一种直流配电电子软启动开关制造技术

本发明专利技术公开了一种直流配电电子软启动开关，包括：主开关电路，辅助开关电路以及第一、第二、第三和第四公共端；所述主开关电路包括电源端子、信号端子以及负载端子，分别与所述第一、第三公共端连接；所述辅助开关电路包括：由半导体开关Q

【技术实现步骤摘要】
一种直流配电电子软启动开关
本专利技术属于直流配电开关领域，具体为一种直流配电电子软启动开关。
技术介绍
在直流系统中，电源侧和负载侧都有较大的电容。在开关闭合瞬间，所述电容的充放电过程会引起非常大的冲击电流，这一特点与交流系统不同。冲击电流峰值往往会远远超出开关元件的额定值，严重影响开关元件的使用寿命，造成故障率高。另外与交流系统不同，直流系统没有周期性的过零点，造成开关关断时难以灭弧，导致直流系统的开关设计比较复杂，其稳定性和可靠性降低，且成本较高。现有直流系统的开关主要使用机械式的直流断路器、直流接触器等开关设备。在实际应用中，直流电路在接通瞬间冲击电流大，在关断瞬间会因严重的过电压产生电弧，这两个现象都会造成直流断路器、直流接触器的开关上应力过大，导致开关的故障率提高，寿命降低。为了解决所述开关的应力问题，如授权公告号为CN209994103U的技术专利采取软启动的方式以避免所述冲击电流和过电压，其缺陷是：1、在开关瞬间无法做到软开关；2、需要设置TVS(瞬态二极管)以抑制所述过电压，TVS寿命极其有限，容易失效，且价格昂贵。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺陷，本专利技术提供了一种直流配电电子软启动开关。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种直流配电电子软启动开关，包括：主开关电路，辅助开关电路，以及第一、第二、第三和第四公共端；所述主开关电路包括电源端子、信号端子以及负载端子，所述电源端子与所述第一公共端连接，所述负载端子与所述第三公共端连接，所述信号端子用于接收控制信号，使用时，第一和第二公共端之间接入直流电源，所述第三和第四公共端之间接入负载，通过所述信号端子所接收到的控制信号执行该主开关电路的断开/闭合；所述辅助开关电路包括：半导体开关Qaux，其漏极与所述第一公共端连接，其源极与一电阻Raux串联，该电阻Raux的负极与所述第三公共端连接；该半导体开关Qaux的栅极则与一电阻R1的负极连接；三极管Q1，该三极管Q1的集电极与所述半导体开关Qaux的栅极连接，该三极管Q1的基极与所述电阻Raux的正极连接，该三极管Q1的发射极与所述电阻Raux的负极连接，即该三极管Q1的发射极和基极并联于所述电阻Raux的两端，该电阻Raux上的压降决定该三极管Q1是否导通及导通程度；半导体开关Q3，其漏极与所述半导体开关Qaux的栅极连接，其栅极用于接收控制信号，由所接收到的控制信号决定该半导体开关Q3的导通/截止状态；直流供电模块，其正极输出端与所述电阻R1的正极连接，其负极输出端则同时与所述三极管Q1的发射极以及所述半导体开关Q3的源极连接。所述电子软启动开关工作时，其软启动过程为：1)所述辅助开关接通——向所述半导体开关Q3的栅极输入信号，使所述半导体开关Qaux导通，为负载电路预充电。同时所述主开关电路保持断开。2)当负载侧电压与电源电压相等后，再向所述主开关电路的信号端子输入控制信号，使该主开关电路接通，则不会产生冲击电流。所述辅助开关维持接通状态，即所述半导体开关Qaux维持导通状态。所述半导体开关Qaux、电阻R1、电阻Raux及三极管Q1构成限流电路，其中限流电流值为Ilmt，与所述三极管Q1的基极导通电压Vbe和电阻Raux的关系为Ilmt＝Vbe/Raux。在主开关和负载电路正常运行的情况下，流经所述电阻Raux的电流很小，根据所述限流电流Ilmt和所述电阻Raux的关系式可知，只要流经电阻Raux的电流低于所述限流电流值Ilmt，该电阻Raux两端的压降则会低于所述三极管Q1的基极导通电压Vbe，使得所述三极管Q1截止，且所述半导体开关Qaux维持导通状态。在流经电阻Raux的电流增大，逐步逼近所述限流电流值Ilmt时，电阻Raux两端的压降随之升高，导致所述三极管Q1开始导通。所述三极管Q1导通程度升高，所述电阻R1分压也升高，导致所述半导体开关Qaux的门极电压下降，下降到门槛值附近时，该半导体开关Qaux的电流减小，即流经所述电阻Raux的电流减小，从而使所述三极管Q1的导通程度下降，所述半导体开关Qaux的门极电压回升。据此，所述半导体开关Qaux的门极电压将在门槛值附近动态平衡，同时将负载电流抑制在限流电流值Ilmt。进一步的，所述电子软启动开关还设有控制电路，该控制电路的一个I/O(输入/输出)接口S1与所述主开关电路的信号端子连接，另一个I/O接口S2与所述半导体开关Qaux的栅极连接。所述控制电路通过其I/O接口S1、S2向所述主开关电路、所述半导体开关Qaux发送相应的控制信号，控制其接通和断开状态。再进一步的，所述控制电路通过其一个I/O接口Sin接收外部控制信号。进一步的，所述第四公共端与第二公共端之间串联设有一电阻Rse，所述第四公共端还与所述控制电路的一接口SR连接。所述电阻Rse作为采样电阻，工作时，通过采集Rse两端的电压，即所述第四公共端相对于所述第二公共端的电位，并进行简单电路分析计算，即可获得负载电流。进一步的，所述控制电路的另一接口S3与所述半导体开关Qaux的栅极连接。通过所述接口S3采集所述半导体开关Qaux的栅极的电位，并判断该电位的大小，获得所述辅助开关电路的工作状态，包括接通、关断、限流等。所述控制电路通过其接口SR采集到所述第四公共端的电位，即可得到所述电阻Rse的电压，通过欧姆定律可计算得到流经该电阻Rse的电流——负载电流。根据负载电流的大小，判断是否过载：若出现过载情况，则通过所述I/O接口S1、I/O接口S2输出相应的控制信号，控制所述主开关电路、辅助开关电路的开关状态切换。进一步的，所述辅助开关电路还包括：电感L1，串联于所述半导体开关Qaux的源极与所述第三公共端之间；电容C1，串联于所述第三、第四公共端之间。再进一步的，所述电感L1上反向并联有二极管D1。所述电感L1、二极管D1及电容C1构成缓冲电路。发生故障时，电流远高于正常值，首先断开所述主开关电路，电流将由所述半导体开关Qaux流通，电流不能突变，且受所述限流电路的限流作用，不能超过限流值。这导致电路中会出现很高的过电压，进而导致半导体开关失效。因此，所述电容C1可在开关切换瞬间提供故障电流，所述电感L1则可限制所述故障电流的上升速度，阻挡过电压，进而实现故障电流的平稳切换，保护半导体开关不受过电压的冲击。最后断开所述辅助开关电路，所述二极管D1可为所述电感L1续流，避免所述电容C1上产生过电压。进一步的，所述辅助开关电路还包括：三极管Q2，其发射极与所述直流供电模块的正极输出端连接，其基极与所述半导体开关Qaux的栅极连接，即该三极管Q2的发射极和基极并联于所述电阻R1的两端，该电阻R1上的压降决定该三极管Q2导通/截止状态；电阻Rt，其正极与所述三极管Q2的集电极连接，其负极则与所述半导体开关Q3的栅极连接；电容Ct，其一端与所述半导体开关Q3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种直流配电电子软启动开关，其特征在于包括：主开关电路，辅助开关电路，以及第一、第二、第三和第四公共端；/n所述主开关电路包括电源端子、信号端子以及负载端子，所述电源端子与所述第一公共端连接，所述负载端子与所述第三公共端连接，所述信号端子用于接收控制信号；/n所述辅助开关电路包括：/n半导体开关Q

【技术特征摘要】
1.一种直流配电电子软启动开关，其特征在于包括：主开关电路，辅助开关电路，以及第一、第二、第三和第四公共端；
所述主开关电路包括电源端子、信号端子以及负载端子，所述电源端子与所述第一公共端连接，所述负载端子与所述第三公共端连接，所述信号端子用于接收控制信号；
所述辅助开关电路包括：
半导体开关Qaux，其漏极与所述第一公共端连接，其源极与一电阻Raux串联，该电阻Raux的负极与所述第三公共端连接；该半导体开关Qaux的栅极则与一电阻R1的负极连接；
三极管Q1，该三极管Q1的集电极与所述半导体开关Qaux的栅极连接，该三极管Q1的基极与所述电阻Raux的正极连接，该三极管Q1的发射极与所述电阻Raux的负极连接，即该三极管Q1的发射极和基极并联于所述电阻Raux的两端，该电阻Raux上的压降决定该三极管Q1是否导通和导通程度，进而决定半导体开关Qaux是处于导通、截止、或者限流状态；
半导体开关Q3，其漏极与所述半导体开关Qaux的栅极连接，其栅极用于接收控制信号；
直流供电模块，其正极输出端与所述电阻R1的正极连接，其负极输出端则同时与所述三极管Q1的发射极以及所述半导体开关Q3的源极连接。


2.根据权利要求1所述的电子软启动开关，其特征在于，所述电子软启动开关还设有控制电路，该控制电路的一个I/O接口S1与所述主开关电路的信号端子连接，另一个I/O接口S2与所述半导体开关Qaux的栅极连接。


3.根据权利要求2所述的电子软启动开关，其特征在于，所述控制电路通过其一个I/O接...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶阳，
申请(专利权)人：上海泓语电气技术有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31