用于直流电弧检测/抑制的方法和设备技术

一些实施例涉及一种检测和抑制器件处的直流电弧的设备，并且特别适用于车辆线束。设备可以包括检测器电路，其电连接至输入端子和输出端子以与器件并联电连接，检测器电路被配置为当器件在断开与闭合位置之间操作时，检测在器件两端的显著电压尖峰。检测器电路还可以被配置为在检测到显著电压尖峰时发送控制信号。检测器电路可以包括进行显著电压尖峰的检测和控制信号的发送二者并且直接彼此电连接的多个电路元件。开关电路在接收到控制信号时从器件的电源侧向器件的负载侧导通电力。

Methods and equipment for DC arc detection / suppression

【技术实现步骤摘要】
用于直流电弧检测/抑制的方法和设备
一些实施例涉及诸如在汽车线束的环境下的用于直流电弧检测和/或抑制的方法和设备，然而，可以设想，所公开的实施例可以应用于受益于所公开的技术的使用的任何其他环境中。
技术介绍
电弧(还称为电弧放电)是产生持续放电的气体的电击穿。经过介质的电流产生等离子体，该等离子体可产生可见光。电弧放电涉及比辉光放电低的电压，并且基于电子的从支持电弧的电极的热电子发射。电弧由于电子和正离子二者的大约相等的有效温度而部分区别于辉光放电，而辉光放电涉及具有比电子的热能少得多的离子。更具体地，电弧与辉光放电的不同之处在于电流密度是高的，并且电弧中的电压降是低的。实际上，阴极处的电流密度可以高达每平方厘米一兆安。电弧提供具有最高电流密度的放电，并且仅通过外部电路限制介由电弧的最大电流。电极间距的击穿电压是电极之间的压力、距离和温度以及电极周围的气体类型的综合作用。电弧可能发生在直流(DC)电路或交流(AC)电路中，并且能够通过初始接触而后被分开的两个电极而引发。例如，电弧能够通过分开开关、继电器或断路器中的电触点而产生。电弧是持续的放电，而类似的电火花放电是瞬时的。当在具有不同电压的部位之间形成低电阻通道(异物、导电灰尘、水分等)时也能够产生电弧作用。导电通道能够有助于电弧的形成。离子化空气具有接近金属的高导电率，并且其能够导通极高的电流，导致短路并且触发保护装置(熔断器和断路器)。当灯泡烧坏并且灯丝的碎片在灯泡内的引线之间拉出电弧时也可发生类似的情况，这导致过电流并且触发断路器。沿着持续的电弧的电阻产生热量，其将更多气体分子离子化，并且离子化程度由温度决定。电弧具有电流与电压之间的非线性关系。一旦诸如通过从辉光放电发展或者通过瞬间接触电极然后将它们分开来创造电弧，增大的电流导致电弧端子间的较低的电压。负电阻导致正阻抗，即电镇流器，其被置于电路中以维持稳定的电弧。因为电弧从固定电压的供应中引起渐增的电流，直到设备损坏或损毁，所以设备中不受控制的电弧能够是非常具有破坏性的。
技术实现思路
意外的或不期望的电弧作用能够在很多不同的情况下产生，包括汽车电气部件和布线，诸如汽车线束方面。该情况下的电弧作用对电力输送、分配系统和电子设备具有不利影响。可能引起电弧作用的装置包括开关、断路器、继电器触点、熔断器和不良的电缆端接。当切断感应电路时，电流不能立即变为零，因此可能在分开的触点之间形成过渡电弧。如果电路具有足够的电流和电压以维持开关装置外部形成的电弧，则电弧将能引起设备的损坏。该损坏的形式可以为导体的熔化、绝缘体的破坏、起火等。电弧还从在电弧周围的空气形成新的化合物，诸如氮氧化物和臭氧。这些化合物可以通过继电器和电机换向器中的高功率触点产生，并且对邻近的金属表面具有腐蚀性。电弧作用还侵蚀触点表面，磨损触点表面并且当闭合时产生高接触电阻。能够通过触点电弧抑制器和阻容吸收，或者通过如下技术来减少接触器、继电器和开关的电触点处的不期望的电弧作用：包括浸入变压器油、介电气体或真空、灭弧室、磁性灭弧、气动灭弧、牺牲电弧触点、阻尼材料以吸收电弧能量，或者用热或通过化学分解这些技术。还能够使用禁用电源的基于MCU的闭环控制以及使用基于电容器、光耦合器和三端双向可控硅开关的控制电路来减少、抑制或消除电弧作用。然而，现有技术的电弧抑制技术在例如汽车应用方面具有一个以上的缺点。这些缺点包括但不限于表现出性能限制、昂贵、复杂、难以安装、缺乏耐用性和/或寿命等。因此提供一种诸如用于汽车应用的处理和解决现有技术的一个或多个上述缺点的用于直流电弧检测和/或抑制的方法和设备是有益的。一些公开的实施例具体涉及在汽车应用中表现出更高的性能和成本效益的直流电弧检测和/或抑制方法和设备。一般地，一些实施例包括被配置为并且能够用于检测直流电弧作用条件并且提供针对电弧作用能量的旁路的电路，其产生各种优点，诸如保护汽车线束器件，例如连接器、触点连接等。在一些实施例中，当端子触点断开或闭合时捕捉电压并且使电压成形为持续时间脉冲，这使得FET或旁路电路能够以设定的时间将电弧能量分流，这对于降低或抑制电弧是有帮助的或必要的。然后电路关断，使得不为电路引入额外的电力(或减少量)。这些实施例当中的一些实施例提供较高的性能(例如与现有技术相比性能提高了50％)，和/或降低的制造成本(例如与现有技术相比降低了70％)。因此一些实施例涉及一种检测并抑制器件的直流电弧的设备，器件将电源连接至负载，并且器件被配置为能够在阻断电力流动的断开位置与使得电力能流动的闭合位置之间操作。设备可以包括电连接至器件的电源侧的输入端子；以及电连接至器件的负载侧的输出端子。检测器电路电连接至输入端子和输出端子以与器件并联电连接，检测器电路被配置为当器件在断开与闭合位置之间操作时检测在器件两端的显著电压尖峰。检测器电路还被配置为在检测到显著电压尖峰时发送控制信号。检测器电路包括进行显著电压尖峰的检测和控制信号的发送二者并且直接彼此电连接的多个电路元件。开关电路在接收到控制信号时从器件的电源侧向器件的负载侧导通电力。在一些实施例中，所述显著电压尖峰构成了足以在所述器件内引起电弧的电压。在一些实施例中，所述检测器电路包括直接电连接至所述输入端子的电容器，和在所述输入端子的相对侧直接电连接至所述电容器的电阻器，所述电阻器也直接电连接至所述输出端子。所述电阻器能够提供至少10KΩ的阻抗。在一些实施例中，所述检测器电路包括在所述输入端子的相对侧直接电连接至所述电容器的二极管，和直接电连接至所述二极管的齐纳二极管。所述检测器电路还可以包括在所述二极管的相对侧直接电连接至所述齐纳二极管的另一电阻器，所述另一电阻器直接电连接至所述输出端子，使得所述电阻器与所述齐纳二极管相对于彼此并联。所述另一电阻器能够提供基本比所述电阻器所提供的阻抗低的阻抗。在一些实施例中，所述开关电路包括固态可触发开关，该固态可触发开关被配置为接收来自所述检测器电路的所述控制信号，并且当接收到所述控制信号时，从所述输入端子向所述输出端子导通电力。所述固态可触发开关可以是场效应晶体管(FET)。所述开关电路还可以包括将所述固态可触发开关电连接至所述输入端子的二极管，所述二极管被配置为限制所述输入端子与所述固态可触发开关之间的电流。所述固态可触发开关可以是可控硅整流器或光电开关。一些实施例涉及一种检测和抑制器件处的直流电弧的方法，器件将电源连接至负载，并且器件被配置为能够在阻断电力流动的断开位置与使得电力流动的闭合位置之间操作。所述方法可以包括：将输入端子电连接至所述器件的电源侧；将输出端子电连接至所述器件的负载侧；将检测器电路电连接至所述输入端子和所述输出端子，从而与所述器件并联电连接，所述检测器电路被配置为当所述器件在所述断开位置与所述闭合位置之间操作时检测在所述器件两端的显著电压尖峰，所述检测器电路还被配置为在检测到所述显著电压尖峰时发送控制信号，所述检测器电路包括实现所述显著电压尖峰的检测和所述控制信号的发送二者的彼此直接电连接的多个电路元件；以及在开关电路接收到所述控制信号时从所述器件的所述电源侧向所述器件的所述负载侧导通电力。附图说明现在将参考作为示例给出的设备和方法的示例性实施例并参考附图更详细地描述本申请本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于检测并抑制器件的直流电弧的设备，所述器件将电源连接至负载，并且所述器件被配置为能够在阻断电力流动的断开位置与使电力流动的闭合位置之间操作，所述设备包括：输入端子，该输入端子电连接至所述器件的电源侧；输出端子，该输出端子电连接至所述器件的负载侧；检测器电路，该检测器电路电连接至所述输入端子和所述输出端子，从而与所述器件并联电连接，所述检测器电路被配置为，当所述器件在所述断开位置与所述闭合位置之间操作时，检测在所述器件两端的显著电压尖峰；所述检测器电路还被配置为，在检测到所述显著电压尖峰时发送控制信号，所述检测器电路包括彼此直接电连接的多个电路元件，该多个电路元件进行所述显著电压尖峰的检测和所述控制信号的发送这二者；以及开关电路，该开关电路在接收到所述控制信号时，从所述器件的所述电源侧向所述器件的所述负载侧导通电力。

【技术特征摘要】
2018.04.06 US 15/947,6021.一种用于检测并抑制器件的直流电弧的设备，所述器件将电源连接至负载，并且所述器件被配置为能够在阻断电力流动的断开位置与使电力流动的闭合位置之间操作，所述设备包括：输入端子，该输入端子电连接至所述器件的电源侧；输出端子，该输出端子电连接至所述器件的负载侧；检测器电路，该检测器电路电连接至所述输入端子和所述输出端子，从而与所述器件并联电连接，所述检测器电路被配置为，当所述器件在所述断开位置与所述闭合位置之间操作时，检测在所述器件两端的显著电压尖峰；所述检测器电路还被配置为，在检测到所述显著电压尖峰时发送控制信号，所述检测器电路包括彼此直接电连接的多个电路元件，该多个电路元件进行所述显著电压尖峰的检测和所述控制信号的发送这二者；以及开关电路，该开关电路在接收到所述控制信号时，从所述器件的所述电源侧向所述器件的所述负载侧导通电力。2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述显著电压尖峰构成足以在所述器件内引起电弧的电压。3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述检测器电路包括直接电连接至所述输入端子的电容器。4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述检测器电路包括在所述输入端子的相对侧直接电连接至所述电容器的电阻器，所述电阻器还直接电连接至所述输出端子。5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述电阻器提供至少10KΩ的阻抗。6.根据权利要求4所述的设备，其中，所述检测器电路包括在所述输入端子的所述相对侧直接电连接至所述电容器的二极管。7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述检测器电路包括直接电连接至所述二极管的齐纳二极管。8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述检测器电路包括在所述二极管的相对侧直接电连接至所述齐纳二极管的另一电阻器，所述另一电阻器直接电连接至所述输出端子，使得所述电阻器与所述齐纳二极管相对于彼此并联。9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述另一电阻器提供比所述电阻器所提供的阻抗显著小的阻抗。10.根据权利要求8所述的设备，其中，所述开关电路包括固态可触发开关，该固态可触发开关被配置为，接收来自所述检测器电路的所述控制信号，并且当接收到所述控制信号时，从所述输入端子向所述输出端子导通电力。11.根据权利要求10所述的设备，其中，所述固态可触发开关是场效应晶体管FET。12.根据权利要求10所述的设备，其中，所述开关电路包括将所述固态可触发开关电连接至所述输入端子的二极管，所述二极管被配置为限制所述输入端子与所述固态可触发开关之间的电流。13.根据权利要求10所述的设备，其中，所述固态可触发...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴媛媛，
申请(专利权)人：矢崎北美投资有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US