CN101350613A - 一种电子开关 - Google Patents

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Abstract

一种电子开关，包括驱动电路、第一功率开关管、第二功率开关管和吸收电路，其中，所述驱动电路输出端与第一功率开关管和第二功率开关管相连，用于控制第一功率开关管和第二功率开关管的开通和关断；所述第一功率开关管和第二功率开关管反向串联，第一功率开关管和第二功率开关管各引出一个输出端子；所述吸收电路并联在两输出端子之间，用于吸收所述电子开关回路中的电压尖峰，防止所述第一功率开关管和第二功率开关管过压。本发明克服了使用接触器或可控硅做开关时速度慢、机械开关容易损坏的缺点，具有高速、高可靠性、便于远控、操作简便、通用型强等特点，可以满足UPS、逆变器、整流器等电源设备电压跌落，负载瞬变的测试需要。

Description

一种电子开关
技术领域
本发明涉及电源设备的测试领域，尤其涉及一种用于测试电源设备输入电压跌落和输出负载瞬投瞬卸的高速电子开关。
背景技术
随着现代技术的发展，电力用户对电能质量的要求也在不断提高。特别是近年来，随着以网络为代表的信息化建设的发展，UPS(不间断电源)、逆变器和整流器等电源设备在银行、铁路、公安、电信、公路等领域得到了大量的、广泛的应用。由于UPS和逆变器等电源设备均使用在非常重要的场所，这就要求这些电源设备要具有非常高的可靠性。反过来就要求UPS、逆变器和整流器等这些电源设备在研制、测试和生产阶段就要进行严格测试和试验，保证设计和生产的设备具有高可靠性。但是近年来电力电子设备的大量使用，以及电弧炉、电气化铁路等负荷的影响，使得电力系统中的污染不断加重，电网不断出现电压波动、瞬间跌落的情况；同时这些电源设备本身也因用电设备的需要负载也有各种各样的瞬态变化。为了在研发和测试过程中模拟这种瞬间的电网电压波动、跌落和输出负载的瞬变，以测试电源设备的可靠性，需要一种高速、可控的电子开关。
目前，很多场合下UPS、逆变器、整流器等电源设备在测试输入电压跌落和输出负载反复瞬变时一般都采用接触器或者双向可控硅来做开关。但是，利用带机械触点的接触器做开关时速度慢，触点易损坏，直流高压容易拉弧；而用双向可控硅做开关可控硅只能在过零点时才能关断，无法满足输入电压的任意时刻的跌落。
由于上述缺陷，导致按照目前普遍使用的机械开关或可控硅很难满足UPS、逆变器、整流器等输入电压跌落或输出负载反复瞬变的测试需要。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有电源设备测试中使用接触器或可控硅做开关时速度慢、机械开关容易损坏的缺点，提供一种控制方便、可远控、通用性强、可靠性高的高速电子开关，满足UPS、逆变器、整流器等电源设备输入电压跌落或输出负载反复瞬变的测试需要。
为解决上述问题，本发明提出了一种电子开关，包括驱动电路、第一功率开关管、第二功率开关管和吸收电路，其中，
所述驱动电路输出端与第一功率开关管和第二功率开关管相连，用于控制第一功率开关管和第二功率开关管的开通和关断；
所述第一功率开关管和第二功率开关管反向串连，第一功率开关管和第二功率开关管各引出一个输出端子；
所述吸收电路并联在两输出端子之间，用于吸收所述电子开关回路中的电压尖峰，防止所述第一功率开关管和第二功率开关管过压。
进一步地，上述开关还可具有以下特点，所述第一功率开关管和第二功率开关管为场效应管即MOS管，其栅极和栅极接到一起，源极和源极接到一起，两个漏极分别组成电子开关的两个输出端子；或为绝缘栅双极型晶体管，其栅极和栅极接到一起，发射极和发射极接到一起，两个集电极分别组成电子开关的两个输出端子。
进一步地，上述开关还可具有以下特点，所述第一功率开关管和第二功率开关管其栅极与所述驱动电路输出端相连。
进一步地，上述开关还可具有以下特点，所述第一功率开关管和第二功率开关管为晶体管或绝缘栅双极型晶体管，所述电子开关还包含第一反向并联二极管，与第一功率开关管反向并联，和第二反向并联二极管，与第二功率开关管反向并联。
进一步地，上述开关还可具有以下特点，所述反向并联是指所述第一反向并联二极管的阳极和第一功率开关管的发射极相连，其阴极和第一功率开关管的集电极相连，第二反向并联二极管的阳极和第二功率开关管的发射极相连，其阴极和第二功率开关管的集电极相连。
进一步地，上述开关还可具有以下特点，所述电子开关在内部集成或引入远控驱动信号到驱动电路，通过驱动电路同时开通或关断所述第一功率开关管和第二功率开关管。
进一步地，上述开关还可具有以下特点，所述吸收电路为一个或一组无感金属化薄膜电容。
本发明克服了现有测试中使用接触器或可控硅做开关时速度慢、机械开关容易损坏的缺点，具有高速、高可靠性、便于远控、操作简便、通用型强等特点。可以满足UPS、逆变器、整流器等电源设备电压跌落，负载瞬变的测试需要。
附图说明
图1为本发明电子开关的组成框图。
具体实施方式
本发明利用一对反向串联的功率开关管，如IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)、晶体管、或MOS管(金属-氧化物-半导体型场效应管)和与之反向并联的二极管组成电子开关。因为开关管的开关速度快，正向导通电压低，所以本发明电子开关几乎可以在任意时刻开通或关断，适合UPS、逆变器和整流器等电源交流输入电压瞬时跌落测试和输出负载的瞬态变化测试。
下面结合附图对本发明进行详细说明。
本发明电子开关的实现框图如图1所示，该电子开关由以下几个部分组成：
驱动电路110：作用是根据驱动信号驱动功率开关管120和功率开关管130的开通和关断。
功率开关管120和功率开关管130：功率开关管120和功率开关管130反向串联，即栅极和栅极接到一起，发射极和发射极接到一起，两个集电极分别组成电子开关的两个输出端子，即输出端子1和输出端子2。其作用是功率开关管120正向导通时与反向并联二极管150组成通道使电子开关处于开通状态，功率开关管130正向导通时与反向并联二极管140组成通道使电子开关处于开通状态。上述功率开关管以IGBT为例，如果是MOS管的话，则是栅极相连，源极相连，漏极为输出端子。功率开关管栅极与驱动电路输出端相连。
反向并联二极管140：与功率开关管120反向并联，当功率开关管130正向导通时与其组成通道使电子开关处于开通状态。
反向并联二极管150：与功率开关管130反向并联，当功率开关管120正向导通时与其组成通道使电子开关处于开通状态。
所述反向并联是指所述反向并联二极管140的阳极和功率开关管120的发射极相连，其阴极和功率开关管120的集电极相连，反向并联二极管150的阳极和功率开关管130的发射极相连，其阴极和功率开关管130的集电极相连。
吸收电路160：吸收电路连接在输出端子1和输出端子2之间，用于吸收开关管关断时因主回路电感引起的电压尖峰，防止开关管过压。
本发明电子开关中驱动电路110可以根据选择的功率开关管而定。电子开关可以在内部集成或引入远控驱动信号到驱动电路，通过驱动电路同时开通或关断功率开关管。
功率开关管120和功率开关管130的选择必须根据电子开关应用场合的电流和电压而定，若选择MOS管时因为其内部寄生有反向并联的体二极管，所以外部反向并联二极管140和反向并联二极管150可以不要。功率开关管120和功率开关管130选择IGBT模块时，因为其内部一般都有集成了的反向并联的续流二极管，但是该二极管的过电流能力可能会小于IGBT，所以根据具体的IGBT的选择情况决定是否需要再在外部并联反向并联二极管140和反向并联二极管150。
吸收电路160的设计非常重要，因为主回路电感引起的电压尖峰会通过功率开关管的结间电容耦合到驱动控制回路，进而引起功率开关管的误动作，甚至损坏功率管；另一方面，主回路电感引起的电压尖峰，严重时会超过功率开关管的额定值，损坏功率管。吸收电路160的设计一般采用一个或一组无感金属化薄膜电容。
在做好吸收回路电感引起的电压尖峰的同时要注意主回路的布线，尽量减小主回路的分布电感。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (7)

1、一种电子开关，包括驱动电路、第一功率开关管、第二功率开关管和吸收电路，其中，
所述驱动电路输出端与第一功率开关管和第二功率开关管相连，用于控制第一功率开关管和第二功率开关管的开通和关断；
所述第一功率开关管和第二功率开关管反向串连，第一功率开关管和第二功率开关管各引出一个输出端子；
所述吸收电路并联在两输出端子之间，用于吸收所述电子开关回路中的电压尖峰，防止所述第一功率开关管和第二功率开关管过压。
2、如权利要求1所述的电子开关，其特征在于，
所述第一功率开关管和第二功率开关管为场效应管即MOS管，其栅极和栅极接到一起，源极和源极接到一起，两个漏极分别组成电子开关的两个输出端子；或为绝缘栅双极型晶体管，其栅极和栅极接到一起，发射极和发射极接到一起，两个集电极分别组成电子开关的两个输出端子。
3、如权利要求2所述的电子开关，其特征在于，所述第一功率开关管和第二功率开关管其栅极与所述驱动电路输出端相连。
4、如权利要求1所述的电子开关，其特征在于，
所述第一功率开关管和第二功率开关管为晶体管或绝缘栅双极型晶体管，所述电子开关还包含第一反向并联二极管，与第一功率开关管反向并联，和第二反向并联二极管，与第二功率开关管反向并联。
5、如权利要求4所述的电子开关，其特征在于，所述反向并联是指所述第一反向并联二极管的阳极和第一功率开关管的发射极相连，其阴极和第一功率开关管的集电极相连，第二反向并联二极管的阳极和第二功率开关管的发射极相连，其阴极和第二功率开关管的集电极相连。
6、如权利要求1所述的电子开关，其特征在于：
所述电子开关在内部集成或引入远控驱动信号到驱动电路，通过驱动电路同时开通或关断所述第一功率开关管和第二功率开关管。
7、如权利要求1所述的电子开关，其特征在于，
所述吸收电路为一个或一组无感金属化薄膜电容。
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