一种固态直流断路器制造技术

一种固态直流断路器，包括连接在主线路上的第一开关，还包括开关组件，所述开关组件包括第二开关、半导体功率开关，以及控制半导体功率开关的控制模块，串联的第二开关和半导体功率开关并联在第一开关两端，断路器分闸时，所述第一开关先于第二开关断开，控制模块监测到第一开关从闭合转换为断开后，在第二开关断开之前，控制模块驱动半导体功率开关先导通然后截止。本实用新型专利技术一种固态直流断路器，控制模块使半导体功率开关被短时间导通，利于熄灭电弧，减小电弧对设备的损坏，同时还具有体积小、成本低的优点。成本低的优点。成本低的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种固态直流断路器


[0001]本技术涉及直流断路器，具体涉及一种固态直流断路器。

技术介绍

[0002]直流开关导通开断过程中，将会产生直流电弧，该电弧电流在时间上不超过零点，属于非周期变化的，因而相比交流电弧，直流电弧较难熄灭。现有的纯固态断路器，例如Atom Power、ABB等，可以有效解决直流分断的技术问题，但是长期通载使设备温度高、电能损耗大，且成本高，而一些混合式固态断路器，虽然可以在机械开关断开前提前导通半导体功率器件，在机械开关完全断开时关闭半导体功率器件，以达到直流通过半导体功率器件断开的目的，但这种方式需要半导体功率器件承受一定时间的短路电流，所用的半导体功率器件成本高、体积大。

技术实现思路

[0003]本技术的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种成本低、体积小且可靠性高的固态直流断路器及其控制方法。
[0004]为实现上述目的，本技术采用了如下技术方案：
[0005]一种固态直流断路器，包括连接在主线路上的第一开关，还包括开关组件，所述开关组件包括第二开关、半导体功率开关，以及控制半导体功率开关的控制模块，串联的第二开关和半导体功率开关并联在第一开关两端，断路器分闸时，所述第一开关先于第二开关断开，控制模块监测到第一开关从闭合转换为断开后，在第二开关断开之前，控制模块驱动半导体功率开关先导通然后截止。
[0006]进一步，断路器分闸时，由断路器的动作机构同步驱动第一开关和第二开关动作，使第一开关和第二开关先后断开。
[0007]进一步，所述控制模块通过监测第一开关位置，和/或第一开关是否产生电弧，和/或主线路电流，和/或半导体功率开关的电压，确定第一开关从闭合转换为断开。
[0008]进一步，所述开关组件还包括并联在半导体功率开关两端的电源电路，所述电源电路将半导体开关元件两端的电压转化为工作电源。
[0009]进一步，所述开关组件还包括并联在半导体功率开关两端的电压检测电路，所述电压检测电路与控制模块连接用于反馈半导体功率开关的电压。
[0010]进一步，所述开关组件还包括第三开关以及与控制模块连接的机械触发电路，第一开关断开能够使第三开关触发机械触发电路，控制模块通过机械触发电路监测第一开关位置。
[0011]进一步，在所述主线路上还连接有电弧检测电路，所述电弧检测电路与控制模块连接用于反馈是否产生电弧。
[0012]进一步，在所述主线路上还连接有电流检测电路，电流检测电路与控制模块连接用于反馈主线路的电流信号。
K1、第二开关K2先后断开的时间间隔，半导体功率开关Q的导通时间由逻辑控制电路决定，逻辑控制电路对半导体功率开关Q具有控制作用，用于控制半导体功率开关Q的导通和截止时间，导通时间可以预先设定。
[0028]本实施例的固态直流断路器，控制模块通过监测半导体功率开关Q的电压确定第一开关K1从闭合转换为断开，在第一开关K1断开后且第二开关K2断开前控制半导体功率开关Q在短时间内先导通后截止，既能使电弧消失，减小电弧对第一开关K1的损坏，又使半导体功率开关Q所需要承载的功率低，具有体积小、成本低的优点。
[0029]同时，当第一开关K1带载断开后，且在半导体功率开关Q还未被控制模块驱动导通时，即半导体功率开关Q在导通前的截止状态下，半导体功率开关Q 承载功率的两极有电弧电压产生，电源电路并联在半导体功率开关Q承载功率的两极把电弧产生的电压转换给其他各电路所需要的电能；当半导体功率开关Q 处于导通后的截止状态时，第一开关K1的电弧消散，由于第二开关K2还未断开，半导体功率开关Q承载功率的两极有负载电压，电源电路并联在半导体功率开关Q承载功率的两极把负载电压转换给其他各电路所需要的电能，在本实施例中，电源电路为控制模块以及电压检测电路供电，当然也可以不设置电源电路，控制模块以及电压检测电路由外部电源供电。
[0030]优选的，在半导体功率开关Q的两端还并联有浪涌吸收装置，浪涌吸收装置也由电源电路供电，浪涌吸收装置用于导通分流，防止突然产生的浪涌对回路中设备的损坏。
[0031]在本实施例中，所述逻辑控制电路可以是MCU、微处理器或单片机，也可以是包括比较器的硬件电路；第一开关K1、第二开关K2均为机械开关，半导体功率开关Q可以是硅基构成的功率器件如IGBT、MOSFET等，也可以是SiC构成的 MOSFET、JFET等，或者是GaN构成的MOSFET等，或者其他形式的半导体功率器件；浪涌吸收装置可以是压敏电阻，瞬态抑制二极管、放电管等单一器件或组合元件。
[0032]结合图1、2提供第二种固态直流断路器以及其控制方法的实施例，所述固态直流断路器与第一实施例相同，包括串联在输入端子与输出端子之间的热脱扣机构以及第一开关K1，在第一开关K1的两端并联有能够承载一定功率的开关组件，开关组件包括串联在一起的第二开关K2和半导体功率开关Q，以及控制半导体功率开关Q的控制模块，第一开关K1与第二开关K2由同一个动作机构同步驱动但也分先后断开，控制模块在第一开关K1、第二开关K2先后断开的时间间隔内控制半导体功率开关Q进行短时间的导通。
[0033]与第一实施例所不同的是，所述控制模块通过监测第一开关K1位置确定第一开关K1从闭合转换为断开。所述开关组件还包括第三开关K3和机械触发电路，所述第三开关K3、第二开关K2以及半导体功率开关Q依次串联，在第一开关K1断开时能够触发第三开关K3，所述机械触发电路与控制模块连接并由第三开关K3触发，优选第三开关K3为微动开关并且安装在第一开关K1的动作行程中，第三开关K3具有能检测第一开关K1断开过程中的一个位置信息，并通过机械触发电路将信号反馈至控制模块，所述控制模块包括逻辑控制电路和驱动电路，其中逻辑控制电路与机械触发电路连接用于获取反馈第一开关K1位置的信号，驱动电路与半导体功率开关Q连接并在逻辑控制电路的控制下驱动半导体功率开关Q在时间T内先导通后截止，如图2所示，时间T小于第一开关K1、第二开关K2先后断开的时间间隔。
[0034]本实施例的固态直流断路器，通过检测第一开关K1的位置使控制模块驱动半导体功率开关Q在短时间内先导通后截止，既能使电弧消失，减小电弧对第一开关K1的损坏，又
使半导体功率开关Q所需要承载的功率低，具有体积小、成本低的优点。
[0035]结合图1、2提供第三种固态直流断路器以及其控制方法的实施例，所述固态直流断路器与第一实施例相同，包括串联在输入端子与输出端子之间的热脱扣机构以及第一开关K1，在第一开关K1的两端并联有与第一实施例相同的开关组件，在第一开关K1断开起弧之后，第二开关K2断开之前，半导体功率开关Q 受控与控制模块进行短时间导通以熄灭第一开关K1断开时的电弧。
[0036]与第一实施例所不同的是，所述控制模块通过监测主线路电流确定第一开关K1从闭合转换为断开。控制模块根据主线路中电流信号控制半导体功率开关 Q的导通与断开，在所述输入端子与输出端子之间的主线路上串联电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固态直流断路器，包括连接在主线路上的第一开关(K1)，其特征在于：还包括开关组件，所述开关组件包括第二开关(K2)、半导体功率开关(Q)，以及控制半导体功率开关(Q)的控制模块，串联的第二开关(K2)和半导体功率开关(Q)并联在第一开关(K1)两端，断路器分闸时，所述第一开关(K1)先于第二开关(K2)断开，控制模块监测到第一开关(K1)从闭合转换为断开后，在第二开关(K2)断开之前，控制模块驱动半导体功率开关(Q)先导通然后截止。2.根据权利要求1所述的一种固态直流断路器，其特征在于：断路器分闸时，由断路器的动作机构同步驱动第一开关(K1)和第二开关(K2)动作，使第一开关(K1)和第二开关(K2)先后断开。3.根据权利要求1所述的一种固态直流断路器，其特征在于：所述控制模块通过监测第一开关(K1)位置，和/或第一开关(K1)是否产生电弧，和/或主线路电流，和/或半导体功率开关(Q)的电压，确定第一开关(K1)从闭合转换为断开。4.根据权利要求1所述的一种固态直流断路器，其特征在于：所述开关组件还包括并联在半导体功率开关(Q)两端的电源电路，所述电源电路将半导体开关元件两端的电压转化为工作电源。5.根据权利要求1
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4任一...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧佳嵘，朱可，胡应龙，韦尚靖，徐永富，
申请(专利权)人：上海正泰智能科技有限公司，
类型：新型
国别省市：