CN108599748B - 一种开关元件保护电路、保护方法及保护装置 - Google Patents

一种开关元件保护电路、保护方法及保护装置 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种开关元件保护电路、方法及装置，其中电路包括：开关元件以及灭弧电路，其中，所述灭弧电路并联于所述开关元件的两端，用于在检测到所述开关元件产生电弧的情况下，使所述开关元件两端短路，以达到快速、主动灭弧的作用，保护开关元件。开关元件保护方法为通过处理器多次检测控制开关元件断开的断开信号的发出时间与开关元件产生的电弧信号持续时长之间的关系，确定断开信号的最佳发送时刻以使电弧信号的持续时间小于预设时长，达到控制开关元件断开时间以保护开关元件的目的。

Description

一种开关元件保护电路、保护方法及保护装置
技术领域
本发明涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种开关元件保护电路、保护方法以及保护装置。
背景技术
继电器和接触器等电气开关在没有连接负载的情况下，可以进行上千万次开关操作，然而在带电并连接感性负载的条件下，其开关次数将减小到几百万次甚至几十万次，使用寿命会严重缩短。究其原因主要是继电器或者接触器的触点在开关时，两个触点之间会产生电弧从而对触点表面造成严重的损坏，导致触点粘连、触点材料融化后永久开路等。因此，研究快速有效的灭弧方法对于提高继电器和接触器等电气开关的使用寿命至关重要。
发明内容
本发明实施例提供一种开关元件保护电路及保护方法，可以在电路中开关元件断开时，降低开关元件产生的电弧的持续时间。
第一方面，本发明实施例提供了一种开关元件保护电路，该电路包括：
开关元件以及灭弧电路，其中，所述灭弧电路并联于所述开关元件的两端，用于在检测到所述开关元件产生电弧的情况下，使所述开关元件两端短路。
可选地，所述灭弧电路包括：电弧检测子电路、光驱动双向可控硅子电路、功率双向可控硅子电路，其中，所述电弧检测子电路与所述光驱动双向可控硅子电路连接，所述光驱动双向可控硅子电路与所述功率双向可控硅子电路连接，所述功率双向可控硅子电路与所述开关元件连接；
所述电弧检测子电路用于在所述开关元件两端产生电弧的情况向所述光驱动双向可控硅子电路发送第一电信号；
所述光驱动双向可控硅子电路用于在所述第一电信号的作用下产生第二电信号；
所述功率双向可控硅子电路用于在所述第二电信号的触发下使所述开关元件两端短路。
可选地，所述电弧检测子电路包括光敏三极管和第一电阻，其中，所述光敏三极管的集电极接入所述直流电源，所述光敏三极管的发射极与所述第一电阻的第一端连接；所述第一电阻的第二端连接所述光驱动双向可控硅子电路；所述光敏三极管用于在所述负载子电路中开关元件断开产生电弧的情况下导通；所述第一电阻用于在所述光敏三级管导通时，限制所述电弧检测子电路中的电流。
可选地，所述光驱动双向可控硅子电路包括发光二极管和光驱动双向可控硅，其中，所述发光二极管的正极与所述第一电阻的第二端连接，负极接地，所述光驱动双向可控硅的第一极和第二极与所述功率双向可控硅子电路连接；所述发光二极管用于在所述第一电信号的作用下发光，所述光驱动双向可控硅用于在接收到所述发光二极管发出的光线时产生光电流。
可选地，所述功率双向可控硅子电路包括功率双向可控硅、第二电阻、第一电容以及第三电阻，其中，所述功率双向可控硅的第一极与所述开关元件的第一端连接，第二极与所述开关元件的第二端连接，门极与所述光驱动双向可控硅的第一端连接；所述第二电阻的第一端与所述功率双向可控硅的第二极连接，第二端与所述光驱动双向可控硅的第二端连接；所述第一电容第一端与所述第二电阻的第二端连接，第二端与所述功率双向可控硅的第一极连接；所述第三电阻的第一端与所述功率双向可控硅的门极连接，第二端与所述功率双向可控硅的第一极连接；所述功率双向可控硅用于在所述光电流的触发下导通，使所述开关元件的两端短路。
第二方面，本发明实施例提供一种灭弧装置，该装置包括用于执行上述第一方面功能的电路。
第三方面，本发明实施例提供一种开关元件保护方法，该方法包括：
在当前时刻发送断开信号，所述断开信号用于指示电路中的开关元件断开；
检测电弧信号的持续时长，其中，所述电弧信号为所述开关元件断开时电弧产生的信号；
若所述电弧信号的持续时长大于预设时长，则根据所述电弧信号的持续时长，调整断开信号的下一次发送时刻，将下一次发送时刻作为新的当前时刻，重复上述步骤，直至电弧信号的持续时长小于预设时长；或者，若所述电弧信号的持续时长小于或者等于预设时长，则记录所述当前时刻在交流电压一个周期中对应的时间点；
在需要断开开关元件时，在当前时刻在所述交流电压一个周期中对应的时间点处发送断开信号。
可选地，所述根据所述电弧信号的持续时长，调整断开信号的下一次发送时刻，包括：在所述电弧信号的持续时长小于或者等于预设持续时长的情况下，根据所述当前时刻、所述电弧信号的持续时长以及第一系数调整断开信号的下一次发送时刻；或者，在所述电弧信号的持续时长大于预设持续时长的情况下，根据所述当前时刻、所述电弧信号的持续时长以及第二系数调整断开信号的下一次发送时刻。
可选地，在所述电弧信号的持续时长小于或者等于预设持续时长的情况下，根据当前时刻、电弧信号的持续时长以及第一系数调整断开信号的下一次发送时刻，具体包括：在所述电弧信号的持续时长小于或者等于四分之一的交流电压周期的情况下，调整断开信号的下一次发送时刻至tn+1时刻，其中，tn+1＝tn+aTn，tn为当前时刻，Tn为所述电弧信号的持续时长，a为小于1的正数；在所述电弧信号的持续时长大于预设持续时长的情况下，根据当前时刻、电弧信号的持续时长以及第二系数调整断开信号的下一次发送时刻，具体包括：在所述电弧信号的持续时长大于四分之一的交流电压周期的情况下，调整断开信号的下一次发送时刻至tn+1时刻，其中，tn+1＝tn+bTn，b为小于1的正数，b>a。
第四方面，本发明实施例提供一种开关元件保护装置，该装置包括用于执行上述第三方面的方法的单元。
本发明实施例通过在电路中安装灭弧电路，可以在检测到开关元件产生电弧的情况下使灭弧电路导通，从而使开关元件两端短路，达到主动灭弧的左右。具体地，灭弧电路中的光敏三极管检测到电弧产生的弧光从而导通，进而使发光二极管发光，光驱动双向可控硅在接收到发光二极管发出的光的作用下产生光电流，光电流通过导线流入功率双向可控硅电路中的功率双向可控硅的门极，触发功率双向可控硅导通，使开关元件的两端短路，从而使负载元件中的能量通过功率双向可控硅回路释放，达到快速灭弧的作用。另一方面，本发明提供的开关元件保护方法通过处理器多次检测控制开关元件断开的断开信号的发出时间与开关元件产生的电弧信号持续时长之间的关系，确定断开信号的最佳发送时刻以使电弧信号的持续时间小于预设时长，达到控制开关元件断开时间以保护开关元件的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例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例，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是本发明第一实施例提供的一种开关保护电路的结构示意图；
图2是本发明第二实施例提供的一种灭弧电路的结构图；
图3是本发明第三实施例提供的一种灭弧电路的连接示意图；
图4是本发明第四实施例提供的一种开关元件保护方法的流程示意图；
图5是本发明第四实施例提供的开关元件断开信号和电弧信号的示意图；
图6是本发明第四实施例提供的断开信号调整前后电弧信号的对比示意图；
图7是本发明第五实施例提供的一种开关元件保护装置的结构示意图；
图8是本发明第六实施例提供的另一种开关元件保护装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
如在本说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。
继电器和接触器等电气开关在没有连接负载的情况下，可以进行上千万次开关操作，然而在带电并连接感性负载的条件下，其开关次数将减小到几百万次甚至几十万次，使用寿命会严重缩短。其原因主要是由于电路中存在感性负载，在电器开关断开时，由于感性负载中的电流不会突变，感性负载中储存的能量需要靠电气开关两个触点间产生自感高压击穿空气来维持电流，从而会在两个触点间产生电弧，通过电弧来释放能量，两个触点之间产生的电弧会对触点表面造成严重的损坏，导致触点粘连、触点材料融化后永久开路等，从而使其使用寿命缩短。因此，快速有效的灭弧方法对于提高继电器和接触器等电气开关的使用寿命至关重要。
现有技术往往是采用更大容量的器件或者是在触点表面涂氧化层来保护继电器或者接触器，或者采用没有机械触点的固态继电器，然而更大容量的继电器或者接触器由于体积更大，成本也更高，固态继电器在较高的工作温度中运行时，需要更大的散热器，在触发电路设计不当时容易造成误触发或者跳闸。本发明实施例提出一种灭弧电路，如图1所示，图1是本发明第一实施例提供的一种开关保护电路的结构示意图，其中，开关元件、负载元件以及分流电阻串联组成负载电路，开关元件的第一端连接于交流电源第一端，第二端连接于负载元件的第一端，负载元件的第二端连接于分流电阻的第一端，分流电阻的第二端连接于交流电源的第二端，灭弧电路并联于开关元件两端，通过将灭弧电路与开关元件并联，在开关元件产生电弧时，灭弧电路可以在检测到电弧的情况下导通，将开关元件的两端短路，从而实现主动、快速灭弧的功能。
请参见图2，图2是本发明第二实施例提供的一种灭弧电路的结构图，如图2所示，灭弧电路与负载电路连接，负载电路至少包括分流电阻、开关元件以及负载元件，其中，开关元件的第一端连接于交流电源第一端，另一端连接于负载元件的第一端，负载元件的第二端连接于分流电阻的第一端，分流电阻的第二端连接于交流电源的第二端。灭弧电路并联与开关元件两端，灭弧电路包括：电弧检测子电路201、光驱动双向可控硅子电路202、功率双向可控硅子电路203，其中，
电弧检测子电路201一端与直流电源连接，另一端与光驱动双向可控硅子电路202连接，光驱动双向可控硅子电路202与功率双向可控硅子电路203连接，功率双向可控硅子电路203与开关元件连接；
电弧检测子电路201用于在开关元件两端产生电弧的情况下向光驱动双向可控硅子电路发送第一电信号，其中，第一电信号为直流电源在电弧检测子电路导通后产生的直流电流信号；
光驱动双向可控硅子电路202用于在第一电信号的作用下产生第二电信号，第二电信号用于触发功率双向可控硅子电路203导通；
功率双向可控硅子电路203用于在第二电信号的触发下导通，使所述开关元件两端短路。
图3是本发明第三实施例提供的一种灭弧电路的连接示意图，如图3所示，灭弧电路与负载电路连接，负载电路至少包括分流电阻、开关元件以及负载元件，灭弧电路包括：电弧检测子电路301、光驱动双向可控硅子电路302、功率双向可控硅子电路303，其中，
电弧检测子电路301包括光敏三极管和第一电阻R1，其中，光敏三极管的集电极接入直流电源，光敏三极管的发射极与第一电阻R1的第一端连接，第一电阻R1的第二端连接光驱动双向可控硅子电路；所述光敏三极管用于在检测到电路中开关元件断开产生电弧的情况下导通，使直流电源产生的直流电流通过电弧检测子电路流入光驱动双向可控硅子电路；第一电阻R1用于在光敏三级管导通时，限制电弧检测子电路中的直流电流。
光驱动双向可控硅子电路302包括发光二极管和光驱动双向可控硅，其中，发光二极管的第一端与第一电阻R1的第二端连接，发光二极管的第二端接地，光驱动双向可控硅与功率双向可控硅子电路连接，其中，发光二极管与光驱动双向可控硅通过光耦的方式实现电信号-光信号-电信号的装换，发光二极管用于在光敏三极管导通后产生的直流电流的作用下发光，光驱动双向可控硅用于在接收到发光二极管发出的光线时产生光电流。
功率双向可控硅子电路303包括功率双向可控硅、第二电阻R2、第三电阻R3以及第一电容C1，其中，功率双向可控硅的第一极与开关元件的第一端连接，第二极与开关元件的第二端连接，门极与光驱动双向可控硅的第一端连接；第二电阻R2的第一端与功率双向可控硅的第二极连接，第二端与光驱动双向可控硅的第二端连接；第三电阻R3的第一端与功率双向可控硅的门极连接，第二端与功率双向可控硅的第一极连接；第一电容C1第一端与第二电阻R2的第二端连接，第二端与第三电阻R3的第二端连接。功率双向可控硅用于在上述光电流的触发下导通，使所述开关元件的两端短路。
本发明实施例中，光敏三极管安装在开关元件的触点下，电路中开关元件闭合时，电路正常工作，当电路中的开关元件断开时，在开关元件的两个触点间会产生电弧，此时，电弧检测子电路中的光敏三极管在电弧产生的弧光的触发下导通，从而使直流电流通过光敏三极管以及第一电阻流向光驱动双向可控硅子电路302中的发光二极管，使发光二极管发光，光驱动双向可控硅在接收到发光二极管发出的光的作用下产生光电流，光电流通过导线流入功率双向可控硅子电路303中的功率双向可控硅的门极，触发功率双向可控硅导通，使开关元件的两端短路，从而使负载元件中的能量通过功率双向可控硅回路释放，达到快速灭弧的作用。
本发明实施例中，以图3中的电路为例，若光敏三极管采用型号为QSE133的光电三极管，其导通时间Ton1＝20μs，光双向可控硅采用信号为IL420A的光耦，其导通时间Ton2＝35μs，功率双向可控硅采用型号为BTA40A的可控硅，其导通时间取决于最大锁存电流和最小负载电流，考虑最小门极脉冲时间为20μs，则其导通时间Ton3＝23μs，三个功率开关器件的总导通时间为78μs。一般情况下，电弧的最大持续时间为10ms，最小持续时间为500μs，因此，基于本发明实施例设计的主动灭弧电路，理想情况下可以在100μs内熄灭电弧，大大减少电弧的持续时长，从而减小电弧对开关元件的带来的损坏。
可以理解，在本发明实施例中，光驱动双向可控硅子电路302中的光驱动双向可控硅可以采用两个反并联的光控晶闸管，功率双向可控硅子电路303中的功率双向可控硅也可以采用两个反并联的快速晶闸管，本发明实施例不做具体限定。
可以理解，本发明实施例中的灭弧电路还可以包括软启动触发与使能电路，若上述灭弧电路中的负载元件为电动机，软启动触发与使能电路可以在电动机需要启动时，按照脉冲宽度调制模式控制功率双向可控硅的导通以使电动机启动，在电动机稳定运行后再闭合开关元件，从而实现电动机的软启动。
通过实施本发明实施例中设计的灭弧电路，在开关器件产生电弧时，光敏三极管检测到电弧产生的弧光从而导通，进而使发光二极管发光，光驱动双向可控硅在接收到发光二极管发出的光的作用下产生光电流，光电流通过导线流入功率双向可控硅子电路中的功率双向可控硅的门极，触发功率双向可控硅导通，使开关元件的两端短路，从而使负载元件中的能量通过功率双向可控硅回路释放，达到快速、主动灭弧的作用。
请参阅图4，图4是本发明第四实施例提供的一种开关元件保护方法的流程示意图，该方法在将开关元件接入电路中之后，通过在最初的多次实际运行中，检测开关元件断开时电弧信号的持续时长，来调整控制开关元件断开的断开信号的最佳发送时间，以使开关元件在断开后电弧信号的持续时间满足预设要求，具体的，该方法包括：
401、在当前时刻发送断开信号。
其中，当前时刻可以是交流电压一个周期中的任意一个时刻，断开信号用于指示电路中的开关元件断开，本发明实施例中，电路中的开关元件受开关元件驱动模块控制，断开信号由处理器发送给驱动电路进而由驱动模块控制开关元件的断开与闭合。
402、检测电弧信号的持续时长。
其中，电弧信号为所述开关元件断开时电弧产生的信号，电路中的开关元件在断开信号的控制作用下断开，由前文可知，开关元件的触点在相互脱离后触点间会出现电弧，直至负载电流为零时电弧才会消失，因此通过检测电弧信号的上升沿和负载电流的过零点可以测量电弧信号的持续时长。如图5所示，图5是本发明第四实施例提供的开关元件断开信号和电弧信号的示意图，图5中实线正弦波为交流电压的波形，虚线正弦波为负载电流的波形，虚线方波为同步信号波形，其中，交流电压与负载电流的周期相同，相位相差ψ。图5中在p1时刻发出断开信号，在p2时刻检测到电弧信号的上升沿，由经验可知，自断开信号发出至开关原件的触点相互脱离需要一段时间，定义这段时间为开关元件的断开时间，可以通过检测断开信号的上升沿和电弧信号的上升沿来检测开关元件的断开时间，即图中p1时刻到p2时刻之间的时间间隔，将p2时刻对应的点称为开关元件的断开点。图5中在p3时刻检测到电弧信号上升沿之后的第一个负载电流过零点，即电弧信号消失的时刻，则从检测到电弧信号的上升沿到检测到电弧信号上升沿之后第一个负载电流为零的这段时间为电弧信号的持续时长，即图中p2时刻至p3时刻之间的时间间隔。
403、判断所述电弧信号的持续时长是否大于预设时长。
本次断开信号发出之后出现的电弧信号的持续时长计算出来之后，则需要判断本次电弧信号的持续时长是否大于预设时长，若是，则执行下述步骤404，若否，则执行下述步骤405。
404、若电弧信号的持续时长大于预设时间，则根据电弧信号的持续时长，调整断开信号的下一次发送时刻。
本发明实施例中，若所述电弧信号的持续时长大于预设时间，则需要根据电弧信号的持续时长以及发送本次断开信号的当前时刻，调整断开信号的下一次发送时刻，其中，当前时刻与断开信号的下一次发送时刻对应到交流电压同一个周期中时，下一次断开信号的发送时刻在当前时刻之后。当电路中的开关元件需要再次断开时，将下一次发送时刻作为新的当前时刻，重复上述步骤401至403，直至在调整后的时刻发送断开信号之后出现的电弧信号的持续时长小于或者等于预设时长。
举例来讲，如图6所示，图6是本发明第四实施例提供的断开信号调整前后电弧信号的对比示意图，在将开关元件接入电路中之后，在开关元件闭合使电路正常工作时，处理器在第一时刻t1发送第一次断开信号给开关元件驱动模块，控制开关元件断开，开关元件在断开后触点间会产生电弧，在s1时刻生成第一次电弧信号。由图6可知，从t1时刻到s1时刻为开关元件的断开时间，从s1时刻到s1时刻之后的第一个负载电流的过零点为第一次电弧信号的第一持续时长。得到第一次电弧信号的第一持续时长之后，将第一持续时长与预设时长进行比较，若第一持续时长大于预设时长，则根据第一时刻t1以及第一次电弧信号的第一持续时长，调整断开信号的下一次发送时刻至第二时刻t2，其中，由于交流电压的周期与幅值不变，每个周期的交流电压波形完全相同，因此可以将第二时刻t2对应到第一时刻t1所在的周期中，如图6所示，在交流电压同一个周期中，第二时刻t2在第一时刻t1之后。在第二次需要断开开关元件时，处理器在交流电压对应的t2时刻发送第二次断开信号，经过相同的断开时间之后，在s2时刻产生第二次电弧信号，由于对应到同一个交流电压周期中，第二时刻t2在第一时刻t1之后，因此s2时刻在s1时刻之后，从s2时刻到s2时刻之后的第一个负载电流的过零点为第二次电弧信号的第二持续时长，第二持续时长必然小于第一持续时长。由此可见，通过上述调整可以减小电弧信号的持续时长，在得到第二次电弧信号的第二持续时长之后，比较第二持续时长是否大于预设时长，若是，则再根据第二时刻t2以及第二持续时长调整第三次断开信号的发送时刻至第三时刻t3，然后比较第三次电弧信号的持续时长是否大于预设时长，若是，则再根据第三时刻t3以及第三持续时长调整第四次断开信号的发送时刻至第四时刻t4，依此类推，直至第n次电弧信号的第n持续时长小于或者等于预设时长。
可以理解，上述根据当前断开信号的发送时刻以及电弧信号的持续时长调整断开信号的下一次发送时刻的方法，可以是当第n次电弧信号的持续时长大于预设时长，且小于或者等于四分之一的交流电压周期时，令第n+1次断开信号的发送时刻tn+1＝tn+aTn，其中，tn为第n次断开信号的发送时刻，Tn为第n次电弧信号的持续时长，a为小于1的正数，aTn是tn时刻和tn+1时刻对应到交流电压同一个周期中的时间间隔，tn+1时刻在tn时刻之后；当第n次电弧信号的持续时长大于预设时长且大于四分之一的交流电压周期时，令第n+1次断开信号的发送时刻tn+1＝tn+bTn，其中，b为小于1的正数，b>a，bTn是tn时刻和tn+1时刻对应到交流电压同一个周期中的时间间隔，tn+1时刻在tn时刻之后。举例来讲，若令n等于1，即在开关元件第一次使用时，在t1时刻发送第一次断开信号之后，判断第一次电弧信号的持续时长T1是否大于预设时长，若第一次电弧信号的第一持续时长T1大于预设时长，且大于四分之一的交流电压周期，则将第二次断开信号的发送时刻在t1时刻的基础上往后推迟三分之二的第一持续时长T1，即t2＝t1+(2/3)T1，其中，(2/3)T1为t1时刻和t2时刻对应到交流电压同一个周期中的时间间隔。若第一次电弧信号的第一持续时长T1大于预设时长，且小于或者等于四分之一的交流电压周期，则将第二次断开信号的发送时刻在t1时刻的基础上往后推迟二分之一的第一持续时长，即t2＝t1+(1/2)T1，其中，(1/2)T1为t1时刻和t2时刻对应到交流电压同一个周期中的时间间隔。应理解，上述例子仅用作举例，不能理解为具体限定。
405、若电弧信号的持续时长小于或者等于预设时长，则记录当前时刻在交流电压一个周期中对应的时间点。
本发明实施例中，若经过调整，开关元件在断开信号的作用下断开之后，电弧信号的持续时长小于或者等于预设时长，则记录本次断开信号发送时的当前时刻在交流电压一个周期中对应的时间点，即若在第n次断开信号发送后产生的第n次电弧信号的第n持续时长小于或者等于预设时长，则将发送第n次断开信号的第n时刻tn对应到交流电压一个周期中的一个时间点，将该时间点记为toff，之后在每个交流电压周期的toff处发送断开信号，可使开关元件断开时的电弧持续时长小于或者等于预设时长。举例来讲，若交流电压的周期为1秒，发送第n次断开信号的时间点对应为交流电压一个周期的第0.3秒处，则将每个交流电压的第0.3秒记为toff点，之后需要断开开关元件时，则在每个交流电压周期的第0.3秒处发送断开信号，可以保证开关断开时产生的电弧信号的持续时长小于或者等于预设时长。
请参阅图7，图7是本发明第五实施例提供的一种开关元件保护装置的结构示意图，如图7所示，该保护装置与负载电路连接，负载电路至少包括分流电阻、开关元件以及负载元件，其中，开关元件的第一端连接于交流电源第一端，第二端连接于负载元件的第一端，负载元件的第二端连接于分流电阻的第一端，分流电阻的第二端连接于交流电源的第二端。本实施例提供的保护装置包括处理器、开关元件驱动模块、电弧检测模块、交流电压检测模块、负载电流检测模块，其中，
处理器用于发送断开信号和闭合信号至开关元件驱动模块，并接收电弧检测模块、交流电压检测模块以及负载电流检测模块发送的信号；
开关元件驱动模块用于接收处理器发送的断开信号和闭合信号，控制开关元件的断开以及闭合；
电弧检测模块用于检测电路中开关元件断开时产生的电弧信号，并将电弧信号发送给处理器；
交流电压检测模块用于检测电路中交流电压的波形，并将交流电压波形发送给处理器；
负载电流检测模块用于检测电路中负载电流的波形，并将负载波形发送给处理器。
本发明实施例中，在电路中开关闭合正常工作时，处理器用于向开关元件驱动模块发送断开信号，并根据交流电压检测模块检测到的交流电压波形，记录下断开信号的发送时刻对应到交流电压一个周期中的时间点，断开信号使开关元件在开关元件驱动模块的控制下断开，在开关元件断开时，开关元件的触点之间会产生电弧，电弧检测模块检测电弧信号，将电弧信号发送给处理器，处理器检测电弧信号的上升沿，并根据负载电流检测模块检测得到的交流电流信号确定电弧信号上升沿之后的交流电流信号过零点，进而根据电弧信号的上升沿以及交流电流信号过零点确定电弧信号的持续时长。处理器将电弧信号的持续时长与预设时长进行对比，并根据对比结果对下一次断开信号的发送时刻进行调整，其中，根据电弧信号的持续时间以及断开信号的发送时间调整下一次断开信号发送时间的方法在上述实施例中已经进行了阐述，在此不再赘述。
请参阅图8，图8是本发明第六实施例提供的另一种开关元件保护装置的结构示意图，如图8所示，该保护装置与负载电路连接，负载电路至少包括分流电阻、开关元件以及负载元件，其中，开关元件的第一端连接于交流电源第一端，第二端连接于负载元件的第一端，负载元件的第二端连接于分流电阻的第一端，分流电阻的第二端连接于交流电源的第二端。该保护装置包括第一实施例中提供的灭弧电路801以及第五实施例中提供的控制开关元件断开的装置802。本实施例中提供的装置可以先使用第一实施例中提供的主动灭弧电路来降低开关元件断开时产生的电弧的持续时间，保护电路中的开关元件，在主动灭弧电路失效后，再启用第五实施例中控制开关元件断开的装置保护电路中的开关元件；也可以先使用第五实施例中提供的控制开关元件断开的装置，在其失效后再启用第一实施例中提供的主动灭弧电路；还可以同时启用上述两个装置，在需要断开开关元件的时候，先使用控制开关元件断开的装置发送断开信号控制开关元件断开，使开关元件断开时产生的电弧信号的持续时长在预设时长范围内，在开关元件断开产生电弧时，主动灭弧电路在检测到电弧时再进行主动灭弧，从而对开关元件进行保护。应理解，本发明实施例中的灭弧电路控制开关元件断开的装置的连接方式、方法步骤以及功能原理等已在前文中进行了详细阐述，在此不再赘述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各电路、各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的电路、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接耦合或通信连接，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，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，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换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以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种开关元件保护电路，其特征在于，包括：开关元件以及灭弧电路，其中，所述灭弧电路并联于所述开关元件的两端，用于在检测到所述开关元件产生电弧的情况下，使所述开关元件两端短路；其中，
所述灭弧电路包括：电弧检测子电路、光驱动双向可控硅子电路、功率双向可控硅子电路，其中，
所述电弧检测子电路与所述光驱动双向可控硅子电路连接，所述光驱动双向可控硅子电路与所述功率双向可控硅子电路连接，所述功率双向可控硅子电路与所述开关元件连接；
所述电弧检测子电路用于在所述开关元件两端产生电弧的情况下向所述光驱动双向可控硅子电路发送第一电信号；
所述光驱动双向可控硅子电路用于在所述第一电信号的作用下产生第二电信号；
所述功率双向可控硅子电路用于在所述第二电信号的触发下使所述开关元件两端短路。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电弧检测子电路包括光敏三极管和第一电阻，其中，
所述光敏三极管的集电极接入直流电源，所述光敏三极管的发射极与所述第一电阻的第一端连接；所述第一电阻的第二端连接所述光驱动双向可控硅子电路；
所述光敏三极管用于在所述开关元件断开产生电弧的情况下导通，使所述直流电源与所述光驱动双向可控硅子电路连接；所述第一电阻用于在所述光敏三级管导通时，限制所述电弧检测子电路中的电流。
3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述光驱动双向可控硅子电路包括发光二极管和光驱动双向可控硅，其中，
所述发光二极管的正极与所述第一电阻的第二端连接，负极接地，所述光驱动双向可控硅的第一极和第二极与所述功率双向可控硅子电路连接；
所述发光二极管用于在所述第一电信号的作用下发光，所述光驱动双向可控硅用于在接收到所述发光二极管发出的光线时产生第二电信号。
4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述功率双向可控硅子电路包括功率双向可控硅、第二电阻、第一电容以及第三电阻，其中，
所述功率双向可控硅的第一极与所述开关元件的第一端连接，第二极与所述开关元件的第二端连接，门极与所述光驱动双向可控硅的第一端连接；
所述第二电阻的第一端与所述功率双向可控硅的第二极连接，第二端与所述光驱动双向可控硅的第二端连接；
所述第一电容第一端与所述第二电阻的第二端连接，第二端与所述功率双向可控硅的第一极连接；
所述第三电阻的第一端与所述功率双向可控硅的门极连接，第二端与所述功率双向可控硅的第一极连接；
所述功率双向可控硅用于在所述第二电信号的触发下导通，使所述开关元件的两端短路。
5.一种灭弧装置，其特征在于，包括如权利要求1-4任一项所述的电路。
6.一种开关元件保护方法，其特征在于，包括：
在当前时刻发送断开信号，所述断开信号用于指示电路中的开关元件断开；
检测电弧信号的持续时长，其中，所述电弧信号为所述开关元件断开时电弧产生的信号；
若所述电弧信号的持续时长大于预设时长，则根据所述电弧信号的持续时长，调整断开信号的下一次发送时刻，将下一次发送时刻作为新的当前时刻，重复上述步骤，直至电弧信号的持续时长小于预设时长；或者，
若所述电弧信号的持续时长小于或者等于预设时长，则记录所述当前时刻在交流电压一个周期中对应的时间点；
在需要断开开关元件时，在当前时刻在所述交流电压一个周期中对应的时间点处发送断开信号。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据所述电弧信号的持续时长，调整断开信号的下一次发送时刻，包括：
在所述电弧信号的持续时长小于或者等于预设持续时长的情况下，根据所述当前时刻、所述电弧信号的持续时长以及第一系数调整断开信号的下一次发送时刻；
或者，
在所述电弧信号的持续时长大于预设持续时长的情况下，根据所述当前时刻、所述电弧信号的持续时长以及第二系数调整断开信号的下一次发送时刻。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，
在所述电弧信号的持续时长小于或者等于预设持续时长的情况下，根据所述当前时刻、所述电弧信号的持续时长以及第一系数调整断开信号的下一次发送时刻，具体包括：
在所述电弧信号的持续时长小于或者等于四分之一的交流电压周期的情况下，调整断开信号的下一次发送时刻至tn+1时刻，其中，tn+1＝tn+aTn，tn为所述当前时刻，Tn为所述电弧信号的持续时长，a为小于1的正数；
在所述电弧信号的持续时长大于预设持续时长的情况下，根据所述当前时刻、所述电弧信号的持续时长以及第二系数调整断开信号的下一次发送时刻，具体包括：
在所述电弧信号的持续时长大于四分之一的交流电压周期的情况下，调整断开信号的下一次发送时刻至tn+1时刻，其中，tn+1＝tn+bTn，b为小于1的正数，b>a。
9.一种开关元件保护装置，其特征在于，包括用于执行如权利要求6-8任一项所述方法的单元。
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