CN109844946B - 固态开关系统 - Google Patents

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Abstract

固态开关具有至少一个FET型器件以及与该至少一个FET型器件并联地耦合的至少一个晶闸管型器件。该至少一个FET型器件被构造有基于电气设备的额定电流的第一功率损耗曲线；以及该至少一个晶闸管型器件被构造有基于与该电气设备相关联的浪涌电流的第二功率损耗曲线。

Description

固态开关系统
技术领域
本申请总体涉及开关，并且更具体地但非排他地涉及固态开关。
背景技术
各种类型的固态开关系统，例如，接触器、断路器、继电器和其它固态开关仍然是感兴趣的领域。一些现有系统相对于某些应用具有各种短处、弊端和缺点。例如，在一些固态开关中，可以例如在电气设备的稳态操作期间和/或在由电气设备汲取的涌入电流或其它浪涌电流期间进行功率损耗的改进。因此，仍然需要在该技术领域中做出进一步的贡献。
发明内容
本发明的一个实施例是一种固态接触器。另一实施例是一种固态开关。其它实施例包括用于固态开关系统的器件装置、系统、器件、硬件、方法和组合。通过在这里一起提供的描述和附图，本申请的另外的实施例、形式、特征、方面、益处和优点将变得显而易见。
附图说明
本文的描述参照了附图，其中相同的附图标记在多个视图中指代相同部分，以及其中：
图1示意性地图示了根据本发明的实施例的电气系统的非限制性示例的一些方面。
图2图示了根据本发明的实施例的能够被采用的电机启动期间的浪涌电流或过电流的非限制性示例的一些方面。
图3示意性地图示了根据本发明的实施例的在高于和低于电流阈值的操作期间的固态开关和代表性电流的非限制性示例的一些方面。
图4图示了根据本发明的实施例的FET型器件、晶闸管型器件以及组合的FET型器件和晶闸管型器件的损耗曲线的非限制性示例的一些方面。
图5示意性地图示了根据本发明的实施例的固态开关的非限制性示例的一些方面。
图6示意性地图示了根据本发明的实施例的固态开关的非限制性示例的一些方面。
图7示意性地图示了根据本发明的实施例的固态开关的非限制性示例的一些方面。
图8示意性地图示了根据本发明的实施例的固态开关的非限制性示例的一些方面。
图9示意性地图示了根据本发明的实施例的固态开关的示例的拓扑的非限制性示例的一些方面。
图10示意性地图示了根据本发明的实施例的固态开关的示例的拓扑的非限制性示例的一些方面。
图11示意性地图示了根据本发明的实施例的固态开关的示例的拓扑的非限制性示例的一些方面。
图12示意性地图示了根据本发明的实施例的固态开关的示例的拓扑的非限制性示例的一些方面。
具体实施方式
为了促进对本发明的原理的理解，现在将参照附图中图示的实施例，并且将使用特定语言来描述这些实施例。然而，要理解的是，并非由此意图限制本发明的范围。本发明所涉及领域的技术人员通常会想到所描述的实施例中的任何改变和进一步的修改、以及本文描述的本发明的原理的任何进一步的应用。
参照图1，示意性地图示了根据本发明的实施例的电气系统10的非限制性示例的一些方面。电气系统10包括电源12、耦合至电源12的固态开关系统14、连通地耦合至固态开关系统14的命令输入16以及耦合至固态开关系统14的电气设备18。电源12是AC电源，诸如，公用电网或设施电网或发电机系统或者任何其它AC电源。固态开关系统14是可操作以将电气设备18连接至电源12并且将电气设备18从电源12断开连接的开关。电气设备18可以采取各种形式中的任何一种或多种形式。例如，在一种形式中，电气设备18是额定功率为1kW至5kW的电机，诸如，感应电机或任何其它类型的电动机。在其它实施例中，电气设备18可以是额定功率小于1kW的电动机或者可以额定功率大于5kW。在一些实施例中，固态开关系统14可以是断路器系统或者是断路器系统的一部分，并且电气设备18可以是这样的电路，该电路用于向电耦合至该电路的任何数目的电动器件装置供电，电动装置例如但不限于，一个或多个电动机、家用电器、HVAC系统、包括机床的工具系统、手动工具和其它电动工具、计算机系统、照明系统、输送系统、化学或其它处理系统、办公系统、建筑和/或设施系统、和/或由50Hz、60Hz或任何其它合适频率的AC电压/电流供电的任何其它类型的电动发明。电路可以是市政的、工业的、家庭的或其它性质的。在其它实施例中，固态开关系统14可以是继电器或任何其它类型的接通/关断开关。电气设备18具有额定电流，并且具有与该额定电流相关联的浪涌电流，例如，电气设备可以在某些操作状况下汲取浪涌电流，例如，在启动电气设备18的全部或一部分期间或者在电气设备18的全部或一部分的状态变化期间汲取浪涌电流。
固态开关系统14包括具有固态开关元件的固态开关20以及栅极驱动器22。固态开关20可以设置在例如壳体或外壳或箱体或其它保护结构(未示出)中。在一种形式中，固态开关20是固态接触器。在其它实施例中，固态开关20可以是继电器，断路器或断路器开关，或者用于工业、家庭、办公室、车间、市政或任何其它目的的任何其它类型的开关。固态开关系统14的实施例可以用于单相系统、两相系统或三相系统以及其它多相系统中。栅极驱动器22可操作以提供控制固态开关20的固态开关元件的栅极驱动信号，以允许或防止电流流过开关20。在一些实施例中，固态开关可以包括电流隔离器。在一些实施例中，开关14(例如，栅极驱动器22或者另一控制器或系统)可以包括故障检测电路和保护电路，例如，可操作以引导栅极驱动器22将电气设备18从电源12断开连接的断路器保护电路，例如，响应于检测到的短路状况、接地故障状况或者其它安全或其它故障检测。在一种形式中，对于三相电气系统10，针对每个a、b和c相使用单独的开关20和栅极驱动器22。在一些三相实施例中，公用的栅极驱动器22可以被构造为向每个固态开关20提供栅极驱动信号。
命令输入16连通地耦合至栅极驱动器22。命令输入16可操作以提供接通/关断控制信号，以引导栅极驱动器22接通或关断固态开关20，即，将电气设备18连接至电源12或者将电气设备18从电源12断开连接。在一种形式中，命令输入16是人工操作开关。在其它实施例中，命令输入16还可以包括以下项、或者备选地自身是以下项、或者是以下项的输出：计算机、可编程逻辑电路、断路器控制器或保护控制电流、或者可操作以向栅极驱动器22发送接通/关断信号(例如，数字接通/关断信号)以用于接通和关断固态开关20的任何其它电气或电子器件。
在考虑固态开关设计时，可以采用晶闸管技术来制造固态开关，例如，固态接触器，并且可以具有比机电开关高得多的功率密度。然而，在许多设施中，任何这种晶闸管开关或接触器可能要求在相同的DIN(德国标准化学会，Deutsches Institut für Normung)或其它轨道(例如，高达22mm)上的两个或多个器件之间的间隔，以便充分利用晶闸管电流额定值。由于晶闸管冷却要求，例如，从这种晶闸管器件汲取热量所要求的必要或期望的散热器、冷却销/散热片或者其它冷却结构/器件所要求的间隔，额外的间隔是必要的。单独使用的任何这种晶闸管开关可以间隔地更紧密，但是更紧密的间隔可能需要降低晶闸管开关的额定值，在一些情况下，这意味着可能需要附加开关，因此增加了对于开关的空间要求并且增加了成本。对于切换超过4kW的电动机负载以及在高电流水平中(例如，高于5至7A)的电阻性负载来说尤其如此。因此，晶闸管技术的传导功率损耗迫使人们转向更大的壳体和与具有相同额定值的传统机电开关/接触器不同的外形因素。
考虑还包括诸如电气设备18等许多电气设备可能在一些情况下汲取浪涌电流，因此需要附加散热。浪涌电流包括，例如但不限于，通常的涌入电流(inrush currents)、励磁涌入电流、转子锁定或电动机启动电流以及其它形式的浪涌电流。例如，电动机负载涉及与标称范围内的电流和由于涌入(例如，励磁涌入和电动机启动)而导致的过电流相关的传导损耗。图2图示了3相感应电动机的启动的电流曲线的非限制性示例，其中，峰值涌入电流达到标称电流或额定电流的12.5倍，并且电动机启动电流达到标称电流的8倍。应该注意，高效电动机的特征在于峰值涌入电流高达标称电流的18至20倍。其它类型的电气设备也经历了涌入电流，例如，仅举数例，白炽灯照明、荧光照明、紧凑型荧光照明、LED照明。一些电气设备可能会经历超过并且有时明显超过标称电流的18至20倍的涌入电流。期望固态开关(例如，接触器、继电器或其它开关类型)被配置为鉴于两种电流场景(即，标称电流以及浪涌电流或过电流)来管理并且优选地优化功率损耗/发热曲线，这在一些实施例中可以减少整体功率损耗和/或减小例如轨道上的开关元件和/或开关之间的间隔要求。
场效应晶体管型器件(FET型器件)、例如但不限于JFET和MOSFET，是相对于晶闸管具有不同的传导功率损耗曲线的功率半导体器件。与晶闸管型器件相比，FET的电压-电流特性主要是电阻性的，并且在较低电流状态下产生较低的传导损耗，该晶闸管型器件的电压电流特性大部分可与关于p-n结电压的固定电压(这对于这些类型的器件来说是典型的)相比较。固定电压特性与较低电流状态下的FET型器件相比生成相对较高的损耗，但是与较高电流状态下的FET型器件相比生成相对适中的损耗。
根据本发明的实施例，将FET型器件和晶闸管型器件的组合并联用作开关元件。FET型器件和晶闸管型器件分别被选择并且构造或定尺寸为将较低电流状态和较高电流状态下的功率损耗最小化，从而提供改进的损耗曲线。例如，在一种形式中，开关20包括：端子T1，该端子T1被构造用于将开关20耦合至电源12以从电源12接收功率；端子L1，该端子L1被构造用于将来自电源12的功率提供给电气设备18；至少一个FET型器件24，该至少一个FET型器件24耦合至端子T1和端子L1；以及至少一个晶闸管型器件26，该至少一个晶闸管型器件26与至少一个FET型器件24并联地耦合至端子T1和端子L1。在一种形式中，开关元件，即，至少一个FET型器件24和至少一个晶闸管型器件26直接耦合至相应端子T1和L1，即，没有任何中间组件，例如诸如电容器、电阻器、电感器或其它器件。在其它实施例中，可以利用中间组件。
至少一个FET型器件24被构造有基于额定电流的第一功率损耗特性；以及至少一个晶闸管型器件26被构造有基于浪涌电流的第二功率损耗特性，例如但不限于，与电气设备18相关联的涌入电流和启动电流。栅极驱动器22连通地耦合到至少一个FET型器件24和至少一个晶闸管型器件26中的每个器件的栅极，并且可操作以向每个器件的栅极提供用于接通或关断每个器件的栅极驱动信号。在一些实施例中，一个或多个栅极驱动器22可以由至少一个FET型器件24和至少一个晶闸管型器件26共享。在其它实施例中，至少一个FET型器件24和至少一个晶闸管型器件26中的每个器件都可以具有一个或多个专用栅极驱动器22。
图4图示了至少一个FET型器件24的功率损耗曲线28(相对于电流I绘制的功率损耗PLOSS)、至少一个晶闸管型器件26的功率损耗曲线30以及组合的功率损耗曲线32的非限制性示例的一些方面，该组合的功率损耗曲线32反映了与并联操作并且共享通过开关20的电流的至少一个FET型器件24和至少一个晶闸管型器件26相关联的功率损耗。在一种形式中，电流共享是自然电流共享。在其它实施例中，例如，可以基于使用栅极驱动器22控制至少一个FET型器件24和至少一个晶闸管型器件26的输出来强迫共享。在一些实施例中，共享可以发生在任何电流水平时，例如，高于至少一个晶闸管型器件26的阈值电压。在一些实施例中，通过开关20的电流可以不在任何给定电流水平时被共享，而是可以在至少一个FET型器件24在较低电流状态(例如，低于某个预定阈值)中传输所有电流并且至少一个晶闸管型器件在较高电流状态中(例如，高于阈值)传输所有电流的范围内被共享。例如，可以采用栅极驱动器22以在较高电流(例如，高于额定电流或某个其它阈值的电流)时关断至少一个FET型器件24，和/或可以采用栅极驱动器22以在例如等于或低于额定电流或某个其它阈值的电流时关断至少一个晶闸管型器件26。
功率损耗曲线28与功率损耗曲线30的交叉点限定了阈值电流Ik，即，通过至少一个FET型器件24的功率损耗等于通过至少一个晶闸管型器件26的功率损耗的电流。在其它实施例中，至少一个FET型器件24的功率损耗曲线与至少一个晶闸管型器件26的功率损耗曲线之间的另一相关性可以用于确定阈值电流Ik。在一些实施例中，至少一个FET型器件24和至少一个晶闸管型器件26被选择并且构造为具有达到期望阈值电流Ik的功率损耗曲线28和30。例如，可以选择并改变至少一个FET型器件24和至少一个晶闸管型器件26中的每个器件的固态器件设计参数以达到期望阈值电流Ik。设计参数可以包括，例如但不限于，通态电阻、电压-电流特性、漂移区域的电阻、沟道的电阻、n和p材料掺杂参数、n和p材料层厚度等。通过改变和操纵设计参数，可以实现具有期望阈值的至少一个FET型器件24和至少一个晶闸管型器件26的构造。至少一个FET型器件24被构造有基于额定电流的功率损耗曲线(例如，功率损耗曲线28)，例如，被构造为具有或实现基于额定电流的功率损耗曲线，其中低于额定电流的功率损耗小于至少一个晶闸管型器件26在相同电流时的功率损耗。至少一个晶闸管型器件26被构造有基于高于额定电流的电流的功率损耗曲线(例如，功率损耗曲线28)，高于额定电流的电流例如为浪涌电流，诸如涌入电流和启动电流、或者与电气设备18相关联的其它浪涌。例如，至少一个晶闸管型器件26被构造为具有或实现基于浪涌电流的功率损耗曲线，其中高于额定电流的功率损耗小于至少一个FET型器件24在相同电流时的功率损耗。
在一种形式中，阈值电流Ik是电气设备18的额定电流、或者近似为电气设备18的额定电流。至少一个FET型器件24被选择并且构造为在至多阈值电流Ik(例如，额定电流)的电流水平时向电气设备18提供电流。在各种实施例中，由至少一个FET器件24提供的该电流可以是由开关20在低于额定电流水平时输出的大部分或全部电流。至少一个晶闸管器件26被选择并且构造为在超过阈值电流时向电机提供电流。在各种实施例中，由至少一个晶闸管器件26提供的该电流可以是由开关20在高于额定电流水平时输出的大部分或全部电流，高于额定电流水平例如为至多并包括浪涌电流，诸如任何涌入电流、电动机启动电流或其它过电流。至少一个FET型器件24被选择并且构造为在低于额定电流时具有比至少一个晶闸管型器件26低的功率损耗。至少一个晶闸管型器件26被选择并且构造为在高于额定电流时(例如，在与电气设备相关联的涌入电流和启动电流时)具有比至少一个FET型器件低的功率损耗。在其它实施例中，阈值电流Ik是大于针对电气设备18的额定电流的电流水平。在其它实施例中，阈值电流Ik可以是低于针对电气设备18的额定电流的电流水平。
在低于阈值电流Ik的电流时，至少一个FET型器件24的损耗曲线主导或者主要影响组合的损耗曲线32，而在高于阈值电流Ik的电流下，至少一个晶闸管型器件26的损耗曲线主导或者主要影响组合的损耗曲线32。在一些实施例中，组合的功率损耗曲线32在低于阈值电流Ik的电流水平时本质上或者有效地与功率损耗曲线28重叠，并且在高于阈值电流Ik的电流水平时本质上或者有效地与功率损耗曲线28重叠。在这种实施例中，在低于阈值电流Ik的电流水平时，基本上所有电流都通过至少一个FET型器件24，而在高于阈值电流Ik的电流水平时，基本上所有电流都通过至少一个晶闸管型器件26，如图3所图示的。
在一种形式中，例如在稳态操作期间，栅极驱动器22被构造并且可操作以向至少一个FET型器件24的(一个或多个)栅极提供连续的接通信号，同时接通开关系统14。在一些实施例中，栅极驱动器22可以被构造并且可操作以在高于额定电流或高于阈值电流Ik的电流水平时向至少一个FET型器件24的(一个或多个)栅极提供关断信号。在一种形式中，栅极驱动器22被构造为在电气设备18的稳态操作或低于额定电流的操作期间向至少一个晶闸管型器件26的(一个或多个)栅极提供连续的关断信号，并且在高于额定电流的浪涌期间向至少一个晶闸管型器件26的(一个或多个)栅极提供接通信号，例如，如果晶闸管型器件被正向偏置则提供脉冲的接通信号或单个接通信号，或者针对一些类型的晶闸管型器件提供连续的接通信号。
在一些实施例中，一个或多个栅极驱动器22可以被构造为利用能够被调整以实现重新触发和零电流关断的延迟来关断晶闸管型器件。在一些实施例中，一个或多个栅极驱动器22可以被构造为向至少一个FET型器件提供可以被调整以协调器件之间的电流共享的接通和关断延迟。实施例可以包括用于晶闸管型器件的一个或多个功率半导体控制电路以及用于FET型器件的一个或多个功率半导体控制电路。
在各种实施例中，晶闸管型器件26可以是，例如但不限于，一个或多个晶闸管和/或SCR和/或TRIAC。在一些实施例中，一个或多个晶闸管可以用双极器件代替。晶闸管型器件26还可以是以下一项或多项或者包括以下一项或多项：集成栅极换流晶闸管(IGCT)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)、栅极可关断晶闸管(GTO)和MOS控制晶闸管(MCT)。
至少一个FET型器件24可以是，例如但不限于，以背靠背或反串联配置的两个三象限FET，或者一个四象限FET。三象限FET型器件可以是，例如但不限于，SiC结栅场效应晶体管(JFET)、具有Si MOSFET或GaN MOSFET的共源共栅配置的SiC JFET、SiC金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、具有反并联二极管的SiC结栅场效应晶体管、具有反并联二极管的SiC金属氧化物半导体场效应晶体管、或者其它类型的三象限FET器件。四象限FET型器件可以是，例如但不限于，GaN四象限FET、对称常开SiC JFET或双栅极常开GaN HEMT、或者其它类型的四象限FET器件。FET型器件24还可以是以下一项或多项或者包括以下一项或多项：GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)、GaN场效应晶体管(FET)、GaN增强型HEMT(E-HEMT)、Si金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、Si结栅场效应晶体管(JFET)、Si超级结MOSFET和宽带隙SiC、GaN、金刚石半导体器件。例如在共源共栅配置中采用的二极管可以包括，例如但不限于，Pn二极管、肖特基二极管、SiC肖特基二极管或者一个或多个其它二极管类型中的一个或多个。尽管关于共源共栅配置进行了说明，但是要理解，在一些实施例中，二极管也可以与其它FET型器件结合使用，例如，用作续流二极管。
参照图5至图8，至少一个晶闸管型器件26可以在一些实施例中是单个晶闸管型器件，并且在其它实施例中，可以是或者包括与至少一个FET型器件24并联地耦合至端子T1和端子L1的第一晶闸管型器件34以及与第一晶闸管型器件34反并联地耦合至端子T1和端子L1的第二晶闸管型器件34。每个晶闸管型器件34(例如，每个晶闸管)都具有阳极A、阴极K和栅极GT。图5的实施例图示了其中至少一个FET型器件24是反串联地耦合的两个三象限FET36，每个FET 36都具有栅极G、源极S和漏极D。图6的实施例图示了其中至少一个FET型器件是具有对应的低压MOSFET 40和续流二极管42的两个共源共栅JFET 38，每个共源共栅JFET都具有栅极G、源极S和漏极D。图7的实施例图示了其中至少一个FET型器件是具有栅极G的四象限FET 44。图8的实施例图示了其中至少一个FET型器件是具有两个栅极G1和G2的四象限双栅极FET 46。
固态开关20可以以各种方式实现，例如但不限于，利用预封装的分立组件(例如，分立FET型器件和分立晶闸管型器件)以及分立管芯(例如，FET型器件管芯和FET型器件管芯)。图9图示了图5的固态开关在自定义封装中的实施例。直接键合的铜衬底具有设置在衬底50上方的相邻铜层48，例如，针对每个FET 38/晶闸管34对具有一个铜层48。通过铜层48和电线52获得开关元件之间的电耦合。图10图示了类似于图9的实施例，除了图10的实施例包括每个FET38/晶闸管34对的热解耦之外。图11图示了类似于图9和图10的实施例，除了图11的实施例包括每个FET 38/晶闸管34对的热分离之外。图12图示了图6的固态开关的实施例，该固态开关是自定义封装中的两个晶闸管和两个共源共栅JFET(SiC JFET+SiMOSFET)。
本发明的实施例包括一种固态接触器系统，该固态接触器系统用于将电机连接至电源以及将电机与电源断开连接，该电机具有额定电流，该固态接触器系统包括：第一端子，该第一端子被构造用于耦合至电源并且从电源接收功率；第二端子，该第二端子被构造用于将来自电源的功率提供给电机；至少一个FET型器件，该至少一个FET型器件被耦合至第一端子和第二端子；以及至少一个晶闸管型器件，该至少一个晶闸管型器件与至少一个FET型器件并联地耦合至第一端子和第二端子，其中至少一个FET型器件被构造有基于额定电流的第一功率损耗曲线；以及其中至少一个晶闸管型器件被构造有基于与电机相关联的涌入电流和启动电流的第二功率损耗曲线。
在改进中，至少一个FET型器件被选择并且构造为在额定电流时和低于额定电流时具有比至少一个晶闸管型器件低的功率损耗；以及至少一个晶闸管型器件被选择并且构造为在与电机相关联的涌入电流和启动电流时具有比至少一个FET型器件低的功率损耗。
在另一改进中，电流被共享在至少一个FET型器件与至少一个晶闸管型器件之间。
在再一改进中，至少一个晶闸管型器件包括：第一晶闸管型器件，该第一晶闸管型器件与至少一个FET型器件并联地直接耦合至第一端子和第二端子；以及第二晶闸管型器件，该第二晶闸管型器件与第一晶闸管型器件反并联地直接耦合至第一端子和第二端子。
在又一改进中，至少一个FET型器件包括栅极，固态接触器系统进一步包括栅极驱动器，该栅极驱动器与栅极连通并且可操作以在电机的操作期间向栅极提供连续的接通信号。
在又一改进中，至少一个晶闸管型器件包括栅极，固态接触器系统进一步包括栅极驱动器，该栅极驱动器与栅极连通并且可操作以在电机的稳态操作期间向栅极提供连续的关断信号。
在又一改进中，栅极驱动器可操作以在高于额定电流的电流时向至少一个晶闸管型器件提供脉冲接通信号和/或连续接通信号。
在又一改进中，至少一个FET型器件是反串联地耦合的至少两个FET型器件。
在又一改进中，额定电流等于或低于阈值电流；至少一个FET型器件被选择并且构造为在低于阈值电流时将第一电流提供给电机；以及至少一个晶闸管型器件被选择并且构造为在超过阈值电流时将第二电流提供给电机。
在又一改进中，阈值电流被限定为通过至少一个FET型器件的功率损耗等于通过至少一个晶闸管型器件的功率损耗的电流；以及至少一个FET型器件和至少一个晶闸管型器件被选择并且构造为在额定电流时或在高于额定电流时具有达到期望阈值电流的功率损耗曲线。
在又一改进中，其中至少一个FET型器件被选择并且构造为在至多额定电流的电流水平时将电流提供给电机；以及其中至少一个晶闸管器件被选择并且构造为在超过额定电流时将电流提供给电机。
本发明的实施例包括一种固态开关系统，该固态开关系统被构造为将电气设备连接至电源以及将电气设备与电源断开连接，该固态开关系统包括：第一端子，该第一端子被构造用于耦合至电源；第二端子，该第二端子被构造用于将从电源接收到的功率提供给电气设备；至少一个FET型器件，该至少一个FET型器件被耦合至第一端子和第二端子；以及至少一个晶闸管型器件，该至少一个晶闸管型器件与至少一个FET型器件并联地耦合至第一端子和第二端子，其中至少一个FET型器件被选择并且构造为在至多阈值电流时将第一电流提供给电气设备；以及其中，至少一个晶闸管型器件被选择并且构造为在超过阈值电流时将第二电流提供给电气设备；以及其中至少一个FET型器件被构造有第一功率损耗曲线；其中至少一个晶闸管型器件被构造有第二功率损耗曲线，以及其中阈值电流基于第一功率损耗曲线与第二功率损耗曲线之间的相关性。
在改进中，其中阈值电流是通过至少一个FET型器件的功率损耗近似等于或小于通过至少一个晶闸管型器件的功率损耗的电流。
在另一改进中，电气设备具有额定电流；以及至少一个FET型器件和至少一个晶闸管型器件被选择并且构造为具有产生期望阈值电流的相应的第一功率损耗曲线和第二功率损耗曲线，该期望阈值电流近似等于额定电流或高于额定电流。
在再一改进中，至少一个晶闸管型器件包括：第一晶闸管型器件，该第一晶闸管型器件与至少一个FET型器件并联地直接耦合至第一端子和第二端子；以及第二晶闸管型器件，该第二晶闸管型器件与第一晶闸管型器件反并联地直接耦合至第一端子和第二端子。
在又一改进中，至少一个FET型器件是反串联地耦合的至少两个FET型器件。
在又一改进中，至少一个FET型器件和至少一个晶闸管型器件被选择并且构造为共享从电源流到电气设备的电流。
在又一改进中，至少一个FET型器件包括栅极，固态开关系统进一步包括栅极驱动器，该栅极驱动器与栅极连通并且可操作以在电机的操作期间向栅极提供连续的接通信号。
在又一改进中，电气设备具有额定电流；以及其中至少一个晶闸管型器件包括栅极，固态开关系统进一步包括栅极驱动器，该栅极驱动器与栅极连通并且可操作以在电气设备的稳态操作期间向栅极提供连续的关断信号，并且在高于额定电流的浪涌期间向栅极提供接通信号。
本发明的实施例包括一种固态开关系统，该固态开关系统被构造为将电气设备连接至电源以及将电气设备与电源断开连接，该电气设备具有额定电流，该固态开关系统包括：第一端子，该第一端子被构造用于耦合至电源；第二端子，该第二端子被构造用于将从电源接收到的功率提供给电气设备；用于控制电流的第一装置；以及用于控制电流的第二装置，该用于控制电流的第二装置与用于控制电流的第一装置并联地设置，其中用于控制电流的第一装置被构造有基于额定电流的第一功率损耗曲线；以及其中用于控制电流的第二装置被构造有基于与电气设备相关联的浪涌电流的第二功率损耗曲线。
尽管已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是本发明应该被认为在本质上是说明性的而不是限制性的，要理解的是，仅已经示出并描述了优选实施例，并且落入本发明的精神范围内的所有改变和修改都期望受到保护。应该理解的是，尽管使用在上面的说明中利用的诸如“优选的”、“优选地”、“优选”或“更优选”等词语来表明如此描述的特征可能是更期望的，但是这些特征可以不是必须的，并且缺少这种特征的实施例可以被认为是落入本发明的范围内，该范围由随附权利要求所限定。在阅读权利要求时，其意图是，当使用诸如“一”、“一个”、“至少一个”、或“至少一部分”等词语时，不旨在将权利要求限制为只有一个项目，除非在该权利要求中有相反的特别说明。当使用语言“至少一部分”和/或“一部分”时，该项目可以包括一部分和/或整个项目，除非有相反的特别说明。
除非另有说明或限制，否则术语“安装”、“连接”、“支撑”和“耦合”及其变型被广泛使用并且涵盖直接和间接安装、连接、支撑和耦合。进一步地，“连接”和“耦合”不限于物理或机械连接或耦合。

Claims (18)

1.一种固态接触器系统，所述固态接触器系统用于将电机连接至电源以及将所述电机与所述电源断开连接，所述电机具有额定电流，所述固态接触器系统包括：
第一端子，所述第一端子被构造用于耦合至电源并且从所述电源接收功率；
第二端子，所述第二端子被构造用于将来自所述电源的功率提供给所述电机；
至少一个FET型器件，所述至少一个FET型器件被耦合至所述第一端子和所述第二端子；以及
至少一个晶闸管型器件，所述至少一个晶闸管型器件与所述至少一个FET型器件并联地耦合至所述第一端子和所述第二端子，
其中所述至少一个FET型器件被构造有第一功率损耗曲线，所述第一功率损耗曲线基于所述额定电流；
其中所述至少一个晶闸管型器件被构造有第二功率损耗曲线，所述第二功率损耗曲线基于与所述电机相关联的涌入电流和启动电流；
其中所述至少一个FET型器件被选择并且构造为在所述额定电流时和在低于所述额定电流时具有比所述至少一个晶闸管型器件低的功率损耗；以及
其中所述至少一个晶闸管型器件被选择并且构造为在与所述电机相关联的所述涌入电流和启动电流时具有比所述至少一个FET型器件低的功率损耗。
2.根据权利要求1所述的固态接触器系统，其中电流被共享在所述至少一个FET型器件与所述至少一个晶闸管型器件之间。
3.根据权利要求1所述的固态接触器系统，其中所述至少一个晶闸管型器件包括：
第一晶闸管型器件，所述第一晶闸管型器件与所述至少一个FET型器件并联地直接耦合至所述第一端子和所述第二端子；以及
第二晶闸管型器件，所述第二晶闸管型器件与所述第一晶闸管型器件反并联地直接耦合至所述第一端子和所述第二端子。
4.根据权利要求1所述的固态接触器系统，其中所述至少一个FET型器件包括栅极，所述固态接触器系统进一步包括栅极驱动器，所述栅极驱动器与所述栅极连通，并且可操作以在所述电机的操作期间向所述栅极提供连续接通信号。
5.根据权利要求1所述的固态接触器系统，其中所述至少一个晶闸管型器件包括栅极，所述固态接触器系统进一步包括栅极驱动器，所述栅极驱动器与所述栅极连通，并且可操作以在所述电机的稳态操作期间向所述栅极提供连续关断信号。
6.根据权利要求5所述的固态接触器系统，其中所述栅极驱动器可操作以在高于所述额定电流的电流时向所述至少一个晶闸管型器件提供脉冲接通信号和/或连续接通信号。
7.根据权利要求1所述的固态接触器系统，其中所述至少一个FET型器件是反串联地耦合的至少两个FET型器件。
8.根据权利要求1所述的固态接触器系统，其中所述额定电流等于或低于阈值电流；其中所述至少一个FET型器件被选择并且构造为在低于所述阈值电流时将第一电流提供给所述电机；以及其中所述至少一个晶闸管型器件被选择并且构造为在超过所述阈值电流时将第二电流提供给所述电机。
9.根据权利要求8所述的固态接触器系统，其中所述阈值电流被限定为通过所述至少一个FET型器件的所述功率损耗等于通过所述至少一个晶闸管型器件的所述功率损耗的电流；以及其中所述至少一个FET型器件和所述至少一个晶闸管型器件被选择并且构造为在所述额定电流时或在高于所述额定电流时具有达到阈值电流的功率损耗曲线。
10.根据权利要求1所述的固态接触器系统，其中所述至少一个FET型器件被选择并且构造为在至多所述额定电流的电流水平时将电流提供给所述电机；以及其中所述至少一个晶闸管器件被选择并且构造为在超过所述额定电流时将电流提供给所述电机。
11.一种固态开关系统，所述固态开关系统被构造为将电气设备连接至电源以及将所述电气设备与所述电源断开连接，所述固态开关系统包括：
第一端子，所述第一端子被构造用于耦合至电源；
第二端子，所述第二端子被构造用于将从所述电源接收到的功率提供给所述电气设备；
至少一个FET型器件，所述至少一个FET型器件被耦合至所述第一端子和所述第二端子；以及
至少一个晶闸管型器件，所述至少一个晶闸管型器件与所述至少一个FET型器件并联地耦合至所述第一端子和所述第二端子，
其中所述至少一个FET型器件被选择并且构造为在至多阈值电流时将第一电流提供给所述电气设备；以及其中所述至少一个晶闸管型器件被选择并且构造为在超过所述阈值电流时将第二电流提供给所述电气设备；
其中所述至少一个FET型器件被构造有第一功率损耗曲线；其中所述至少一个晶闸管型器件被构造有第二功率损耗曲线，以及其中所述阈值电流基于所述第一功率损耗曲线与所述第二功率损耗曲线之间的相关性；以及
其中所述阈值电流是通过所述至少一个FET型器件的所述功率损耗近似等于或小于通过所述至少一个晶闸管型器件的所述功率损耗的电流。
12.根据权利要求11所述的固态开关系统，其中所述电气设备具有额定电流；以及其中所述至少一个FET型器件和所述至少一个晶闸管型器件被选择并且构造为具有产生期望阈值电流的相应的第一功率损耗曲线和第二功率损耗曲线，所述阈值电流近似等于所述额定电流或高于所述额定电流。
13.根据权利要求11所述的固态开关系统，其中所述至少一个晶闸管型器件包括：
第一晶闸管型器件，所述第一晶闸管型器件与所述至少一个FET型器件并联地直接耦合至所述第一端子和所述第二端子；以及
第二晶闸管型器件，所述第二晶闸管型器件与所述第一晶闸管型器件反并联地直接耦合至所述第一端子和所述第二端子。
14.根据权利要求11所述的固态开关系统，其中所述至少一个FET型器件是反串联地耦合的至少两个FET型器件。
15.根据权利要求11所述的固态开关系统，其中所述至少一个FET型器件和所述至少一个晶闸管型器件被选择并且构造为共享从所述电源流到所述电气设备的电流。
16.根据权利要求11所述的固态开关系统，其中所述至少一个FET型器件包括栅极，所述固态开关系统进一步包括栅极驱动器，所述栅极驱动器与所述栅极连通，并且可操作以在电机的操作期间向所述栅极提供连续接通信号。
17.根据权利要求16所述的固态开关系统，其中所述电气设备具有额定电流；以及其中所述至少一个晶闸管型器件包括栅极，所述固态开关系统进一步包括栅极驱动器，所述栅极驱动器与所述栅极连通，并且可操作以在所述电气设备的稳态操作期间向所述栅极提供连续关断信号，以及在高于额定电流的浪涌期间向所述栅极提供接通信号。
18.一种固态开关系统，所述固态开关系统被构造为将电气设备连接至电源以及将所述电气设备与所述电源断开连接，所述电气设备具有额定电流，所述固态开关系统包括：
第一端子，所述第一端子被构造用于耦合至电源；
第二端子，所述第二端子被构造用于将从所述电源接收到的功率提供给所述电气设备；
用于控制电流的第一装置；以及
用于控制电流的第二装置，所述用于控制电流的第二装置与所述用于控制电流的第一装置并联地设置，
其中所述用于控制电流的第一装置被构造有第一功率损耗曲线，所述第一功率损耗曲线基于所述额定电流；
其中所述用于控制电流的第二装置被构造有第二功率损耗曲线，所述第二功率损耗曲线基于与所述电气设备相关联的浪涌电流；
其中至少一个FET型器件被选择并且构造为在所述额定电流时和在低于所述额定电流时具有比所述至少一个晶闸管型器件低的功率损耗；以及
其中所述至少一个晶闸管型器件被选择并且构造为在与电机相关联的所述浪涌电流时具有比所述至少一个FET型器件低的功率损耗。
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