开关装置和开关设备制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种开关装置和开关设备。其中，该开关装置包括：驱动单元，用于生成第一控制信号；开关单元，与驱动单元耦合，开关单元用于根据第一控制信号，在导通状态和关断状态之间进行切换；馈能单元，并联在开关单元的两端，用于在开关单元处于关断状态时，利用开关单元的两端之间的电位差进行充电，并根据充电后的馈能单元的端电压为驱动单元供电。本发明专利技术解决了现有技术中由于通过外部电源向开关器件供电需要进行电压隔离而造成的供电系统结构复杂且成本较高的技术问题，通过馈能单元从主电路取能并供电的设计，达到了降低开关系统的复杂程度及其制造成本的技术效果。

【技术实现步骤摘要】
开关装置和开关设备
本专利技术涉及电气领域，具体而言，涉及一种开关装置和开关设备。
技术介绍
作为开关特性良好的半导体器件，绝缘栅双极型晶体管IGBT（InsulatedGateBipolarTransistor）在电气领域有着非常广泛的应用。然而，在大功率高电压的场合下，作为线路开关，单个IGBT的耐压等级通常难以满足要求。虽然目前出现了耐压等级较高的IGBT，但其价格昂贵。将耐压等级低的几个IGBT进行串联能有效解决单个IGBT耐压等级低的缺陷，成本较低，受到了广泛关注。IGBT串联技术的关键在于保证每个IGBT在开通和关断瞬间保持一致。IGBT串联过程中还有一个重要的难点在于：多级IGBT会造成驱动电路悬浮在高电位上，并且各驱动电源参考地电位均不一致导致驱动电路隔离供电困难。目前在高压大功率电力半导体器件的驱动控制系统中，驱动电路的供电通常采用分压电阻取能、光纤送能、电磁馈能等方式，其中，由于采用电阻取能的供电方式可靠性较差，而采用光纤送能的供电方式成本较高，因而，现有技术中最为常见的是采用电磁馈能的供电方式。一般而言，电磁馈能的供电方式是通过电磁转换将低电位的能量送到高压侧，但在电压等级较高时，电磁转换的变压器设计难度较大，例如，系统隔离通常采用多副边的变压器的设计，然而，当串联级数较多且工作电压达到上百kV时，变压器的设计需要考虑同样高的隔离电压，并且副边各绕组之间也要求有较高的隔离电压，从而导致变压器的结构复杂且体积庞大。针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种开关装置和开关设备，以至少解决现有技术中由于通过外部电源向开关器件供电需要进行电压隔离而造成的供电系统结构复杂且成本较高的技术问题。根据本专利技术实施例的一个方面，提供了一种开关装置，包括：驱动单元，用于生成第一控制信号；开关单元，与驱动单元耦合，上述开关单元用于根据上述第一控制信号，在导通状态和关断状态之间进行切换；馈能单元，并联在上述开关单元的两端，用于在上述开关单元处于上述关断状态时，利用上述开关单元的两端之间的电位差进行充电，并根据充电后的上述馈能单元的端电压为上述驱动单元供电。可选地，上述开关单元的两端包括：第一连接端和第二连接端，上述开关单元还包括控制输入端，其中，上述控制输入端用于接收电位信号作为上述第一控制信号，其中，在上述控制输入端的电位相对于上述第二连接端的电位的差值位于第一电压区间时，上述第一连接端与上述第二连接端之间断开，并形成上述开关单元的上述关断状态，在上述控制输入端的电位相对于上述第二连接端的电位的差值位于第二电压区间时，上述第一连接端与上述第二连接端之间导通，并形成上述开关单元的上述导通状态。可选地，上述开关单元包括：绝缘栅双极型晶体管IGBT，其中，上述第一连接端为上述IGBT的集电极，上述第二连接端为上述IGBT的发射极，上述控制输入端为上述IGBT的栅极，其中，在上述栅极相对于上述发射极的电位差小于预定的导通电压时，上述集电极与上述发射极断开，在上述栅极相对于上述发射极的电位差大于或等于上述导通电压时，上述集电极与上述发射极导通。可选地，上述开关单元还包括以下至少之一：栅极电阻，连接在上述栅极与上述驱动单元之间；栅射极电阻，连接在上述栅极与上述发射极之间；第一瞬态电压抑制器TVS，连接在上述栅极与上述发射极之间。可选地，上述驱动单元包括：驱动模块，用于接收第二控制信号，并对上述第二控制信号进行功率放大处理，以生成上述电位信号。可选地，上述驱动单元还包括：接收模块，用于接收光信号，并将上述光信号转换为电信号，以上述转换生成的电信号作为上述第二控制信号输送至上述驱动模块。可选地，上述馈能单元包括：电容器，连接在上述第一连接端与上述第二连接端之间，用于在上述第一连接端与上述第二连接端之间断开时，利用上述第一连接端与上述第二连接端之间的电位差进行充电；二极管，连接在上述第一连接端和上述第二连接端之间，其中，上述二极管的阳极与上述第一连接端直接或间接相连，上述二极管的阴极与上述第二连接端直接或间接相连，其中，上述第一连接端的电位高于上述第二连接端的电位；直流转换器，包括正输入端、负输入端、正输出端和负输出端，其中，上述正输入端连接在上述电容器与上述第一输入端之间，上述负输入端连接在上述电容器与上述第二输入端之间，上述直流转换器用于在上述正输出端与上述负输出端之间输出恒定的电压，并通过上述正输出端以及上述负输出端为上述驱动单元供电。可选地，上述馈能单元还包括以下至少之一：限流电阻，连接在上述第一连接端和上述第二连接端之间；第二TVS，并联在上述电容器的两端。根据本专利技术实施例的另一方面，提供了一种开关设备，包括：多个上述开关装置，串联形成为一体。可选地，上述开关设备包括：均压单元，并联在上述开关装置中的开关单元的两端，上述均压单元用于在上述多个开关装置之间，均衡加载在上述开关单元的两端的电压差。在本专利技术实施例中，通过馈能单元与主电路的耦合达到了在开关单元的工作电位取能的目的，进而通过馈能单元与驱动单元的耦合实现了在工作电位对驱动单元进行供电的效果，从而克服了现有技术中由于通过外部电源向开关器件供电需要进行电压隔离而造成的供电系统结构复杂且成本较高的技术问题，进而达到了降低开关系统的复杂程度及其制造成本的技术效果。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是根据本专利技术实施例的一种优选的开关装置的示意图；图2（a）是根据本专利技术实施例的另一种优选的开关装置的示意图；图2（b）是根据本专利技术实施例的又一种优选的开关装置的示意图；图3是根据本专利技术实施例的又一种优选的开关装置的示意图；图4是根据本专利技术实施例的又一种优选的开关装置的示意图；图5是根据本专利技术实施例的又一种优选的开关装置的示意图；图6是根据本专利技术实施例的一种优选的开关设备的示意图；图7是根据本专利技术实施例的另一种优选的开关设备的示意图。具体实施方式下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。实施例1本专利技术实施例提供了一种可选的开关装置，如图1所示，该装置包括：1）驱动单元102，用于生成第一控制信号；2）开关单元104，用于接收第一控制信号，并根据第一控制信号的状态在导通状态和关断状态之间进行切换；3）馈能单元106，并联在开关单元104的两端，用于在开关单元104处于关断状态时，利用开关单元104的两端之间的电位差进行充电，并根据充电后的馈能单元的端电压为驱动单元供电。作为本专利技术技术方案所能够实现的技术效果之一，通过本专利技术实施例提供的开关装置，顾名思义，可以对电路的导通与断开进行控制，例如，在本专利技术的一些实施例中，开关单元104的两端可以用于接入到主电路中，从而可以根据开关单元104所接收的第一控制信号实现在导通和关断状态之间切换，例如，在第一控制信号处于第一状态时，开关单元104的两端可以处于断开状态，在第一信号处于第二状态时，开关元件104的两端可以处于导通状态。当然，这只是一种示例，本专利技术对此不作限定。一般而言，在本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开关装置，其特征在于，包括：驱动单元，用于生成第一控制信号；开关单元，与驱动单元耦合，所述开关单元用于根据所述第一控制信号，在导通状态和关断状态之间进行切换；馈能单元，并联在所述开关单元的两端，用于在所述开关单元处于所述关断状态时，利用所述开关单元的两端之间的电位差进行充电，并根据充电后的所述馈能单元的端电压为所述驱动单元供电。

【技术特征摘要】
1.一种开关装置，其特征在于，包括：驱动单元，用于生成第一控制信号；开关单元，与驱动单元耦合，所述开关单元用于根据所述第一控制信号，在导通状态和关断状态之间进行切换；馈能单元，并联在所述开关单元的两端，用于在所述开关单元处于所述关断状态时，利用所述开关单元的两端之间的电位差进行充电，并根据充电后的所述馈能单元的端电压为所述驱动单元供电；其中，所述开关单元的两端包括：第一连接端和第二连接端；其中，所述馈能单元包括：电容器，连接在所述第一连接端与所述第二连接端之间，用于在所述第一连接端与所述第二连接端之间断开时，利用所述第一连接端与所述第二连接端之间的电位差进行充电；二极管，连接在所述第一连接端和所述第二连接端之间，其中，所述二极管的阳极与所述第一连接端直接或间接相连，所述二极管的阴极与所述第二连接端直接或间接相连，其中，所述第一连接端的电位高于所述第二连接端的电位；直流转换器，包括正输入端、负输入端、正输出端和负输出端，其中，所述正输入端连接在所述电容器与所述第一连接端之间，所述负输入端连接在所述电容器与所述第二连接端之间，所述直流转换器用于在所述正输出端与所述负输出端之间输出恒定的电压，并通过所述正输出端以及所述负输出端为所述驱动单元供电。2.根据权利要求1所述的开关装置，其特征在于，所述开关单元还包括控制输入端，其中，所述控制输入端用于接收电位信号作为所述第一控制信号，其中，在所述控制输入端的电位相对于所述第二连接端的电位的差值位于第一电压区间时，所述第一连接端与所述第二连接端之间断开，并形成所述开关单元的所述关断状态，在所述控制输入端的电位相对于所述第二连接端的电位的差值位于第二电压区间时，所述第一连接端与所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：江军，马国明，李成榕，罗定平，李庆民，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：