【技术实现步骤摘要】
固态功率开关
[0001]本公开涉及电力领域，更具体地涉及固态功率开关。
技术介绍
[0002]本公开总体上涉及电力网络中的电流中断。功率开关可以合并到电力网络以阻止电流流动。功率开关的示例包括断路器、接触器和中断器，仅举几个示例。基于固态的功率开关与机械功率开关相比具有很多优势，包括更快的保护速度和减少的电弧闪光能量危害。现有的固态功率开关具有很多不足和缺点。仍有未满足的需求，包括延长器件寿命、降低功率损耗、降低开关控制复杂性、降低成本和降低制造复杂性。例如，使用功率开关断开和重新连接负载需要频繁的电流中断，这会给功率开关带来压力。鉴于本领域中的这些和其他缺点，非常需要本文中公开的装置、方法、系统和技术。
[0003]为了清楚、简明和准确地描述本公开的非限制性示例性实施例、其制作和使用的方式和过程，并且为了能够实践、制作和使用它们，现在将参考某些示例性实施例，包括图中所示的那些，并且将使用特定语言来描述。然而应当理解，并没有因此对本公开的范围产生限制，并且本公开包括并且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改变、修改和另外的应用。
技术实现思路
[0004]本公开的示例性实施例包括用于固态功率开关的系统、方法、技术和装置。本公开的另外的实施例、形式、目的、特征、优点、方面和益处将从以下描述和附图变得明显。
附图说明
[0005]图1
‑
2示出了示例性功率开关；
[0006]图3是示出用于功率开关控制的示例性过程的流程图；>[0007]图4是示出图1中的示例性功率开关的电气特性的多个图；
[0008]图5示出了示例性测量电路；以及
[0009]图6示出了另一示例性功率开关。
具体实施方式
[0010]参考图1，示出了功率开关100被构造为四象限开关，该开关被构造为选择性地在功率开关端子101和103之间传导双向负载电流I
load
，并且被构造为选择性地阻止施加到两个端子101和103的正电压和负电压两者。应当理解，开关100可以在多种应用中实现，包括断路器、接触器或其组合，也称为中断器，仅举几个示例。还应当理解，开关100可以被合并到被构造为传导交流电或直流电的电力系统中。
[0011]开关100包括以相反的反串联配置耦合在端子101和103之间的两对半导体器件。第一对半导体器件包括以漏极
‑
漏极配置耦合的半导体器件110和半导体器件120。半导体
器件110包括半导体开关113，半导体开关113包括耦合到端子101的源极端子113S和耦合到半导体开关123的漏极端子113D。半导体器件110还包括二极管111，二极管111包括耦合到源极端子113S的阳极和耦合到漏极端子113D的阴极。
[0012]半导体器件120包括半导体开关123，半导体开关123包括耦合到端子103的源极端子123S和耦合到半导体开关113的漏极端子113D的漏极端子123D。半导体器件120还包括二极管，该二极管包括耦合到源极端子123S的阳极和耦合到漏极端子123D的阴极。
[0013]第二对半导体器件包括以源极
‑
源极配置耦合的半导体器件130和半导体器件140。半导体器件130包括半导体开关133，半导体开关133包括耦合到端子101的漏极端子133D和耦合到半导体开关143的源极端子133S。半导体器件130还包括二极管131，二极管131包括耦合到源极端子133S的阳极和耦合到漏极端子133D的阴极。
[0014]半导体器件140包括半导体开关143，半导体开关143包括耦合到端子103的漏极端子143D和耦合到半导体开关133的源极端子133S的源极端子143S。半导体器件140还包括二极管141，二极管141包括耦合到源极端子143S的阳极和耦合到漏极端子143D的阴极。
[0015]在某些实施例中，二极管111、121、131和141是同一半导体器件的半导体开关的本征体二极管。在某些实施例中，二极管111、121、131和141中的一个或多个是与同一半导体器件的半导体开关以反并联配置耦合的外部二极管。
[0016]在所示实施例中，功率开关100的半导体开关是碳化硅(SiC)金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。在其他实施例中，功率开关100的半导体开关可以包括绝缘栅双极晶体管(IGBT)，其中一对半导体开关以发射极
‑
发射极配置耦合，并且另一对半导体开关以集电极
‑
集电极配置耦合。在其他实施例中，功率开关100的半导体开关可以包括氮化镓(GaN)场效应晶体管(FET)、高电子迁移率晶体管(HEMT)、SiC结栅极场效应晶体管(JFET)、GaN JFET或双极结型晶体管(BJT)，仅举几个示例。
[0017]在所示实施例中，功率开关100使用两个半桥模块105、107形成。模块105包括包围半导体开关113和133以及二极管111和131的壳体108。壳体108包括至少三个连接点，每个连接点被构造为将端子101、漏极端子113D和源极端子133S连接到外部设备，诸如模块105。模块107包括包围半导体开关123和143以及二极管121和141的壳体109。壳体109包括至少三个连接点，每个连接点被构造为将外部设备耦合到端子101、漏极端子113D和源极端子133S。在某些实施例中，功率开关100使用全桥模块来形成。
[0018]在某些实施例中，功率开关100可以使用标准半桥SiC模块来组装。与其他功率开关中使用的定制模块不同，标准半桥SiC模块是低成本大批量模块，该模块可以易于从很多制造商处获取。
[0019]功率开关100包括控制器160，控制器160被构造为测量负载电流I
load
并且操作功率开关100的每个半导体器件。控制器160包括测量电路161、处理器件163、栅极驱动器165和存储器167。
[0020]测量电路161包括被构造为基于负载电流I
load
的电气特性生成输出信号的测量器件。例如，测量器件可以包括被构造为测量电流的电流互感器或电流传感器，仅举几个示例。测量电路161被构造为基于来自测量器件的输出信号确定电流方向。例如，测量电路可以包括比较器，该比较器被构造为将从测量器件接收的输出信号与参考电压进行比较，并且然后输出电流方向信号。
[0021]栅极驱动器165被构造为向每个半导体开关输出控制信号。使用栅极驱动器165，控制器160被构造为向半导体开关113输出控制信号C
113
，向半导体开关123输出控制信号C
123
，向半导体开关133输出控制信号C
133
，并且向半导体开关143输出控制信号C
143
。由于开关123和133总是同时被触发，控制器160可以被构造为向这两个开关输出单个控制信号。同样，由于开关1本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种功率开关，包括：第一半导体器件和第二半导体器件，在第一端子与第二端子之间以第一反串联配置耦合在一起；第三半导体器件和第四半导体器件，在所述第一端子与所述第二端子之间以第二反串联配置耦合在一起；以及控制器，被配置为操作所述功率开关以同时通过闭合所述第一半导体器件和所述第二半导体器件来将负载电流的第一部分从所述第一端子传导到所述第二端子并且通过闭合所述第三半导体器件和所述第四半导体器件来将所述负载电流的第二部分从所述第一端子传导到所述第二端子。2.根据权利要求1所述的功率开关，包括电压钳位器件，所述电压钳位器件包括耦合在所述第一半导体器件与所述第二半导体器件之间的第一端以及耦合在所述第三半导体器件与所述第四半导体器件之间的第二端。3.根据权利要求1所述的功率开关，包括耦合在所述第一端子与所述第二端子之间的电压钳位器件。4.根据权利要求1所述的功率开关，其中所述控制器被配置为操作所述功率开关以阻止所述负载电流在所述第一端子与所述第二端子之间传导。5.根据权利要求1所述的功率开关，其中所述控制器被配置为在所述控制器同时传导所述第一部分和所述第二部分时测量所述负载电流，并且基于负载电流测量来确定没有发生故障。6.根据权利要求5所述的功率开关，其中所述控制器被配置为响应于确定没有发生所述故障而确定需要零电流关断。7.根据权利要求6所述的功率开关，其中所述第一半导体器件包括第一二极管，并且所述第四半导体器件包括第二二极管，其中所述控制器被构造为：响应于确定需要零电流关断而确定所述负载电流的方向，断开所述第一半导体器件和所述第四半导体器件，使得所述第一二极管传导所述负载电流的所述第一部分并且所述第二二极管传导所述负载电流的所述第二部分，确定所述负载电流已经减小到零，并且响应于确定所述负载电流已经减小到零而断开所述第二半导体器件和所述第三半导体器件。8.根据权利要求1所述的功率开关，包括：第一功率电子模块，包括被构造为包围所述第一半导体器件和所述第三半导体器件的第一壳体；以及第二功率电子模块，包括被构造为包围所述第二半导体器件和所述第四半导体器件的第二壳体。9.根据权利要求1所述的功率开关，其中所述第一反串联配置是漏极
‑
漏极配置，并且所述第二反串联配置是源极
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源极配置，并且其中所述功率开关包括以所述第一反串联配置布置的第一多个半导体对和以所述第二反串联配置布置的第二多个半导体对。10.一种方法，包括：操作功率开关，所述功率开关包括在第一端子与第二端子之间以第一反串联配置耦合在一起的第一半导体器件和第二半导体器件、在所述第一端子与所述第二端子之间以第二反串联配置耦合在一起的第三半导体器件和第四半导体器件；
在所述第一端子处接收负载电流；通过所述第一半导体器件和所述第二半导体器件选择性地将所述负载电流的第一部分从所述第一端子传导到所述第二端子；以及通过所述第三半导体器件和所述第四半导体器件将所述负载电流的第二部分从所述第一端子传导到所述第二端子，所述第二部分在所述第一部分被传导的同时被传导。11.根据权利要求10所述的方法，包括将电压钳位器件耦合到所述第一半导体器件与所述第二半导体器件之间的第一中点连接，以及将所述电压钳位器件耦合到所述第三半导体器件与所述第四半导体器件之间的第二中点连接。12.根据权利要求10所述的方法，包括将电压钳位器件耦合在所述第一端子与所述第二端子之间。13.根据权利要求10所述的方法，包括：测量所述负载电流...
【专利技术属性】
技术研发人员：彼得罗，
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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