[實用新型]利用單個IGBT管實現在交流電路中快速斷路保護的裝置

有效

• 申請號: 201320869623.3
• 申請日: 2013-12-25
• 公開（公告）號: CN203660494U
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: 黃俊奇
• 申請（專利權）人: 上海第二工業大學
• 主分類號: H02H3/08
• 分類號: H02H3/08
• 代理公司: 上海信好專利代理事務所(普通合伙) 31249
• 代理人: 張妍

技術領域

本實用新型涉及一種斷路保護裝置，具體涉及一種利用單個IGBT管實現在交流電路中快速斷路保護的裝置。

背景技術

現有的強電交流實驗系統中的斷路保護裝置主要有機械開關、繼電器開關、快速熔斷器、雙向可控硅等，表1列出四種斷路保護裝置的比較。

斷路保護裝置實現原理優點缺點機械開關通過采用機械觸碰方式改變電路的通斷。依靠實質性的接觸來控制閉合，造價簡單便宜。需要手動碰觸，有磨損，壽命次數較短，接觸電阻比較大，在強電電路開關通斷瞬間有可能會產生火花或對電路產生噪音影響繼電器開關通過在繼電器的線圈上通上一定的電流來控制對應觸電的閉合動作，是一種電子控制器件。能夠自動控制開關的關閉，且控制回路與主回路實現電氣隔離。開關有機械觸點接觸，且由于線圈的存在，繼電器開關動作的速度不快，容易導致觸電事故發生。快速熔斷器當電流超過規定值時，以自身產生的熱量使熔體熔斷，從而實現電路斷開的一種器件。分斷能力高，相對尺寸較小，造價便宜，電路切斷速度快。故障熔斷后需要手動更換熔斷體，在發生嚴重過流時有可能造成熔斷體的燒碎傷害到人，不能實現控制。雙向可控硅雙向可控硅是在普通可控硅的基礎上發展而成的，等效為兩只極性相反且并聯的可控硅，是比較理想的交流開關器件。屬于大功率半導體器件，控制簡單，無觸點，開關瞬間無涌流。成本較高，阻抗較大，在交流電路中需要過零才能關斷，造成最長10ms時間的延時關斷。

表1??現有斷路保護裝置的比較

從現有的幾種斷路保護裝置的比較可知，這幾種方法有一個共同的缺點就是其斷路保護的速度太慢，還達不到人體安全保護所要求的斷路保護速度，因此，需要一個切斷速度更快和控制更加容易的斷路保護裝置來實現電路的快速斷路保護，因此有必要選用導通電阻更低、開關速度更快的電子開關代替傳統的機械開關、繼電器開關、快速熔斷器以及雙向可控硅，其中切斷速度更快、性能更加優越的復合式電子開關器件，絕緣柵雙極型晶體管（IGBT，Insulated?Gate?Bipolar?Transistor）是最合適的器件。

然而現有的大部分IGBT管在其漏極和源極兩端上并聯了一個保護二極管，其能在IGBT開關管通斷瞬間將感性負載上所產生的自感反向電壓消除掉，起到保護IGBT的作用，而這個并聯二極管的存在導致IGBT失去反向阻斷電流流動的能力，另外通過實驗研究發現，一些沒有并聯保護二極管的IGBT，例如仙童半導體公司生產的AN系列的IGBT管，當反向電壓高于50V時，其反向也失去阻斷電流的能力，因此，現有的電子開關器件IGBT存在導通方向單一、不能直接用于交流電路方面的缺點，需要針對此問題研究相關的解決方案和進行一些實驗測試，使之適用于交流電路中，從而在強電實驗系統中起到短路保護的作用。