一種基于常通型SiC器件的自供電直流固態(tài)斷路器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于常通型SiC器件的自供電直流固態(tài)斷路器，屬于電氣設(shè)備及電氣工程技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，當(dāng)今社會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)及輸電技術(shù)提出了更高的要求，如何進(jìn)一步提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性、向用戶提供高質(zhì)量電能成為電力行業(yè)的發(fā)展方向。斷路器作為輸電線路中一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，它的性能直接影響著電網(wǎng)的正常運(yùn)行。在目前的輸電系統(tǒng)中大量采用機(jī)械式斷路器，盡管它有導(dǎo)通穩(wěn)定、帶負(fù)載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但隨著用戶對(duì)電力質(zhì)量要求的提高，它的缺點(diǎn)也越來越突出。因不能實(shí)時(shí)、靈活、連續(xù)和快速地動(dòng)作，易使事故擴(kuò)大，破壞系統(tǒng)穩(wěn)定性;在斷開負(fù)載時(shí)往往有電弧產(chǎn)生，觸頭易燒損，開斷時(shí)間長，難以滿足一些電力用戶對(duì)故障電流開斷的速動(dòng)性要求，在運(yùn)行過程中有噪聲，機(jī)械、電氣壽命受到限制。近年來，隨著電力電子器件的快速發(fā)展，采用電力電子器件作為主開關(guān)的固態(tài)斷路器(Solide-state Circuit Breaker，SSCB)因其動(dòng)作的快速性而受到廣泛關(guān)注。
[0003]采用Si器件制造的直流固態(tài)斷路器(簡稱:Si基SSCB)能夠克服傳統(tǒng)機(jī)械直流斷路器的缺點(diǎn)。通過電流檢測(cè)裝置檢測(cè)負(fù)載電流信號(hào)，控制電路根據(jù)檢測(cè)到的電流信號(hào)，經(jīng)信號(hào)調(diào)理后與設(shè)定電流值進(jìn)行比較，確定固態(tài)開關(guān)的動(dòng)作，如圖1所示。為了在固態(tài)開關(guān)關(guān)斷時(shí)吸收電感及感性負(fù)載中的儲(chǔ)能，SSCB需要設(shè)置緩沖電路或/和箝位電路。因此，SSCB包含主開關(guān)、緩沖電路和/或箝位電路、電流檢測(cè)裝置、信號(hào)調(diào)理電路、控制電路、驅(qū)動(dòng)電路以及輔助源電路等功能電路。
[0004]Si基SSCB需要多個(gè)功能電路實(shí)現(xiàn)快速斷路功能，實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜。另外，在大電流應(yīng)用場合中，Si器件導(dǎo)通損耗較高，斷路故障時(shí)，故障電流瞬時(shí)增加可能會(huì)導(dǎo)致器件溫升超過Si器件的結(jié)溫限制，使Si基SSCB不能可靠工作，不能保證系統(tǒng)安全工作。
[0005]近年來寬禁帶SiC器件得到了快速的發(fā)展。與同類型Si器件相比，SiC器件導(dǎo)通電阻明顯降低，結(jié)溫耐受能力高，且可制成特性優(yōu)異的常通型器件，如常通型SiC JFET、SiCSIT等，其常通狀態(tài)下無需驅(qū)動(dòng)電路，關(guān)斷時(shí)才要負(fù)壓驅(qū)動(dòng)電路。結(jié)合常通型器件的特性，利用其導(dǎo)通壓降與電流的關(guān)系(正常電流時(shí)壓降小，過流或短路時(shí)壓降明顯增大)，可以簡化電流檢測(cè)電路，省去電流傳感器及其他輔助供電電源，從而使SSCB大為簡化。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于常通型SiC器件的自供電直流固態(tài)斷路器，負(fù)載電流正常時(shí)，SiC器件保持常通態(tài)，負(fù)載過流或短路時(shí)，通過快速工作的電源為柵極提供負(fù)壓，使SiC器件迅速關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)保護(hù)。省去了額外的電流檢測(cè)裝置、信號(hào)調(diào)理電路、控制電路和輔助源電路，簡化了電路結(jié)構(gòu)，降低了保護(hù)電路功率損耗，提高了斷路器的響應(yīng)速度。
[0007]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案: 本發(fā)明提供一種基于常通型SiC器件的自供電直流固態(tài)斷路器，該斷路器包括輸入端、常通型SiC功率開關(guān)管、電流檢測(cè)電路、負(fù)壓關(guān)斷電路，電流檢測(cè)電路包括一個(gè)電流采樣電阻，其中:
所述常通型SiC功率開關(guān)管的一端接斷路器的輸入端，另一端接負(fù)載；
所述電流檢測(cè)電路的輸入端接斷路器的輸入端，輸出端接負(fù)載；
所述負(fù)壓關(guān)斷電路的輸入端接在電流檢測(cè)電路中的電流采樣電阻的兩端，輸出端接常通型SiC功率開關(guān)管。
[0008]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述電流檢測(cè)電路包括第一、第二電流采樣電阻和反向阻斷二極管，所述負(fù)壓關(guān)斷電路包括隔離式DC/DC變換器和阻斷二極管，其中:
常通型SiC功率開關(guān)管的源極接負(fù)載，柵極接隔離式DC/DC變換器輸出端的負(fù)極，漏極接正極；
第一電流采樣電阻的一端接常通型SiC功率開關(guān)管的漏極，另一端接第二電流采樣電阻的一端，第二電流采樣電阻的另一端接反向阻斷二極管的正極，反向阻斷二極管的負(fù)極接常通型SiC功率開關(guān)管的源極；
隔離式DC/DC變換器的輸入端接在第二電流采樣電阻的兩端，輸出端的正極接阻斷二極管的正極，輸出端的負(fù)極接常通型SiC功率開關(guān)管的柵極，阻斷二極管的負(fù)極接常通型SiC功率開關(guān)管的源極。
[0009]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，還包括吸收電路，吸收電路的一端接斷路器的輸入端，另一端接負(fù)載。
[0010]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述吸收電路包括壓敏電阻、吸收電容，其中:
所述壓敏電阻的一端接常通型SiC功率開關(guān)管的源極，另一端接常通型SiC功率開關(guān)管的漏極;所述吸收電容的一端接常通型SiC功率開關(guān)管的源極，另一端接常通型SiC功率開關(guān)管的漏極。
[0011]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述吸收電路包括壓敏電阻、吸收電容、瞬態(tài)電壓抑制器，其中:
所述壓敏電阻的一端接常通型SiC功率開關(guān)管的源極，另一端接常通型SiC功率開關(guān)管的漏極;所述吸收電容的一端接常通型SiC功率開關(guān)管的源極，另一端接常通型SiC功率開關(guān)管的漏極;所述瞬態(tài)電壓抑制器的一端接常通型SiC功率開關(guān)管的源極，另一端接常通型SiC功率開關(guān)管的漏極。
[0012]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述吸收電路包括壓敏電阻、瞬態(tài)電壓抑制器，其中:
所述壓敏電阻的一端接常通型SiC功率開關(guān)管的源極，另一端接常通型SiC功率開關(guān)管的漏極;所述瞬態(tài)電壓抑制器的一端接常通型SiC功率開關(guān)管的源極，另一端接常通型SiC功率開關(guān)管的漏極。
[0013]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述瞬態(tài)電壓抑制器為TVS管。
[0014]本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果:
(1)采用常通型SiC器件，降低了固態(tài)斷路器正常導(dǎo)通時(shí)的損耗，同時(shí)增強(qiáng)了固態(tài)斷路器故障關(guān)斷時(shí)器件結(jié)溫的承受能力，提高了固態(tài)斷路器工作的可靠性；
(2)通過檢測(cè)功率開關(guān)管漏源電壓實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)，省去了額外的電流檢測(cè)裝置； (3)利用故障狀態(tài)下的漏源電壓作為負(fù)壓關(guān)斷電路的輸入電源，實(shí)現(xiàn)了斷路器的自供電，簡化了控制電路、輔助電源和驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)。
【附圖說明】
[0015]圖1是現(xiàn)有固態(tài)斷路器典型框圖。
[0016]圖2是本發(fā)明一種基于常通型SiC器件的自供電直流固態(tài)斷路器的電路示意圖。
[0017]其中，Q是常通型SiC功率開關(guān)管;R^R2是第一、第二電流采樣電阻A1是阻斷二極管;D2是反向阻斷二極管。
[0018]圖3是隔離式DC/DC變換器的原理框圖。
[0019]圖4是隔離式DC/DC變換器拓?fù)涫纠?br>[0020]圖5是隔離式DC/DC變換器工作時(shí)副邊整流濾波電路電感的電流波形，其中，(a)是電感量較大時(shí)電流波形圖，(b)是電感量較小時(shí)電流波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]為便于對(duì)本發(fā)明的理解，下面將結(jié)合附圖和具體實(shí)施例為例做進(jìn)一步的解釋說明，且實(shí)施例并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限定。