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1、(10)申请公布号 CN 102832693 A (43)申请公布日 2012.12.19 C N 1 0 2 8 3 2 6 9 3 A *CN102832693A* (21)申请号 201210293382.2 (22)申请日 2012.08.16 H02J 9/06(2006.01) (71)申请人华中科技大学 地址 430074 湖北省武汉市洪山区珞瑜路 1037号 (72)发明人陆继明 毛承雄 王丹 何宇 田兵 周彬倩 (74)专利代理机构华中科技大学专利中心 42201 代理人朱仁玲 (54) 发明名称 一种单向直流配电网的双电源自动转换开关 装置 (57) 摘要 本发明公开了一种。
2、单向直流配电网的双电源 自动转换开关装置，包括第一机械开关、第一静态 开关、第二机械开关、第二静态开关、第三机械开 关、第三静态开关、第四机械开关和第四静态开 关；第一静态开关的一端连接至外部的第一直流 电源的正极，另一端连接至负载的正极；第二静 态开关的一端连接至第一直流电源的负极，另一 端连接至负载的负极；第三静态开关的一端连接 至外部的第二直流电源的正极，另一端连接至负 载的正极；第四静态开关的一端连接至第二直流 电源的负极，另一端连接至负载的负极。本发明采 用静态开关和机械式开关并联结构，交替工作，发 生转换时，静态开关动作，开关时间远小于机械开 关固有合闸时间，可快速导通负载电流。 。
3、(51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书4页 附图4页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 4 页 1/1页 2 1.一种单向直流配电网的双电源自动转换开关装置，其特征在于，包括第一机械开关、 第一静态开关、第二机械开关、第二静态开关、第三机械开关、第三静态开关、第四机械开关 和第四静态开关； 所述第一静态开关的一端连接至外部的第一直流电源的正极，另一端连接至外部的负 载的正极； 所述第一机械开关与所述第一静态开关并联连接； 所述第二静态开关的一端连接至所述第一直流电源的负极，另一端连接至所述负载的 负极； 所述第二机械开。
4、关与所述第二静态开关并联连接； 所述第三静态开关的一端连接至外部的第二直流电源的正极，另一端连接至外部的负 载的正极； 所述第三机械开关与所述第三静态开关并联连接； 所述第四静态开关的一端连接至所述第二直流电源的负极，另一端连接至外部的负载 的负极； 所述第四机械开关与所述第四静态开关并联连接。 2.如权利要求1所述的开关装置，其特征在于，所述开关装置还包括第一二极管和电 感； 所述第一二极管的阴极分别与所述第三静态开关的另一端和所述第一静态开关的另 一端连接；所述第一二极管的阳极连接至负载的负极； 所述电感的一端与所述第一二极管的阴极连接，所述电感的另一端连接至所述负载的 正极。 3.如权利。
5、要求1或2所述的开关装置，其特征在于，所述第一静态开关、所述第二静态 开关、所述第三静态开关和所述第四静态开关具有相同的结构，每一个静态开关包括：开关 管、单向导通元件；所述开关管的第一端作为所述静态开关的一端，所述开关管的第二端连 接至所述单向导通元件的一端，所述单向导通元件的另一端作为所述静态开关的另一端； 所述开关管的控制端根据外部的控制信号控制其第一端与第二端之间的导通，所述开关管 的第一端与第二端之间接有防反接的二极管。 4.如权利要求3所述的开关装置，其特征在于，所述开关管为IGBT功率管，所述IGBT 功率管的门极作为所述开关管的控制端，所述IGBT功率管的发射极作为所述开关管的。
6、第 二端，所述IGBT功率管的集电极作为所述开关管的第一端。 5.如权利要求3所述的开关装置，其特征在于，所述开关管为门极可关断晶闸管、电力 晶体管或功率场效应晶体管。 6.如权利要求3所述的开关装置，其特征在于，所述单向导通元件为第二二极管，所述 第二二极管的阴极作为所述单向导通元件的另一端，所述第二二极管的阳极作为所述单向 导通元件的一端。 权 利 要 求 书CN 102832693 A 1/4页 3 一种单向直流配电网的双电源自动转换开关装置 技术领域 0001 本发明属于自动转换开关技术领域，更具体地，涉及一种单向直流配电网的双电 源自动转换开关装置。 背景技术 0002 电能质量是供。
7、用电双方关注的重要问题，它直接影响负载的正常运行。随着国民 经济和科学技术的发展，用户对电能质量要求越来越高。为提高供电可靠性，大型工业企业 内部往往设置有直流电源或者备用发电机。当一路电源发生如断电、缺相、过压、欠压等故 障时，利用自动转换开关能实现在第一直流电源和第二直流电源之间进行切换，以保证供 电可靠性。 0003 现在直流配电网发展迅速，对自动转换开关有了相应的需求。现有的自动转换开 关一般是针对交流配电网的机械式自动转换开关和静态转换开关。机械式自动转换开关由 于是机械式的结构，所以转换时间比较长。而静态转换开关的转换时间短，但存在稳态导通 损耗大的问题。 发明内容 0004 针对。
8、现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种单向直流配电网的双电源自动 转换开关装置，旨在解决现有的开关装置转换时间长、损耗大的问题。 0005 为实现上述目的，本发明提供了一种单向直流配电网的双电源自动转换开关装 置，包括第一机械开关、第一静态开关、第二机械开关、第二静态开关、第三机械开关、第三 静态开关、第四机械开关和第四静态开关；所述第一静态开关的一端连接至所述外部的第 一直流电源的正极，另一端连接至外部的负载的正极；所述第一机械开关与所述第一静态 开关并联连接；所述第二静态开关的一端连接至所述第一直流电源的负极，另一端连接至 所述负载的负极；所述第二机械开关与所述第二静态开关并联连接；所述。
9、第三静态开关的 一端连接至外部的第二直流电源的正极，另一端连接至外部的负载的正极；所述第三机械 开关与所述第三静态开关并联连接；所述第四静态开关的一端连接至所述第二直流电源的 负极，另一端连接至外部的负载的负极；所述第四机械开关与所述第四静态开关并联连接。 0006 更进一步地，所述开关装置还包括第一二极管和电感；所述第一二极管的阴极分 别与所述第三静态开关的另一端和所述第一静态开关的另一端连接；所述第一二极管的阳 极连接至负载的负极；所述电感的一端与所述第一二极管的阴极连接，所述电感的另一端 连接至所述负载的正极。 0007 更进一步地，所述第一静态开关、所述第二静态开关、所述第三静态开关和。
10、所述第 四静态开关具有相同的结构，每一个静态开关包括：开关管、单向导通元件；所述开关管的 第一端作为所述静态开关的一端，所述开关管的第二端连接至所述单向导通元件的一端， 所述单向导通元件的另一端作为所述静态开关的另一端；所述开关管的控制端根据外部的 控制信号控制其第一端与第二端之间的导通，所述开关管的第一端与第二端之间接有防反 说 明 书CN 102832693 A 2/4页 4 接的二极管。 0008 更进一步地，所述开关管为IGBT功率管，所述IGBT功率管的门极作为所述开关管 的控制端，所述IGBT功率管的发射极作为所述开关管的第二端，所述IGBT功率管的集电极 作为所述开关管的第一端。。
11、 0009 更进一步地，所述开关管为门极可关断晶闸管、电力晶体管或功率场效应晶体管。 0010 更进一步地，所述单向导通元件为第二二极管，所述第二二极管的阴极作为所述 单向导通元件的另一端，所述第二二极管的阳极作为所述单向导通元件的一端。 0011 本发明具有以下技术效果： 0012 (1)本发明在应用中，静态开关和机械式开关(ATSE)即采用并联结构，交替工作： 稳态时由机械式开关工作导通，机械触头的导通电阻小，因此大电流流过触点发热量很小， 不需要额外的散热装置；发生转换时，静态开关动作，开关时间远小于机械开关固有合闸时 间，可快速导通负载电流。 0013 (2)本发明在应用中，可形成电压。
12、源型和电流源型电路。 0014 (3)本发明适用于单向供电的直流配电网，其原因是采用的静态开关均为基于全 控型器件的可控单向开关。 0015 (4)本发明在应用中，静态开关的结构可以是逆导型结构和逆阻型结构。 附图说明 0016 图1是本发明第一实施例提供的单向直流配电网的双电源自动转换开关装置的 模块结构示意图； 0017 图2是本发明第二实施例提供的单向直流配电网的双电源自动转换开关装置的 模块结构示意图； 0018 图3为本发明实施例提供静态开关的具体电路图； 0019 图4为本发明实施例提供的单向直流配电网的双电源自动转换开关装置的具体 电路图。 具体实施方式 0020 为了使本发明的。
13、目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。 0021 本发明提出了一种适用于在单向供电的直流配电网中工作，简单可靠，较易实现， 采用全控器件与机械开关并联结构的双电源自动转换开关装置，从而满足直流配电网用户 的需求。图1是本发明第一实施例提供的单向直流配电网的双电源自动转换开关装置的模 块结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下： 0022 连接在外部的直流电源(10、20)与负载30之间的单向直流配电网的双电源自动 转换开关装置包括：第一机械开关11、第。
14、一静态开关21、第二机械开关12、第二静态开关 22、第三机械开关13、第三静态开关23、第四机械开关14和第四静态开关24；第一静态开 关21的一端连接至第一直流电源10的正极，另一端连接至外部的负载30的正极；第一机 械开关11与第一静态开关21并联连接；第二静态开关22的一端连接至第一直流电源10 说 明 书CN 102832693 A 3/4页 5 的负极，另一端连接至负载30的负极；第二机械开关12与第二静态开关22并联连接；第三 静态开关23的一端连接至第二直流电源20的正极，另一端连接至外部的负载30的正极； 第三机械开关13与第三静态开关23并联连接；第四静态开关24的一端连接。
15、至第二直流电 源20的负极，另一端连接至外部的负载30的负极；第四机械开关14与第四静态开关24并 联连接。 0023 在本发明实施例中，若负载30当前由第一直流电源10供电，若检测出电源异常则 启动转换；首先发出第一直流电源10机械开关分闸命令；然后发第二直流电源20静态开 关驱动信号，使其导通，同时发第二直流电源20机械开关合闸命令；待第二直流电源20机 械开关合闸后发出第二直流电源20静态开关关断的驱动信号；负载30与第二直流电源20 相连，转换完成。 0024 图2示出了本发明第二实施例提供的单向直流配电网的双电源自动转换开关装 置的模块结构，与第一实施例相比，增加了第一二极管D1和电。
16、感L1；第一二极管D1的阴极 分别与第三静态开关13的另一端和第一静态开关11的另一端连接；第一二极管D1的阳极 连接至负载30的负极；电感L1的一端与第一二极管D1的阴极连接，电感L1的另一端连接 至负载30的正极。 0025 在本发明实施例中，第一静态开关11、第二静态开关12、第三静态开关13和第四 静态开关14具有相同的结构，如图3所示，每一个静态开关包括：开关管和单向导通元件； 开关管的第一端作为静态开关的一端，开关管的第二端连接至单向导通元件的一端，单向 导通元件的另一端作为静态开关的另一端；开关管的控制端根据外部的控制信号控制其第 一端与第二端之间的导通，开关管的第一端与第二端之。
17、间接有防反接的二极管。而机械开 关可以为现有技术中的已有的器件。 0026 作为本发明的一个实施例，开关管可以为门极可关断晶闸管(GTO)、电力晶体管 (GTR)、功率场效应晶体管(Power MOSFET)或绝缘栅双极晶体管(IGBT)；当开关管为IGBT 功率管Q1时，IGBT功率管Q1的门极作为开关管的控制端，IGBT功率管Q1的发射极作为开 关管的第二端，IGBT功率管Q1的集电极作为开关管的第一端。 0027 作为本发明的一个实施例，单向导通元件可以为第二二极管D2，第二二极管D2的 阴极作为单向导通元件的另一端，第二二极管D2的阳极作为所述单向导通元件的一端。 0028 为了更进一。
18、步的说明本发明实施例提供的开关装置，图4给出了单向直流配电网 的双电源自动转换开关装置的具体电路；开关管以IGBT功率管Q1、单向导通元件以二极管 D2为例详述如下： 0029 单向直流配电网的双电源自动转换开关装置包括：机械开关K1、K2、K3、K4，IGBT 功率管Q1、Q2、Q3、Q4，二极管D21、D22、D23、D24；其中IGBT功率管Q1、Q2、Q3、Q4均带有防 反接的二极管；Q1的集电极与第一直流电源10的正极连接，Q1的发射极与D21的阳极连 接，D21的阴极与负载30的正极连接，Q1的门极接收外部的控制信号；机械开关K1的一端 与第一直流电源10的正极连接，另一端与负载3。
19、0的正极连接；D22的阴极与第一直流电源 10的负极连接，D22的阳极与Q2的发射极连接，Q2的集电极连接至负载30的负极，Q2的 门极接收外部的控制信号；机械开关K2的一端与第一直流电源10的负极连接，另一端与负 载30的负极连接；Q3的集电极与第二直流电源20的正极连接，Q3的发射极与D23的阳极 连接，D23的阴极与负载30的正极连接，Q3的门极接收外部的控制信号；机械开关K3的一 说 明 书CN 102832693 A 4/4页 6 端与第二直流电源20的正极连接，另一端与负载30的正极连接；D24的阴极与第二直流电 源20的负极连接，D24的阳极与Q4的发射极连接，Q4的集电极连接至。
20、负载30的负极，Q4 的门极接收外部的控制信号；机械开关K4的一端与第二直流电源20的负极连接，另一端与 负载30的负极连接。 0030 本发明采用静态开关与机械开关并联的结构，在发生转换，要投入相应的电源时， 同时发出相应的静态开关和机械开关的闭合命令，静态开关闭合时间远小于机械开关固有 合闸时间，可有效的缩短转换时间。此装置适用于单向供电的直流配电网。 0031 本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以 限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含 在本发明的保护范围之内。 说 明 书CN 102832693 A 1/4页 7 图1 说 明 书 附 图CN 102832693 A 2/4页 8 图2 说 明 书 附 图CN 102832693 A 3/4页 9 图3 说 明 书 附 图CN 102832693 A 4/4页 10 图4 说 明 书 附 图CN 102832693 A 10 。