固态电路中断器制造技术

一种电路中断器，包含固态开关和模式控制电路。所述固态开关串联连接在所述电路中断器的线路输入端和负载输出端之间。所述模式控制电路配置为执行第一控制模式和第二控制模式以控制所述电路中断器的工作。所述第一控制模式配置为在所述电路中断器上电期间为所述固态开关生成自偏置接通阈值电压，同时保持所述固态开关处于关闭状态直到生成所述自偏置接通阈值电压。所述第二控制模式配置为中断所述自偏置接通阈值电压并将所述固态开关置于关闭状态。闭状态。闭状态。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】固态电路中断器
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请是2018年10月1日提交的美国专利申请序列号16/149,094的部份接续申请案，其公开内容通过引用的方式并入本文。


[0003]本公开一般涉及电力控制系统和装置，特别是用于在故障条件或危险条件下中断电力负载的固态电路中断器装置和系统。

技术介绍

[0004]电路中断器是配电系统中的重要组成部分，通常位于给定建筑或住宅结构内的输入大电流公用供应电路和小电流分支电路之间，以保护分支电路导体和电气负载不受过电流条件的影响。过电流条件有几种类型，包含过载条件和故障条件。过载条件被定义为设备的工作超过了其正常的满载额定值，或支路超过了其载流容量，当过载持续足够长的时间，将导致损坏或危险的过热。故障条件包括非计划中的或意外的负载条件，该类条件通常会产生比过载高得多的过电流条件，这取决于故障的阻抗。产生最大过电流状态的故障称为短路或“螺栓故障”。
[0005]常规的电路中断器本质上是机电的，并且具有电触头，电触头通过操作杆的手动干预物理分离或当故障条件或长时间过电流条件发生时自动分离，在这些情况下，电路中断器被视为“跳闸”。断路器的电触头分离可以通过电磁或机械方式进行，也可以两者结合进行。
[0006]常规的电路中断器的一个严重问题是，由于常规中断器的机电结构，它们对故障条件反应缓慢。常规的电路中断器通常需要至少几毫秒来隔离故障条件。缓慢的反应时间是不可取的，因为它提升了危险火灾、电气设备损坏、电弧闪光的风险，当螺栓故障没有足够快地隔离时，这些风险可能发生在短路位置。电弧闪光是电导体的电爆炸，该电导体会产生短路条件。电弧闪光的能量释放可以在终端产生超过35,000℉的温度，导致金属导体快速汽化、熔化金属爆炸以及以极端力量向外喷射的等离子体膨胀。因此，电弧闪光对生命、财产和电气设备极其危险，特别是在气体泄漏风险很大的工业和住宅应用中。
[0007]除了在隔离故障方面速度较慢之外，常规的电路中断器在响应故障或长时间过电流条件时，跳闸时间和电流跳闸限制也都有很大的变化。这种变化主要是由于断路器装置的机电设计的限制，以及安装应力和温度变化等物理因素的影响。跳闸时间和电流跳闸限制的变化本身可能因装置而异，即使装置是相同的类型、有相同的额定值、属于相同的制造商。
[0008]常规的电路中断器一旦跳闸就能提供强隔离能力。然而，它们的反应时间慢、缺乏精确性和高度的可变性都是非常不可取的特征。不仅反应时间慢导致对可能出现的电弧闪光的保护不足，而且高度的可变性和缺乏精确性使得在一个复杂系统中几乎不可能协调多个电路中断器。
[0009]作为一种保护装置，即使故障电流大大超过电路中断器跳闸电流额定值，电路中断器也必须能够从公用供应电路中隔离故障，从而防止故障成为内部单点故障。电路中断器的安培遮断容量(AIC)额定值指示当电路中断器装置的负载侧发生故障时，电路中断器装置能够安全清除的最大故障电流(以安培为单位)。电路中断器装置的AIC额定值是指电路中断器装置在不发生故障的情况下，可被电路中断器装置中断的最大故障电流。AIC额定值对短路保护水平的要求非常高，而家用电路中断器的AIC额定值通常在10,000安培以上。

技术实现思路

[0010]本公开的实施例包含用于中断从电源到负载的电力的固态电路中断器装置和系统。例如，在一个实施例中，电路中断器包括固态开关和模式控制电路。所述固态开关串联连接在所述电路中断器的线路输入端和负载输出端之间，并且配置为置于(i)接通状态和(ii)关闭状态中的一种，其中置于接通状态以提供线路输入端和负载输出端之间的电气通路中的电气连接。所述模式控制电路配置为执行第一控制模式和第二控制模式以控制所述电路中断器的工作。所述第一控制模式配置为在所述电路中断器上电期间为所述固态开关生成自偏置接通阈值电压，同时保持所述固态开关处于所述关闭状态直到生成所述自偏置接通阈值电压。所述第二控制模式配置为中断所述自偏置接通阈值电压并将所述固态开关置于所述关闭状态。
[0011]在另一个实施例中，电路中断器包括固态开关、气隙电磁开关、开关控制器、过零传感器和电流传感器。所述固态开关和所述气隙电磁开关串联连接在所述电路中断器的线路输入端和负载输出端之间。所述开关控制器配置为控制所述固态开关和所述气隙电磁开关的工作。所述过零传感器配置为检测输入到所述电路中断器的所述线路输入端的电源波形的过零点。所述电流传感器配置为感测在所述线路输入端与所述负载输出端之间的所述电气通路中流动的电流，并且检测故障条件。响应由所述电流传感器对故障条件的检测，所述开关控制器配置为生成开关控制信号，以(i)将所述固态开关置于关闭状态和(ii)将所述固态开关置于所述关闭状态后，将所述气隙电磁开关置于断开状态。所述开关控制器利用所述过零传感器输出的过零检测信号来检测所述电源波形的过零事件并且响应所述检测到的过零事件将所述气隙电磁开关置于所述断开状态。
[0012]其它实施例将在以下对实施例的详细描述中加以描述，这些描述应与附图一起阅读。
附图说明
[0013]图1A示意性地说明了电路中断器的一个常规实施例。
[0014]图1B示意性地说明了电路中断器的另一常规实施例。
[0015]图1C示意性地说明了电路中断器的另一常规实施例。
[0016]图2示意性地说明了根据本公开一个实施例的固态电路中断器。
[0017]图3示意性地说明了根据本公开的另一实施例的固态电路中断器。
[0018]图4示意性地说明了根据本公开的另一实施例的固态电路中断器。
[0019]图5示意性地说明了根据本公开的另一实施例的固态电路中断器。
[0020]图6示意性地说明了根据本公开的另一实施例的固态电路中断器。
[0021]图7示意性地说明了根据本公开的另一实施例的固态电路中断器。
[0022]图8示意性地说明了根据本公开的另一实施例的固态电路中断器。
[0023]图9A说明了输入到图8的固态电路中断器的线路侧的电源电压波形。
[0024]图9B说明了当图8的电路中断器的固态开关处于关闭状态并且电路中断器的气隙电磁开关处于闭合状态时，固态电路中断器的负载侧的输出电压波形。
[0025]图10是根据本公开一个实施例，由图8的固态电路中断器的开关控制器实现的开关控制过程的流程图。
[0026]图11A是根据本公开一个实施例，可在图8的固态电路中断器中实现的AC
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DC转换器电路的示意框图。
[0027]图11B是根据本公开一个实施例，图11A的AC
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DC转换器电路的示意电路图。
具体实施方式
[0028]本公开的实施例将进一步详细地描述用于基于故障条件(如短路故障、过电流故障、接地故障、电弧故障等)检测和危险环境条件(如洪水、化学品泄漏、气体泄漏等)检测中断从电源到负载的电力的固态电路中断器装置和系统。应理解的是，在所有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种电路中断器，包括：固态开关，所述固态开关串联连接在所述电路中断器的线路输入端和负载输出端之间，并且配置为置于(i)接通状态和(ii)关闭状态中的一种，其中置于接通状态以提供所述线路输入端和所述负载输出端之间的电气通路中的电气连接；和模式控制电路，所述模式控制电路配置为执行第一控制模式和第二控制模式以控制所述电路中断器的工作；其中所述第一控制模式配置为在所述电路中断器上电期间为所述固态开关生成自偏置接通阈值电压，同时保持所述固态开关处于所述关闭状态直到生成所述自偏置接通阈值电压；和其中所述第二控制模式配置为中断所述自偏置接通阈值电压并将所述固态开关置于所述关闭状态。2.根据权利要求1所述的电路中断器，其中所述模式控制电路包括：自偏置电路，所述自偏置电路包括钳压电路和第一控制开关；其中所述钳压电路配置为在所述电路中断器上电期间利用从应用到所述电路中断器的所述线路输入端的输入电源得出的电流为所述固态开关生成所述自偏置接通阈值电压；和其中所述第一控制开关配置为短接所述固态开关的控制输入，以保持所述固态开关处于关闭状态直到生成所述自偏置接通阈值电压。3.根据权利要求2所述的电路中断器，其中所述钳压电路包括并联的电容和齐纳二极管。4.根据权利要求2所述的电路中断器，其中所述自偏置电路包括耦合到所述第一控制栅极的控制栅极的电阻
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电容(RC)网络，其中所述RC网络在所述电路中断器上电期间利用从应用到所述电路中断器的所述线路输入端的所述输入电源得出的电流充电，其中所述RC网络配置为具有RC时间常数，所述RC时间常数对应于不小于在所述电路中断器上电期间为所述固态开关生成所述自偏置接通阈值电压所需时段的时段。5.根据权利要求2所述的电路中断器，其中所述自偏置电路包括运算放大器，所述运算放大器具有连接到所述钳压电路的输入和连接到所述第一控制开关的控制栅极的输出，其中所述运算放大器配置为在生成所述自偏置接通阈值电压期间保持所述第一控制开关处于接通状态，并在生成所述自偏置接通阈值电压后将所述第一控制开关置于关闭状态，从而控制所述第一控制开关的工作。6.根据权利要求1所述的电路中断器，其中所述模式控制电路包括第二控制开关，所述第二控制开关配置为短接所述固态开关的控制输入并中断所述自偏置接通阈值电压以响应所述第二控制开关的激活而将所述固态开关置于关闭状态。7.根据权利要求6所述的电路中断器，还包括传感器电路，所述传感器电路配置为生成控制信号以响应所述传感器电路检测到保证将所述固态开关置于所述关闭状态的条件来激活所述第二控制开关。8.根据权利要求7所述的电路中断器，其中所述传感器电路包括电流传感器，所述电流传感器配置为感测在所述线路输入端与所述负载输出端之间的所述电气通路中流动的电流，并且检测故障条件，其中所述故障条件包括短路故障条件、过电流故障条件、电弧故障
条件和接地故障条件中的一种。9.根据权利要求7所述的电路中断器，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：马克，
申请(专利权)人：因特莱索有限责任公司，
类型：发明
国别省市：