[发明专利]一种自供电双向直流固态断路器

说明书

技术领域

本发明涉及一种自供电双向直流固态断路器，属于电气设备及电气工程技术领 域。

背景技术

随着可再生能源的发展，直流输配电系统因可以有效的改善配电网的效率和可靠 性，越来越广泛的应用于工业、商业、生活住宅以及军事领域。断路器（CircuitBreaker）是 输配电线路中的一个关键器件，其主要功能包括：可靠地接通和断开负载；在系统发生故障 时迅速断开有故障部分的负载以确保无故障部分正常运行。断路器是保障系统安全、可靠 运行的关键设备，其性能直接影响着直流配电网的正常运行。传统的机械式塑壳断路器 （moldedcasecircuitbreaker，MCCB）存在合闸时电阻较大，在电路中造成较大的电压 降，且故障关断时响应速度慢、存在电弧等问题，需要额外的电弧抑制装置。由于关断电弧 的存在，使用寿命也会大大降低。

采用Si器件制造的直流固态断路器（solid-statecircuitbreaker，SSCB）能够 克服传统机械直流断路器的缺点。通过电流检测装置检测负载电流信号，控制电路根据检 测到的电流信号，经信号调理后与设定电流值进行比较，确定固态开关的动作，如图1所示。 为了在固态开关关断时吸收线路电感及感性负载中的储能，SSCB需要设置缓冲电路或/和 箝位电路。因此，SSCB包含主开关、缓冲电路和/或箝位电路、电流检测装置、信号调理电路、 控制电路、驱动电路以及辅助源电路等功能电路。

采用Si器件制作的SSCB（简称：Si基SSCB）需要多个功能电路实现快速保护功能， 电路较为复杂，且难以实现双向导通的功能。另外，在大电流应用场合中，Si器件导通损耗 较高，断路故障时，故障电流瞬时增加可能会导致器件温升超过Si器件的结温限制，使Si基 SSCB不能可靠工作，不能保证系统安全工作。

近年来宽禁带半导体SiC器件得到了快速的发展。与同类型Si器件相比，SiC器件 通态电阻和导通压降明显降低，结温耐受能力高（>350℃），且可制成特性优异的常通型器 件，如SiCJFET、SiCSIT等，其常通状态下无需驱动电路，关断时才要负压驱动电路。结合 常通型器件的特性，利用导通压降与电流的关系（正常电流时压降小，过流或短路时压降明 显增大），可以简化电流检测电路，省去电流传感器及其他辅助电源，从而使SSCB结构大为 简化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种自供电双向直流固态断路器，采用新型常 通型SiC器件作为固态开关，负载电流正常时，保持常通态，负载过流或短路时，通过快速工 作的电源为栅极提供负压，使其迅速关断，实现保护。省去了额外的电流检测装置、信号调 理电路、控制电路和辅助源电路，简化了电路结构，降低了保护电路功率损耗，提高了断路 器的响应速度。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

本发明提供一种自供电双向直流固态断路器，该断路器包括输入端、双向常通型SiC功 率开关管、正向电流检测电路、反向电流检测电路、负压关断电路，正向电流检测电路、反向 电流检测电路中分别包括一个电流采样电阻，其中：

所述双向常通型SiC功率开关管的一端接断路器的输入端，另一端接负载；

所述正向电流检测电路的输入端接断路器的输入端，输出端接负载；

所述反向电流检测电路的输入端接负载，输出端接断路器的输入端；

所述负压关断电路的输入端分别接正向电流检测电路和反向电流检测电路中电流采 样电阻的两端，输出端接双向常通型SiC功率开关管。

作为本发明的进一步优化方案，所述双向常通型SiC功率开关管包括第一、第二常 通型SiC功率开关管，所述正向电流检测电路包括第一、第二电流采样电阻和第一反向阻断 二极管，所述反向电流检测电路包括第三、第四电流采样电阻和第二反向阻断二极管，所述 负压关断电路包括第一、第二隔离式DC/DC变换器和第一、第二阻断二极管，其中：

第一常通型SiC功率开关管的源极接负载，栅极接第一隔离式DC/DC变换器输出端的负 极，漏极接第二常通型SiC功率开关管的漏极；第二常通型SiC功率开关管的源极接断路器 的输入端，栅极结第二隔离式DC/DC变换器输出端点的负极；