本公開的實施例的各方面總體上涉及斷路器系統(tǒng)。

背景技術：

1、在電力系統(tǒng)中，具有保護裝置(諸如固態(tài)功率控制器(sspc))的開關設備被用于控制系統(tǒng)負載并且保護電線免受故障電流或短路電流的影響。這些裝置使用關于負載電流的信息來對異常狀況做出反應。高電容性負載所需的高涌入電流可能被這些裝置誤解為故障電流。這個問題在更高的電壓應用下進一步加劇，此時電容性負載的涌入電流高得多并且與短路電流無法區(qū)分。具有保護裝置的相關技術的開關設備將這些大的涌入電流檢測為故障電流，并且錯誤地關閉負載，這導致系統(tǒng)中的錯誤跳閘狀況。

2、一些現(xiàn)有技術通過減少涌入電流來解決此問題。在一些系統(tǒng)中，預充電電路與電容性負載一起使用以限制涌入電流。此技術不影響電源和負載之間的電線的上游保護裝置的短路檢測；然而，它確實減慢了負載的接通響應時間，這是不期望的。另外，預充電電路系統(tǒng)需要額外的控制硬件并且可能是相當大的，需要笨重的功耗部件。在重量是關鍵因素的機載應用中，這不是有利的選項。

3、在一些其它系統(tǒng)中，包括軟啟動的各種有源電流限制技術在sspc內(nèi)用于減少進入電容性負載的涌入電流。軟啟動總是需要諸如mosfet或igbt的開關裝置在其有源操作區(qū)域內(nèi)操作，這然后增加被設計成保護它們免受過量功耗造成的損壞的電路的復雜性。另外，軟啟動電路不合期望地減慢系統(tǒng)的接通時間，這在某些應用中可能是不可接受的。

4、傳統(tǒng)的短路檢測基于負載電流超過預定跳閘閾值。短路跳閘值通常被設置為標稱負載額定電流的十倍。當利用電流限制技術時，短路事件中的短路電流也受到限制，這可能干擾傳統(tǒng)的短路檢測方法。當修改傳統(tǒng)的短路檢測方法以將跳閘閾值設置為等于或小于限制負載電流時，當電流超過此較低的跳閘閾值并且持續(xù)時間長于預定時間時，檢測到短路，以允許涌入電流被降低到跳閘點以下。這種實施方式導致緩慢的保護響應時間，以避免錯誤跳閘。為了防止障礙跳閘，短路檢測系統(tǒng)在尺寸和重量上可以很大，以管理在此等待時間期間的額外功耗，從而防止損壞固態(tài)開關。此外，在諸如270vdc和540vdc的高壓系統(tǒng)中，緩慢的短路檢測可導致故障電流或電弧故障，從而導致災難性事件。

5、本背景技術部分中公開的上述信息僅用于增強對本公開的理解，并且因此其可能含有不形成本領域普通技術人員已知的現(xiàn)有技術的信息。

技術實現(xiàn)思路

1、本公開的實施例的各方面涉及用于保護負載或電線免受故障和短路電流的影響且同時允許電容性負載的快速充電的系統(tǒng)和方法。根據(jù)一些實施例，一種保護裝置能夠快速區(qū)分電容性負載的高涌入電流和短路事件，這允許保護裝置迅速充電并向電容性負載提供電力，并且還在短路事件的情況下迅速關斷(跳閘)以保護布線并防止裝置失效。

2、根據(jù)本公開的一些實施例，提供一種保護負載電路的方法，該方法包括：感測穿過與負載電路電串聯(lián)的開關的負載電流；感測開關兩端的電壓降；確定開關兩端的電壓降的變化率；基于負載電流和開關兩端的電壓降的變化率來確定是否停用開關；以及響應于確定停用開關，停用開關以切斷到負載電路的電流。

3、在一些實施例中，確定是否停用開關包括：確定負載電流是否高于第一閾值；確定電壓降的變化率是否小于第二閾值；以及響應于確定負載電流高于第一閾值并且電壓降的變化率小于第二閾值，確定停用開關。

4、在一些實施例中，該方法還包括：響應于確定不停用開關，維持開關的激活。

5、在一些實施例中，確定是否停用開關包括：確定負載電流是否高于第一閾值；確定電壓降的變化率是否小于第二閾值；以及響應于確定負載電流小于或等于第一閾值或者電壓降的變化率大于或等于第二閾值，確定不停用開關。

6、在一些實施例中，第一閾值小于開關的額定電流。

7、在一些實施例中，開關包括場效應晶體管(fet)。

8、根據(jù)本公開的一些實施例，提供一種耦合到負載電路的保護裝置，該保護裝置包括：開關，其與負載電路電串聯(lián)；電流傳感器，其被配置為感測穿過開關的負載電流；電壓傳感器，其被配置為測量開關兩端的電壓降；檢測器，其被配置為基于負載電流和電壓降的變化率來生成開關控制信號；以及柵極驅(qū)動器，其被配置為基于開關控制信號來選擇性地激活和停用開關。

9、在一些實施例中，開關包括：場效應晶體管(fet)，其具有耦合到柵極驅(qū)動器的柵電極和耦合到負載電路的源電極。

10、在一些實施例中，電流傳感器包括：感測電阻器，其與開關和負載電路串聯(lián)電耦合，并且其中電壓傳感器包括：誤差放大器，其具有耦合在開關兩端的輸入端子并且被配置為生成對應于開關兩端的電壓降的開關電壓。

11、在一些實施例中，保護裝置還包括：微分器，其耦合在電壓傳感器和檢測器之間并且被配置為基于來自電壓傳感器的開關電壓來生成對應于開關兩端的電壓降的變化率的微分信號。

12、在一些實施例中，檢測器還被配置為從電壓傳感器接收開關兩端的電壓降并且基于電壓降來計算電壓降的變化率。

13、在一些實施例中，檢測器被配置為執(zhí)行：確定負載電流是否高于第一閾值；確定電壓降的變化率是否小于第二閾值；以及響應于確定負載電流高于第一閾值并且電壓降的變化率小于第二閾值，生成對應于開關的停用的開關控制信號。

14、在一些實施例中，檢測器被配置為執(zhí)行：確定負載電流是否高于第一閾值；確定電壓降的變化率是否小于第二閾值；以及響應于確定負載電流小于或等于第一閾值或者電壓降的變化率大于或等于第二閾值，生成開關控制信號以對應于維持開關的激活。

15、在一些實施例中，保護裝置還包括：電流限制器電路，其耦合在柵極驅(qū)動器和開關之間并且被配置為將負載電流限制到電流極限。

16、在一些實施例中，電流限制器電路包括：雙極結型晶體管(bjt)，其具有基極、發(fā)射極和耦合到開關的柵極的集電極，電流傳感器耦合在bjt的基極和發(fā)射極之間。

17、在一些實施例中，保護裝置還包括：控制器，其被配置為接收負載電流和開關兩端的電壓降，并且基于負載電流和電壓降向柵極驅(qū)動器發(fā)信號以停用開關。

18、在一些實施例中，開關包括場效應晶體管(fet)。

技術特征：

1.一種保護負載電路的方法，所述方法包含：

2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述確定是否停用所述開關包含：

3.根據(jù)權利要求1至2中任一項所述的方法，其還包含：

4.根據(jù)權利要求1至3中任一項所述的方法，其中所述確定是否停用所述開關包含：

5.根據(jù)權利要求4所述的方法，其中所述第一閾值小于所述開關的額定電流。

6.根據(jù)權利要求1至5中任一項所述的方法，其中所述開關包含場效應晶體管(fet)。

7.一種耦合到負載電路的保護裝置，所述保護裝置包含：

8.根據(jù)權利要求7所述的保護裝置，其中所述開關包含：

9.根據(jù)權利要求7至8中任一項所述的保護裝置，其中所述電流傳感器包含：

10.根據(jù)權利要求7至9中任一項所述的保護裝置，其還包含：

11.根據(jù)權利要求7至10中任一項所述的保護裝置，其中所述檢測器還被配置為從所述電壓傳感器接收所述開關兩端的所述電壓降并且基于所述電壓降來計算所述電壓降的所述變化率。

12.根據(jù)權利要求7至11中任一項所述的保護裝置，其中所述檢測器被配置為執(zhí)行：

13.根據(jù)權利要求7至11中任一項所述的保護裝置，其中所述檢測器被配置為執(zhí)行：

14.根據(jù)權利要求7至13中任一項所述的保護裝置，其還包含：

15.根據(jù)權利要求14所述的保護裝置，其中所述電流限制器電路包含：

16.根據(jù)權利要求7至15中任一項所述的保護裝置，其還包含：

17.根據(jù)權利要求7至16中任一項所述的保護裝置，其中所述開關包含場效應晶體管(fet)。

技術總結
一種保護負載電路的方法包括感測穿過與負載電路電串聯(lián)的開關的負載電流，感測開關兩端的電壓降，確定開關兩端的電壓降的變化率，基于負載電流和開關兩端的電壓降的變化率來確定是否停用開關，響應于確定停用開關而停用開關以切斷至負載電路的電流。

技術研發(fā)人員：A·L·陳,I·A·可汗,F·托菲,C·尤耶哈拉,T·哈納
受保護的技術使用者：李持國際有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/17