智能激励熔断装置以及UPS电池电路的制作方法

智能激励熔断装置以及ups电池电路
技术领域
1.本实用新型涉及ups领域，更具体地说，涉及一种智能激励熔断装置以及包括所述智能激励熔断装置的ups电池电路。


背景技术：

2.不间断电源(uninterruptible power supply，简称ups)的使用对整个数据中心的发展奠定了坚实的基础，随着社会的发展，对模块化的ups需求愈发强烈。各大厂家分别推出不同功率等级的并联ups系统，这些不同功率等级的并联ups系统接入电池的电路拓扑如图1所示的ups单模块电池电路或图3所示的ups多模块电池电路。对于前述只有正/负两线接入电池的电路拓扑，当应用的电池节数比较高时，模块半边母线一旦短路会导致全电池电压加到所有并联ups模块另半边母线电容上，导致母线过压，进而导致ups整机故障。这样存在一个模块故障而导致ups整机故障，不满足模块化ups单个模块故障后不影响其他模块正常工作的要求。为解决上述问题，一般的解决方案是期望检测到这样的单个模块故障后，断开电力熔断器，从而使得该故障模块脱离ups系统。
3.针对图1所示的图1所示的ups单模块电池电路，如图2所示，ups单模块电池电路运行在市电工况时，当正半边母线出现短路(如a处所示)，由于电池电压高于母线电压，电池的能量会经由电力熔断器fuse1、继电器rly1、电池电感l1、开关管q1的体二极管、母线、开关管q3的体二极管、电池电感l2、继电器rly2、电力熔断器fuse2回路(即图2中虚线和箭头所示回路)对负半边母线提供能量。目前通用的办法是，将电力熔断器fuse1和电力熔断器fuse2断开。由于单模块只要其中有一个保险断开回路消失，另半边母线就不会抬高最终导致炸开。ups单模块电池电路运行在放电器工况时，同理。
4.而针对图3所示的ups多模块电池电路，在多模块并联时，如果只断掉非故障母线侧的电力熔断器fuse2，那么电池能量会经由电池电力熔断器fuse1、继电器rly1、开关管q1的体二极管、故障模块母线、并联模块母线、开关管q6的体二极管、继电器rly4、电池电力熔断器fuse4回路(即图3中虚线和箭头所示回路)，继续给其它并联模块ups的另半边母线提供能量，如果不能及时分断电池和ups系统，另半边母线会出现拉弧导致电力熔断器无法分断，即发生半边母线短路故障，最终导致ups系统故障。


技术实现要素：

5.本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种能够在发生半边母线短路故障时，检测并控制故障侧熔断，从而防止ups系统故障的智能激励熔断装置和包括所述智能激励熔断装置的ups电池电路。
6.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种智能激励熔断装置，包括激励熔断器和电压驱动控制模块；所述电压驱动控制模块包括用于检测熔断装置电压并基于所述熔断装置电压和基准电压生成电压检测信号的电压检测电路、接收所述电压检测信号并基于所述电压检测信号和熔断检测信号生成电压控制信号的熔断控制器，以及基
于所述电压控制信号生成熔断控制信号的熔断电路；所述激励熔断器包括基于短路电流熔断的电流熔断器和基于所述熔断控制信号断开的引爆式开断器；所述电流熔断器经所述引爆式开断器电连接所述熔断电路，所述熔断控制器分别通信连接所述电压检测电路、所述熔断电路和所述激励熔断器。
7.在本实用新型所述的智能激励熔断装置中，所述熔断电路包括第一开关管、第一二极管和第一电阻；所述第一开关管的控制端连接所述第一二极管的阴极，所述第一二极管的阳极接收所述电压控制信号，所述第一开关管的第一端连接开关管电源、第二端连接所述引爆式开断器和所述第一电阻的第一端，所述第一电阻的第二端接地。
8.在本实用新型所述的智能激励熔断装置中，所述熔断电路进一步包括第一电容、第二电阻和第三电阻，所述第二电阻连接在所述第一开关管的控制端和地之间，所述第一电容连接在所述第一开关管的控制端和地之间，所述第三电阻连接在所述第一开关管的第二端和所述引爆式开断器之间。
9.在本实用新型所述的智能激励熔断装置中，所述第一开关管包括三极管，mos管或igbt管；所述第一开关管的控制端为三极管的基极、mos管的栅极、或者igbt管的门极；所述第一开关管的第一端为三极管的集电极、或者mos管或igbt管的漏极；所述第一开关管的第二端为三极管的发射极、或者mos管或igbt管的源极。
10.在本实用新型所述的智能激励熔断装置中，所述电压检测电路包括比较器、第一电阻模块、第二电阻模块、第三电阻模块、第四电阻模块、第二电容、第一rc并联模块和第二rc并联模块；
11.所述第一电阻模块的第一端接收所述熔断装置电压、第二端经所述第二电阻模块连接所述比较器的第一输入端，所述第三电阻模块的第一端接收零线电压、第二端经所述第四电阻模块连接所述比较器的第二输入端；所述第二电容连接在所述第一电阻模块的第二端和第三电阻模块的第二端之间；所述比较器的第一输入端同时经所述第一rc并联模块接收所述基准电压，所述第二rc并联模块连接在所述比较器的第二输入端和输出端之间；所述比较器的输出端输出所述电压检测信号。
12.在本实用新型所述的智能激励熔断装置中，所述电压检测电路进一步包括第一稳压模块、第二稳压模块、第三稳压模块和输出电阻；所述比较器的第一输入端连接所述第一稳压模块、第二输入端连接所述第二稳压模块、输出端经所述输出电阻连接所述第三稳压模块。
13.在本实用新型所述的智能激励熔断装置中，所述第一稳压模块包括第一稳压二极管和第二稳压二极管，所述第一稳压二极管的阳极和所述第二稳压二极管的阴极连接所述比较器的第一输入端，所述第一稳压二极管的阴极和所述第二稳压二极管的阳极连接二极管电源。
14.在本实用新型所述的智能激励熔断装置中，所述第二稳压模块包括第三稳压二极管和第四稳压二极管，所述第三稳压二极管的阳极和所述第四稳压二极管的阴极连接所述比较器的第二输入端，所述第三稳压二极管的阴极和所述第四稳压二极管的阳极连接二极管电源。
15.在本实用新型所述的智能激励熔断装置中，所述第三稳压模块包括第一齐纳二极管和第二齐纳二极管，所述第一齐纳二极管的阳极接地、阴极连接所述第二齐纳二极管的
阳极，所述第二齐纳二极管的阴极连接齐纳二极管电源。
16.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种ups电池电路，包括电池单元和连接在所述电池单元的正极和负极之间的至少一个ups电池电路模块，以及前述智能激励熔断装置，所述智能激励熔断装置连接在所述电池单元的正极，所述电压检测电路检测所述ups电池电路的熔断装置电压；所述电流熔断器基于所述ups电池电路的所述短路电流熔断或者所述引爆式开断器基于所述熔断控制信号断开。
17.实施本实用新型的智能激励熔断装置以及包括所述智能激励熔断装置的ups电池电路，在电池端采用智能激励熔断装置，能够在发生半边母线短路故障时，通过检测熔断装置电压并基于所述熔断装置电压和基准电压判断故障侧是否发生熔断，并且在故障侧未熔断时，控制熔断故障侧的智能激励熔断装置的引爆式开断器，进行熔断保护，防止故障扩大化。
附图说明
18.下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：
19.图1是现有技术的使用电力熔断器的ups单模块电池电路的电路图；
20.图2是图1所示的ups单模块电池电路在单模块故障时的模拟示意图；
21.图3是现有技术的使用电力熔断器的ups多模块电池电路的多模块故障时的模拟示意图；
22.图4是本实用新型的智能激励熔断装置的原理框图；
23.图5是本实用新型的智能激励熔断装置的控制流程图；
24.图6是图4所示的智能激励熔断装置的熔断电路和激励熔断器的优选实施例的连接电路图；
25.图7是图4所示的智能激励熔断装置的电压检测电路的优选实施例的电路图。
具体实施方式
26.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
27.图4是本实用新型的智能激励熔断装置的原理框图。如图4所示，所述智能激励熔断装置，包括激励熔断器100和电压驱动控制模块200。所述电压驱动控制模块200包括用于检测熔断装置电压并基于所述熔断装置电压和基准电压生成电压检测信号的电压检测电路210、接收所述电压检测信号并基于所述电压检测信号和熔断检测信号生成电压控制信号的熔断控制器220，以及基于所述电压控制信号生成熔断控制信号的熔断电路230。所述激励熔断器100包括基于短路电流熔断的电流熔断器110和基于所述熔断控制信号断开的引爆式开断器120。所述电流熔断器110经所述引爆式开断器120电连接所述熔断电路230，所述熔断控制器220分别通信连接所述电压检测电路210、所述熔断电路230和所述激励熔断器100。
28.在本实用新型的优选实施例中，所述激励熔断器100可以采用现有技术中任何已知的激励熔断器，比如中熔的sfm系列激励熔断器。所述激励熔断器100包括电流熔断器110
和引爆式开断器120，其中电流熔断器110在通过其的电流以超过阈值时，将会熔断，而在通过其的电流小于阈值时，则不会熔断。而引爆式开断器120则不会因为通过其的电流变化而变化，而是在接收到控制其断开控制信号时断开。无论是引爆式开断器120断开还是电流熔断器110熔断，都会导致激励熔断器100断开。而在激励熔断器100断开之后，熔断控制器220将接收到熔断检测信号，并基于该熔断检测信号知悉激励熔断器的熔断情况。
29.在本实用新型中，所述电压检测电路210可以采用现有技术中任何已知的电压检测比较芯片、电路或者单元，只要其能够完成熔断装置电压的检测以及其与基准电压的比较即可。在本实用新型的后续实施例中，提供了优选的电压检测比较电路。所述电压检测电路210用于检测熔断装置电压，基于所述熔断装置电压和基准电压生成电压检测信号，比如在熔断装置电压小于基准电压时，生成表示所述智能激励熔断装置已经从母线断开的电压检测信号，而在熔断装置电压大于基准电压时，生成表示所述智能激励熔断装置未从母线断开的电压检测信号。
30.在本实用新型中，所述熔断控制器220电连接所述电压检测电路210以从其接收所述电压检测信号。同时，所述熔断控制器220还通信连接ups电池电路控制系统，从而接收熔断检测信号。所述熔断检测信号可以指示是否发生半边母线短路故障。熔断检测信号的产生可以采用本领域中任何已知的母线电压检测电路模块来构建，其并非本实用新型的发明点所在，在此就不再累述了。
31.所述熔断控制器220基于所述电压检测信号和熔断检测信号生成电压控制信号。即在所述熔点检测信号指示已经发生半边母线短路故障时，所述熔断控制器220基于所述电压检测信号判断，此时故障侧的激励熔断器(例如图3所示的fuse1一侧)是否熔断，如果没有熔断，其将发出电压控制信号，如果已经熔断，则不发出电压控制信号，因为此时故障侧的激励熔断器已经熔断，不会发生故障扩大。在此，熔断控制器220可以采用本领域中任何已知的dsp模块构建，例如英特尔的系列，也可以采用任何已知的比较器模块或电路构建，也可以采用例如比较器电路，与非门逻辑电路等等来实现。
32.在本实用新型中，所述熔断电路230同样可以采用任何适合的开关电路构造，当其接收到电压控制信号时，生成控制引爆式开断器120熔断的熔断控制信号。在本实用新型的后续实施例中，提供了优选的电熔断电路。
33.在本实用新型的具体应用中，结合图1-3所示的电路拓扑可知，当出现当发生短路电流故障时，由于电流熔断器110的存在，故障侧的电流熔断器110将基于短路电流熔断。而对于图1-2所示的实施例，一侧的电路熔断即可，不需要两个电流熔断器都熔断，因此可以减少故障维修的损失。而对于图3所示的实施例而言，这可能导致半边母线故障，其具体控制过程如图5所示。
34.所述电压检测电路210用于检测熔断装置电压，在熔断装置电压小于基准电压时，生成表示所述智能激励熔断装置已经从母线断开的电压检测信号，而在熔断装置电压大于基准电压时，生成表示所述智能激励熔断装置未从母线断开的电压检测信号。所述熔断控制器220同时接收表示是否发生半边母线故障的熔断检测信号和表示所述智能激励熔断装置是否从母线断开的电压检测信号。而在所述熔断控制器220同时接收到表示发生半边母线故障的熔断检测信号和表示智能激励熔断装置没有从母线断开的电压检测信号时，判断出此时故障侧的激励熔断器没有熔断，这时其将发出电压控制信号。如果此时故障侧的激
励熔断器已经熔断，说明其整个电路已经得到保护，不需要进一步处理。所述熔断电路230接收到电压控制信号时，生成控制引爆式开断器120熔断的熔断控制信号。此时，引爆式开断器120断开，整个电路得到保护。
35.实施本实用新型的智能激励熔断装置，在电池端采用智能激励熔断装置，能够在发生半边母线短路故障时，通过检测熔断装置电压并基于所述熔断装置电压和基准电压判断故障侧是否发生熔断，并且在故障侧未熔断时，控制熔断故障侧的智能激励熔断装置的引爆式开断器，进行熔断保护，防止故障扩大化。
36.图6是图4所示的智能激励熔断装置的熔断电路和激励熔断器的连接电路图。如图6所示，所述熔断电路230包括开关管q1、二极管d1和电阻r1；所述开关管q1的控制端连接所述二极管d1的阴极，所述二极管d1的阳极接收所述电压控制信号，所述开关管q1的第一端连接开关管电源5v、第二端连接所述引爆式开断器120和所述电阻r1的第一端，所述电阻r1的第二端接地。
37.在图6所示的优选实施例中，所述熔断电路230进一步包括电容c1、电阻r2和电阻r3，所述电阻r2连接在所述开关管q1的控制端和地之间，所述电容c1连接在所述开关管q1的控制端和地之间，所述电阻r3连接在所述开关管q1的第二端和所述激励熔断器100的引爆式开断器110之间。
38.在本实用新型所述的智能激励熔断装置中，所述开关管q1可以是三极管，mos管或igbt管。如图6所示的实施例，所述开关管q1是三极管，其控制端为三极管的基极、第一端为三极管的集电极，第二端为三极管的发射极。当然，在本实用新型的其他优选实施例中，所述开关管q1还可以是mos管或igbt管，此时，所述开关管q1的控制端为mos管的栅极或者igbt管的门极；所述开关管q1的第一端为mos管或igbt管的漏极；所述开关管q1的第二端为mos管或igbt管的源极。
39.图7是图4所示的智能激励熔断装置的电压检测电路的优选实施例的电路图。如图7所示，所述电压检测电路210包括比较器comp1、第一电阻模块、第二电阻模块、第三电阻模块、第四电阻模块、电容c2、第一rc并联模块211和第二rc并联模块212。如图7所示，所述第一电阻模块包括串联的电阻r11、r12和r13。所述第二电阻模块包括电阻r21。所述第三电阻模块包括串联的电阻r31、r32和r33。所述第二电阻模块包括电阻r41。第一rc并联模块211和第二rc并联模块212分别由并联的电阻r5和电容c3构成。当然，在本实用新型的其他优选实施例中，各个电阻模块可以包括更多或者更少的电阻。优选地，第一电阻模块和第三电阻模块的电阻值相同，第二电阻模块和第四电阻模块的电阻值相同，所述第一rc并联模块211和第二rc并联模块212的参数相同。
40.所述第一电阻模块的第一端接收所述熔断装置电压、第二端经所述第二电阻模块连接所述比较器comp1的第一输入端。所述第三电阻模块的第一端接收零线电压、第二端经所述第四电阻模块连接所述比较器comp1的第二输入端。所述电容c2连接在所述第一电阻模块的第二端和第三电阻模块的第二端之间。所述比较器comp1的第一输入端同时经所述第一rc并联模块211接收所述基准电压，所述第二rc并联模块212连接在所述比较器comp1的第二输入端和输出端之间；所述比较器comp1的输出端输出所述电压检测信号。
41.在图7所示的优选实施例中，所述电压检测电路210进一步包括第一稳压模块、第二稳压模块、第三稳压模块和输出电阻r6；所述比较器comp1的第一输入端连接所述第一稳
压模块、第二输入端连接所述第二稳压模块、输出端经所述输出电阻连接所述第三稳压模块。
42.在图7所示的优选实施例中，所述第一稳压模块包括稳压二极管d11和稳压二极管d12，所述稳压二极管d11的阳极和所述稳压二极管d12的阴极连接所述比较器comp1的第一输入端，所述稳压二极管d11的阴极和所述稳压二极管d12的阳极连接二极管电源12v。所述第二稳压模块包括稳压二极管d21和稳压二极管d22，所述稳压二极管d21的阳极和所述稳压二极管d22的阴极连接所述比较器comp1的第二输入端，所述稳压二极管d21的阴极和所述稳压二极管d22的阳极连接二极管电源12v。所述第三稳压模块包括齐纳二极管dz1和齐纳二极管dz2，所述齐纳二极管dz1的阳极接地、阴极连接所述齐纳二极管dz2的阳极，所述齐纳二极管dz2的阴极连接齐纳二极管电源3.3v。
43.本实用新型的进一步的优选实施例中，提供了一种ups电池电路，包括电池单元和连接在所述电池单元的正极和负极之间的至少一个ups电池电路模块，以及前述智能激励熔断装置，所述智能激励熔断装置连接在所述电池单元的正极，所述电压检测电路210检测所述ups电池电路的熔断装置电压；所述电流熔断器110基于所述ups电池电路的所述短路电流熔断或者所述引爆式开断器120基于所述熔断控制信号断开。在此，ups电池电路可以参照图1或3所示的电路结构。在此，所述智能激励熔断装置连接在图1或图3中的电力熔断器的位置即可，其原理已经在针对智能激励熔断装置的描述中记载了，在此就不再累述了。
44.实施本实用新型的智能激励熔断装置以及包括所述智能激励熔断装置的ups电池电路，在电池端采用智能激励熔断装置，能够在发生半边母线短路故障时，通过检测熔断装置电压并基于所述熔断装置电压和基准电压判断故障侧是否发生熔断，并且在故障侧未熔断时，控制熔断故障侧的智能激励熔断装置的引爆式开断器，进行熔断保护，防止故障扩大化。
45.虽然本实用新型是通过具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本实用新型范围的情况下，还可以对本实用新型进行各种变换及等同替代。另外，针对特定情形或材料，可以对本实用新型做各种修改，而不脱离本实用新型的范围。因此，本实用新型不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本实用新型权利要求范围内的全部实施方式。
46.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：
1.一种智能激励熔断装置，其特征在于，包括激励熔断器和电压驱动控制模块；所述电压驱动控制模块包括用于检测熔断装置电压并基于所述熔断装置电压和基准电压生成电压检测信号的电压检测电路、接收所述电压检测信号并基于所述电压检测信号和熔断检测信号生成电压控制信号的熔断控制器，以及基于所述电压控制信号生成熔断控制信号的熔断电路；所述激励熔断器包括基于短路电流熔断的电流熔断器和基于所述熔断控制信号断开的引爆式开断器；所述电流熔断器经所述引爆式开断器电连接所述熔断电路，所述熔断控制器分别通信连接所述电压检测电路、所述熔断电路和所述激励熔断器。2.根据权利要求1所述的智能激励熔断装置，其特征在于，所述熔断电路包括第一开关管、第一二极管和第一电阻；所述第一开关管的控制端连接所述第一二极管的阴极，所述第一二极管的阳极接收所述电压控制信号，所述第一开关管的第一端连接开关管电源、第二端连接所述引爆式开断器和所述第一电阻的第一端，所述第一电阻的第二端接地，所述第一开关管的第二端输出所述熔断控制信号。3.根据权利要求2所述的智能激励熔断装置，其特征在于，所述熔断电路进一步包括第一电容、第二电阻和第三电阻，所述第二电阻连接在所述第一开关管的控制端和地之间，所述第一电容连接在所述第一开关管的控制端和地之间，所述第三电阻连接在所述第一开关管的第二端和所述引爆式开断器之间。4.根据权利要求3所述的智能激励熔断装置，其特征在于，所述第一开关管包括三极管，mos管或igbt管；所述第一开关管的控制端为三极管的基极、mos管的栅极、或者igbt管的门极；所述第一开关管的第一端为三极管的集电极、或者mos管或igbt管的漏极；所述第一开关管的第二端为三极管的发射极、或者mos管或igbt管的源极。5.根据权利要求1所述的智能激励熔断装置，其特征在于，所述电压检测电路包括比较器、第一电阻模块、第二电阻模块、第三电阻模块、第四电阻模块、第二电容、第一rc并联模块和第二rc并联模块；所述第一电阻模块的第一端接收所述熔断装置电压、第二端经所述第二电阻模块连接所述比较器的第一输入端，所述第三电阻模块的第一端接收零线电压、第二端经所述第四电阻模块连接所述比较器的第二输入端；所述第二电容连接在所述第一电阻模块的第二端和第三电阻模块的第二端之间；所述比较器的第一输入端同时经所述第一rc并联模块接收所述基准电压，所述第二rc并联模块连接在所述比较器的第二输入端和输出端之间；所述比较器的输出端输出所述电压检测信号。6.根据权利要求5所述的智能激励熔断装置，其特征在于，所述电压检测电路进一步包括第一稳压模块、第二稳压模块、第三稳压模块和输出电阻；所述比较器的第一输入端连接所述第一稳压模块、第二输入端连接所述第二稳压模块、输出端经所述输出电阻连接所述第三稳压模块。7.根据权利要求6所述的智能激励熔断装置，其特征在于，所述第一稳压模块包括第一稳压二极管和第二稳压二极管，所述第一稳压二极管的阳极和所述第二稳压二极管的阴极连接所述比较器的第一输入端，所述第一稳压二极管的阴极和所述第二稳压二极管的阳极连接二极管电源。8.根据权利要求6所述的智能激励熔断装置，其特征在于，所述第二稳压模块包括第三稳压二极管和第四稳压二极管，所述第三稳压二极管的阳极和所述第四稳压二极管的阴极
连接所述比较器的第二输入端，所述第三稳压二极管的阴极和所述第四稳压二极管的阳极连接二极管电源。9.根据权利要求6所述的智能激励熔断装置，其特征在于，所述第三稳压模块包括第一齐纳二极管和第二齐纳二极管，所述第一齐纳二极管的阳极接地、阴极连接所述第二齐纳二极管的阳极，所述第二齐纳二极管的阴极连接齐纳二极管电源。10.一种ups电池电路，包括电池单元和连接在所述电池单元的正极和负极之间的至少一个ups电池电路模块，其特征在于，进一步包括根据权利要求1-9中任意一项所述智能激励熔断装置，所述智能激励熔断装置连接在所述电池单元的正极，所述电压检测电路检测所述ups电池电路的熔断装置电压；所述电流熔断器基于所述ups电池电路的所述短路电流熔断或者所述引爆式开断器基于所述熔断控制信号断开。

技术总结
一种智能激励熔断装置以及UPS电池电路，包括激励熔断器和电压驱动控制模块；所述电压驱动控制模块包括用于检测熔断装置电压并基于所述熔断装置电压和基准电压生成电压检测信号的电压检测电路、接收所述电压检测信号并基于所述电压检测信号和熔断检测信号生成电压控制信号的熔断控制器，以及基于所述电压控制信号生成熔断控制信号的熔断电路；所述激励熔断器包括基于短路电流熔断的电流熔断器和基于所述熔断控制信号断开的引爆式开断器；所述电流熔断器经所述引爆式开断器电连接所述熔断电路，所述熔断控制器分别通信连接所述电压检测电路、所述熔断电路和所述激励熔断器。通过控制熔断故障侧的智能激励熔断装置的引爆式开断器，进行熔断保护，防止故障扩大化。防止故障扩大化。防止故障扩大化。


技术研发人员：王莹 徐伟 公平
受保护的技术使用者：维谛公司
技术研发日：2023.05.24
技术公布日：2023/9/1