A solid-state zero current switching circuit breaker (100) configured to interrupt current flow between a voltage input and a load (120), the solid-state zero current switching circuit breaker comprising: (i) a first resonant tank circuit, the first resonant tank circuit comprising a first resonant capacitor cell (102a) and a first resonance inductor (106a), wherein the first resonant capacitor cell includes an input connected to a first input rail (104a) and configured to receive a source voltage from the voltage input and an output configured to deliver drive current to the load, wherein the first resonant inductor (106a) has a first terminal connected to the output of the first resonant capacitor cell (102a) and a second terminal connected to a first output terminal (108a); wherein the first resonant capacitor cell comprises a plurality of current-directional controlled semiconductor switching devices (112) and a resonance capacitor (114a) arranged as a bridge rectifier circuit, wherein the first resonant capacitor cell is configured to selectively limit the drive current to the output based on a variable voltage; (ii) a second resonant tank circuit comprising a second resonant capacitor cell (102b) and a second resonant inductor (106b); wherein the second resonant capacitor cell includes an input connected to a first input rail (104b) and configured to receive a source voltage from the voltage input and an output configured to deliver drive current to the load; wherein the second resonant inductor (106b) has a first terminal connected to the output of the second resonant capacitor cell (102b) and a second terminal connected to a second output terminal (108b); wherein the second resonant capacitor cell comprises a plurality of current-directional controlled semiconductor switching devices (116) and a resonance capacitor (114b) arranged as a bridge rectifier circuit, wherein the second resonant capacitor cell is configured to selectively limit the drive current to the output based on a variable voltage; (iii) a first voltage clamping diode (118a) configured to switch on in response to a short-circuit fault or an overload condition between the voltage input and the load, and to limit current delivered to the first resonant capacitor cell in response to detecting the short-circuit fault condition thereby adjusting the variable voltage such that the first resonant capacitor cell limits the drive current delivered to the output to disconnect the load, wherein the first voltage clamping diode (118a) comprises a cathode connected to the first input rail (104a) and an anode connected to the first terminal of the second resonance inductor (106b); and (iv) a second voltage clamping diode (118b) configured to switch on in response to a short-circuit fault or an overload condition between the voltage input and the load, and to limit current delivered to the second resonant capacitor cell in response to detecting the short-circuit fault condition thereby adjusting the variable voltage such that the second resonant capacitor cell limits the drive current delivered to the output to disconnect the load, wherein the second voltage clamping diode (118b) comprises a cathode connected to the second input rail (104b) and an anode connected to the first terminal of the first resonance inductor (106a).
The solid-state zero current switching circuit breaker of claim 1, wherein the plurality of current-directional controlled semiconductor switching devices are each configured to deliver the drive current to the output when voltage across the current-directional controlled semiconductor switching device exceeds a voltage threshold and to limit the drive current when voltage across the current-directional controlled semiconductor switching device is below the voltage threshold.
The solid-state zero current switching circuit breaker of claim 2, wherein each voltage clamping diode is a current-direction controllable semiconductor device configured to selectively operate in one of an activated mode or a deactivated mode based on the short-circuit fault condition.
The solid-state zero current switching circuit breaker of claim 3, wherein the activated mode maintains the voltage across the plurality of current-directional controlled semiconductor switching devices below the voltage threshold such that the drive current is limited.
The solid-state zero current switching circuit breaker of claim 4, wherein each voltage clamping diode determines the short-circuit condition exists when a voltage differential across the at least one voltage clamping diode exceeds a fault voltage threshold, and determines the short-circuit condition does not exist when the voltage differential is at or below the fault voltage threshold.
The solid-state zero current switching circuit breaker of claim 5, wherein the plurality of current-directional controlled semiconductor switching devices includes a plurality of thyristors, each of the thyristors including a gate terminal and at least one of the thyristors configured to inhibit the drive current in response to terminating a gate signal to the gate terminal.
The solid-state zero current switching circuit breaker of claim 6, wherein the bridge rectifier circuit comprises: a first positive-side thyristor having an anode connected to the input and a cathode connected to a first terminal of the resonance capacitor; a second positive-side thyristor having an anode connected to the input and a cathode connected to an opposite terminal of the resonance capacitor; a third positive-side thyristor having an anode connected to the first terminal of the resonance capacitor and a cathode connected to the output; and a fourth positive-side thyristor having an anode connected to the opposite terminal of the resonance capacitor and a cathode connected to the output.
The solid-state zero current switching circuit breaker of claim 7, wherein the voltage clamping diodes are configured to provide intrinsic current and power limits independent of an overload protection provided by the resonant capacitor cells.
The solid-state zero current switching circuit breaker of claim 7, wherein the bridge rectifier circuit further includes controllable inductor connected between the resonance capacitor and the second positive-side thyristor, the controllable inductor selectively operable in a passive mode and a full inductance mode to limit a level of current through the second positive-side thyristor based on capacitor current level flowing through the resonant capacitor, optionally wherein the controllable inductor initiates the passive mode and the full inductance mode in response to an electronic control signal, the passive mode generating a first inductance and the full inductance mode generating a second inductance that is greater than the first inductance.
A solid-state circuit protection system (200), comprising: the solid-state zero current switching circuit breaker (100) of claim 1, and an electronic circuit breaker control module (202); wherein the plurality of current-directional controlled semiconductor switching devices (112) of the first resonant capacitor cell is a plurality of positive-side semiconductor devices (112) configured to deliver a first drive current to the positive-side output, and wherein the first resonant capacitor cell includes at least one positive-side controllable inductor (122a) configured to selectively limit a level of the first drive current flowing through at least one of the positive-side semiconductor devices; wherein the plurality of current-directional controlled semiconductor switching devices (112) of the second resonant capacitor cell is a plurality of negative-side semiconductor devices (116) configured to deliver a second drive current to the negative-side output, and wherein the second resonant capacitor cell includes at least one negative-side controllable inductor (122b) configured to selectively limit a level of the second drive current flowing through at least one of the negative-side semiconductor devices; and wherein the electronic circuit breaker control module (202) is in signal communication with the positive-side resonant capacitor cell and the negative-side resonant capacitor cell, and is configured to monitor a current level of at least one of the first and second drive currents, and to initiate at least one of the positive-side and negative-side controllable inductors from the passive mode into the full inductance mode in response to a current level of the first and second drive current, respectively, exceeding a current level threshold.
The solid-state circuit protection system of claim 10, wherein the first resonant capacitor cell and the second resonant capacitor cell are each configured to selectively limit the drive current to the first and second outputs, respectively, based on first and second variable voltages, respectively.
The solid-state circuit protection system of claim 11, wherein the circuit breaker control module generates a control signal that continuously switches on and off at least one positive-side semiconductor device to limit the positive-side drive current in response to varying the first variable voltage via the activated first voltage clamping diode, and wherein at least one negative-side semiconductor device is continuously switched on and off to limit the drive current to the negative-side output in response to varying the second variable voltage via the activated second voltage clamping diode; and, optionally, wherein the plurality of first semiconductor devices and the plurality of second semiconductor devices comprise of thyristors having a gate terminal, at least one thyristor configured to inhibit the drive current in response to terminating a gate signal to the gate terminal, and wherein the first and second voltage clamping diodes comprise of diodes.
A method of interrupting current flow between a voltage input and a load (120) using a solid-state zero current switching circuit breaker according to claim 1, comprising: delivering a source voltage from the voltage input to an input (104) of the first resonant tank circuit and the second resonant tank circuit and delivering drive current from the source voltage to a load (120) connected to the first output terminal (108a) and the second output terminal (108b) of the first and second tank circuits; switching on the first voltage clamping diode (118a) or the second voltage clamping diode in response to a short-circuit fault condition or an overload condition between the voltage input providing the source voltage and the load, and limiting current delivered to the respective resonant capacitor cell in response to detecting the short-circuit fault condition or the overload condition thereby adjusting a variable voltage applied to the respective resonant capacitor cell; and limiting the drive current flowing through the respective resonant capacitor cell in response to adjusting the variable voltage.
The method of claim 13, wherein the limiting the drive current includes continuously switching on and off at least one semiconductor device included the at least on resonant capacitor cell to limit the drive current in response to adjusting the variable voltage; and, optionally, wherein the method further comprises maintaining the at least one semiconductor device switched on to deliver uninhibited current to the load when the short-circuit fault or an overload condition is not detected; and, optionally, wherein the method further comprises detecting the short-circuit fault or an overload condition in response to determining a voltage differential across at least one voltage clamping diode exceeds a fault voltage threshold, and determining the short-circuit condition does not exist when the voltage differential is at or below the fault voltage threshold; and, optionally, wherein the method further comprises selectively switching on the at least one voltage clamping diode in response to the short-circuit fault or an overload condition and adjusting the variable voltage in response to switching on the at least one at least one voltage clamping switch; and, optionally, wherein the method further comprises dynamically increasing an inductance in the at least one resonant capacitor cell in response to detecting that at least one semiconductor device is faulty such that a level of the drive current flowing through the faulty semiconductor device is reduced.
Festkörper-Nullstromschaltleistungsschalter (100), ausgelegt zum Unterbrechen eines Stromflusses zwischen einem Spannungseingang und einer Last (120), wobei der Festkörper-Nullstromschaltleistungsschalter Folgendes umfasst: (i) einen ersten Resonanzkreis, wobei der erste Resonanzkreis eine erste Resonanzkondensatorzelle (102a) und eine erste Resonanzinduktivität (106a) umfasst, wobei die erste Resonanzkondensatorzelle einen Eingang, der mit einer ersten Eingangsschiene (104a) verbunden und dazu ausgelegt ist, eine Quellenspannung von dem Spannungseingang zu empfangen, und ein Ausgang, der dazu ausgelegt ist, Antriebsstrom an die Last zu liefern, aufweist, wobei die erste Resonanzinduktivität (106a) einen ersten Anschluss, der mit dem Ausgang der ersten Resonanzkondensatorzelle (102a) verbunden ist, und einen zweiten Anschluss, der mit einem ersten Ausgangsanschluss (108a) verbunden ist, aufweist; wobei die erste Resonanzkondensatorzelle mehrere stromrichtungsgesteuerte Halbleiterschaltvorrichtungen (112) und einen Resonanzkondensator (114a) umfasst, die als Brückengleichrichterschaltung angeordnet sind, wobei die erste Resonanzkondensatorzelle dazu ausgelegt ist, den Antriebsstrom an den Ausgang selektiv basierend auf einer variablen Spannung zu begrenzen; (ii) einen zweiten Resonanzkreis, der eine zweite Resonanzkondensatorzelle (102b) und eine zweite Resonanzinduktivität (106b) umfasst; wobei die zweite Resonanzkondensatorzelle einen Eingang, der mit einer ersten Eingangsschiene (104b) verbunden und dazu ausgelegt ist, eine Quellenspannung von dem Spannungseingang zu empfangen, und ein Ausgang, der dazu ausgelegt ist, Antriebsstrom an die Last zu liefern, aufweist; wobei die zweite Resonanzinduktivität (106b) einen ersten Anschluss, der mit dem Ausgang der zweiten Resonanzkondensatorzelle (102b) verbunden ist, und einen zweiten Anschluss, der mit einem zweiten Ausgangsanschluss (108b) verbunden ist, aufweist; wobei die zweite Resonanzkondensatorzelle mehrere stromrichtungsgesteuerte Halbleiterschaltvorrichtungen (116) und einen Resonanzkondensator (114b) umfasst, die als Brückengleichrichterschaltung angeordnet sind, wobei die zweite Resonanzkondensatorzelle dazu ausgelegt ist, den Antriebsstrom an den Ausgang selektiv basierend auf einer variablen Spannung zu begrenzen; (iii) eine erste Spannungsklemmdiode (118a), ausgelegt zum Einschalten als Reaktion auf einen Kurzschlussfehler oder eine Überlastbedingung zwischen dem Spannungseingang und der Last und zum Begrenzen des an die erste Resonanzkondensatorzelle gelieferten Stroms als Reaktion auf die Erkennung der Kurzschlussfehlerbedingung, wodurch die variable Spannung so angepasst wird, dass die erste Resonanzkondensatorzelle den an den Ausgang gelieferten Antriebsstrom begrenzt, um die Last zu trennen, wobei die erste Spannungsklemmdiode (118a) eine Kathode, die mit der ersten Eingangsschiene (104a) verbunden ist, und eine Anode, die mit dem ersten Anschluss der zweiten Resonanzinduktivität (106b) verbunden ist, umfasst; und (iv) eine zweite Spannungsklemmdiode (118b), ausgelegt zum Einschalten als Reaktion auf einen Kurzschlussfehler oder eine Überlastbedingung zwischen dem Spannungseingang und der Last und zum Begrenzen des an die zweite Resonanzkondensatorzelle gelieferten Stroms als Reaktion auf die Erkennung der Kurzschlussfehlerbedingung, wodurch die variable Spannung so angepasst wird, dass die zweite Resonanzkondensatorzelle den an den Ausgang gelieferten Antriebsstrom begrenzt, um die Last zu trennen, wobei die zweite Spannungsklemmdiode (118b) eine Kathode, die mit der zweiten Eingangsschiene (104b) verbunden ist, und eine Anode, die mit dem ersten Anschluss der ersten Resonanzinduktivität (106a) verbunden ist, umfasst.
Festkörper-Nullstromschaltleistungsschalter nach Anspruch 1, wobei die mehreren stromrichtungsgesteuerten Halbleiterschaltvorrichtungen jeweils dazu ausgelegt sind, den Antriebsstrom an den Ausgang zu liefern, wenn die Spannung an der stromrichtungsgesteuerten Halbleiterschaltvorrichtung eine Spannungsschwelle überschreitet, und den Antriebsstrom zu begrenzen, wenn die Spannung an der stromrichtungsgesteuerten Halbleiterschaltvorrichtung unter der Spannungsschwelle liegt.
Festkörper-Nullstromschaltleistungsschalter nach Anspruch 2, wobei jede Spannungsklemmdiode eine stromrichtungssteuerbare Halbleitervorrichtung ist, die dazu ausgelegt ist, basierend auf der Kurzschlussfehlerbedingung selektiv in entweder einem aktivierten Modus oder einem deaktivierten Modus zu arbeiten.
Festkörper-Nullstromschaltleistungsschalter nach Anspruch 3, wobei der aktivierte Modus die Spannung an den mehreren stromrichtungsgesteuerten Halbleiterschaltvorrichtungen unter der Spannungsschwelle hält, sodass der Antriebsstrom begrenzt wird.
Festkörper-Nullstromschaltleistungsschalter nach Anspruch 4, wobei jede Spannungsklemmdiode bestimmt, dass die Kurzschlussbedingung besteht, wenn eine Spannungsdifferenz an der mindestens einen Spannungsklemmdiode eine Fehlerspannungsschwelle überschreitet, und bestimmt, dass die Kurzschlussbedingung nicht vorliegt, wenn die Spannungsdifferenz bei oder unter der Fehlerspannungsschwelle liegt.
Festkörper-Nullstromschaltleistungsschalter nach Anspruch 5, wobei die mehreren stromrichtungsgesteuerten Halbleiterschaltvorrichtungen mehrere Thyristoren aufweisen, wobei jeder der Thyristoren einen Gate-Anschluss aufweist und mindestens einer der Thyristoren dazu ausgelegt ist, den Antriebsstrom als Reaktion auf das Beenden eines Gate-Signals an den Gate-Anschluss zu sperren.
Festkörper-Nullstromschaltleistungsschalter nach Anspruch 6, wobei die Brückengleichrichterschaltung Folgendes umfasst: einen ersten positivseitigen Thyristor mit einer mit dem Eingang verbundenen Anode und einer mit einem ersten Anschluss des Resonanzkondensators verbundenen Kathode; einen zweiten positivseitigen Thyristor mit einer mit dem Eingang verbundenen Anode und einer mit einem entgegengesetzten Anschluss des Resonanzkondensators verbundenen Kathode; einen dritten positivseitigen Thyristor mit einer mit dem ersten Anschluss des Resonanzkondensators verbundenen Anode und einer mit dem Ausgang verbundenen Kathode; und einen vierten positivseitigen Thyristor mit einer mit dem entgegengesetzten Anschluss des Resonanzkondensators verbundenen Anode und einer mit dem Ausgang verbundenen Kathode.
Festkörper-Nullstromschaltleistungsschalter nach Anspruch 7, wobei die Spannungsklemmdioden dazu ausgelegt sind, intrinsische Strom- und Leistungsgrenzen unabhängig von einem durch die Resonanzkondensatorzellen bereitgestellten Überlastschutz bereitzustellen.
Festkörper-Nullstromschaltleistungsschalter nach Anspruch 7, wobei die Brückengleichrichterschaltung ferner eine steuerbare Induktivität beinhaltet, die zwischen den Resonanzkondensator und den zweiten positivseitigen Thyristor geschaltet ist, wobei die steuerbare Induktivität selektiv in einem passiven Modus und einem Vollinduktivitätsmodus betreibbar ist, um einen Strompegel durch den zweiten positivseitigen Thyristor basierend auf dem durch den Resonanzkondensator fließenden Kondensatorstrompegel zu begrenzen, wobei optional die steuerbare Induktivität den passiven Modus und den Vollinduktivitätsmodus als Reaktion auf ein elektronisches Steuersignal initiiert, wobei der passive Modus einen ersten Induktivitätswert erzeugt und der Vollinduktivitätsmodus einen zweiten Induktivitätswert, der größer als der erste Induktivitätswert ist, erzeugt.
Festkörperschaltungsschutzsystem (200), das Folgendes umfasst: den Festkörper-Nullstromschaltleistungsschalter (100) nach Anspruch 1 und ein elektronisches Leistungsschalter-Steuermodul (202); wobei es sich bei den mehreren stromrichtungsgesteuerten Halbleiterschaltvorrichtungen (112) der ersten Resonanzkondensatorzelle um mehrere positivseitige Halbleitervorrichtungen (112) handelt, die dazu ausgelegt sind, einen ersten Antriebsstrom an den positivseitigen Ausgang zu liefern, und wobei die erste Resonanzkondensatorzelle mindestens eine positivseitige steuerbare Induktivität (122a) aufweist, die dazu ausgelegt ist, einen Pegel des ersten Antriebsstroms, der durch mindestens eine der positivseitigen Halbleitervorrichtungen fließt, selektiv zu begrenzen; wobei es sich bei den mehreren stromrichtungsgesteuerten Halbleiterschaltvorrichtungen (112) der zweiten Resonanzkondensatorzelle um mehrere negativseitige Halbleitervorrichtungen (116) handelt, die dazu ausgelegt sind, einen zweiten Antriebsstrom an den negativseitigen Ausgang zu liefern, und wobei die zweite Resonanzkondensatorzelle mindestens eine negativseitige steuerbare Induktivität (122b) aufweist, die dazu ausgelegt ist, einen Pegel des zweiten Antriebsstroms, der durch mindestens eine der negativseitigen Halbleitervorrichtungen fließt, selektiv zu begrenzen; und wobei das elektronische Leistungsschalter-Steuermodul (202) in Signalkommunikation mit der positivseitigen Resonanzkondensatorzelle und der negativseitigen Resonanzkondensatorzelle steht und dazu ausgelegt ist, ein Strompegel des ersten und/oder zweiten Antriebsstroms zu überwachen und die positivseitige und/oder negativseitige steuerbare Induktivität als Reaktion darauf, dass ein Strompegel des ersten bzw. zweiten Antriebsstroms eine Stromschwelle überschreitet, aus dem passiven Modus in den Vollinduktivitätsmodus zu initiieren.
Festkörperschaltungsschutzsystem nach Anspruch 10, wobei die erste Resonanzkondensatorzelle und die zweite Resonanzkondensatorzelle jeweils dazu ausgelegt sind, den Antriebsstrom an den ersten bzw. zweiten Ausgang selektiv basierend auf einer ersten bzw. zweiten variablen Spannung zu begrenzen.
Festkörperschaltungsschutzsystem nach Anspruch 11, wobei das Leistungsschalter-Steuermodul ein Steuersignal erzeugt, das kontinuierlich mindestens eine positivseitige Halbleitervorrichtung ein- und ausschaltet, um den positivseitigen Antriebsstrom als Reaktion auf eine Variation der ersten variablen Spannung über die aktivierte erste Spannungsklemmdiode zu begrenzen, und wobei mindestens eine negativseitige Halbleitervorrichtung kontinuierlich ein- und ausgeschaltet wird, um den Antriebsstrom an den negativseitigen Ausgang als Reaktion auf eine Variation der zweiten variablen Spannung über die aktivierte zweite Spannungsklemmdiode zu begrenzen; und wobei optional die mehreren ersten Halbleitervorrichtungen und die mehreren zweiten Halbleitervorrichtungen Thyristoren mit einem Gate-Anschluss umfassen, wobei mindestens ein Thyristor dazu ausgelegt ist, den Antriebsstrom als Reaktion auf das Beenden eines Gate-Signals an die Gate-Anschluss zu sperren, und wobei die erste und zweite Spannungsklemmdiode aus Dioden bestehen.
Verfahren zum Unterbrechen des Stromflusses zwischen einem Spannungseingang und einer Last (120) unter Verwendung eines Festkörper-Nullstromschaltleistungsschalters nach Anspruch 1, umfassend: Liefern einer Quellenspannung von dem Spannungseingang an einen Eingang (104) des ersten Resonanzkreises und des zweiten Resonanzkreises und Liefern eines Antriebsstroms von der Quellenspannung an eine Last (120), die mit dem ersten Ausgangsanschluss (108a) und dem zweiten Ausgangsanschluss (108b) des ersten und zweiten Resonanzkreises verbunden ist; Einschalten der ersten Spannungsklemmdiode (118a) oder der zweiten Spannungsklemmdiode als Reaktion auf eine Kurzschlussfehlerbedingung oder eine Überlastbedingung zwischen dem Spannungseingang, der die Quellenspannung liefert, und der Last, und Begrenzen des Strom, der an die jeweilige Resonanzkondensatorzelle geliefert wird, als Reaktion auf die Erkennung der Kurzschlussfehlerbedingung oder der Überlastbedingung, wodurch eine an die jeweilige Resonanzkondensatorzelle angelegte variable Spannung angepasst wird; und Begrenzen des durch die jeweilige Resonanzkondensatorzelle fließenden Antriebsstroms als Reaktion auf das Anpassen der variablen Spannung.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Begrenzen des Antriebsstroms kontinuierliches Ein- und Ausschalten mindestens einer in der mindestens einen Resonanzkondensatorzelle enthaltenen Halbleitervorrichtung beinhaltet, um den Antriebsstrom als Reaktion auf die Anpassung der variablen Spannung zu begrenzen; und wobei das Verfahren optional ferner umfasst, die mindestens eine Halbleitervorrichtung eingeschaltet zu halten, um einen ungehinderten Strom an die Last zu liefern, wenn der Kurzschlussfehler oder eine Überlastungsbedingung nicht erkannt wird; und wobei das Verfahren optional ferner umfasst, den Kurzschlussfehler oder eine Überlastungsbedingung als Reaktion darauf zu erkennen, dass bestimmt wird, dass eine Spannungsdifferenz an mindestens einer Spannungsklemmdiode eine Fehlerspannungsschwelle überschreitet, und zu bestimmen, dass die Kurzschlussbedingung nicht vorliegt, wenn die Spannungsdifferenz bei oder unter der Fehlerspannungsschwelle liegt; und wobei das Verfahren optional ferner umfasst, die mindestens eine Spannungsklemmdiode als Reaktion auf den Kurzschlussfehler oder eine Überlastungsbedingung selektiv einzuschalten und die variable Spannung als Reaktion auf das Einschalten des mindestens einen Spannungsklemmschalters anzupassen; und wobei das Verfahren optional ferner umfasst, einen Induktivitätswert in der mindestens einen Resonanzkondensatorzelle als Reaktion auf die Erkennung, dass mindestens eine Halbleitervorrichtung fehlerhaft ist, dynamisch zu erhöhen, sodass ein Pegel des durch die fehlerhafte Halbleitervorrichtung fließenden Antriebsstroms reduziert wird.
Disjoncteur à commutation à courant nul à l'état solide (100) configuré pour interrompre un flux de courant entre une entrée de tension et une charge (120), le disjoncteur à commutation à courant nul à l'état solide comprenant : (i) un premier circuit oscillant résonant, le premier circuit oscillant résonant comprenant une première cellule de condensateur résonant (102a) et une première bobine d'inductance à résonance (106a), la première cellule de condensateur résonnant comportant une entrée connectée à un premier rail d'entrée (104a) et configurée pour recevoir une tension source provenant de l'entrée de tension et une sortie configurée pour délivrer un courant d'attaque à la charge, la première bobine d'inductance résonante (106a) ayant une première borne connectée à la sortie de la première cellule de condensateur résonnant (102a) et une deuxième borne connectée à une première borne de sortie (108a) ; la première cellule de condensateur résonnant comprenant une pluralité de dispositifs de commutation à semiconducteurs commandés dans le sens du courant (112) et un condensateur à résonance (114a) agencés en tant que circuit redresseur en pont, la première cellule de condensateur résonant étant configurée pour limiter sélectivement le courant d'attaque à la sortie sur la base d'une tension variable ; (ii) un deuxième circuit oscillant résonant comprenant une deuxième cellule de condensateur résonnant (102b) et une deuxième bobine d'inductance résonante (106b) ; la deuxième cellule de condensateur résonnant comportant une entrée connectée à un premier rail d'entrée (104b) et configurée pour recevoir une tension source provenant de l'entrée de tension et une sortie configurée pour délivrer un courant d'attaque à la charge ; la deuxième bobine d'inductance résonante (106b) ayant une première borne connectée à la sortie de la deuxième cellule de condensateur résonnant (102b) et une deuxième borne connectée à une deuxième borne de sortie (108b) ; la deuxième cellule de condensateur résonnant comprenant une pluralité de dispositifs de commutation à semiconducteurs commandés dans le sens du courant (116) et un condensateur à résonance (114b) agencés en tant que circuit redresseur en pont, la deuxième cellule de condensateur résonant étant configurée pour limiter sélectivement le courant d'attaque à la sortie sur la base d'une tension variable ; (iii) une première diode de calage de tension (118a) configurée pour s'allumer en réponse à un défaut de court-circuit ou à une condition de surcharge entre l'entrée de tension et la charge, et pour limiter un courant délivré à la première cellule de condensateur résonant en réponse à la détection de la condition de défaut de court-circuit ajustant ainsi la tension variable de telle sorte que la première cellule de condensateur résonant limite le courant d'attaque délivré à la sortie pour déconnecter la charge, la première diode de calage de tension (118a) comprenant une cathode connectée au premier rail d'entrée (104a) et une anode connectée à la première borne de la deuxième bobine d'inductance à résonance (106b) ; et (iv) une deuxième diode de calage de tension (118b) configurée pour s'allumer en réponse à un défaut de court-circuit ou à une condition de surcharge entre l'entrée de tension et la charge, et pour limiter un courant délivré à la deuxième cellule de condensateur résonant en réponse à la détection de la condition de défaut de court-circuit ajustant ainsi la tension variable de telle sorte que la deuxième cellule de condensateur résonant limite le courant d'attaque délivré à la sortie pour déconnecter la charge, la deuxième diode de calage de tension (118b) comprenant une cathode connectée au deuxième rail d'entrée (104b) et une anode connectée à la première borne de la première bobine d'inductance à résonance (106a).
Disjoncteur à commutation à courant nul à l'état solide selon la revendication 1, la pluralité de dispositifs de commutation à semiconducteurs commandés dans le sens du courant étant chacun configurés pour délivrer le courant d'attaque à la sortie lorsqu'une tension aux bornes du dispositif de commutation à semiconducteurs commandé dans le sens du courant dépasse un seuil de tension et pour limiter le courant d'attaque lorsque la tension aux bornes du dispositif de commutation à semiconducteurs commandé dans le sens du courant est en dessous du seuil de tension.
Disjoncteur à commutation à courant nul à l'état solide selon la revendication 2, chaque diode de calage de tension étant un dispositif à semiconducteurs commandable dans le sens du courant configuré pour fonctionner sélectivement dans un d'un mode activé et d'un mode désactivé sur la base de la condition de défaut de court-circuit.
Disjoncteur à commutation à courant nul à l'état solide selon la revendication 3, le mode activé maintenant la tension aux bornes de la pluralité de dispositifs de commutation à semiconducteurs commandés dans le sens du courant en dessous du seuil de tension de telle sorte que le courant d'attaque est limité.
Disjoncteur à commutation à courant nul à l'état solide selon la revendication 4, chaque diode de calage de tension déterminant que la condition de court-circuit existe lorsqu'un différentiel de tension aux bornes de l'au moins une diode de calage de tension dépasse un seuil de tension de défaut, et déterminant que la condition de court-circuit n'existe pas lorsque le différentiel de tension est au niveau ou en dessous du seuil de tension de défaut.
Disjoncteur à commutation à courant nul à l'état solide selon la revendication 5, la pluralité de dispositifs de commutation à semiconducteurs commandés dans le sens du courant comportant une pluralité de thyristors, chacun des thyristors comportant une borne de grille et au moins un des thyristors étant configuré pour inhiber le courant d'attaque en réponse à la fin d'un signal de grille à la borne de grille.
Disjoncteur à commutation à courant nul à l'état solide selon la revendication 6, le circuit redresseur en pont comprenant : un premier thyristor côté positif ayant une anode connectée à l'entrée et une cathode connectée à une première borne du condensateur à résonance ; un deuxième thyristor côté positif ayant une anode connectée à l'entrée et une cathode connectée à une borne opposée du condensateur à résonance ; un troisième thyristor côté positif ayant une anode connectée à la première borne du condensateur à résonance et une cathode connectée à la sortie ; et un quatrième thyristor côté positif ayant une anode connectée à la borne opposée du condensateur à résonance et une cathode connectée à la sortie.
Disjoncteur à commutation à courant nul à l'état solide selon la revendication 7, les diodes de calage de tension étant configurées pour fournir des limites de courant et de puissance intrinsèques indépendantes d'une protection contre les surcharges fournie par les cellules de condensateur résonant.
Disjoncteur à commutation à courant nul à l'état solide selon la revendication 7, le circuit redresseur en pont comportant en outre une bobine d'inductance commandable connectée entre le condensateur à résonance et le deuxième thyristor côté positif, la bobine d'inductance commandable fonctionnant sélectivement dans un mode passif et dans un mode inductance totale pour limiter un niveau de courant à travers le deuxième thyristor côté positif sur la base d'un niveau de courant de condensateur circulant à travers le condensateur résonant, éventuellement la bobine d'inductance commandable initiant le mode passif et le mode inductance totale en réponse à un signal de commande électronique, le mode passif générant une première inductance et le mode inductance totale générant une deuxième inductance qui est supérieure à la première inductance.
Système de protection de circuit à l'état solide (200), comprenant : le disjoncteur à commutation à courant nul à l'état solide (100) selon la revendication 1, et un module de commande de disjoncteur électronique (202) ; la pluralité de dispositifs de commutation à semiconducteurs commandés dans le sens du courant (112) de la première cellule de condensateur résonant étant une pluralité de dispositifs à semiconducteurs côté positif (112) configurés pour délivrer un premier courant d'attaque à la sortie côté positif, et la première cellule de condensateur résonant comportant au moins une bobine d'inductance commandable côté positif (122a) configurée pour limiter sélectivement un niveau du premier courant d'attaque circulant à travers au moins un des dispositifs à semiconducteurs côté positif ; la pluralité de dispositifs de commutation à semiconducteurs commandés dans le sens du courant (112) de la deuxième cellule de condensateur résonant étant une pluralité de dispositifs à semiconducteurs côté négatif (116) configurés pour délivrer un deuxième courant d'attaque à la sortie côté négatif, et la deuxième cellule de condensateur résonant comportant au moins une bobine d'inductance commandable côté négatif (122b) configurée pour limiter sélectivement un niveau du deuxième courant d'attaque circulant à travers au moins un des dispositifs à semiconducteurs côté négatif ; et le module de commande de disjoncteur électronique (202) étant en communication par signal avec la cellule de condensateur résonant côté positif et la cellule de condensateur résonant côté négatif, et étant configuré pour surveiller un niveau de courant d'au moins un des premier et deuxième courants d'attaque, et pour initier au moins une des bobines d'inductance commandables côté positif et côté négatif du mode passif au mode inductance totale en réponse au fait qu'un niveau de courant des premier et deuxième courants d'attaque, respectivement, dépasse un seuil de niveau de courant.
Système de protection de circuit à l'état solide selon la revendication 10, la première cellule de condensateur résonant et la deuxième cellule de condensateur résonant étant chacune configurées pour limiter sélectivement le courant d'attaque aux première et deuxième sorties, respectivement, sur la base de première et deuxième tensions variables, respectivement.
Système de protection de circuit à l'état solide selon la revendication 11, le module de commande de disjoncteur générant un signal de commande qui allume et éteint continuellement au moins un dispositif à semiconducteurs côté positif pour limiter le courant d'attaque côté positif en réponse à la variation de la première tension variable via la première diode de calage de tension activée, et au moins un dispositif à semiconducteurs côté négatif étant allumé et éteint continuellement pour limiter le courant d'attaque à la sortie côté négatif en réponse à la variation de la deuxième tension variable via la deuxième diode de calage de tension activée ; et, éventuellement, la pluralité de premiers dispositifs à semiconducteurs et la pluralité de deuxièmes dispositifs à semiconducteurs étant constituées de thyristors ayant une borne de grille, au moins un thyristor étant configuré pour inhiber le courant d'attaque en réponse à la fin d'un signal de grille à la borne de grille, et les première et deuxième diodes de calage de tension étant constituées de diodes.
Procédé d'interruption de flux de courant entre une entrée de tension et une charge (120) en utilisant un disjoncteur à commutation à courant nul à l'état solide selon la revendication 1, comprenant : la fourniture d'une tension source de l'entrée de tension à une entrée (104) du premier circuit oscillant résonant et du deuxième circuit oscillant résonant et la fourniture d'un courant d'attaque de la tension source à une charge (120) connectée à la première borne de sortie (108a) et à la deuxième borne de sortie (108b) des premier et deuxième circuits oscillants ; l'allumage de la première diode de calage de tension (118a) ou de la deuxième diode de calage de tension en réponse à une condition de défaut de court-circuit ou une condition de surcharge entre l'entrée de tension fournissant la tension source et la charge, et la limitation d'un courant délivré à la cellule de condensateur résonant respective en réponse à la détection de la condition de défaut de court-circuit ou de la condition de surcharge ajustant ainsi une tension variable appliquée à la cellule de condensateur résonant respective ; et la limitation du courant d'attaque circulant à travers la cellule de condensateur résonant respective en réponse à l'ajustement de la tension variable.
Procédé selon la revendication 13, la limitation du courant d'attaque comportant l'allumage et l'extinction continuellement d'au moins un dispositif à semiconducteurs y compris l'au moins une cellule de condensateur résonant pour limiter le courant d'attaque en réponse à l'ajustement de la tension variable ; et, éventuellement, le procédé comprenant en outre le maintien de l'au moins un dispositif à semiconducteurs allumé pour délivrer un courant desinhibé à la charge lorsque le défaut de court-circuit ou une condition de surcharge n'est pas détecté(e) ; et, éventuellement, le procédé comprenant en outre la détection du défaut de court-circuit ou d'une condition de surcharge en réponse à la détermination qu'un différentiel de tension aux bornes d'au moins une diode de calage de tension dépasse un seuil de tension de défaut, et la détermination que la condition de court-circuit n'existe pas lorsque le différentiel de tension est au niveau ou en dessous du seuil de tension de défaut ; et, éventuellement, le procédé comprenant en outre l'allumage sélectivement de l'au moins une diode de calage de tension en réponse au défaut de court-circuit ou à une condition de surcharge et l'ajustement de la tension variable en réponse à l'allumage de l'au moins un au moins un commutateur de calage de tension ; et, éventuellement, le procédé comprenant en outre l'augmentation dynamique d'une inductance dans l'au moins une cellule de condensateur résonant en réponse à la détection qu'au moins un dispositif à semiconducteurs est défaillant de telle sorte qu'un niveau du courant d'attaque circulant à travers le dispositif à semiconducteurs défaillant est réduit.
