一种固态断路器和直流配电系统

1.本发明实施例涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种固态断路器和直流配电系统。


背景技术：

2.近年来，直流微型电网因其具有功率转换阶段更少、功率损耗更低、与储能设备之间有更好的兼容性以及更容易接入外部公用电网等优点，被广泛应用于可再生能源产业。而固态直流断路器在保证直流微型电网安全稳定运行的方面扮演着重要的角色。采用串联功率器件的固态断路器(short circuit protective devices，scpds)在处理日益增长的阻塞电压方面具有广阔的应用前景。与图1所示的传统栅极驱动方案相比，基于无源器件的单栅驱动具有结构简单、成本低、设计紧凑、可靠性高等优点。
3.为了更好的探究固态断路器的设计原理，图2示出了基于两个igbt功率器件(q1，q2)的scpds关断时的瞬时电流及电压变化过程，其包括了栅极-发射极电压vge，集电极-发射极电压vce，集电极电流ic，压敏电阻(mov)电流i
mov
和压敏电阻(mov)电压v
mov
。从图中可以看到，假设短路故障后，关断驱动信号在t1时刻发出，底部igbt功率器件q1的栅极-发射极电容cge1开始放电，使得栅极-发射极电压vge1降低。当其在t2时刻降低至米勒平台时，底部igbt功率器件q1的集电极-发射极电压vce1开始增加，同时集电极电流ic开始减少。同时可观测到，电流路径由底部igbt功率器件q1转移至缓冲支路(电阻r
s2
，电容c
s2
)上。因为上部igbt功率器件q2的发射极与缓冲支路(电阻r
s2
，电容c
s2
)相连，所以增加的vce1导致了vge2的降低。因此，上部igbt功率器件q2的栅极-发射极电容cge2在t2时刻开始放电。在t3时刻，当vge1低于阈值电压时，底部igbt功率器件q1完全关闭。在t3之后，由于电路中仍有尾电流，所以缓冲支路(电阻r
s2
，电容c
s2
)持续充电，使得缓冲支路(电阻r
s2
，电容c
s2
)和mov支路上的电压持续增加。在t4时刻，由于vce1达到了压敏电阻的压敏电压vvar，其内部的电阻将会迅速下降。与此同时，干路电流开始从缓冲支路(电阻r
s2
，电容c
s2
)转移至mov支路。之后，在t5时刻，vge2也下降至低于阈值电压，上部igbt功率器件q2从而完全关闭。
4.然而，由于scpds之间的电容耦合机制，在电压恢复过程中，会观察到与图2不同的持续的栅极电压振荡，导致严重的不稳定性，如运行故障，不能及时清除短路电流。具体表现为图3中的所示的底部igbt功率器件q1的栅极-发射极电压vge1在理论零电压关断阶段，出现了大于阈值电压的正向电压，导致顶部igbt在导通和关断状态之间重复，使得整个固态断路器的稳定性降低，增加了清除短路电流的失败率。


技术实现要素：

5.本发明提供一种固态断路器和直流配电系统，可以消除由复杂电路寄生参数引起的栅极振荡，增加固态断路器的运行稳定性，确保固态短路器保护的成功率。
6.根据本发明的一方面，提供了一种固态断路器，固态断路器包括：第一功率器件、第二功率器件、第三功率器件、驱动控制电路、第一关断电路、第二关断电路、缓冲电路、第
一保护电路、第二保护电路和第三保护电路；
7.所述驱动控制电路的第一端与所述第一功率器件的控制端连接，所述驱动控制电路的第二端与所述第二功率器件的控制端连接，所述驱动控制电路的第三端与所述第三功率器件的控制端连接，所述第一功率器件的第二端与所述第二功率器件的第一端连接，所述第二功率器件的第二端与所述第三功率器件的第一端连接，所述驱动控制电路用于将驱动开启信号发送至所述第一功率器件、所述第二功率器件以及所述第三功率器件的控制端，且在所述第一功率器件、所述第二功率器件以及所述第三功率器件关断时分别对应钳制其控制端的电压；
8.所述第二关断电路的第一端和第二端分别与所述第三功率器件的控制端和所述第二功率器件的控制端连接，所述第二关断电路的第三端和第四端分别与所述第三保护电路的第一端和所述第二保护电路的第一端连接，所述第二关断电路用于抑制所述第二保护电路和所述第三保护电路中的寄生电容以及控制所述第二功率器件和所述第三功率器件控制端与第二端之间的电压；
9.所述第一关断电路的第一端和第二端分别与所述第二关断电路的第三端和第四端连接，所述第一关断电路的第三端和第四端分别与所述第三保护电路的第二端和第二保护电路的第二端连接，所述第一关断电路用于控制所述第二功率器件和所述第三功率器件的关断；
10.所述缓冲电路的第一端、第二端和第三端分别与所述第三功率器件的第一端、所述第二功率器件的第一端和所述第一功率器件的第一端连接，所述缓冲电路的第四端、第五端和第六端分别与所述第三功率器件的第二端、所述第二功率器件的第二端和所述第一功率器件的第二端连接；
11.所述第一保护电路的第一端和第二端分别与所述第一功率器件的第一端和第二端连接，所述第二保护电路的第一端和第二端分别与所述第二功率器件的第一端和第二端连接，所述第三保护电路的第一端和第二端分别与所述第三功率器件的第一端和第二端连接。
12.可选地，所述第二关断电路包括第五二极管和第六二极管；
13.所述第五二极管的阳极与所述第二功率器件的控制端连接，所述第五二极管的阴极与所述第二保护电路的第一端连接，所述第六二极管的阳极与所述第三功率器件的控制端连接，所述第六二极管的阴极与所述第三保护电路的第一端连接。
14.可选地，所述第一关断电路包括第三二极管和第四二极管；
15.所述第三二极管的阳极与所述第二保护电路的第二端连接，所述第三二极管的阴极与所述第六二极管的阴极连接，所述第四二极管的阳极与所述第三保护电路的第二端连接，所述第四二极管的阴极与所述第六二极管的阴极连接。
16.可选地，所述驱动控制电路包括第一二极管和第二二极管；
17.所述第一二极管的阳极与所述第一功率器件的控制端连接，所述第一二极管的阴极与所述第二二极管的阳极以及所述第二功率器件的控制端连接，所述第二二极管的阴极与所述第三功率器件的控制端连接。
18.可选地，固态断路器还包括功率器件驱动电路，所述功率器件驱动电路的第一端与所述驱动控制电路的第一端连接，所述功率器件驱动电路的第二端与所述第一保护电路
的第二端连接。
19.可选地，所述缓冲电路包括第一缓冲单元、第二缓冲单元和第三缓冲单元；
20.所述第一缓冲单元的第一端和第二端分别与所述第一功率器件的第一端和第二端连接，所述第二缓冲单元的第一端和第二端分别与所述第二功率器件的第一端和第二端连接，所述第三缓冲单元的第一端和第二端分别与所述第三功率器件的第一端和第二端连接。
21.可选地，所述第一缓冲单元包括第一电阻和第一电容，所述第二缓冲单元包括第二电阻和第二电容，所述第三缓冲单元包括第三电阻和第三电容；
22.所述第一电阻的第一端与所述第一功率器件的第一端连接，所述第一电阻的第二端与所述第一电容的第一端连接，所述第一电容的第二端与所述第一功率器件的第二端连接；
23.所述第二电阻的第一端与所述第二功率器件的第一端连接，所述第二电阻的第二端与所述第二电容的第一端连接，所述第二电容的第二端与所述第二功率器件的第二端连接；
24.所述第三电阻的第一端与所述第三功率器件的第一端连接，所述第三电阻的第二端与所述第三电容的第一端连接，所述第三电容的第二端与所述第三功率器件的第二端连接。
25.可选地，所述第一保护电路包括第一压敏电阻，所述第二保护电路包括第二压敏电阻，所述第三保护电路包括第三压敏电阻；
26.所述第一压敏电阻的第一端和第二端分别与所述第一功率器件的第一端和第二端连接，所述第二压敏电阻的第一端和第二端分别与所述第二功率器件的第一端和第二端连接，所述第三压敏电阻的第一端和第二端分别与所述第三功率器件的第一端和第二端连接。
27.可选地，固态断路器还包括第一栅极电阻、第二栅极电阻和第三栅极电阻，所述第一栅极电阻的第一端与所述第一二极管的阳极连接，所述第一栅极电阻的第二端与所述第一功率器件的控制端连接，所述第二栅极电阻的第一端与所述第一二极管的阴极连接，所述第二栅极电阻的第二端与所述第二功率器件的控制端连接，所述第三栅极电阻的第一端与所述第二二极管的阴极连接，所述第三栅极电阻的第二端与所述第三功率器件的控制端连接。
28.根据本发明的另一方面，提供了一种直流配电系统，该直流配电系统包括上述一方面中任一项所述的固态断路器。
29.本发明实施例的技术方案，提出一种新的固态断路器拓扑，通过驱动控制电路将驱动开启信号发送至第一功率器件、第二功率器件以及第三功率器件的控制端，且在第一功率器件、第二功率器件以及第三功率器件关断时分别对应钳制其控制端的电压；第一关断电路控制第二功率器件和第三功率器件的关断；第二关断电路抑制第二保护电路和第三保护电路中的寄生电容以及控制第二功率器件和第三功率器件控制端与第二端之间的电压；消除由复杂电路寄生参数引起的栅极振荡，增加固态断路器的运行稳定性，确保固态短路器保护的成功率。综上所述，本发明解决了现有技术中固态断路器的稳定性低以及保护成功率低的问题。
30.应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
32.图1是现有技术中的一种使用串联电源的典型固态断路器的结构示意图；
33.图2是现有技术中的一种scpds关断时的波形变化示意图；
34.图3是现有技术中的一种发生栅极振荡现象的实验波形图；
35.图4是根据本发明实施例提供的一种固态断路器的结构示意图；
36.图5是根据本发明实施例提供的一种固态断路器的电路原理图；
37.图6是根据本发明实施例提供的一种固态断路器的波形变化示意图；
38.图7是根据本发明实施例提供的又一种固态断路器的波形变化示意图；
39.图8是根据本发明实施例提供的又一种固态断路器的波形变化示意图；
40.图9是根据本发明实施例提供的又一种固态断路器的波形变化示意图；
41.图10是根据本发明实施例提供的一种栅极-发射极电压与主回路电流波形图；
42.图11是根据本发明实施例提供的一种集电极-发射极电压与主回路电流波形图。
具体实施方式
43.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
44.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
45.图4是根据本发明实施例提供的一种固态断路器的结构示意图，参考图4，本发明实施例提供了一种固态断路器，固态断路器包括：第一功率器件q1、第二功率器件q2、第三功率器件q3、驱动控制电路10、第一关断电路20、第二关断电路30、缓冲电路40、第一保护电路50、第二保护电路60和第三保护电路70；驱动控制电路10的第一端与第一功率器件q1的控制端连接，驱动控制电路10的第二端与第二功率器件q2的控制端连接，驱动控制电路10的第三端与第三功率器件q3的控制端连接，第一功率器件q1的第二端与第二功率器件q2的
第一端连接，第二功率器件q2的第二端与第三功率器件q3的第一端连接，驱动控制电路10用于将驱动开启信号发送至第一功率器件q1、第二功率器件q2以及第三功率器件q3的控制端，且在第一功率器件q1、第二功率器件q2以及第三功率器件q3关断时分别对应钳制其控制端的电压；第二关断电路30的第一端和第二端分别与第三功率器件q3的控制端和第二功率器件q2的控制端连接，第二关断电路30的第三端和第四端分别与第三保护电路70的第一端和第二保护电路60的第一端连接，第二关断电路30用于抑制第二保护电路60和第三保护电路70中的寄生电容以及控制第二功率器件q2和第三功率器件q3控制端与第二端之间的电压；第一关断电路20的第一端和第二端分别与第二关断电路30的第三端和第四端连接，第一关断电路20的第三端和第四端分别与第三保护电路70的第二端和第二保护电路60的第二端连接，第一关断电路20用于控制第二功率器件q2和第三功率器件q3的关断；缓冲电路40的第一端、第二端和第三端分别与第三功率器件q3的第一端、第二功率器件q2的第一端和第一功率器件q1的第一端连接，缓冲电路40的第四端、第五端和第六端分别与第三功率器件q3的第二端、第二功率器件q2的第二端和第一功率器件q1的第二端连接；第一保护电路50的第一端和第二端分别与第一功率器件q1的第一端和第二端连接，第二保护电路60的第一端和第二端分别与第二功率器件q2的第一端和第二端连接，第三保护电路70的第一端和第二端分别与第三功率器件q3的第一端和第二端连接。
46.具体的，固态断路器可以为直流断路器。第一功率器件q1、第二功率器件q2、第三功率器件q3可以是附加栅极二极管的tgbt。驱动控制电路10发送开启驱动信号至第一功率器件q1、第二功率器件q2、第三功率器件q3的控制端(栅极)，提供可靠的电流路径，并且在关断时将会钳住第一功率器件q1、第二功率器件q2、第三功率器件q3栅极电压而保护驱动设备。
47.第一关断电路20可以由两个低压二极管组成，利用两个低压二极管的正向压降的特性，在关断时为上端第二功率器件q2、第三功率器件q3提供负压帮助其更易关断。第二关断电路30用于抑制第二保护电路60和第三保护电路70上的寄生电容与上端第二功率器件q2、第三功率器件q3的栅极-发射极电容的电荷分配，切断了关断时第二功率器件q2、第三功率器件q3的栅极-发射极电容的充电路径，从而使得第二功率器件q2、第三功率器件q3的栅极-发射极电压处于正常关断状态，避免了栅极振荡现象。缓冲电路40可以由电阻和电容串联形成，根据需要调整电阻和电容的参数，可达到提升电路稳定性和改变断路器关断延时的效果。
48.第一保护电路50、第二保护电路60和第三保护电路70的核心器件可以为金属氧化物压敏电阻，其参数对固态断路器的性能如电压尖峰和母线电压的设置影响极大。因此，通过实验和模拟调查，尤其需要注意不同型号的直流可通过电压和压敏电压。前者限制了单个金属氧化物压敏电阻所能承受的电压，后者为金属氧化物压敏电阻的阈值电压。在固定母线电压后，需选取与该电压适配的型号以达到较小的电压尖峰。
49.本发明实施例的技术方案，提出一种新的固态断路器拓扑，通过驱动控制电路将驱动开启信号发送至第一功率器件、第二功率器件以及第三功率器件的控制端，且在第一功率器件、第二功率器件以及第三功率器件关断时分别对应钳制其控制端的电压；第一关断电路控制第二功率器件和第三功率器件的关断；第二关断电路抑制第二保护电路和第三保护电路中的寄生电容以及控制第二功率器件和第三功率器件控制端与第二端之间的电
压；消除由复杂电路寄生参数引起的栅极振荡，增加固态断路器的运行稳定性，确保固态短路器保护的成功率。综上所述，本发明解决了现有技术中固态断路器的稳定性低以及保护成功率低的问题。
50.图5是根据本发明实施例提供的一种固态断路器的电路原理图，参考图5，可选地，第二关断电路30包括第五二极管dge2和第六二极管dge3；第五二极管dge2的阳极与第二功率器件q2的控制端连接，第五二极管dge2的阴极与第二保护电路60的第一端连接，第六二极管dge3的阳极与第三功率器件q3的控制端连接，第六二极管dge3的阴极与第三保护电路的第一端连接。
51.具体的，第二关断电路30可以由第五二极管dge2和第六二极管dge3组成，第二关断电路30用于抑制第二保护电路60和第三保护电路70上的寄生电容与上端第二功率器件q2、第三功率器件q3的栅极-发射极电容的电荷分配，切断了关断时第二功率器件q2、第三功率器件q3的栅极-发射极电容的充电路径，从而使得第二功率器件q2、第三功率器件q3的栅极-发射极电压处于正常关断状态，避免了栅极振荡现象。
52.继续参考图5，可选地，第一关断电路20包括第三二极管dg2和第四二极管dg3；第三二极管dg2的阳极与第二保护电路60的第二端连接，第三二极管dg2的阴极与第六二极管dge3的阴极连接，第四二极管dg3的阳极与第三保护电路70的第二端连接，第四二极管dg3的阴极与第六二极管dge3的阴极连接。
53.具体的，第一关断电路20可以由两个低压二极管第三二极管dg2和第四二极管dg3组成，利用两个低压二极管的正向压降的特性，在关断时为上端第二功率器件q2、第三功率器件q3提供负压帮助其更易关断。
54.继续参考图5，可选地，驱动控制电路10包括第一二极管d1和第二二极管d2；第一二极管d1的阳极与第一功率器件q1的控制端连接，第一二极管d1的阴极与第二二极管d2的阳极以及第二功率器件q2的控制端连接，第二二极管d2的阴极与第三功率器件q3的控制端连接。
55.具体的，驱动控制电路10由第一二极管d1和第二二极管d2组成，驱动控制电路10发送开启驱动信号至第一功率器件q1、第二功率器件q2、第三功率器件q3的控制端(栅极)，提供可靠的电流路径，并且在关断时将会钳住第一功率器件q1、第二功率器件q2、第三功率器件q3栅极电压而保护驱动设备。
56.继续参考图5，可选地，固态断路器还包括功率器件驱动电路80，功率器件驱动电路80的第一端与驱动控制电路10的第一端连接，功率器件驱动电路80的第二端与第一保护电路50的第二端连接。
57.具体的，功率器件驱动电路80可以为信号发生电路，用于发送驱动信号实现对第一功率器件q1、第二功率器件q2、第三功率器件q3的关断控制。
58.继续参考图5，可选地，缓冲电路40包括第一缓冲单元41、第二缓冲单元42和第三缓冲单元43；第一缓冲单元41的第一端和第二端分别与第一功率器件q1的第一端和第二端连接，第二缓冲单元42的第一端和第二端分别与第二功率器件q2的第一端和第二端连接，第三缓冲单元43的第一端和第二端分别与第三功率器件q3的第一端和第二端连接。
59.具体的，第一缓冲单元41、第二缓冲单元42和第三缓冲单元43由电阻和电容串联形成，调整电阻和电容的参数，可达到提升电路稳定性和改变固态断路器关断延时的效果。
60.继续参考图5，可选地，第一缓冲单元41包括第一电阻rs1和第一电容cs1，第二缓冲单元42包括第二电阻rs2和第二电容cs2，第三缓冲单元43包括第三电阻rs3和第三电容cs3；第一电阻rs1的第一端与第一功率器件q1的第一端连接，第一电阻rs1的第二端与第一电容cs1的第一端连接，第一电容cs1的第二端与第一功率器件q1的第二端连接；第二电阻rs2的第一端与第二功率器件q2的第一端连接，第二电阻rs2的第二端与第二电容cs2的第一端连接，第二电容cs2的第二端与第二功率器件q2的第二端连接；第三电阻rs3的第一端与第三功率器件q3的第一端连接，第三电阻rs3的第二端与第三电容cs3的第一端连接，第三电容cs3的第二端与第三功率器件q3的第二端连接。
61.具体的，调整第一电阻rs1和第一电容cs1、第二电阻rs2和第二电容cs2、第三电阻rs3和第三电容cs3的参数，可达到提升电路稳定性和改变断路器关断延时的效果。根据小信号稳定性分析和pspice模拟结果，认为设置每个缓冲单元中的电阻为100ω，电容为100nf时，固态断路器整体会达到稳定，且关断延迟较低。
62.继续参考图5，可选地，第一保护电路50包括第一压敏电阻mov1，第二保护电路60包括第二压敏电阻mov2，第三保护电路70包括第三压敏电阻mov3；第一压敏电阻mov1的第一端和第二端分别与第一功率器件q1的第一端和第二端连接，第二压敏电阻mov2的第一端和第二端分别与第二功率器件q2的第一端和第二端连接，第三压敏电阻mov3的第一端和第二端分别与第三功率器件q3的第一端和第二端连接。
63.具体的，第一压敏电阻mov1、第二压敏电阻mov2和第三压敏电阻mov3可以为金属氧化物压敏电阻，用于防护因为电力供应系统的暂态电压突波所可能对电路的伤害。当高压来到时，压敏电阻的电阻降低而将电流予以分流，因而保护了敏感的电子元件。金属氧化物压敏电阻的参数对断路器的性能如电压尖峰和母线电压的设置影响极大。因此，通过实验和模拟调查，尤其需要注意不同型号的直流可通过电压和压敏电压。前者限制了单个金属氧化物压敏电阻所能承受的电压，后者为金属氧化物压敏电阻的阈值电压。在固定母线电压后，需选取与该电压适配的型号以达到较小的电压尖峰。
64.继续参考图5，可选地，固态断路器还包括第一栅极电阻rg1、第二栅极电阻rg2和第三栅极电阻rg3，第一栅极电阻rg1的第一端与第一二极管d1的阳极连接，第一栅极电阻rg1的第二端与第一功率器件q1的控制端连接，第二栅极电阻rg2的第一端与第一二极管d1的阴极连接，第二栅极电阻rg2的第二端与第二功率器件q2的控制端连接，第三栅极电阻rg3的第一端与第二二极管d2的阴极连接，第三栅极电阻rg3的第二端与第三功率器件q3的控制端连接。
65.具体的，栅极电阻的作用是消除栅极振荡，igbt器件的栅射(或栅源)极之间是容性结构，栅极回路的寄生电感又是不可避免的，如果没有栅极电阻，那栅极回路在驱动器驱动脉冲的激励下要产生很强的振荡，因此必须串联一个电阻加以迅速衰减。
66.栅极电阻的作用是转移驱动器的功率损耗，电容电感都是无功元件，如果没有栅极电阻，驱动功率就将绝大部分消耗在驱动器丙部的输出管上，使其温度上升很多。
67.栅极电阻的作用是调节功率开关器件的通断速度，栅极电阻小，开关器件通断快，开关损耗小；反之则慢，同时开关损耗大。但驱动速度过快将使开关器件的电压和电流变化率大大提高，从而产生较大的干扰，严重的将使整个装置无法工作，因此必须统筹兼顾。
68.图6是根据本发明实施例提供的一种固态断路器的波形变化示意图，图7是根据本
发明实施例提供的又一种固态断路器的波形变化示意图，图8是根据本发明实施例提供的又一种固态断路器的波形变化示意图，图9是根据本发明实施例提供的又一种固态断路器的波形变化示意图，参考图6、图7、图8和图9，图中vge1为第一功率器件q1的栅极-发射极电压，vge2为第二功率器件q2的栅极-发射极电压，vce1与vce2分别为第一功率器件q1、第二功率器件q2的集电极-发射极电压，vce(sum)为三个功率器件的集电极-发射极的总电压，i
line
为主回路电流。
69.应用该拓扑结构的固态断路器后，vge上的振荡明显被抑制，固态断路器稳定性有极大提升。此外，观察其vce图像，vce1与vce2基本重合，从图9的放大示意图可以看出，两波形的延迟仅有约为0.15μs，说明了该拓扑结构的固态断路器具有良好的电压均衡性。
70.图10是根据本发明实施例提供的一种栅极-发射极电压与主回路电流波形图，图11是根据本发明实施例提供的一种集电极-发射极电压与主回路电流波形图，参考图10和图11，图中vge1、vge2、vge3分别为第一功率器件q1、第二功率器件q2、第三功率器件q3的栅极-发射极电压，vce1、vce2、vce2分别为第一功率器件q1、第二功率器件q2、第三功率器件q3的集电极-发射极电压，i
line
为主回路电流。
71.对基于三个igbt功率器件的拓扑结构进行800v母线电压实验验证后，实验结果如图10和图11所示，尖峰电流高于20a，固态断路器成功关断。实验结果与模拟图相一致，成功验证了该方法对栅极振荡的抑制，同时又确保了良好的电压均衡性和关断延迟。
72.本发明实施例还提供了一种直流配电系统，该直流配电系统包括本发明任意实施例所提供的固态断路器。
73.由于直流配电系统包括本发明任意实施例提供的固态断路器，因此，上述直流配电系统与固态断路器的有益效果相同，在此不再赘述。
74.上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

技术特征：
1.一种固态断路器，其特征在于，包括：第一功率器件、第二功率器件、第三功率器件、驱动控制电路、第一关断电路、第二关断电路、缓冲电路、第一保护电路、第二保护电路和第三保护电路；所述驱动控制电路的第一端与所述第一功率器件的控制端连接，所述驱动控制电路的第二端与所述第二功率器件的控制端连接，所述驱动控制电路的第三端与所述第三功率器件的控制端连接，所述第一功率器件的第二端与所述第二功率器件的第一端连接，所述第二功率器件的第二端与所述第三功率器件的第一端连接，所述驱动控制电路用于将驱动开启信号发送至所述第一功率器件、所述第二功率器件以及所述第三功率器件的控制端，且在所述第一功率器件、所述第二功率器件以及所述第三功率器件关断时分别对应钳制其控制端的电压；所述第二关断电路的第一端和第二端分别与所述第三功率器件的控制端和所述第二功率器件的控制端连接，所述第二关断电路的第三端和第四端分别与所述第三保护电路的第一端和所述第二保护电路的第一端连接，所述第二关断电路用于抑制所述第二保护电路和所述第三保护电路中的寄生电容以及控制所述第二功率器件和所述第三功率器件控制端与第二端之间的电压；所述第一关断电路的第一端和第二端分别与所述第二关断电路的第三端和第四端连接，所述第一关断电路的第三端和第四端分别与所述第三保护电路的第二端和第二保护电路的第二端连接，所述第一关断电路用于控制所述第二功率器件和所述第三功率器件的关断；所述缓冲电路的第一端、第二端和第三端分别与所述第三功率器件的第一端、所述第二功率器件的第一端和所述第一功率器件的第一端连接，所述缓冲电路的第四端、第五端和第六端分别与所述第三功率器件的第二端、所述第二功率器件的第二端和所述第一功率器件的第二端连接；所述第一保护电路的第一端和第二端分别与所述第一功率器件的第一端和第二端连接，所述第二保护电路的第一端和第二端分别与所述第二功率器件的第一端和第二端连接，所述第三保护电路的第一端和第二端分别与所述第三功率器件的第一端和第二端连接。2.根据权利要求1所述的固态断路器，其特征在于，所述第二关断电路包括第五二极管和第六二极管；所述第五二极管的阳极与所述第二功率器件的控制端连接，所述第五二极管的阴极与所述第二保护电路的第一端连接，所述第六二极管的阳极与所述第三功率器件的控制端连接，所述第六二极管的阴极与所述第三保护电路的第一端连接。3.根据权利要求2所述的固态断路器，其特征在于，所述第一关断电路包括第三二极管和第四二极管；所述第三二极管的阳极与所述第二保护电路的第二端连接，所述第三二极管的阴极与所述第六二极管的阴极连接，所述第四二极管的阳极与所述第三保护电路的第二端连接，所述第四二极管的阴极与所述第六二极管的阴极连接。4.根据权利要求1所述的固态断路器，其特征在于，所述驱动控制电路包括第一二极管和第二二极管；
所述第一二极管的阳极与所述第一功率器件的控制端连接，所述第一二极管的阴极与所述第二二极管的阳极以及所述第二功率器件的控制端连接，所述第二二极管的阴极与所述第三功率器件的控制端连接。5.根据权利要求1所述的固态断路器，其特征在于，还包括功率器件驱动电路，所述功率器件驱动电路的第一端与所述驱动控制电路的第一端连接，所述功率器件驱动电路的第二端与所述第一保护电路的第二端连接。6.根据权利要求1所述的固态断路器，其特征在于，所述缓冲电路包括第一缓冲单元、第二缓冲单元和第三缓冲单元；所述第一缓冲单元的第一端和第二端分别与所述第一功率器件的第一端和第二端连接，所述第二缓冲单元的第一端和第二端分别与所述第二功率器件的第一端和第二端连接，所述第三缓冲单元的第一端和第二端分别与所述第三功率器件的第一端和第二端连接。7.根据权利要求6所述的固态断路器，其特征在于，所述第一缓冲单元包括第一电阻和第一电容，所述第二缓冲单元包括第二电阻和第二电容，所述第三缓冲单元包括第三电阻和第三电容；所述第一电阻的第一端与所述第一功率器件的第一端连接，所述第一电阻的第二端与所述第一电容的第一端连接，所述第一电容的第二端与所述第一功率器件的第二端连接；所述第二电阻的第一端与所述第二功率器件的第一端连接，所述第二电阻的第二端与所述第二电容的第一端连接，所述第二电容的第二端与所述第二功率器件的第二端连接；所述第三电阻的第一端与所述第三功率器件的第一端连接，所述第三电阻的第二端与所述第三电容的第一端连接，所述第三电容的第二端与所述第三功率器件的第二端连接。8.根据权利要求1所述的固态断路器，其特征在于，所述第一保护电路包括第一压敏电阻，所述第二保护电路包括第二压敏电阻，所述第三保护电路包括第三压敏电阻；所述第一压敏电阻的第一端和第二端分别与所述第一功率器件的第一端和第二端连接，所述第二压敏电阻的第一端和第二端分别与所述第二功率器件的第一端和第二端连接，所述第三压敏电阻的第一端和第二端分别与所述第三功率器件的第一端和第二端连接。9.根据权利要求4所述的固态断路器，其特征在于，还包括第一栅极电阻、第二栅极电阻和第三栅极电阻，所述第一栅极电阻的第一端与所述第一二极管的阳极连接，所述第一栅极电阻的第二端与所述第一功率器件的控制端连接，所述第二栅极电阻的第一端与所述第一二极管的阴极连接，所述第二栅极电阻的第二端与所述第二功率器件的控制端连接，所述第三栅极电阻的第一端与所述第二二极管的阴极连接，所述第三栅极电阻的第二端与所述第三功率器件的控制端连接。10.一种直流配电系统，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的固态断路器。

技术总结
本发明实施例公开了一种固态断路器和直流配电系统。固态断路器包括第一功率器件、第二功率器件、第三功率器件、驱动控制电路、第一关断电路、第二关断电路、缓冲电路、第一保护电路、第二保护电路和第三保护电路；驱动控制电路用于将驱动开启信号发送至第一功率器件、第二功率器件以及第三功率器件的控制端，且在第一功率器件、第二功率器件以及第三功率器件关断时分别对应钳制其控制端的电压；第二关断电路用于抑制第二保护电路和第三保护电路中的寄生电容以及控制第二功率器件和第三功率器件控制端与第二端之间的电压。本发明消除由复杂电路寄生参数引起的栅极振荡，增加固态断路器的运行稳定性，确保固态短路器保护的成功率。率。率。


技术研发人员：梁心然 文辉清 解卓玮 徐培超
受保护的技术使用者：西交利物浦大学
技术研发日：2023.07.18
技术公布日：2023/10/19