[发明专利]两端激活抑弧器

说明书

本发明一般说来涉及用于电气触头的抑弧电路，更具体地说涉及这样一种电路，它包括一个功率晶体管，例如IGBT，与受保护电气触头并联连接，其中该保护电路可以与各种各样的电气触头布置一起使用。

如待审专利申请No.08/527,185所指出，对于电气触头，即在触头闭合时电流流过其中的电气或电动机械电路所使用的机械触头，其一个共同问题是在它们从闭合位置开始打开时在触头之间产生电弧。不论触头是常闭或是常开，这种情况在触头打开时会发生。如果在它们打开时触头两端之间电压达到一个足够水平，就将在触头之间形成电弧。此外，这个电弧甚至在触头充分打开之后可能持续。这种燃弧众所周知是不希望有的，因为它对触头产生磨损，以及产生其它因电弧可能引起的电路效应。

除触头自身设计在某些情况下提供固有抑弧能力外，分开的抑弧电路已用来防止电气触头两端之间燃弧。这些电路典型包括具有特定操作特性的功率晶体管。在触头打开时电气触头两端之间电压的初始增加用作一个触发信号，以便接通功率晶体管，在触头正在打开期间瞬时分路触头周围的负载电流。典型地，这是通过使用连接在晶体管的米勒电容，使流过米勒电容的电流足够大以便接通功率晶体管而完成。

一个这样电路在属于Woodworth的美国专利No.4,438,472中展示。Woodworth教导与一个双极结晶体管组合使用一个分路电容器的基本思想。在这种特定设备中，附加米勒电容必须相对大。但是，这个大电容即使在被保护触头完全打开时也保持与它们并联，相对任何可能施加在触头两端之间的暂态现象实际上起短路作用。这当然在许多情况下是不希望有的。此外，双极结晶体管在其(晶体管)逐渐切断负载电流时，必须能够处理来自电感性负载的能量。

另一种设备在属于Hongel的美国专利No.4,658,320中展示。在Hongel设备中，双极结晶体管用一个功率场效应晶体管(FET)代替。这样对减小Woodworth设备所要求的大电容的尺寸来说确实具有效果。但是，正如Woodworth设备一样，逐渐电感性负载切断实际上要求所有负载能量消耗在FET自身中。一个能够处理这种情况的FET价格昂贵，并且尺寸相当大。另外，在Hongel设备中电容器仍然与打开的触头并联，因此它对暂态电压敏感。

本发明受认人所拥有的’185专利申请所述的设备解决了上述两种电路的许多缺点。它减少了所需要的米勒电容，并且设计为在电压暂态期间通过保护电路来防止导电。但是，那种设备设计成与一种通常称为C形触头的特定电气触头布置一起使用。在’185电路中，甚至在有大电压暂态存在时，C形触头未使用部分用来对分路功率晶体管发信号以通知何时截止并保持晶体管截止。

本发明具有’185电路的所有优点，但是不局限于某种特定触头布置。实际上，它基本能与燃弧是一个问题的任何类型的电气触头一起使用，并且能容易设计成操作于若干不同的电路布置。不仅能覆盖各种各样的电气触头，而且还能适应各种各样的触头分开速率。因此，本发明在其适用性方面相当普遍。

因此，本发明是一种用于抑制电气触头两端之间燃弧的电路，包括：一个功率晶体管，例如一个IGBT，连接在触头两端之间；电容装置，连接在触头与功率晶体管之间，但是不直接在触头两端之间，在触头开始打开时其足以使功率晶体管快速接通，在触头周围提供一个电流通路，由此防止触头两端之间燃弧；在触头足够分开之后用于截止功率晶体管，以便防止触头两端之间燃弧的装置；以及电压限制装置，以便把因功率晶体管截止所引起的任何回扫电压限制在一个选择水平。

图1是表示本发明抑弧电路一个实施例的示意图。

图2是本发明抑弧电路的一个替换实施例。

图3是表示电压暂态一例的示意图。

图4是表示关于本发明电路的暂态源的一个简化电路图。

本发明的抑弧电路设计成与各种各样的电气和/或电动机械触头一起操作，其一个实施例示于图1。为了说明，电气触头一般表示为10。电池12表示通过负载14操作的电压源，其在所示实施例中为电感和电阻的组合。电源电压通过负载14和通过触头10产生一个电流。本发明的抑弧(保护)电路一般表示为16，在连接点17-17处连接到触头10。抑弧电路16在所示实施例中包括一个功率晶体管18，其在所示实施例中是一个绝缘栅双极结晶体管(IGBT)。一个IGBT是一个场效应晶体管(FET)和一个双极结晶体管(BJT)的达林顿式组合，能够处理高功率水平。