一种交流电子开关装置的制作方法

1.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：

2.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。
3.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。
4.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。
5.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。
6.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。


技术实现要素：

7.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。
8.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；
9.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；
10.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；
11.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。
12.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。
13.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。
14.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。
15.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。
16.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；
17.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；
18.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；
19.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。
20.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。
21.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。
22.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。
23.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
24.图1是一种已有使用晶闸管构成的交流电子开关电路图。
25.图2是一种已有的交流电子开关电路图。
26.图3是另一种一种已有的交流电子开关电路图。
27.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。
28.图5是本实用新型开关模组及吸收电路的第一实施例图。
29.图6是本实用新型开关模组及吸收电路的第二实施例图。
30.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。
31.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。
32.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。
33.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。
34.图11是本实用新型放电电路实施例图。
35.图12是本实用新型放电电路另一实施例图。
具体实施方式
36.下面结合附图详细介绍本实用新型的实施方式。
37.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。
38.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。
39.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。
40.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。
41.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。
42.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。
43.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。