CN205104397U - 直流电子灭弧装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型直流电子灭弧装置属于电学领域，特别是一种适合于对机械开关作为灭弧使用的直流电子灭弧装置，其包括与所需灭弧的机械开关两端并联的功率半导体器件，其特征是功率半导体器件控制端与控制电路连接，功率半导体器件的主回路通过电容或电阻与控制电路连接，功率半导体器件的主回路两端的电压变化通过电容或电阻连接至控制电路，控制电路产生脉冲控制信号控制功率半导体器件导通，本实用新型直流电子灭弧装置具有功率半导体器件所需导通时间极短，成本低、可靠性高的优点。

Description

直流电子灭弧装置

技术领域

本实用新型直流电子灭弧装置属于电学领域，特别是一种适合应用于继电器、接触器、断路器及其它机械开关中作为直流灭弧使用的直流电子灭弧装置。

背景技术

目前在汽车、电力等电气控制系统中，广泛使用继电器、接触器等机械开关对负载进行接通分断控制，由于机械开关存在接通弹跳电弧和分断电弧，从而导致机械开关容易烧损，电寿命短的缺点。

发明内容

本实用新型的目的在于避免现有电子灭弧装置的不足之处而提供一种可以应用于各种机械开关电子灭弧、具有导通时间短、电路简单、成本低的直流电子灭弧装置。

实现本实用新型的目的是通过以下技术方案来达到：一种直流电子灭弧装置，包括与所需灭弧的机械开关两端并联的功率半导体器件，所述功率半导体器件控制端与控制电路连接，所述功率半导体器件的主回路通过电容或电阻与所述控制电路连接，所述功率半导体器件的主回路两端的电压变化通过所述电容或所述电阻连接至所述控制电路，所述控制电路产生脉冲控制信号控制所述功率半导体器件导通。

一种直流电子灭弧装置，所述控制电路包括：供电电路、电平变换电路、脉冲发生电路、驱动电路，所述供电电路为所述电平变换电路、所述脉冲发生电路和所述驱动电路提供工作电源，所述功率半导体器件的主回路两端的电压变化信号通过所述电容或所述电阻，经所述电平变换电路再经所述脉冲发生电路，所述脉冲发生电路输出脉冲信号给所述驱动电路，所述驱动电路驱动所述功率半导体器件导通。

一种直流电子灭弧装置，所述电平变换电路至少包括一晶体管，所述电容与至少一电阻组成串联电路，所述串联电路与所述晶体管控制端连接，所述晶体管输出端与所述脉冲发生电路连接。

一种直流电子灭弧装置，所述晶体管的控制端与至少一二极管组成所述电容的充放电回路。

一种直流电子灭弧装置，所述电平变换电路至少包括一晶体管，所述电阻与所述晶体管控制端连接，所述晶体管输出端与所述脉冲发生电路连接。

一种直流电子灭弧装置，所述脉冲发生电路至少包括一集成电路。

一种直流电子灭弧装置，所述集成电路为可编程器件。

一种直流电子灭弧装置，所述集成电路包括多路输入端口和多路脉冲输出端口，用于多路直流机械开关灭弧。

一种直流电子灭弧装置，通过所述电容的输入电流的一个方向电流作为所述控制电路脉冲输出的使能信号，所述输入电流的另一个方向电流作为所述控制电路脉冲输出的触发信号。

一种直流电子灭弧装置，所述功率半导体器件为全控型器件。

一种直流电子灭弧装置，所述功率半导体器件为三极管、场效应管或IGBT。

一种直流电子灭弧装置，所述机械开关和所述机械开关相连接负载组成串联电路，所述供电电路的电源输入端与所述串联电路两端连接，由所述串联电路两端的输入电源提供所述供电电路工作电源。

一种直流电子灭弧装置，所述功率半导体器件主回路串联有熔断部件。

一种直流电子灭弧装置，为三端电路，其中两个端点分别与所述机械开关与负载组成的串联电路两端连接，所述机械开关与负载连接的共同端点与其中另一端点连接。

其工作原理：包括与所需灭弧的机械开关两端并联的功率半导体器件，其特征是用于驱动功率半导体器件控制端与控制电路连接，功率半导体器件的主回至少通过一电容或一电阻与控制电路连接，机械开关闭合弹跳和分断时，机械开关两端的电压变化通过电容或电阻连接至控制电路，由控制电路输出脉冲驱动信号控制功率半导体器件导通，达到电子灭弧的目的。

本实用新型设计合理，利用机械开关闭合弹跳和分断时两端电压突变，由此信号通过电容或电阻连接至控制电路，在控制电路得知机械开关出现弹跳或分断时，输出一微秒级的脉冲信号控制功率半导体器件导通，即可达到理想灭弧的目的，功率半导体器件可以选用常用如三极管、场效应管、IGBT等功率半导体器件，在灭弧工作过程中，功率半导体器件所需导通时间极短，可达微秒极，具有功率半导体器件成本低、可靠性高的优点。

附图说明

图1是本实用新型的实施例之一原理图。

图2是本实用新型的实施例之二电路原理图。

具体实施方式

如附图1所示，一种直流电子灭弧装置，J1、J2为主回路的直流电源输入端，功率半导体器件Q1为三极管，功率半导体器件Q1的主回路通过熔断部件F1与机械开关SW1两端并联(机械开关SW1为与功率半导体器件Q1相连接的机械开关，与机械开关SW1串联连接的RL为负载电阻，机械开关SW1和负载电阻RL用于更方便描述本装置的工作原理)，与功率半导体器件Q1相连接的机械开关SW1两端的突变电压由功率半导体器件Q1的主回路(在此实施例中为三极管的集电极)通过电容C1连接至控制电路(A)，功率半导体器件Q1的控制端与控制电路(A)连接，控制电路(A)的工作电源由机械开关SW1与负载电阻RL组成的串联回路的两端连接。

工作过程：按本装置用于机械开关SW1灭弧为例，J1、J2输入端连接有工作电源，控制电路(A)上电同时电容C1充电，当机械开关SW1的闭合时，电容C1放电形成反向电流脉冲I1，机械开关SW1闭合，当出现弹跳时，电容C1充电形成正向电流脉冲I2，这时控制电路(A)输出几个微秒的脉冲控制功率半导体器件Q1导通，起到对开关闭合弹跳灭弧的目的，在机械开关SW1闭合稳定后，电容C1放电，为再次充电做准备；在机械开关SW1分断的工作过程中，机械开关SW1分断的瞬间，电容C1充电形成正向电流脉冲I2，这时控制电路(A)输出几个微秒的脉冲控制功率半导体器件Q1导通，完成对开关分断灭弧的目的，在功率半导体器件Q1击穿的情况下熔断部件F1断开，确保不对负载产生不利的影响。注：电容C1放电形成反向电流脉冲I1，可以由此电流信号，作为控制电路(A)脉冲输出的使能信号，用于克服在机械开关SW1两端上电时，电容C1充电形成正向电流脉冲I2触发控制电路(A)输出脉冲信号，用于驱动功率半导体器件Q1导通。

实施例一的直流电子灭弧装置，控制电路(A)通过电容C1与功率半导体器件Q1主回路连接，由于电容具有通交流隔直流的特点使得本实用新型直流电子灭弧装置无需静态取样电流，而在机械开关发生动作时由于功率半导体器件Q1主回路两端电压发生突变通过电容可以获得较大的取样电流，也可以用一电阻替代电容，但会存在静态取样电流，熔断部件F1可以在本装置功率半导体器件击穿损坏的情况下，功率半导体器件主回路可以自动熔断不会影响到负载；功率半导体器件可以用三极管、场效应管、IGBT等全控型半导体器件，工作原理相同。实施例一的直流电子灭弧装置为三端电路，其中两个端点分别与所述机械开关与负载组成的串联电路两端连接，所述机械开关与负载连接的共同端点与其中另一端点连接。

如附图2所示，一种可以用于四路机械开关灭弧的直流电子灭弧装置，J1、J2为主回路的直流电源输入端，功率半导体器件Q1、Q2、Q3、Q4为场效应管，功率半导体器件Q1、Q2、Q3、Q4分别通过接线端子CON1与机械开关电路(F)的4路机械开关S1、S2、S3、S4连接，控制电路(A)包括：供电电路(C)、电平变换电路(B)、脉冲发生电路(D)、驱动电路(E)，供电电路(C)为电平变换电路(B)、脉冲发生电路(D)和驱动电路(E)提供工作电源，功率半导体器件Q1、Q2、Q3、Q4的主回路两端的电压变化信号分别通过电容C1、C2、C3、C4经电平变换电路(B)，再经脉冲发生电路(D)，脉冲发生电路(D)输出脉冲信号给驱动电路(E)，驱动电路(E)驱动功率半导体器件Q1、Q2、Q3、Q4导通，机械开关电路(F)由4路机械开关S1、S2、S3、S4和负载电阻RL1、RL2、RL3、RL4组成，机械开关电路(F)用于方便描述本装置的工作原理。

脉冲发生电路(D)：内置集成电路IC为一可编程器件，附图2的IC为F300微控制器，也可采用其他型号微控制器、可编程阵列、数字处理器。

工作过程：按本装置用于机械开关电路(F)的机械开关灭弧为例，J1、J2输入端连接有工作电源，供电电路(C)、电平变换电路(B)、脉冲发生电路(D)和驱动电路(E)得电，当机械开关电路(F)的相关机械开关S1、S2、S3、S4闭合时，通过电容C1、C2、C3、C4与其相连接的电平变换电路(B)输入端口，再连接至脉冲发生电路(D)的相应输入端口，再由脉冲发生电路(D)相应输出端口输出几个微秒的脉冲驱动电路(E)相应的输入口，由驱动电路(E)相应的输出端口控制相应功率半导体器件Q1、Q2、Q3、Q4导通，起到对机械开关电路(F)灭弧的目的，在功率半导体器件Q1、Q2、Q3、Q4击穿的情况下与之对应的熔断部件F1、F2、F3、F4断开，确保不对负载产生不利的影响。

本实施例的直流电子灭弧装置极适用于汽车、飞机、潜艇等对体积和重量指标要求高的场合，能对多路机械开关而共用一套控制电路进行灭弧，具有节约体积和重量、接线少(除正负电源线共用，每只机械开关只要一根连接线)、可靠性高的特点，并且在本装置功率半导体器件击穿损坏的情况下，功率半导体器件主回路可以自动熔断不会影响到负载；电平变换电路(B)内有4个支路，每一路由输入电容与一电阻组成串联电路，由此串联电路与晶体管控制端连接，晶体管输出端与脉冲发生电路(D)连接，晶体管的控制端与二极管组成电容的充放电回路，脉冲发生电路(D)采用了可编程器件，具有产生脉冲信号脉宽准确、波形好，输入端口和输出端口配置灵活的优点。

在以上二个实施例中，当用于切除带感性的负载时，可以考虑的功率半导体器件的主回路反向并联一二极管来保护反向电压，防止功率半导体器件损坏，也可以采用内置并联有反向二极管的功率半导体器件；以上实施例中描述电容与功率半导体器件主回路连接，由于功率半导体器件主回路与机械开关两端为并联关系，电容与机械开关两端连接与功率半导体器件主回路连接为等同，都属本专利的保护范围；由于以上二个实施例中的控制电路的工作电源由机械开关与负载组成的串联电路两端提供，具有接线少、使用便捷、可以用于各种机械开关(如按钮、断路器、继电器等)灭弧的优点，同时功率半导体器件的控制端可以方便取得使其能饱和导通的脉冲信号，控制电路的工作电源也可以其它方式提供，但要考虑到机械开关两端上电时，克服电容充电形成正向电流脉冲引起控制电路(A)输出脉冲信号，要由机械开关闭合电容放电形成反向电流脉冲电流信号，作为控制电路(A)脉冲输出的使能信号；脉冲发生电路(D)的输出脉冲信号可以在数微秒到数十微秒选取；功率半导体器件可以用三极管、场效应管、IGBT等全控型半导体器件，工作原理相同。

Claims (14)

1.一种直流电子灭弧装置，包括与所需灭弧的机械开关两端并联的功率半导体器件，其特征是所述功率半导体器件控制端与控制电路连接，所述功率半导体器件的主回路通过电容或电阻与所述控制电路连接，所述功率半导体器件的主回路两端的电压变化通过所述电容或所述电阻连接至所述控制电路，所述控制电路产生脉冲控制信号控制所述功率半导体器件导通。

2.根据权利要求1所述的直流电子灭弧装置，其特征是所述控制电路包括：供电电路、电平变换电路、脉冲发生电路、驱动电路，所述供电电路为所述电平变换电路、所述脉冲发生电路和所述驱动电路提供工作电源，所述功率半导体器件的主回路两端的电压变化信号通过所述电容或所述电阻，经所述电平变换电路再经所述脉冲发生电路，所述脉冲发生电路输出脉冲信号给所述驱动电路，所述驱动电路驱动所述功率半导体器件导通。

3.根据权利要求2所述的直流电子灭弧装置，其特征是所述电平变换电路至少包括一晶体管，所述电容与至少一电阻组成串联电路，所述串联电路与所述晶体管控制端连接，所述晶体管输出端与所述脉冲发生电路连接。

4.根据权利要求3所述的直流电子灭弧装置，其特征是所述晶体管的控制端与至少一二极管组成所述电容的充放电回路。

5.根据权利要求2所述的直流电子灭弧装置，其特征是所述电平变换电路至少包括一晶体管，所述电阻与所述晶体管控制端连接，所述晶体管输出端与所述脉冲发生电路连接。

6.根据权利要求2所述的直流电子灭弧装置，其特征是所述脉冲发生电路至少包括一集成电路。

7.根据权利要求6所述的直流电子灭弧装置，其特征是所述集成电路为可编程器件。

8.根据权利要求6所述的直流电子灭弧装置，其特征是所述集成电路包括多路输入端口和多路脉冲输出端口，用于多路直流机械开关灭弧。

9.根据权利要求1所述的直流电子灭弧装置，其特征是通过所述电容的输入电流的一个方向电流作为所述控制电路脉冲输出的使能信号，所述输入电流的另一个方向电流作为所述控制电路脉冲输出的触发信号。

10.根据权利要求1所述的直流电子灭弧装置，其特征是所述功率半导体器件为全控型器件。

11.根据权利要求1所述的直流电子灭弧装置，其特征是所述功率半导体器件为三极管、场效应管或IGBT。

12.根据权利要求2所述的直流电子灭弧装置，其特征是所述机械开关和所述机械开关相连接负载组成串联电路，所述供电电路的电源输入端与所述串联电路两端连接，由所述串联电路两端的输入电源提供所述供电电路工作电源。

13.根据权利要求1所述的直流电子灭弧装置，其特征是所述功率半导体器件主回路串联有熔断部件。

14.根据权利要求1所述的直流电子灭弧装置，其特征是：为三端电路，其中两个端点分别与所述机械开关与负载组成的串联电路两端连接，所述机械开关与负载连接的共同端点与其中另一端点连接。