TWI528714B - 閘流體直流開關之快速截止裝置及其操作方法 - Google Patents

Description

閘流體直流開關之快速截止裝置及其操作方法

本發明係關於一種閘流體直流開關之快速截止裝置及其操作方法；特別是關於一種閘流體直流單向〔one-way〕或雙向〔bidirectional〕開關之快速截止裝置及其操作方法。

一般而言，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於交流電路中時，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於直流電路時，由於直流電路之電流不會發生交流電路之電流換相，因而機械式開關元件需要具有較大消弧能力。因此，習用直流機械式開關元件相對具有製造成本昂貴及增加體積的缺點。

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，並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，選擇採用主動式開關元件。一般而言，主動式開關元件選用金氧半場效電晶體〔MOSFET〕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於交流或直流電路中，在開關截止時，皆能有效快速將電流截止，且具有不產生電弧之優點。雖然上述之主動式開關元件具有高速切換之優點，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之缺點。

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湧浪電流的優點，且具有使用範圍廣、壽命長、可靠度佳、速度快、體積小、維護頻率低、消耗功率低、製造成本低及不易燒毀的優點。然而，將閘流體開關元件應用於交流電路時，該閘流體開關元件具有在驅動信號截止後，尚需等待該閘流體開關元件之電流下降趨近於零，方能截止該閘流體開關元件之導通的缺點。此外，當該閘流體開關元件應用於直流電路時，由於直流電路不具電流換相，因而在該閘流體開關元件上持續發生電流，該閘流體開關元件並不會截止。縱使在該閘流體開關元件之驅動信號截止後，在該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之缺點。

舉例而言，習用交流/直流開關，如中華民國專利公開第201106623號之〝交流-直流兩用開關〞及美國專利公開第20120086427號〝Alternating current/direct current two-way switch〞之申請案，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〔bi-directional semiconductor switch element〕，其具有電晶體構造〔transistor structure〕。該交流-直流兩用開關應用於直流配電系統時，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之參考及說明目前技術發展狀態而已，其並非用以限制本發明之範圍。

舉例而言，另一習用交流/直流開關，如美國專利第7079363號〝Hybrid DC electromagnetic 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並聯至一機械式接觸開關〔mechanical contact switch〕，如此在操作開啟或斷開該混合直流電磁接觸器時，可避免發生電弧，並可減少漏電電流〔leakage current〕至最小。前述專利及專利申請案僅為本發明技術背景之參考及說明目前技術發展狀態而已，其並非用以限制本發明之範圍。

有鑑於此，本發明為了解決上述技術問題，其提供一種閘流體直流開關之快速截止裝置及其操作方法，其將一閘流體直流開關連接至一第一直流電路，在該閘流體直流開關之一驅動信號截止時，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，以快速降低該閘流體直流開關之電流至趨近於零，如此該閘流體直流開關可瞬間〔或快速〕截止，因此相對於習用直流機械式開關元件可達成快速截止該閘流體直流開關之功效。

本發明較佳實施例之主要目的係提供一種閘流體直流開關之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之一驅動信號截止時，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之電流至趨近於零，以達成快速截止該閘流體直流開關之目的。

為了達成上述目的，本發明較佳實施例之閘流體直流開關之快速截止裝置包含：一閘流體直流開關，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；一開關；及一電容器，其串聯於該開關後，將該開關及電 容器並聯連接於該第一直流電路；其中在該閘流體直流開關之一驅動信號截止時，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之電流至趨近於零，而快速截止該閘流體直流開關。

本發明較佳實施例之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並聯一反向二極體。

本發明較佳實施例之該電容器另並聯連接一放電電路，且該放電電路包含一電阻及一放電開關之串聯。

本發明較佳實施例之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。

為了達成上述目的，本發明較佳實施例之閘流體直流開關之快速截止裝置包含：一閘流體雙向開關，其連接於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；一第一開關；一第一電容器，其串聯於該第一開關後，將該第一開關及第一電容器並聯連接於該第一直流電路；一第二開關；及一第二電容器，其串聯於該第二開關後，將該第二開關及第二電容器並聯連接於該第二直流電路； 其中在該閘流體雙向開關之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之電流至趨近於零，而快速截止該閘流體雙向開關；或，在該閘流體雙向開關之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之電流至趨近於零，而快速截止該閘流體雙向開關。

本發明較佳實施例之該閘流體雙向開關另具有一反向二極體，且該反向二極體並聯於該第一直流電路。

本發明較佳實施例之該閘流體雙向開關另具有一反向二極體，且該反向二極體並聯於該第二直流電路。

本發明較佳實施例之該第一電容器另並聯連接一放電電路，且該放電電路包含一第一電阻及一第一放電開關之串聯。

本發明較佳實施例之該第二電容器另並聯連接一放電電路，且該放電電路包含一第二電阻及一第二放電開關之串聯。

本發明較佳實施例之該閘流體雙向開關另包含一機械式開關並聯連接至該閘流體雙向開關，以形成一混合式開關。

為了達成上述目的，本發明較佳實施例之閘流體直流開關之快速截止裝置之操作方法包含：將一閘流體直流開關連接於一第一直流電路及一第二直流電路之間； 將一開關及一電容器串聯後並聯連接於該第一直流電路；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；在該閘流體直流開關之一驅動信號截止時，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之電流至趨近於零，而快速截止該閘流體直流開關。

本發明較佳實施例之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並聯一反向二極體。

本發明較佳實施例之該電容器之兩端並聯連接一放電電路，且該放電電路包含一電阻及一放電開關之串聯。

本發明較佳實施例之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。

為了達成上述目的，本發明較佳實施例之閘流體直流開關之快速截止裝置之操作方法包含：將一閘流體雙向開關連接於一第一直流電路及一第二直流電路之間；將一第一開關及一第一電容器串聯後並聯連接於該第一直流電路；將一第二開關及一第二電容器串聯後並聯連接於該第二直流電路；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；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；在該閘流體雙向開關之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之電流至趨近於零，而快速截止該閘流體雙向開關；在該閘流體雙向開關之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之電流至趨近於零，而快速截止該閘流體雙向開關。

本發明較佳實施例之該閘流體雙向開關另具有一反向二極體，且該反向二極體並聯於該閘流體雙向開關與該第一直流電路之間。

本發明較佳實施例之該閘流體雙向開關另具有一反向二極體，且該反向二極體並聯於該閘流體雙向開關與該第二直流電路之間。

本發明較佳實施例之該第一電容器另並聯連接一放電電路，且該放電電路包含一第一電阻及一第一放電開關之串聯。

本發明較佳實施例之該第二電容器另並聯連接一放電電路，且該放電電路包含一第二電阻及一第二放電開關之串聯。

本發明較佳實施例之該閘流體雙向開關另包含一機械式開關並聯連接至該閘流體雙向開關。

1‧‧‧第一直流電路

2‧‧‧第二直流電路

10‧‧‧閘流體直流開關

10’‧‧‧閘流體雙向開關

20‧‧‧開關

20a‧‧‧第一開關

20b‧‧‧第二開關

21‧‧‧電容器

21a‧‧‧第一電容器

21b‧‧‧第二電容器

31‧‧‧電阻

31a‧‧‧第一電阻

31b‧‧‧第二電阻

32‧‧‧放電開關

32a‧‧‧第一放電開關

32b‧‧‧第二放電開關

50‧‧‧反向二極體

50a‧‧‧第一反向二極體

50b‧‧‧第二反向二極體

61‧‧‧第一機械式開關

62‧‧‧第二機械式開關

第1圖：本發明第一較佳實施例之閘流體直流開關之快速截止裝置之架構示意圖。

第2圖：本發明第二較佳實施例之閘流體直流開關之快速截止裝置之架構示意圖。

第3圖：本發明第三較佳實施例之閘流體直流開關之快速截止裝置之架構示意圖。

第4圖：本發明第四較佳實施例之閘流體直流開關之快速截止裝置之架構示意圖。

第5圖：本發明第五較佳實施例之閘流體直流開關之快速截止裝置之架構示意圖。

第6圖：本發明第六較佳實施例之閘流體直流開關之快速截止裝置之架構示意圖。

為了充分瞭解本發明，於下文將舉例較佳實施例並配合所附圖式作詳細說明，但其並非用以限定本發明。

本發明較佳實施例之閘流體直流開關之快速截止裝置及其操作方法適用於各種直流開關裝置，例如：閘流體直流單向開關、閘流體雙向開關、隔離混合式閘流體雙向開關或其它直流開關，但其並非用以限制本發明之範圍。另外，本發明較佳實施例之閘流體直流開關之快速截止裝置及其操作方法適合應用於各種直流電源系統，例如：太陽能發電系統、風力發電系統、波浪發電系統或其它獨立式〔stand-alone〕發電系統，但其並非用以限制本發明之應用範圍。

第1圖揭示本發明第一較佳實施例之閘流體直流開關之快速截止裝置之架構示意圖，其僅以適當縮小比例符號及形狀表示其裝置之技術特徵，但其並非用以限定 本發明之規格尺寸範圍。請參照第1圖所示，本發明第一較佳實施例之閘流體直流開關之快速截止裝置包含一閘流體直流開關10、一開關20及一電容器21。該閘流體直流開關之快速截止裝置連接於一第一直流電路1及一第二直流電路2之間。舉例而言，該第一直流電路1可選自一儲能系統、一獨立式發電系統、一交流-直流轉換器、一直流-直流轉換器或一不斷電系統。

請再參照第1圖所示，舉例而言，該閘流體直流開關10連接於該第一直流電路1〔第一直流電路端〕及第二直流電路2〔第二直流電路端〕之間，且該閘流體直流開關10選自一閘流體開關。該閘流體直流開關10連接至該第一直流電路1，以便在該閘流體直流開關10導通時，由該第一直流電路1經由該閘流體直流開關10進行供應一直流電能至該第二直流電路2。該第二直流電路2可消耗或吸收該直流電能，例如：該第二直流電路2選自一儲能系統、一直流-直流轉換器、一直流-交流轉換器或一直流負載。該電容器21與該開關20串聯後並聯連接於該第一直流電路1，以便該開關20控制該電容器21。

請再參照第1圖所示，當該第二直流電路2需要截止供電時，將該閘流體直流開關10之驅動信號在截止後，將該開關20導通。在導通該開關20時，該電容器21之初始電壓為0伏特，且由該第一直流電路1對該電容器21進行充電。此時，由於該第二直流電路2仍存在一正電壓，因此該閘流體直流開關10之兩端電壓瞬間變為反向電壓，且該閘流體直流開關10之電流將快速下降至趨於零，因而可快速截止該閘流體直流開關10。此時，該第一直流電路1無法經由該閘流體直流開關10進行供應該直流電能至該第二直流電路2，如此能達成該閘流體直流開關10快速截止之功效。另外，該閘流體直流開關10之電流完全截 止後，將該開關20斷開。此時，該電容器21之兩端電壓趨近於該第一直流電路1之電壓。

第2圖揭示本發明第二較佳實施例之閘流體直流開關之快速截止裝置之架構示意圖，其對應於第1圖之閘流體直流開關之快速截止裝置及其相關操作。請參照第2圖所示，相對於第一實施例，本發明第二較佳實施例之閘流體直流開關之快速截止裝置包含一閘流體直流開關10、一開關20、一電容器21、一電阻31、一放電開關32及一反向二極體50。舉例而言，該電阻31及放電開關32串聯連接或其它連接方式而形成一放電電路。該電容器21之兩端並聯該電阻31及放電開關32組成之放電電路，或該電容器21之兩端以其它適當方式連接該電阻31及放電開關32組成之放電電路。

請再參照第2圖所示，該閘流體直流開關10連接至該第一直流電路1，以便在該閘流體直流開關10導通時，由該第一直流電路1經由該閘流體直流開關10進行供應一直流電能至該第二直流電路2。該電容器21與該開關20串聯後並聯連接於該第一直流電路1，而該電阻31及放電開關32組成之放電電路並聯連接於該電容器21。

請再參照第2圖所示，當該第二直流電路2需要截止供電時，將該閘流體直流開關10之驅動信號在截止後，將該開關20導通。當導通該開關20時，該電容器21之初始電壓為0伏特，且由該第一直流電路1對該電容器21進行充電。此時，由於該第二直流電路2仍存在一正電壓，因此該閘流體直流開關10之兩端電壓瞬間變為反向電壓，且該閘流體直流開關10之電流將快速下降至趨於零，因而可快速截止該閘流體直流開關10。此時，該第一直流電路1無法經由該閘流體直流開關10進行供應該直流電能至該第二直流電路2，如此能達成該閘流體直流開關10快 速截止之功效。另外，該閘流體直流開關10之電流完全截止後，將該開關20斷開。此時，該電容器21之兩端電壓趨近於該第一直流電路1之電壓。

請再參照第2圖所示，接著，在該開關20斷開後，可選擇將該放電開關32導通，以便該電容器21經由該電阻31進行放電。當該電容器21完全釋放電能時，可選擇將該放電開關32斷開，以使該電容器21在該閘流體直流開關10下一次截止時能維持其初始電壓為0伏特。

請再參照第2圖所示，由於在該閘流體直流開關之快速截止裝置之電路上存在雜散電感，因此在該閘流體直流開關10之第二直流電路端並聯一反向二極體50。在該閘流體直流開關10快速截止瞬間，該雜散電感之電流經由該反向二極體50導通，如此該反向二極體50與該第二直流電路2形成一迴路，以防止該閘流體直流開關10之兩端因開關快速截止形成高壓而造成損壞。另外，該反向二極體50之設置亦可加速該閘流體直流開關10之截止動作。該反向二極體50亦可由將一電容器及一電阻並聯，再將該電容器及電阻之並聯與一反向二極體進行串聯所組成。

第3圖揭示本發明第三較佳實施例之閘流體直流開關之快速截止裝置之架構示意圖，其對應於第1圖之閘流體直流開關之快速截止裝置及其相關操作。請參照第3圖所示，相對於第一實施例，本發明第三較佳實施例之閘流體直流開關之快速截止裝置包含一閘流體雙向開關10’、一第一開關20a、一第二開關20b、一第一電容器21a及一第二電容器21b。該閘流體雙向開關10’包含兩個閘流體開關元件，且由該兩個閘流體開關元件反向並聯，以使該閘流體雙向開關10’能雙向導通電流。

請再參照第3圖所示，舉例而言，該閘流體雙 向開關10’連接於一第一直流電路1及一第二直流電路2之間，且該第一直流電路1及第二直流電路2皆可提供、消耗或吸收直流電能。在電能供給操作上，可選擇由該第一直流電路1可提供直流電能至該第二直流電路2，或選擇由該第二直流電路2可提供直流電能至該第一直流電路1，意即直流電能可在該第一直流電路1與該第二直流電路2之間進行雙向傳輸。在一第一方向上該閘流體雙向開關10’導通時，由該第一直流電路1經由該閘流體雙向開關10’供應一直流電能至該第二直流電路2。或，在一第二方向上該閘流體雙向開關10’導通時，由該第二直流電路2經由該閘流體雙向開關10’供應一直流電能至該第一直流電路1。

請再參照第3圖之左側部分所示，該第一電容器21a與該第一開關20a串聯後並聯連接於該第一直流電路1，如此該第一開關20a可控制該第一電容器21a。

請再參照第3圖之右側部分所示，相對的，該第二電容器21b與該第二開關20b串聯後並聯連接於該第二直流電路2，如此該第二開關20b可控制該第二電容器21b。

請再參照第3圖所示，在一第一方向上該閘流體雙向開關10’導通時，由該第一直流電路1經由該閘流體雙向開關10’供應一直流電能至該第二直流電路2。當截止該閘流體雙向開關10’以終止該第一方向之直流電能傳輸時，將該閘流體雙向開關10’之一第一驅動信號截止，並利用該第一開關20a進行導通該第一電容器21a，此時該第一電容器21a之初始電壓為0伏特，且由該第一直流電路1對該第一電容器21a進行充電。此時，由於該第二直流電路2仍存在一正電壓，因此該閘流體雙向開關10’之兩端電壓瞬間變為反向電壓，且該閘流體雙向開關10’之電流將快 速下降至趨於零，因而可快速截止該閘流體雙向開關10’。另外，該閘流體雙向開關10’之電流完全截止後，將該第一開關20a斷開。此時，該第一電容器21a之兩端電壓趨近於該第一直流電路1之電壓。

請再參照第3圖所示，或，在一第二方向上該閘流體雙向開關10’導通時，由該第二直流電路2經由該閘流體雙向開關10’供應一直流電能至該第一直流電路1。當截止該閘流體雙向開關10’以終止該第二方向之直流電能傳輸時，將該閘流體雙向開關10’之一第二驅動信號截止，並利用該第二開關20b進行導通該第二電容器21b，此時該第二電容器21b之初始電壓為0伏特，且由該第二直流電路2對該第二電容器21b進行充電。此時，由於該第一直流電路1仍存在一正電壓，因此該閘流體雙向開關10’之兩端電壓瞬間變為反向電壓，且該閘流體雙向開關10’之電流將快速下降至趨於零，因而可快速截止該閘流體雙向開關10’。另外，該閘流體雙向開關10’之電流完全截止後，將該第二開關20b斷開。此時，該第二電容器21b之兩端電壓趨近於該第二直流電路2之電壓。

第4圖揭示本發明第四較佳實施例之閘流體直流開關之快速截止裝置之架構示意圖，其對應於第3圖之閘流體直流開關之快速截止裝置及其相關操作。請參照第4圖所示，相對於第三實施例，本發明第四較佳實施例之閘流體直流開關之快速截止裝置包含一閘流體雙向開關10’、一第一開關20a、一第二開關20b、一第一電容器21a、一第二電容器21b、一第一電阻31a、一第二電阻31b、一第一放電開關32a、一第二放電開關32b、一第一反向二極體50a及一第二反向二極體50b。該閘流體雙向開關10’為一可雙向流通之閘流體開關，或包含兩個單向閘流體開關元件，且由該兩個單向閘流體開關元件反向並聯，以使該 閘流體雙向開關10’能雙向導通電流。

請再參照第4圖所示，舉例而言，該閘流體雙向開關10’連接於一第一直流電路1及一第二直流電路2之間，且該第一直流電路1及第二直流電路2皆可提供、消耗或吸收直流電能。在電能供給操作上，可選擇由該第一直流電路1可提供直流電能至該第二直流電路2，或選擇由該第二直流電路2可提供直流電能至該第一直流電路1，意即直流電能可在該第一直流電路1與該第二直流電路2之間進行雙向傳輸。在一第一方向上該閘流體雙向開關10’導通時，由該第一直流電路1經由該閘流體雙向開關10’供應一直流電能至該第二直流電路2。或，在一第二方向上該閘流體雙向開關10’導通時，由該第二直流電路2經由該閘流體雙向開關10’供應一直流電能至該第一直流電路1。

請再參照第4圖所示，舉例而言，該第一電阻31a及第一放電開關32a形成串聯或其它連接方式組成一放電電路。該第一電容器21a之兩端並聯該第一電阻31a及第一放電開關32a組成之放電電路，或該第一電容器21a之兩端以其它適當連接方式連接該第一電阻31a及第一放電開關32a組成之放電電路。相對的，該第二電阻31b及第二放電開關32b形成串聯或其它連接方式組成一放電電路。該第二電容器21b之兩端並聯該第二電阻31b及第二放電開關32b組成之放電電路，或該第二電容器21b之兩端以其它適當連接方式連接該第二電阻31b及第二放電開關32b組成之放電電路。

請再參照第4圖所示，在一第一方向上該閘流體雙向開關10’導通時，由該第一直流電路1經由該閘流體雙向開關10’供應一直流電能至該第二直流電路2。當截止該閘流體雙向開關10’終止該第一方向之直流電能傳輸 時，將該閘流體雙向開關10’之一第一驅動信號截止，並利用該第一開關20a進行導通該第一電容器21a，此時該第一電容器21a之初始電壓為0伏特，且由該第一直流電路1對該電容器21a進行充電。此時，由於該第二直流電路2仍存在一正電壓，因此該閘流體雙向開關10’之兩端電壓瞬間變為反向電壓，且該閘流體雙向開關10’之電流將快速下降至趨於零，因而可快速截止該閘流體雙向開關10’。另外，該閘流體雙向開關10’之電流完全截止後，將該第一開關20a斷開。此時，該第一電容器21a之兩端電壓趨近於該第一直流電路1之電壓。

請再參照第4圖所示，接著，在該第一開關20a斷開後，可選擇將該第一放電開關32a導通，以便該第一電容器21a經由該第一電阻31a進行放電。當該第一電容器21a完全釋放電能時，可選擇將該第一放電開關32a斷開，以使該第一電容器21a在該閘流體雙向開關10’下一次截止時能維持其初始電壓為0伏特。

請再參照第4圖所示，或，在一第二方向上該閘流體雙向開關10’導通時，由該第二直流電路2經由該閘流體雙向開關10’供應一直流電能至該第一直流電路1。當截止該閘流體雙向開關10’以終止該第二方向之直流電能傳輸時，將該閘流體雙向開關10’之一第二驅動信號截止，並利用該第二開關20b進行導通該第二電容器21b，此時該第二電容器21b之初始電壓為0伏特，且由該第二直流電路2對該第二電容器21b進行充電。此時，由於該第一直流電路1仍存在一正電壓，因此該閘流體雙向開關10’之兩端電壓瞬間變為反向電壓，且該閘流體雙向開關10’之電流將快速下降至趨於零，因而可快速截止該閘流體雙向開關10’。另外，該閘流體雙向開關10’之電流完全截止後，將該第二開關20b斷開。此時，該第二電容器21b之 兩端電壓趨近於該第二直流電路2之電壓。

請再參照第4圖所示，接著，在該第二開關20b斷開後，可選擇將該第二放電開關32b導通，以便該第二電容器21b經由該第二電阻31b進行放電。當該第二電容器21b完全釋放電能時，可選擇將該第二放電開關32b斷開，以使該第二電容器21b在該閘流體雙向開關10’下一次截止時能維持其初始電壓為0伏特。

請再參照第4圖所示，另外，由於在該閘流體開關之快速截止裝置之電路上存在雜散電感，因此在該閘流體雙向開關10’與第二直流電路2間並聯一第一反向二極體50a，而在該閘流體雙向開關10’與第一直流電路1間並聯一第二反向二極體50b。當終止第一方向上傳輸直流電能時，在該閘流體雙向開關10’快速截止瞬間，該雜散電感之電流經由該第一反向二極體50a導通，如此該第一反向二極體50a與該第二直流電路2形成一迴路，以防止該閘流體雙向開關10’之兩端因開關快速截止形成高壓而造成損壞，並可加速該閘流體雙向開關10’截止動作。當終止第二方向上傳輸直流電能時，在該閘流體雙向開關10’快速截止瞬間，該雜散電感之電流經由該第二反向二極體50b導通，如此該第二反向二極體50b與該第一直流電路1形成一迴路，以防止該閘流體雙向開關10’之兩端因開關快速截止形成高壓而造成損壞，並可加速該閘流體雙向開關10’截止動作。該第一反向二極體50a及第二反向二極體50b亦可選擇分別由將一電容器及一電阻並聯，再將該電容器及電阻之並聯與一反向二極體進行串聯所組成。

第5圖揭示本發明第五較佳實施例之閘流體直流開關之快速截止裝置之架構示意圖，其對應於第4圖之閘流體直流開關之快速截止裝置及其相關操作。請參照第5圖所示，相對於第三實施例，本發明第五較佳實施例之 閘流體直流開關之快速截止裝置包含一閘流體雙向開關10’、一第一開關20a、一第二開關20b、一第一電容器21a、一第二電容器21b、一第一電阻31a、一第二電阻31b、一第一放電開關32a、一第二放電開關32b、一第一反向二極體50a、一第二反向二極體50b、一第一機械式開關61及一第二機械式開關62。該第一機械式開關61與該閘流體雙向開關10’並聯可組成一混合式開關〔hybrid switch〕，而該第二機械式開關62與該閘流體雙向開關10’串聯可組成一隔離型開關。

第6圖揭示本發明第六較佳實施例之閘流體直流開關之快速截止裝置之架構示意圖，其對應於第2圖之閘流體直流開關之快速截止裝置及其相關操作。請參照第6圖所示，相對於第二實施例，本發明第六較佳實施例之閘流體直流開關之快速截止裝置包含一閘流體直流開關10、一開關20、一電容器21、一電阻31、一放電開關32、一反向二極體50、一第一機械式開關61及一第二機械式開關62。該第一機械式開關61與該閘流體直流開關10並聯可組成一混合式開關，而該第二機械式開關62與該閘流體直流開關10串聯可組成一隔離型開關。

前述較佳實施例僅舉例說明本發明及其技術特徵，該實施例之技術仍可適當進行各種實質等效修飾及/或替換方式予以實施；因此，本發明之權利範圍須視後附申請專利範圍所界定之範圍為準。本案著作權限制使用於中華民國專利申請用途。

1‧‧‧第一直流電路

2‧‧‧第二直流電路

10‧‧‧閘流體直流開關

20‧‧‧開關

21‧‧‧電容器

Claims (24)

1. 一種閘流體直流開關之快速截止裝置，其包含：一閘流體直流開關，其連接至一第一直流電路，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；一開關；及一電容器，其與該開關串聯連接，該開關與該電容串聯連接組合後連接於該第一直流電路及該閘流體直流開關之間；其中在該閘流體直流開關之一驅動信號截止時，利用該開關進行導通該電容器，以便將該電容器由該第一直流電路進行充電，並快速降低經由該閘流體直流開關之電流至趨近於零，以快速截止該閘流體直流開關。
2. 依申請專利範圍第1項所述之閘流體直流開關之快速截止裝置，其中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並聯一反向二極體。
3. 依申請專利範圍第1項所述之閘流體直流開關之快速截止裝置，其中另包含一電阻及一開關，而該電阻及開關組成一放電電路，且該放電電路並聯連接至該電容器。
4. 依申請專利範圍第1項所述之閘流體直流開關之快速截止裝置，其中另包含一機械式開關與該閘流體直流開關並聯組成一混合型開關。
5. 依申請專利範圍第1項所述之閘流體直流開關之快速截止裝置，其中另包含一機械式開關與該閘流體直流開關串聯組成一隔離型開關。
6. 一種閘流體直流開關之快速截止裝置，其包含：一閘流體雙向開關，其連接於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，經由該閘流體雙向開關進行將該第一直流電路之電能供應至該第二直流電路，或在一第二方向上該閘流體雙 向開關導通時，經由該閘流體雙向開關進行將該第二直流電路之電能供應至該第一直流電路；一第一開關；一第一電容器，其與該第一開關串聯連接，該第一開關與該第一電容串聯連接後連接於該第一直流電路及該閘流體雙向開關之間；一第二開關；及一第二電容器，其與該第二開關串聯連接，該第二開關與該第二電容串聯連接後連接於該第二直流電路及該閘流體雙向開關之間；其中在該閘流體雙向開關之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，以便將該第一電容器由該第一直流電路進行充電，並快速降低經由該閘流體雙向開關之電流至趨近於零，以快速截止該閘流體雙向開關；或，在該閘流體雙向開關之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，以便將該第二電容器由該第二直流電路進行充電，並快速降低經由該閘流體雙向開關之電流至趨近於零，以快速截止該閘流體雙向開關。
7. 依申請專利範圍第6項所述之閘流體直流開關之快速截止裝置，其中該第一直流電路並聯一反向二極體。
8. 依申請專利範圍第6項所述之閘流體直流開關之快速截止裝置，其中該第二直流電路並聯一反向二極體。
9. 依申請專利範圍第6項所述之閘流體直流開關之快速截止裝置，其中另包含一電阻及一開關組成一放電電路，且該放電電路並聯連接至該第一電容器。
10. 依申請專利範圍第6項所述之閘流體直流開關之快速截止裝置，其中另包含一電阻及一開關組成一放電電路，且該放電電路並聯連接至該第二電容器。
11. 依申請專利範圍第6項所述之閘流體直流開關之快速截止裝置，其中另包含一機械式開關與該閘流體雙向開關並聯連接組成一混合型開關。
12. 依申請專利範圍第6項所述之閘流體直流開關之快速截止裝置，其中另包含一機械式開關與該閘流體雙向開關串聯連接組成一隔離型開關。
13. 一種閘流體直流開關之快速截止裝置之操作方法，其包含：將一閘流體直流開關連接至一第一直流電路；將一開關及一電容器串聯連接後再連接於該第一直流電路及該閘流體直流開關之間；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；在該閘流體直流開關之一驅動信號截止時，利用該開關導通該電容器，以便將該電容器由該第一直流電路進行充電，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之電流至趨近於零，以快速截止該閘流體直流開關。
14. 依申請專利範圍第13項所述之閘流體直流開關之快速截止裝置之操作方法，其中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並聯一反向二極體。
15. 依申請專利範圍第13項所述之閘流體直流開關之快速截止裝置之操作方法，其中另包含一電阻及一開關組成一放電電路，且該放電電路並聯連接至該電容器。
16. 依申請專利範圍第13項所述之閘流體直流開關之快速截止裝置之操作方法，其中另包含一機械式開關與該閘流體雙向開關並聯連接組成一混合型開關。
17. 依申請專利範圍第13項所述之閘流體直流開關之快速截止裝置之操作方法，其中另包含一機械式開關與該閘流體雙向開關串聯連接組成一隔離型開關。
18. 一種閘流體直流開關之快速截止裝置之操作方法，其包含：將一閘流體雙向開關連接於一第一直流電路及第二直流電路之間；將一第一開關及一第一電容器連接於該第一直流電路及閘流體雙向開關之間，且該第一開關串聯連接於該第一電容器；將一第二開關及一第二電容器連接於該閘流體雙向開關及該第二直流電路之間，且該第二開關串聯連接於該第二電容器；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；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；在該閘流體雙向開關之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，以便將該第一電容器由該第一直流電路進行充電，該第一直流電路無法經由該閘流體雙向開關進行供應該第一直流電能，如此便能快速降低經由該閘流體雙向開關之電流至趨近於零，以快速截止該閘流體雙向開關第一直流電路；在該閘流體雙向開關之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，以便將該第二電容器由該第二直流電路充電，該第二直流電路無法經由該閘流體雙向開關進行供應該第二直流電能，如此並快速降低經由該閘流體雙向開關之電流至趨近於零，以快速截止該該閘流體雙向開關。
19. 依申請專利範圍第18項所述之閘流體直流開關之快速截止裝置之操作方法，其中在該第一直流電路及該閘流體 雙向開關之間另並聯一反向二極體。
20. 依申請專利範圍第18項所述之閘流體直流開關之快速截止裝置之操作方法，其中在該第二直流電路及該閘流體雙向開關之間另並聯一反向二極體。
21. 依申請專利範圍第18項所述之閘流體直流開關之快速截止裝置之操作方法，其中另包含一電阻及一開關組成一放電電路，且該放電電路並聯連接至該第一電容器。。
22. 依申請專利範圍第18項所述之閘流體直流開關之快速截止裝置之操作方法，其中另包含一電阻及一開關組成一放電電路，且該放電電路並聯連接至該第二電容器。
23. 依申請專利範圍第18項所述之閘流體直流開關之快速截止裝置之操作方法，其中另包含一機械式開關並聯連接至該閘流體雙向開關，以組成一混合型開關。
24. 依申請專利範圍第18項所述之閘流體直流開關之快速截止裝置之操作方法，其中另包含一機械式開關串聯連接至該閘流體雙向開關，以組成一隔離型開關。