公开了固态断路器保护的独特系统、方法、技术和装置。一个示例性实施例是一种固态断路器，该固态断路器包括主开关器件，该主开关器件包括第一端子和第二端子；以及电压钳位电路，该电压钳位电路与主开关器件并联耦合。电压钳位电路包括金属氧化物变阻器(MOV)，该MOV被串联耦合在第一端子与辅助半导体器件之间，该辅助半导体器件被布置为选择性地将MOV与第二端子耦合；以及旁路电路，该旁路电路被耦合在第一端子与辅助半导体器件之间。在第一端子与辅助半导体器件之间。在第一端子与辅助半导体器件之间。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于固态断路器的电压钳位电路
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请根据35U.S.C.119(e)要求于2018年11月21日提交的题为“VOLTAGE CLAMPING CIRCUIT FOR SOLID STATE CIRCUIT BREAKER”的美国临时专利申请号62/770,306的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
[0003]本公开总体涉及固态断路器(SSCB)保护。金属氧化物变阻器(MOV)被广泛用于保护SSCB中的主开关器件免受过压损坏，并且在过流故障中断期间吸收线路阻抗中的多余能量。当根据操作电压选取合适MOV时，存在两个要求。首先，MOV的峰值钳位电压应当低于主开关器件的击穿电压。其次，MOV的泄露电流应当足够低，以确保所得功率损耗在MOV的功率耗散能力之内。当源电压(或系统电压)接近主开关器件的击穿电压时，这些要求要求MOV具有小操作区域，如图1所示，其中MOV操作区域105受主开关器件的击穿电压101和在正常操作期间流过SSCB的功率的源电压103的限制。现有SSCB存在若干个缺陷和缺点。在某些传统设计中，由于MOV的电压操作区域较大，一次性电压裕度被添加到在功率半导体开关的功率源电压，从而降低了电压利用率并且增加了开关的成本。鉴于本领域中的这些和其他缺陷，非常需要本文中所公开的独特装置、方法、系统和技术。
[0004]说明性实施例的公开内容
[0005]为了清楚、简明和准确描述本公开的非限制性示例性实施例、这些示例性实施例的制作和使用的方式和过程，并且为了使得能够实践、制作和使用这些示例性实施例，现在，参考某些示例性实施例，这些示例性实施例包括图中所示的实施例，并且使用特定语言来描述这些实施例。然而，应当理解的是，没有因此产生对本公开内容的范围的限制，并且本公开包括并保护受益于本公开的本领域技术人员能够想到的示例性实施例的这种变更、修改和其他应用。
技术实现思路
[0006]本公开的示例性实施例包括用于固态断路器保护的独特系统、方法、技术和装置。本公开的其他实施例、形式、目的、特征、优点、方面和益处根据以下描述和附图变得显而易见。
附图说明
[0007]图1是图示了金属氧化物变阻器的电气特性的曲线图。
[0008]图2是图示了示例性固态断路器的电路图。
[0009]图3是图示了电流流过图2的示例性固态断路器的电路图。
[0010]图4A是图示了包括基于瞬态电压抑制(TVS)晶闸管的电压钳位电路的示例性固态断路器的电路图。
[0011]图4B是图示了诸如图4A的示例性固态断路器的TVS晶闸管之类的TVS晶闸管的电
气特性的曲线图。
[0012]图5A是图示了没有图4A的固态断路器的示例性旁路电路的固态断路器的电气特性的曲线图。
[0013]图5B至图6B是图示了图4A的示例性固态断路器的电气特性的曲线图。
[0014]图7是图示了包括基于绝缘栅双极晶体管(IGBT)的电压钳位电路的示例性固态断路器的电路图。
[0015]图8是图示了包括另一基于IGBT的电压钳位电路的示例性固态断路器的电路图。
具体实施方式
[0016]参考图2，示出了示例性固态断路器(SSCB)200，该SSCB 200被构造为控制电流流过并入SSCB 200的功率系统。应当领会，SSCB200可以在多种应用中实现，包括直流(DC)功率系统、低压配电系统、中压配电系统、以及高压传输系统，仅举几个示例。
[0017]SSCB 200包括主开关器件205，该主开关器件205包括第一端子201和第二端子203。在并入SSCB200的功率系统的正常操作期间，主开关器件205闭合，也称为接通，从而允许电流在端子201与端子203之间流动。响应于故障条件，主开关器件205断开，也称为关断，从而中断故障电流流过主开关器件205。故障条件可以包括其中故障电流超过电流阈值的过流状况，仅举一个示例。主开关器件205通过中断故障电流来响应故障条件以保护功率系统。
[0018]主开关器件205包括被构造为控制电流流动的一个或多个半导体开关，诸如绝缘栅双极晶体管(IGBT)、双极结型晶体管(BJT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、栅极关断晶闸管(GTO)、MOS控制晶闸管(MCT)、集成栅极换向晶闸管(IGCT)、碳化硅(SiC)开关、氮化镓(GaN)开关或任何其他类型的半导体开关。主开关器件205的一个或多个半导体开关可以串联、并联、反串联、反并联或其组合耦合。
[0019]SSCB 200包括电压钳位电路206，该电压钳位电路206被构造为在故障条件期间保护主开关器件205。电压钳位电路206包括金属氧化物变阻器(MOV)207、辅助半导体器件211和旁路电路209。MOV207和辅助半导体器件211被串联耦合在端子201与端子203之间，使得MOV 207和辅助半导体器件211与开关器件205并联耦合。旁路电路209耦合到辅助半导体器件211并且与MOV 207并联耦合。
[0020]MOV 207被构造为通过将故障电流转换为热量来耗散故障电流。随着故障电流继续流过旁路电路209，跨MOV 207的电压(也称为MOV 207电压)增加直到电压达到其中MOV 207被构造为钳位电压的电压，该钳位电压防止MOV 207电压进一步增加，也称为MOV 207钳位电压。辅助半导体器件211被构造为控制电流流过电压钳位电路206。辅助半导体器件211可以包括瞬态电压抑制(TSV)晶闸管、TVS二极管、IGBT或MOSFET，仅举几个示例。器件211还可以包括控制电路，该控制电路被构造为使用从旁路电路209接收的电流来操作器件211的半导体开关。
[0021]在功率系统的正常操作期间，关断辅助半导体器件211，从而降低MOV 207泄露电流并且阻断跨电压钳位电路206的电压的一部分。通过降低MOV泄露电流，电压钳位电路206被布置为在正常操作期间减少热应力和功率损失。通过阻断跨电压钳位电路206的电压的一部分，辅助半导体器件211降低了MOV 207的电压应力。
[0022]在故障条件期间，电压钳位电路206被构造为接通辅助半导体器件211，从而允许故障电流通过MOV 207流到端子203。辅助半导体器件211首先从旁路电路209接收故障电流与辅助半导体器件211导通之间发生短暂延迟。例如，在辅助半导体器件211包括TVS晶闸管的情况下，接通辅助半导体器件211可能需要几微秒(2μs至3μs)来构建器件内部载流子调制。作为延迟的结果，生成跨辅助半导体器件211的电压尖峰。
[0023]旁路电路209被构造为允许故障电流绕过MOV 207并且接通辅助半导体器件211。在某些实施例中，旁路电路209被构造为在没有控制电路的情况下接通辅助半导体器件211，从而简化了SSCB 200并且降低成本。通过绕过MOV 207，电压钳位电路206被构造为延迟MOV 207电压的增加，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】1.一种固态断路器(SSCB)，包括：主开关器件，包括第一端子和第二端子；以及电压钳位电路，与所述主开关器件并联耦合，所述电压钳位电路包括：金属氧化物变阻器(MOV)，被串联耦合在所述第一端子与辅助半导体器件之间，所述辅助半导体器件被布置为选择性地将所述MOV与所述第二端子耦合，以及旁路电路，被耦合在所述第一端子与所述辅助半导体器件之间。2.根据权利要求1所述的SSCB，其中所述电压钳位电路被构造为在所述主开关器件断开之后接收故障电流，并且其中所述辅助半导体器件被构造为响应于借助于所述旁路电路接收到所述故障电流而接通。3.根据权利要求2所述的SSCB，其中响应于所述辅助半导体器件被接通，所述故障电流从所述旁路电路换向到所述MOV。4.根据权利要求3所述的SSCB，其中在所述辅助半导体器件被接通之前，接通所述辅助半导体器件生成跨所述辅助半导体器件的电压尖峰，其中在所述辅助半导体器件被接通之后，MOV电压增加到MOV钳位电压，并且其中所述电压钳位电路被构造为使得所述电压尖峰与所述MOV电压的组合永远不会超过所述MOV钳位电压。5.根据权利要求1所述的SSCB，其中所述旁路电路被构造为允许故障电流从所述第一端子流向所述辅助半导体器件而不流过所述MOV，从而在所述MOV电压增加到MOV钳位电压之前有效接通所述辅助半导体器件。6.根据权利要求1所述的SSCB，其中所述电压钳位电路被构造为使得跨所述电压钳位电路的总钳位电压不超过MOV钳位电压。7.根据权利要求1所述的SSCB，其中所述辅助半导体器件包括瞬态电压抑制(TVS)晶闸管或TVS二极管，所述TVS晶闸管或所述TVS二极管被耦合在所述MOV与所述第二端子之间，并且其中所述旁路电路包括与所述MOV并联耦合的电容器。8.根据权利要求1所述的SSCB，其中所述辅助半导体器件包括开关器件和控制电路，其中所述开关器件和所述控制电路被耦合到所述旁路电路。9.根据权利要求8所述的SSCB，其中所述旁路电路包括电容器，所述电容器被耦合到所述控制电路并且与所述MOV并联耦合。10.根据权利要求8所述的SSCB，其中所述旁路电路包括电容器以及电阻器，所述电容器被耦合到所述开关器件和所述控制电路，所述电阻器被耦合到所述控制电路。11.一种用于保护固态断路器(SSCB)的主开关器件...
【专利技术属性】
技术研发人员：ꢀ七四专利代理机构，
申请(专利权)人：ABB瑞士股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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