專利名稱：兩端激活抑弧器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般說來涉及用于電氣觸頭的抑弧電路，更具體地說涉及這樣一種電路，它包括一個功率晶體管，例如IGBT，與受保護電氣觸頭并聯(lián)連接，其中該保護電路可以與各種各樣的電氣觸頭布置一起使用。
如待審專利申請No.08/527,185所指出，對于電氣觸頭，即在觸頭閉合時電流流過其中的電氣或電動機械電路所使用的機械觸頭，其一個共同問題是在它們從閉合位置開始打開時在觸頭之間產(chǎn)生電弧。不論觸頭是常閉或是常開，這種情況在觸頭打開時會發(fā)生。如果在它們打開時觸頭兩端之間電壓達到一個足夠水平，就將在觸頭之間形成電弧。此外，這個電弧甚至在觸頭充分打開之后可能持續(xù)。這種燃弧眾所周知是不希望有的，因為它對觸頭產(chǎn)生磨損，以及產(chǎn)生其它因電弧可能引起的電路效應(yīng)。
除觸頭自身設(shè)計在某些情況下提供固有抑弧能力外，分開的抑弧電路已用來防止電氣觸頭兩端之間燃弧。這些電路典型包括具有特定操作特性的功率晶體管。在觸頭打開時電氣觸頭兩端之間電壓的初始增加用作一個觸發(fā)信號，以便接通功率晶體管，在觸頭正在打開期間瞬時分路觸頭周圍的負載電流。典型地，這是通過使用連接在晶體管的米勒電容，使流過米勒電容的電流足夠大以便接通功率晶體管而完成。
一個這樣電路在屬于Woodworth的美國專利No.4,438,472中展示。Woodworth教導(dǎo)與一個雙極結(jié)晶體管組合使用一個分路電容器的基本思想。在這種特定設(shè)備中，附加米勒電容必須相對大。但是，這個大電容即使在被保護觸頭完全打開時也保持與它們并聯(lián)，相對任何可能施加在觸頭兩端之間的暫態(tài)現(xiàn)象實際上起短路作用。這當(dāng)然在許多情況下是不希望有的。此外，雙極結(jié)晶體管在其(晶體管)逐漸切斷負載電流時，必須能夠處理來自電感性負載的能量。
另一種設(shè)備在屬于Hongel的美國專利No.4,658,320中展示。在Hongel設(shè)備中，雙極結(jié)晶體管用一個功率場效應(yīng)晶體管(FET)代替。這樣對減小Woodworth設(shè)備所要求的大電容的尺寸來說確實具有效果。但是，正如Woodworth設(shè)備一樣，逐漸電感性負載切斷實際上要求所有負載能量消耗在FET自身中。一個能夠處理這種情況的FET價格昂貴，并且尺寸相當(dāng)大。另外，在Hongel設(shè)備中電容器仍然與打開的觸頭并聯(lián)，因此它對暫態(tài)電壓敏感。
本發(fā)明受認人所擁有的’185專利申請所述的設(shè)備解決了上述兩種電路的許多缺點。它減少了所需要的米勒電容，并且設(shè)計為在電壓暫態(tài)期間通過保護電路來防止導(dǎo)電。但是，那種設(shè)備設(shè)計成與一種通常稱為C形觸頭的特定電氣觸頭布置一起使用。在’185電路中，甚至在有大電壓暫態(tài)存在時，C形觸頭未使用部分用來對分路功率晶體管發(fā)信號以通知何時截止并保持晶體管截止。
本發(fā)明具有’185電路的所有優(yōu)點，但是不局限于某種特定觸頭布置。實際上，它基本能與燃弧是一個問題的任何類型的電氣觸頭一起使用，并且能容易設(shè)計成操作于若干不同的電路布置。不僅能覆蓋各種各樣的電氣觸頭，而且還能適應(yīng)各種各樣的觸頭分開速率。因此，本發(fā)明在其適用性方面相當(dāng)普遍。
因此，本發(fā)明是一種用于抑制電氣觸頭兩端之間燃弧的電路，包括一個功率晶體管，例如一個IGBT，連接在觸頭兩端之間；電容裝置，連接在觸頭與功率晶體管之間，但是不直接在觸頭兩端之間，在觸頭開始打開時其足以使功率晶體管快速接通，在觸頭周圍提供一個電流通路，由此防止觸頭兩端之間燃弧；在觸頭足夠分開之后用于截止功率晶體管，以便防止觸頭兩端之間燃弧的裝置；以及電壓限制裝置，以便把因功率晶體管截止所引起的任何回掃電壓限制在一個選擇水平。


圖1是表示本發(fā)明抑弧電路一個實施例的示意圖。
圖2是本發(fā)明抑弧電路的一個替換實施例。
圖3是表示電壓暫態(tài)一例的示意圖。
圖4是表示關(guān)于本發(fā)明電路的暫態(tài)源的一個簡化電路圖。
本發(fā)明的抑弧電路設(shè)計成與各種各樣的電氣和/或電動機械觸頭一起操作，其一個實施例示于圖1。為了說明，電氣觸頭一般表示為10。電池12表示通過負載14操作的電壓源，其在所示實施例中為電感和電阻的組合。電源電壓通過負載14和通過觸頭10產(chǎn)生一個電流。本發(fā)明的抑弧(保護)電路一般表示為16，在連接點17-17處連接到觸頭10。抑弧電路16在所示實施例中包括一個功率晶體管18，其在所示實施例中是一個絕緣柵雙極結(jié)晶體管(IGBT)。一個IGBT是一個場效應(yīng)晶體管(FET)和一個雙極結(jié)晶體管(BJT)的達林頓式組合，能夠處理高功率水平。
一般地，抑弧電路16與觸頭10并聯(lián)連接，以便IGBT 18分路電氣觸頭。在觸頭打開時負載電流通過保護電路在觸頭周圍簡單分路，直到觸頭足夠分開以便它們能承受電源電壓，典型為幾百伏為止。在觸頭10已經(jīng)分開之后，IGBT 18快速并突然截止；保證電感性電壓反沖或回掃由一個電壓限制裝置，例如圖1以20表示的金屬氧化物變阻器(MOV)所限制或箝位。在圖1實施例中，電壓限制裝置20在電路內(nèi)部，然而在一個替換實施例中，電壓限制裝置在外部，并且可以由電路的用戶來提供。在那個實施例中，用戶可以使電壓箝位特性適應(yīng)于所使用的特定負載和特定觸頭。
如上簡單指出，抑弧電路16可以與常閉或常開電氣觸頭一起使用。在任一種情況下，當(dāng)觸頭在已經(jīng)閉合之后有電流流過其中時打開時，抑弧電路16操作以防止電氣觸頭兩端之間出現(xiàn)燃弧。為了說明電路16的操作，將假定觸頭10常閉，以及負載電流從電壓源12正端流出，通過負載14，通過觸頭10，并且返回電源12。
在觸頭10響應(yīng)電氣控制信號或開關(guān)手動操作而開始打開時，通過觸頭的負載電流將終止，并且電流將開始在抑弧電路中流動。IGBT 18將不會即刻導(dǎo)通電流，因為它為截止?fàn)顟B(tài)。此外，觸頭10兩端之間電壓不足以破壞電壓限制元件20，將沒有足夠電流流過組合電阻22。另外，因為有二極管24，所以將無電流流過組合電阻26。這樣引起電流最終通過為米勒電容的電容器28，并且然后通過柵極電阻器30，IGBT 18的柵極-發(fā)射極電容，然后返回電壓源12。
通過電容器28和電阻器30和IGBT 18的柵極-發(fā)射極電容這個通路所建立的電流引起兩個電容都開始充電。當(dāng)其柵極-發(fā)射極電容充電超過其閾值電壓時，IGBT 18將開始導(dǎo)通。電容器28具有這樣尺寸(例如，2.2毫微法)，以便為使其接通而在IGBT柵極所必須有的充電結(jié)果在電容器28上產(chǎn)生一個電壓，其與IGBT上電壓比較要小。
這時，消弧電路16(即連接點17-17兩端之間)和電氣觸頭10兩端之間電壓限制為接近IGBT 18的閾值電壓。在電壓進一步增加時，更多電流流過電容器28和IGBT 18的柵極-發(fā)射極部分，更激烈地接通IGBT，這樣限制電壓增加。這時，整個電路將呈現(xiàn)為平衡；IGBT柵極的進一步電壓增加由這個電流平衡條件限制。但是，IGBT 18接通的任何延遲會導(dǎo)致IGBT柵極產(chǎn)生破壞性高電壓，這個電壓典型可能為20伏。齊納二極管32保證IGBT柵極上電壓限制在危險水平之下一個值，而電阻30趨于防止IGBT操作時的振蕩。
當(dāng)IGBT 18開始導(dǎo)通時，抑弧電路16兩端之間產(chǎn)生的電壓結(jié)果通過電阻22產(chǎn)生一個電流，使電容器36充電。當(dāng)電容器36上電壓超過齊納二極管38的反向擊穿電壓時，二極管38開始導(dǎo)通，接通晶體管40，其在所示實施例中為一個FET。保護電路16兩端之間電壓水平由IGBT 18的特性和米勒電容器28的值來建立。
FET 40的接通時間由電阻22和電容器36所建立的時間常數(shù)控制。電阻22的值還控制抑弧電路泄漏電流大小，其例如可能為150微安。
確定從觸頭10初始分開到齊納二極管38導(dǎo)通的時間，然后通過對電容器36選擇適當(dāng)值來加以建立。對所保護的特定觸頭這個時間延遲能容易地與分開速率配合。作為一個例子，一毫秒將典型是一個安全值，因為大多數(shù)觸頭在不到一毫秒內(nèi)就分開足夠距離以承受電源電壓。
當(dāng)FET 40接通時，為IGBT 18柵極-發(fā)射極電容放電提供了一個通路。這個放電通路包括電阻器30，F(xiàn)ET 40，然后返回IGBT 18的發(fā)射極。一旦電容通過這個通路放電，IGBT 18就截止。IGBT 18在其已經(jīng)接通之后的這種及早突然截止保護或防護了IGBT。
由于觸頭10仍正在打開(或在某些情況下完全打開)，并且IGBT被截止，所以電感性負載電流被強制流過電壓限制裝置，例如一個MOV，用20一般表示。
MOV 20，抑弧電路16以及觸頭10兩端之間電壓增加到MOV 20的箝位電壓水平，典型為幾百伏。電壓增加導(dǎo)致從電源電壓12通過米勒電容36和FET 40產(chǎn)生附加電流。但是，因為FET 40導(dǎo)通，所以該附加電流不會引起IGBT 18又回到接通。此外，因為MOV 20的箝位電壓比電源電壓12高，所以在負載14兩端之間產(chǎn)生一個負電壓。這個負電壓引起電感性負載電流降低；此后不久，電感性負載電流降低到零。
由于電流現(xiàn)在還流過電阻器22，所以電容器36將繼續(xù)充電。當(dāng)電容器36已經(jīng)充電時，這樣通過齊納二極管38將引起FET 40的柵極-源極電容充電。當(dāng)這個充電達到齊納二極管44的擊穿電壓時，齊納二極管44開始導(dǎo)通，把FET 40的柵極-源極電壓限制在一個安全(非破壞性)水平。
由于FET 40不要求傳載相當(dāng)大直流電流或隔開充分大電壓水平，所以能這樣選擇它，即為接通FET 40而在其柵極-源極電容上所必須有的充電量相對少。因此，為了使FET 40接通，抑弧電路16只需要通過齊納38僅在短時間內(nèi)供給相對少量電流。因此，在電流開始流入電路16之后，F(xiàn)ET 40相當(dāng)快速接通；因此，由于FET 40控制IGBT 18的截止，所以IGBT18也快速截止。IGBT 18的這種快速和突然截止基本上引起所有負載電流流過MOV 20。
因此，由于負載電流實際上僅在相對短時間流過IGBT 18，并且相當(dāng)快速和突然地中斷，所以與成功斷開負載電流所必須消耗的總能量比較，IGBT 18所必須消耗的能量相對少。相對如以上討論的原有電路來說，這樣引起IGBT尺寸和費用充分降低。從另一方面來說，MOV 20消耗大量能量，但這是可以接受的，因為具有這樣能力的MOV仍然相對便宜。
過了一段時間，由于手動操作或電氣控制信號所引起，觸頭10可能再次閉合。當(dāng)觸頭10閉合時，重要的是那時使抑弧電路盡可能快速返回其原始操作狀態(tài)(即重新裝備)，以便它能適應(yīng)及早重新打開。對觸頭可能在初始閉合之后不久馬上又無意識地打開情形，例如在“觸頭跳動”情況下所發(fā)生情形，這種要求特別必要。
當(dāng)觸頭10閉合時，保護電路16兩端之間電壓降到零，引起電容器36通過二極管24和電阻26放電。發(fā)生這種情況是因為電阻26選擇得比電阻22充分小。這個放電電流通過觸頭10流回電容器36。FET 40的柵極-源極電容還將通過齊納二極管38，二極管24，電阻26和觸頭10，返回FET40來放電。這樣引起FET 40截止。
此外，米勒電容28將通過觸頭10和齊納二極管32放電。齊納二極管32防止這個放電電流在IGBT 18的柵極-發(fā)射極部分兩端之間產(chǎn)生一個破壞性負電壓。更進一步，IGBT 18的柵極對發(fā)射極電容將通過二極管50和觸頭10放電。
電容器36和28，以及FET 40和IGBT 18內(nèi)部電容的快速放電因此將使抑弧電路16快速返回其原始條件。這個動作實際上“重新裝備”了保護電路，因此它準備好下次觸頭10打開。因為這些電容以及電阻器26能夠使保護電路的電容快速放電，所以電路將非?？焖俚胤祷仄湓紶顟B(tài)。如上簡單指出，這種快速重新裝備在觸頭閉合之后“觸頭跳動”期間保護了觸頭10免受破壞性燃弧。
即使抑弧電路16不當(dāng)心反向連接在17-17，二極管52也將限制施加在抑弧電路的負電壓，保護電路中半導(dǎo)體免受破壞性電壓水平，直到認識到連接錯誤為止。
如上所指出，本發(fā)明電路的優(yōu)點之一是其保護免受電壓暫態(tài)。在觸頭10已經(jīng)打開并且通過觸頭的負載電流為零時，保護電路16兩端之間電壓等于電源電壓，即，如果用于負載的電源電壓為125伏電池，觸頭10和保護電路16兩端之間電壓也為125伏直流。如上所討論，存在這個電壓引起電流流過電阻22，齊納二極管38以及齊納二極管44，這樣保持FET 40接通，這樣又保持IGBT 18截止。在觸頭已經(jīng)打開小段時間之后，這是電路的“平衡”條件。此后在打開的觸頭10兩端之間可能產(chǎn)生的正電壓暫態(tài)將在所示電路中引起電流流過米勒電容28，至FET 40的漏極連接端。但是，選擇電阻器30的值和FET 40的接通電阻，以便大部分電流將流過FET接通電阻。因此，正電壓暫態(tài)將不會引起IGBT接通。這樣對IGBT提供保護免受因該正電壓暫態(tài)所引起的錯誤觸發(fā)。
圖1電路還保護免受振蕩暫態(tài)，即那些包括交變正和負偏移，其振幅或快速或在幾個振蕩周期減小的暫態(tài)。保護電路16隔開這樣暫態(tài)而不使負載電流從電源電壓流過負載很重要。振蕩暫態(tài)引起某些困難，因為負向偏移可能難以和實際觸頭10的閉合區(qū)別開，這是由于兩個事件都引起抑弧電路16兩端之間電壓快速下降。
如果抑弧電路16誤以為振蕩暫態(tài)的負部分為觸頭閉合，那么隨后正偏移將很可能激活保護電路16，并且允許電流從電壓源流過負載。振蕩暫態(tài)59的一個例子示于圖3。如圖4所示，暫態(tài)源是一個具有電源阻抗62，施加在抑弧(保護)電路16兩端之間的暫態(tài)發(fā)生器60。電源電壓，負載及觸頭分別以12，14及10表示。
在振蕩暫態(tài)59的負部分期間，二極管52(圖1)對所引起的電流提供低阻抗通路，把電壓暫態(tài)的負部分有效地限幅到大約為零伏；整個暫態(tài)電壓(負部分)因此在暫態(tài)電源阻抗62兩端之間下降。
在電壓暫態(tài)59的正部分期間，二極管52對正電壓呈現(xiàn)高阻抗。在電壓暫態(tài)這個部分期間流過米勒電容36的任何電流如上所說明那樣，由FET40從IGBT 18轉(zhuǎn)變方向。因此，IGBT保持截止。觸頭10兩端之間任何電壓允許增加，直到那個電壓達到MOV 20的擊穿電壓為止。當(dāng)MOV 20開始導(dǎo)通時，它對暫態(tài)電流呈現(xiàn)低阻抗通路，因為大部分電壓在電源阻抗62兩端之間再次下降，所以高電壓暫態(tài)被限幅。
因此，二極管59的動作把電壓暫態(tài)的負部分限幅到大致為零伏，而MOV 20把電壓暫態(tài)的正部分限幅到接近其擊穿電壓，該擊穿電壓例如可能為幾百伏。結(jié)果是振蕩波形不對稱，產(chǎn)生一個平均直流偏移或偏置。與負部分期間使電容器36放電比較，這個偏移直流電壓在暫態(tài)正部分期間趨于使電容器36充電更多。因此，與負部分趨于使其截止比較，正部分更趨于保持FET 40接通。因此在整個暫態(tài)期間FET 40保持接通，這樣在同樣暫態(tài)期間引起IGBT 18截止，由此防止IGBT 18錯誤觸發(fā)。
FET 40響應(yīng)振蕩暫態(tài)的特定操作結(jié)果引起這個事實，即與正常操作期間允許接通比較，F(xiàn)ET 40允許更快截止。這樣在觸頭初始閉合之后在非?？斓挠|頭跳動期間，提供附加保護免受燃弧。選擇二極管24和38及電阻26，以便與電阻22和齊納38的值允許電容器36和FET 40的柵極-源極電容充電比較，F(xiàn)ET 40的柵極-源極電容40和電容器28放電更快?；旧?，這是由于電阻26選擇得比電阻22小得多。由于FET 40快速截止，所以在跳動期間電容器28和IGBT 18保護觸頭10免受燃弧。
即使具有上述保護免受各種暫態(tài)，IGBT 18仍有可能會響應(yīng)因各種未確定原因直接在IGBT 18柵極-發(fā)射極電容上發(fā)生的充電而接通。此外，充電足以引起IGBT 18接通至完全導(dǎo)通，并且另外在保護電路16兩端之間有不充足電壓，以便適當(dāng)而又快速操作IGBT截止由電阻22，電容器36，齊納二極管38和FET 40所組成的電路。因此，可能IGBT 18會繼續(xù)完全導(dǎo)通，只由泄漏電流和/或寄生電容的動作所限制；這是不希望有的條件。但是，這種可能性由連接在IGBT 18的柵極與集電極之間的二極管50得到有效防止。
由于IGBT 18有一個固有柵極-發(fā)射極閾值電壓，在該電壓之下它將不會導(dǎo)通，并且由于二極管50使其集電極有效地箝位到一個該閾值電壓之下至少為一個二極管壓降的電壓，所以二極管50有效地防止IGBT 18的集電極-發(fā)射極電壓免于下降到IGBT 18的柵極閾值電壓之下。這樣保證不論IGBT 18怎樣接通，在保護電路16兩端之間都保持足夠電壓，以便操作IGBT截止由電阻器22，電容器36，二極管38和FET 40所組成的電路。
如上指出，在圖1電路中，元件18是一個功率晶體管。一個IGBT滿足電路及上述的操作要求。這樣IGBT的一個例子是IRGB30S，由International Rectifier制造。除IGBT外其它可能情況也許包括一個功率FET。晶體管40在本優(yōu)選實施例中以場效應(yīng)晶體管識別，引起IGBT 18的快速截止，這樣使IGBT 18的尺寸和費用最小化。元件40可以是各種各樣快速動作裝置，包括各種各樣FET，硅雙向開關(guān)，單結(jié)晶體管，或由齊納二極管觸發(fā)的標準可控硅。此外，保護電路16自身的固有正反饋可以用于截止IGBT 18。圖2表示這樣一種替換電路。
在圖2布置中，二極管70是一個齊納二極管。取消了圖1電路中的電阻22和齊納二極管38。一個電阻器72與齊納二極管74并聯(lián)。在操作時，當(dāng)觸頭76打開時，負載電流在觸頭周圍分路，在抑弧(保護)電路75兩端之間產(chǎn)生一個電壓。這基本上與圖1電路類似。由于電阻器72中電流所引起，保護電路75兩端之間電壓緩慢增加，這樣使電容器80可以充電，這樣又引起功率晶體管(IGBT)82的集電極-柵極電壓增加。
觸頭76兩端之間電壓還將逐步增加，直到該電壓達到二極管70的擊穿電壓為止。這時，二極管70和電阻器84維持電流，并且電容器86充電。電容器86可以是一個實際元件，或可以是晶體管88(FET)的柵極-源極電容。在電容器86充電時，晶體管88稍微接通，以便IGBT 82柵極-發(fā)射極電容上的充電通過晶體管88并返回IGBT 82導(dǎo)通，以便IGBT 82開始截止。
這樣引起保護電路75兩端之間電壓增加，這樣又引起齊納二極管70和電阻器84把更多電流導(dǎo)向晶體管88的柵極，使它更激烈接通。這樣引起晶體管82更激烈截止，這樣進一步增加保護電路兩端之間電壓。因此，一個正反饋布置提供希望的快速電路響應(yīng)，其中晶體管88的初始接通起先開始截止IGBT 82，這樣又引起晶體管88更激烈接通，結(jié)果引起晶體管82更激烈截止。IGBT 82快速截止，并且存儲在負載中的能量如上參考圖1所討論那樣由MOV 90消耗。齊納二極管92把晶體管88柵極電壓限制在一個安全水平。
除MOV部分外，本發(fā)明電路可以或以一個集成半導(dǎo)體，或以一個混合半導(dǎo)體實現(xiàn)。對兩種情況都可能允許用戶提供可以與特定負載和觸頭條件匹配的MOV，并且在某些情況下是希望的。
雖然在圖1和圖2實施例中已敘述負載為電感性負載，但是應(yīng)該理解，各種各樣能夠在電氣觸頭打開之間產(chǎn)生電弧的負載組合適合與本發(fā)明抑弧(保護)電路一起使用；即在觸頭打開之后各種各樣負載可以接通保護電路。通過適當(dāng)選擇元件值，起燃觸頭之間電弧所要求的電流和電壓還將足以操作該保護電路，而與負載電壓和電流無關(guān)。
因此，已經(jīng)敘述了一種抑弧電路，它在觸頭打開時提供保護以免于在觸頭兩端之間燃弧，不會對因暫態(tài)電壓引起的錯誤觸發(fā)或其它不希望有的動作敏感。更進一步，該電路在它可以與各種各樣電氣觸頭布置和結(jié)構(gòu)一起使用方面優(yōu)越。此外，單個元件值，特別是其電壓限制部分的特性，可以適應(yīng)于用戶應(yīng)用的特指電壓和電流條件。
雖然這里為了說明已經(jīng)公開了本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，但是應(yīng)該理解，在不違反以下權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神下，可以對這樣實施例結(jié)合各種各樣改變，變更和替換。
權(quán)利要求
1.一種用于抑制電氣觸頭兩端之間燃弧的電路，包括一個功率晶體管，連接在觸頭兩端之間；電容裝置，連接在觸頭與功率晶體管之間，但是不直接連接在觸頭兩端之間，當(dāng)觸頭開始打開時其足以使功率晶體管快速接通，在觸頭周圍提供一個電流通路，由此防止觸頭兩端之間燃弧；在觸頭足夠分開之后用于截止功率晶體管以便防止燃弧的裝置；以及電壓限制裝置，把由功率晶體管截止所引起的任何回掃電壓限制在一個選擇水平。
2.權(quán)利要求1的一種設(shè)備，其中功率晶體管是一個絕緣柵雙極結(jié)晶體管。
3.權(quán)利要求1的一種設(shè)備，包括一個第二晶體管，以這樣方式連接在功率晶體管上，即在觸頭打開之后在抑弧電路兩端之間電壓增加時，該第二晶體管接通，引起功率晶體管快速截止，以便在觸頭打開之后只有相對少部分負載能量由功率晶體管消耗。
4.權(quán)利要求1的一種設(shè)備，包括用來把功率晶體管柵極部分上電壓限制在一個安全水平的裝置。
5.權(quán)利要求4的一種設(shè)備，其中所述限制裝置是一個齊納二極管，連接在功率晶體管柵極部分與其發(fā)射極部分之間。
6.權(quán)利要求3的一種設(shè)備，包括電阻裝置，連接在功率晶體管柵極部分與第二晶體管之間，用于防止功率晶體管的振蕩。
7.權(quán)利要求1的一種設(shè)備，其中電壓限制裝置包括一個電壓箝位元件，與觸頭并聯(lián)連接在抑弧電路兩端之間。
8.權(quán)利要求7的一種設(shè)備，其中電壓箝位元件是一個金屬氧化物可變電阻。
9.權(quán)利要求1的一種設(shè)備，其中電容裝置包括一個連接在功率晶體管集電極部分與柵極部分之間的電容器，其中功率晶體管的集電極部分連接在一個觸頭上，并且其中通過所述電容器和功率晶體管柵極-發(fā)射極電容的總充電足以接通功率晶體管，而充電所產(chǎn)生的電壓增加不足以起燃觸頭兩端之間電弧。
10.權(quán)利要求9的一種設(shè)備，包括用于使所述電容裝置放電的裝置，以便電路在觸頭閉合然后又打開之后準備好再次操作。
11.權(quán)利要求6的一種設(shè)備，其中第二晶體管和電阻裝置的所述電阻限定一個分流器，以便在功率晶體管已經(jīng)截止之后只有極少量電流傳到它的柵極部分，由此防止功率晶體管的錯誤觸發(fā)。
12.權(quán)利要求1的一種設(shè)備，其中負載主要為電感性。
13.權(quán)利要求1的一種設(shè)備，包括一個二極管，連接在抑弧電路與觸頭兩端之間，以對施加在觸頭兩端之間的負電壓提供一個低阻抗通路。
14.權(quán)利要求1的一種設(shè)備，包括齊納二極管裝置，連接在第二晶體管柵極部分與其源極部分之間。
15.權(quán)利要求1的一種設(shè)備，包括一個二極管，連接在功率晶體管柵極部分與集電極部分之間，以便防止其集電極-發(fā)射極電壓免于降低到一個柵極閾值電壓水平之下。
16.權(quán)利要求3的一種設(shè)備，包括一個齊納二極管和一個電容器的串聯(lián)連接，連接在第二晶體管與一個觸頭之間，一個第一電阻裝置，連接在(1)齊納二極管和電容器的連接點與(2)另一個觸頭之間，以及一個二極管和一個第二電阻裝置的串聯(lián)連接，連接在所述連接點與所述另一個觸頭之間，其中所述第二電阻裝置比所述第一電阻裝置充分小。
17.一種用于抑制電氣觸頭兩端之間燃弧的電路，包括一個功率晶體管，連接在觸頭兩端之間；電容裝置，連接在觸頭與功率晶體管之間，但是不直接連接在觸頭兩端之間，當(dāng)觸頭開始打開時其足以使功率晶體管快速接通，在觸頭周圍提供一個電流通路，由此防止觸頭兩端之間燃??；以及在觸頭足夠分開之后用于截止功率晶體管以便防止燃弧的裝置，其中該電路與一個電壓限制裝置一起使用，以便把由功率晶體管截止所引起的任何回掃電壓限制在一個選擇水平。
18.權(quán)利要求17的一種設(shè)備，包括一個第二晶體管，以這樣方式連接在功率晶體管上，即在觸頭打開之后在抑弧電路兩端之間電壓增加時，該第二晶體管接通，引起功率晶體管快速截止，以便在觸頭打開之后只有相對少部分負載能量由功率晶體管消耗。
19.權(quán)利要求17的一種設(shè)備，包括用來把功率晶體管柵極部分上電壓限制在一個安全水平的裝置，其中所述限制裝置是一個齊納二極管，連接在功率晶體管上柵極部分與其發(fā)射極部分之間。
20.權(quán)利要求18的一種設(shè)備，包括電阻裝置，連接在功率晶體管柵極部分與第二電阻器之間，用于防止功率晶體管的振蕩。
21.權(quán)利要求17的一種設(shè)備，其中電容裝置包括一個連接在功率晶體管集電極部分與柵極部分之間的電容器，其中功率晶體管的集電極部分連接在一個觸頭上，并且其中通過所述電容器和功率晶體管柵極-發(fā)射極結(jié)的電容的總充電足以接通功率晶體管，而充電所產(chǎn)生的電壓增加不足以起燃觸頭兩端之間的電弧。
22.權(quán)利要求21的一種設(shè)備，包括用于使所述電容裝置放電的裝置，以便電路在觸頭閉合然后又打開之后準備好再次操作。
23.權(quán)利要求20的一種設(shè)備，其中第二晶體管和電阻裝置的所述電阻限定一個分流器，以便在功率晶體管已經(jīng)截止之后只有極少量電流傳到其柵極部分，由此防止功率晶體管的錯誤觸發(fā)。
24.權(quán)利要求17的一種設(shè)備，包括一個二極管，連接在抑弧電路與觸頭之間，以便對施加在觸頭兩端之間的負電壓提供一個低阻抗通路。
25.權(quán)利要求17的一種設(shè)備，包括一個二極管，連接在功率晶體管柵極部分與集電極部分之間，以便防止其集電極-發(fā)射極電壓免于降低到一個柵極閾值電壓水平之下。
全文摘要
本抑弧電路包括一個絕緣柵雙極結(jié)晶體管(IGBT),連接在待保護電氣開關(guān)觸頭兩端之間。當(dāng)觸頭打開時,附加的米勒電容和IGBT柵極-發(fā)射極電容的組合引起IGBT接通。此后IGBT由一個第二晶體管快速截止,在IGBT截止之后在抑弧電路兩端之間電壓增加時該第二晶體管接通。第二晶體管接通引起第一功率晶體管快速和突然截止,以便相對少量負載能量消耗在功率晶體管中。
文檔編號H01H9/54GK1170214SQ9711099
公開日1998年1月14日 申請日期1997年4月29日 優(yōu)先權(quán)日1996年4月29日
發(fā)明者托尼·J·李 申請人:斯維則工程實驗室公司