閘流體直流開關的快速截止裝置及其操作方法
【技術領域】
[0001]本發明關于一種閘流體直流開關的快速截止裝置及其操作方法；特別是關于一種閘流體直流單向或雙向開關的快速截止裝置及其操作方法。
【背景技術】
[0002]—般而言，開關元件包含主動式開關元件及機械式開關元件。機械式開關元件應用于交流電路中時，需要具備足夠的斷開能力及消弧能力。若將機械式開關元件應用于直流電路時，由于直流電路的電流不會發生交流電路的電流換相，因而機械式開關元件需要具有較大消弧能力。因此，常用直流機械式開關元件相對具有制造成本昂貴及增加體積的缺點。
[0003]另外，機械式開關元件在切離過程中皆產生電弧，其會容易造成接點的損壞，并具有降低其使用壽命的缺點。為了改善機械式開關元件的前述缺點，選擇采用主動式開關元件。一般而言，主動式開關元件選用金氧半場效電晶體〔M0SFET〕或閘極絕緣雙極性電晶體〔IGBT〕，其提供硬切〔hard switching〕功能。主動式開關元件無論應用于交流或直流電路中，在開關截止時，皆能有效快速將電流截止，且具有不產生電弧的優點。雖然上述的主動式開關元件具有高速切換的優點，但其所能承受的電壓與電流較低，且無法承受暫態瞬間大電流，因此其具有可靠度較低的缺點。
[0004]另外，閘流體元件為良好的高功率元件，其具有耐較高電壓及較大涌浪電流的優點，且具有使用范圍廣、壽命長、可靠度佳、速度快、體積小、維護頻率低、消耗功率低、制造成本低及不易燒毀的優點。然而，將閘流體開關元件應用于交流電路時，閘流體開關元件具有在驅動信號截止后，尚需等待閘流體開關元件的電流下降趨近于零，方能截止閘流體開關元件的導通的缺點。此外，當閘流體開關元件應用于直流電路時，由于直流電路不具電流換相，因而在閘流體開關元件上持續發生電流，閘流體開關元件并不會截止。縱使在閘流體開關元件的驅動信號截止后，在閘流體開關元件上仍發生電流，因此其具有無法確實截止導通的缺點。
[0005]舉例而言，常用交流/直流開關，如中國臺灣專利公開第201106623號的"交流-直流兩用開關"及美國專利公開第20120086427號"Alternating current/directcurrent two-way switch"的申請案，其揭示一種交流-直流兩用開關。該交流-直流兩用開關可使用在交流配電系統或直流配電系統。該交流-直流兩用開關包含一雙向半導體開關元件〔b1-direct1nal semiconductor switch element〕，其具有電晶體構造〔transistor structure〕。該交流-直流兩用開關應用于直流配電系統時，可避免發生電弧〔arc〕。前述專利及專利申請案僅為本發明技術背景的參考及說明目前技術發展狀態而已，其并非用以限制本發明的范圍。
[0006]舉例而言，另一常用交流/直流開關，如美國專利第7079363號"Hybrid DCelectromagnetic contactor"，其揭示一種混合直流電磁接觸器。該混合直流電磁接觸器將一半導體開關元件并聯至一機械式接觸開關〔mechanical contact switch〕，如此在操作開啟或斷開混合直流電磁接觸器時，可避免發生電弧，并可減少漏電電流〔leakagecurrent〕至最小。前述專利及專利申請案僅為本發明技術背景的參考及說明目前技術發展狀態而已，其并非用以限制本發明的范圍。
【發明內容】
[0007]本發明較佳實施例的主要目的是提供一種閘流體直流開關的快速截止裝置及其操作方法，將一閘流體直流開關連接至一第一直流電路，當該閘流體直流開關導通時，該第一直流電路經該閘流體直流開關供電至一第二直流電路，而在該閘流體直流開關的一驅動信號截止時，利用一開關進行導通一電容器，將由該第一直流電路對該電容器進行充電，如此便能快速降低經由該閘流體直流開關的電流至趨近于零，以達成快速截止該閘流體直流開關的目的。
[0008]為了達成上述目的，本發明采用以下技術方案:
[0009]—種閘流體直流開關的快速截止裝置，包含:
[0010]—閘流體直流開關，其連接至一第一直流電路及一第二直流電路之間，以便在該閘流體直流開關導通時，經由該閘流體直流開關進行供應一直流電能；
[0011]—開關；及
[0012]—電容器，其串聯于該開關后，將該開關及該電容器并聯連接于該第一直流電路；
[0013]其中在該閘流體直流開關的一驅動信號截止時，利用該開關進行導通該電容器，將由該第一直流電路對該電容器進行充電，而該第一直流電路無法經由該閘流體直流開關進行供應該直流電能，如此便能快速降低經由該閘流體直流開關的電流至趨近于零，而快速截止該閘流體直流開關。
[0014]本發明較佳實施例的該閘流體直流開關具有一第二直流電路端，且該第二直流電路端并聯一反向二極管。
[0015]本發明較佳實施例的該電容器另并聯連接一放電電路，且該放電電路包含一電阻及一放電開關的串聯。
[0016]本發明較佳實施例的該閘流體直流開關選自一閘流體直流單向開關或一閘流體雙向開關。
[0017]為了達成上述目的，本發明較佳實施例的閘流體直流開關的快速截止裝置包含:
[0018]—閘流體雙向開關，其連接于一第一直流電路及一第二直流電路之間，以便在一第一方向上該閘流體雙向開關導通時，該第一直流電路經由該閘流體雙向開關進行供應一第一直流電能至該第二直流電路，或在一第二方向上該閘流體雙向開關導通時，該第二直流電路經由該閘流體雙向開關進行供應一第二直流電能至該第一直流電路；
[0019]—第一開關；
[0020]一第一電容器，其串聯于該第一開關后，將該第一開關及第一電容器并聯連接于該第一直流電路；
[0021]—第二開關；及
[0022]—第二電容器，其串聯于該第二開關后，將該第二開關及第二電容器并聯連接于該第二直流電路；
[0023]其中在該閘流體雙向開關的一第一驅動信號截止時，利用該第一開關進行導通該第一電容器，將由該第一直流電路對該第一電容器進行充電，而該第一直流電路無法經由該閘流體雙向開關對該第二直流電路進行供應電能，如此便能快速降低經由該閘流體雙向開關的電流至趨近于零，而快速截止該閘流體雙向開關；
[0024]或，在該閘流體雙向開關的一第二驅動信號截止時，利用該第二開關進行導通該第二電容器，將由該第二直流電路對該第二電容器進行充電，而該第二直流電路無法經由該閘流體雙向開關對該第一直流電路進行供應電能，如此便能快速降低經由該閘流體雙向開關的電流至趨近于零，而快速截止該閘流體雙向開關。
[0025]本發明較佳實施例的該閘流體雙向開關另具有一反向二極管，且該反向二極管并聯于該第一直流電路。
[0026]本發明較佳實施例的該閘流體雙向開關另具有一反向二極管，且該反向二極管并聯于該第二直流電路。
[0027]本發明較佳實施例的該第一電容器另并聯連接一放電電路，且該放電電路包含一第一電阻及一第一放電開關的串聯。
[0028]本發明較佳實施例的該第二電容器另并聯連接一放電電路，且該放電電路包含一第二電阻及一第二放電開關的串聯。
[0029]本發明較佳實施例的該閘流體雙向開關另包含一機械式開關并聯連接至該閘流體雙向開關，以形成一混合式開關。
[0030]本發明較佳實施例的該閘流體雙向開關另包含一機械式開關串聯連接至該閘流體雙向開關，以形成一隔離型開關。
[0031]為了達成上述目的，本發明較佳實施例的閘流體直流開關的快速截止裝置的操作方法包含:
[0032]將一閘流體直流開關連接于一第一直流電路及一第二直流電路之間；
[0033]將一開關及一電容器串聯后并聯連接于該第一直流電路；
[0034]在該閘流體直流開關導通時，該第一直流電路經由該閘流體直流開關進行供應一直流電能；
[0035]在該閘流體直流開關的一驅動信號截止時，利用該開關導通該電容器，將由該第一直流電路對該電容器進行充電，而該第一直流電路無法經由該閘流體直流開關進行供應該直流電能，如此便能快速降低經由該閘流體直流開關的電流至趨近于零，而快速截止該閘流體直流開關。
[0036]本發明較佳實施例的該閘流體直流開關具有一第二直流電路端，且該第二直流電路端并聯一反向二極管。
[0037]本發明較佳實施例的該電容器的兩端并聯連接一放電電路，且該放電電路包含一電阻及一放電開關的串聯。
[0038]本發明較佳實施例的該閘流體直流開關選自一閘流體直流單向開關或一閘流體雙向開關。
[0039]為了達成上述目的，本發明較佳實施例的閘流體直流開關的快速截止裝置的操作方法包含:
[0040]將