CN114070284A - 连接和断开到具有电感的负载的电流的方法和开关电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及连接和断开到具有电感的负载的电流的方法和开关电路，尤其涉及一种开关电路，其具有连接在第一和第二端子(T1、T2)之间的主MOSFET开关(10)，该第一和第二端子(T1、T2)连接到电力线(P)和表示为电阻(R1)和电感(L1)的负载。主开关可由主控制命令操作以呈现导通或非导通状态。四个保护支路(B1‑B4)与主开关并联连接，分别具有串联连接的电阻元件(RB1‑RB4)和次MOSFET开关(S1‑S4)，次MOSFET开关(S1‑S4)可由在支路命令端子(12B1、12B2、12B3、12B4)处接收的支路控制命令操作以呈现导通或非导通状态。定时电路(13')依次将支路关断控制命令施加到支路命令端子，各支路关断控制命令相对于将主关断控制命令施加到主开关的时间延迟不同的预定时间间隔。

Description

连接和断开到具有电感的负载的电流的方法和开关电路
技术领域
本公开涉及一种连接和断开向具有电感的负载提供电流的电力线的方法和开关电路，尤其是在使用固态开关来实现连接和断开时。
背景技术
当电力线向负载提供电流时，如果负载中发生短路，则流向负载的电流必须快速断开，以避免危险的高电流流动。典型地，诸如MOSFET或IGBT的固态开关由于它们的快速切换时间而用于连接和断开到负载的电力线。它们可以单独地或多个并联地设置在电路中。
许多负载具有与其相关联的电感(L)。虽然电感量通常相当小，但是当提供的电流(I)较高时，在断开时也可能存在与该电感相关联的大量能量(E)(E＝1/1.L.i2)。例如，在高电流的情况下，能量的量可高达1焦耳并且对于甚至更高的电流可以达到10焦耳。该能量必须在不损坏任何组件的情况下消耗掉。
如本领域中已知的，MOSFET被设计为具有击穿电压VBR，如果超过该击穿电压，则意味着该MOSFET在其数据表规范之外被使用，并且可能导致被称为雪崩的现象。如果与单个脉冲雪崩相关联的能量较高，则这可能导致MOSFET中的电流或温度增进，这可能通过缓慢的积累损坏或立即破坏而导致MOSFET的失效。
图1示出了用于连接和断开到具有电感的负载的电流的开关电路的已知示例。该开关电路具有端子T1和T2。端子T1连接到电力线P，电力线P连接到电源，例如具有电源电压V的汽车电池。端子T2连接到具有电感的负载，例如汽车领域中的线束。负载由连接到地的串联负载电阻R1以及相关联的电感表示，该电感被表示为具有电感LC的线圈L1。
固态或分立式(discrete solution)开关装置10连接在端子T1和T2之间，并且包括并联连接的四个MOSFET M1至M4，它们的漏极连接到端子T1。固态或分立式开关装置10具有用于接收接通和关断控制命令的命令端子11，所述控制命令操作MOSFET M1至M4以分别呈现导通或非导通状态。应当理解，接通控制命令包括施加到命令端子11的电压，使得MOSFET M1至M4呈现导通状态，而关断控制命令包括不向命令端子11施加电压，使得MOSFETM1至M4呈现非导通状态。
MOSFET和线圈L1的电阻在正常工作条件下被认为是可忽略的。应当理解，在一些示例中，固态或分立式开关装置将仅包括单个MOSFET。固态或分立式开关装置10是连接和断开到负载的电流的主要方式。
如果在负载中发生短路，则可以将其表示为新的电阻R1short，该电阻R1short所具有的低电阻值，使得MOSFET的电阻与之相比不再可忽略。传感器用于检测短路，其细节可以采取本领域技术人员已知的许多不同形式。在感测到短路时，关断控制命令被施加至端子11，这使得MOSFET M1-M4中的每一个同时呈现非导通状态。如上所述，MOSFET或IGBT固态开关具有快速切换时间，使得图1中的电路布置将比熔丝更快地起作用。
然而，当发生短路时，在MOSFET M1-M4实际呈现非导通状态以断开电流之前存在时间延迟。因此，线圈L1中的电流I快速上升，并且增加的负电压也将在线圈L1两端产生(V＝Lc.di/dt)。此外，线圈L1中存储的能量比电流上升得更快，该电流可达到必须通过可用路径放电的非常高的值。
在提供和断开高电流的情况下，两个问题与这种短路相关联。第一，线圈L1两端的负电压导致MOSFET M1-M4两端的电压增加。因为MOSFET M1-M4由于器件到器件的变化而不完全相等，所以电流将优先流过一个MOSFET，并且其两端的电压可能超过击穿电压，从而导致雪崩，然后该MOSFET可能失效。第二，MOSFET M1-M4不能承受必须从线圈L1消耗的能量，并且MOSFET可能失效。即使在第一次短路的情况下没有发生故障，损坏也可能累积，使得在下一短路的情况下可能发生故障。在任一情况下，存在软短路的可能性，并且MOSFET可能不能正确地打开，从而导致安全问题。
目前，当提供较高电流时，单个MOSFET不能承受上述断开，并且由于上述原因，甚至并联连接的MOSFET也不能使用。因此，需要一种没有这种问题的开关电路。
发明内容
本公开涉及一种方法和开关电路，其包括保护固态或分立式开关的保护电路，所述固态或分立式开关用于连接和断开向具有电感的负载提供相对较高电流的电力线。
根据第一方面，提供了一种断开向具有电感的负载提供电流的电力线的方法，该方法包括：
在所述电力线与所述负载之间连接主固态或分立式开关装置，所述主固态或分立式开关装置可由主接通或关断控制命令操作以呈现导通或非导通状态；
与所述主固态或分立式开关装置并联地连接一个或更多个保护支路，各保护支路包括串联连接的电阻元件和次固态或分立式开关，所述次固态或分立式开关可由支路接通或关断控制命令操作以呈现导通或非导通状态；
向所述主固态或分立式开关装置施加主关断控制命令；
向所述保护支路或每个保护支路的次固态或分立式开关施加支路关断控制命令，所述支路关断控制命令相对于所述主关断控制命令被延迟预定时间间隔。
在一个实施方式中，其中，提供了多个保护支路，该方法还包括将支路关断控制命令顺序地施加到每个保护支路的次固态或分立式开关。
在另一实施方式中，该方法还包括将支路关断控制命令顺序地施加到保护支路的次固态或分立式开关，各支路关断控制命令相对于将主关断控制命令施加到主固态或分立式开关装置时延迟不同的预定时间间隔。
根据第二方面，提供了一种用于断开向具有电感的负载提供电流的电力线的开关电路，该电路包括：
用于连接到所述电力线的第一端子；
用于连接到所述负载的第二端子；
主固态或分立式开关装置，其连接在所述第一端子和所述第二端子之间，并且可由主接通或关断控制命令操作以呈现导通或非导通状态；
与主固态或分立式开关装置并联连接的一个或更多个保护支路，所述一个或更多个保护支路分别包括串联连接的电阻元件和次固态或分立式开关，所述次固态或分立式开关可由支路接通或关断控制命令操作以呈现导通或非导通状态；以及
定时电路，该定时电路被配置成向所述保护支路或每个保护支路的次固态或分立式开关施加支路关断控制命令，所述支路关断控制命令相对于将主关断控制命令施加到所述主固态或分立式开关装置时被延迟预定时间间隔。
在一个实施方式中，开关电路包括单个支路。
在一种情况下，定时电路被配置成施加支路关断控制命令，该支路关断控制命令以一速度切换保护支路的次固态或分立式开关，使得来自电感的不可忽略量的能量在其中被消耗。
在另一种情况下，定时电路被配置成施加支路关断控制命令，该支路关断控制命令以一速度切换保护支路的次固态或分立式开关，使得来自电感的可忽略量的能量在其中被消耗。
在另一实施方式中，开关电路包括多个保护支路。
在一个实施方式中，定时电路被配置成将支路关断控制命令顺序地施加到保护支路的次固态或分立式开关，各支路关断控制命令相对于将主关断控制命令施加到主固态或分立式开关装置时被延迟不同的预定时间间隔。
在一个实施方式中，定时电路被配置成将支路关断控制命令施加到至少一个保护支路，其以一速度切换该保护支路的次固态或分立式开关，使得来自电感的不可忽略量的能量在其中被消耗。
在一种情况下，定时电路被配置成将支路关断控制命令施加到所有保护支路，其以一速度切换次固态或分立式开关，使得来自电感的不可忽略量的能量在其中被消耗。
在一个实施方式中，定时电路被配置成将支路关断控制命令施加到至少一个保护支路，其以一速度切换该保护支路的次固态或分立式开关，使得来自电感(L1)的可忽略量的能量在其中被消耗。
在一种情况下，定时电路被配置成将支路关断控制命令施加到所有保护支路，该支路关断控制命令以一速度切换次固态或分立式开关，使得来自电感的可忽略量的能量在其中被消耗。
在另一实施方式中，主固态或分立式开关装置包括并联连接在第一端子和第二端子之间的多个固态或分立式开关，并且可通过公共的接通或关断控制命令来操作。
在另一实施方式中，固态或分立式开关包括MOSFET开关或IGBT开关。
在一个实施方式中，关断的控制命令不存在接通的控制命令。
在另一实施方式中，定时电路被连接成接收与第一固态或分立式开关装置相同的控制命令。
在一个实施方式中，定时电路包括具有预定时间常数的RC电路、计数器或微处理器中的至少一者。
在另一实施方式中，选择电阻元件的电阻和定时电路的预定时间间隔，以吸收电感组件中的足够量的能量，从而在向其施加主关断控制命令之后保护主固态或分立式开关装置。
附图说明
现在将参照附图描述说明性实施方式，其中：
图1示出了已知的开关电路；
图2示出了包括单个保护支路电路的开关电路的第一实施方式；
图3示出了图2中的组件的电压和功率相对于时间的示例曲线图；
图4示出了包括多个保护支路电路的开关电路的第二实施方式；以及
图5A示出了图4中使用的镇流电阻元件的电流相对于时间的示例曲线图；
图5B示出了图4中使用的MOSFET的功耗相对于时间的示例曲线图；
图5C示出了图4中使用的镇流电阻元件的功耗相对于时间的示例曲线图；
图5D示出了图4中使用的MOSFET两端的电压相对于时间的示例曲线图。
具体实施方式
图2示出了开关电路的第一实施方式，其示出了如何减小由与负载相关联的电感引起的增加电压的影响以及如何适应与该电感相关联的能量消耗。图2中与图1相同的组件具有相同的附图标记并且将不再描述。
如图2所示，保护支路B1与主固态开关装置10并联连接，实际上连接到端子T1和T2。保护支路B1包括与镇流电阻元件RB1串联连接的次固态开关，在这种情况下为MOSFETS1。MOSFET S1具有支路命令端子12B1，其栅极连接到定时电路13。定时电路13具有输入端子14，并且通过接收在命令端子11接收的接通和关断控制命令而被启动以产生输出。该输出将支路接通和关断控制命令提供至支路命令端子12B1。如图所示，定时电路13具有接收在命令端子11处接收的控制命令的输入端子14。应当理解，本公开不限于这种方式，并且可以提供定时电路，该定时电路由以与命令端子11处的控制命令协调的方式提供的其他信号启动。
在操作中，为了接通图2所示的开关电路，接通控制命令被施加到命令端子11，其也被施加到定时电路13的输入端子14。结果，命令端子11处的控制命令使MOSFET M1-M4呈现导通状态。此外，响应于输入端子14处的控制命令而启动的定时电路13将支路导通控制命令输出到支路命令端子12B1，使得MOSFET S1呈现导通状态。应当理解，定时电路13可以被设计成使得在输入端子14处接收到接通控制命令的同时，将支路接通控制命令输出到支路命令端子12B1。然而，本公开不限于这种方式，并且可存在延迟。
当在负载中发生短路时，在时间t0有效地使电阻R1短路，关断控制命令被施加到命令端子11，这使得MOSFET M1-M4中的每一个同时呈现非导通状态。相同的命令出现在输入端子14。在这种情况下，定时电路13在支路关断控制命令的输出被输出到支路命令端子12B1之前引入预定时间延迟。因此，刚好在MOSFET M1-M4已经呈现非导通状态的时间t0之后，电流现在将流过镇流电阻元件RB1，因为支路关断控制命令还没有从定时电路13的输出施加到支路命令端子12B1。
向MOSFET M1-M4提供相对于关断控制命令的预定时间间隔的定时电路可以是例如简单的RC低路径。该低路径可以用MOSFET M1-M4支路关断控制命令和支路关断控制命令之间的电阻以及连接在支路关断控制命令和端子T2之间的电容来实现。
根据必须从线圈L1消耗的能量的量来确定镇流电阻元件RB1的电阻值，以便确保线圈L1两端的负电压增加不会导致主固态开关装置的MOSFET M1-M4两端的电压，该电压可能导致它们的故障。
图3示出了图2的电路中的组件的各种波形，从将关断控制命令施加到命令端子11以在大约0.2ms时实际关断MOSFET M1至M4直到预定时间延迟期满，在该预定时间延迟点处将关断控制命令施加到命令端子12B1以在大约1.2ms时实际关断MOSFET S1。
上面的曲线图示出了固态开关装置10两端的电压，特别是MOSFET M1-M4两端的电压。可以看出，当MOSFET M1-M4关断时，电压最初上升，但是由于保护支路B1，电压逐渐下降，直到在MOSFET S1关断时出现小脉冲。可以看出，MOSFET M1-M4两端的电压是受限的，并且永远不会达到击穿和雪崩电压。
中间的曲线图示出了镇流电阻元件RB1中随时间消耗的功率。可以看出，当MOSFETM1-M4关断时，镇流电阻元件RB1中的能量在短路时迅速增加，但在MOSFET S1关断之前随时间减小。可以看出，在这段时间内可以消耗相当多的能量。
下面的曲线图示出了在MOSFET S1中消耗的功率。可以看出，从MOSFET M1-M4关断时到MOSFET S1关断时出现小的功率脉冲为止，MOSFET S1中消耗的功率是可以忽略的。即使如此，功率量与已经在镇流电阻元件RB1中消耗的功率相比相对较低，并且可以由MOSFETS1的规格来适应。
因此，来自线圈L1的能量被镇流电阻元件RB1消耗，并且在线圈L1两端产生的电压受到限制，从而不会达到上述击穿电压。因此，通过包括图2中的保护支路，通过消耗来自线圈L1的能量并且通过将固态开关装置两端的电压限制为不超过击穿电压来保护主固态开关装置10免于故障。
应当理解，在图2中示出了具有连接到端子T1的MOSFET S1的高侧开关。MOSFET S1和电阻元件RB1的位置可以颠倒，以提供具有连接到端子T2的MOSFET S1的低侧开关。
图4示出了开关电路的第二实施方式，其使得能够改善由与负载相关联的电感引起的增加电压的影响的降低，以及改善对与该电感相关联的能量消耗的适应。图4中与图2相同的组件具有相同的附图标记并且将不再描述。
如图所示，图4包括单个MOSFET M1形式的主固态开关装置10。在该实施方式中，使用四个保护支路B1、B2、B3和B4来代替图2的单个保护支路B1。
保护支路B1包括连接到端子T1的镇流电阻元件RB1，该镇流电阻元件RB1与连接到端子T2的次固态开关(在此情况下是MOSFET S1)并联。MOSFET S1具有连接到定时电路13'的支路命令端子12B1。
保护支路B2包括连接到端子T1的镇流电阻元件RB2，该镇流电阻元件RB2与连接到端子T2的次固态开关(在此情况下是MOSFET S2)并联。MOSFET S2具有连接到定时电路13'的支路命令端子12B2。
保护支路B3包括连接到端子T1的镇流电阻元件RB3，该镇流电阻元件RB3与连接到端子T2的次固态开关(在此情况下是MOSFET S3)并联。MOSFET S3具有连接到定时电路13'的支路命令端子12B3。
保护支路B4包括连接到端子T1的镇流电阻元件RB4，该镇流电阻元件RB4与连接到端子T2的次固态开关(在此情况下是MOSFET S4)并联。MOSFET S4具有连接到定时电路13'的支路命令端子12B4。
应当理解，在图4中示出了低侧切换。
定时电路13'具有输入端子14以接收在命令端子11处接收的接通和关断控制命令。然而，在这种情况下，定时电路13'具有向四个支路命令端子12B1、12B2、12B3、12B4提供相应的支路接通和关断控制命令的输出。
如图2所示，定时电路13'可以被设计成使得在输入端子14处接收到接通控制命令的同时，支路接通控制命令被输出到支路命令端子12B1、12B2、12B3、12B4。如图2所示，在命令端子11处接收到关断控制命令时，定时电路13'在将支路关断控制命令输出到支路命令端子12B1、12B2、12B3、12B4之前引入预定时间延迟。然而，在这种情况下，定时电路13'还被设计成以在它们的每一个之间具有预定时间间隔Δ1、Δ2、Δ3、Δ4的顺序提供支路关断控制命令，也就是说，支路关断控制命令首先被输出到支路命令端子12B1，然后被输出到支路命令端子12B2，然后被输出到支路命令端子12B3，最后被输出到支路命令端子12B4。另选地，所述时间间隔可以被认为是相对于在关断控制命令被施加到控制终端子11时出现的时间起点的时间延迟。
图5A至图5D示出了当关断控制命令被施加到命令端子11以在大约1ms时实际关断MOSFET M1时图4的电路中的组件的各种波形。
在图5A中，上图示出了在第一并联镇流电阻元件RB1中流动的电流。可以看出，当关断控制命令被施加到控制端子12B1时，电流最初升高，但是随着能量消耗而减小，并且在大约2ms(在时间间隔Δ1之后)下降到零。
下面的曲线图示出了在第二并联镇流电阻元件RB2中流动的电流，与镇流电阻元件RB1相比，第二并联镇流电阻元件RB2以较低的电平开始，其最初上升但是随着能量消耗而减小。当关断控制命令被施加到控制端子12B1时，电流再次上升但不上升太多，并且随着能量消耗而减小，并且当关断控制命令被施加到控制端子12B2时在大约2.8ms(在时间间隔Δ2之后)下降到零。
再下面的曲线图示出了在第三并联镇流电阻元件RB3中流动的电流，与镇流电阻元件RB2相比，第三并联镇流电阻元件RB3以更低的电平开始，其最初升高但是随着能量消耗而减小。当关断控制命令被施加到控制端子12B1时，电流再次上升，但不上升太多，并且随着能量消耗而减小。当关断控制命令被施加到控制端子12B2时，电流又再次上升并且随着能量消耗而减小，并且在关断控制命令被施加到控制端子12B3时，在约3.6ms(在时间间隔Δ3之后)下降到零。
再下面的曲线图示出了在第四并联镇流电阻元件RB4中流动的电流，与镇流电阻元件RB3相比，第四并联镇流电阻元件RB4起始于更低的电平，其最初升高但随着能量消耗而减小。当关断控制命令被施加到控制端子12B1时，电流再次上升，但不上升太多，并且随着能量消耗而减小。当关断控制命令被施加到控制端子12B2时，电流再次上升并且随着能量的消耗而减小。当关断控制命令被施加到控制端子12B3时，电流又再次上升并且随着能量消耗而减小，并且在关断控制命令被施加到控制端子12B4时，在约4.2ms(在时间间隔Δ4之后)下降到零。
图5C以与图5A相同的顺序示出了镇流电阻元件RB1-RB4消耗的功率量。可以看出，在镇流电阻元件RB1中消耗了大量的功率，而在各镇流电阻元件RB2-RB4中消耗了较少量的功率，如图所示。
图5B示出了在各种MOSFET中消耗的功率量。特别地，上面的曲线图示出了在固态开关装置10的MOSFET M1中消耗的功率量，下面的曲线图依次示出了在支路B1至B4的每个MOSFET S1-S4(在图中标记为第一至第四并联MOSFET)中消耗的功率量。
图5D示出了各MOSFET两端的电压。特别地，上面的曲线图示出了主MOSFET M1两端的电压，下面的曲线图依次示出了支路B1至B4的每个MOSFET S1-S4(在图中标记为第一至第四保护MOSFET)两端的电压。
从图5A至图5D中可以看出，最初在短路时(示出为在1ms处发生)，所有MOSFET S1-S4都处于导通状态，因此电流开始流过镇流电阻元件RB1至RB4。初始电流由于电阻元件RB1至RB4消耗来自线圈R1的能量而缓慢衰减，同时保持MOSFET M1两端的电压低于雪崩风险，并且在MOSFET S1-S4中没有主要的能量消耗。
在接近2ms的点处，定时电路13'使MOSFET S1呈现非导通状态。因此，电流现在仅继续流过镇流电阻元件RB2至RB4。该电流由于镇流电阻元件RB2至RB4消耗来自线圈L1的能量而再次衰减，再次保持MOSFET M1两端的电压低于雪崩风险(48V)，并且在MOSFET S2-S4中没有主要的能量消耗。
在大约2.8ms的点处，定时电路13'使MOSFET S2呈现非导通状态。因此，电流现在仅继续流过镇流电阻元件RB3和RB4。该电流由于镇流电阻元件RB3和RB4消耗来自线圈L1的能量而再次衰减，再次保持MOSFET M1两端的电压低于雪崩风险，并且在MOSFET S3-S4中没有主要的能量消耗。
在接近3.6ms的点处，定时电路13'使MOSFET S3呈现非导通状态。因此，电流现在仅继续流过镇流电阻元件RB4。该电流由于镇流电阻元件RB4消耗线圈L1中的剩余能量而再次衰减，再次保持MOSFET M1两端的电压低于雪崩风险，并且在MOSFET S4中没有主要的能量消耗。在接近4.2ms的点处，其使MOSFET S4呈现不导通状态从而对MOSFET M1没有危险而变得安全。即使在该点处，应注意到，MOSFET S4两端的电压也保持低于接近击穿电压的48V。
到控制端子12B1、12B2、12B3、12B4的控制命令之间的定时间隔Δ不必相同，并且取决于镇流电阻元件的电阻、由开关电路控制的电流、与负载相关联的电感以及随后需要从电感消耗的能量。定时间隔Δ还将取决于选择多少个保护支路来并入开关电路中。
选择保护支路的镇流电阻元件的电阻值，以在电流流过的时间期间吸收电感的关断能量，并且将预定时间间隔Δ选择为只要电流需要稳定，即电流I＝V/电阻元件。该值还被选择成限制在线圈L1两端出现的电压脉冲。应当注意，镇流电阻元件的电阻值不应当大于Vbreakdown/最大电流，其中Vbreakdown是MOSFET的击穿电压。
显然，定时电路可以采用多种形式，例如RC电路、计数器或微控制器。在启动之后在其输出中引入延迟的定时电路的详细结构对本领域技术人员来说是显而易见的。
在参照图4描述的实施方式的改进中，定时电路13'可以被设计成通过选择相对较慢(平滑)的切换或相对较快(硬)的切换来改变MOSFET S1-S4的切换方式。在这种情况下，对于到控制端子12B1、12B2、12B3、12B4的每个输出，可以在所讨论的MOSFET的控制端子(栅极)和源极(其通过端子T2连接到线圈L1)之间设置电容C。该电容被选择为远大于MOSFET的本征栅极/源极电容。电阻R串联设置在定时电路的输出端与栅极/控制端之间。因此，栅极/源极两端的电压将根据时间常数τ＝R.C而变化。
对于电阻R＝100欧姆，以及47nF的电容，τ的值是4.7μs。以这个速度的切换是相对较快的并且构成硬切换。
对于电阻R＝3300欧姆，以及47nF的电容，τ的值是155.1μs。以这个速度的切换是相对较慢的并且构成平滑切换。
如果使用硬切换，则将由相应保护支路消耗的几乎所有电感能量都在相应镇流电阻元件中被消耗，而只有可忽略的量的电感能量在保护支路的相应MOSFET中被消耗。
如果使用平滑切换，则将由相应保护支路消耗的大部分电感能量在相应镇流电阻元件中被消耗，而有不可忽略的量的电感能量在保护支路的相应MOSFET中被消耗。
应当理解，构成硬切换还是平滑切换是关于在MOSFET中要允许消耗的能量的量的选择问题。镇流电阻元件和MOSFET中的能量消耗之间的平衡是根据MOSFET的技术规范和使用开关电路的情况的选择问题。
当使用多个保护支路时，应当理解，可以根据需要调整切换的类型。
在一种情况下，次固态开关的切换可以被选择成全平滑切换。这对于开关电路的高端配置或者如果保护支路包括串联连接的第一镇流电阻元件、MOSFET和第二镇流电阻元件都特别有用。
在另一种情况下，次固态开关的切换可以被选择成全硬切换。这对于开关电路的低端布置特别有用。
在另一种情况下，可以选择多个保护支路的次固态开关的平滑切换和硬切换的混合，使得可以具体地定制保护支路的断开模式。例如，硬切换可以用于除最后接收关断控制命令的保护支路之外的所有多个保护支路的次固态开关，所述最后接收关断控制命令的保护支路可以被平滑切换，使得不可忽略量的感应能量在该保护支路的MOSFET中消耗。以这种方式，当线圈L1中的能量仍然相对较高时，保护支路可以使用硬切换，使得几乎所有的能量都在相应的镇流电阻元件中被消耗，而当剩余的能量被减少足够量时引入平滑切换。
应当理解，如果使用硬切换来使最后连接的保护支路的次固态开关呈现非导通状态，则这可能导致不规则的电压脉冲。在这种情况下，该保护支路的镇流电阻元件可以由瞬态电压抑制(TVS)二极管代替。
应当理解，上述实施方式仅出于说明的目的示出了应用。实际上，实施方式可以应用于许多不同的配置，详细的实施方式对于本领域技术人员来说是易于实现的。例如，尽管所有附图示出了MOSFET形式的固态开关，但是对于本领域的技术人员显而易见的是，可以使用分立式开关。此外，该描述涉及MOSFET。然而，也可以使用IGBT固态开关。此外，保护支路可以包括串联连接的第一镇流电阻元件、MOSFET和第二镇流电阻元件。

Claims (19)

1.一种断开向具有电感(L1)的负载(R1)提供电流的电力线(P)的方法，所述方法包括：
将主固态或分立式开关装置(10)连接在所述电力线(P)与所述负载之间，所述主固态或分立式开关装置(10)能通过主接通或关断控制命令来操作以呈现导通或非导通状态；
将一个或更多个保护支路(B1-B4)与所述主固态或分立式开关装置(10)并联连接，所述一个或更多个保护支路各自包括串联连接的电阻元件(RB1-RB4)和次固态或分立式开关(S1-S4)，所述次固态或分立式开关(S1-S4)能通过支路接通或关断控制命令来操作以呈现导通或非导通状态；
将主关断控制命令施加至所述主固态或分立式开关装置(10)；
向所述保护支路(B1-B4)或每个保护支路(B1-B4)的所述次固态或分立式开关(S1-S4)施加支路关断控制命令，所述支路关断控制命令相对于所述主关断控制命令被延迟预定时间间隔。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，提供多个保护支路(B1-B4)，所述方法还包括：顺序地将所述支路关断控制命令施加至每个保护支路(B1-B4)的所述次固态或分立式开关(S1-S4)。
3.根据权利要求2所述的方法，所述方法还包括：将支路关断控制命令顺序地施加至所述保护支路(B1-B4)的所述次固态或分立式开关(S1-S4)，相对于将主关断控制命令施加至所述主固态或分立式开关装置(10)的时间，各支路关断控制命令被延迟不同的预定时间间隔。
4.一种用于断开向具有电感(L1)的负载(R1)提供电流的电力线(P)的开关电路，所述开关电路包括：
用于连接到所述电力线的第一端子(T1)；
用于连接到所述负载的第二端子(T2)；
连接在所述第一端子(T1)和所述第二端子(T2)之间的主固态或分立式开关装置(10)，并且所述主固态或分立式开关装置(10)能通过主接通或关断控制命令来操作以呈现导通或非导通状态；
与所述主固态或分立式开关装置(10)并联连接的一个或更多个保护支路(B1-B4)，所述一个或更多个保护支路(B1-B4)各自包括串联连接的电阻元件(RB1-RB4)和次固态或分立式开关(S1-S4)，所述次固态或分立式开关(S1-S4)能通过支路接通或关断控制命令来操作以呈现导通或非导通状态；以及
定时电路(13、13')，所述定时电路被配置成向所述保护支路或每个保护支路(B1-B4)的所述次固态或分立式开关(S1-S4)施加支路关断控制命令，相对于将主关断控制命令施加至所述主固态或分立式开关装置(10)的时间，所述支路关断控制命令被延迟预定时间间隔。
5.根据权利要求4所述的开关电路，所述开关电路包括单个保护支路(B1)。
6.根据权利要求5所述的开关电路，其中，所述定时电路(13)被配置成施加支路关断控制命令，所述支路关断控制命令以一速度切换所述保护支路(B1-B4)的所述次固态或分立式开关(S1-S4)，使得来自所述电感(L1)的不可忽略量的能量在所述次固态或分立式开关(S1-S4)中被消耗。
7.根据权利要求5所述的开关电路，其中，所述定时电路(13)被配置成施加支路关断控制命令，所述支路关断控制命令以一速度切换所述保护支路(B1-B4)的所述次固态或分立式开关(S1-S4)，使得来自所述电感(L1)的可忽略量的能量在所述次固态或分立式开关(S1-S4)中被消耗。
8.根据权利要求4所述的开关电路，所述开关电路包括多个保护支路(B1-B4)。
9.根据权利要求8所述的开关电路，其中，所述定时电路(13')被配置成将支路关断控制命令顺序地施加至所述保护支路(B1-B4)的所述次固态或分立式开关(S1-S4)，相对于将主关断控制命令施加至所述主固态或分立式开关装置(10)的时间，各支路关断控制命令被延迟不同的预定时间间隔。
10.根据权利要求9所述的开关电路，其中，所述定时电路(13')被配置成将支路关断控制命令施加至至少一个保护支路(B1-B4)，所述支路关断控制命令以一速度切换所述至少一个保护支路(B1-B4)的所述次固态或分立式开关(S1-S4)，使得来自所述电感(L1)的不可忽略量的能量在所述次固态或分立式开关(S1-S4)中被消耗。
11.根据权利要求10所述的开关电路，其中，所述定时电路(13')被配置成将支路关断控制命令施加至所有保护支路(B1-B4)，所述支路关断控制命令以一速度切换所述次固态或分立式开关(S1-S4)，使得来自所述电感(L1)的不可忽略量的能量在所述次固态或分立式开关(S1-S4)中被消耗。
12.根据权利要求9所述的开关电路，其中，所述定时电路(13')被配置成将支路关断控制命令施加至至少一个保护支路(B1-B4)，所述支路关断控制命令以一速度切换所述至少一个保护支路(B1-B4)的所述次固态或分立式开关(S1-S4)，使得来自所述电感(L1)的可忽略量的能量在所述次固态或分立式开关(S1-S4)中被消耗。
13.根据权利要求12所述的开关电路，其中，所述定时电路(13')被配置成将支路关断控制命令施加至所有保护支路(B1-B4)，所述支路关断控制命令以一速度切换所述次固态或分立式开关(S1-S4)，使得来自所述电感(L1)的可忽略量的能量在所述次固态或分立式开关(S1-S4)中被消耗。
14.根据权利要求4至13中任一项所述的开关电路，其中，所述主固态或分立式开关装置(10)包括并联连接在所述第一端子(T1)和所述第二端子(T2)之间的多个固态或分立式开关(M1-M4)，并且所述多个固态或分立式开关(M1-M4)能通过公共的接通或关断控制命令来操作。
15.根据权利要求4至14中任一项所述的开关电路，其中，所述固态或分立式开关包括MOSFET开关或IGBT开关。
16.根据权利要求4至15中任一项所述的开关电路，其中，用于关断的控制命令不存在用于接通的控制命令。
17.根据权利要求4至16中任一项所述的开关电路，其中，所述定时电路(13、13')被连接以接收与所述第一固态或分立式开关装置(10)相同的控制命令。
18.根据权利要求4至17中任一项所述的开关电路，其中，所述定时电路包括具有预定时间常数的RC电路、计数器或微处理器中的至少一者。
19.根据权利要求4至18中任一项所述的开关电路，其中，选择所述电阻元件的电阻和所述定时电路(13、13')的预定时间间隔，以吸收所述电感元件(L1)中的足够量的能量，从而在向所述主固态或分立式开关装置(10)施加主关断控制命令之后保护所述主固态或分立式开关装置(10)。
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