Pg电子平台：高速电弧抑制器
1.一种高速电弧抑制器，其被配置成抑制耦接至交流(AC)电源的电力接触器上的电弧
第一相特定的电弧抑制器，其被配置成抑制正域中的所述电力接触器的触点上的电弧
第一高速开关，所述第一高速开关被配置成启用或禁用所述第一相特定的电弧抑制器
第一驱动器，所述第一驱动器耦接至所述第一高速开关，所述第一驱动器被配置成使
所述第一高速开关在来自所述触点的输入信号处于所述正域时启用所述第一相特定的电
弧抑制器的操作，并且在来自所述触点的输入信号处于负域时禁用所述第一相特定的电弧
第二相特定的电弧抑制器，其被配置成抑制负域中的所述触点上的电弧放电，所述第
第二高速开关，所述第二高速开关被配置成启用或禁用所述第二相特定的电弧抑制器
第二驱动器，所述第二驱动器耦接至所述第二高速开关，所述第二驱动器被配置成使
所述第二高速开关在来自所述触点的输入信号处于负域时启用所述第一相特定的电弧抑
制器的操作，并且在来自所述触点的输入信号处于正域时禁用所述第一相特定的电弧抑制
2.根据权利要求1所述的高速电弧抑制器，其中，所述第一高速开关和所述第二高速开
关被配置成在不超过十(10)微秒内对所述第一相特定的电弧抑制器和所述第二相特定的
3.根据权利要求2所述的高速电弧抑制器，其中，所述第一高速开关和所述第二高速开
4.根据权利要求3所述的高速电弧抑制器，其中，所述第一高速开关和所述第二高速开
5.根据权利要求3所述的高速电弧抑制器，其中，所述第一相特定的电弧抑制器和所述
6.根据权利要求5所述的高速电弧抑制器，其中，对于所述第一相特定的电弧抑制器和
所述第二相特定的电弧抑制器中的每一个，所述电弧点燃检测器电路耦接在所述电力接触
器上，所述电弧燃烧存储器分别耦接在所述电弧点燃检测器电路与所述第一驱动器和所述
7.根据权利要求6所述的高速电弧抑制器，其中，所述触发锁电路被配置成在预定时间
期间禁止所述第一相特定的电弧抑制器和所述第二相特定的电弧抑制器中的相关联的一
8.根据权利要求7所述的高速电弧抑制器，其中，所述电弧燃烧存储器被配置成向相关
9.根据权利要求8所述的高速电弧抑制器，其中，所述电弧燃烧存储器包括一比特触发
当来自电力接触器的交流(AC)信号处于正域时，启用用以抑制所述电力接触器的触点
当所述信号处于正域时，禁用用以抑制所述触点上的电弧放电的所述高速电弧抑制器
切换所述第一相特定的电弧抑制器的第一高速开关，以禁用用以抑制所述触点上的电
切换所述第一相特定的电弧抑制器的第二高速开关，所述第二高速开关被配置成启用
本申请要求于2019年1月29日提交的美国临时申请第62/798316号、于2019年1月
29日提交的美国临时申请第62/798323号、以及于2019年1月29日提交的美国临时申请第
电流接触电弧放电可能对电接触表面(例如继电器和某些开关)具有有害影响。随
着时间的推移电弧放电可能使接触表面劣化并最终破坏接触表面，并且可能导致过早的部
件故障、较低的质量性能和相对频繁的预防性维护需要。另外，继电器、开关等中的电弧放
电可能导致电磁干扰(EMI)发射的生成。电流接触电弧放电可能在消费者、商业、工业、汽车
和军事应用领域中在交流(AC)电力和直流(DC)电力两者中发生。由于其普遍性，确实已经
图4A和图4B分别是在示例实施方式中第一相特定的电弧抑制器和第二相特定的
图5示出了在示例实施方式中，使用AC系统的波形示出的高速电弧抑制器的操作。
触点中的分离和/或滑动触点的闭合。接触分离检测器可以使接触旁路电路断开，以使得电
流能够在转变时段期间绕过触点。然而，转变时段可能不包括——并且在许多情况下不包
括——简单且高效的电压转变。而是，当电触点断开或闭合时，可能发生一系列电压跳动，
从而导致形成小电弧或“小弧”。即使抑制了主电弧，这些小弧也可能损坏触点。
已经开发了这样的系统和方法：其利用电弧抑制器在高速AC电弧生成和任何相关
情况中的最早阶段抑制电弧形成。某些装置——包括但不限于有刷电机等——以高速运行
并且相对快速地生成电弧和小弧。通过结合相特定(phase‑specific)的电弧抑制器，高速
电弧抑制器可以抑制正AC域与负AC域之间的电弧。高速开关的使用使得高速电弧抑制器能
够在相特定的电弧抑制器之间非常快速地切换。因此，高速电弧抑制器可以在快速且频繁
图1是在示例实施方式中包括高速电弧抑制器1的系统100的框图。系统包括电力
接触器2和耦接至电力接触器2的接触器线与电力负载5之间。电源4可以是对于电力负载5而言需要的AC电源或DC电源。辅
助电源6和数据处理设备7耦接至高速电弧抑制器1。在本文中详细描述各个块1‑7。
100的框图。高速电弧抑制器1包括电力接触接口11、第一相特定的电弧抑制器12、第二相特
图3是示例实施方式中的电力接触接口11的电路图。虽然该电路图是出于说明性
目的而呈现的，但是应当认识和理解，任何适当的电路级别实现方式均可以根据需要而并
电力接触接口11包括第一接触端子111、过电流保护电路112、过电压保护电路
113、第二接触端子114、可选的可熔元件状态指示器115和可选的电力状态指示器116。状态
指示器115、116可以实现为用以提供对其各个部件的指示的任何适当接口，并且可以包括
诸如发光二极管(LED)或其他发光元件的光学元件，和/或分别包括计算机可读输出314、
316，该计算机可读输出314、316可以被数据处理设备7和/或外部处理装置用来监视各个部
理器。在示例中，数据处理设备7是或包括CMOS八比特微控制器。在示例中，微控制器是
Atmel公司生产的AT89LP214微控制器。然而，应当认识到，可以利用能够适当配置的任何控
制器或处理器。此外，虽然数据处理设备7被示为与高速电弧抑制器1分开的部件，但是数据
第一接触端子111包括耦接至第一相特定的电弧抑制器12的第一感测端子300、以
112包括熔断器304，例如可熔链接、可熔电阻器或可熔印刷电路板迹线。在示例中，熔断器
304是额定为一百七十五(175)安培的可熔印刷电路板迹线包括至少一个过电压保护元件。如所示出的，过电压保护电路
113包括耦接在第一电力线之间的第一过电压保护元件306，以及耦接在第二电
力线之间的第二过电压保护元件308。在各种示例中，第一过电压保护元件306
和第二过电压保护元件308是额定为八百二十(820)伏特和1.2千安培的变阻器。第二接触
端子114包括耦接至第二相特定的电弧抑制器13的第二感测端子310、以及导线端接器和路
图4A和图4B分别是在示例实施方式中第一相特定的电弧抑制器12和第二相特定
的电弧抑制器13的电路图。第一相特定的电弧抑制器12和第二相特定的电弧抑制器13分别
烧存储器123、133；栅极驱动器124、134；以及高速灭弧元件125、135。
电弧点燃检测器电路121包括耦接至第一接触端子111的第一感测端子300的第一
端子400、以及耦接至第二接触端子114的第二端子402。第二相特定的电弧抑制器13的电弧
点燃检测器电路131包括耦接至第二接触端子114的第一端子412以及耦接至第一接触端子
111的第二端子414。电弧点燃检测器电路121、131中的每一个分别包括串联耦接在第一端
458，其中TVS二极管410、460耦接在变压器406、458上。在示例中，电容器404、454是一百
(100)皮法电容器，变压器406、456是额定用于十(10)微亨的双线圈电感器阵列，其具有
82.6毫欧的最大DC电阻和并联的2.08安培的最大DC电流，电阻器408、458是十(10)欧姆的
电阻器，并且TVS二极管410、460额定用于10.3伏特钳位和38.8安培。
电弧点燃检测器电路121、131通常被配置成检测以下条件：该条件指示在电力接
触器2的触点中电弧的点燃，例如电压和/或电流的改变，并且其将电弧点燃的指示分别输
出至触发锁电路122、132和电弧燃烧存储器123、133。在各种示例中，电弧点燃检测器电路
121、131分别使用电流感测变压器，即变压器406、456，来测量由电容器404、454和电阻器
触发锁电路122、132被配置成在由电弧点燃检测器电路121、131最初检测到电弧
点燃之后，在预定时间段内分别禁止电弧燃烧存储器123、133的操作。可以基于AC电力的频
率来选择预定时间段。在示例中，预定时间是三百(300)毫秒或更少。可以防止来自电弧点
燃检测器电路121、131的信号在预定时间段期间到达电弧燃烧构件123、133。
触发锁电路122由微控制器14在第一使能线处的输出控制。触发锁电路132由
微控制器14在第二使能线处的输出控制。第一使能线和诸如固态继电器的继电器420、470，电弧点燃检测器电路121、131的输出
禁止信号从电弧点燃检测器电路121传播至电弧燃烧存储器123。基于与继电器470、电弧点
燃检测器电路131和电弧燃烧存储器133有关的第二使能线，发生类似的功能。因此，触
电弧燃烧存储器123、133分别包含一比特、高速RS型触发器424、474。二极管426、
的信号。电阻器432、482分别向触发器424、474提供电流限制。光耦合器434、484将与来自电
弧燃烧存储器123、133的输出隔离的输出分别提供给栅极驱动器124、134。
栅极驱动器124、134分别提供第一驱动器436和第二驱动器486，以用于高速灭弧
元件125、135的高速操作。驱动器436、486可以是被选择用于以下操作的芯片：基于分别来
自电弧燃烧存储器123、133的输出，并且特别是基于存储在触发器424、474中的比特，来分
别驱动高速灭弧元件125、135的第一高速开关438和第二高速开关488的栅极。在该比特指
示已经检测到电弧燃烧的情况下，相关联的驱动器436、486被配置成驱动对相关联的高速
在示出的示例中，高速开关438、488是晶体管。高速开关438耦接在第一电力线耦接在第二电力线之间。在各种示例中，高速开
关438、488是绝缘栅双极晶体管(IGBT)，其被配置成在不超过大约十(10)微秒内接通和关
断。在示例中，高速开关438、488是1200伏特、一百零五(105)安培、595瓦特的IGBT。栅极驱
动器124、134包括如驱动器436、486数据表所指定的用以操作驱动器436、486的电路系统，
本文的Henke的美国专利第9423442号中公开的原理以及根据通过引用并入本文的其他公
开内容，在相关联的电弧燃烧存储器123、133存储有关于电力触点2上存在电弧的指示时，
相关联的驱动器436、486使相关联的高速开关438、488在电力触点2上短路，提供电流路径
关于高速电弧抑制器1公开的原理是针对单相AC电力描述的。然而，应当认识和理
解，所公开的原理适用于多相AC电力，如通过引用并入本文的公开内容中所描述的。因此，
通过将高速原理与通过引用并入本文的多相原理组合，可以产生多相高速电弧抑制器。类
图5示出了在示例性实施方式中，使用AC系统的波形500示出的高速电弧抑制器1
的操作。Y轴502示出了沿X轴或零线的相对于以度为单位的相位的电压或电流幅度。为
了本公开内容的目的，正域506是零线上方的所有空间，而负域508是零线下方的所
特定的电弧抑制器12被禁用，而第二相特定的电弧抑制器13被启用。如本文所述，由于当输
电弧抑制器13从启用切换到禁用，并且第一相特定的电弧抑制器12从禁用切换到启用。在
示例中，第一相特定的电弧抑制器12和第二相特定的电弧抑制器13中的每一个从启用改变
电弧抑制器12从启用切换到禁用，并且第二相特定的电弧抑制器13从禁用切换到启用。
具体描述的要旨的变型意图处于本公开内容的范围内。这样的变型不应当被认为偏离本公
示例1是一种高速电弧抑制器，其被配置成抑制耦接至交流(AC)电源的电力接触
器上的电弧放电，该高速电弧抑制器包括：第一相特定的电弧抑制器，其被配置成抑制正域
中的电力接触器的触点上的电弧放电，该第一相特定的电弧抑制器包括第一高速开关和第
一驱动器，第一高速开关被配置成启用或禁用第一相特定的电弧抑制器的操作，第一驱动
器耦接至第一高速开关，该第一驱动器被配置成使第一高速开关在来自触点的输入信号处
于正域时启用第一相特定的电弧抑制器的操作，并且在来自触点的输入信号处于负域时禁
用第一相特定的电弧抑制器的操作；以及第二相特定的电弧抑制器，其被配置成抑制负域
中的触点上的电弧放电，该第二相特定的电弧抑制器包括第二高速开关和第二驱动器，第
二高速开关被配置成启用或禁用第二相特定的电弧抑制器的操作，第二驱动器耦接至第二
高速开关，该第二驱动器被配置成使第二高速开关在来自触点的输入信号处于负域时启用
第一相特定的电弧抑制器的操作，并且在来自触点的输入信号处于正域时禁用第一相特定
在示例2中，示例1的主题包括，其中，第一高速开关和第二高速开关被配置成在不
超过十(10)微秒内对第一相特定的电弧抑制器和第二相特定的电弧抑制器进行启用操作
在示例3中，示例1和2中的任何一项或更多项的主题包括，其中，第一高速开关和
在示例4中，示例1至3中的任何一项或更多项的主题包括，其中，第一高速开关和
在示例5中，示例1至4中的任何一项或更多项的主题包括，其中，第一相特定的电
弧抑制器和第二相特定的电弧抑制器中的每一个还包括：电弧点燃检测器电路；触发锁电
在示例6中，示例1至5中的任何一项或更多项的主题包括，其中，对于第一相特定
的电弧抑制器和第二相特定的电弧抑制器中的每一个，电弧点燃检测器电路耦接在电力接
触器上，电弧燃烧存储器分别耦接在电弧点燃检测器电路与第一驱动器和第二驱动器之
在示例7中，示例1至6中的任何一项或更多项的主题包括，其中，触发锁电路被配
置成在预定时间期间禁止第一相特定的电弧抑制器和第二相特定的电弧抑制器中的相关
在示例8中，示例1至7中的任何一项或更多项的主题包括，其中，电弧燃烧存储器
在示例9中，示例1至8中的任何一项或更多项的主题包括，其中，电弧燃烧存储器
在示例10中，示例1至9中的任何一项或更多项的主题包括，其中，电弧点燃检测器
电路被配置成检测指示电弧点燃的、电力接触器上的电压改变或电流改变中的至少之一。
在示例11中，示例1至10中的任何一项或更多项的主题包括，耦接在电力接触器上
在示例12中，示例1至11中的任何一项或更多项的主题包括，其中，电力接触接口
在示例13中，示例1至12中的任何一项或更多项的主题包括，其中，第一相特定的
电弧抑制器和第二相特定的电弧抑制器中的每一个各自包括灭弧元件，其中，第一相特定
的电弧抑制器的灭弧元件包括第一高速开关，并且第二相特定的电弧抑制器的灭弧元件包
在示例14中，示例1至13中的任何一项或更多项的主题包括，其中，第一高速开关
和第二高速开关中的一个被配置成在第一相特定的电弧抑制器和第二相特定的电弧抑制
器中的相关联的一个的电弧燃烧存储器存储有关于电力触点上存在电弧的指示时，跨电力
示例15是一种操作高速电弧抑制器的方法，包括：当来自电力接触器的交流(AC)
信号处于正域时，启用用以抑制电力接触器的触点上的电弧放电的高速电弧抑制器的第一
相特定的电弧抑制器；当信号处于正域时，禁用用以抑制触点上的电弧放电的高速电弧抑
制器的第二相特定的电弧抑制器；以及在该信号跨越到负域时，切换第一相特定的电弧抑
制器的第一高速开关，以禁用用以抑制触点上的电弧放电的第一相特定的电弧抑制器的操
作，以及切换第一相特定的电弧抑制器的第二高速开关，该第二高速开关被配置成启用用
在示例16中，示例15的主题包括，其中，第一高速开关和第二高速开关被配置成在
不超过十(10)微秒内对第一相特定的电弧抑制器和第二相特定的电弧抑制器进行启用操
在示例17中，示例15和16中的任何一项或更多项的主题包括，其中，第一相特定的
电弧抑制器包括第一驱动器，并且第二相特定的电弧抑制器包括第二驱动器，并且其中，切
换第一高速开关和第二高速开关包括分别用第一驱动器和第二驱动器驱动第一高速开关
在示例18中，示例15至17中的任何一项或更多项的主题包括，其中，第一高速开关
在示例19中，示例15至18中的任何一项或更多项的主题包括，其中，第一相特定的
电弧抑制器和第二相特定的电弧抑制器中的每一个包括触发锁，该触发锁被配置成在最初
检测到电弧之后的预定时间内禁止第一相特定的电弧抑制器和第二相特定的电弧抑制器
在示例20中，示例15至19中的任何一项或更多项的主题包括，其中，预定时间不超
