CN214799444U - 一种交流电子开关装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种交流电子开关装置,包括一个第一开关模组(1),一个第一吸收电路(2),一个第一放电电路(3)及第一控制器(15)。所述第一开关模组(1)用于对交流电流进行通断快速切换,而第一吸收电路(2)、第一放电电路(3)则实现对其关断时的能量进行吸收,并保护第一开关模组(1)的正常工作。第一控制器(15)与上位机通讯,用于控制上述各部分功能的正常工作。本实用新型的一种电力电子开关装置结构简单、成本低、损耗小、可靠性高、开关速度快。
Description
技术领域
本实用新型属于电气工程技术领域,尤其涉及一种可快速开通、关断的交流电子开关装置。
背景技术
交流电子开关也称固态电子开关,其可对交流电流的通断进行控制,应用中较多使用晶闸管并联实现,如图1所示。交流电子开关可方便地通过弱电信号控制,如用MCU来进行控制,非常方便应用于多种场合,并有很好的应用前景。
使用晶闸管反并联构成的固态开关,虽然具有高电压、大电流的优点,但其无法通过弱电信号控制其关断,因此在需要快速关断的场合,其使用受到很大局限。
已公开专利201310260839.4公开了一种基于IGBT的电子开关,如图2示,其可快速实现电流的双向切断、导通,但每组开关需要2只电容器及2只放电电阻,若以其组成多路开关(如常用的三相开关),则需要2倍开关数量的电容器及电阻器,因此器件数量多,成本高,且其需要引出开关中点,线路复杂,从而影响装置的可靠性;另外,其电容器电压不可控,当开关处于导通状态时,电容逐步放电至零电压,而当开关再次关断时,主回路电流会继续流经电容器,对电容从零电压开始充电,因此该公开技术的关断时间较长,无法实现快速关断。
如图3所示的已有技术,虽然电路简单,但当发生过流、短路等故障,而开关需要关断时,其中的RC吸收电路难以完全吸收感应电压,因此增加MOV器件,如压敏电阻等,而此类防浪涌保护器件可靠性较低,在冲击能量大或者多次冲击是会失效,致使装置的寿命、可靠性下降。
由此可见,现有技术中的固态电子开关电路结构还存在结构复杂、成本高、可靠性低、速度较慢等不够理想的问题。有鉴于现有固态电子开关存在的不足,有必要对其进行改进。
发明内容
本实用新型旨在设计一种结构简单、成本低、损耗小、可靠性高、开关速度快的电力电子开关装置。
本实用新型的一种交流电子开关装置,包括一个第一开关模组(1),所述第一开关模组(1)包含一个电源输入端口A、一个输出端口B及一个中点端口(Z),所述开关模组用于开通或切断输入端口A和输出端口B之间的交流电流通路;
还包括一个第一吸收电路(2),其与所述第一开关模组(1)的所述输入端口A、输出端口B、中点端口(Z)及电源N线连接,所述第一吸收电路(2)内部包含有可储存电能的电容器,用于吸收第一开关模组(1)关断过程中回路电感中的电能;
还包括一个第一放电电路(3),其与所述第一吸收电路(2)的正及负端连接,用于保护第一吸收电路(2)及第一开关模组(1),避免其由于电压过高而损坏;
还包括一个第一控制器(15),其与所述第一开关模组(1)、第一吸收电路(2)、第一放电电路(3)信号连接;所述第一控制器(15)根据接收外部开关操作信号,对第一开关模组(1)进行通断操作,同时,所述第一控制器(15)检测所述第一吸收电路(2)的正及负端电压,当电压超过一个设定值时,对所述第一放电电路(3)发出放电指令,直至所述第一吸收电路(2)的正及负端电压不超过设定值。
本实用新型的一种交流电子开关装置,所述的第一开关模组(1)包括反向共源极串联的半导体开关器件(4),其两端分别与输入端口A和输出端口B连接,其中点与所述中点端口(Z)连接,并与所述第一吸收电路(2)连接;所述反向共源极串联的半导体开关器件(4)用于切断或连通输入端口A和输出端口B间双向流动的电流,所述反向共源极串联的半导体开关器件(4)可以是逆导型功率半导体器件IGBT、MOSFET、或IGCT中的一种。
本实用新型的一种交流电子开关装置,所述的第一开关模组(1)还可以是包括反向共漏极并联的半导体开关器件(5),其两端分别与输入端口A和输出端口B连接,其中点与所述中点端口(Z)连接,并与与所述第一吸收电路(2)连接;所述反向共漏极并联的半导体开关器件(5)用于切断或连通输入端口A和输出端口B间双向流动的电流,所述反向共漏极并联的半导体开关器件(5)可以是逆导型功率半导体器件IGBT、MOSFET、或IGCT 中的一种。
本实用新型的一种交流电子开关装置,所述的第一吸收电路(2)包括一端分别与输入端口A、输出端口B及电源N线连接的三个二极管(D),所述三个二极管(D)的另一端与一个电容(C)连接,所述电容(C)的另一端与所述第一开关模组(1)的中点端口(Z) 连接;当所述第一开关模组(1)关断时,所述第一吸收电路(2)用于使输入端口A或输出端口B的电流均流入电容(C),电容(C)吸收回路电感能量;而与N线连接的二极管(D) 则可实现对电容(C)的预充电,使电容(C)总保持一个较为稳定的电压。
本实用新型的一种交流电子开关装置,所述的第一放电电路(3)包括一个或多个放电电阻(12),用于释放电容(C)所储存的能量;还包括一个半导体开关管(13)或机械式开关(14),其与所述放电电阻(12)串联连接,该串联电路的两端分别与所述第一吸收电路(2)的正及负端连接,用于控制所述放电电阻(12)的通断。
本实用新型的一种交流电子开关装置,还可以是包括一个第二开关模组(6),其包含一个电源输入端口A、一个输出端口B,所述开关模组用于开通或切断输入端口A和输出端口B之间的交流电流通路;
还包括一个第二吸收电路(7),其与所述第二开关模组(6)的所述输入端口A、输出端口B及电源N线连接,所述第二吸收电路(7)内部包含有可储存电能的电容器,用于吸收第二开关模组(6)关断过程中回路电感中的电能;
还包括一个第二放电电路(8),其与所述第二吸收电路(7)的正及负端连接,用于保护第二吸收电路(7)及第二开关模组(6),避免其由于电压过高而损坏;
还包括一个第二控制器(16),其与所述第二开关模组(6)、第二吸收电路(7)、第二放电电路(8)信号连接;所述第二控制器(16)根据接收外部开关操作信号,对第二开关模组(6)进行通断操作,同时,所述第二控制器(16)检测所述第二吸收电路(7)的正及负端电压,当电压超过一个设定值时,对所述第二放电电路(8)发出放电指令,直至所述第二吸收电路(7)的正及负端电压不超过设定值。
本实用新型的一种交流电子开关装置,所述的第二开关模组(6)包括反向串联的半导体开关器件(9),其两端分别与输入端口A和输出端口B连接;所述反向串联的半导体开关器件(9)用于切断或连通输入端口A和输出端口B间双向流动的电流,所述反向串联的半导体开关器件(9)可以是逆导型功率半导体器件IGBT、MOSFET、或IGCT中的一种。
本实用新型的一种交流电子开关装置,所述的第二开关模组(6)包括反向并联的半导体开关器件(11),其两端分别与输入端口A和输出端口B连接;所述反向并联的半导体开关器件(11)用于切断或连通输入端口A和输出端口B间双向流动的电流,所述反向并联的半导体开关器件(11)可以是逆止型功率半导体器件IGBT、MOSFET、或IGCT中的一种。
本实用新型的一种交流电子开关装置,所述的第二吸收电路(7)包括三组正负端串联的二极管,每组串联的二极管中点分别与输入端口A、输出端口B及电源N线连接,所述三组正负端串联的二极管的正极共同与一个电容(C)的一端连接,所述三组正负端串联的二极管的负极共同与一个电容(C)的另一端连接;当所述第二开关模组(6)关断时,所述正负端串联的二极管可使输入端口A及输出端口B的电流均流入电容(C),则电容(C)可吸收回路电感能量;而与N线连接的正负端串联的二极管则可实现对电容(C)的预充电,使电容(C)总保持一个较为稳定的电压。
本实用新型的一种交流电子开关装置,所述的第二放电电路(8)包括一个或多个放电电阻(12),用于释放电容(C)所储存的能量;一个半导体开关管(13)或机械式开关(14),其与所述放电电阻(12)串联连接,该串联电路的两端分别与所述第二吸收电路(7)的正及负端连接,用于控制所述放电电阻(12)的通断。
附图说明
图1是一种已有使用晶闸管构成的交流电子开关电路图。
图2是一种已有的交流电子开关电路图。
图3是另一种一种已有的交流电子开关电路图。
图4是本实用新型一种交流电子开关装置实施例原理框图。
图5是本实用新型开关模组及吸收电路的第一实施例图。
图6是本实用新型开关模组及吸收电路的第二实施例图。
图7本实用新型另一种交流电子开关装置实施例原理框图。
图8是本实用新型另一开关模组及吸收电路的第一实施例图。
图9是本实用新型另一开关模组及吸收电路的第二实施例图。
图10是本实用新型另一开关模组及吸收电路的第三实施例图。
图11是本实用新型放电电路实施例图。
图12是本实用新型放电电路另一实施例图。
具体实施方式
下面结合附图详细介绍本实用新型的实施方式。
图4是本实用新型所设计的一种交流电子开关装置实施例原理框图。输入电从端口A 经过第一开关模组(1)后,至输出端口B,实现开关快速通断功能,分别与端口A、B、Z 连接的第一吸收电路(2),实现了开关快速切断过程中、对回路感性电流产生的能量吸收,并存储于电容中,从而避免了由于开关快速切断感性电流所感应出的过电压。与第一吸收电路(2)的正及负端连接的第一放电电路(3)用于实现过电压的放电保护。而第一控制器(15),其与第一开关模组(1)、第一吸收电路(2)、第一放电电路(3)信号连接;第一控制器(15) 根据接收外部开关操作信号,对第一开关模组(1)进行通断操作,同时,第一控制器(15) 检测所述第一吸收电路(2)的正及负端电压,当电压超过一个设定值时,对所述第一放电电路(3)发出放电指令,直至所述第一吸收电路(2)的正及负端电压降低至不超过设定值。
图5、图6是本实用新型开关模组及吸收电路的两个实施例图,图中两个反向串联的半导体开关器件,构成交流开关电路,其中图5的半导体开关是共源极连接,而图6的半导体开关是共漏极连接,两个半导体开关的连接点构成中点端口(Z)。图中三只二极管(D) 的一端分别与输入端口A、输出端口B及电源N线连接,而三只二极管(D)的另一端均与一个电容(C)连接,该电容(C)的另一端与的中点端口(Z)连接,电容器(C)的两端,形成第一吸收电路(2)的正及负端。其工作过程是,当所述第一开关模组(1)关断时,第一吸收电路(2)通过二极管使输入端口A或输出端口B的电流均流入电容(C),由电容(C) 吸收回路电感能量;而与N线连接的二极管(D)则可实现对电容(C)的预充电,使电容 (C)总保持一个较为稳定的电压,可快速吸收能量,实现快速电流关断。所述半导体开关器件(4)可以是逆导型功率半导体器件IGBT、MOSFET、或IGCT中的一种。
图7是本实用新型另一种交流电子开关装置实施例原理框图。输入电从端口A经过第二开关模组(6)后,至输出端口B,实现开关快速通断功能,分别与端口A、B连接的第二吸收电路(7),实现了开关快速切断过程中、对回路感性电流产生的能量吸收,并存储于电容中,从而避免了由于开关快速切断感性电流所感应出的过电压。与第二吸收电路(7) 的正及负端连接的第二放电电路(8)用于实现过电压的放电保护。而第二控制器(16),其与第二开关模组(6)、第二吸收电路(7)、第二放电电路(8)信号连接;第二控制器(16) 根据接收外部开关操作信号,对第二开关模组(6)进行通断操作,同时,第二控制器(16) 检测所述第二吸收电路(7)的正及负端电压,当电压超过一个设定值时,对所述第二放电电路(8)发出放电指令,直至所述第二吸收电路(7)的正及负端电压降低至不超过设定值。
图8、图9是本实用新型第二开关模组(6)及第二吸收电路(7)的两个实施例图,图中两个反向串联的半导体开关器件,构成交流开关电路,其中图8的半导体开关是共源极连接,而图9的半导体开关是共漏极连接。图中包括三组两两串联的二极管(D),每组串联二极管的中点分别与输入端口A、输出端口B及电源N线连接,每组串联二极管(D)的正、负端与电容(C)的两端连接,而电容器(C)的两端,形成第一吸收电路(2)的正及负端。其工作过程是,当所述第二开关模组(6)关断时,第二吸收电路(7)通过二极管使输入端口A或输出端口B的电流均流入电容(C),由电容(C)吸收回路电感能量;而与N线连接的两只二极管(D)则可实现对电容(C)的预充电,使电容(C)总保持一个较为稳定的电压,可快速吸收能量,实现快速电流关断。所述半导体开关器件(9)可以是逆导型功率半导体器件IGBT、MOSFET、或IGCT中的一种。
图10是本实用新型另一开关模组及吸收电路的第三实施例图。其中构成第二开关模组(6)的器件是由两只半导体开关器件反向并联而成,而半导体开关器件是逆止型功率半导体器件IGBT、MOSFET、或IGCT中的一种。
图11、图12是本实用新型放电电路的两个实施例图,其包括一个放电电阻(12) 和一个与之串联的半导体开关管(13)或机械式开关(14),串联电路的两端分别与吸收电路的正及负端并联。当半导体开关管(13)或机械式开关(14)导通时,电容器(C)对放电电阻(12)放电,直流端电压降低。当半导体开关管(13)或机械式开关(14)关断时,放电电阻(12)无电流,电容器(C)直流端电压维持不变。
以上仅是本实用新型的优选实施方式,应当指出的是,上述优选实施方式不应视为对本实用新型的限制,本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型的精神和范围内,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种交流电子开关装置,其特征在于:其包括:
一个第一开关模组(1),其包含一个电源输入端口A、一个输出端口B及一个中点端口(Z),所述第一开关模组用于开通或切断输入端口A和输出端口B之间的交流电流通路;
一个第一吸收电路(2),其与所述第一开关模组(1)的所述输入端口A、输出端口B、中点端口(Z)及电源N线连接,所述第一吸收电路(2)内部包含有可储存电能的电容器,用于吸收第一开关模组(1)关断过程中回路电感中的电能;
一个第一放电电路(3),其与所述第一吸收电路(2)的正及负端连接,用于保护第一吸收电路(2)及第一开关模组(1),避免其由于电压过高而损坏;
一个第一控制器(15),其与所述第一开关模组(1)、第一吸收电路(2)、第一放电电路(3)信号连接;所述第一控制器(15)根据接收外部开关操作信号,对第一开关模组(1)进行通断操作,同时,所述第一控制器(15)检测所述第一吸收电路(2)的正及负端电压,当电压超过一个设定值时,对所述第一放电电路(3)发出放电指令,直至所述第一吸收电路(2)的正及负端电压不超过设定值。
2.根据权利要求1所述的一种交流电子开关装置,其特征在于:所述的第一开关模组(1)包括:
反向共源极串联的半导体开关器件(4),其两端分别与输入端口A和输出端口B连接,其中点与所述中点端口(Z)连接,并与所述第一吸收电路(2)连接;
所述反向共源极串联的半导体开关器件(4)用于切断或连通输入端口A和输出端口B间双向流动的电流,所述反向共源极串联的半导体开关器件(4)可以是逆导型功率半导体器件IGBT、MOSFET、或IGCT中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种交流电子开关装置,其特征在于:所述的第一开关模组(1)包括:
反向共漏极串联的半导体开关器件(5),其两端分别与输入端口A和输出端口B连接,其中点与所述中点端口(Z)连接,并与所述第一吸收电路(2)连接;
所述反向共漏极串联的半导体开关器件(5)用于切断或连通输入端口A和输出端口B间双向流动的电流,所述反向共漏极串联的半导体开关器件(5)可以是逆导型功率半导体器件IGBT、MOSFET、或IGCT中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种交流电子开关装置,其特征在于:所述的第一吸收电路(2)包括:
一端分别与输入端口A、输出端口B及电源N线连接的三个二极管(D),所述三个二极管(D)的另一端与一个电容(C)连接,所述电容(C)的另一端与所述第一开关模组(1)的中点端口(Z)连接;
当所述第一开关模组(1)关断时,所述第一吸收电路(2)用于使输入端口A或输出端口B的电流均流入电容(C),电容(C)吸收回路电感能量;而与N线连接的二极管(D)则可实现对电容(C)的预充电,使电容(C)总保持一个较为稳定的电压。
5.根据权利要求1所述的一种交流电子开关装置,其特征在于:所述的第一放电电路(3)包括:
一个或多个放电电阻(12),用于释放电容(C)所储存的能量;
一个半导体开关管(13)或机械式开关(14),其与所述放电电阻(12)串联连接,该串联电路的两端分别与所述第一吸收电路(2)的正及负端连接,用于控制所述放电电阻(12)的通断。
6.一种交流电子开关装置,其特征在于:其包括:
一个第二开关模组(6),其包含一个电源输入端口A、一个输出端口B,所述开关模组用于开通或切断输入端口A和输出端口B之间的交流电流通路;
一个第二吸收电路(7),其与所述第二开关模组(6)的所述输入端口A、输出端口B及电源N线连接,所述第二吸收电路(7)内部包含有可储存电能的电容器,用于吸收第二开关模组(6)关断过程中回路电感中的电能;
一个第二放电电路(8),其与所述第二吸收电路(7)的正及负端连接,用于保护第二吸收电路(7)及第二开关模组(6),避免其由于电压过高而损坏;
一个第二控制器(16),其与所述第二开关模组(6)、第二吸收电路(7)、第二放电电路(8)信号连接;所述第二控制器(16)根据接收外部开关操作信号,对第二开关模组(6)进行通断操作,同时,所述第二控制器(16)检测所述第二吸收电路(7)的正及负端电压,当电压超过一个设定值时,对所述第二放电电路(8)发出放电指令,直至所述第二吸收电路(7)的正及负端电压不超过设定值。
7.根据权利要求6所述的一种交流电子开关装置,其特征在于:所述的第二开关模组(6)包括:
反向串联的半导体开关器件(9),其两端分别与输入端口A和输出端口B连接;
所述反向串联的半导体开关器件(9)用于切断或连通输入端口A和输出端口B间双向流动的电流,所述反向串联的半导体开关器件(9)可以是逆导型功率半导体器件IGBT、MOSFET、或IGCT中的一种。
8.根据权利要求6所述的一种交流电子开关装置,其特征在于:所述的第二开关模组(6)包括:
反向并联的半导体开关器件(11),其两端分别与输入端口A和输出端口B连接;
所述反向并联的半导体开关器件(11)用于切断或连通输入端口A和输出端口B间双向流动的电流,所述反向并联的半导体开关器件(11)可以是逆止型功率半导体器件IGBT、MOSFET、或IGCT中的一种。
9.根据权利要求6所述的一种交流电子开关装置,其特征在于:所述的第二吸收电路(7)包括:三组正负端串联的二极管,每组串联的二极管中点分别与输入端口A、输出端口B及电源N线连接,所述三组正负端串联的二极管的正极共同与一个电容(C)的一端连接,所述三组正负端串联的二极管的负极共同与一个电容(C)的另一端连接;
当所述第二开关模组(6)关断时,所述正负端串联的二极管可使输入端口A及输出端口B的电流均流入电容(C),则电容(C)可吸收回路电感能量;而与N线连接的正负端串联的二极管则可实现对电容(C)的预充电,使电容(C)总保持一个较为稳定的电压。
10.根据权利要求6所述的一种交流电子开关装置,其特征在于:所述的第二放电电路(8)包括:
一个或多个放电电阻(12),用于释放电容(C)所储存的能量;
一个半导体开关管(13)或机械式开关(14),其与所述放电电阻(12)串联连接,该串联电路的两端分别与所述第二吸收电路(7)的正及负端连接,用于控制所述放电电阻(12)的通断。
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