CN113748479A - 多相ac电力触头电弧抑制器 - Google Patents

Abstract

电弧抑制电路，其被配置成抑制跨电力接触器的电弧放电，所述电力接触器耦接至具有预定数目的相的交流(AC)电源，电力接触器的每个触头对应于预定数目的相中的一个，电弧抑制电路包括：若干个双重单向电弧抑制器，所述若干个双重单向电弧抑制器等于AC电源的预定数目的相。每个双重单向电弧抑制器包括：第一相特定电弧抑制器，其被配置成抑制正域中的跨相关联的触头的电弧放电；第二相特定电弧抑制器，其被配置成抑制负域中的跨相关联的触头的电弧放电；以及线圈锁控制器，其被配置成耦接在电力接触器的触头线圈驱动器之间，被配置成检测触头线圈驱动器的输出条件并且在预定时间内禁止第一相特定电弧抑制器和第二相特定电弧抑制器的操作。

Description

多相AC电力触头电弧抑制器

优先权

本申请要求2019年1月29日提交的美国临时申请序列号62/798,316、2019年1月29日提交的美国临时申请序列号62/798,323、以及2019年1月29日提交的美国临时申请序列号62/798,326的优先权权益，所有这些美国临时申请的内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本申请一般涉及高功率多相AC电力触头电弧抑制器。

背景技术

电流触头电弧放电可能对电触头表面例如继电器和某些开关具有有害影响。电弧放电可能随着时间的推移而劣化并最终破坏触头表面，并且可能导致过早的部件故障、较低的质量性能和相对频繁的预防性维护需要。另外，继电器、开关等中的电弧放电可能导致电磁干扰(EMI)发射的产生。电流触头电弧放电可能在消费者、商业、工业、汽车和军事应用领域的交流(AC)电力和直流(DC)电力二者中发生。由于其普遍性，确实已经开发出了数百种特定的装置来解决电流触头电弧放电的问题。

附图说明

在附图的图中通过示例而非限制的方式示出了一些实施方式。

图1是在示例实施方式中的高功率、多相AC电力触头电弧抑制器系统的框图。

图2是在示例实施方式中的以反并联配置的三个双重单向电弧抑制器的框图。

图3是在示例实施方式中的线圈锁控制器的框图。

图4是在示例实施方式中的示例第一相特定电弧抑制器和第二相特定电弧抑制器的框图。

图5是在示例实施方式中的第一相特定电弧抑制器和第二相特定电弧形抑制器以及双重单向电弧抑制器的其他部件的示例实现方式的电路图。

图6是在示例实施方式中的双重单向电弧抑制器的框图。

图7A和图7B是在示例实施方式中的电弧抑制电路的时序图。

图8示出了在示例实施方式中的三相电力系统的使用波形800示出的电弧抑制器电路的操作。

图9A至图9C是在示例实施方式中的双重单向电弧抑制器的实现方式的透视图。

具体实施方式

多相电力系统是AC电力生成和传输的常用方法。最常见的这样的多相电力是三相电力，其中电力沿三个导体传输，相对于彼此成一百二十度异相。这样，在多相电力系统中，在任何给定时间处，至少一个导体上的电流处于正域，而至少一个其他导体上的电流处于负域。在平衡的三相电力系统中，瞬时电流的总和为零，这在系统级上可能阻止试图抑制三相系统中的触头处的电弧。此外，由于三相系统的每条线路在零交叉上方和下方的恒定循环，常规的电弧抑制器可能与所产生的电流密度相抗衡。

已经开发了利用电弧抑制器来在多相AC电力电弧生成和任何相关情况中的最早阶段抑制电弧形成的系统和方法。通过在多相电力系统的每一相上并入一个双重单向电弧抑制器，整个电弧抑制电路能够抑制所有相上以及正域和负域中的电弧。双重单向电弧抑制器各自并入两个单独的电弧抑制器，一个电弧抑制器用于处理正域中的电弧放电，并且一个电弧抑制器用于处理负域中的电弧放电。每个单独的电弧抑制器通过触发闭锁开关例如热敏电阻自动地接入和断开，当交流电流在零线上过渡时，该触发闭锁开关自动地接通和切断。

图1是在示例实施方式中的高功率、多相AC电力触头电弧抑制器系统的框图。电弧抑制电路1和电力接触器2可以是任何合适的AC电力生成模式，例如，通常是单相、三相或多相。电力接触器2包括第一触头10A和第二触头10B，可以断开和闭合在第一触头10A与第二触头10B之间本领域已知的开关或其他机构。接触器线圈驱动器3可以是本领域已知的各种线圈驱动器中的任何一种，例如，过程控制器、自动控制器、辅助继电器、手动开关、接触器触头、继电器触头和半导体驱动器。AC电源4通过电力接触器2向AC电力负载5提供AC电力。电力触头线终端67、77、87和电力触头端终端68、78、88跨电力接触器2向电弧抑制电路1提供电耦接。第一接触器线圈端终端91和第二接触器线圈端终端92向线圈驱动器3的操作的电弧抑制电路1提供输入。

图2是在示例实施方式中的以反并联配置的三个双重单向电弧抑制器的框图。在本文公开的其他附图中的具体实现方式中示出了双重单向电弧抑制器，在适当或期望的情况下，双重单向电弧抑制器可以被并入在块级上。这样，可以设想，电弧抑制电路1的各个块可以根据本文公开的块实现方式的任何排列或组合来实现。

电弧抑制电路1包括以反并联配置的三(3)个双重单向电弧抑制器6、7、8。双重单向电弧抑制器6、7、8中的每一个包括将在本文中详细描述的块。每个双重单向电弧抑制器6、7、8的每个块可以根据每个双重单向电弧抑制器6、7、8的要求在每个双重单向电弧抑制器6、7、8内单独实现。然而，应认识和理解的是，每个双重单向电弧抑制器6、7、8的每个相关部件可以根据共同原理实现，并且关于一个双重单向电弧抑制器6、7、8的一个这样的部件——例如，双重单向电弧抑制器6的线圈锁控制器61的讨论可以理解为对应于不同的双重单向电弧抑制器6、7、8的相关部件、即双重单向电弧抑制器7的线圈锁控制器71和双重单向电弧抑制器8的线圈锁控制器81。

虽然在本文中详细描述了三相系统，但是应认识和理解，关于三相系统公开的原理可以应用于任何单相或多相AC电力系统。更广泛地，对于具有预定数目的相的任何系统，电弧抑制电路1可以利用与其中使用电弧抑制电路1的系统中的预定数目的相相等的若干个双重单向电弧抑制器来实现。此外，注意，电弧抑制电路1可以用于单相AC或DC系统中。

每个双重单向电弧抑制器6、7、8分别包括线圈锁控制器61、71、81；分别包括第一相特定单个单极电弧抑制器62、72、82；以及分别包括第二相特定单个单极电弧抑制器63、73、83；分别在节点611、711、811处彼此耦接，并且分别在节点612、712、812处彼此耦接。每个双重单向电弧抑制器6、7、8还分别包括第二过电压保护器69、79、89，第二过电压保护器69、79、89分别在节点640、740、840处与第一相特定单个单极电弧抑制器62、72、82耦接以及分别在节点681、781、881处与第二相特定单个单极电弧抑制器63、73、83耦接。线圈锁控制器61、71、81、第一相特定单个单极电弧抑制器62、72、82以及第二相特定单个单极电弧抑制器63、73、83的示例将在本文中详细公开。第二过压保护器69、79、89可以是或者可以包括变阻器、瞬态电压抑制(TVS)二极管、齐纳二极管、气体管、火花隙或者任何其他相关的合适部件，以在不需要相关联的电弧抑制器6、7、8进行电弧抑制时锁定相关联的电弧抑制器6、7、8。

可熔迹线或可熔元件641、741、841分别可以在可熔元件641、741、841的延伸长度上没有有机材料，例如焊接掩模、丝网等。另外地或可替选地，可熔元件641、741、841可以包括本领域中已知的无源或有源熔丝元件。可熔元件641、741、841分别耦接至节点640、740、840。最后，每个双重单向电弧抑制器6、7、8分别包括分别耦接至节点671、771、871的电力触头线终端67、77、87以及分别耦接至节点681、781、881的电力触头端终端68、78、88。

每个双重单向电弧抑制器6、7、8被配置成在三相系统中的相对于彼此的单独相下操作。因此，通过说明性示例，如果第一双重单向电弧抑制器6被配置成在零度相下操作，则第二双重单向电弧抑制器7可以被配置成在与第一双重单向电弧抑制器6成正一百二十度的异相下操作，而第三双重单向电弧抑制器8可以被配置成在与第一双重单向电弧抑制器8成负一百二十度的异相下操作(见图8)。在这样的示例中，每个双重单向电弧抑制器6、7、8被配置成接收三相电力线路的三条对应线路中的一条，并抑制该线路上的电弧放电。

如本文将示出的，每个双重单向电弧抑制器6、7、8是“双重的”，因为每个双重单向电弧抑制器包括两个单独的电弧抑制器。在各种示例中，双重单向电弧抑制器6、7、8可以通过被配置成从电源到负载即在单个方向上操作而不是处理双向电流流动而是“单向的”。虽然公开了单向电弧抑制器，但是本文描述的示例可以根据使用环境在任何合适的电弧抑制器上实现。

电弧抑制电路1还并入线圈接口90。在所示的示例中，线圈接口90包括：第一接触器线圈端终端91和第二接触器线圈端终端92；线圈电力过电流保护装置93，其在节点921处耦接至第二接触器线圈端终端92；以及线圈电力过电压保护装置94，其耦接在节点911与931之间，节点911、931与线圈锁控制器61、71、81耦接。在示例中，线圈电力过电流保护装置93是电阻器，并且线圈电力过电压保护装置94是变阻器，但是应认识和理解，任何合适的部件可以在线圈电力过电流保护装置93和线圈电力过电压保护装置94中。线圈接口90被配置成接收接触器线圈驱动器3的输出条件，并且基于该输出条件向线圈锁控制器61、71、81输出信号。

电弧抑制电路1可以根据任何合适的方法或机制被实现为硬件，包括被实现为单个部件基板或印刷电路板、公共母板和/或实现为单独的子板。内部屏蔽件或屏蔽系统可以并入屏蔽零件643、644、743、744、843、844，例如偏转器、挡板和/或吹孔或槽，以控制、引导和消散冲击波。在示例中，屏蔽零件643、644、743、744、843、844可以全部或部分地由0.3556毫米(0.014英寸)厚的FR4玻璃纤维制成。电弧抑制电路1还可以包括迹线屏障645、646、745、746、845、846和等离子体爆炸屏蔽件647、747、847。屏蔽部件643、644、645、646、647、743、744、745、746、747、843、844、845、846、847可以共同用于捕获和容纳碎屑，并且可以用作升华物接受器。

在各种示例中，熔断器(见图9A至图9C)可以并入电弧抑制电路1的壳体的底部、即空缺侧上。在这样的示例中，熔断器可以不并入共形掩模或共形涂层。在底侧上并入熔断器可以有助于在熔断器发生故障的情况下将所产生的碎片与其他部件隔离，同时还由于接近焊接或其他耦接或附接机构而提供相对容易的制造。环氧树脂丝网桥可以使进入熔断器的焊料蠕变最小化。熔断器与快速连接端(QCT)凸片和电弧抑制电路1的电路系统内联，以使邻近部件上的汽化铜最小化。

电弧抑制电路1可以并入图9A至图9C中描述的各种物理和电分离特征以及介电隔离特征。介电隔离可以包括在常规一百二十(120)伏应用中每相之间的至少一千五百(1,500)伏介电隔离的相分离，但是应认识和理解的是，介电隔离可以根据使用电弧抑制电路1的用途来设置。

图3是在示例实施方式中的线圈锁控制器的框图。线圈锁控制器61可以被实现为双重单向电弧抑制器6、7、8的线圈锁控制器61、71、81中的任何一个或全部。线圈锁控制器61包括功率转换器615、整流器616、功率限制器617、功率存储器618、电流源619以及可选地启用指示器620。启用指示器620可以提供线圈锁控制器61和相关联的双重单向电弧抑制器6、7、8通常处于启用状态并准备抑制触头电弧放电的外部指示。启用指示器1可以是接口，例如用户接口，例如发光二极管(LED)或其他光源，或者输入/输出(I/O)端口，例如外部连接、经由微处理器或微控制器以经由有线或无线方式与外部设备通信的内部通信链路。

线圈功率转换器615可以用作线圈锁控制器61的输入功率的调节器和/或限制器。在示例中，线圈功率转换器615可以包括与电阻器串联的电容器。电容器可以通过AC电流并阻止DC电流。电阻器可以限制涌入电流和稳态电流。然而，线圈功率转换器615可以利用可以调节和/或限制输入功率的任何硬件来实现。

整流器616可以是或可以包括二极管、阀、桥式整流器等。功率限制器617可以是或可以包括齐纳二极管、TVS、变阻器等。电流源619可以是任何合适的电流源，包括并入了限流器的电压源。

功率存储器618可以是保持功率存储装置，以从接触器线圈驱动器3保持相对短的时间段，例如一百毫秒至三百毫秒，以便将线圈锁控制器61保持在未锁定状态预定时间，该预定时间足以允许接触器线圈驱动器3断电并且允许功率接触器2断开接触或进行接触的时间，如本文将示出的。在各种示例中，与可以提供无源保持功率控制的部件相比，功率存储器618可以是或可以包括微处理器或其他控制器以控制实际的保持时间，即，可以提供有源保持功率控制，如本文所公开的。

图4是在示例实施方式中的示例第一相特定电弧抑制器和第二相特定电弧抑制器的框图。第一相特定电弧抑制器62可以被实现为第一相特定单个单极电弧抑制器72、82中的任何一个或更多个。第二相特定电弧抑制器63可以被实现为第二相特定单个单极电弧抑制器73、83中的任何一个或更多个。因此，在各种示例中，关于第一相特定电弧抑制器62和第二相特定电弧抑制器63描述的块可以以与其他第一相特定电弧抑制器72、82和第二相特定电弧抑制器73、83相同的方式实现，它们的作用由它们相对于彼此和其他系统部件如何布线来确定。可替选地，可以在各种第一相特定电弧抑制器62、72、82与第二相特定电弧抑制器63、73、83之间以及在各种第一相特定电弧抑制器62、72、82和第二相特定电弧抑制器63、73、83之中以不同方式实现各种块。

在第一相特定电弧抑制器62和第二相特定电弧抑制器63被实现为第一相特定电弧抑制器72和第二相特定电弧抑制器73的示例中，节点611改为耦接至节点711，节点612改为耦接至节点712，节点640改为耦接至节点740，并且节点681改为耦接至节点781，如图2所示。在第一相特定电弧抑制器62和第二相特定电弧抑制器63被实现为第一相特定电弧抑制器82和第二相特定电弧抑制器83的示例中，节点611改为耦接至节点811，节点612改为耦接至节点812，节点640改为耦接至节点840，并且节点681改为耦接至节点881，如图2所示。

为了说明的目的，第一相特定电弧抑制器62被配置成抑制AC电流的正半波——即如图8所示的电流高于正弦AC电流的零度相位线的部分——的触头电弧放电。第二相特定电弧抑制器63被配置成抑制负半波——即如图8所示的电流低于正弦AC电流的零度相位线的部分——的触头电弧放电。

在所示的示例中，第一相特定电弧抑制器62和第二相特定电弧抑制器63各自分别包括以下部件：

信号边沿检测器621、631被配置成基于从触头接收指示触头分离事件或等离子体点火事件的电压信号的变化而生成输出。在各种示例中，信号边沿检测器可以是基于电压边沿的接收而产生输出变化的任何一个或多个部件。

边沿脉冲转换器622、632被配置成分别将来自信号边沿检测器621、631的电压边沿转换为数字脉冲。边沿脉冲转换器622、632可以是变压器、脉冲变压器、栅极触发器或任何其他合适的部件。

限流器623、633被配置成分别限制通过信号边沿检测器621、631的电流并分别限制通过边沿脉冲转换器622、632的电流。限流器623、633可以是一个或多个相对高阻抗部件，例如电阻器。

第一过电压保护装置624、634分别防止过高的电压通过第一相特定电弧抑制器62和第二相特定电弧抑制器63传播。第一过压保护装置624、634可以是变阻器、TVS二极管、齐纳二极管、气体管、火花隙或任何其他相关的合适部件。

线圈锁60、600被配置成当在向第一相特定电弧抑制器62和第二相特定电弧抑制器63所连接的触头初始供电期间第一相特定电弧抑制器62和第二相特定电弧抑制器63中的一者或二者经受快速输入电压上升沿时，分别禁用第一相特定电弧抑制器62和第二相特定电弧抑制器63。在所示的示例中，线圈锁60、600分别包括信号隔离器检测器625、635，并且分别包括信号隔离器发射器626、636。在各种示例中，线圈锁60、600的那些部分可以被实现为单个部件例如光继电器，或者被实现为单独的部件。

电流阀627、628、637、638被配置成使得电流能够在仅一个方向上流动，例如二极管整流器、管阀等。

信号终结器629和639可以是具有合适阻抗的任何部件，例如电阻器。

闭锁开关6212、6312被配置成基于闭锁开关6212、6312的栅极的输入为正或负而接合或脱离其相应的第一相特定电弧抑制器62和第二相特定电弧抑制器63。在这样的示例中，由于第一相特定电弧抑制器62和第二相特定电弧抑制器63的不同相，一次仅一个闭锁开关6212、6312允许电流通过，从而将操作限制为一次第一相特定电弧抑制器62和第二相特定电弧抑制器63中的仅一个。这样，在示例中，闭锁开关6212、6312是闸流晶体管或相关器件，例如TRIAC或可控硅整流器(SCR)。

在所示的示例中，第一相特定电弧抑制器62和第二相特定电弧抑制器63各自分别包括以下可选部件，可选部件可以在第一相特定电弧抑制器62和第二相特定电弧抑制器63被设计成用于相对高的电流条件例如至少一(1)千安培的情况下使用：

电流阀6210、6310。限流器6211、6213、6311、6313。信号终端6214、6314。过电压保护装置6215。触发锁存阀6216、6316，例如闸流晶体管、TRIAC、SCR等。

最后，第一相特定电弧抑制器62和第二相特定电弧抑制器63共享第二过压保护器69。

图5是在示例实施方式中的第一相特定电弧抑制器62和第二相特定电弧抑制器63以及双重单向电弧抑制器6的其他部件的示例实现方式的电路图。与图4的框图一样，应认识和理解，双重单向电弧抑制器6的具体实现方式也可以被实现为双重单向电弧抑制器7、8，如针对那些双重单向电弧抑制器7、8所耦接的各种节点调整的，如图2所示。

在所示的示例中，线圈接口90包括：线圈端91、92；线圈过流保护装置93，作为十(10)欧姆电阻器；以及线圈过电压保护装置94，作为四百七十(470)伏、四百(400)安培变阻器。

在所示的示例中，线圈锁控制器61包括：功率转换器615，作为并联的一千(1,000)欧姆电阻器和0.1微法、六百三十(630)伏陶瓷电容器；整流器616，作为一百(100)伏、二百一十五(215)毫安二极管阵列；功率限制器617，作为十八(18)伏齐纳二极管；功率存储器618，作为一百(100)微法、二十五(25)伏铝电解电容器；以及电流源619，作为六百(600)伏N沟道MOSFET晶体管。

在所示的示例中，第一相特定电弧抑制器62和第二相特定电弧抑制器62、63各自分别包括：

信号边沿检测器621、631，作为0.022微法一(630)千伏电容器；脉冲边沿转换器622、632，作为双线圈、十(10)微亨电感器阵列；限流器623、633，作为十(10)欧姆电阻器；第一过电压保护装置624、634，作为六(6)伏TVS；线圈锁60、600，作为两(2)安培、四十(40)伏光继电器；电流阀627、628、637、638，作为三百(300)伏、一(1)安培二极管；信号终结器629、639，作为一百(100)欧姆电阻器；以及闭锁开关6212、6312，作为非隔离的、一(1)千伏、五十五(55)安培SCR。

在所示的示例中，第二过压保护器69是八百二十(820)、1.2千安培变阻器。可熔元件641和电力触头线终端67、68被提供用于说明的目的。还提供了以发光二极管形式的就绪指示器642。

图6是在示例实施方式中的双重单向电弧抑制器6的框图。该框图示出了与本文公开的各个块相关的双重单向电弧抑制器6的拓扑特征。特别地，节点640和681被实现为传导结构和冷却结构，并且在物理上比常规迹线更宽。屏蔽零件643、644将可熔元件641托住以包含可熔元件641的故障的任何物理后果。各个块61、62、63、69、642和节点611、621、671、911、931的相对定位可以表示这些块和节点在实现的板或成品中的定位。

图7A和图7B是示例实施方式中的电弧抑制电路1的时序图。通常，时序图示出了由相应的双重单向电弧抑制器6、7、8的线圈锁控制器61、71、81检测或从其发送的信号以及电力接触器2的触头上的电流和电压。时序图随时间从左向右进行。

图7A的时序图描绘了当电力触头2是常开的例如形式A的电力触头时电弧抑制电路1的操作。在750处，系统处于基态，其中，线圈电压低，触头电流低，触头电压高，并且线圈锁电路61、71、81的锁状态低或“锁定”，从而禁止电弧抑制电路1的操作。在752处，来自接触器线圈驱动器3的线圈电压上升到高，指示触头2即将闭合，并且将跨输入节点911、931的高电压提供给线圈锁电路61、71、81。在754处，线圈锁电路61、71、81在输出节点611、612上输出高、未锁定信号，从而使线圈锁电路61、71、81相应的双重单向电弧抑制器6、7、8能够操作。

在756处，随着触头闭合，跨电力接触器2的电流上升且电压下降，使得双重单向电弧抑制器6、7、8激活以抑制所产生的电弧放电。在756与758之间，电弧形成并且被双重单向电弧抑制器6、7、8抑制。在Henke的美国专利第9,423,442号中讨论了电弧现象，该专利整体并入本文。在758处，由于双重单向电弧抑制器6、7、8的操作，电弧不再形成，并且已经抑制了跨电力接触器2的电弧放电。电力接触器2在760内保持闭合，并且电弧抑制电路1不抑制跨触头的任何电弧放电。

在762处，接触器线圈驱动器3电压上升，发信号通知电力接触器2即将断开。在764处，所产生的电弧开始，由双重单向电弧抑制器6、7、8抑制，并且持续到766，在766处，电流已部分下降并且电压已部分上升。在768处，电力接触器2断开，跨电力接触器2的电流低而电压高。在770处，在跨输入节点911、931到线圈锁电路61、71、81的电压低时，输出节点611、612进入低锁定状态。在772处，系统已经返回到如750处的基态。

图7B的时序图描绘了当电力触头2是常闭的例如形式B的电力触头时电弧抑制电路1的操作。如将看到的，作为实际问题，具有形式B的电力触头的电弧抑制电路1的操作中的区别在于，在电力接触器2断开时抑制跨电力接触器2的电弧放电之后，当电力接触器2闭合时，线圈锁电路61、71、81返回到锁定状态，但是然后当电力接触器2断开时线圈锁电路61、71、81再次未锁定。

在774处，系统处于基态，其中，线圈电压高，触头电流低，触头电压高，并且线圈锁电路61、71、81的锁状态低或“锁定”，从而禁止电弧抑制电路1的操作。在776处，来自接触器线圈驱动器3的线圈电压降至低，指示触头2即将闭合，并且将跨输入节点911、931的低电压提供给线圈锁电路61、71、81。在778处，线圈锁电路61、71、81在输出节点611、612上输出高、未锁定信号，从而使线圈锁电路61、71、81相应的双重单向电弧抑制器6、7、8能够操作。

在780处，随着触头闭合，跨电力接触器2的电流上升并且电压下降，使得双重单向电弧抑制器6、7、8激活以抑制所产生的电弧放电。在780与782之间，电弧形成并且被双重单向电弧抑制器6、7、8抑制。在782处，由于双重单向电弧抑制器6、7、8的操作，电弧不再形成，并且已经抑制了跨电力接触器2的电弧放电。电力接触器2在784处保持闭合，并且由于低线圈电压、高电流和低触头电压，线圈锁电路61、71、81在其输出节点611、612上输出低、锁定信号。电力接触器2在786内保持闭合，并且电弧抑制电路1不抑制跨触头的任何电弧放电。

在788处，接触器线圈驱动器3电压上升，发信号通知电力接触器2即将断开。在790处，线圈锁电路61、71、81在输出节点611、612上输出高、未锁定信号，使线圈锁电路61、71、81相应的双重单向电弧抑制器6、7、8能够操作。在792处，所产生的电弧开始，被双重单向电弧抑制器6、7、8抑制，并且持续到794，在794处，电流部分地下降并且电压部分地上升。在796处，电力接触器2断开，跨电力接触器2的电流低而电压高。在798处，在跨输入节点911、931到线圈锁电路61、71、81的电压低时，输出节点611、612进入低、锁定状态。在799处，系统已返回到如774处的基态。

图8示出了在示例实施方式中的三相电力系统的使用波形800示出的电弧抑制电路1的操作。注意，虽然三相AC电力已经用于说明性目的，但是本文公开的原理也适用于任何AC电力系统，包括单相系统和非三相多相系统。Y轴802示出了相对于沿X轴或零线804以度为单位的相的电压或电流幅度。出于本公开内容的目的，正域806是零线804上方的所有空间，而负域808是零线804下方的所有空间。

出于本说明的目的，第一曲线810表示双重单向电弧抑制器6的输入，第二曲线812表示双重单向电弧抑制器7的输入，以及第三曲线814表示双重单向电弧抑制器8的输入。对于每个双重单向电弧抑制器6、7、8，当输入处于正域806中时，第一相特定电弧抑制器62、72、82分别是活动的或潜在活动的，而第二相特定电弧抑制器63、73、83分别是不活动的。对于每个双重单向电弧抑制器6、7、8，当输入处于负域806中时，第一相特定电弧抑制器62、72、82分别是不活动的，而第二相特定电弧抑制器63、73、83分别是活动的或潜在活动的。如本文所述，因为当输入跨越零线804时触发闭锁开关6212、6312从导通变为不导通或者从不导通变为导通，所以发生从活动到不活动的切换或者从不活动到活动的切换。

在816处，第一曲线810与零线804相交，并且第二相特定电弧抑制器63从活动切换到不活动，并且第一电弧抑制器从不活动切换到活动。第二曲线812处于负域808中，并且第二相特定电弧抑制器73是活动的，而第一相特定电弧抑制器72是不活动的。第三曲线处于正域806中，并且第一相特定电弧抑制器82是活动的，而第二相特定电弧抑制器83是不活动的。

在818处，第三曲线814穿过零线804进入负域808，并且第一相特定电弧抑制器82变为不活动的，而第二相特定电弧抑制器83变为活动的。其他两个双重单向电弧抑制器6、7不改变它们的工作状态。

在820处，第二曲线812穿过零线804进入正域806，并且第一相特定电弧抑制器72变为活动的，而第二相特定电弧抑制器73变为不活动的。其他两个双重单向电弧抑制器6、8不改变它们的工作状态。

在822处，第一曲线810穿过零线804进入负域808，并且第一相特定电弧抑制器62变为不活动的，而第二相特定电弧抑制器63变为活动的。其他两个双重单向电弧抑制器7、8不改变它们的工作状态。

在824处，第三曲线814穿过零线804进入正域806，并且第一相特定电弧抑制器82变为活动的，而第二相特定电弧抑制器83变为不活动的。其他两个双重单向电弧抑制器6、7不改变它们的工作状态。

在826处，第二曲线812穿过零线804进入负域，并且第一相特定电弧抑制器72变为不活动的，而第二相特定电弧抑制器73变为活动的。其他两个双重单向电弧抑制器6、8不改变它们的工作状态。

图9A至图9C是在示例实施方式中的双重单向电弧抑制器6的实现方式的透视图。

图9A是包括双重单向电弧抑制器6(未描绘)的部件的印刷电路板(PCB)902的下侧900的视图。作为示例，芯片904或其他块包括线圈锁电路61、第一相特定电弧抑制器62、第二相特定电弧抑制器63和就绪指示器642。电力触头线终端67和电力触头端终端68托住PCB902的任一端。可熔迹线641在每个短端上由介电屏障645、646托住，并且沿着每个长侧由屏蔽元件643、644托住。介电屏障645、646可以是绝缘材料，例如环氧涂料、硅树脂等。屏蔽元件643、644可以为来自可熔迹线641的超声等离子体爆炸冲击波提供通风和消散机制。可熔迹线641还被等离子体爆炸屏蔽件647覆盖。

图9B和图9C是PCB 902的侧部透视图，以示出PCB 902的下侧900与等离子体爆炸屏蔽件647之间的气隙906。等离子体爆炸屏蔽件647可以位于壳体上，或者可以由支座或足以提供和维持气隙906的任何其他机构保持。

其他示例

对各种实施方式的描述本质上仅仅是示例性的，并且因此，不偏离本文中的示例和详细描述的要旨的变型旨在落入本公开内容的范围内。这样的变型不应被认为是偏离了本公开内容的精神和范围。

示例1是一种电弧抑制电路，其被配置成抑制跨电力接触器的电弧放电，该电力接触器耦接至具有预定数目的相的交流(AC)电源，电力接触器的每个触头对应于预定数目的相中的一个，该电弧抑制电路包括：若干个双重单向电弧抑制器，所述若干个双重单向电弧抑制器等于AC电源的预定数目的相，每个双重单向电弧抑制器跨电力接触器耦接，每个双重单向电弧抑制器包括：第一相特定电弧抑制器，其被配置成抑制正域中的跨相关联的触头的电弧放电；第二相特定电弧抑制器，其被配置成抑制负域中的跨相关联的触头的电弧放电；以及线圈锁控制器，其被配置成耦接在电力接触器的触头线圈驱动器之间，被配置成检测触头线圈驱动器的输出条件，并且在预定时间内禁止第一相特定电弧抑制器和第二相特定电弧抑制器的操作。

在示例2中，主题示例1包括，其中，第一相特定电弧抑制器被配置成不抑制负域中的电弧放电，并且第二相特定电弧抑制器被配置成不抑制正域中的电弧放电。

在示例3中，示例1和2中的任何一个或更多个的主题包括，其中，第一相特定电弧抑制器和第二相特定电弧抑制器中的每一个包括闭锁开关，该闭锁开关被配置成使第一相特定电弧抑制器和第二相特定电弧抑制器分别不抑制负域和正域中的电弧放电。

在示例4中，示例1至3中的任何一个或更多个的主题包括，其中，该闭锁开关是闸流晶体管。

在示例5中，示例1至4中的任何一个或更多个的主题包括，其中，线圈锁控制器包括：功率转换器，其耦接在线圈接口上；整流器，其耦接至功率转换器；功率限制器，其耦接至整流器；功率存储器，其耦接至功率限制器；以及电流源，其耦接至功率存储器，该电流源耦接至第一相特定电弧抑制器和第二相特定电弧抑制器。

在示例6中，示例1至5中的任何一个或更多个的主题包括，其中，功率转换器包括RC电路，整流器包括二极管阵列，功率限制器包括齐纳二极管；功率存储器包括电容器；并且电流源包括MOSFET晶体管。

在示例7中，示例1至6中的任何一个或更多个的主题包括，其中，第一相特定电弧抑制器和第二相特定电弧抑制器中的每一个包括线圈锁，线圈锁耦接至线圈锁控制器，被配置成基于来自线圈锁控制器的输入禁用第一相特定电弧抑制器和第二相特定电弧抑制器中的相应一个。

在示例8中，示例1至7中的任何一个或更多个的主题包括，其中，线圈锁包括耦接至线圈锁控制器的信号隔离器发射器和耦接至闭锁开关的信号隔离器检测器。

在示例9中，示例1至8中的任何一个或更多个的主题包括，其中，线圈锁是包括信号隔离器发射器和信号隔离器检测器的光继电器。

在示例10中，示例1至9中的任何一个或更多个的主题包括，其中，第一相特定电弧抑制器和第二相特定电弧抑制器中的每一个包括：信号边沿检测器；与信号边沿检测器串联的边沿脉冲转换器；与边沿脉冲转换器串联的限流器；以及第一过电压保护装置，其耦接至边沿脉冲转换器和线圈锁的信号隔离器检测器。

在示例11中，示例1至10中的任何一个或更多个的主题包括，其中，边沿脉冲转换器是以下中的至少一个：变压器；脉冲变压器；或栅极触发器。

在示例12中，示例1至11中的任何一个或更多个的主题包括，其中，双重单向电弧抑制器中的每一个还包括：第一触头端，其被配置成电耦接至电力接触器的第一触头；第二触头端，其被配置成耦接以电耦接至电力接触器的第二触头，第二触头端耦接至第一相特定电弧抑制器、第二相特定电弧抑制器和线圈锁控制器；以及可熔元件，其耦接在第一触头端与第一相特定电弧抑制器、第二相特定电弧抑制器和线圈锁控制器之间。

在示例13中，示例1至12中的任何一个或更多个的主题包括，其中，可熔元件是以下中的一个：焊接掩模、丝网、无源熔断器或有源熔断器。

在示例14中，示例1至13中的任何一个或更多个的主题包括，其中，双重单向电弧抑制器中的每一个还包括第二过电压保护器，该第二过电压保护器耦接在第一相特定电弧抑制器、第二相特定电弧抑制器和线圈锁控制器上。

在示例15中，示例1至14中的任何一个或更多个的主题包括，其中，第二过压保护器包括以下中的至少一个：变阻器、瞬态电压抑制(TVS)二极管、齐纳二极管、气体管或火花隙。

示例16是一种三相电弧抑制电路，包括：线圈接口，其被配置成耦接至电力接触器的接触器线圈驱动器，并且接收接触器线圈驱动器的输出条件，并且基于输出条件输出信号；第一双重单向电弧抑制器，其被配置成耦接至处于第一相的触头，第一双重单向电弧抑制器包括：第一相特定电弧抑制器，其被配置成抑制正域中的电弧放电；第二相特定电弧抑制器，其被配置成抑制负域中的电弧放电；以及线圈锁控制器，其耦接至线圈接口，被配置成基于来自线圈接口的信号在预定时间内禁止第一相特定电弧抑制器和第二相特定电弧抑制器的操作；第二双重单向电弧抑制器，其被配置成耦接至处于第二相的触头，第二相比第一相大一百二十度，第二双重单向电弧抑制器包括：第一相特定电弧抑制器，其被配置成抑制正域中的电弧放电；第二相特定电弧抑制器，其被配置成抑制负域中的电弧放电；以及线圈锁控制器，其耦接至线圈接口，被配置成基于来自线圈接口的信号在预定时间内禁止第一相特定电弧抑制器和第二相特定电弧抑制器的操作；以及第三双重单向电弧抑制器，其被配置成耦接至处于第三相的触头，第三相比第一相小一百二十度，第三双重单向电弧抑制器包括：第一相特定电弧抑制器，其被配置成抑制正域中的电弧放电；第二相特定电弧抑制器，其被配置成抑制负域中的电弧放电；以及线圈锁控制器，其耦接至线圈接口，被配置成基于来自线圈接口的信号在预定时间内禁止第一相特定电弧抑制器和第二相特定电弧抑制器的操作。

在示例17中，示例16的主题包括，其中，预定时间被选择成允许接触器线圈驱动器断电并且允许电力接触器断开接触或进行接触的时间。

在示例18中，示例15至17中的任何一个或更多个的主题包括，其中，第一相特定电弧抑制器被配置成不抑制负域中的电弧放电，并且第二相特定电弧抑制器被配置成不抑制正域中的电弧放电。

在示例19中，示例15至18中的任何一个或更多个的主题包括，其中，第一相特定电弧抑制器和第二相特定电弧抑制器中的每一个包括闭锁开关，该闭锁开关被配置成使第一相特定电弧抑制器和第二相特定电弧抑制器分别不抑制负域和正域中的电弧放电。

在示例20中，示例15至19中的任何一个或更多个的主题包括，其中，闭锁开关是闸流晶体管。

示例21是包括指令的至少一种机器可读介质，所述指令在由处理电路系统执行时使处理电路系统执行用于实现示例1至20中的任一个的操作。

示例22是一种包括用于实现示例1至20中的任一个的装置的设备。

示例23是用于实现示例1至20中的任一个的系统。

示例24是用于实现示例1至20中的任一个的方法。

以上详细描述包括对附图的参照，附图形成详细描述的一部分。附图通过图示的方式示出了具体实施方式。这些实施方式在本文中也被称为“示例”。这样的示例可以包括除了所示出和描述的元件之外的元件。然而，本发明人还考虑了其中仅提供所示出和描述的那些元件的示例。

本文档中引用的所有出版物、专利和专利文档都通过引用整体并入本文，如同通过引用单独并入。在本文档与通过引用并入的那些文档之间的不一致用法的情况下，并入的引用中的用法应当被认为是对本文档的用法的补充；对于不可调和的不一致性，以本文档中的用法为准。

在本文档中，如在专利文档中常见的，术语“一”或“一个”被用于包括一个或多于一个，而与“至少一个”或“一个或更多个”的任何其他实例或用法无关。在本文档中，术语“或”用于指非排他性的或，使得“A或B”包括“A但不是B”、“B但不是A”以及“A和B”，除非另有说明。在所附权利要求中，术语“包括”和“其中”用作相应术语“包含”和“其中”的简单英语等同物。另外，在所附权利要求中，术语“包括”和“包含”是开放式的，也就是说，包括除了在权利要求中的这样的术语之后列出的那些元件之外的元件的系统、设备、物品或过程仍然被认为落入该权利要求的范围内。此外，在所附权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标记，并且不旨在对其对象施加数值要求。

以上描述旨在而非限制的。例如，上述示例(或其一个或更多个方面)可以彼此组合使用。例如，本领域的普通技术人员在阅读以上描述之后可以使用其他实施方式。摘要被提供以符合37C.F.R.§1.72(b)，以允许读者快速确定技术公开内容的性质。应当理解，它不是用于解释或限制权利要求的范围或含义。另外，在以上具体实施方式中，各种特征可以被分组在一起以使本公开内容流线化。这不应被解释为意图未要求保护的公开特征对于任何权利要求是必要的。相反，发明主题可以在于少于特定公开实施方式的所有特征。因此，所附权利要求由此被并入具体实施方式中，其中每个权利要求独立地作为单独的实施方式。

Claims (20)

1.一种电弧抑制电路，其被配置成抑制跨电力接触器的电弧放电，所述电力接触器耦接至具有预定数目的相的交流(AC)电源，所述电力接触器的每个触头对应于所述预定数目的相中的一个，所述电弧抑制电路包括：

若干个双重单向电弧抑制器，所述若干个双重单向电弧抑制器等于所述AC电源的预定数目的相，每个双重单向电弧抑制器跨所述电力接触器耦接，每个双重单向电弧抑制器包括：

第一相特定电弧抑制器，其被配置成抑制正域中的跨相关联的触头的电弧放电；

第二相特定电弧抑制器，其被配置成抑制负域中的跨所述相关联的触头的电弧放电；以及

线圈锁控制器，其被配置成耦接在所述电力接触器的触头线圈驱动器之间，被配置成检测所述触头线圈驱动器的输出条件，并且在预定时间内禁止所述第一相特定电弧抑制器和所述第二相特定电弧抑制器的操作。

2.根据权利要求1所述的电弧抑制电路，其中，所述第一相特定电弧抑制器被配置成不抑制所述负域中的电弧放电，并且所述第二相特定电弧抑制器被配置成不抑制所述正域中的电弧放电。

3.根据权利要求2所述的电弧抑制电路，其中，所述第一相特定电弧抑制器和所述第二相特定电弧抑制器中的每一个包括闭锁开关，所述闭锁开关被配置成使所述第一相特定电弧抑制器和所述第二相特定电弧抑制器分别不抑制所述负域和所述正域中的电弧放电。

4.根据权利要求3所述的电弧抑制电路，其中，所述闭锁开关是闸流晶体管。

5.根据权利要求4所述的电弧抑制电路，其中，所述线圈锁控制器包括：

功率转换器，其耦接在线圈接口上；

整流器，其耦接至所述功率转换器；

功率限制器，其耦接至所述整流器；

功率存储器，其耦接至所述功率限制器；以及

电流源，其耦接至所述功率存储器，所述电流源耦接至所述第一相特定电弧抑制器和所述第二相特定电弧抑制器。

6.根据权利要求5所述的电弧抑制电路，其中，所述功率转换器包括RC电路，所述整流器包括二极管阵列，所述功率限制器包括齐纳二极管；所述功率存储器包括电容器；并且所述电流源包括MOSFET晶体管。

7.根据权利要求5所述的电弧抑制电路，其中，所述第一相特定电弧抑制器和所述第二相特定电弧抑制器中的每一个包括线圈锁，所述线圈锁耦接至所述线圈锁控制器，被配置成基于来自所述线圈锁控制器的输入禁用所述第一相特定电弧抑制器和所述第二相特定电弧抑制器中的相应一个。

8.根据权利要求7所述的电弧抑制电路，其中，所述线圈锁包括耦接至所述线圈锁控制器的信号隔离器发射器和耦接至所述闭锁开关的信号隔离器检测器。

9.根据权利要求8所述的电弧抑制电路，其中，所述线圈锁是包括所述信号隔离器发射器和所述信号隔离器检测器的光继电器。

10.根据权利要求8所述的电弧抑制电路，其中，所述第一相特定电弧抑制器和所述第二相特定电弧抑制器中的每一个包括：

信号边沿检测器；

与所述信号边沿检测器串联的边沿脉冲转换器；

与所述边沿脉冲转换器串联的限流器；以及

第一过电压保护装置，其耦接至所述边沿脉冲转换器和所述线圈锁的所述信号隔离器检测器。

11.根据权利要求10所述的电弧抑制电路，其中，所述边沿脉冲转换器是以下中的至少一个：变压器；脉冲变压器；或栅极触发器。

12.根据权利要求10所述的电弧抑制电路，其中，所述双重单向电弧抑制器中的每一个还包括：

第一触头端，其被配置成电耦接至所述电力接触器的第一触头；

第二触头端，其被配置成耦接以电耦接至所述电力接触器的第二触头，所述第二触头端耦接至所述第一相特定电弧抑制器、所述第二相特定电弧抑制器和所述线圈锁控制器；以及

可熔元件，其耦接在所述第一触头端与所述第一相特定电弧抑制器、所述第二相特定电弧抑制器和所述线圈锁控制器之间。

13.根据权利要求12所述的电弧抑制电路，其中，所述可熔元件是以下中的一个：焊接掩模、丝网、无源熔断器或有源熔断器。

14.根据权利要求12所述的电弧抑制电路，其中，所述双重单向电弧抑制器中的每一个还包括第二过电压保护器，所述第二过电压保护器耦接在所述第一相特定电弧抑制器、所述第二相特定电弧抑制器和所述线圈锁控制器上。

15.根据权利要求14所述的电弧抑制电路，其中，所述第二过电压保护器包括以下中的至少一个：变阻器、瞬态电压抑制(TVS)二极管、齐纳二极管、气体管或火花隙。

16.一种三相电弧抑制电路，包括：

线圈接口，其被配置成耦接至电力接触器的接触器线圈驱动器，并且接收所述接触器线圈驱动器的输出条件，并且基于所述输出条件输出信号；

第一双重单向电弧抑制器，其被配置成耦接至处于第一相的触头，所述第一双重单向电弧抑制器包括：

第一相特定电弧抑制器，其被配置成抑制正域中的电弧放电；

第二相特定电弧抑制器，其被配置成抑制负域中的电弧放电；以及

线圈锁控制器，其耦接至所述线圈接口，被配置成基于来自所述线圈接口的信号在预定时间内禁止所述第一相特定电弧抑制器和所述第二相特定电弧抑制器的操作；

第二双重单向电弧抑制器，其被配置成耦接至处于第二相的触头，所述第二相比所述第一相大一百二十度，所述第二双重单向电弧抑制器包括：

第一相特定电弧抑制器，其被配置成抑制所述正域中的电弧放电；

第二相特定电弧抑制器，其被配置成抑制所述负域中的电弧放电；以及

线圈锁控制器，其耦接至所述线圈接口，被配置成基于来自所述线圈接口的信号在预定时间内禁止所述第一相特定电弧抑制器和所述第二相特定电弧抑制器的操作；以及

第三双重单向电弧抑制器，其被配置成耦接至处于第三相的触头，所述第三相比所述第一相小一百二十度，所述第三双重单向电弧抑制器包括：

第一相特定电弧抑制器，其被配置成抑制所述正域中的电弧放电；

第二相特定电弧抑制器，其被配置成抑制所述负域中的电弧放电；以及

线圈锁控制器，其耦接至所述线圈接口，被配置成基于来自所述线圈接口的信号在预定时间内禁止所述第一相特定电弧抑制器和所述第二相特定电弧抑制器的操作。

17.根据权利要求16所述的三相电弧抑制电路，其中，所述预定时间被选择成允许所述接触器线圈驱动器断电并且允许所述电力接触器断开接触或进行接触的时间。

18.根据权利要求17所述的三相电弧抑制电路，其中，所述第一相特定电弧抑制器被配置成不抑制所述负域中的电弧放电，并且所述第二相特定电弧抑制器被配置成不抑制所述正域中的电弧放电。

19.根据权利要求18所述的三相电弧抑制电路，其中，所述第一相特定电弧抑制器和所述第二相特定电弧抑制器中的每一个包括闭锁开关，所述闭锁开关被配置成使所述第一相特定的电弧抑制器和所述第二相特定的电弧抑制器分别不抑制所述负域和所述正域中的电弧放电。

20.根据权利要求19所述的三相电弧抑制电路，其中，所述闭锁开关是闸流晶体管。

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