旁路装置

技术领域

本发明涉及铁路牵引净化电源技术领域，特别是涉及一种旁路装置。

背景技术

铁路牵引净化电源是用于安装在在铁路牵引变压器下，从牵引变压器二次侧取电，对电压进行电压调节、滤波等净化处理，消除接触网电网固有的电压跌路、突升、突降、过电压、欠电压、电压波动、三相电压不平衡、电压谐波等电能质量问题，得到稳定的三相电压供贯通线使用的电源设备。净化电源串接于接触网电网和被保护的负载之间，对负载侧的电压进行补偿和控制。

净化电源在应用中主要包括在线补偿运行状态和在线旁路运行状态，其中，当接触网电压存在质量问题时，净化电源处于在线补偿运行状态，以保证配电网系统具有较高的电压质量水平；当接触网电压回复正常时，净化电源处于在线旁路运行状态，以保证系统的整体运行效率。

净化电源在两种状态转换的过程中，若旁路开关的运行可靠性不够高，会使得接触网电压系统无法满足不间断供电。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种高可靠性的旁路装置。

一种旁路装置，包括固态旁路开关，还包括：

主动驱动电路，用于电连接主控装置及所述固态旁路开关，用于在接收到主控装置发送的使能信号时，驱动所述固态旁路开关导通；所述主控装置用于在检测到接触网电压质量异常时输出所述使能信号；

被动驱动电路，与所述固态旁路开关电连接，用于在检测到所述固态旁路开关两端的电压超过预设阈值时，驱动所述固态旁路开关导通。

在其中一个实施例中，所述主动驱动电路包括：

控制电路，用于电连接所述主控装置，在接收到所述使能信号时输出第一驱动信号；

正激驱动电路，电连接所述控制电路及所述固态旁路开关，用于在接收到所述第一驱动信号时，输出主动驱动信号至所述固态旁路开关；所述主动驱动信号用于驱动所述固态旁路开关导通；

反激供电电路，用于为所述正激驱动电路及所述控制电路供电。

在其中一个实施例中，所述控制电路包括信号接收单元及第一驱动单元；

所述信号接收单元的输入端电连接所述主控装置，用于接收所述主控装置发送的所述使能信号；输出端电连接所述第一驱动单元，用于在接收到所述使能信号时，输出触发信号至所述第一驱动单元；

所述第一驱动单元电连接所述正激驱动电路，用于在接收到所述触发信号时输出第一驱动信号至所述正激驱动电路。

在其中一个实施例中，所述正激驱动电路包括第一正激单元及正激控制单元；

所述正激控制单元与所述第一驱动单元电连接，用于在接收到所述第一驱动信号时，输出第一控制信号至所述第一正激单元；

所述第一正激单元用于在接收到所述第一控制信号时输出主动驱动信号。

在其中一个实施例中，所述正激驱动电路还包括第二正激单元；

所述正激控制单元还用于输出第一控制信号至所述第二正激单元；

所述第二正激单元用于在接收到所述第一控制信号时输出主动驱动信号。

在其中一个实施例中，所述正激控制单元包括峰值电流钳位模块。

在其中一个实施例中，所述第一驱动单元包括：NPN三极管Q1、NPN三极管Q2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、二极管D1、二极管D2、二极管D3及电容C1；

所述电阻R1的第一端电连接所述信号接收单元的输出端，第二端电连接所述二极管D1的阳极；

所述二极管D1的阴极电连接所述NPN三极管Q1的基极；

所述NPN三极管Q1的集电极电连接所述电阻R2的第一端，发射极接地；

所述电阻R2的第二端电连接所述反激供电电路的电压输出端；

所述电阻R3的第一端电连接所述电阻R2的第一端，第二端电连接所述电阻R4的第一端；

所述电阻R4的第二端电连接所述二极管D2的阳极；

所述二极管D2的阴极电连接所述NPN三极管Q2的基极；

所述NPN三极管Q2的集电极电连接所述电阻R5的第一端，发射极接地；

所述电阻R5的第二端用于电连接所述峰值电流钳位模块的基准电源输出端；

所述二极管D3的阳极电连接所述电阻R5的第一端，阴极电连接所述峰值电流钳位模块的电流反馈端；

所述电阻R6的第一端电连接所述NPN三极管的集电极，第二端电连接所述二极管D3的阴极；

所述电容C1的第一端电连接所述电阻R6的第二端及正激控制单元的第一驱动信号接收端，第二端接地。

在其中一个实施例中，所述峰值电流钳位模块包括脉宽调制芯片U1、电阻R7、电阻R8、NPN三极管Q3、PNP三极管Q4、NPN三极管Q5及PNP三极管Q6；

脉宽调制芯片U1的电源输入端电连接所述反激供电电路的电源输出端，反向脉冲输出端电连接所述电源输入端，第一同相输入端电连接第二同相输入端，第一反相输入端电连接第二反向输入端及所述基准电源输出端，脉冲信号参考地端电连接所述电阻R7的第一端及所述电阻R8的第一端；

所述电阻R7的第二端电连接所述PNP三极管Q4的基极；

所述PNP三极管Q4的集电极接地，发射极电连接所述NPN三极管Q3的发射极；

所述NPN三极管Q3的基极电连接所述电阻R7的第二端，集电极电连接所述反激供电电路的电源输出端，发射极电连接所述第一正激单元的受控端；

所述电阻R8的第二端电连接所述PNP三极管Q6的基极；

所述PNP三极管Q6的集电极接地，发射极电连接所述NPN三极管Q5的发射极；

所述NPN三极管Q5的基极电连接所述电阻R8的第二端，集电极电连接所述反激供电电路的电源输出端，发射极电连接所述第二正激单元的受控端。

在其中一个实施例中，所述反激供电电路为闭环控制反激电路。

在其中一个实施例中，所述被动驱动电路包括：

过压保护电路，用于检测所述固态旁路开关两端的电压超过预设阈值时，输出过压驱动信号；

第二驱动电路，用于接收所述过压驱动信号并锁存，根据所述过压驱动信号输出被动驱动信号至所述固态旁路开关；所述被动驱动信号用于指示所述固态旁路开关导通。

在其中一个实施例中，所述过压保护电路包括：电阻R9、电阻R10、二极管D4、击穿二极管BOD及电容C2；

所述电阻R9的第一端电连接所述固态旁路开关的输入端，第二端电连接所述二极管D4的阳极；

所述二极管D4的阴极电连接击穿二极管BOD的阳极；

所述击穿二极管BOD的阴极电连接所述电阻R10的第一端及所述第二驱动电路的输入端；

所述电阻R10的第二端电连接所述固态旁路开关的输出端；

所述电容C2的第一端电连接所述电阻R10的第一端，第二端电连接所述电阻R10的第二端。

在其中一个实施例中，所述第二驱动电路包括：RS锁存器、或门及驱动门；

所述RS锁存器的第一信号输入端作为所述第二驱动电路的输入端，电连接所述击穿二极管BOD的阴极及所述或门OR的第一输入端；所述RS锁存器的第二信号输入端接地，第一输出端电连接所述或门OR的第二输入端；

所述或门OR的输出端电连接所述驱动门的输入端；

所述驱动门的输出端电连接所述固态旁路开关的受控端。

在其中一个实施例中，还包括机械旁路开关，

所述机械旁路开关的控制端与系统低压功率柜的输入开关串联；

所述系统低压功率柜的输入开关与主控装置的控制开关并联。

上述旁路装置，为固态旁路开关配置主动驱动电路和被动驱动电路，利用主动驱动电路获取主控装置发送的使能信号，当接收到使能信号时，主动驱动电路驱动固态旁路开关导通；同时利用被动驱动电路检测固态旁路开关两端的电压，当主动驱动电路失效时，被动驱动电路检测到电压超过预设的阈值，此时由被动驱动电路驱动固态旁路开关导通，提高旁路装置的运行可靠性，保证电压系统实现不间断供电。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一实施例中，旁路装置的结构框图之一；

图2为一实施例中，旁路装置的结构框图之二；

图3为一实施例中，控制电路的结构框图；

图4为一实施例中，正激驱动电路结构框图；

图5为另一实施例中，正激驱动电路结构框图；

图6为一实施例中，第一驱动单元的电路结构示意图；

图7为一实施例中，峰值电流钳位模块的电路结构示意图；

图8为一实施例中，被动驱动电路的结构示意图；

图9为一实施例中，旁路装置的结构框图之三。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件并与之结合为一体，或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“安装”、“一端”、“另一端”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

在其中一个实施例中，如图1所示，提供了一种旁路装置，包括固态旁路开关，还包括：

主动驱动电路，用于电连接主控装置及固态旁路开关，用于在接收到主控装置发送的使能信号时，驱动固态旁路开关导通；主控装置用于在检测到接触网电压质量异常时输出使能信号；

被动驱动电路，与固态旁路开关电连接，用于在检测到固态旁路开关两端的电压超过预设阈值时，驱动固态旁路开关导通。

主控装置能够检测接触网的电压质量情况，当接触网电压正常时，无需投入固态旁路开关；当接触网电压异常时，主控装置向主动驱动电路输出使能信号，指示主动驱动电路驱动固态旁路开关导通。主动驱动电路用于根据主控装置的使能信号，对固态旁路开关进行驱动，但主动驱动电路需要依赖于主控装置的信号指示，可能会发生主控装置信号发送异常的情况。通过设置被动驱动电路作为备用驱动，直接对固态旁路开关两端的电压进行检测，超过预设阈值时，被动驱动电路直接驱动固态旁路开关导通。

上述旁路装置，为固态旁路开关配置主动驱动电路和被动驱动电路，利用主动驱动电路获取主控装置发送的使能信号，当接收到使能信号时，主动驱动电路驱动固态旁路开关导通；同时利用被动驱动电路检测固态旁路开关两端的电压，当主动驱动电路失效时，被动驱动电路检测到电压超过预设的阈值，此时由被动驱动电路驱动固态旁路开关导通，提高旁路装置的运行可靠性，保证电压系统实现不间断供电。

如图2所示，在其中一个实施例中，主动驱动电路包括：

控制电路，用于电连接主控装置，在接收到使能信号时输出第一驱动信号；

正激驱动电路，电连接控制电路及固态旁路开关，用于在接收到第一驱动信号时，输出主动驱动信号至固态旁路开关；主动驱动信号用于驱动固态旁路开关导通；

反激供电电路，用于为正激驱动电路及控制电路供电。

控制电路用于在接收到主控装置输出的使能信号时使能，输出第一驱动信号至正激驱动电路，第一驱动信号用于驱动正激驱动电路输出主动驱动信号。正激驱动电路在接收到第一驱动信号时，向固态旁路开关的受控端输出主动驱动信号，驱动固态旁路开关导通。正激驱动电路具有电路拓扑结构简单、输入输出电气隔离、电压升降范围宽、易于多路输出的优点，用于对固态旁路开关进行驱动能够提高可靠性和安全性。

反激供电电路用于为正激驱动电路和控制电路持续供电，保证在主控装置输出使能信号时，控制电路和正激驱动电路能够可靠工作。反激供电电路作为电源的优点是电路比较简单，相比正激式开关电源元件更少，体积更小，且成本也要更低。此外，反激供电电路的输出电压受占空比的调制幅度，相对于正激式开关电源要高很多，因此，反激供电电路要求调控占空比的误差信号幅度比较低，误差信号放大器的增益和动态范围也要较小，并且能够简单实现多路输出以及多电压输出，根据控制电路和正激驱动电路的需要输出不同的供电电压。

如图3所示，在其中一个实施例中，控制电路包括信号接收单元及第一驱动单元；

信号接收单元的输入端电连接主控装置，用于接收主控装置发送的使能信号；输出端电连接第一驱动单元，用于在接收到使能信号时，输出触发信号至第一驱动单元；

第一驱动单元电连接正激驱动电路，用于在接收到触发信号时输出第一驱动信号至正激驱动电路。

信号接收单元可以通过有线连接和无线连接的方式与主控装置电连接，以接收主控装置发送的使能信号。根据主控装置的信号输出方式的不同，信号接收单元采用与之对应的元件进行信号接收。在其中一个实施例中，主控装置通过光纤发射器发送使能信号，信号接收单元包括光纤接收器，用于接收主控装置发送的使能信号。信号接收单元在接收到使能信号时，向第一驱动单元输出触发信号，触发第一驱动单元输出第一驱动信号。在其中一个实施例中，主控装置还可以通过蓝牙、wifi或者蜂窝数据等无线通信方式发送使能信号至信号接收单元。

如图4所示，在其中一个实施例中，正激驱动电路包括第一正激单元及正激控制单元；

正激控制单元与第一驱动单元电连接，用于在接收到第一驱动信号时，输出第一控制信号至第一正激单元；

第一正激单元用于在接收到第一控制信号时输出主动驱动信号。

正激控制单元用于根据第一驱动信号对第一正激单元进行驱动控制，在接收到第一驱动信号时，输出第一控制信号驱动第一正激单元向固态旁路开关输出主动驱动信号。

在其中一个实施例中，为了保证固态旁路开关能够可靠运行，第一正激单元设有并联的多路驱动输出，且各路驱动输出均与固态旁路开关的受控端电连接，避免由于单路驱动输出故障导致无法正常驱动固态旁路开关。

如图5所示，在其中一个实施例中，正激驱动电路还包括第二正激单元；

正激控制单元还用于输出第一控制信号至第二正激单元；

第二正激单元用于在接收到第一控制信号时输出主动驱动信号。

为了进一步地提升驱动可靠性，设置第二正激单元与第一正激单元相互备用，正激控制单元输出第一控制信号时，第一正激单元与第二正激单元同时输出主动驱动信号至固态旁路开关，若第一正激单元失效，第二正激单元也能正常驱动固态旁路开关导通。

在其中一个实施例中，正激控制单元包括峰值电流钳位模块。

如图6所示，在其中一个实施例中，第一驱动单元包括：NPN三极管Q1、NPN三极管Q2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、二极管D1、二极管D2、二极管D3及电容C1；

电阻R1的第一端电连接信号接收单元的输出端，第二端电连接二极管D1的阳极；

二极管D1的阴极电连接NPN三极管Q1的基极；

NPN三极管Q1的集电极电连接电阻R2的第一端，发射极接地；

电阻R2的第二端电连接反激供电电路的电压输出端；

电阻R3的第一端电连接电阻R2的第一端，第二端电连接电阻R4的第一端；

电阻R4的第二端电连接二极管D2的阳极；

二极管D2的阴极电连接NPN三极管Q2的基极；

NPN三极管Q2的集电极电连接电阻R5的第一端，发射极接地；

电阻R5的第二端用于电连接峰值电流钳位模块的基准电源输出端；

二极管D3的阳极电连接电阻R5的第一端，阴极电连接峰值电流钳位模块的电流反馈端；

电阻R6的第一端电连接NPN三极管的集电极，第二端电连接二极管D3的阴极；

电容C1的第一端电连接电阻R6的第二端及正激控制单元的第一驱动信号接收端，第二端接地。

信号接收单元接收到使能信号时，经过电阻R1及二极管D1向NPN三极管Q1的基极输出高电平作为触发信号，使NPN三极管Q1导通，NPN三极管Q2的基极电平被拉低，NPN三极管Q2截止，电容C1向电阻R6放电，电容C1的第一端作为第一驱动信号输出端与峰值电流钳位模块的电流反馈端电连接，当电容C1储存的电能耗尽后，电阻R6没有电流，此时峰值电流钳位模块的电流反馈端检测到无电流，即接收到第一驱动信号，从而实现软启动，能够有效限制启动时正激控制单元接收的电流，避免出现过电流导致正激控制单元损坏。二极管D1和二极管D2用于防止电压反向。电阻R2为上拉电阻，用于拉高NPN三极管Q1的集电极电压，同时在NPN三极管Q1截止时，电阻R2还用于拉高NPN三极管Q2的基极电压。电阻R3用于与电阻R2分压，为NPN三极管Q1的集电极和NPN三极管Q2基极提供合适的电压。电阻R5用于拉高NPN三极管Q2的集电极电压，同时实现限流，在NPN三极管Q2导通时，峰值电流钳位模块的基准电源输出端经过电阻R6为电容C1充电。二极管D3用于防止电容C1放电倒灌至峰值电流钳位模块的基准电源输出端。

如图7所示，在其中一个实施例中，峰值电流钳位模块包括脉宽调制芯片U1、电阻R7、电阻R8、NPN三极管Q3、PNP三极管Q4、NPN三极管Q5及PNP三极管Q6；

脉宽调制芯片U1的电源输入端电连接反激供电电路的电源输出端，反向脉冲输出端电连接电源输入端，第一同相输入端电连接第二同相输入端，第一反相输入端电连接第二反向输入端及基准电源输出端，脉冲信号参考地端电连接电阻R7的第一端及电阻R8的第一端；

电阻R7的第二端电连接PNP三极管Q4的基极；

PNP三极管Q4的集电极接地，发射极电连接NPN三极管Q3的发射极；

NPN三极管Q3的基极电连接电阻R7的第二端，集电极电连接反激供电电路的电源输出端，发射极电连接第一正激单元的受控端；

电阻R8的第二端电连接PNP三极管Q6的基极；

PNP三极管Q6的集电极接地，发射极电连接NPN三极管Q5的发射极；

NPN三极管Q5的基极电连接电阻R8的第二端，集电极电连接反激供电电路的电源输出端，发射极电连接第二正激单元的受控端。

脉宽调制芯片U1的基准电源输出端即为峰值电流钳位模块的基准电源输出端，电流反馈端即为峰值电流钳位模块的电流反馈端。脉宽调制芯片U1的电流反馈端在检测到电阻R6的电流为0时启动，通过脉冲信号参考地端输出PWM信号，在PWM信号有效时，拉低NPN三极管Q3基极电平、PNP三极管Q4的基极电平、NPN三极管Q5的基极电平及PNP三极管Q6的基极电平，使PNP三极管Q4和PNP三极管Q6导通，NPN三极管Q3及NPN三极管Q5截止，进而分别向第一正激单元的受控端和第二正激单元的受控端输出PWM控制信号，驱动第一正激单元和第二正激单元输出主动驱动信号，驱动固态旁路开关导通。电阻R7为限流电阻，用于限制流入PNP三极管Q4基极和NPN三极管Q3基极的电流。电阻R8也为限流电阻，用于限制流入PNP三极管Q6基极和NPN三极管Q5基极的电流。

在其中一个实施例中，反激供电电路为闭环控制反激电路。

反激供电电路在工作过程中，有时会出现负载突变、输入电压波动的情况，为了保证为控制电路和正激驱动电路供电的过程中，输出电压稳定，防止出现振荡的情况，采用闭环控制反激电路作为反激供电电路。

在其中一个实施例中，被动驱动电路包括：

过压保护电路，用于检测固态旁路开关两端的电压超过预设阈值时，输出过压驱动信号；

第二驱动电路，用于接收过压驱动信号并锁存，根据过压驱动信号输出被动驱动信号至固态旁路开关；被动驱动信号用于指示固态旁路开关导通。

固态旁路开关两端的电压超过预设阈值时，需要驱动固态旁路开关导通，利用过压保护电路对固态旁路开关两端的电压进行检测，当超过预设阈值时，输出过压驱动信号。第二驱动电路用于接收过压驱动信号并根据过压驱动信号输出被动驱动信号，为了保证固态旁路开关保持导通，第二驱动电路在接收到过压驱动信号时锁存。

如图8所示，在其中一个实施例中，过压保护电路包括：电阻R9、电阻R10、二极管D4、击穿二极管BOD及电容C2；

电阻R9的第一端电连接固态旁路开关的输入端，第二端电连接二极管D4的阳极；

二极管D4的阴极电连接击穿二极管BOD的阳极；

击穿二极管BOD的阴极电连接电阻R10的第一端及第二驱动电路的输入端；

电阻R10的第二端电连接固态旁路开关的输出端；

电容C2的第一端电连接电阻R10的第一端，第二端电连接电阻R10的第二端。

电压经过电阻R9、二极管D4及击穿二极管BOD，流向第二驱动电路的输入端，第二驱动电路的输出端电连接固态旁路开关的受控端，当输出至固态旁路开关受控端的电压达到其工作电压时，即为固态旁路开关两端的电压达到预设阈值。电阻R10与电容C2用于滤波。

如图8所示，在其中一个实施例中，第二驱动电路包括：RS锁存器、或门及驱动门；

RS锁存器的第一信号输入端作为第二驱动电路的输入端，电连接击穿二极管BOD的阴极及或门OR的第一输入端；RS锁存器的第二信号输入端接地，第一输出端电连接或门OR的第二输入端；

或门OR的输出端电连接驱动门的输入端；

驱动门的输出端电连接固态旁路开关的受控端。

RS锁存器用于对过压驱动信号进行锁存，或门OR的两个输入端分别电连接RS锁存器的第一输出端及击穿二极管BOD的阴极，电压经过击穿二极管BOD流向或门OR的第一输入端时，或门OR经驱动门向固态旁路开关的受控端输出被动驱动信号；当RS锁存器输出锁存的过压驱动信号至或门OR的第二输入端时，或门OR经驱动门向固态旁路开关的受控端输出被动驱动信号。

在其中一个实施例中，如图9所示，旁路装置还包括机械旁路开关，

机械旁路开关的控制端与系统低压功率柜的输入开关串联；

系统低压功率柜的输入开关与主控装置的控制开关并联。

将机械旁路开关的控制端与系统低压功率柜的输入开关及主控装置的控制开关互锁，保证低压功率柜还未运行时，旁路开关处于闭合状态，从而保证电网系统的不间断供电。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。