开关状态监控制造技术

本公开涉及开关状态监控。本公开涉及通过监视开关的阻抗来随时间监视电气/电子开关的状态。开关的状况可随着它们老化而降低，这可降低其性能并最终导致故障。在许多应用中，特别是在高压应用中，开关的可靠操作可能非常重要，故障可能带来安全风险，并导致昂贵的计划外系统停机维修时间。已经认识到，随着开关状态的改变，它们的阻抗也会改变，因此监视阻抗可以很好地指示开关状态，从而可以及早发现潜在的故障/故障并采取先发制人的行动。在的故障/故障并采取先发制人的行动。在的故障/故障并采取先发制人的行动。

【技术实现步骤摘要】
开关状态监控


[0001]本公开涉及对电气/电子开关的状态的监控。

技术介绍

[0002]有许多不同类型的电气/电子开关可用于不同的应用。这些包括，例如，机电开关，例如断路器和继电器，以及固态开关，例如晶体管(例如，双极晶体管、IGBT，FET等)、固态继电器和晶闸管。这些开关的可靠操作对于使用它们的电路的持续安全可靠的操作可能很重要。例如，断路器可以用在电力保护电路中，并且随着时间的过去它们的持续可靠操作对于保护电路的安全操作可能是重要的。同样，固态开关(例如IGBT或FET)可用于功率电路(例如功率转换电路或逆变器)，并且在功率电路的持续可靠和安全操作中可能很重要。
[0003]但是，开关的状态可能会随时间变化，这可能会影响其性能和可靠性。例如，在电力保护电路中，保护开关(例如继电器)通常是闭合的，并且在检测到故障情况时断开。随着时间的流逝，开关的状态可能会恶化，例如，开关机构可能会磨损，特别是当开关定期打开和关闭时。此外，可发生电触点腐蚀。这可会使开关更缓慢地改变状态(例如断开或闭合)，这会降低保护电路的有效性，甚至导致其完全失效。这也可导致开关的导通/闭合状态阻抗增加，从而导致开关中更大的损耗，自发热和潜在的火灾隐患。
[0004]在另一示例中，电转换电路中的开关通常是电路中的故障点。这可能是由于误操作或负载反冲(例如，在使用转换电路驱动交流电动机的情况下)而导致运行期间过电流/电压条件引起的。开关条件随时间恶化的另一个原因是开关在恶劣的环境条件下运行。随着时间的流逝，条件恶化会降低电气转换电路的精度(例如，可能会限制逆变器生成的AC信号的精度，这可能会导致下游设备/电路出现问题)，并最终导致开关故障，导致系统意外停机。

技术实现思路

[0005]本公开涉及通过监视开关的阻抗来随时间监视电气/电子开关的状态。开关的状况可随着它们老化而降低，这可降低其性能并最终导致故障。在许多应用中，特别是在高压应用中，开关的可靠操作可能非常重要，故障可能带来安全风险，并导致昂贵的计划外系统停机维修时间。已经认识到，随着开关状态的改变，它们的阻抗也会改变，因此监视阻抗可以很好地指示开关状态，从而可以及早发现潜在的故障/故障并采取先发制人的行动。
[0006]在本公开的第一方面，提供一种用于监视开关状态的系统，该系统包括：开关状态监视单元，配置为：确定所述开关的阻抗随时间的多个测量；和至少部分地基于所述阻抗的多个测量来监视开关的状态。
[0007]在所述开关处于导通状态时可确定所述阻抗的多个测量中的至少一些。
[0008]开关状态监视单元可被配置为通过将所述导电状态阻抗的多个测量结果中的至少一个与参考阻抗进行比较来监视所述开关的状态。
[0009]参考阻抗可基于所述开关的传导状态阻抗的至少一项较早的测量。
[0010]参考阻抗可基于所述开关的传导状态阻抗的两次或更多次较早测量的平均值。
[0011]开关状态监视单元还可被配置为：如果传导状态阻抗的多个测量中的至少一个和所述参考阻抗之间的差大于故障阈值，开关状态监视单元被配置为产生开关故障警报。
[0012]所述开关是高压开关，当所述开关处于非导通状态时其额定承受高压(即，电压超过开关状态监视器的安全工作电压)，并且其中开关状态监视单元通过以下方式确定所述开关的阻抗的多个测量：确定跨过所述开关的电压的多个测量以及通过所述开关的电流的对应的多个测量；和基于跨过所述开关的电压的多个测量以及通过所述开关的电流的对应的多个测量，确定所述开关的阻抗的多个测量。
[0013]系统还包括：用于耦合到所述开关的分压器单元，其中所述分压器单元被配置为产生电压测量信号，该信号在幅度上取决于但小于跨过所述开关的电压，其中所述开关状态监视单元耦合到所述分压器单元，并且被配置为至少部分地基于所述电压测量信号来确定跨过所述开关的电压的多个测量。
[0014]所述分压器单元包括：用于耦合到所述高压开关的分位器，其中该分压器包括两个阻抗元件，其中一个的阻抗大于另一个，其中所述电压测量信号指示跨过所述分位器的较小阻抗元件的电压。
[0015]分位器可以用于跨过开关并联耦合。
[0016]两个阻抗元件都可以是电阻，或者一个阻抗元件可以是电容器，另一个阻抗元件是电阻。
[0017]较大的阻抗元件可以具有比较小的阻抗元件大至少100倍的阻抗。较大的阻抗元件可以具有至少1MΩ的阻抗。
[0018]开关状态监视单元可进一步配置为至少部分地基于所述两个阻抗元件的阻抗比来确定跨过所述开关的电压的多个测量。
[0019]分压器单元可包括：用于耦合到所述高压开关的第一开关端子的第一对阻抗元件，所述第一对阻抗元件包括具有第一阻抗的第一阻抗元件和具有第二阻抗的第二阻抗元件，其中所述第一阻抗大于所述第二阻抗；和用于耦合到所述高压开关的第二开关端子的第二对阻抗元件，所述第二对阻抗元件包括具有第三阻抗的第三阻抗元件和具有第四阻抗的第四阻抗元件，其中所述第三阻抗大于所述第四阻抗。
[0020]电压测量信号可包括：指示相对于参考电压的跨过所述第二阻抗元件的电压的第一电压信号；和指示相对于参考电压的跨过所述第四阻抗元件的电压的第二电压信号。
[0021]可至少部分地基于所述第一电压信号和所述第二电压信号之间的差来确定跨过所述开关的电压的大小。
[0022]可进一步至少部分地基于所述第一阻抗和所述第二阻抗的比以及所述第三阻抗和所述第四阻抗的比来确定跨过所述高压开关的电压的大小。
[0023]分压器单元可包括：在第一耦合状态和第二耦合状态下可操作的多个斩波开关，其中当所述多个斩波开关处于所述第一耦合状态时它们被配置为：将所述第一阻抗元件耦合到所述第二阻抗元件以形成第一分位器；和将所述第三阻抗元件耦合到所述第四阻抗元件以形成第二分位器；和其中当所述多个斩波开关处于所述第二耦合状态时它们被配置为：将所述第一阻抗元件耦合到所述第四阻抗元件以形成第三分位器；和将所述第三阻抗元件耦合到所述第二阻抗元件以形成第四分位器。
[0024]确定跨过高压开关的电压的大小还可至少部分基于：当所述多个斩波开关处于第一耦合状态时的电压测量信号；和当所述多个斩波开关处于第二耦合状态时的电压测量信号。
[0025]所述第一对阻抗元件可形成第一固定分位器，并且所述第二对阻抗元件可形成第二固定分位器。
[0026]第一阻抗可以与第三阻抗基本相同，并且第二阻抗可以与第四阻抗基本相同。
[0027]该开关可以是机电开关，或者是IGBT，或者是FET。
[0028]在本公开的第二方面，提供了一种高压电路，包括：高压电源(即，提供的电压超过开关阻抗确定系统中使用的电压测量设备的安全工作电压的电源)；用于从所述高压电源接收功率的负载；高压开关，布置为在处于导通开关状态时将所述高压电源耦合到所述负载，并且在处于非导通开关状态时将所述高压电源与所述负载解耦；和任一前述权利要求的开关阻抗确定系统耦合到高压开关并被配置为监本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于监视开关状态的系统，该系统包括：开关状态监视单元，配置为：确定所述开关的阻抗随时间的多个测量；和至少部分地基于所述阻抗的多个测量来监视开关的状态。2.权利要求1所述的系统，其中在所述开关处于导通状态时确定所述阻抗的多个测量中的至少一些。3.权利要求2所述的系统，其中所述开关状态监视单元被配置为通过将所述导电状态阻抗的多个测量结果中的至少一个与参考阻抗进行比较来监视所述开关的状态。4.权利要求3所述的系统，其中所述参考阻抗基于所述开关的传导状态阻抗的至少一项较早的测量。5.权利要求3所述的系统，其中所述参考电压基于所述开关的传导状态阻抗的两次或更多次较早测量的平均值。6.权利要求3所述的系统，其中所述开关状态监视单元还被配置为:响应于传导状态阻抗的多个测量中的至少一个和所述参考阻抗之间的差大于故障阈值，产生开关故障警报。7.权利要求1所述的系统，其中所述开关是高压开关，当所述开关处于非导通状态时其额定承受高压，和其中所述开关状态监视单元被配置为通过以下方式确定所述开关的阻抗的多个测量：确定跨过所述开关的电压的多个测量以及通过所述开关的电流的对应的多个测量；和基于跨过所述开关的电压的多个测量以及通过所述开关的电流的对应的多个测量，确定所述开关的阻抗的多个测量。8.权利要求7所述的系统，还包括：用于耦合到所述开关的分压器单元，其中所述分压器单元被配置为产生电压测量信号，该信号在幅度上取决于但小于跨过所述开关的电压，其中所述开关状态监视单元耦合到所述分压器单元，并且被配置为至少部分地基于所述电压测量信号来确定跨过所述开关的电压的多个测量。9.权利要求8所述的系统，其中所述分压器单元包括：用于耦合到所述高压开关的分位器，其中该分压器包括两个阻抗元件，其中一个的阻抗大于另一个，和其中所述电压测量信号指示跨过所述分位器的较小阻抗元件的电压。10.权利要求9所述的系统，其中所述开关状态监视单元还被配置为至少部分地基于所述两个阻抗元件的阻抗比来确定跨过所述开关的电压的多个测量。11.权利要求7所述的系统，其中所述分压器单元包括：用于耦合到所述高压开关的第一开关端子的第一对阻抗元件，所述第一对阻抗元件包括具有第一阻抗的第一阻抗元件和具有第二阻抗的第二阻抗元件，其中所述第一阻抗大于所述第二阻抗；和用于...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：亚德诺半导体国际无限责任公司，
类型：发明
国别省市：