一种具备MOSFET串联支路的固态切换开关制造技术

本发明专利技术提供一种具备MOSFET串联支路的固态切换开关，设置于主电源和备用电源之间的供电线路上，其由两个及以上的SSTS单元基本结构组成；每一个SSTS单元基本结构均包括一个并联快速开关以及由两个MOSFET场效应管和两个反并联体二极管形成的MOSFET串联支路；并联快速开关设置于供电线路上，其两端与MOSFET串联支路的两端进行并接；该MOSFET串联支路中，两个MOSFET场效应管的漏极与两个反并联体二极管的阴极分别相连后互连在一起，两个MOSFET场效应管的栅极与两个预设的工作电压源分别相连，两个MOSFET场效应管的源极与两个反并联体二极管的阳极分别相连之后并与并联快速开关的两端分别相连。实施本发明专利技术，能够降低关断持续时间及导通所需驱动功率。时间及导通所需驱动功率。时间及导通所需驱动功率。

【技术实现步骤摘要】
一种具备MOSFET串联支路的固态切换开关


[0001]本专利技术涉及电源开关
，尤其涉及一种具备MOSFET串联支路的固态切换开关(SSTS)。

技术介绍

[0002]目前，在中压和高压系统中，大多采用机械切换开关进行故障线段切换，但这种机械切换开关本身固有的特性(如切换时间过长，数秒～数十秒)，使得切换速度和暂态特性都不是十分理想，不可能做到无缝隙的切换。即使采用真空开关或油开关切换，也需要0.1秒～0.2秒的切换时间(相当于工频下5～10个周波)，若在这段切换时间里，也会存在敏感负荷跳闸事故。另外，机械切换开关在接通或断开负载时会发生触头震动、起弧现象，从而容易造成触头蚀损、电磁干扰与电能损失，这样不但限制了其使用范围，还使其电气寿命低于机械寿命。
[0003]为了有效克服上述切换开关的不间断供电电能质量问题，通常利用晶闸管等电力电子器件微秒级别导通和关断能力，使得电力电子器件在导通和关断过程中不会出现电弧现象。因此，SSTS被广泛用于治理电压暂降和短时断电问题，且无需加装其他额外的设备，就能保证系统的安全可靠供电，提高了经济效益和供电安全。
[0004]但是，传统晶闸管的SSTS存在关断持续时间长及导通所需驱动功率大等劣势。因此，有必要对传统晶闸管的SSTS进行改进，以降低关断持续时间及导通所需驱动功率。

技术实现思路

[0005]本专利技术实施例所要解决的技术问题在于，提供一种具备MOSFET串联支路的固态切换开关，能够降低关断持续时间及导通所需驱动功率。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术实施例提供了一种具备MOSFET串联支路的固态切换开关，设置于主电源和备用电源之间的供电线路上，其由两个及以上的SSTS单元基本结构组成；其中，
[0007]每一个SSTS单元基本结构均包括一个并联快速开关以及由两个MOSFET场效应管和两个反并联体二极管形成的MOSFET串联支路；所述并联快速开关设置于所述供电线路上，其两端与所述MOSFET串联支路的两端相并接；所述MOSFET串联支路中，两个所述MOSFET场效应管的漏极与两个所述反并联体二极管的阴极分别相连后互连在一起，两个所述MOSFET场效应管的栅极与两个预设的工作电压源分别相连，两个所述MOSFET场效应管的源极与两个所述反并联体二极管的阳极分别相连之后并与所述并联快速开关的两端分别相连。
[0008]其中，所述SSTS单元基本结构有两个，并串接在所述供电线路上。
[0009]其中，在两个所述SSTS单元基本结构中，通过主电源侧SSTS单元基本结构进行切除动作，以及备用电源侧SSTS单元基本结构进行投入动作，实现所述主电源故障时所述备用电源给所述供电线路进行供电的切换；其中，
[0010]所述主电源侧SSTS单元基本结构的切除动作包括并联快速开关由闭合到断开的动作，以及故障电流处于工频正弦波正半波时，远离所述主电源的MOSFET场效应管实现导通的触发动作及其上电流过零后的关断动作；或
[0011]并联快速开关由闭合到断开的动作，以及故障电流处于工频正弦波负半波时，靠近所述主电源的MOSFET场效应管实现导通的触发动作及其上电流过零后的关断动作；
[0012]所述备用电源侧SSTS单元基本结构的投入动作包括备用电源投入点处于工频正弦波正半波时，远离所述备用电源的MOSFET场效应管实现导通的触发动作、电流稳定后并联快速开关的闭合动作，以及并联快速开关闭合后已导通MOSFET场效应管的关断动作；或
[0013]备用电源投入点处于工频正弦波负半波时，靠近所述备用电源的MOSFET场效应管实现导通的触发动作、电流稳定后并联快速开关的闭合动作，以及并联快速开关闭合后已导通MOSFET场效应管的关断动作。
[0014]其中，所述主电源侧SSTS单元基本结构中两个MOSFET场效应管的驱动时序逻辑均通过卡诺图来表征。
[0015]其中，所述主电源侧SSTS单元基本结构中两个MOSFET场效应管的驱动时序逻辑均能通过最小项逻辑函数及相应的逻辑运算电路来表征。
[0016]实施本专利技术实施例，具有如下有益效果：
[0017]本专利技术基于MOSFET场效应管的快速导通及关断特征，以及MOSFET关断过程没有拖尾电流的特征，大大降低了固态切换开关的关断持续时间及导通所需驱动功率。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本专利技术的范畴。
[0019]图1为本专利技术实施例提供的一种具备MOSFET串联支路的固态切换开关中SSTS单元基本结构的结构示意图；
[0020]图2为图1中SSTS单元基本结构加载有电流互感器的应用场景图；
[0021]图3为图1中两个SSTS单元基本结构的应用场景图；
[0022]图4为图3中两个SSTS单元基本结构的工作流程图；
[0023]图5为图3中主电源侧SSTS单元基本结构的两个MOSFET场效应管的驱动时序逻辑的卡诺图；其中，(a)为靠近主电源的MOSFET场效应管Q1的卡诺图；(b)为远离主电源的MOSFET场效应管Q2的卡诺图；
[0024]图6为图3中主电源侧SSTS单元基本结构在故障切离点处的关断过程关键波形仿真实验结果图；其中，(a)为故障切离点处于工频正弦波正半波时的关键波形仿真实验结果图；(b)为故障切离点处于工频正弦波负半波时的关键波形仿真实验结果图。
具体实施方式
[0025]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作进一步地详细描述。
[0026]专利技术人发现，相较于传统晶闸管，MOSFET场效应管为全控型器件，在栅极和源极之间施加一定电压，可使MOSFET场效应管即刻导通，而撤去这一电压，MOSFET场效应管即刻关断，使得电力电子器件的导通和关断控制更加灵活。同时，MOSFET关断过程没有拖尾电流，而导通所需的驱动功率也大大降低(一般处于几瓦～几百瓦范围内)。因此，专利技术人考虑将传统的SSTS中晶闸管器件支路替换为由两个MOSFET场效应管串联支路，有效降低了半导体器件的耐压应力。
[0027]如图1所示，为本专利技术实施例中，专利技术人提出的一种具备MOSFET串联支路的固态切换开关，设置于主电源(未图示)和备用电源(未图示)之间的供电线路(未图示)上，其由两个及以上的SSTS单元基本结构组成；其中，
[0028]每一个SSTS单元基本结构均包括一个并联快速开关PS以及由两个MOSFET场效应管Q
i
、Q j
和两个反并联体二极管D
i
、D j
形成的MOSFET串联支路；此时，并联快速开关PS设置于供电线路上，其两端与该MOSFET本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具备MOSFET串联支路的固态切换开关，设置于主电源和备用电源之间的供电线路上，其特征在于，其由两个及以上的SSTS单元基本结构组成；其中，每一个SSTS单元基本结构均包括一个并联快速开关以及由两个MOSFET场效应管和两个反并联体二极管形成的MOSFET串联支路；所述并联快速开关设置于所述供电线路上，其两端与所述MOSFET串联支路的两端相并接；所述MOSFET串联支路中，两个所述MOSFET场效应管的漏极与两个所述反并联体二极管的阴极分别相连后互连在一起，两个所述MOSFET场效应管的栅极与两个预设的工作电压源分别相连，两个所述MOSFET场效应管的源极与两个所述反并联体二极管的阳极分别相连之后并与所述并联快速开关的两端分别相连。2.如权利要求1所述的具备MOSFET串联支路的固态切换开关，其特征在于，所述SSTS单元基本结构有两个，并串接在所述供电线路上。3.如权利要求2所述的具备MOSFET串联支路的固态切换开关，其特征在于，在两个所述SSTS单元基本结构中，通过主电源侧SSTS单元基本结构进行切除动作，以及备用电源侧SSTS单元基本结构进行投入动作，实现所述主电源故障时所述备用电源给所述供电线路进行供电的切换；其中，所述主电源侧SSTS单元基本结构的切除动作包括并联快...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱方驰，陈晨，骆守康，叶枫舒，陈潇，彭毅，杨群，吴子君，董家睿，张宁，
申请(专利权)人：深圳供电局有限公司，
类型：发明
国别省市：