CN204349945U - 开关装置及开关电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种开关装置及开关电路，所述开关装置包括IGBT模块及换流模块，所述IGBT模块具有IGBT开关，所述IGBT开关具有门极、集电极及发射极；所述换流模块具有晶体二极管及电容器，所述晶体二极管及电容器均并联于所述IGBT开关的发射极及集电极两端，且所述晶体二极管的正极、负极分别连接于发射极与集电极。所述开关电路包括所述开关装置。本实用新型涉及的开关装置，适合用于中、高频率的场合要求的门极关断特性及高性价比且电能的利用效率较高。
Description
技术领域
本实用新型涉及电路开关领域，特别是涉及一种开关装置及开关电路。
背景技术
继电器是机械式电力开关控制方案，通过电磁铁的方式，使两个触点接触和断开。可控硅(SCR)：正式名称是反向阻断三端晶闸管,简称晶闸管(thyristor)。通过控制可控硅的导通和截止，进而实现对电力的开关控制。继电器方案由于是机械式的，在开关大电流的情况下，触点容易粘连，导致开关不能正常的开关灯具。
自从可控硅(晶闸管)发明以来，功率半导体器件中也并没有适合用于中、高频率的场合要求及高性价比的门极关断特性的开关。由于可控硅的导通截止特性，在对交流电进行开关时，容易产生高次谐波干扰，而且由于相控工作方式的工作电流不是在整个正弦波周期内流过控制器件的，因而电能的利用效率较低。
实用新型内容
基于此，有必要提供一种适合用于中、高频率的场合要求的门极关断特性及高性价比且电能的利用效率较高的开关装置。
一种开关装置，包括IGBT模块及换流模块，所述IGBT模块具有IGBT开关，所述IGBT开关具有门极、集电极及发射极；
所述换流模块具有晶体二极管及电容器，所述晶体二极管及电容器均并联于所述IGBT开关的发射极及集电极两端，且所述晶体二极管的正极、负极分别连接于发射极与集电极。
本实用新型的另一目的在于提供一种开关电路。
一种开关电路，包括所述的开关装置，所述开关装置具有至少三个IGBT开关，第二个IGBT开关的集电极、发射极及第三个IGBT开关的发射极、集电极依次串联于电路的零线与火线之间，第一个IGBT开关的集电极、发射极串联于火线上；
第一个IGBT开关的集电极、发射极的两端分别串联有晶体二极管，第一个IGBT开关的集电极连接于对应晶体二极管的负极，第一个IGBT开关的发射极连接于对应晶体二极管的正极，第一个IGBT开关的集电极一侧的晶体二极管的正极与该IGBT开关的发射极之间还并联有晶体二极管，第一个IGBT开关的发射极一侧的晶体二极管的负极与该IGBT开关的集电极之间还并联有晶体二极管。
在其中一个实施例中，第一个IGBT开关的集电极一侧的晶体二极管的正极连接于并联晶体二极管的负极，该IGBT开关的发射极连接于并联的晶体二极管的正极。
在其中一个实施例中，第一个IGBT开关的发集电极一侧连接于并联晶体二极管的负极，IGBT开关的发射极一侧的晶体二极管的负极连接于并联的晶体二极管的正极。
在其中一个实施例中，还包括输出模块，所述IGBT开关串联于所述输出模块。
在其中一个实施例中，所述输出模块为输出滤波器。
在其中一个实施例中，所述晶体二极管为快速二极管。
在其中一个实施例中，所述IGBT开关由双极型三极及绝缘栅型场效应管组成。
本实用新型涉及的开关装置，采用的IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor)，中文名为绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。本实用新型涉及的开关装置综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。
本实用新型涉及的开关装置，由于IGBT是半导体开关，不存在继电器的触点粘连问题，而且没有继电器的机械开关声音。IGBT可以任意时间控制交流电的开关，不像可控硅那样受到交流过零点的影响，输出谐波分量几乎可以忽略(噪声和电噪音污染很低)，对其它仪器和设备干扰甚小，无灯丝噪音，没有负载特性限制(适用于任何负载)，对电网电压和频率不敏感。
本实用新型涉及的开关装置，节省供配电系统和灯具布线成本高达40％。当国家严格谐波标准后，对电网污染严重的可控硅斩波方式用电比对电网无污染的正弦波方式用电电费高出100％完全可能。
附图说明
图1为本实施例开关装置的电路示意图；
图2本实施例开关电路示意图；
图3为可控硅调光器的输出波形示意图；
图4为本实施例开关装置的IGBT调制后的电压电流随时间变化的波形示意图。
具体实施方式
为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本实施例涉及了一种开关电路，包括开关装置，参见图1、图2所示，所述开关装置包括IGBT模块及换流模块，所述IGBT模块具有IGBT开关(VF)；所述IGBT开关由双极型三极及绝缘栅型场效应管组成。
参见图1所示，所述换流模块具有晶体二极管(VD)及电容器(VC)，所述晶体二极管及电容器分别并联于所述IGBT开关，所述晶体二极管为快速二极管。
进一步地，还包括输出模块，所述IGBT开关串联于所述输出模块，所述输出模块为输出滤波器(图中未示出)。
本实施例还涉及一种开关电路，参见图2所示，包括所述的开关装置，所述开关装置具有三个IGBT开关(VF1、VF2、VF3)，IGBT开关(VF1)并联有晶体二极管(VD1)及电容器(VC1)，IGBT开关(VF2)并联有晶体二极管(VD2)及电容器(VC2)，IGBT开关(VF3)并联有晶体二极管(VD3)及电容器(VC3)。
第二个IGBT开关(VF2)的集电极、发射极及第三个IGBT开关(VF3)的发射极、集电极依次串联于电路的零线与火线之间，第一个IGBT开关(VF1)的集电极、发射极串联于火线上；
第一个IGBT开关(VF1)的集电极、发射极的两端分别串联有晶体二极管(D1、D4)，第一个IGBT开关(VF1)的集电极连接于对应晶体二极管(D1)的负极，第一个IGBT开关(VF1)的发射极连接于对应晶体二极管(D4)的正极，第一个IGBT开关(VF1)的集电极一侧的晶体二极管(D1)的正极与该IGBT开关(VF1)的发射极之间还并联有晶体二极管(D3)，第一个IGBT开关(VF1)的发射极一侧的晶体二极管(D4)的负极与该IGBT开关的集电极之间还并联有晶体二极管(D2)。
第一个IGBT开关(VF1)的集电极一侧的晶体二极管(D1)的正极连接于并联晶体二极管(D3)的负极，该IGBT开关(VF1)的发射极连接于并联的晶体二极管(D3)的正极。第一个IGBT开关(VF1)的发集电极一侧连接于并联晶体二极管(D2)的负极，IGBT开关(VF1)的发射极一侧的晶体二极管(D4)的负极连接于并联的晶体二极管(D2)的正极。
本实用新型涉及的开关装置，为了IGBT换流安全而引入并联快速二极管及保护电容。为了使它的工作范围宽广(可以应用于阻性，容性，感性)，引入了换流环节，如图2所示，以使主IGBTVF1关断时，负载及输出电感中的电流有返回的通路。输出部分为LC，它本身为一个振荡器，为此引入RC输出滤波器，有效地防止了LC谐波振荡问题，使“IGBT正弦波调光器”可以安全稳定地运行。
本实用新型涉及的开关装置，采用的IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor)，中文名为绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。本实用新型涉及的开关装置综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。
本实用新型涉及的开关装置，由于IGBT是半导体开关，不存在继电器的触点粘连问题，而且没有继电器的机械开关声音。参见图3所示，由于可控硅的导通截止特性，在对交流电进行开关是，容易产生高次谐波干扰，而且由于相控工作方式的工作电流不是在整个正弦波周期内流过控制器件的，因而电能的利用效率较低，输出波形如图3所示；IGBT可以任意时间控制交流电的开关，不像可控硅那样受到交流过零点的影响，参见图4所示，输出谐波分量几乎可以忽略(噪声和电噪音污染很低)，对其它仪器和设备干扰甚小，无灯丝噪音，没有负载特性限制(适用于任何负载)，对电网电压和频率不敏感。
本实用新型涉及的开关装置，节省供配电系统和灯具布线成本高达40％。当国家严格谐波标准后，对电网污染严重的可控硅斩波方式用电比对电网无污染的正弦波方式用电电费高出100％完全可能。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种开关装置，其特征在于，包括IGBT模块及换流模块，所述IGBT模块具有IGBT开关，所述IGBT开关具有门极、集电极及发射极；
所述换流模块具有晶体二极管及电容器，所述晶体二极管及电容器均并联于所述IGBT开关的发射极及集电极两端，且所述晶体二极管的正极、负极分别连接于发射极与集电极。
2.一种具有权利要求1所述的开关装置的开关电路，其特征在于，所述开关装置具有至少三个IGBT开关，第二个IGBT开关的集电极、发射极及第三个IGBT开关的发射极、集电极依次串联于电路的零线与火线之间，第一个IGBT开关的集电极、发射极串联于火线上；
第一个IGBT开关的集电极、发射极的两端分别串联有晶体二极管，第一个IGBT开关的集电极连接于对应晶体二极管的负极，第一个IGBT开关的发射极连接于对应晶体二极管的正极，第一个IGBT开关的集电极一侧的晶体二极管的正极与该IGBT开关的发射极之间还并联有晶体二极管，第一个IGBT开关的发射极一侧的晶体二极管的负极与该IGBT开关的集电极之间还并联有晶体二极管。
3.根据权利要求2所述的开关电路，其特征在于，第一个IGBT开关的集电极一侧的晶体二极管的正极连接于并联晶体二极管的负极，该IGBT开关的发射极连接于并联的晶体二极管的正极。
4.根据权利要求2所述的开关电路，其特征在于，第一个IGBT开关的发集电极一侧连接于并联晶体二极管的负极，IGBT开关的发射极一侧的晶体二极管的负极连接于并联的晶体二极管的正极。
5.根据权利要求2-3任意一项所述的开关电路，其特征在于，还包括输出模块，所述IGBT开关串联于所述输出模块。
6.根据权利要求5所述的开关电路，其特征在于，所述输出模块为输出滤波器。
7.根据权利要求2-3任意一项所述的开关电路，其特征在于，所述晶体二极管为快速二极管。
8.根据权利要求2-3任意一项所述的开关电路，其特征在于，所述IGBT开关由双极型三极及绝缘栅型场效应管组成。
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|---|---|---|---|---|
| CN105429615A (zh) * | 2016-01-08 | 2016-03-23 | 南京国电南自电网自动化有限公司 | 一种用于igbt快速出口的抗干扰回路 |
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- 2014-11-13 CN CN201420678156.0U patent/CN204349945U/zh not_active Expired - Fee Related
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