半導(dǎo)體開關(guān)設(shè)備的制造方法
【專利說明】
【背景技術(shù)】
[0001]本發(fā)明涉及用于切換電路的方法和設(shè)備。
[0002]與常規(guī)機(jī)械開關(guān)相關(guān)聯(lián)的問題之一是在關(guān)斷時(shí)在觸點(diǎn)表面之間往往產(chǎn)生電弧，這導(dǎo)致開關(guān)的磨損。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]因而，本方案的目的是提供一種新方法以及一種用于實(shí)現(xiàn)該方法的設(shè)備。通過由獨(dú)立權(quán)利要求中所陳述的內(nèi)容所表征的方法和設(shè)備來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式在從屬權(quán)利要求中公開。
[0004]該方案基于下述構(gòu)思:利用對于每個(gè)電流相的成對的半導(dǎo)體開關(guān)和與每個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)地連接的二極管的特性逐步地使電路從接通切換為關(guān)斷，其中，每個(gè)二極管可以是另一半導(dǎo)體開關(guān)的外部二極管或內(nèi)部二極管。
[0005]該方案的方法和設(shè)備的有利特征是:可以布置對電路的零電壓連接和零電流斷開，這使得能夠提供在關(guān)斷時(shí)不產(chǎn)生電弧的方案。
【附圖說明】
[0006]下面將參照所附(附加)附圖借助優(yōu)選實(shí)施方式來更詳細(xì)地描述該方案，在附圖中:
[0007]圖1a和圖1b是對于I相AC電路的半導(dǎo)體開關(guān)設(shè)備的不意圖；
[0008]圖2示意性地示出了用于切換電路中的電流的方法；
[0009]圖3示意性地示出了用于切換電路中的電流的另一方法；
[0010]圖4是示出在包括半導(dǎo)體開關(guān)設(shè)備的電路中在接通事件期間相電壓和相電流關(guān)于時(shí)間的示意性曲線圖；
[0011]圖5是示出在包括半導(dǎo)體開關(guān)設(shè)備的電路中在關(guān)斷事件期間相電壓和相電流關(guān)于時(shí)間的示意性曲線圖；
[0012]圖6示意性地示出了一種實(shí)施方式的半導(dǎo)體開關(guān)設(shè)備；
[0013]圖7示意性地示出了另一實(shí)施方式的半導(dǎo)體開關(guān)設(shè)備；
[0014]圖8按照框圖示意性地示出了對于3相AC電路的半導(dǎo)體開關(guān)設(shè)備；
[0015]圖9按照框圖示意性地示出了在零電壓情況下接通3相半導(dǎo)體開關(guān)設(shè)備；
[0016]圖10按照框圖示意性地示出了在零電流情況下關(guān)斷3相半導(dǎo)體開關(guān)設(shè)備；
[0017]圖11按照框圖示意性地示出了對于包括主動式撬棒的實(shí)施方式的過電流關(guān)斷邏輯；
[0018]圖12示意性地示出了對于包括串聯(lián)隔離開關(guān)的3相AC電路的半導(dǎo)體開關(guān)設(shè)備的實(shí)施方式；以及
[0019]圖13示意性地示出了用于在過電流事件下關(guān)斷電路的方法。
【具體實(shí)施方式】
[0020]在圖中，用相同的附圖標(biāo)記指示相似的結(jié)構(gòu)和/或功能的部分和部件。
[0021]圖1a和圖1b是對于I相AC電路的半導(dǎo)體開關(guān)設(shè)備的示意圖。圖1a中示出的實(shí)施方式包括與I相交流(AC)電路連接的半導(dǎo)體開關(guān)設(shè)備I。圖1a的半導(dǎo)體開關(guān)設(shè)備包括并聯(lián)地連接的第一半導(dǎo)體開關(guān)2a和第二半導(dǎo)體開關(guān)2b。第一二極管3a與第一半導(dǎo)體開關(guān)2a串聯(lián)地連接，并且第二二極管3b與第二半導(dǎo)體開關(guān)2b串聯(lián)地連接，使得第一二極管和第二二極管的正向偏置方向與同所述二極管串聯(lián)地連接的相應(yīng)的第一半導(dǎo)體開關(guān)和第二半導(dǎo)體開關(guān)的內(nèi)部二極管的正向偏置方向相反。該圖中還示出了 I相AC源4、輸入電阻器5a、輸入電感器5b、負(fù)載電流10、負(fù)載電阻器6a和負(fù)載電感器。另外地，圖1a的設(shè)備還包括用于測量電壓的裝置7和用于測量電流的裝置8，所述用于測量電流的裝置8與所述半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)地布置以測量電流。優(yōu)選地，半導(dǎo)體開關(guān)設(shè)備還包括過電壓保護(hù)元件9，該過電壓保護(hù)元件9用于吸收通過在過電流事件中使電路關(guān)斷而產(chǎn)生的感應(yīng)能量。因而，過電壓保護(hù)元件9可以用于限制跨半導(dǎo)體開關(guān)的電壓以防止半導(dǎo)體開關(guān)中斷(break)。圖1a的半導(dǎo)體開關(guān)設(shè)備可以用于控制在零電壓點(diǎn)下接通電路并且在零電流點(diǎn)下關(guān)斷電路。
[0022]可以通過根據(jù)圖2的方法來實(shí)現(xiàn)在零電壓點(diǎn)下的接通，其中，響應(yīng)于接通電路的命令來檢測201相電壓的極性?？梢酝ㄟ^用于測量電壓的裝置7來檢測相電壓的極性。然后，可以使與反向偏置的二極管串聯(lián)地連接的半導(dǎo)體開關(guān)接通202為導(dǎo)通狀態(tài)。這意指，如果電壓為正，則使第二半導(dǎo)體開關(guān)2b接通為導(dǎo)通狀態(tài)，并且如果電壓為負(fù)，則使第一半導(dǎo)體開關(guān)2a接通為導(dǎo)通狀態(tài)。此時(shí)，主電路中沒有電流流動，這是因?yàn)榕c被接通為導(dǎo)通狀態(tài)的半導(dǎo)體開關(guān)2b、2a串聯(lián)地連接的相應(yīng)的二極管3b或二極管3a反向偏置，因而阻止了電路中的電流流動。當(dāng)相電壓的極性被改變時(shí)，電流通過在導(dǎo)通狀態(tài)下的半導(dǎo)體開關(guān)以及在相電流的極性變化之后沿正向連接的相應(yīng)的二極管開始在主電路中流動，所述在導(dǎo)通狀態(tài)下的半導(dǎo)體開關(guān)取決于電壓的原始極性為第一半導(dǎo)體開關(guān)2a或第二半導(dǎo)體開關(guān)2b，并且所述相應(yīng)的二極管取決于電壓原始極性為相應(yīng)的第一二極管3a或第二二極管3b。同時(shí)，響應(yīng)于相電壓的極性變化來使仍被關(guān)斷的另一半導(dǎo)體開關(guān)接通203為導(dǎo)通狀態(tài)，所述另一半導(dǎo)體開關(guān)為在原始所檢測到的電壓極性期間與沿正向連接的二極管串聯(lián)地連接的半導(dǎo)體開關(guān)。因此，電流在兩種電流極性期間在主電路中流動。此外，可以通過用于測量電壓的裝置7來檢測相電壓的第二極性變化。因而，主電路在零電壓下被接通。這是接通電路的有益方式，原因是可以避免電流尖峰并且不存在與接通事件相關(guān)的電壓沖擊，從而例如可以避免電磁干擾。
[0023]圖4中示出了使用這樣的設(shè)備并且根據(jù)這樣的方法接通電路的示例，其中，示出了相電壓12和相電流11關(guān)于時(shí)間的變化。在示例中，開關(guān)設(shè)備在時(shí)間h的時(shí)刻接收到接通電路的命令，并且由于相電壓為負(fù)，所以第一半導(dǎo)體開關(guān)2a被接通為導(dǎo)通狀態(tài)。當(dāng)相電壓12在時(shí)間h的時(shí)刻改變極性時(shí)，相電流11開始在主電路中流動，并且在相同時(shí)刻第二半導(dǎo)體開關(guān)2b也被接通為導(dǎo)通狀態(tài)。
[0024]可以通過根據(jù)圖3的方法來實(shí)現(xiàn)在零電流點(diǎn)下的關(guān)斷，其中，響應(yīng)于關(guān)斷電路的命令來檢測301相電壓的極性和相電流的極性。可以通過用于測量電壓的裝置7來檢測相電壓的極性和相電壓的極性變化，并且可以通過用于測量電流的裝置8來檢測相電流的極性和相電流的極性變化。響應(yīng)于相電壓的極性和相電流的極性相同來使與反向偏置的二極管3a、3b串聯(lián)地連接的半導(dǎo)體開關(guān)2a、2b關(guān)斷302為非導(dǎo)通狀態(tài)。這意指，如果電壓和電流二者均為正，則使第二半導(dǎo)體開關(guān)2b關(guān)斷為非導(dǎo)通狀態(tài)，并且如果電壓和電流二者均為負(fù)，則使第一半導(dǎo)體開關(guān)2a關(guān)斷為非導(dǎo)通狀態(tài)。如果相電壓的極性和相電流的極性不相同，即，一者為負(fù)而另一者為正，則不采取動作直到檢測到相電壓和相電流的極性相同為止。因而，當(dāng)相電流正在改變其方向時(shí)，相電流由于與仍在導(dǎo)通狀態(tài)下的半導(dǎo)體開關(guān)2a、2b串聯(lián)地連接的二極管3a、3b被反向偏置而不再具有電流路徑，另一方面，在非導(dǎo)通狀態(tài)下的另一半導(dǎo)體開關(guān)也阻止電流流動。然后，在從步驟302中關(guān)斷另一半導(dǎo)體開關(guān)起經(jīng)過了基本上等于AC半循環(huán)的時(shí)間之后使仍在導(dǎo)通狀態(tài)下的半導(dǎo)體開關(guān)關(guān)斷303為非導(dǎo)通狀態(tài)。以這種方式可以確保電壓的極性和電流的極性與半導(dǎo)體開關(guān)導(dǎo)通電流方向相反。還應(yīng)當(dāng)監(jiān)測相電壓以確保不再由于相電流與相電壓之間的相位差而使電流接通。這是關(guān)斷電路的有益方式，原因是在零電流下的關(guān)斷事件防止產(chǎn)生會對設(shè)備本身或其他設(shè)備造成電磁干擾的電壓尖峰。另外地，可能不需要使用機(jī)械開關(guān)的快速關(guān)斷，這可以延長機(jī)械開關(guān)的壽命。
[0025]圖5中示出了使用這樣的設(shè)備并且根據(jù)這樣的方法關(guān)斷電路的示例，其中，示出了相電壓12和相電流11關(guān)于時(shí)間的變化。在示例中，開關(guān)設(shè)備在時(shí)間h的時(shí)刻接收到關(guān)斷電路的命令，在該時(shí)刻相電壓12和相電流11 二者均為負(fù)，首先使第一半導(dǎo)體開關(guān)2a關(guān)斷為非導(dǎo)通狀態(tài)。當(dāng)相電流11在時(shí)間^的時(shí)刻改變其方向時(shí)，電流不再具有電流路徑并且主電路中的電流被關(guān)斷。當(dāng)在時(shí)間t2的時(shí)刻經(jīng)過了基本上等于AC半循環(huán)的時(shí)間時(shí)，第二半導(dǎo)體開關(guān)2b也被關(guān)斷為非導(dǎo)通狀態(tài)以防止電流在下一半循環(huán)期間返回。換句話說，在圖