[发明专利]高频开关电源系统使用的直流断路器及过载保护方法

说明书

技术领域

本发明涉及低压电气领域，尤其是涉及电源的保护开关及过载保护方法，用于带过流保护的高频模块电源或由于短路造成电源输出电压下降的系统中，防止高频模块电源输出电压异常，保证其他并联支路用电设备正常工作。

背景技术

在供电厂和变电站通信一体化电源中，交流电源通过整流转换为110V或220V直流电源，经蓄电池组充电储能后供给直流控制设备和通信设备。通过对各子电源系实行统一管理，优化了作业流程及人力资源调配，降低了运行维护成本，提高电力通信的运维效率。通信设备电源由DC/DC高频模块电源实现，通过高频模块电源把110V/220V直流电源转换成通信设备可使用的-48V电源，由于DC/DC高频模块电源本身带有过流保护功能，一般最大输出电流不超过额定输出电流的1.2倍。在模块电源（组）输出出口短路情况下，会造成输出电流和电压的同步下降，由此造成的危害是在多通信设备并联供电的系统中，如果不能及时切断故障回路，会造成高频模块电源输出电压下降，影响其他回路正常负载供电，严重会使系统瘫痪。

授权公告号 CN 101976816 B的发明专利，申请了一种过载保护方法和装置，通过采集供电回路中实时电流、电压数据，计算出供电回路输出的瞬时功率和平均功率，瞬时功率超过预先设定的瞬时峰值功率门限或者平均功率在一段时间内连续超过预先设定的平均功率门限则切断供电回路；当所述瞬时功率超过所述平均功率门限且小于所述瞬时峰值功率门限时，则输出用户提示信息。相对电磁断路器，能够通过对瞬时功率和平均功率过载的区别对待，以及设备大电流启动和线路短路特征的识别，实现对供电回路更加精准的保护控制，在保障回路用电设备和电力线缆安全的前提下有效降低保护装置误动作的概率。此方法采用了负载功率作为过载判断依据，在带限流功能的电源系统中，当负载出现短路故障后，电压电流会同步下降，实际测量功率会小于额定功率，利用功率已经不能正确判断负载端是否存在故障，不能满足带限流功能的电源系统的过载保护。

专利号为CN 101346863 B的发明专利，申请了一种用于交流/ 直流低压供电线的保护单元，其直流过流保护功能利用分流器实现直流电流信号的采集，控制器电源经由网络电源、源自线电压(VL) 的供电装置提供。在带限流功能的电源系统中，当出现大于额定电流而小于电源系统限制输出电流时，此方法可以正常保护，当负载发生短路故障时，带限流功能的电源输出电流减小，分流采集到的电流小于动作电流，会发生拒动而失去保护作用。

专利号为CN 101552160 B 的发明专利，申请了一种具有延时控制装置的电路保护开关，利用分流器上的压降作为延时控制和驱动电源，用电磁结构实现电流采样，实现了与电源电压无关的直流电流的短路短延时功能，保证了这个系统的可选择性，分流器压降和电磁结构的闭合均依赖回路电流来实现功能，带限流功能的电源系统在过载或短路情况下，并不能提供较大的短路电流，此时不具备本专利提供的方式的动作条件，断路器拒动。无法实现完整的过载保护。

专利号为CN 102568940 A 的发明专利，申请了一种低电压工作的延时保护驱动电路，利用电流经过分流器产生的压差的原理对电流信号进行采样，并把电压信号升压后作为控制器和执行元件的工作电源，实现了与电源电压无关的直流电流的短路短延时保护功能，由于信号和控制器电源均依赖于回路电流大小，当高频电源模块或小功率电池组负载发生短路时，带限流功能的电源内部进行保护，分流器采集到的电流小于动作电流，不满足此专利提供的保护方法的动作条件，无法实现过载保护的完整性。

专利号为CN 2924773Y 的实用新型专利，申请了一种小型断路器过流保护装置，通过分流器对回路电流采样进行采样，采样输出连接比较单元的输入，比较单元经逻辑计算实现过电流保护，此专利仅依靠电流采样对回路负载情况进行判断，只能对过载或短路后故障电流大于正常电流的情况进行保护，不能实现对带限流功能的电源及类似电源系统的过载和短路进行完整保护。

以上专利均对低压电气系统中过载保护提出了不同的解决方案，其中四个专利只采集母线电流作为过载保护的依据，一个专利采用功率对过载进行保护，都只能对过载后回路电流增大的电源系统进行保护，不能满足带限流功能的电源系统的过载保护。

目前在电厂及变电站通信一体化电源系统中，采用的高频模块电源是带限流功能的电源模块，为防止短路造成其他并联负载不能正常工作，采用的常规做法是加大模块电源与负载功率比、降低断路器的瞬动倍数和并联储能电容的方式来提高断路器保护功能的成功率。一般要求电源负载功率比不小于4：1，采用瞬时脱扣电流为3In～５In之间的B型断路器。