CN108521241A - 开关机构驱动电路及其驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种开关机构驱动电路及其驱动方法，涉及开关领域，以缓解现有技术存在的用户体验度不高的问题，能够改善体验度。该电路包括有第一桥臂、第二桥臂的可控硅H桥，第一桥臂包括串联连接在第一供电电源和地之间的第一单向可控硅和第三单向可控硅，在第一单向可控硅和第三单向可控硅之间设置有第一节点；第二桥臂包括串联连接在第一供电电源和地之间的第二单向可控硅和第四单向可控硅，在第二单向可控硅和第四单向可控硅之间设置有第二节点；第一单向可控硅、第四单向可控硅由第一驱动信号控制的第一控制信号控制；第二单向可控硅、第三单向可控硅由第二驱动信号控制的第二控制信号控制；第一驱动信号与第二驱动信号的极性相反。

Description

开关机构驱动电路及其驱动方法

技术领域

本发明涉及电路技术领域，尤其涉及一种开关机构驱动电路及其驱动方法。

背景技术

在电力系统中，高压隔离开关是发电厂和变电站电气系统中重要的开关电器，高压隔离开关的作用如下：(1)隔离作用。所谓隔离是指将所需要检修的电力设备与带电的电网隔离，使检修人员能明显地看到电路的断开点，以保证工作人员的人身安全。因此高压隔离开关的合分闸动作对保护人身安全起到重要的作用。

高压隔离开关合分闸操作通常是使用直流电机的正转或反转通过减速机构带动触头来完成。现有的用于完成这一正反转的开关机构驱动电路，是如图1所示的使用多个接触器或继电器通过触头切换加到电机两端的驱动电压的正负极完成转向切换。上述使用继电器或接触器的开关机构驱动电路，存在着机械触点寿命低，容易产生火花，并且抗振动性能差等问题，不适合运用在有振动的场合，影响用户的使用体验度。

综上，现有的开关机构驱动电路存在着用户体验度不高的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供开关机构驱动电路及其驱动方法，以缓解现有的开关机构驱动电路存在着用户体验度不高的技术问题，能够改善用户体验度。

第一方面，本发明实施例提供了开关机构驱动电路，应用与高压隔离开关控制器，包括：可控硅H桥，所述可控硅H桥包括：电机、第一桥臂和第二桥臂，所述电机设置在所述第一桥臂和所述第二桥臂之间；所述第一桥臂包括：串联连接在第一供电电源和地之间的第一单向可控硅和第三单向可控硅，所述第一单向可控硅的阳极端与第一供电电源的正极相连接，所述第一单向可控硅的阴极端与所述第三单向可控硅的阳极端相连接；所述第三单向可控硅的阴极端、所述第一供电电源的负极均接地；在第一单向可控硅的阴级端和第三单向可控硅的阳极端之间设置有第一节点；所述第二桥臂包括：串联连接在第一供电电源和地之间的第二单向可控硅和第四单向可控硅，所述第二单向可控硅的阳极端与第一供电电源的正极相连接，所述第二单向可控硅的阴极端与所述第四单向可控硅的阳极端相连接；所述第四单向可控硅的阴极端接地；在第二单向可控硅的阴级端和第四单向可控硅的阳级端之间设置有第二节点；所述第一单向可控硅的控制端、所述第四单向可控硅的控制端与第一控制信号线相连接，并且由第一驱动信号控制施加在第一控制信号线的第一控制信号的信号状态；所述第二单向可控硅的控制端、所述第三单向可控硅的控制端与第二控制信号线相连接，并且由第二驱动信号控制施加在第二控制信号线的第二控制信号的信号状态；所述第一驱动信号与所述第二驱动信号的极性相反；所述信号状态包括有效状态和无效状态。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，该开关机构驱动电路还包括：控制开关，所述控制开关用于控制可控硅H桥导通和关断。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述控制开关采用功率晶体管，所述功率晶体管的第一端子与第三单向可控硅的阴极端、第四单向可控硅的阴极端相连接，所述功率晶体管的第二引脚接地，所述功率晶体管的第三引脚与第三控制信号线相连接，并且由施加在第三控制信号线上的第三驱动信号控制第三控制信号线上的控制信号的信号状态。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，该开关机构驱动电路还包括：第二供电电源与中央控制器；所述第二供电电源与所述中央控制器相连接，所述第二供电电源用于为所述中央控制器提供工作电源；所述中央控制器用于提供所述第一驱动信号或第二驱动信号。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，该开关机构驱动电路还包括：第一光耦合器、第二光耦合器、第三光耦合器和第四光耦合器；

所述第一光耦合器、所述第二光耦合器、所述第三光耦合器和所述第四光耦合器的输入端的第一端子分别与第二供电电源的正极相连接；所述第二供电电源的负极接地；

所述第一光耦合器和所述第四光耦合器的输入端的第二端子与所述第一控制信号线相连接；所述第二光耦合器和所述第三光耦合器的输入端的第二端子与所述第二控制信号线相连接；

所述第一光耦合器的输出端的第一端子与所述第一单向可控硅的阳极端相连接；所述第一光耦合器的输出端的第二端子与所述第一单向可控硅的控制端相连接；

所述第二光耦合器的输出端的第一端子与所述第二单向可控硅的阳极端相连接；所述第二光耦合器的输出端的第二端子与所述第二单向可控硅的控制端相连接；

所述第三光耦合器的输出端的第一端子与所述第三单向可控硅的阳极端相连接；所述第三光耦合器的输出端的第二端子与所述第三单向可控硅的控制端相连接；

所述第四光耦合器的输出端的第一端子与所述第四单向可控硅的阳极端相连接；所述第四光耦合器的输出端的第二端子与所述第四单向可控硅的控制端相连接。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，该开关机构驱动电路还包括：互锁电路，所述互锁电路用于实现第一控制信号线上的第一控制信号和第二控制信号线上的第二控制信号互锁。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，该开关机构驱动电路还包括：设置在控制开关上的位置传感器，所述位置传感器用于采集开关的触点位置信息。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，第一交流供电电源为交流电源，该开关机构驱动电路还包括整流电路，所述第一供电电源通过所述整流电路连接到可控硅H桥。

第二方面，本发明实施例提供了开关机构驱动电路的驱动方法，包括：根据电机的功能需求发出与电机的功能需求对应的第一驱动信号或第二驱动信号以控制第一控制信号或第二控制信号的信号状态；所述功能需求包括正转、反转和停止，所述信号状态包括有效状态和无效状态；所述第一驱动信号和第二驱动信号的极性相反；

发出第三驱动信号以控制第三控制信号的信号状态；以使第一单向可控硅至第四单向可控硅的导通和断开，实现可控硅H桥的工作和关断，从而实现电机的正转、反转或者停止。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，该开关机构驱动电路还包括：当电机处于正转或反转过程中，发出PWM控制信号至控制开关，以实现电机的调速。

本发明实施例具有以下有益效果：

本发明实施例提供的开关机构驱动电路及其驱动方法，其中，该开关机构驱动电路应用与高压隔离开关控制器，包括：可控硅H桥，可控硅H桥包括：电机、第一桥臂和第二桥臂，电机设置在第一桥臂和第二桥臂之间；第一桥臂包括：串联连接在第一供电电源和地之间的第一单向可控硅和第三单向可控硅，第一单向可控硅的阳极端与第一供电电源的正极相连接，第一单向可控硅的阴极端与第三单向可控硅的阳极端相连接；第三单向可控硅的阴极端、第一供电电源的负极均接地；在第一单向可控硅的阴级端和第三单向可控硅的阳极端之间设置有第一节点；第二桥臂包括：串联连接在第一供电电源和地之间的第二单向可控硅和第四单向可控硅，第二单向可控硅的阳极端与第一供电电源的正极相连接，第二单向可控硅的阴极端与第四单向可控硅的阳极端相连接；第四单向可控硅的阴极端接地；在第二单向可控硅的阴级端和第四单向可控硅的阳级端之间设置有第二节点；第一单向可控硅的控制端、第四单向可控硅的控制端与第一控制信号线相连接，并且由第一驱动信号控制施加在第一控制信号线的第一控制信号的信号状态；第二单向可控硅的控制端、第三单向可控硅的控制端与第二控制信号线相连接，并且由第二驱动信号控制施加在第二控制信号线的第二控制信号的信号状态；第一驱动信号与第二驱动信号的极性相反；信号状态包括有效状态和无效状态。因此，本发明实施例提供的技术方案，缓解了现有的开关机构驱动电路存在着用户体验度不高的技术问题，能够改善用户体验度。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了现有技术中的一种开关机构驱动电路的示意图；

图2示出了现有技术中的另一种开关机构驱动电路的示意图；

图3示出了现有技术中的第三种开关机构驱动电路的示意图；

图4示出了本发明实施例所提供的开关机构驱动电路的示意图；

图5示出了本发明实施例所提供的开关机构驱动电路的具体电路图；

图6示出了本发明实施例所提供的另一种开关机构驱动电路的电路图；

图7示出了本发明实施例所提供的第三种开关机构驱动电路的电路图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前，现有的高压隔离开关较多的是使用直流有刷电机的正转或反转通过减速机构带动触头完成合分闸操作，合分闸到位电机停止转动。现有的用于完成这一正反转和停止的驱动电路，主要有以下两种：一种是如图1所示的使用多个接触器或继电器通过触头切换加到电机两端的驱动电压的正负极完成转向切换，通过切断驱动电源完成停止。另一种是如图2所示的使用功率晶体管或图3所示的功率MOS管或者IGBT等电力电子器件代替继电器触头完成转向切换和启停。

上述第一种使用继电器或接触器的开关机构驱动电路，存在着机械触点寿命低，容易产生火花，并且抗振动性能差等问题，不适合运用在有振动的场合；而上述第二种使用FET、MOS或IGBT等功率电力电子器件虽然克服了第一种的缺点，但是其驱动电路复杂，需要额外的驱动电源，尤其在电机驱动电源电压较高时，对驱动电路的要求更高，如要获得高的可靠性，需要在功率器件的驱动电路上增加许多成本，由此带来驱动电路复杂度高，器件众多，

综上，现有的开关机构驱动电路影响用户的使用体验度，存在着用户体验度不高的问题。

基于此，本发明实施例提供了开关机构驱动电路及其驱动方法，可以通过较少的器件克服以上缺点，具有抗震动，成本低，电路简单可靠的优点，能够适用于对可靠性要求较高的高压隔离开关控制器场合，缓解了现有技术中的开关机构驱动电路存在的用户使用体验度不高的问题，能够改善用户体验度。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种开关机构驱动电路进行详细介绍。

实施例一：

本发明实施例提供了一种开关机构驱动电路，应用于高压隔离开关控制器，并且可以应用于直流电场合和交流电场合。

该开关机构驱动电路具体包括：可控硅H桥，可控硅H桥包括：电机、第一桥臂和第二桥臂，电机设置在第一桥臂和第二桥臂之间；第一桥臂包括：串联连接在第一供电电源和地之间的第一单向可控硅和第三单向可控硅，第一单向可控硅的阳极端与第一供电电源的正极相连接，第一单向可控硅的阴极端与第三单向可控硅的阳极端相连接；第三单向可控硅的阴极端、第一供电电源的负极均接地；在第一单向可控硅的阴级端和第三单向可控硅的阳极端之间设置有第一节点；第二桥臂包括：串联连接在第一供电电源和地之间的第二单向可控硅和第四单向可控硅，第二单向可控硅的阳极端与第一供电电源的正极相连接，第二单向可控硅的阴极端与第四单向可控硅的阳极端相连接；第四单向可控硅的阴极端接地；在第二单向可控硅的阴级端和第四单向可控硅的阳级端之间设置有第二节点；第一单向可控硅的控制端、第四单向可控硅的控制端与第一控制信号线相连接，并且由第一驱动信号控制施加在第一控制信号线的第一控制信号的信号状态；第二单向可控硅的控制端、第三单向可控硅的控制端与第二控制信号线相连接，并且由第二驱动信号控制施加在第二控制信号线的第二控制信号的信号状态；第一驱动信号与第二驱动信号的极性相反，能够控制电机进行正转和反转。

本发明实施例提供的开关机构驱动电路应用与高压隔离开关控制器，包括可控硅H桥，可控硅H桥包括：电机、第一桥臂和第二桥臂，电机设置在第一桥臂和第二桥臂之间；第一桥臂包括：串联连接在第一供电电源和地之间的第一单向可控硅和第三单向可控硅，第一单向可控硅的阳极端与第一供电电源的正极相连接，第一单向可控硅的阴极端与第三单向可控硅的阳极端相连接；第三单向可控硅的阴极端、第一供电电源的负极均接地；在第一单向可控硅的阴级端和第三单向可控硅的阳极端之间设置有第一节点；第二桥臂包括：串联连接在第一供电电源和地之间的第二单向可控硅和第四单向可控硅，第二单向可控硅的阳极端与第一供电电源的正极相连接，第二单向可控硅的阴极端与第四单向可控硅的阳极端相连接；第四单向可控硅的阴极端接地；在第二单向可控硅的阴级端和第四单向可控硅的阳级端之间设置有第二节点；第一单向可控硅的控制端、第四单向可控硅的控制端与第一控制信号线相连接，并且由第一驱动信号控制施加在第一控制信号线的第一控制信号的信号状态；第二单向可控硅的控制端、第三单向可控硅的控制端与第二控制信号线相连接，并且由第二驱动信号控制施加在第二控制信号线的第二控制信号的信号状态；第一驱动信号与第二驱动信号的极性相反；信号状态包括有效状态和无效状态。因此，本发明实施例提供的技术方案，缓解了现有的开关机构驱动电路存在着用户体验度不高的技术问题，能够改善用户体验度。

考虑到电机运行超过最长允许时间后，电机必须停止转动，以减轻对电机的损害，延长电机的使用寿命。

为了实现有刷电机停止，进一步的，该驱动电路还包括：控制开关，所述控制开关用于控制可控硅H桥导通和关断。

实施例二：

考虑到高压隔离开关用电机通常为直流有刷电机，为了便于理解，下面以直流电场合，即第一供电电源为直流电源(DC)为例对本发明实施例提供的开关机构驱动电路进行详细介绍：

如图4、图5所示，该开关机构驱动电路包括：可控硅H桥，可控硅H桥包括：电机M、第一桥臂和第二桥臂，电机设置在第一桥臂和第二桥臂之间；

第一桥臂包括：串联连接在第一供电电源和地之间的第一单向可控硅Q1和第三单向可控硅Q3，第一单向可控硅Q1的阳极端(A，图4中为2号引脚)与第一供电电源的正极DC+相连接，第一单向可控硅Q1的阴极端(K，图4中为1号引脚)与第三单向可控硅Q3的阳极端相连接；第三单向可控硅Q3的阴极端、第一供电电源的负极均接地；在第一单向可控硅Q1的阴级端和第三单向可控硅Q3的阳极端之间设置有第一节点M+；

第二桥臂包括：串联连接在第一供电电源和地之间的第二单向可控硅Q2和第四单向可控硅Q4，第二单向可控硅Q2的阳极端与第一供电电源的正极DC+相连接，第二单向可控硅Q2的阴极端与第四单向可控硅Q4的阳极端相连接；第四单向可控硅Q4的阴极端接地GND；在第二单向可控硅Q2的阴级端和第四单向可控硅Q4的阳级端之间设置有第二节点M-；

第一单向可控硅Q1的控制端(G，图4中为3号引脚)、第四单向可控硅Q4的控制端与第一控制信号线相连接，并且由第一驱动信号控制施加在第一控制信号线的第一控制信号(这里为正转控制信号，FW)的信号状态；第二单向可控硅Q2的控制端、第三单向可控硅Q3的控制端与第二控制信号线相连接，并且由第二驱动信号控制施加在第二控制信号线的第二控制信号(这里为反转控制信号，RW)的信号状态；第一驱动信号与第二驱动信号的极性相反，能够改变电流的流向，从而控制电机进行正转和反转。上述的信号状态包括有效状态和无效状态。

为了实现电路驱动的自动控制，进一步的，该驱动电路还包括：第二供电电源VCC与中央控制器MCU；所述第二供电电源与所述中央控制器相连接，所述第二供电电源用于为所述中央控制器提供工作电源；所述中央控制器用于提供所述第一驱动信号FW或第二驱动信号RW。

此外，需要说明的是，所述中央控制器MCU还用于提供下文提及的所述第三驱动信号ON/OFF。

在实际使用时，控制开关采用功率晶体管Q5，所述功率晶体管Q5的第一端子(漏极D)与第三单向可控硅Q3的阴极端、第四单向可控硅Q4的阴极端相连接，所述功率晶体管Q5的第二引脚(源级S)接地，所述功率晶体管的第三引脚(栅极G)与第三控制信号线相连接，并且由第三驱动信号控制施加在第三控制信号线的第三控制信号(开关信号，ON/OFF)的信号状态。

考虑到功率晶体管Q5设置在DC+和H桥之间的话，就必须给功率晶体管Q5额外提供驱动电源，并且需要和MCU隔离，因此需要增加隔离器件，以避免功率晶体管得不到足够的驱动电压，导致电路运行不稳定的问题。本实施例通过将功率晶体管Q5设置在可控硅H桥与地之间，减少了器件的使用，降低成本，同时增强了电路的可靠性。

考虑到如何实现有刷电机的调速，可在电机正转或反转过程中，保持第一控制信号FW或第二控制信号RW有效，在第三控制信号ON/OFF控制的功率晶体管的栅极引脚上施加PWM控制信号，即可以方便实现直流电机的调速。

考虑到如何对开关位置进行监测，判断是否到位，以保证安全性，同时对电机进行关断操作。

进一步的，该驱动电路还包括：设置在控制开关上的位置传感器(未示于图中)，所述位置传感器用于采集开关的触点位置信息。所述位置传感器用于将触点位置信息发送至中央控制器MCU，MCU获取控制开关Q5触点位置，判断是否到位，当判定到位后；如果是电机在正转情况下，此时MCU发出第一驱动信号FW控制第一控制信号FW无效，并发出第三驱动信号ON/OFF控制第三控制信号ON/OFF无效，功率晶体管Q5截止，单向可控硅因为失去维持电流，将全部关断，实现了可控硅H桥的可控关断。如果是电机在反转情况下，此时MCU发出第二驱动信号RW控制第二控制信号RW无效，并发出第三驱动信号ON/OFF控制第三控制信号ON/OFF无效，功率晶体管Q5截止，单向可控硅因为失去维持电流，将全部关断，实现了可控硅H桥的可控关断。

通过设置位置传感器实现MCU对电机的停止过程的控制，有利于提高电路的安全性，延长控制开关的使用寿命。

为了实现电气隔离，保证安全性，进一步的，该驱动电路还包括：第一光耦合器U1、第二光耦合器U2、第三光耦合器U3和第四光耦合器U4；

第一光耦合器U1、所述第二光耦合器U2、第三光耦合器U3和第四光耦合器U4的输入端的第一端子分别与第二供电电源VCC的正极VCC+相连接；第二供电电源的负极接地；

第一光耦合器U1和第四光耦合器U4的输入端的第二端子与第一控制信号线相连接；第二光耦合器U2和第三光耦合器U3的输入端的第二端子与第二控制信号线相连接；

第一光耦合器U1的输出端的第一端子与第一单向可控硅Q1的阳极端相连接；第一光耦合器U1的输出端的第二端子与第一单向可控硅Q1的控制端相连接；

第二光耦合器U2的输出端的第一端子与第二单向可控硅Q2的阳极端相连接；第二光耦合器U2的输出端的第二端子与第二单向可控硅Q2的控制端相连接；

第三光耦合器U3的输出端的第一端子与第三单向可控硅Q3的阳极端相连接；第三光耦合器U3的输出端的第二端子与第三单向可控硅Q3的控制端相连接；

第四光耦合器U4的输出端的第一端子与第四单向可控硅Q4的阳极端相连接；第四光耦合器U4的输出端的第二端子与第四单向可控硅Q4的控制端相连接。

具体的，本发明实施例的上述各个光耦合器均采用MOC3061系列光耦合器，基于光电隔离隔离电压高，且保证了电感负载稳定的开关性能。

考虑到如何对上述第一光耦合器U1至第四光耦合器U4的输入端的发光二极管进行保护，进一步的，该驱动电路还包括分别设置在第一控制信号FW、第二控制信号RW与上述第一光耦合器U1至第四光耦合器U4的输入端的第二端子之间的限流电阻R4、R3、R11、R12。

考虑到如何对上述第一光耦合器U1至第四光耦合器U4的输出端的光控双向可控硅进行保护，进一步的，该驱动电路还包括分别设置在上述第一单向可控硅Q1至第四单向可控硅Q4的控制端与上述第一光耦合器U1至第四光耦合器U4的输出端的第二端子之间的限流电阻R5、R6、R13、R14。

考虑到如何对上述第一单向可控硅Q1至第四单向可控硅Q4进行保护，进一步的，该驱动电路还包括分别设置在上述第一单向可控硅Q1至第四单向可控硅Q4的控制端与第一单向可控硅Q1至第四单向可控硅Q4的阴极端之间的限流电阻R7、R8、R15、R16。

为防止桥臂直通现象的发生，所述桥臂直通是指即第一桥臂中Q1、Q3同时导通或第二桥臂中Q2，Q4同时导通，进一步的，该驱动电路还包括：互锁电路(未示于图中)，所述互锁电路用于实现第一控制信号线上的第一控制信号和第二控制信号线上的第二控制信号互锁。互锁电路的具体结构和工作原理参见现有技术，在此不再赘述。

具体的，可在正转信号FW和反转信号RW和上述各个光耦合器之间均增加一个信号互锁的数字电路(互锁电路)，以实现互锁，起到防止桥臂直通现象的发生。

需要指出的是，图5中的MCU的输出端的第一驱动信号FW、第一控制信号FW均采用同一字母的形式表示，以便于表明电路中相应的连接关系，其他字母的含义与此相同，在此不再赘述。

下面结合图5对电机的工作原理及转向切换过程进行简要描述。

实现有刷电机正转的工作过程：MCU的第一驱动信号FW控制正转信号FW输出有效(拉低，使对应的光耦合器导通)，紧接着MCU的第三驱动信号ON/OFF控制通过开关信号ON/OFF有效使可控硅H桥工作，电流从DC+经过Q2>M+>电机>M->Q3>Q5>GND，电机得到正向电流实现正转；

实现有刷电机反转的工作过程：MCU第二驱动信号RW控制反转信号RW输出有效(拉低，使对应的光耦合器导通)，紧接着MCU的第三驱动信号ON/OFF控制通过开关信号ON/OFF有效使可控硅H桥工作，电流从DC+经过Q1>M->电机>M+>Q4>Q5>GND，电机得到反向电流实现反转。

实现有刷电机停止：MCU得到控制开关Q5的到位信号后，或者电机运行超过最长允许时间后，电机必须停止转动，此时MCU控制正转信号FW和开关信号ON/OFF信号无效，或者反转信号RW和开关信号ON/OFF信号无效，功率晶体管Q5截止，单向可控硅因为失去维持电流，将全部关断，实现了可控硅H桥的可控关断。

实现有刷电机的调速，可在上述正转或反转过程中，保持正转信号FW或反转信号RW有效，在ON/OFF控制引脚上施加PWM控制信号，即可以方便实现直流电机的调速。

本发明实施例提供的开关机构驱动电路，通过使用单向可控硅实现对电机的控制，通过较少的器件克服以上的缺点，抗震动，电路简单可靠，适用于对可靠性要求较高的高压隔离开关控制器场合。

综上，本发明实施例提供的开关机构驱动电路的原理简单，容易实现，并具有高度的可靠性和低成本。相比于现有的功率晶体管以及功率场效应管相比，单向可控硅器件能够应用在高压大电流场合，并且价格较低，因此有利于实现所有器件的国产化。

另外通过以上的原理分析可以看出，本发明实施例中，无需为可控硅H桥额外提供控制电源和可控硅H桥上的第一桥臂和第二桥臂的自举电源，因此实现同样功能，本发明实施例中使用的器件数量大大减少，同时较少的器件数量也带来较少的故障率，提高了电路的可靠性。

实施例三：

考虑到电源为交流电源的情况，为了便于理解，下面以交流电场合，即第一供电电源为交流电源(AC)为例对本发明实施例提供的另一种开关机构驱动电路进行详细介绍：

与实施例二的区别在于，该驱动电路还包括整流电路，所述整流电路用于将交流电转换为直流电；整流电路的输入端与交流电源相连接；所述整流电路的输出端与可控硅H桥相连接，通过整流电路的输出端输出的直流电源为可控硅H桥供电。

具体的，参照图6，本实施例中的整流电路包括全桥整流桥D2，全桥整流桥D2的输入端的第一端子连接交流电源AC的火线ACL，全桥整流桥D2的输入端的第二端子连接交流电源AC的零线ACN，全桥整流桥D2的输出端的第一端子DC+连接可控硅H桥的第一单向可控硅Q1、第二单向可控硅Q2的阳极端，全桥整流桥D2的输入端的第二端子接地。

在交流电源场合，通过增加一个整流电路也就可以实现实施例二的功能。即，延伸到交流电源供电的场合，本发明实施例提供的开关机构驱动电路也可以用同样精简的器件实现直流电机的正反转控制，启停及调速的功能。

实施例四：

为了提高驱动电路的应用场景，参见图7，在本发明实施例提供了第三种开关机构驱动电路，与实施例三的区别在于，本实施例中的控制开关采用继电器KM1和晶体管Q6，所述继电器KM1的触点设置在交流电源的火线ACL与全桥整流桥D2的输入端的第一端子之间，所述继电器的线圈的一端连接第二供电电源VCC的正极，另一端连接晶体管Q6的集电极C；晶体管Q6的发射极接地；晶体管Q6的基极连接第三控制信号ON/OFF。MCU通过第三驱动信号ON/OFF控制第三控制信号ON/OFF有效和无效，实现晶体管Q6的导通和关断。

具体的，晶体管Q6采用NPN型晶体管。考虑到如何对晶体管进行保护，进一步的，该驱动电路还包括串联连接在晶体管Q6基极的限流电阻R17。

此外，该驱动电路还包括并联连接在继电器线圈两端的续流二极管D1，续流二极管D1的负极连接第二供供电电源VCC的正极，续流二极管D1的正极连接晶体管Q6的集电极。

继电器断电时，续流二极管D1为继电器线圈高电压提供了释放路径，防止了晶体管Q6断开时在继电器线圈两端产生的高电压将对晶体管Q6造成的损坏，续流二极管起到了保护晶体管电路的作用。

本实施例通过采用一个晶体管Q6去控制继电器线圈(Relay Coil)的导通，并由继电器触点再去控制后续的负载电路，能够实现除调速外的全部功能，并能够实现输出和电源的完全断开，提高了安全性。

实施例五：

本实施例提供了一种开关机构驱动电路的驱动方法，由中央控制器MCU执行，包括：

根据电机的功能需求发出与电机的功能需求对应的第一驱动信号或第二驱动信号以控制第一控制信号或第二控制信号的信号状态；所述功能需求包括正转、反转和停止，所述信号状态包括有效状态和无效状态；所述第一驱动信号和第二驱动信号的极性相反；

发出第三驱动信号以控制第三控制信号的信号状态；以使第一单向可控硅至第四单向可控硅的导通和断开，实现可控硅H桥的工作和关断，从而实现电机的正转、反转或者停止。

具体的，当第一控制信号处于有效状态且第三控制信号处于有效状态时，实现电机的正转；

当第二控制信号处于有效状态且第三控制信号处于有效状态时实现电机的反转；

当第一控制信号处于无效状态且第三控制信号处于无效状态时；或者第二控制信号处于无效状态且第三控制信号处于无效状态时实现电机的反转。

进一步的，该方法还包括：当电机处于正转或反转过程中，发出PWM控制信号至控制开关，以实现电机的调速。

本发明实施例提供的开关机构驱动电路的驱动方法，与上述实施例提供的开关机构驱动电路具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的驱动方法的具体工作过程，可以参考前述实施例中驱动电路的对应过程，在此不再赘述。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种开关机构驱动电路，其特征在于，应用与高压隔离开关控制器，包括：可控硅H桥，所述可控硅H桥包括：电机、第一桥臂和第二桥臂，所述电机设置在所述第一桥臂和所述第二桥臂之间；所述第一桥臂包括：串联连接在第一供电电源和地之间的第一单向可控硅和第三单向可控硅，所述第一单向可控硅的阳极端与第一供电电源的正极相连接，所述第一单向可控硅的阴极端与所述第三单向可控硅的阳极端相连接；所述第三单向可控硅的阴极端、所述第一供电电源的负极均接地；在第一单向可控硅的阴级端和第三单向可控硅的阳极端之间设置有第一节点；所述第二桥臂包括：串联连接在第一供电电源和地之间的第二单向可控硅和第四单向可控硅，所述第二单向可控硅的阳极端与第一供电电源的正极相连接，所述第二单向可控硅的阴极端与所述第四单向可控硅的阳极端相连接；所述第四单向可控硅的阴极端接地；在第二单向可控硅的阴级端和第四单向可控硅的阳级端之间设置有第二节点；所述第一单向可控硅的控制端、所述第四单向可控硅的控制端与第一控制信号线相连接，并且由第一驱动信号控制施加在第一控制信号线的第一控制信号的信号状态；所述第二单向可控硅的控制端、所述第三单向可控硅的控制端与第二控制信号线相连接，并且由第二驱动信号控制施加在第二控制信号线的第二控制信号的信号状态；所述第一驱动信号与所述第二驱动信号的极性相反；所述信号状态包括有效状态和无效状态。

2.根据权利要求1所述的开关机构驱动电路，其特征在于，还包括：控制开关，所述控制开关用于控制可控硅H桥导通和关断。

3.根据权利要求2所述的开关机构驱动电路，其特征在于，所述控制开关采用功率晶体管，所述功率晶体管的第一端子与第三单向可控硅的阴极端、第四单向可控硅的阴极端相连接，所述功率晶体管的第二引脚接地，所述功率晶体管的第三引脚与第三控制信号线相连接，并且由施加在第三控制信号线上的第三驱动信号控制第三控制信号线上的控制信号的信号状态。

4.根据权利要求1所述的开关机构驱动电路，其特征在于，还包括：第二供电电源与中央控制器；所述第二供电电源与所述中央控制器相连接，所述第二供电电源用于为所述中央控制器提供工作电源；所述中央控制器用于提供所述第一驱动信号或第二驱动信号。

5.根据权利要求4所述的开关机构驱动电路，其特征在于，还包括：第一光耦合器、第二光耦合器、第三光耦合器和第四光耦合器；

所述第一光耦合器、所述第二光耦合器、所述第三光耦合器和所述第四光耦合器的输入端的第一端子分别与第二供电电源的正极相连接；所述第二供电电源的负极接地；

所述第一光耦合器和所述第四光耦合器的输入端的第二端子与所述第一控制信号线相连接；所述第二光耦合器和所述第三光耦合器的输入端的第二端子与所述第二控制信号线相连接；

所述第一光耦合器的输出端的第一端子与所述第一单向可控硅的阳极端相连接；所述第一光耦合器的输出端的第二端子与所述第一单向可控硅的控制端相连接；

所述第二光耦合器的输出端的第一端子与所述第二单向可控硅的阳极端相连接；所述第二光耦合器的输出端的第二端子与所述第二单向可控硅的控制端相连接；

所述第三光耦合器的输出端的第一端子与所述第三单向可控硅的阳极端相连接；所述第三光耦合器的输出端的第二端子与所述第三单向可控硅的控制端相连接；

所述第四光耦合器的输出端的第一端子与所述第四单向可控硅的阳极端相连接；所述第四光耦合器的输出端的第二端子与所述第四单向可控硅的控制端相连接。

6.根据权利要求1所述的开关机构驱动电路，其特征在于，还包括：互锁电路，所述互锁电路用于实现第一控制信号线上的第一控制信号和第二控制信号线上的第二控制信号互锁。

7.根据权利要求2所述的开关机构驱动电路，其特征在于，还包括：设置在控制开关上的位置传感器，所述位置传感器用于采集开关的触点位置信息。

8.根据权利要求1所述的开关机构驱动电路，其特征在于，第一交流供电电源为交流电源，该开关机构驱动电路还包括整流电路，所述第一供电电源通过所述整流电路连接到可控硅H桥。

9.一种开关机构驱动电路的驱动方法，其特征在于，包括：

根据电机的功能需求发出与电机的功能需求对应的第一驱动信号或第二驱动信号以控制第一控制信号或第二控制信号的信号状态；所述功能需求包括正转、反转和停止，所述信号状态包括有效状态和无效状态；所述第一驱动信号和第二驱动信号的极性相反；

发出第三驱动信号以控制第三控制信号的信号状态；以使第一单向可控硅至第四单向可控硅的导通和断开，实现可控硅H桥的工作和关断，从而实现电机的正转、反转或者停止。

10.根据权利要求9所述的开关机构驱动电路的驱动方法，其特征在于，还包括：

当电机处于正转或反转过程中，发出PWM控制信号至控制开关，以实现电机的调速。