护装置及保护方法，特别涉及一种提高直流固态断路器安全可靠性和防止直流固态断路器误判断的保护电路及保护方法。

背景技术

随着电力电子技术不断进步，直流固态断路器也逐渐兴起，基本拓扑如图1所示。20世纪70年代出现了采用晶闸管关断的直流固态断路器；80年代随着门极可关断晶闸管(GTO)、绝缘栅极双极型晶体管(IGBT)等全控器件的诞生，使直流固态断路器所用器件有了新的选择。也就是说，直流固态断路器会采用SiC器件，SiC器件相较于Si器件而言具有更宽的禁带宽度、更高的热导率、更高的临界场强以及更快的电子迁移速率，在耐高温高压能力、高频应用等方面优势明显，适合用于高速高功率的应用场合。

然而，在实际应用中，一方面，采用SiC器件的直流固态断路器这样的功率器件不可避免的会工作在过载、短路等非正常工作状态下，而保护电路从检测到动作存在一定的延时，这就要求采用SiC器件的直流固态断路器这样的功率器件必须具备一定的过载和短路能力，即能够承受一定的故障时间。同时，对应的保护电路必须在采用SiC器件的直流固态断路器这样的功率器件所能承受故障时间内清除故障，以避免采用SiC器件的直流固态断路器这样的功率器件的损坏。另一方面，由于器件本身的构造，SiC MOSFET栅极氧化层厚度比Si MOSFET更薄，短路故障时氧化层界面稳定性更低，不利于SiC MOSFET长期可靠工作。此外，SiC MOSFET管芯面积小、电流密度大，其短路能力更弱，短路承受时间更短，给SiCMOSFET短路保护设计带来极大的挑战。当功率变换器负载为容性负载时，常常会出现电流过冲情形，导致电流超出了短路保护电路设置的阈值，但此时电路并未出现短路情形，会导致短路保护电路误动作。

传统的针对直流固态断路器的短路保护方法有电流霍尔检测、采样电阻检测和寄生电感检测等方法，但由于故障相应速度过长导致SiC器件短路时间可能已经超出其短路承受时间；容性负载造成的电流过冲是目前许多保护电路并没有考虑的因素，因此传统的针对直流固态断路器的短路保护方法不适用于直流固态断路器的SiC器件。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种用于直流固态断路器的预测型故障保护装置和方法，有效避免了现有技术中针对直流固态断路器的短路保护方法的故障相应速度过长导致SiC器件短路时间常常已经超出其短路承受时间、容性负载造成电流过冲、不适用于直流固态断路器的SiC器件的缺陷。提高了直流固态断路器的安全可靠性，同时实现了防止直流固态断路器误判断的保护电路。

要克服现有技术中的不足，本发明提供了一种用于直流固态断路器的预测型故障保护装置和方法的解决方案，具体如下：

一种用于直流固态断路器的预测型故障保护装置，包括：

源极寄生电感采样电路、负载电容采样电路和逻辑处理电路，

所述源极寄生电感采样电路和负载电容采样电路均同逻辑处理电路连接；

所述源极寄生电感采样电路、逻辑处理电路和负载电容采样电路还均同直流固态断路器所在的主功率回路连接；

所述源极寄生电感采样电路用于采样主功率回路中直流固态断路器的MOS管源极寄生电感上的电压和电流，判断电路是否出现了短路状态；