两端激活抑弧器制造技术

本抑弧电路包括一个绝缘栅双极结晶体管（ＩＧＢＴ），连接在待保护电气开关触头两端之间。当触头打开时，附加的米勒电容和ＩＧＢＴ栅极－发射极电容的组合引起ＩＧＢＴ接通。此后ＩＢＧＴ由一个第二晶体管快速截止，在ＩＧＢＴ截止之后在抑弧电路两端之间电压增加时该第二晶体管接通。第二晶体管接通引起第一功率晶体管快速和突然截止，以便相对少量负载能量消耗在功率晶体管中。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般说来涉及用于电气触头的抑弧电路，更具体地说涉及这样一种电路，它包括一个功率晶体管，例如IGBT，与受保护电气触头并联连接，其中该保护电路可以与各种各样的电气触头布置一起使用。如待审专利申请No.08/527,185所指出，对于电气触头，即在触头闭合时电流流过其中的电气或电动机械电路所使用的机械触头，其一个共同问题是在它们从闭合位置开始打开时在触头之间产生电弧。不论触头是常闭或是常开，这种情况在触头打开时会发生。如果在它们打开时触头两端之间电压达到一个足够水平，就将在触头之间形成电弧。此外，这个电弧甚至在触头充分打开之后可能持续。这种燃弧众所周知是不希望有的，因为它对触头产生磨损，以及产生其它因电弧可能引起的电路效应。除触头自身设计在某些情况下提供固有抑弧能力外，分开的抑弧电路已用来防止电气触头两端之间燃弧。这些电路典型包括具有特定操作特性的功率晶体管。在触头打开时电气触头两端之间电压的初始增加用作一个触发信号，以便接通功率晶体管，在触头正在打开期间瞬时分路触头周围的负载电流。典型地，这是通过使用连接在晶体管的米勒电容，使流过米勒电容的电流足够大以便接通功率晶体管而完成。一个这样电路在属于Woodworth的美国专利No.4,438,472中展示。Woodworth教导与一个双极结晶体管组合使用一个分路电容器的基本思想。在这种特定设备中，附加米勒电容必须相对大。但是，这个大电容即使在被保护触头完全打开时也保持与它们并联，相对任何可能施加在触头两端之间的暂态现象实际上起短路作用。这当然在许多情况下是不希望有的。此外，双极结晶体管在其(晶体管)逐渐切断负载电流时，必须能够处理来自电感性负载的能量。另一种设备在属于Hongel的美国专利No.4,658,320中展示。在Hongel设备中，双极结晶体管用一个功率场效应晶体管(FET)代替。这样对减小Woodworth设备所要求的大电容的尺寸来说确实具有效果。但是，正如Woodworth设备一样，逐渐电感性负载切断实际上要求所有负载能量消耗在FET自身中。一个能够处理这种情况的FET价格昂贵，并且尺寸相当大。另外，在Hongel设备中电容器仍然与打开的触头并联，因此它对暂态电压敏感。本专利技术受认人所拥有的’185专利申请所述的设备解决了上述两种电路的许多缺点。它减少了所需要的米勒电容，并且设计为在电压暂态期间通过保护电路来防止导电。但是，那种设备设计成与一种通常称为C形触头的特定电气触头布置一起使用。在’185电路中，甚至在有大电压暂态存在时，C形触头未使用部分用来对分路功率晶体管发信号以通知何时截止并保持晶体管截止。本专利技术具有’185电路的所有优点，但是不局限于某种特定触头布置。实际上，它基本能与燃弧是一个问题的任何类型的电气触头一起使用，并且能容易设计成操作于若干不同的电路布置。不仅能覆盖各种各样的电气触头，而且还能适应各种各样的触头分开速率。因此，本专利技术在其适用性方面相当普遍。因此，本专利技术是一种用于抑制电气触头两端之间燃弧的电路，包括一个功率晶体管，例如一个IGBT，连接在触头两端之间；电容装置，连接在触头与功率晶体管之间，但是不直接在触头两端之间，在触头开始打开时其足以使功率晶体管快速接通，在触头周围提供一个电流通路，由此防止触头两端之间燃弧；在触头足够分开之后用于截止功率晶体管，以便防止触头两端之间燃弧的装置；以及电压限制装置，以便把因功率晶体管截止所引起的任何回扫电压限制在一个选择水平。附图说明图1是表示本专利技术抑弧电路一个实施例的示意图。图2是本专利技术抑弧电路的一个替换实施例。图3是表示电压暂态一例的示意图。图4是表示关于本专利技术电路的暂态源的一个简化电路图。本专利技术的抑弧电路设计成与各种各样的电气和/或电动机械触头一起操作，其一个实施例示于图1。为了说明，电气触头一般表示为10。电池12表示通过负载14操作的电压源，其在所示实施例中为电感和电阻的组合。电源电压通过负载14和通过触头10产生一个电流。本专利技术的抑弧(保护)电路一般表示为16，在连接点17-17处连接到触头10。抑弧电路16在所示实施例中包括一个功率晶体管18，其在所示实施例中是一个绝缘栅双极结晶体管(IGBT)。一个IGBT是一个场效应晶体管(FET)和一个双极结晶体管(BJT)的达林顿式组合，能够处理高功率水平。一般地，抑弧电路16与触头10并联连接，以便IGBT 18分路电气触头。在触头打开时负载电流通过保护电路在触头周围简单分路，直到触头足够分开以便它们能承受电源电压，典型为几百伏为止。在触头10已经分开之后，IGBT 18快速并突然截止；保证电感性电压反冲或回扫由一个电压限制装置，例如图1以20表示的金属氧化物变阻器(MOV)所限制或箝位。在图1实施例中，电压限制装置20在电路内部，然而在一个替换实施例中，电压限制装置在外部，并且可以由电路的用户来提供。在那个实施例中，用户可以使电压箝位特性适应于所使用的特定负载和特定触头。如上简单指出，抑弧电路16可以与常闭或常开电气触头一起使用。在任一种情况下，当触头在已经闭合之后有电流流过其中时打开时，抑弧电路16操作以防止电气触头两端之间出现燃弧。为了说明电路16的操作，将假定触头10常闭，以及负载电流从电压源12正端流出，通过负载14，通过触头10，并且返回电源12。在触头10响应电气控制信号或开关手动操作而开始打开时，通过触头的负载电流将终止，并且电流将开始在抑弧电路中流动。IGBT 18将不会即刻导通电流，因为它为截止状态。此外，触头10两端之间电压不足以破坏电压限制元件20，将没有足够电流流过组合电阻22。另外，因为有二极管24，所以将无电流流过组合电阻26。这样引起电流最终通过为米勒电容的电容器28，并且然后通过栅极电阻器30，IGBT 18的栅极-发射极电容，然后返回电压源12。通过电容器28和电阻器30和IGBT 18的栅极-发射极电容这个通路所建立的电流引起两个电容都开始充电。当其栅极-发射极电容充电超过其阈值电压时，IGBT 18将开始导通。电容器28具有这样尺寸(例如，2.2毫微法)，以便为使其接通而在IGBT栅极所必须有的充电结果在电容器28上产生一个电压，其与IGBT上电压比较要小。这时，消弧电路16(即连接点17-17两端之间)和电气触头10两端之间电压限制为接近IGBT 18的阈值电压。在电压进一步增加时，更多电流流过电容器28和IGBT 18的栅极-发射极部分，更激烈地接通IGBT，这样限制电压增加。这时，整个电路将呈现为平衡；IGBT栅极的进一步电压增加由这个电流平衡条件限制。但是，IGBT 18接通的任何延迟会导致IGBT栅极产生破坏性高电压，这个电压典型可能为20伏。齐纳二极管32保证IGBT栅极上电压限制在危险水平之下一个值，而电阻30趋于防止IGBT操作时的振荡。当IGBT 18开始导通时，抑弧电路16两端之间产生的电压结果通过电阻22产生一个电流，使电容器36充电。当电容器36上电压超过齐纳二极管38的反向击穿电压时，二极管38开始导通，接通晶体管40，其在所示实施例中为一个FET。保护电路16两端之间电压水平由IGBT 18的特性和米勒电容器28的值来建立。FET 4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于抑制电气触头两端之间燃弧的电路，包括：一个功率晶体管，连接在触头两端之间；电容装置，连接在触头与功率晶体管之间，但是不直接连接在触头两端之间，当触头开始打开时其足以使功率晶体管快速接通，在触头周围提供一个电流通路，由此防止触 头两端之间燃弧；在触头足够分开之后用于截止功率晶体管以便防止燃弧的装置；以及电压限制装置，把由功率晶体管截止所引起的任何回扫电压限制在一个选择水平。

【技术特征摘要】
US 1996-4-29 6411121.一种用于抑制电气触头两端之间燃弧的电路，包括一个功率晶体管，连接在触头两端之间；电容装置，连接在触头与功率晶体管之间，但是不直接连接在触头两端之间，当触头开始打开时其足以使功率晶体管快速接通，在触头周围提供一个电流通路，由此防止触头两端之间燃弧；在触头足够分开之后用于截止功率晶体管以便防止燃弧的装置；以及电压限制装置，把由功率晶体管截止所引起的任何回扫电压限制在一个选择水平。2.权利要求1的一种设备，其中功率晶体管是一个绝缘栅双极结晶体管。3.权利要求1的一种设备，包括一个第二晶体管，以这样方式连接在功率晶体管上，即在触头打开之后在抑弧电路两端之间电压增加时，该第二晶体管接通，引起功率晶体管快速截止，以便在触头打开之后只有相对少部分负载能量由功率晶体管消耗。4.权利要求1的一种设备，包括用来把功率晶体管栅极部分上电压限制在一个安全水平的装置。5.权利要求4的一种设备，其中所述限制装置是一个齐纳二极管，连接在功率晶体管栅极部分与其发射极部分之间。6.权利要求3的一种设备，包括电阻装置，连接在功率晶体管栅极部分与第二晶体管之间，用于防止功率晶体管的振荡。7.权利要求1的一种设备，其中电压限制装置包括一个电压箝位元件，与触头并联连接在抑弧电路两端之间。8.权利要求7的一种设备，其中电压箝位元件是一个金属氧化物可变电阻。9.权利要求1的一种设备，其中电容装置包括一个连接在功率晶体管集电极部分与栅极部分之间的电容器，其中功率晶体管的集电极部分连接在一个触头上，并且其中通过所述电容器和功率晶体管栅极-发射极电容的总充电足以接通功率晶体管，而充电所产生的电压增加不足以起燃触头两端之间电弧。10.权利要求9的一种设备，包括用于使所述电容装置放电的装置，以便电路在触头闭合然后又打开之后准备好再次操作。11.权利要求6的一种设备，其中第二晶体管和电阻装置的所述电阻限定一个分流器，以便在功率晶体管已经截止之后只有极少量电流传到它的栅极部分，由此防止功率晶体管的错误触发。12.权利要求1的一种设备，其中负载主要为电感性。13.权利要求1的一种设备，包括一个二极管，连接在抑弧电路与触头两端之间，以对施加在触头两端之间的负电压提供一个低阻抗通路。14.权利要求1的一种设备，包括齐纳二极管装置，连接在第二晶体管栅极部分与其源极部分之间。15.权利要求1的一种设备，包括一个二极管，连接在功率晶体管栅极部分与集电极部分之间，以便防止其...

【专利技术属性】
技术研发人员：托尼J李，
申请(专利权)人：斯维则工程实验室公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]