固态开关系统技术方案

一种用于连接和断开电气设备的固态开关，具有至少一个FET型器件以及与该至少一个FET型器件并联耦合的至少一个晶闸管型器件。栅极驱动器可操作以向至少一个FET型器件和至少一个晶闸管型器件发送栅极驱动信号，以用于向电气设备提供电流。栅极驱动器被构造为控制电流在至少一个FET型器件和至少一个晶闸管型器件之间的分流。

Solid state switching system

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】固态开关系统
本申请总体涉及开关，更具体地但非排他地，涉及固态开关系统。
技术介绍
各种类型的固态开关系统(例如，接触器、断路器、继电器和其他固态开关)仍然是受关注的领域。一些现有系统相对于某些应用具有各种不足之处、缺点和不利之处。例如，在一些固态开关系统中，可以进行功率损耗的改善，例如，在电气设备的稳态操作期间和/或在由电气设备汲取的浪涌或其他冲击电流期间。因此，仍需要在这一
做出进一步贡献。
技术实现思路
本专利技术的一个实施例是一种固态开关系统。其他实施例包括用于固态开关系统的装置、系统、设备、硬件、方法和组合。根据随之所提供的描述和附图，本申请的其他实施例、形式、特征、方面、益处和优点将变得显而易见。附图说明本文中参考附图进行描述，其中相同的附图标记在若干视图中指代相同的部分，并且其中图1示意性地图示了根据本专利技术的实施例的电气系统的非限制性示例的一些方面。图2图示了根据本专利技术的实施例的可以被容纳的电机的启动期间的冲击电流或过电流的非限制性示例的一些方面。图3示意性地图示了根据本专利技术的实施例的固态开关以及在高于和低于电流阈值的操作期间的代表性电流的非限制性示例的一些方面。图4图示了根据本专利技术的实施例的FET型器件、晶闸管型器件以及组合后的FET型器件和晶闸管型器件的损耗曲线的非限制性示例的一些方面。图5示意性地图示了根据本专利技术的实施例的固态开关的非限制性示例的一些方面。图6示意性地图示了根据本专利技术的实施例的固态开关的非限制性示例的一些方面。图7示意性地图示了根据本专利技术的实施例的固态开关的非限制性示例的一些方面。图8示意性地图示了根据本专利技术的实施例的固态开关的非限制性示例的一些方面。图9示意性地图示了根据本专利技术的实施例的用于控制至少一个FET型器件和至少一个晶闸管型器件的控制电路的非限制性示例的一些方面。图10示意性地图示了根据本专利技术的实施例的用于协调至少一个FET型器件和至少一个晶闸管型器件的输出的控制算法的非限制性示例的一些方面。图11示意性地图示了根据本专利技术的实施例的用于控制至少一个FET型器件和至少一个晶闸管型器件的逻辑和命令/控制信号的非限制性示例的一些方面。图12示意性地图示了根据本专利技术的实施例的用于控制至少一个FET型器件和至少一个晶闸管型器件的控制电路的非限制性示例的一些方面。图13示意性地图示了根据本专利技术的实施例的用于晶闸管型器件的栅极驱动器电路的实现的非限制性示例的一些方面。图14示意性地图示了根据本专利技术的实施例的用于FET型器件的栅极驱动器电路的实现的非限制性示例的一些方面。图15示意性地图示了根据本专利技术的实施例的用于控制至少一个FET型器件和至少一个晶闸管型器件的控制电路的实现的非限制性示例的一些方面。图16示意性地图示了根据本专利技术的实施例的用于控制至少一个FET型器件和至少一个晶闸管型器件的控制电路的实现的非限制性示例的一些方面。图17示意性地图示了根据本专利技术实施例的用于控制至少一个FET型器件和至少一个晶闸管型器件的逻辑和命令/控制信号的非限制性示例的一些方面。图18示意性地图示了根据本专利技术的实施例的用于控制至少一个FET型器件和至少一个晶闸管型器件的控制电路的实现的非限制性示例的一些方面。图19示意性地图示了根据本专利技术的实施例的用于控制至少一个FET型器件和至少一个晶闸管型器件的控制电路的实现的非限制性示例的一些方面。图20示意性地图示了根据本专利技术的实施例的用于控制至少一个FET型器件和至少一个晶闸管型器件的控制电路的实现的非限制性示例的一些方面。图21示意性地图示了根据本专利技术的实施例的用于控制至少一个FET型器件和至少一个晶闸管型器件的控制电路的实现的非限制性示例的一些方面。图22示意性地图示了根据本专利技术的实施例的用于控制至少一个FET型器件和至少一个晶闸管型器件的控制电路的实现的非限制性示例的一些方面。图23示意性地图示了根据本专利技术的实施例的用于操作至少一个FET型器件和至少一个晶闸管型器件的逻辑和命令/控制信号的非限制性示例的一些方面。具体实施方式为了促进对本专利技术的原理的理解，现在参考附图中所图示的实施例，并且使用特定语言描述这些实施例。然而，应当理解，没有因此旨在限制本专利技术的范围。本专利技术所涉及领域的技术人员通常会想到所描述的实施例中的任何改变和进一步修改、以及如本文中所描述的本专利技术的原理的任何进一步应用。参照图1，示意性地图示了根据本专利技术的实施例的电气系统10的非限制性示例的一些方面。电气系统10包括电源12、耦合到电源12的固态开关系统14、通信地耦合到固态开关系统14的命令输入16、以及耦合到固态开关系统14的电气设备18。电源12是AC电源，诸如公用电网或设施电网或发电机系统、或任何其他AC电源。固态开关系统14是可操作以将电气设备18连接到电源12和将电气设备18与电源12断开连接的开关。电气设备18可以采用多种形式中的任一种或多种形式。例如，在一种形式中，电气设备18是额定功率为1kW-5kW的电机，诸如感应电动机或任何其他类型的电动机。在其他实施例中，电气设备18可以是额定功率小于1kW的电动机、或者额定功率大于5kW的电动机。在其他实施例中，电气设备18可以是通过电力供电的任何类型的机器、系统或设备。在一些实施例中，固态开关系统14可以是断路器系统或其一部分，并且电气设备18可以是用于向任何数目的、电耦合到其的电动装置供电的电路，例如但不限于，一个或多个电动机、电器、HVAC系统、工具系统(包括机床、手动工具和其他电动工具)、计算机系统、照明系统、输送系统、化学或其他处理系统、办公系统、建筑和/或设施系统、和/或由50Hz、60Hz或任何其他合适频率的AC电压/电流供电的任何其他类型的电动专利技术。电路的性质可以是市政、工业、家庭或其他。在其他实施例中，固态开关系统14可以是固态继电器、接触器或任何其他类型的接通/关断开关系统。电气设备18具有额定电流，并且具有与其相关联的冲击电流，例如，电气设备18可以在某些操作条件下(例如，在电气设备18的全部或一部分的启动期间或在电气设备18的全部或一部分的状态改变(例如，操作状态改变)期间)汲取冲击电流。固态开关系统14包括具有固态开关元件的固态开关20、以及栅极驱动器22。固态开关20可以设置在例如壳体或外壳或机柜或其他保护结构(未示出)中。在一种形式中，固态开关20是固态接触器。在其他实施例中，固态开关20可以是继电器、断路器或断路器开关，或用于工业、家庭、办公室、车间、市政或任何其他目的的任何其他类型的开关。固态开关系统14的实施例可以用于单相系统、两相系统和三相系统、以及其他多相系统。栅极驱动器22可操作以提供栅极驱动信号以控制固态开关20的固态开关元件以准许或阻止电流流过开关20。在一些实施例中，固态开关20可以包括电流隔离器。在一些实施例中，开关14(例如，栅极驱动器22或另一控制器或系统)可以包括故障检测电路和保护电路，例如，断路器保护电路，其可操作以引导栅极驱动器22将电气设备18与电源12断开连接，例如，响应于检测到的短路条件、接地故障条件或其他安全或其他故障检测。在一种形式中，对于三相电气系统10，单独开关20和栅极驱动器22用于每个a相、b相和c相。在一些三相实施例中，公共栅本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固态开关系统，用于将电气设备连接到电源以及将所述电气设备与所述电源断开连接，包括：第一端子，被构造为用于耦合到电源并且从所述电源接收电力；第二端子，被构造为用于从所述电源向所述电气设备输送电力；至少一个FET型器件，耦合到所述第一端子和所述第二端子；至少一个晶闸管型器件，与所述至少一个FET型器件并联地耦合到所述第一端子和所述第二端子；以及栅极驱动器，可操作以向所述至少一个FET型器件以及向所述至少一个晶闸管型器件发送栅极驱动信号，以用于向所述电气设备提供电流；其中所述栅极驱动器被构造为控制所述电流在所述至少一个FET型器件与所述至少一个晶闸管型器件之间的分流。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.07.22 US 62/365,767;2017.04.24 US 15/495,0911.一种固态开关系统，用于将电气设备连接到电源以及将所述电气设备与所述电源断开连接，包括：第一端子，被构造为用于耦合到电源并且从所述电源接收电力；第二端子，被构造为用于从所述电源向所述电气设备输送电力；至少一个FET型器件，耦合到所述第一端子和所述第二端子；至少一个晶闸管型器件，与所述至少一个FET型器件并联地耦合到所述第一端子和所述第二端子；以及栅极驱动器，可操作以向所述至少一个FET型器件以及向所述至少一个晶闸管型器件发送栅极驱动信号，以用于向所述电气设备提供电流；其中所述栅极驱动器被构造为控制所述电流在所述至少一个FET型器件与所述至少一个晶闸管型器件之间的分流。2.根据权利要求1所述的固态开关系统，其中所述分流取决于所述电流的幅度。3.根据权利要求1所述的固态开关系统，其中所述栅极驱动器被构造为在标称电流条件下向所述至少一个FET型器件以及向所述至少一个晶闸管型器件提供第一组栅极驱动信号；其中所述栅极驱动器被构造为在冲击电流条件下向所述至少一个FET型器件以及向所述至少一个晶闸管型器件提供第二组栅极驱动信号；并且其中所述第二组栅极驱动信号与所述第一组栅极驱动信号不同。4.根据权利要求3所述的固态开关系统，所述电气设备具有额定电流，其中所述标称电流条件是约等于或小于所述额定电流的电流。5.根据权利要求3所述的固态开关系统，其中所述第一组栅极驱动信号可操作以在所述标称电流条件期间，引导所述电流通过所述至少一个FET型器件和所述至少一个晶闸管型器件中的每个器件。6.根据权利要求3所述的固态开关系统，其中所述第一组栅极驱动信号可操作以在所述标称电流条件期间，引导所述电流仅通过所述至少一个FET型器件。7.根据权利要求3所述的固态开关系统，其中所述第二组栅极驱动信号可操作以在所述冲击电流条件期间，引导所述电流通过所述至少一个FET型器件和所述至少一个晶闸管型器件中的每个器件。8.根据权利要求3所述的固态开关系统，其中所述第二组栅极驱动信号可操作以在所述冲击电流条件期间，引导所述电流仅通过所述至少一个晶闸管型器件。9.根据权利要求1所述的固态开关系统，其中所述栅极驱动器可操作以接收用以向所述电气设备供应电流的命令信号；其中所述栅极驱动器被构造为将用以接通所述至少一个FET型器件的控制信号从所述命令信号的开始起延迟第一时间延迟；并且其中所述栅极驱动器被构造为将用以接通所述至少一个晶闸管型器件的控制信号从所述命令信号的开始起延迟第二时间延迟。10.根据权利要求9所述的固态开关系统，其中所述第一时间延迟和所述第二时间延迟被配置为引导所述至少一个FET型器件和所述至少一个晶闸管型器件同时接通。11.根据权利要求9所述的固态开关系统，其中所述第二时间延迟大于所述第一时间延迟。12.根据权利要求9所述的固态开关系统，其中所述第一时间延迟大于所述第二时间延迟。13.根据权利要求1所述的固态开关系统，其中所述栅极驱动器可操作以接收用以向所述电气设备供应所述电流的命令信号；其中所述栅极驱动器被构造为将用以关断所述至少一个FET型器件的控制信号从所述命令信号的结束起延迟第一时间延迟；并且其中所述栅极驱动器被构造为将用以关断所述至少一个晶闸管型器件的控制信号从所述命令信号的结束起延迟第二时间延迟。14.根据权利要求13所述的固态开关系统，其中所述第二时间延迟大于所述第一时间延迟。15.根据权利要求13所述的固态开关系统，其中所述第一时间延迟大于所述第二时间延迟。16.根据权利要求13所述的固态开关系统，其中所述栅极驱动器被构造为：在响应于所述命令信号的所述结束而关断所述至少一个FET型器件的同时，接通所述至少一个晶闸管型器件。17.根据权利要求1所述的固态开关系统，其中所述栅极驱动器可操作以接收用以停止向所述电气设备供应所述电流的命令；并且其中所述栅极驱动器被构造为：响应于所述命令而关断所述至少一个FET型器件，同时所述至少一个晶闸管型器件仍然被接通。18.根据权利要求1所述的固态开关系统，其中所述栅极驱动器可操作以接收用以停止向所述电气设备供应电流的命令；并且其中所述栅极驱动器被构造为：响应于所述命令而同时关断所述至少一个FET型器件并且接通所述至少一个晶闸管型器件。19.根据权利要求1所述的固态开关系统，其中所述至少一个FET型器件具有第一功率损耗曲线，所述第一功率损耗曲线基于与所述电气设备相关联的额定电流；其中所述至少一个晶闸管型器件具有第二功率损耗曲线，所述第二功率损耗曲线基于与所述电气设备相关联的浪涌电流和启动电流；并且其中所述栅极驱动器被构造为基于经由所述第一功率损耗曲线与所述第二功率损耗曲线之间的相关性而确定的阈值来控制所述电流的分流。20.一种固态开关系统，用于将电气设备连接到电源以及将所述电气设备与所述电源断开连接，包括：命令输入，可操作以提供命令信号，以用于命令所述电气设备的连接或断开连接；至少一个FET型器件，耦合到所述电气设备和所述电源；至少一个晶闸管型器件，与所述至少一个FET型器件并联地耦合到所述电气设备和所述电源；第一栅极驱动器电路，耦合到所述至少一个FET型器件，并且可操作以向所述至少一个FET型器件提供第一栅极驱动信号，其中所述第一栅极驱动信号是连续信号；第二栅极驱动器电路，耦合到所述至少一个晶闸管型器件，并且可操作以向所述至少一个晶闸管型器件提供第二栅极驱动信号；以及隔离电源，耦合到所述第一栅极驱动器电路，并且可操作以向所述第一栅极驱动器电路供电，以用于生成所述第一栅极驱动信号。21.根据权利要求20所述的固态开关系统，还包...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·凯罗利，L·霍夫施泰特尔，M·巴托尔，R·比尼，M·拉希莫，
申请(专利权)人：ABB瑞士股份有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH