本公開內(nèi)容涉及電流斷路器。

背景技術(shù)：

電流斷路器是指斷開/閉合傳輸/變壓系統(tǒng)或電氣電路中的負載或者當諸如接地或短路的事故發(fā)生時中斷電流的設備。如果電流斷路器的阻斷部分由絕緣材料制成，則正常使用中的線路可以被手動地斷開/閉合。另外，電流斷路器可以在金屬外殼外部通過使用電氣操作設備等來遠程地斷開/閉合，并且可以在過載或短路時自動地中斷線路以由此保護功率系統(tǒng)和負載設備。

圖1是示出了現(xiàn)有電流斷路器10的視圖。將參考圖1描述電流斷路器10的操作。當穩(wěn)態(tài)電流流動時，開關12被閉合并且電流流動通過主電路的功率半導體11。另外，當穩(wěn)態(tài)電流流動時，半導體模塊13被斷開，使得沒有電流流動通過半導體模塊13。半導體模塊13可以是多個功率半導體11的組合。

當高壓直流傳輸線或電力線必須被修復或被更換時，或者當故障電流在其中流動時，半導體模塊13被接通以中斷電流。當半導體模塊13被接通時，主電路的半導體模塊11被斷開并且開關12被斷開。當開關12被斷開時，故障電流流動通過半導體模塊13，并且之后半導體模塊13被斷開以阻斷故障電流。

參考圖1，現(xiàn)有電流斷路器10要求多個功率半導體11以阻斷電流。因此，存在的問題在于引發(fā)大量成本以阻斷現(xiàn)有電流斷路器10中的電流。另外，存在的另一問題在于現(xiàn)有電流斷路器10歸因于多個功率半導體11而具有大體積。另外，存在的又一問題在于當功率半導體11生成熱時現(xiàn)有電流斷路器10要求冷卻設備。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本公開內(nèi)容的目標是要提供一種電流斷路器，其通過使用快速開關阻斷電流來保護半導體模塊。

本公開內(nèi)容的另一目標是要提供一種電流斷路器，其能夠通過使用旁路電路阻斷電流來減少功率半導體的數(shù)量。

本公開內(nèi)容的又一目標是要提供一種電流斷路器，其能夠通過使用旁路電路阻斷電流來減少電流斷路器的體積并節(jié)省制造成本。

本公開內(nèi)容的再一目標是要提供一種電流斷路器，其能夠通過使用旁路電路阻斷電流來抑制熱生成。

根據(jù)本公開內(nèi)容的一個方面，一種電流斷路器包括：第一開關，其被配置為在故障電流被生成時被斷開；第二開關，其被連接到第一開關并且被配置為在自第一開關已經(jīng)被斷開經(jīng)過預定時間段之后被斷開；半導體模塊，其具有被連接到第一開關的一端和被連接到第二開關的另一端；電容器，其具有被連接到第二開關的一個端子和被連接到半導體模塊的另一端子；以及電涌放電器，其被連接在電容器兩端并且被配置為根據(jù)電容器兩端的電壓來改變其電阻以阻斷故障電流。

根據(jù)本公開內(nèi)容的示例性實施例，使用快速開關來阻斷電流，并且因此能夠保護半導體模塊。

另外，根據(jù)本公開內(nèi)容的示例性實施例，能夠通過使用旁路電路阻斷電流來減少功率半導體的數(shù)量。

另外，根據(jù)本公開內(nèi)容的示例性實施例，通過利用旁路電路阻斷電流，能夠減少電流斷路器的體積并能夠減少制造成本。

另外，根據(jù)本公開內(nèi)容的示例性實施例，能夠通過使用旁路電路阻斷電流來抑制熱生成。

附圖說明

圖1是示出了現(xiàn)有現(xiàn)有電流斷路器的視圖；

圖2是根據(jù)本公開內(nèi)容的示例性實施例的電流斷路器的示意圖；

圖3是示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的示例性實施例的第一開關和沖程的示意圖；

圖4是示出了當?shù)谝婚_關被完全斷開時由控制單元斷開的第二開關的示意圖；

圖5是示出了當穩(wěn)態(tài)電流在主電路中流動時的根據(jù)本公開內(nèi)容的示例性實施例的電流斷路器的示意圖；

圖6是示出了當故障電流在主電路中流動時的根據(jù)本公開內(nèi)容的示例性實施例的電流斷路器的示意圖；

圖7是示出了當故障電流在第二開關和半導體模塊中流動時的根據(jù)本公開內(nèi)容的示例性實施例的電流斷路器的示意圖；

圖8是示出了當故障電流在電容器中流動時的根據(jù)本公開內(nèi)容的示例性實施例的電流斷路器的示意圖；

圖9是示出了當故障電流在電涌放電器中流動時的根據(jù)本公開內(nèi)容的示例性實施例的電流斷路器的示意圖；以及

圖10是示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的示例性實施例的故障電流的幅值的圖形。

具體實施方式

以上目標、特征和優(yōu)點將從參考附圖的詳細描述中變得顯而易見。以使得本領域技術(shù)人員能夠容易地實踐本公開內(nèi)容的技術(shù)構(gòu)思的充分的細節(jié)描述實施例。公知的功能或配置的詳細描述可以被省略以便不必要地使本公開內(nèi)容的目標模糊不清。在下文中，將參考附圖詳細地描述本公開內(nèi)容的實施例。在附圖中，類似的附圖標記指代類似的元件。

圖2是根據(jù)本公開內(nèi)容的示例性實施例的電流斷路器100的示意圖。參照圖2，根據(jù)示例性實施例的電流斷路器100可以包括第一開關110、第二開關120、半導體模塊130、電容器140、電涌放電器150以及控制單元160。圖2中示出的電流斷路器100僅僅是本公開內(nèi)容的示例性實施例，并且元件不限于圖2中示出的元件。一些元件可以根據(jù)需要被添加、修改或消除。圖3是示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的示例性實施例的第一開關110和沖程111的示意圖。圖4是示出了當?shù)谝婚_關被完全斷開時由控制單元斷開的第二開關的示意圖。在下文中，將參考圖2至圖4詳細描述根據(jù)本公開內(nèi)容的示例性實施例的電流斷路器100。

當生成故障電流時，第一開關100可以被斷開。第一開關110可以是快速開關，并且可以取決于故障電流流動還是穩(wěn)態(tài)電流流動而使主電路170的端子斷開或短路。即，第一開關110當故障電流在主電路170中流動時被斷開并且當穩(wěn)態(tài)電流在主電路170中流動時被閉合。故障電流當高壓直流傳輸線或電力線被修復或更換時被生成并且可以具有大于穩(wěn)態(tài)電流的值。

第二開關120可以被連接到第一開關110。第二開關120可以是快速開關。第二開關120和第一開關110可以為相同類型。第二開關120可以在自第一開關110被斷開經(jīng)過預定時間段之后被斷開。預定時間段可以由用戶設定或由控制單元自動地設定。

例如，第二開關120可以當半導體模塊130被接通時被斷開以阻斷故障電流。即，當故障電流流動通過主電路170時，第一開關110被斷開，并且半導體模塊130被接通。當半導體模塊130被接通時，故障電流流動通過半導體模塊130。同時，第二開關120被斷開，使得能夠阻斷流動通過旁路電路的故障電流。在第二開關120被斷開之后，半導體模塊130被斷開，其將在下面詳細地進行描述。

預定時間段可以與第一開關110的沖程111成比例。沖程111是指第一開關110移動的距離。在圖3中，其是指距離111。例如，第一開關110的沖程111越長，第二開關120可以自第一開關110被斷開被斷開得越晚。另外，第一開關110的沖程111越短，第二開關120可以自第一開關110被斷開被斷開得越早。

半導體模塊130的一端可以被連接到第一開關110并且其另一端可以被連接到第二開關120。半導體模塊130可以當?shù)谝婚_關110被斷開時被接通并且第二開關120被閉合以允許故障電流流動，并且可以包括至少一個二極管和至少一個晶體管。另外，半導體模塊130可以在第二開關120被斷開之后被斷開以允許故障電流流動到電容器140。電容器可以是但不限于mosfet、bjt、igbt、等等。

根據(jù)本公開內(nèi)容的示例性實施例，半導體模塊130可以包括彼此相對的第一二極管131和第二二極管133。另外，半導體模塊130可以包括在相對方向上連接在第一二極管131兩端的第一晶體管132和在相對方向上連接在第二二極管133兩端的第二晶體管134。圖2中示出的半導體模塊130的配置是用于控制故障電流在兩個方向上流動。

例如，當故障電流從左邊流動到右邊時，故障電流流動通過第二開關120、第一晶體管132和第二二極管133。另一方面，當故障電流從右邊流動到左邊時，故障電流流動通過第二晶體管134、第一二極管131和第二開關120。

旁路電路包括第二開關120和半導體模塊130。根據(jù)本公開內(nèi)容的示例性實施例，旁路電路被用于阻斷電流以由此減少功率半導體的數(shù)量。另外，根據(jù)本公開內(nèi)容的示例性實施例，通過利用旁路電路阻斷電流，能夠減少電流斷路器100的體積并且能夠減少制造成本。

電容器140的一個端子可以被連接到第二開關120并且其另一端子可以被連接到半導體模塊130。根據(jù)本公開內(nèi)容的示例性實施例，當?shù)诙_關120被斷開并且半導體模塊130被斷開時，故障電流可以在電容器140中流動。另外，當半導體模塊130被斷開并且第二開關120被斷開時，故障電流可以在電容器140中流動。當故障電流在電容器140中流動時，電容器140可以利用故障電流來充電。當電容器140被充電時，電容器140兩端的電壓可以具有特定值，例如100v。

電涌放電器150可以被連接在電容器140兩端，并且可以通過根據(jù)電容器140兩端的電壓改變電阻來阻斷故障電流。電涌放電器150的電阻當被施加在其兩端的電壓低于預定電平時變成無限大(∞)，并且當被施加在其兩端的電壓高于預定值時變成零。通過利用這樣的特征，能夠阻斷故障電流。

例如，如果電容器140兩端的電壓低于預定值則電涌放電器150可以增大電阻以由此斷開電容器140的端子。另外，如果電容器140兩端的電壓高于預定值，則電涌放電器150可以減小電阻以由此使電容器140的端子短路。預定值可以為100v。當電容器140的端子被斷開時，故障電流不流動通過電涌放電器150。當電容器140的端子被短路時，故障電流流動通過電涌放電器150。

控制單元160確定故障電流是否被生成。如果確定故障電流被生成，則控制單元160可以生成用于斷開第一開關或第二開關的控制信號?？刂茊卧?60可以基于在主電路170中流動的電流的幅值來確定是故障電流流動還是穩(wěn)態(tài)電流流動。例如，如果電流的幅值是恒定的，則電流被確定為穩(wěn)態(tài)電流。如果電流的幅值正在增大，則電流被確定為故障電流。另外，控制單元160可以生成用于斷開或閉合第一開關110和第二開關120的控制信號，并且可以接通或斷開半導體模塊130。

根據(jù)本公開內(nèi)容的示例性實施例的電流斷路器100還可以包括用于檢測第一開關110是否被斷開的傳感器410?？刂茊卧?60可以從傳感器410接收指示第一開關110被完全斷開的信號并且之后生成用于斷開第二開關120的控制信號。當圖3中示出的沖程11為最大值時生成指示第一開關110被完全斷開的信號。參考圖4，控制單元160可以在第一開關110被完全斷開之后生成用于斷開第二開關120的控制信號。通過這么做，控制單元160可以控制第一開關110的斷開時間和第二開關120的斷開時間。

圖5是示出了當穩(wěn)態(tài)電流正在主電路170中流動時的根據(jù)本公開內(nèi)容的示例性實施例的電流斷路器100的示意圖。圖6是示出了當故障電流正在主電路170中流動時的根據(jù)本公開內(nèi)容的示例性實施例的電流斷路器100的示意圖。

圖7是示出了當故障電流在第二開關120和半導體模塊130中流動時的根據(jù)本公開內(nèi)容的示例性實施例的電流斷路器100的示意圖。圖8是示出了當故障電流正在電容器140中流動時的根據(jù)本公開內(nèi)容的示例性實施例的電流斷路器100的示意圖。

圖9是示出了當故障電流正在電涌放電器150中流動時的根據(jù)本公開內(nèi)容的示例性實施例的電流斷路器100的示意圖。圖10是示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的示例性實施例的故障電流的幅值的圖形。在下文中，將參考圖5至圖10詳細描述根據(jù)本公開內(nèi)容的示例性實施例的由電流斷路器100阻斷電流的過程。

參考圖5、圖6和圖10，第一開關110被閉合，并且穩(wěn)態(tài)電流經(jīng)由第一開關110在主電路170中流動?？刂茊卧?60可以連續(xù)地監(jiān)視在主電路170中流動的電流的幅值以確定該電流是故障電流還是穩(wěn)態(tài)電流。如果確定了該電流是故障電流，則控制單元160可以斷開第一開關110?？刂茊卧?60可以基于電流的幅值來確定電流是故障電流還是穩(wěn)態(tài)電流。在圖10中示出的示例中，電流的幅值是恒定的，直到時間t0，并且在時間t0之后增大，并且因此可以確定故障電流被生成。

如果確定了故障電流被生成，則第一開關110被斷開，并且之后半導體模塊130被接通。當半導體模塊130被接通時，故障電流可以通過旁路電路。要指出，即使第一開關110在確定故障電流被生成之后被斷開，整個故障電流也不會流動通過旁路電路。具體地，弧電流在主電路170中流動，并且除了弧分量之外的故障電流在旁路電路中流動。參考圖10，曲線930指示在主電路170中流動的弧電流的幅值，曲線940指示在旁路電路中流動的電流的幅值，并且曲線950指示故障電流的幅值。如能夠從該圖形中看見的，從時間t1到時間t2在主電路170中的弧電流下降同時在旁路電路中流動的電流增大。

隨后，第二開關120被斷開，并且之后半導體模塊130被斷開。當?shù)诙_關120被斷開并且半導體模塊130被斷開時，故障電流在電容器140中流動。在電容器140中流動的故障電流對電容器140進行充電，并且所充電的電容器140兩端的電壓可以保持恒定。參考圖8和圖10，故障電流流動通過電容器140。在此時的故障電流的幅值由曲線960指示。

在電容器140被充電之后，電容器140兩端的電壓被施加在電涌放電器150兩端。當電容器140兩端的電壓被施加時，電涌放電器150的電阻可以變成零。當電涌放電器150的電阻變成零時，電涌放電器150的端子被短路，使得所有故障電流流動通過其。當特定量的故障電流通過電涌放電器退出時，電涌放電器兩端的電壓下降，并且因此電涌放電器的電阻變成無限大(∞)。結(jié)果，故障電流不再能夠流動通過電涌放電器150并且因此被阻斷。

根據(jù)本公開內(nèi)容的示例性實施例，使用快速開關來阻斷電流，并且因此能夠保護半導體模塊。另外，根據(jù)本公開內(nèi)容的示例性實施例，能夠通過使用旁路電路阻斷電流來減少功率半導體的數(shù)量。

另外，根據(jù)本公開內(nèi)容的示例性實施例，通過利用旁路電路阻斷電流，能夠減少電流斷路器的體積并能夠減少制造成本。另外，根據(jù)本公開內(nèi)容的示例性實施例，能夠通過使用旁路電路阻斷電流來抑制熱生成。

以上描述的本公開內(nèi)容可以由本發(fā)明涉及的領域的技術(shù)人員在不脫離本公開內(nèi)容的范圍和精神的情況下以各種方式替代、更改和修改。因此，本公開內(nèi)容不限于以上提到的示例性實施例和附圖。