CN117083776A - 利用半导体的断路器 - Google Patents

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Abstract

在本发明中，其特征在于，包括：半导体开关部，包括漏极端子与电力系统连接的第一半导体开关、漏极端子与所述负载连接的第二半导体开关、正极和负极分别与各个半导体开关的源极端子和漏极端子连接的第一二极管和第二二极管；旁路电路，连接所述第一半导体开关的漏极端子和所述第二半导体开关的源极端子；以及控制部，在连接电力系统和所述半导体断路器的情况下，在所述第一半导体开关和第二半导体开关断开的状态下，闭合所述旁路电路，从而电流通过所述旁路电路和所述第二二极管供应到负载，在预设定的条件满足的情况下，接通所述第一半导体开关和第二半导体开关，从而断开所述旁路电路，以使电流通过所述半导体开关部供应到负载。

Description

利用半导体的断路器
技术领域
本发明涉及断路器，尤其，涉及一种利用电力用半导体开关的半导体断路器(SSCB)。
背景技术
如果在供电的电力系统中发生故障，过电流或故障电流等的异常电流会通过电力系统流入到负载。并且，流入的异常电流会导致负载的烧损。因此，在发生电力系统故障的情况下，为了防止所述异常电流流入到负载，并为了切断电流流入到负载，可以使用从电力系统切断负载的断路器(Circuit Breaker)。
另一方面，在现有机械式断路器的情况下，直到切断电路为止需要数十msec的较长的时间，存在异常电流在此期间流入到负载的问题。因此，最近使用能够导通大电流，并且包括具有高速开关频率的由电力用半导体构成的开关，从而能够高速切断电流的半导体断路器(SSCB)。由于这种半导体断路器通过利用所述电力用半导体来切断电路的电连接，因此具有断路速度非常快的优点。
但是，在半导体断路器的情况下，电路切断速度非常快，相应地，对过电流的灵敏度较高。因此，在构成电力系统与负载的连接以形成电路时，即随着供应动作电源，负载开始启动时(初始启动时)，在流动于电力系统和负载之间的电流瞬间地大幅增加而形成浪涌电流的情况下，将此判断为故障电流，从而存在形成切断电路的错误动作的可能性。
另一方面，通常的半导体断路器可以由配置于电源侧(电力系统)和负载之间的至少一个半导体开关构成。并且，如果在电源侧或负载侧发生故障，则所述电力用半导体开关会断开(off)，从而切断电源侧与负载侧的连接。因此，能够防止异常电流流入到负载侧或电源侧。
但是，如上所述，在通过半导体开关来将电路断开的情况下，已经流入的异常电流会引起所述半导体开关两端的电压升高。由此，通常的半导体断路器还包括至少一个如图1所示的缓冲(snubber)电路15和续流(free wheeling)电路16a、16b那样的附加电路，以用于抑制残余电流引起的电压升高。
参照图1，缓冲电路15可以并联配置于主电路(半导体开关串联连接的电路10)，并包括串联连接的电容器Cs和电阻Rs。在此情况下，半导体开关可以包括彼此反向配置的二极管，以切断沿双向流动的所有异常电流，缓冲电路15以电阻Rs为中心在两侧分别设置有电容器Cs。因此，当异常电流引起电路切断时，储存到任意一个电容器Cs的能量通过电阻Rs放电，从而残余电流的能量能够被耗尽。
另外，图1所示的半导体断路器可以设置有与顺向二极管Df和接地连接的电阻Rf串联连接的第一续流电路16a和第二续流电路16b。在此情况下，如果电路被异常电流切断，随着电路被切断，残余的电流可以流向续流电路16a、16b，并通过包括于续流电路的二极管和电阻来使能量耗尽。
但是，在续流电路16a、16b的情况下，为了消除更大量的残余电流能量，需要具有更高电阻值的电阻，由此，存在需要更大尺寸的电阻的问题。另外，在缓冲电路15的情况下，由于可耗尽能量的大小取决于电容器Cs的电容(capacitance)，因此存在为了消除较大残余电流的能量，需要较大尺寸的电容器的问题。由此，为了充分消除残余能量，存在续流电路和缓冲电路的大小变大的问题。
另一方面，如通常的半导体断路器的动作顺序，可以先通过机械开关(例：继电器开关)来连接半导体断路器和电力系统，在接通半导体开关以连接负载和电力系统的情况下，首先，可以将从通过所述机械开关连接的电力系统流入的电流储存到缓冲电路15。然后，在为了电路连接而接通所述半导体开关时，储存于所述缓冲电路15的电流可以放电。
另一方面，在接通所述半导体开关的情况下，可以形成在负载初始启动时的浪涌电流。并且，在形成浪涌电流的状态下，在所述缓冲电路15蓄积的电流放电的情况下，可能会超过在缓冲电路15的电阻Rs可耗尽的能量的边际值。由此，在根据通常的顺序半导体断路器动作的情况下，存在浪涌电流引起的所述半导体断路器的错误动作可能性会进一步提高的问题。
另外，由于所述放电电流引起的放电现象可以增加在半导体断路器内部流动的电流，因此存在导致所述半导体断路器的控制顺序错误等的问题。
发明内容
发明所要解决的问题
本发明的目的是解决上述的问题和其他问题，其目的在于，提供一种电路切断时的残余电流的能量的耗尽性能优秀并具有较小尺寸的半导体断路器及该半导体断路器的控制方法。
另外，本发明的目的在于，提供一种在根据通常的动作顺序动作的情况下，避免产生放电电流，从而能够将半导体断路器的错误动作的可能性进一步降低的半导体断路器及该半导体断路器的控制方法。
另外，本发明的目的在于，提供一种能够防止在构成电力系统和负载的连接以形成电路时形成的浪涌电流引起的电路被切断的错误动作的半导体断路器及该半导体断路器的控制方法。
解决问题的技术方案
为了达成上述或其他目的，根据本发明的一侧面，在本发明的半导体断路器中，半导体断路器配置于电力系统和负载之间，包括：切断开关，将所述半导体断路器与所述电力系统物理连接或分离；半导体开关部，包括漏极端子与所述电力系统连接的第一半导体开关、漏极端子与所述负载连接的第二半导体开关、正极和负极分别与各个半导体开关的源极端子和漏极端子连接的第一二极管和第二二极管；旁路电路，连接所述第一半导体开关的漏极端子和所述第二半导体开关的源极端子；以及控制部，在通过所述切断开关来连接所述电力系统和所述半导体断路器的情况下，在所述第一半导体开关和第二半导体开关断开的状态下，闭合所述旁路电路，以使所述电力系统的电流通过所述旁路电路和所述第二二极管供应到所述负载，在预设定的条件满足的情况下，接通所述第一半导体开关和第二半导体开关，以形成经由所述半导体开关部连接所述电力系统和所述负载的第一电路，并且断开所述旁路电路，以使所述电力系统的电流通过所述第一电路供应到所述负载。
在一实施例中，所述旁路电路通过旁路开关来控制所述旁路电路的断开或闭合，所述旁路开关是开关速度为预设定的速度以上的高速开关(Fast Switch，FS)。
在一实施例中，所述旁路电路还包括至少一个电阻，所述至少一个电阻是用于抑制所述电力系统和负载初始连接时形成的浪涌电流的浪涌电流抑制电阻。
在一实施例中，所述旁路电路还包括感应二极管，在所述第一半导体开关和第二半导体开关断开的状态下，在向所述第一半导体开关的漏极端子施加所述电力系统的电流的情况下，所述感应二极管用于将施加的电流引导到所述旁路电路并防止由反向电压产生的电流回流。
在一实施例中，还包括测量从所述电力系统流入的电流的电流传感器，在所述电流传感器的测量结果为所述电力系统和负载之间的电流电平恢复到额定电流电平的情况下，所述控制部判断所述预设定的条件满足。
在一实施例中，在所述电流传感器的测量结果为所述电力系统和负载之间的电流电平在规定时间以上还未恢复到额定电流电平的情况下，所述控制部通过控制所述切断开关来将所述半导体断路器与所述电力系统切断。
在一实施例中，在从所述旁路电路闭合的时间点开始经过预设定的时间的情况下，所述控制部判断为所述预设定的条件满足。
在一实施例中，还包括TVS器件(Transient Voltage Suppressor：瞬态电压抑制器件)，所述TVS器件形成为与所述半导体开关部并联连接，并在电路连接被切断的情况下，消耗所述电路连接被切断而在所述半导体开关部的两端产生的残余电流。
在一实施例中，所述第一半导体开关和第二半导体开关由源极端子和漏极端子反向配置并彼此串联连接的N-channel MOSFET(N沟道金属氧化物半导体场效晶体管)元件构成。
另外，在本发明的半导体断路器的控制方法中，所述半导体断路器配置于电力系统和负载之间，包括通过控制切断开关来连接所述电力系统和所述半导体断路器的步骤、闭合将漏极端子与所述电力系统连接的第一半导体开关的漏极端子和漏极端子与所述负载连接的第二半导体开关的源极端子连接的旁路电路，从而通过正极和负极分别与所述第二半导体开关的源极端子和漏极端子连接的第二二极管来将所述电力系统的电流供应到所述负载的步骤、检测预设定的条件是否满足的步骤、根据所述预设定的条件是否满足，接通所述第一半导体开关和第二半导体开关，从而形成经由所述第一半导体开关和第二半导体开关以使所述电力系统和负载连接的第一电路的步骤、以及断开所述旁路电路，以通过所述第一电路使所述电力系统的电流供应到所述负载的步骤。
在一实施例中，所述旁路电路通过旁路开关来控制所述旁路电路的断开或闭合，所述旁路开关是开关速度为预设定的速度以上的高速开关(Fast Switch，FS)。
在一实施例中，所述旁路电路还包括至少一个电阻，所述电阻是用于抑制所述电力系统和负载初始连接时形成的浪涌电流的浪涌电流抑制电阻。
在一实施例中，所述旁路电路还包括感应二极管，在所述第一半导体开关和第二半导体开关断开的状态下，在向所述第一半导体开关的漏极端子施加所述电力系统的电流的情况下，所述感应二极管用于将施加的电流引导到所述旁路电路并防止由反向电压产生的电流回流。
在一实施例中，还包括测量从所述电力系统流入的电流的电流传感器，检测所述预设定的条件是否满足的步骤是，在所述电流传感器的测量结果为所述电力系统和负载之间的电流电平恢复到额定电流电平的情况下，判断为所述预设定的条件满足的步骤。
在一实施例中，还包括检测所述预设定的条件是否满足的步骤是，检测所述电流传感器的测量结果为检测出的电流电平超过额定电流电平的时间的步骤、判别检测出的所述时间是否为规定时间的步骤以及根据所述判别结果来控制所述切断开关，从而将所述半导体断路器与所述电力系统切断的步骤。
在一实施例中，还包括检测所述预设定的条件是否满足的步骤是，检测从所述旁路电路闭合的时间点开始经过的时间的步骤以及在检测出的所述时间经过预设定的时间以上的情况下，判断为所述预设定的条件满足的步骤。
发明效果
对于本发明的半导体断路器及其控制方法的效果的说明如下。
根据本发明的实施例中的至少一个，本发明的半导体断路器利用TVS器件(Transient Voltage Suppressor)代替缓冲电路和续流电路，以耗尽电路切断的残余电流的能量，从而具有优秀的能量耗尽效果的同时，具有大幅减小其尺寸的效果。
根据本发明的实施例中的至少一个，本发明的半导体断路器在连接电力系统时连接时，首先，通过设置有浪涌电流抑制电阻的旁路电路来连接所述电力系统和负载，在消除浪涌电流以后，经由半导体开关以连接所述电力系统和负载，从而不会发生缓冲电路引起的放电电流，另外，具有能够防止所述浪涌电流引起的电路被切断的错误动作的效果。
附图说明
图1是示出通常的半导体断路器的电路结构的电路图。
图2是示出本发明的实施例的设置有TVS器件的半导体断路器的电路结构的电路图。
图3是示出本发明的实施例的半导体断路器连接电力系统和负载之间的动作过程的流程图。
图4a至图4e是依次示出在随着所述图3的动作过程连接的电力系统和负载之间的电流流动的概念图。
具体实施方式
在本说明书中使用的技术术语仅用于说明特定的实施例，并不意图限制本发明。另外，除非上下文中另有明确的规定，否则在本说明书中使用的单数的表达包括复数的表达。在以下说明中所使用的构成要素的后缀“模块”和“部”是，为了便于说明书撰写而赋予或混用的，其自身并不具有相互区别的含义或作用。
在本说明书中，“构成”或“包括”等术语不应解释为包括说明书中描述的所有各种构成要素或步骤，也可以不包括一些构成要素或步骤，或者应解释为进一步包括其他构成要素或步骤。
另外，在说明本说明书中披露的技术时，如果判断为对相关公知技术的具体说明可能使本说明书中披露的技术的要旨不清楚时，将省略对其的详细说明。
另外，附图仅是为了便于理解本说明书中披露的实施例而提供，本说明书中披露的技术思想并不限定于附图，应当被理解为，本发明中包括本发明的技术思想和技术范围内所做出的所有变更、等同物乃至替代物。另外，除了以下说明的每个实施例以外，实施例的组合作为本发明的思想和技术范围内的变更、等同物或代替物，当然可以对应于本发明的思想和技术范围。
首先，为了帮助完全理解本发明，说明本发明的基本原理，本发明利用钳制(clamp)过电压的TVS器件(Transient Voltage Suppressor：瞬态电压抑制器件)代替包括电容器和电阻等复数个电路构成要素的缓冲电路或续流电路，能够以使残余电流的能量耗尽。因此，通过仅设置一个较小尺寸的TVS器件来代替具有较大尺寸的电容器和电阻，从而减小半导体断路器的尺寸。
另外，本发明在通过机械开关来使半导体断路器和电力系统初始连接的情况下，通过设置有浪涌电流抑制电阻的旁路电路来连接所述电力系统和负载，从而抑制所述负载在初始启动时形成的浪涌电流，在消除所述浪涌电流以后，通过连接半导体开关来连接所述电力系统和负载之间。因此，不会产生由缓冲电路产生的放电电流，能够防止浪涌电流引起的半导体断路器的错误动作。
图2是示出这种本发明实施例的半导体断路器的电路结构的电路图。
参照图2，本发明实施例的半导体断路器可以在A系统和B系统之间设置有半导体开关部110，所述半导体开关部110可被接通(turn on)/断开(turn off)并包括彼此串联连接的第一半导体开关101和第二半导体开关102。
在这里，A系统和B系统可以是彼此不同的电力系统。作为一例，A系统和B系统可以是彼此不同的微电网(Micro grid)。在此情况下，不仅可以形成从A系统流动到B系统，而且还可以形成从B系统流动到A系统的双向电流流动。
或，A系统可以是电力系统，B系统可以是负载。在此情况下，可以形成从A系统流动到B系统的电流流动。或，A系统可以是负载，B系统可以是电力系统。在此情况下，可以形成从B系统流动到A系统的电流流动。
为了实现这种双向切断，所述第一半导体开关111和第二半导体开关112可以形成为不仅在电流从A系统流动到B系统的情况下能够实现电路的切断，而且在电流从B系统到A系统流动的情况下也能够实现电路的切断。作为一例，所述第一半导体开关111和第二半导体开关112可以是由源极(source)和漏极(drain)彼此反向配置的N-channel MOSFET元件构成的半导体开关。
但是，当然本发明不限于此，所述第一半导体开关101和第二半导体开关102当然也可以使用通过由控制部110控制的栅极电压来可实现接通/断开的所有元件，例如，IGBT、GTO、IGCT等代替所述MOSFET元件。但是，在以下的说明中，便于说明，假设所述第一半导体开关101和第二半导体开关102由N-channel MOSFET元件构成进行说明。
另一方面，所述第一半导体开关111和第二半导体开关112还可以包括与电流流动反向配置的第一二极管121和第二二极管122，以防止在故障电流引起电路切断时由反向电压造成的MOSFET元件的损坏。在此情况下，所述第一二极管121和第二二极管122各自的正极和负极可以分别与MOSFET元件111、112各自的源极端子和漏极端子连接。
因此，所述第一二极管121可以与第一半导体开关111的MOSFET元件并联连接并与从A系统流动到B系统电流反向配置。并且，所述第二二极管122可以与第二半导体开关112的MOSFET元件并联连接并与从B系统流动到A系统的电流反向配置。如上所述，本发明实施例的半导体断路器10可以通过设置有构成为互补对称形态的第一半导体开关111和第二半导体开关112，从而形成为能够将双向流动的故障电流都切断。
在以下的说明中，便于说明，假设A系统是电力系统，B系统是负载的情况进行说明。但是，如上所述，虽然本发明实施例的半导体断路器10形成为能够将双向流动的故障电流都切断，但本发明不限于此。
另一方面，切断开关150可以切断从任意一个系统到半导体断路器以及其他系统的连接。所述切断开关150可以是机械开关，通过物理分离半导体断路器来将其他系统或负载与发生事故的电力系统物理切断。
如图2所示，所述切断开关150可以配置于A系统和半导体开关部110之间。另一方面，切断开关150的位置不限于此，也可以配置于任意其他位置(例：B系统和半导体开关部110之间)。
另一方面，所述第一半导体开关111和第二半导体开关112作为由如MOSFET的电力用半导体构成的开关，开关速度可以非常快，相反，所述切断开关150的开关速度较慢。因此，所述切断开关150可以在所述第一半导体开关111和第二半导体开关112切断电路以后切断电路，由此，在半导体断路器内，已经流入的故障电流可以残留(以下，残余电流)。如上所述，为了耗尽由电路切断产生的残余电流的能量，本发明实施例的半导体断路器可以设置有TVS器件200。
所述TVS器件200作为将输出的电压钳制为规定水准的电压的钳制(clamp)元件，可以是一种在施加过电压时，通过限制输出规定水准以上的电压来保护电路的元件。这种TVS器件200可以通过使用雪崩(Avalanche)效应来传导用于钳制施加的高电压，并且通过钳制功能，损坏不会持续并传导更多的电流，从而进行接地。
如上所述，TVS器件200是用于抑制过电压的元件，为了钳制可以通过传导较多的电流来接地，因此能够耗尽在所述电路切断时产生的残余电流的能量。
所述TVS器件200可以与所述半导体开关部110并联连。因此，如果电路被所述第一半导体开关111和第二半导体开关112切断，则半导体开关部110的两端之间可以通过TVS器件200连接。在此情况下，由于可以通过TVS器件200来限制规定水准以上的电压输出，因此能够防止经由所述TVS器件200在其他系统发生的接地故障或短路故障的故障电流流入到其他系统。
并且，第一栅极驱动器141和第二栅极驱动器142可以根据控制部100的控制分别向所述第一半导体开关111和第二半导体开关112的栅极端子施加栅极电压。在此情况下，如果施加超过各个第一半导体开关111和第二半导体开关112的阈值电压的栅极电压，则第一半导体开关111和第二半导体开关112的输出端电阻大小会小于输入端。
因此，第一半导体开关111和第二半导体开关112的输入端和输出端被导通，A系统和B系统可以电连接。以下，如上所述，将施加阈值电压以上的栅极电压，输入端和输出端被导通定义为半导体开关被接通(on)进行说明。
相反，在所述第一栅极驱动器141和第二栅极驱动器142向第一半导体开关111和第二半导体开关112的栅极端子施加低于预设定的阈值电压的栅极电压或不施加栅极电压的情况下，所述第一半导体开关111和第二半导体开关112的输出端电阻大小可以与输入端电阻大小相同或大于输入端电阻大小。
因此，第一半导体开关111和第二半导体开关112的输入端和输出端可能不被导通，A系统和B系统可以电分离(绝缘)而切断连接。以下，如上所述，将施加小于阈值电压的栅极电压而输入端和输出端不被导通定义为半导体开关断开(off)进行说明。
电流传感器160可以测量流动于A系统和B系统之间的电流的大小。并且，可以将测量的电流大小传送到控制部100。因此，在电流传感器160的测量结果检测出预设定的大小以上的电流的情况下，可以判断为形成浪涌电流或故障电流。
如图2所示，所述电流传感器160可以配置于半导体开关部110和A系统之间，但本发明不限于此。作为一例，所述电流传感器可以配置于半导体开关部110和B系统之间。
另一方面，本发明实施例的半导体断路器可以设置有连接各个半导体开关的漏极端子和另一半导体开关的源极端子的旁路电路。即，本发明实施例的半导体断路器可以设置有连接第一半导体开关111的漏极端子251和第二半导体开关112的源极端子262的第一旁路电路210，并可以设置有连接第二半导体开关112的漏极端子261和第一半导体开关111的源极端子252的第二旁路电路220。
并且，所述第一旁路电路210可以包括用于抑制从A系统流入的浪涌电流的至少一个电阻(第一电阻211)，并且可以包括用于防止由反向电压产生的电流回流并将从A系统流入的电流引导到第一旁路电路210的第一感应二极管212。并且，所述第二旁路电路220可以包括用于抑制从B系统流入的浪涌电流的至少一个电阻(第二电阻212)，并且可以包括用于防止由反向电压产生的电流回流并将从B系统的流入电流引导到第二旁路电路220的第二感应二极管222。
另一方面，所述第一旁路电路210和第二旁路电路220可以通过旁路开关231来控制开闭。所述旁路开关231可以是开关速度大于预设定的速度的高速开关(Fast Switch)，形成为随着控制部100的控制高速开闭所述第一旁路电路210和第二旁路电路220。
所述旁路开关231可以分别配置于各个旁路电路210、222，但如图2所示，各个旁路电路210、222形成为经由一个旁路开关231并与另一半导体开关的源极端子(262或252)连接，从而通过所述一个旁路开关231来控制所述第一旁路电路210和第二旁路电路220断开(open)和闭合(close)。
另一方面，控制部100可以控制本发明实施例的半导体断路器的整体动作。作为一例，控制部100在半导体断路器的驱动开始的情况下，为了连接A系统和B系统，可以随着通常的动作顺序首先接通(on)切断开关150。这样一来，供应电流的电力系统可以与半导体开关部111连接。
以下，便于说明，假设A系统为供应电流的电力系统，假设B系统为连接有接收所述电流的负载的系统。另外，以在切断开关150接通(on)的情况下电路连接，在切断开关150断开(off)的情况下电路切断进行说明。
另一方面，随着切断开关150接通，A系统与半导体断路器连接的情况下，控制部100可以首先通过控制旁路开关231来闭合第一旁路电路210。在此情况下，由于各个半导体开关111、112是未接通的状态下，即断开的状态，因此根据第一半导体开关111是断开的状态，所述第一半导体开关111可能是未与A系统电连接的状态。
在这种状态下，所述控制部100可以通过接通(on)旁路开关231来连接所述旁路电路。因此，在从所述A系统供应电流的情况下，供应的电流可以通过第一旁路电路210被施加到第二半导体开关112的源极端子262。
在此情况下，第二半导体开关112也可以保持断开的状态。因此，所述第二半导体开关112可能是未与所述B系统电连接的状态。
但是，与所述第二半导体开关112并联连接的第二二极管122的正极和负极，如图2所示，分别连接在所述第二半导体开关112的源极端子262和漏极端子261。因此，向所述第二半导体开关112的源极端子262施加的电流可以对于所述第二二极管122形成有顺向偏压。
由此，通过第二二极管122可以导通所述第二半导体开关112的源极端子262和漏极端子261，因此通过所述第二二极管122被供应到B系统，即负载。
另一方面，如上所述，在通过第一旁路电路210来供应A系统的电流的情况下，所述A系统的电流可以经由包括于第一旁路电路210的第一电阻211来传输到B系统。因此，在根据B系统，即负载与电力系统连接形成浪涌电流的情况下，所述浪涌电流可以通过所述第一电阻211使其大小被抑制。由此，能够防止所述浪涌电流引起的电路被切断的半导体断路器的错误动作。
另一方面，控制部100在电流状态恢复为止，即浪涌电流消失为止，可以通过所述第一旁路电路210来保持将A系统的电流供应到B系统的状态。并且，在浪涌电流消失的情况下，可以以施加预设定的阈值电压以上的栅极电压的方式控制各个栅极驱动器141、142。这样一来，可以通过由各个栅极驱动器141、142施加的栅极电压来使各个半导体开关111、112的输入端和输出端之间被导通，并使各个半导体开关111、112转换为接通状态。
如上所述，如果各个半导体开关111、112转换为接通状态，则控制部100可以通过控制所述旁路开关231来断开第一旁路电路210。这样一来，随着电路断开，第一旁路电路210的阻抗无限地增大，因此从A系统供应的电流可以经由半导体开关111、112各自的输入端和输出端导通形成的电路以代替所述第一旁路电路210，来传输到B系统。
图3是示出这种本发明实施例的半导体断路器连接电力系统和负载之间的控制部的动作过程的流程图。并且，图4a至图4e是依次示出随着所述图3的动作过程连接的电力系统和负载之间的电流流动。以下，便于说明，将假设A系统为电力系统，假设B系统为负载进行说明。
首先，参照图3，本发明实施例的半导体断路器的控制部100可以在半导体断路器开始驱动的情况下，在各个半导体开关111、112未接通的状态下，先接通切断开关150(S300)。这样一来，可以通过切断开关150来连接电力系统(A系统)和半导体断路器。因此，如图4a所示，从A系统供应的电流可以流入到半导体断路器。
并且，控制部100可以在各个半导体开关111、112断开的状态下，接通旁路开关231，以使旁路电路闭合(S302)。在此情况下，由于各个半导体开关111、112是未接通的状态，第一半导体开关111可以是未施加栅极电压的状态下，即输入端和输出端未被导通的断开的状态。因此，在通过第一半导体开关111的电路是断开状态的情况下，从A系统供应的电流可以形成有对于第一感应二极管212的顺向偏压，并可以沿所述第一感应二极管212的顺向流入到第一旁路电路210。
另一方面，第一旁路电路210可以包括用于在浪涌电流形成时抑制浪涌电流大小的第一电阻211。因此，如图4b和图4c所示，从A系统中供应的电流经过第一电阻211并其大小被抑制，被抑制大小的电流可以施加于第二半导体开关112的源极端子262。
另一方面，第二半导体开关112可以设置有正极和负极分别连接在源极端子262和漏极端子262的第二二极管122。因此，施加于第二半导体开关112的源极端子262的电流可以施加于第二二极管122的正极，从而形成有第二二极管122的顺向偏压。因此，通过所述第一旁路电路210施加于第二半导体开关112的源极端子262的电流可以通过所述第二二极管122施加于第二半导体开关112的漏极端子261，由此，如图4d所示，通过第二二极管122输出到B系统。
但是，如图4d所示，如果通过第一旁路电路210连接A系统和B系统，则可以随着B系统，即负载的初始启动形成浪涌电流。但是，在所述第一旁路电路210的情况下，如图2所示，由于设置有用于抑制所述浪涌电流的第一电阻211，因此在形成浪涌电流的情况下，其大小能够被所述第一电阻211抑制。
另一方面，控制部100在所述S302步骤中，通过接通旁路开关231，以通过旁路电路连接A系统和B系统的情况下，可以检测根据系统间的初始连接的浪涌电流是否被消除(S304)。
例如，控制部100可以根据电流传感器160的检测结果来判断所述浪涌电流是否被消除。在此情况下，控制部100可以在根据电流传感器160的检测结果在电流电平恢复到额定电流电平的情况下，判断为浪涌电流被消除。但是，如果在预设定的时间以上期间所述电流电平未恢复的情况下，控制部100当然可以判断为产生的电流是故障电流，而不是浪涌电流，在当前状态下，即在半导体开关111、112未接通的状态下立刻断开切断开关150，可以从连接的系统(例：A系统)切断半导体断路器。
为此，所述S304步骤还可以包括检测检测出的电流电平超过额定电流电平的时间的步骤、判别所述检测出的时间是否是规定时间以上的步骤以及根据判别结果断开所述切断开关150的步骤。
或，控制部100当然也可以根据是否超过预设定的时间来判断所述浪涌电流是否被消除。在电力系统和负载在初始连接时，瞬间形成的浪涌电流在特性上，如果超过规定时间，则可以自然地被消除，从而能够使电流电平恢复。
因此，控制部100可以在通过旁路电路来连接A系统和B系统的情况下，检测从构成连接的时间点，即从旁路开关231接通的时间点开始是否超过预设定的时间，如果是超过预设定的时间的情况，则判断为浪涌电流被消除。
为此，所述S304步骤还可以包括检测从所述旁路电路闭合的时间点开始经过的时间的步骤以及在所述检测出的时间超过预设定的时间以上的情况下，判断所述预设定的条件满足的步骤。
在此情况下，所述预设定的时间可以是根据与本发明相关获得的复数个实验结果来决定的最佳的时间。或，可以是由用户任意设定的时间。
另一方面，如果所述S304步骤的浪涌电流是否被消除的判断结果为浪涌电流未被消除的情况，则控制部100可以保持当前状态，即通过旁路电路来连接A系统和B系统的状态。相反，如果所述S304步骤的浪涌电流是否被消除的判断结果为浪涌电流被消除的情况，控制部100可以以施加超过预设定的阈值电压的栅极电压的方式控制各个栅极驱动器141、142，从而连接半导体开关111、112(S306)。这样一来，各个半导体开关111、112的输入端和输出端被导通，从而形成经由各个半导体开关111、112以电连接A系统和B系统的电路。在此情况下，如图4e所示，可以通过经由各个半导体开关111、112以连接A系统和B系统的电路和第一旁路电路210来使A系统的电流供应到B系统。
另一方面，如上所述，如果形成经由各个半导体开关111、112以连接A系统和B系统的电路，则控制部100可以断开旁路开关231(S308)。这样一来，旁路电路，例如，第一旁路电路210可以被断开(open)。这样一来，由于第一旁路电路210的阻抗会变为无限大，因此从所述A系统流入的电流仅可以流入到经由各个半导体开关111、112以连接A系统和B系统的电路。因此，如图4e所示，可以通过经由各个半导体开关111、112以连接A系统和B系统的电路来使A系统的电流供应到B系统。
另一方面，在上述说明中，虽然说明了假设A系统供应电流并在与负载(B系统)初始连接时可以通过第一旁路电路210来使A系统的电流供应到B系统，但与此相似，在假设B系统供应电流的情况下，在与A系统初始连接时，当然可以通过第二旁路电路220来使B系统的电流供应到A系统。
在此情况下，浪涌电流随着所述系统间连接而消失的情况下，也如上述说明，根据控制部100的控制，旁路开关231被断开以断开第二旁路电路220，由此，在B系统供应的电流可以经由半导体开关111、112并传输到A系统。
上述与本发明相关的控制半导体断路器的控制部的控制方法可以作为计算机可读的代码在存储程序的介质上实现。计算机可读的介质包括存储可由计算机系统读取的数据的所有类型的存储设备。计算机可读介质的示例包括HDD(Hard Disk Drive，硬盘驱动器)、SSD(Solid State Disk，固态硬盘)、SDD(Silicon Disk Drive，硅磁盘驱动器)、ROM、RAM、CD-ROM、磁带、软盘、光数据存储装置等，并且还包括以载波(例如，通过互联网传输)的形式实现的。另外，所述计算机可以包括半导体断路器的控制部。
因此，详细的说明不应在所有方面解释为限制性的，而应考虑为示例性的。本发明的范围应由附加权利要求书的合理解释来确定，本发明的等效范围内的所有变更包括在本发明的范围内。

Claims (16)

1.一种半导体断路器，配置于电力系统和负载之间，其特征在于，包括：
切断开关，将所述半导体断路器与所述电力系统物理连接或分离；
半导体开关部，包括漏极端子与所述电力系统连接的第一半导体开关、漏极端子与所述负载连接的第二半导体开关、正极和负极分别与各个半导体开关的源极端子和漏极端子连接的第一二极管和第二二极管；
旁路电路，连接所述第一半导体开关的漏极端子和所述第二半导体开关的源极端子；以及
控制部，在通过所述切断开关来连接所述电力系统和所述半导体断路器的情况下，在所述第一半导体开关和所述第二半导体开关断开的状态下，闭合所述旁路电路，以使所述电力系统的电流通过所述旁路电路和所述第二二极管供应到所述负载，
在预设定的条件满足的情况下，接通所述第一半导体开关和所述第二半导体开关，以形成经由所述半导体开关部连接所述电力系统和所述负载的第一电路，并且断开所述旁路电路，以使所述电力系统的电流通过所述第一电路供应到所述负载。
2.根据权利要求1所述的半导体断路器，其特征在于，
所述旁路电路通过旁路开关来控制所述旁路电路的断开或闭合，
所述旁路开关是开关速度为预设定的速度以上的高速开关。
3.根据权利要求1所述的半导体断路器，其特征在于，
所述旁路电路还包括至少一个电阻，所述至少一个电阻是用于抑制所述电力系统和负载初始连接时形成的浪涌电流的浪涌电流抑制电阻。
4.根据权利要求1所述的半导体断路器，其特征在于，
所述旁路电路还包括感应二极管，在所述第一半导体开关和所述第二半导体开关断开的状态下，在向所述第一半导体开关的漏极端子施加所述电力系统的电流的情况下，所述感应二极管用于将施加的电流引导到所述旁路电路并防止由反向电压产生的电流回流。
5.根据权利要求1所述的半导体断路器，其特征在于，
还包括测量从所述电力系统流入的电流的电流传感器，
在所述电流传感器的测量结果为所述电力系统和所述负载之间的电流电平恢复到额定电流电平的情况下，所述控制部判断为所述预设定的条件满足。
6.根据权利要求5所述的半导体断路器，其特征在于，
在所述电流传感器的测量结果为所述电力系统和所述负载之间的电流电平在规定时间以上还未恢复到额定电流电平的情况下，所述控制部通过控制所述切断开关来将所述半导体断路器与所述电力系统切断。
7.根据权利要求1所述的半导体断路器，其特征在于，
在从所述旁路电路闭合的时间点开始经过预设定的时间的情况下，所述控制部判断为所述预设定的条件满足。
8.根据权利要求1所述的半导体断路器，其特征在于，
还包括瞬态电压抑制器件，所述瞬态电压抑制器件形成为与所述半导体开关部并联连接，并在电路连接被切断的情况下，消耗所述电路连接被切断而在所述半导体开关部的两端产生的残余电流。
9.根据权利要求1所述的半导体断路器，其特征在于，
所述第一半导体开关和所述第二半导体开关由源极端子和漏极端子反向配置并彼此串联连接的N沟道金属氧化物半导体场效晶体管元件构成。
10.一种半导体断路器的控制方法，所述半导体断路器配置于电力系统和负载之间，其特征在于，包括：
通过控制切断开关来连接所述电力系统和所述半导体断路器的步骤；
闭合将漏极端子与所述电力系统连接的第一半导体开关的漏极端子和漏极端子与所述负载连接的第二半导体开关的源极端子连接的旁路电路，并通过将正极和负极分别与所述第二半导体开关的源极端子和漏极端子连接的第二二极管来将所述电力系统的电流供应到所述负载的步骤；
检测预设定的条件是否满足的步骤；
根据所述预设定的条件是否满足，接通所述第一半导体开关和所述第二半导体开关，形成经由所述第一半导体开关和所述第二半导体开关以使所述电力系统和负载连接的第一电路的步骤；以及
断开所述旁路电路，以通过所述第一电路使所述电力系统的电流供应到所述负载的步骤。
11.根据权利要求10所述的半导体断路器的控制方法，其特征在于，
所述旁路电路通过旁路开关来控制所述旁路电路的断开或闭合，
所述旁路开关是开关速度为预设定的速度以上的高速开关。
12.根据权利要求10所述的半导体断路器的控制方法，其特征在于，
所述旁路电路还包括至少一个电阻，所述至少一个电阻是用于抑制所述电力系统和负载初始连接时形成的浪涌电流的浪涌电流抑制电阻。
13.根据权利要求10所述的半导体断路器的控制方法，其特征在于，
所述旁路电路还包括感应二极管，在所述第一半导体开关和所述第二半导体开关断开的状态下，在向所述第一半导体开关的漏极端子施加所述电力系统的电流的情况下，所述感应二极管用于将施加的电流引导到所述旁路电路并防止由反向电压产生的电流回流。
14.根据权利要求10所述的半导体断路器的控制方法，其特征在于，
还包括测量从所述电力系统流入的电流的电流传感器，
检测所述预设定的条件是否满足的步骤是，在所述电流传感器的测量结果为所述电力系统和负载之间的电流电平恢复到额定电流电平的情况下，判断为所述预设定的条件满足的步骤。
15.根据权利要求14所述的半导体断路器的控制方法，其特征在于，还包括：
检测所述预设定的条件是否满足的步骤是，检测所述电流传感器的测量结果为检测出的电流电平超过额定电流电平的时间的步骤；
判别检测出的所述时间是否为规定时间的步骤；以及
根据所述判别结果来控制所述切断开关，从而将所述半导体断路器与所述电力系统切断的步骤。
16.根据权利要求10所述的半导体断路器的控制方法，其特征在于，还包括：
检测所述预设定的条件是否满足的步骤是，检测从所述旁路电路闭合的时间点开始经过的时间的步骤；以及
在检测出的所述时间经过预设定的时间以上的情况下，判断为所述预设定的条件满足的步骤。
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