CN117176121A - 电子开关驱动电路、控制方法以及电动飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电子开关驱动电路、控制方法以及电动飞行器，属于电力电子领域，电子开关驱动电路与电子开关连接，该电路包括控制模块和晶闸管；控制模块与晶闸管的门极连接，晶闸管的阳极与工作电源连接，晶闸管的阴极与电子开关的控制端连接；控制模块用于控制晶闸管的通断，以使电子开关闭合。本发明解决了相关技术中BMS故障会引起接触器断开，影响电动飞行器安全性的问题，达到了提高电动飞行器的可靠性和安全性的效果。

Description

电子开关驱动电路、控制方法以及电动飞行器

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种电子开关驱动电路、控制方法以及电动飞行器。

背景技术

在传统动力电池系统以及当前电动汽车的动力电池系统设计中，其BMS（BatteryManagement System，电池管理系统）的直流接触器一般都采用开关器件进行驱动，该技术也沿用到了eVTOL（电动垂直起降飞行器）的动力电池系统中，采用开关器件对接触器进行驱动。

相关技术中，eVTOL的电池管理要求与电动汽车的电池管理要求有所不同，由于eVTOL是在空中飞行，保证其动力系统的电源提供为第一要求，包括在BMS发生故障的情况下仍然希望其接触器保持闭合，为动力系统供电。而当前采用开关器件对接触器进行驱动的相关技术中，若BMS发生故障，无论是软件故障或是硬件故障，都会引起开关器件的控制信号丢失，导致接触器断开，从而导致动力系统的电池供电丢失，影响eVTOL飞行的安全性。

发明内容

本发明的主要目的在于：提供一种电子开关驱动电路、控制方法以及电动飞行器，旨在解决相关技术中BMS故障会引起接触器断开，影响电动飞行器安全性的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提出一种电子开关驱动电路，与电子开关K1连接，电子开关驱动电路包括控制模块和晶闸管Q1；

控制模块与晶闸管Q1的门极连接，晶闸管Q1的阳极与工作电源连接，晶闸管Q1的阴极与电子开关K1的控制端连接；

控制模块用于控制晶闸管Q1的通断，以使电子开关K1闭合。

可选地，上述电子开关驱动电路中，电子开关驱动电路还包括开关管Q2；

开关管Q2的控制端与控制模块连接，开关管Q2的输入端与工作电源连接，开关管Q2的输出端与电子开关K1的控制端连接；

控制模块还用于：

输出第一开关控制信号给晶闸管Q1，控制晶闸管Q1导通，以使电子开关K1闭合；和/或，

输出第二开关控制信号给开关管Q2，控制开关管Q2导通，以使晶闸管Q1关断，以及控制开关管Q2关断，以使电子开关K1断开；和/或，

检测到晶闸管Q1故障时，输出第三开关控制信号给开关管Q2，控制开关管Q2的通断，以使电子开关K1闭合或断开。

可选地，上述电子开关驱动电路中，电子开关K1接入电池供电电路，电池供电电路包括动力电池BT1和负载；

电子开关K1的输入端与动力电池BT1连接，电子开关K1的输出端与负载连接。

可选地，上述电子开关驱动电路中，电子开关驱动电路还包括电阻R1；

电阻R1的一端与控制模块的第一端连接，电阻R1的另一端与晶闸管Q1的门极连接。

可选地，上述电子开关驱动电路中，电子开关驱动电路还包括电阻R2；

电阻R2的一端与工作电源连接，电阻R2的另一端与晶闸管Q1的阳极连接。

可选地，上述电子开关驱动电路中，电子开关驱动电路还包括电阻R3；

电阻R3的一端与控制模块的第二端连接，电阻R3的另一端与开关管Q2的控制端连接。

可选地，上述电子开关驱动电路中，开关管Q2包括三极管、场效应管、绝缘栅双极晶体管或光电耦合器中的任意一种；

电子开关K1包括接触器、继电器、固态继电器、场效应管、绝缘栅双极晶体管、氮化镓功率半导体或碳化硅功率器件中的任意一种。

第二方面，本发明还提出一种电子开关驱动控制方法，应用于如上述的电子开关驱动电路，方法包括：

当控制模块接收到电子开关闭合指令时，输出高电平的第一开关控制信号给晶闸管Q1；

当控制模块输出第一开关控制信号的时长达到第一预设时长时，晶闸管Q1导通；其中，第一预设时长大于或等于晶闸管Q1的门极开通时间；

工作电源通过导通的晶闸管Q1给电子开关K1提供驱动电流，以使电子开关K1闭合。

第三方面，本发明还提出一种电子开关驱动控制方法，应用于如上述的电子开关驱动电路，方法包括：

当控制模块接收到电子开关闭合指令时，输出高电平的第一开关控制信号给晶闸管Q1；

当控制模块输出第一开关控制信号的时长达到第一预设时长时，晶闸管Q1导通；其中，第一预设时长大于或等于晶闸管Q1的门极开通时间；

工作电源通过导通的晶闸管Q1给电子开关K1提供驱动电流，以使电子开关K1闭合；

当控制模块接收到电子开关断开指令时，输出低电平的第一开关控制信号给晶闸管Q1，同时输出高电平的第二开关控制信号给开关管Q2，以使开关管Q2导通；

工作电源通过导通的开关管Q2给电子开关K1提供驱动电流，以使电子开关K1保持闭合；

当控制模块同时输出第一开关控制信号和第二开关控制信号的时长达到第二预设时长时，晶闸管Q1关断；其中，第二预设时长大于或等于晶闸管Q1的门极关断时间；

当控制模块检测到晶闸管Q1关断时，输出低电平的第二开关控制信号给开关管Q2，以使开关管Q2关断；

工作电源停止给电子开关K1提供驱动电流，以使电子开关K1断开；

或者，

通过手动控制应急开关使工作电源停止给电子开关K1提供驱动电流，以使电子开关K1断开；其中，工作电源通过应急开关与晶闸管Q1的阳极和开关管Q2的输入端的共接点连接。

第四方面，本发明还提出一种电动飞行器，包括：

电池供电电路，电池供电电路包括电子开关K1；

如上述的电子开关驱动电路；

其中，电子开关驱动电路与电子开关K1连接。

本发明提供的上述一个或多个技术方案，可以具有如下优点或至少实现了如下技术效果：

本发明提出的一种电子开关驱动电路、控制方法以及电动飞行器，通过采用控制模块和晶闸管Q1构成的电子开关驱动电路与电子开关K1连接，实现对电子开关K1的开关控制；在电子开关驱动电路中，控制模块与晶闸管Q1的门极连接，晶闸管Q1的阳极与工作电源连接，晶闸管Q1的阴极与电子开关K1的控制端连接，通过控制模块控制晶闸管Q1的通断，可以将工作电源的供电输出给电子开关K1，当通过导通的晶闸管Q1使电子开关K1通电时，实现了电子开关K1的闭合控制，此时，若电子开关K1所在的BMS系统发生故障，导致晶闸管Q1门极的控制信号消失，基于晶闸管Q1的导通特性，晶闸管Q1可以继续保持导通，从而可以保证电子开关K1依然保持闭合，不会影响设备正常工作，包括动力电池通过电子开关K1给负载的正常供电，从而提高了设备的可靠性和安全性；该电路尤其适用于电动飞行器的BMS系统，可以提高电动飞行器的可靠性和安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，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，下面描述中的附图仅仅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示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明电子开关驱动电路第一实施例的电路原理图；

图2为本发明电子开关驱动电路第二实施例的电路原理图；

图3为本发明电子开关驱动控制方法的流程示意图；

图4为本发明电子开关驱动控制方法的另一流程示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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作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。

需要说明，在本发明中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的装置或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种装置或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括该要素的装置或者系统中还存在另外的相同要素。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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，也可以是两个元件的相互作用关系。在本发明中，若有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身没有特定的意义。因此，“模块”、“部件”或“单元”可以混合地使用。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。另外，各个实施例的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时，应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

在传统动力电池系统以及当前电动汽车的动力电池系统设计中，其BMS（BatteryManagement System，电池管理系统）的直流接触器一般都采用开关器件进行驱动，该技术也沿用到了eVTOL（电动垂直起降飞行器）的动力电池系统中，采用开关器件对接触器进行驱动。

对相关技术进行分析发现，eVTOL的电池管理要求与电动汽车的电池管理要求有所不同，由于eVTOL是在空中飞行，保证其动力系统的电源提供为第一要求，包括在BMS发生故障的情况下仍然希望其接触器保持闭合，为动力系统供电。而当前采用开关器件对接触器进行驱动的相关技术中，若BMS发生故障，无论是软件故障或是硬件故障，都会引起其内部开关器件的控制信号丢失，导致接触器断开，从而导致动力系统的电池供电丢失，影响eVTOL飞行的安全性。

鉴于相关技术中BMS故障会引起接触器断开，影响电动飞行器安全性的技术问题，本发明提供了一种电子开关驱动电路、控制方法以及电动飞行器，具体实施例及实施方式如下：

实施例一

参照图1，图1为本发明电子开关驱动电路第一实施例的电路原理图；本实施例提出一种电子开关驱动电路。该电子开关驱动电路可以应用于具有电子开关的任意电力电子设备中，比如电动飞行器、电动汽车等电力设备，尤其可以应用于对电子开关具有更多要求的电力设备，例如要求在发生故障的情况下仍然可以保持连接，避免断开连接导致安全事故发生的电力设备，比如电动飞行器。

如图1所示，该电子开关驱动电路与电子开关K1连接，电子开关K1可以是电力设备的BMS系统中的电子开关，该电子开关可以接入BMS系统中的电池供电电路、电池管理电路、电源控制电路等电路，提供电路的回路接通或断开功能。

其中，电子开关K1可以包括接触器、继电器、固态继电器、场效应管（如MOS管、JFET管、MOSFET管等）、绝缘栅双极晶体管（IGBT）、氮化镓功率半导体或碳化硅功率器件等电控开关器件中的任意一种。

本实施例中，以电子开关K1包括触发线圈K1A和常开触点K1B为例进行说明，触发线圈K1A通电后可以触发常开触点K1B闭合，触发线圈K1A断电后，常开触点K1B自动断开。

该电子开关驱动电路可以包括：

控制模块，用于输出开关控制信号；

第一开关模块，分别与控制模块、工作电源和电子开关K1的控制端连接，用于根据接收到的开关控制信号导通，以使电子开关K1闭合。

具体的，控制模块与第一开关模块的控制端连接，控制模块可以输出第一开关控制信号给第一开关模块，实现对第一开关模块的导通触发，以使触发线圈K1A通电，触发常开触点K1B闭合，实现电子开关K1的闭合控制。

本实施例中，如图1所示，第一开关模块包括晶闸管Q1，该电子开关驱动电路包括：

控制模块和晶闸管Q1；

控制模块与晶闸管Q1的门极G连接，晶闸管Q1的阳极A与工作电源连接，晶闸管Q1的阴极K与电子开关K1的控制端连接；

控制模块用于控制晶闸管Q1的通断，以使电子开关K1闭合。

具体的，如图1所示，控制模块可以包括控制器U1，控制器U1的电源端即图1中U1的1号引脚，可以与工作电源VDD连接，由工作电源VDD提供工作电压；控制器U1的第一端是I/O端即图1中U1的2号引脚，与晶闸管Q1的门极G连接，可以输出控制信号给晶闸管Q1，实现对晶闸管Q1的通断控制；控制器U1的接地端即图1中U1的4号引脚接地。晶闸管Q1的阳极A与工作电源VDD连接，晶闸管Q1的阴极K与电子开关K1的控制端连接，具体与触发线圈K1A的一端连接，触发线圈K1A的另一端接地。控制模块控制晶闸管Q1的通断，以使电子开关K1闭合，具体使触发线圈K1A通电，触发常开触点K1B闭合。

进一步地，该电子开关驱动电路还可以包括：

第二开关模块，分别与控制模块、工作电源和电子开关K1的控制端连接，用于根据接收到的开关控制信号导通，以使第一开关模块关断，以及根据接收到的开关控制信号关断，以使电子开关K1断开。

具体的，控制模块与第二开关模块的控制端连接，控制模块可以输出第二开关控制信号给第二开关模块，实现对第二开关模块的导通控制，使第一开关模块关断，以及实现对第二开关模块的关断控制，以使触发线圈K1A断电，触发常开触点K1B断开，实现电子开关K1的断开控制。

本实施例中，如图1所示，第二开关模块包括开关管Q2，该电子开关驱动电路包括：

控制模块、晶闸管Q1和开关管Q2；

开关管Q2的控制端与控制模块连接，开关管Q2的输入端与工作电源连接，开关管Q2的输出端与电子开关K1的控制端连接。

具体的，如图1所示，控制器U1的第二端也是I/O端即图1中U1的3号引脚，与开关管Q2的控制端连接，可以输出控制信号给开关管Q2，实现对开关管Q2的通断控制；开关管Q2的输入端和晶闸管Q1的阳极A均与工作电源VDD连接，开关管Q2的输出端和晶闸管Q1的阴极K均与电子开关K1的控制端连接，具体均与触发线圈K1A的一端连接。

控制模块还可以用于：

输出第一开关控制信号给晶闸管Q1，控制晶闸管Q1导通，以使电子开关K1闭合；和/或，

输出第二开关控制信号给开关管Q2，控制开关管Q2导通，以使晶闸管Q1关断，以及控制开关管Q2关断，以使电子开关K1断开；和/或，

检测到晶闸管Q1故障时，输出第三开关控制信号给开关管Q2，控制开关管Q2的通断，以使电子开关K1闭合或断开。

具体的，控制晶闸管Q1导通，使电子开关K1闭合，具体使触发线圈K1A通电，触发常开触点K1B闭合；控制开关管Q2导通使晶闸管Q1关断后，再控制开关管Q2关断，使电子开关K1断开，本实施例中具体使触发线圈K1A断电，触发常开触点K1B断开。在检测到晶闸管Q1故障时，可以单独通过开关管Q2实现对电子开关K1的控制，具体控制开关管Q2导通，使电子开关K1闭合，或者控制开关管Q2关断，使电子开关K1断开。

本实施例的具体工作过程为：

若需要打开电子开关K1，当控制器U1接收到电子开关闭合指令时，输出高电平的第一开关控制信号给晶闸管Q1；当控制器U1输出第一开关控制信号的时长达到第一预设时长时，晶闸管Q1导通；其中，第一预设时长大于或等于晶闸管Q1的门极开通时间；工作电源VDD可以通过导通的晶闸管Q1给电子开关K1提供驱动电流，具体给触发线圈K1A提供驱动电流，以使电子开关K1闭合，具体使触发线圈K1A通电，触发常开触点K1B闭合，实现电子开关K1的闭合控制。

若在电子开关K1闭合工作的过程中，电子开关K1所在的BMS系统发生故障，或控制器U1存在故障，导致控制器U1无法正常输出高电平的第一开关控制信号时，晶闸管Q1可以保持导通，以使电子开关K1保持闭合。

若需要关闭电子开关K1，当控制器U1接收到电子开关断开指令时，输出低电平的第一开关控制信号给晶闸管Q1，同时输出高电平的第二开关控制信号给开关管Q2，以使开关管Q2导通；工作电源VDD可以通过导通的开关管Q2给电子开关K1的触发线圈K1A提供驱动电流，以使电子开关K1保持闭合，具体使触发线圈K1A保持通电，常开触点K1B保持闭合；当控制器U1同时输出第一开关控制信号和第二开关控制信号的时长达到第二预设时长时，晶闸管Q1关断；其中，第二预设时长大于或等于晶闸管Q1的门极关断时间；当控制器U1检测到晶闸管Q1关断时，输出低电平的第二开关控制信号给开关管Q2，以使开关管Q2关断；工作电源VDD停止给电子开关K1的触发线圈K1A提供驱动电流，以使电子开关K1断开，具体使触发线圈K1A断电，触发常开触点K1B断开，实现电子开关K1的断开控制。

可选的，在控制器U1输出高电平的第一开关控制信号给晶闸管Q1之后，若检测到晶闸管Q1存在故障的情况，可以单独使用开关管Q2对电子开关K1进行闭合控制和断开控制。

具体的，晶闸管Q1的故障检测可以包括，当控制器U1输出第一开关控制信号的时长达到第一预设时长时，若检测到电子开关K1未正确闭合，可以判定晶闸管Q1存在故障。

单独使用开关管Q2对电子开关K1进行闭合控制和断开控制包括：

控制器U1输出高电平的第三开关控制信号给开关管Q2，控制开关管Q2导通，工作电源VDD可以通过导通的开关管Q2给电子开关K1的触发线圈K1A提供驱动电流，以使触发线圈K1A通电，触发常开触点K1B闭合，实现电子开关K1的闭合控制；

在电子开关K1闭合工作的过程中，当控制器U1接收到电子开关断开指令时，输出低电平的第三开关控制信号给开关管Q2，控制开关管Q2关断，工作电源VDD停止给电子开关K1的触发线圈K1A提供驱动电流，以使触发线圈K1A断电，触发常开触点K1B断开，实现电子开关K1的断开控制。

可见，基于本实施例的电子开关驱动电路，不仅可以通过晶闸管Q1控制电子开关K1闭合，再通过晶闸管Q1与开关管Q2的配合控制电子开关K1断开，还可以在晶闸管Q1存在故障的情况下，通过开关管Q2独立控制电子开关K1的闭合和断开，提高了系统可靠性；而且，在不维修或者不方便及时维修晶闸管Q1的情况下，仍可以保证电子开关K1正常闭合，不会因为晶闸管Q1故障导致电子开关K1无法闭合而引起负载断电或无法正常供电等异常情况，提高了系统的供电安全性。

可选的，工作电源VDD可以通过应急开关与晶闸管Q1的阳极和开关管Q2的输入端的共接点连接；

对应的，若需要关闭电子开关K1，还可以通过手动控制该应急开关使工作电源VDD停止给电子开关K1提供驱动电流，以使触发线圈K1A断电，触发常开触点K1B断开，实现电子开关K1的断开控制。

本实施例中，通过控制器U1输出的两路控制信号配合才完成电子开关K1的断开控制，可以将电子开关K1的非正常下电可能性降到最低，进一步提高了设备的可靠性和安全性。

本实施例的电子开关驱动电路，通过采用控制模块、晶闸管Q1和开关管Q2构成的电子开关驱动电路与电子开关K1连接，实现对电子开关K1的开关控制；在电子开关驱动电路中，控制模块分别与晶闸管Q1的门极和开关管Q2的控制端连接，晶闸管Q1的阳极和开关管Q2的输入端分别与工作电源连接，晶闸管Q1的阴极和开关管Q2的输出端分别与电子开关K1的控制端连接，通过控制模块控制晶闸管Q1和开关管Q2的通断，可以将工作电源的供电分两路输出给电子开关K1，当通过导通的晶闸管Q1使电子开关K1通电时，实现了电子开关K1的闭合控制，此时，若电子开关K1所在的BMS系统发生故障，导致晶闸管Q1门极的控制信号消失，基于晶闸管Q1的导通特性，晶闸管Q1可以继续保持导通，从而可以保证电子开关K1依然保持闭合，不会影响设备正常工作，包括动力电池通过电子开关K1给负载的正常供电，从而提高了设备的可靠性和安全性；该电路尤其适用于电动飞行器的BMS系统，可以提高电动飞行器的可靠性和安全性。

实施例二

参照图2，图2为本发明电子开关驱动电路第二实施例的电路原理图；在实施例一的基础上，本实施例继续提出一种电子开关驱动电路，本实施例中，该电子开关驱动电路可以应用于电动飞行器的BMS系统中，电子开关K1继续以包括触发线圈K1A和常开触点K1B的电子开关K1为例进行说明。

进一步地，如图2所示，电子开关K1接入电池供电电路，电池供电电路包括动力电池BT1和负载；

电子开关K1的输入端与动力电池BT1连接，电子开关K1的输出端与负载连接。

具体的，电池供电电路为BMS系统中的电路，通过电子开关K1的闭合或断开可以控制动力电池BT1与负载的通断。电子开关K1可以是直流接触器、继电器、固态继电器、IGBT等电子开关，具体可以按照动力电池BT1的电压和充放电电流进行选型。负载可以是动力系统、环控系统、机舱等，由动力电池BT1供电以保证正常工作。电子开关K1的常开触点K1B接入电池供电电路，电子开关K1的输入端为常开触点K1B的一端，与动力电池BT1连接，电子开关K1的输出端为常开触点K1B的另一端，与负载连接。

本实施例中，BMS系统的电池供电电路工作时，常开触点K1B接通，动力电池BT1给负载供电，此时，若BMS系统发生例如死机、掉电、驱动电路损坏等硬件故障或控制程序出错等软件故障，由于晶闸管Q1的接通特性，即使晶闸管Q1门极G的控制信号消失，晶闸管Q1仍可以保持导通，电子开关K1的触发线圈K1A可以保持通电，从而使常开触点K1B保持接通，即电子开关K1依然保持闭合，从而可以防止电子开关K1因BMS系统故障而断开，导致负载供电消失，因此，该电子开关驱动电路可以在BMS故障发生时，使负载继续工作，从而维持电池供电电路的工作安全，提高了电动飞行器的安全性。

进一步地，电子开关驱动电路还包括电阻R1；

电阻R1的一端与控制模块的第一端连接，电阻R1的另一端与晶闸管Q1的门极G连接。

具体的，如图2所示，控制模块包括控制器U1，该控制器U1可以是电动飞行器中BMS系统的主控，还可以与上位机交互，接收上位机下发的指令，以生成对应的控制信号。电阻R1的一端与控制器U1的第一端即图2中U1的2号引脚连接，电阻R1的另一端与晶闸管Q1的门极G连接，此处电阻R1可以起到限流、保护晶闸管Q1的作用。

进一步地，电子开关驱动电路还包括电阻R2；

电阻R2的一端与工作电源连接，电阻R2的另一端与晶闸管Q1的阳极A连接。

具体的，如图2所示，电阻R2的一端与工作电源VDD连接，电阻R2的另一端与晶闸管Q1的阳极A连接，此处电阻R2可以起到限流、设置晶闸管Q1导通条件的作用。

进一步地，电子开关驱动电路还包括电阻R3；

电阻R3的一端与控制模块的第二端即图2中U1的3号引脚连接，电阻R3的另一端与开关管Q2的控制端连接。

具体的，如图2所示，电阻R3的一端与控制器U1的第二端连接，电阻R3的另一端与开关管Q2的控制端连接，此处电阻R3可以起到限流、保护开关管Q2的作用。

进一步地，开关管Q2包括三极管、场效应管（如MOS管、JFET管、MOSFET管等）、绝缘栅双极晶体管（IGBT管）或光电耦合器中的任意一种；

电子开关K1包括接触器如直流接触器、继电器、固态继电器、场效应管（如MOS管、JFET管、MOSFET管等）、绝缘栅双极晶体管（IGBT管）、氮化镓功率半导体或碳化硅功率器件中的任意一种。

具体的，开关管Q2还可以采用其他半导体开关器件，此处不作限定。而电阻R1、电阻R2和电阻R3，可以根据电子开关驱动电路实际应用中所需的电压和电流进行选型。

下面针对本实施例的电子开关驱动电路，进行电路原理分析和器件选型说明：

本实施例中，工作电源VDD选用9-36V的低压电源，电子开关K1直接选用直流接触器，并定义直流接触器的线圈吸合电流为，线圈吸合冲击电流为/>，线圈吸合电压为/>，则晶闸管Q1的选型应满足：导通额定电流/>且导通峰值电流/>；定义晶闸管Q1的门极导通电压为/>，门极导通电流为/>，阳极电压为/>，阳极导通电压（晶闸管Q1导通时的电压降）为/>，阳极保持电流为/>，门极开通时间为/>，门极关断时间为/>，晶闸管Q1流过的电流为I，晶闸管Q1门极处的电流为/>，如图2所示；

针对图2中的各电压点A、B、C、D、E，对应于该电路的工作时序，将对应产生变化，其中，电压点E为0V电势点，电压点A直接与低压电源连接，电压大小将始终与低压电源提供的大小一致；

初始状态下，晶闸管Q1处于关断状态，I=0A，直流接触器的触发线圈K1A上的线圈电压为0，此时电压点C的电压与电压点E的电压相等，，电压点B的电压与电压点A的电压相等，/>，晶闸管Q1的阳极电压/>；

由晶闸管导通条件可知，需要阳极电压、门极电压/>、门极电流、门极高电平时间/>，但在晶闸管Q1关断时，/>，/>已经大于0，因此若要使晶闸管Q1导通，实际只需要/>、/>且/>即可；

因此，当需要晶闸管Q1导通时，控制器U1的第一端即图2中U1的2号引脚应输出高电平且输出高电平的时间应大于等于门极开通时间/>，触发晶闸管Q1导通，直流接触器的触发线圈K1A的驱动电流将由低压电源通过导通的晶闸管Q1提供，则直流接触器接通；优选的方案为系统上电后，控制器U1的2号引脚一直输出高电平/>，但是在晶闸管Q1导通以后，控制器U1的2号引脚可以选择输出高电平/>，也可以选择输出低电平，此处并不作强制要求；

其中，电阻R1的选型应满足：按且/>计算，控制器U1的2号引脚的电压/>，当晶闸管Q1导通时，/>，则电阻R1的大小为，/>，同时应满足电阻R1的功率/>；

电阻R2的选型应满足：当晶闸管Q1导通时，，其中，/>、/>、/>，则电阻R2的大小为，/>，同时应满足电阻R2的功率/>。

本实施例中，开关管Q2优选的是MOS管，也可以是三极管等开关器件，本实施例中以开关管Q2选用如图2所示的MOS管为例，MOS管的选型应满足：额定导通电流；定义MOS管的栅极导通电压为/>，导通电压定为/>，栅极导通电流为/>；

由晶闸管关断条件可知，当晶闸管Q1流过的电流时或阳极电压时关断；

因此，当需要晶闸管Q1关断时，控制器U1的第一端即图2中U1的2号引脚应输出低电平，控制器U1的第二端即图2中U1的3号引脚应输出高电平且输出高电平的时间应大于等于门极关断时间，然后在晶闸管Q1关断后，控制器U1的第二端再输出低电平；

其中，当控制器U1的3号引脚输出高电平时，开关管Q2导通，此时由于开关管Q2的内阻远小于晶闸管Q1与电阻R2的内阻之和，因此直流接触器的触发线圈K1A的驱动电流转由低压电源通过导通的开关管Q2提供，由于开关管Q2导通的原因，晶闸管Q1流过的电流I会降低至很小，当/>时，晶闸管Q1将不能维持导通，晶闸管Q1关断；

根据晶闸管Q1的关断判断条件，可以选择对电阻R2的电压进行检测，当时，电阻R2的电压/>，确定晶闸管Q1关断后，控制器U1的3号引脚/>输出低电平，关断开关管Q2，直流接触器的触发线圈K1A将不再有驱动电流，则直流接触器断开；

其中，电阻R3的选型应满足：当为高电平，开关管Q2导通时，按栅极导通电压为，栅极导通电流为/>计算，控制器U1的3号引脚的电压，当开关管Q2导通时，/>，则电阻R3的大小为，/>，同时应满足电阻R3的功率/>。

可选的，控制模块的电源端、开关管Q2的输入端和电阻R2的一端的共接点与工作电源VDD之间可以设置应急开关，用于手动切断工作电源VDD的供电。

具体的，实际应用中，该应急开关可以设置在电动飞行器的驾驶台或其他位置，当BMS系统或其控制电路由于软硬件故障无法工作，导致控制模块无法按预设程序正常输出开关控制信号时，可以通过手动操作该应急开关来切断工作电源VDD给触发线圈K1A的供电，从而实现人工切断电池供电电路，断开动力电池BT1的输出。

本实施例中，使用晶闸管Q1作为电子开关K1的主要驱动器件。相较于开关器件驱动直流接触器的方案中，需要一直提供控制电压给开关器件，才能保持直流接触器的导通，本实施例中的晶闸管Q1导通以后即便是门极的控制信号消失也不会关断，因此，当控制器U1由于故障导致无法输出控制信号时，晶闸管Q1仍能保持导通，电子开关K1依然保持导通，负载的供电不会消失，保证了电池供电电路的安全。

而对于电子开关K1的断开操作，相较于只需要控制器的一个控制脚掉电就能使电子开关下电的传统控制方式，本实施例中需要控制器U1的两个端口即第一端和第二端按照预设的控制程序执行，先使晶闸管Q1关断，再关断开关管Q2，从而使电子开关K1的触发线圈K1A正常下电，降低了电子开关K1非正常下电的可能性。

本实施例的电子开关驱动电路，在BMS故障时，电池供电电路中的电子开关K1不会因故障而断开，避免电池供电电路断路，动力电池BT1无法为负载供电而影响电动飞行器的供电安全，从而使电动飞行器在飞行过程中遭遇BMS故障时，动力电池BT1依旧能够保障动力系统等负载的电力供应，维持飞行状态受控，直至平安降落地面，保障了飞行安全。

实施例三

基于同一发明构思，本实施例提出一种电子开关驱动控制方法，该方法可以应用于如上述实施例一或实施例二的电子开关驱动电路。

如图3所示为本发明电子开关驱动控制方法的流程示意图，该方法可以包括：

步骤S110：当控制模块接收到电子开关闭合指令时，输出高电平的第一开关控制信号给晶闸管Q1；

步骤S120：当控制模块输出第一开关控制信号的时长达到第一预设时长时，晶闸管Q1导通；其中，第一预设时长大于或等于晶闸管Q1的门极开通时间；

步骤S130：工作电源通过导通的晶闸管Q1给电子开关K1提供驱动电流，以使电子开关K1闭合。

具体的，电子开关闭合指令可以是BMS系统的上位机或与控制模块连接的其他用户端发出的指令，然后输入到控制模块；第一预设时长大于或等于晶闸管Q1的门极开通时间，基于电子开关驱动电路中晶闸管Q1的具体选型，根据晶闸管Q1的门极开通时间对应设置第一预设时长后，将其存入控制模块；工作电源可以是直流低压电源，用于给电子开关K1供电；控制模块存在故障可以是BMS系统的相关模块例如故障检测模块等检测到控制模块存在故障等情况，当控制模块存在软件故障和硬件故障等情况时，控制模块自身将无法正确输出高电平的第一开关控制信号给晶闸管Q1，但基于上述的电子开关驱动电路的结构以及晶闸管Q1的特性，该晶闸管Q1可以依然导通，因此电子开关K1也依然导通。

参照图1的电子开关驱动电路，当控制模块的控制器U1接收到电子开关闭合指令时，控制器U1的2号引脚输出高电平的第一开关控制信号给晶闸管Q1的门极；当控制器U1输出该第一开关控制信号的时长达到第一预设时长时，晶闸管Q1导通；晶闸管Q1导通以后，工作电源VDD便可以通过导通的晶闸管Q1给电子开关K1提供驱动电流，以使电子开关K1闭合，具体使触发线圈K1A通电，触发常开触点K1B闭合，实现电子开关K1的闭合控制。

通过采用上述的电子开关驱动电路，配合其具体的电子开关驱动控制方法，实现了对电子开关K1的闭合控制，该控制方法简单且响应快速。

可选地，步骤S130之后，该方法还可以包括：

步骤S140：当控制模块存在故障时，晶闸管Q1保持导通，以使电子开关K1保持闭合。

在电子开关K1闭合，电子开关K1所在的电池供电电路进入正常工作后，若控制器U1存在故障，且因为故障导致控制器U1的2号引脚无法正常输出高电平的第一开关控制信号时，由于晶闸管Q1本身的导通特性，门极只起到触发导通作用，之后门极的电平状态将不再影响晶闸管Q1，因此晶闸管Q1会保持导通，触发线圈K1A保持通电状态，常开触点K1B也保持闭合，即电子开关K1保持闭合。

在BMS发生故障时，保持电子开关K1的闭合，具有保障电池供电安全的效果，提高了设备的可靠性和安全性。

本实施例的电子开关驱动方法，通过控制模块输出高电平的第一开关控制信号给晶闸管Q1，控制晶闸管Q1导通，使工作电源通过导通的晶闸管Q1给电子开关K1提供驱动电流，以实现电子开关K1的闭合控制；此时，若电子开关K1所在的BMS系统发生故障，导致晶闸管Q1门极的第一开关控制信号消失，基于晶闸管Q1的导通特性，晶闸管Q1可以继续保持导通，从而可以保证电子开关K1依然保持闭合，不会影响设备正常工作，包括动力电池通过电子开关K1给负载的正常供电，从而提高了设备的可靠性和安全性。该方法应用于电子开关驱动电路，该开关驱动电路可以用于BMS系统，与BMS系统中电池供电电路的电子开关K1连接，尤其适用于电动飞行器的BMS系统，满足电动飞行器的在BMS发生故障的情况下仍然希望其接触器保持闭合，为动力系统供电的电池管理要求，可以提高电动飞行器的可靠性和安全性。

实施例四

基于同一发明构思，本实施例提出一种电子开关驱动控制方法，该方法可以应用于如上述实施例一或实施例二的电子开关驱动电路。

如图4所示为本发明电子开关驱动控制方法的另一流程示意图，该方法可以包括：

步骤S110：当控制模块接收到电子开关闭合指令时，输出高电平的第一开关控制信号给晶闸管Q1；

步骤S120：当控制模块输出第一开关控制信号的时长达到第一预设时长时，晶闸管Q1导通；其中，第一预设时长大于或等于晶闸管Q1的门极开通时间；

步骤S130：工作电源通过导通的晶闸管Q1给电子开关K1提供驱动电流，以使电子开关K1闭合；

步骤S210：当控制模块接收到电子开关断开指令时，输出低电平的第一开关控制信号给晶闸管Q1，同时输出高电平的第二开关控制信号给开关管Q2，以使开关管Q2导通；

步骤S220：工作电源通过导通的开关管Q2给电子开关K1提供驱动电流，以使电子开关K1保持闭合；

步骤S230：当控制模块同时输出第一开关控制信号和第二开关控制信号的时长达到第二预设时长时，晶闸管Q1关断；其中，第二预设时长大于或等于晶闸管Q1的门极关断时间；

步骤S240：当控制模块检测到晶闸管Q1关断时，输出低电平的第二开关控制信号给开关管Q2，以使开关管Q2关断；

步骤S250：工作电源停止给电子开关K1提供驱动电流，以使电子开关K1断开。

具体的，电子开关断开指令可以是BMS系统的上位机或与控制模块连接的其他用户端发出的指令，然后输入到控制模块；第二预设时长大于或等于晶闸管Q1的门极关断时间，基于电子开关驱动电路中晶闸管Q1的具体选型，根据晶闸管Q1的门极关断时间对应设置第二预设时长后，将其存入控制模块。

参照图1的电子开关驱动电路，当控制模块的控制器U1接收到电子开关断开指令时，控制器U1的2号引脚输出低电平的第一开关控制信号给晶闸管Q1的门极，同时控制器U1的3号引脚输出高电平的第二开关控制信号给开关管Q2的控制端，开关管Q2导通；开关管Q2导通以后，由于其内阻小于晶闸管Q1所在通路的内阻，工作电源VDD将转而由导通的开关管Q2给触发线圈K1A提供驱动电流，以使触发线圈K1A保持通电，常开触点K1B保持闭合；当控制器U1输出该第一开关控制信号和第二开关控制信号的时长达到第二预设时长时，晶闸管Q1关断；控制器U1对晶闸管Q1的状态进行实时检测，当检测到晶闸管Q1关断时，控制器U1的3号引脚输出低电平的第二开关控制信号给开关管Q2，以使开关管Q2关断；开关管Q2关断以后，工作电源VDD将停止给触发线圈K1A提供驱动电流，以使触发线圈K1A断电，触发常开触点K1B断开，实现电子开关K1的断开控制。

本实施例中，当需要断开电子开关K1，使电池供电电路停止工作时，控制器U1对两个输出端输出的两个开关控制信号进行控制，通过两路控制信号和开关管Q1的配合来关断晶闸管Q1，继而关断开关管Q1，实现了对电子开关K1的断开控制，以及提供针对上述电子开关驱动电路的安全下电方式，将电子开关K1的非正常下电可能性降到最低的效果，进一步提高了设备的可靠性和安全性。可见，电子开关K1的断开需要严格按照关断的逻辑顺序和时序来进行，避免了控制器U1故障时可能存在的混乱控制导致晶闸管Q1异常关断和电子开关K1异常断开等情况。

可选的，晶闸管Q1与工作电源VDD之间连接有电阻R2，控制器U1对晶闸管Q1的状态进行实时检测的方式可以是直接对电阻R2的电压进行检测，当开关管Q2导通后，由于开关管Q2的内阻远小于晶闸管Q1与电阻R2的内阻之和，因此工作电源VDD将通过导通的开关管Q2给触发线圈K1A提供驱动电流，对应的晶闸管Q1流过的电流将小于晶闸管Q1的阳极保持电流，此时，若检测到电阻R2的电压小于电阻R2的大小与阳极保持电流的乘积，则可以确定晶闸管Q1成功关断，控制器U1的3号引脚便可以输出低电平的第二开关控制信号给开关管Q2，关断开关管Q2，从而断开电子开关K1。

本实施例的另一可选实施方式中，步骤S130“工作电源通过导通的晶闸管Q1给触发线圈K1A提供驱动电流，以使触发线圈K1A通电，触发常开触点K1B闭合，实现电子开关K1的闭合控制”之后，该方法还可以包括：

步骤S310：通过手动控制应急开关使工作电源停止给电子开关K1提供驱动电流，以使电子开关K1断开；其中，工作电源通过应急开关与晶闸管Q1的阳极和开关管Q2的输入端的共接点连接。

具体的，应急开关可以设置于控制模块的电源端、开关管Q2的输入端和电阻R2的一端的共接点与工作电源VDD之间，用于手动切断工作电源VDD的供电。当BMS系统或其控制电路由于软硬件故障无法工作，导致控制模块无法按预设程序正常输出第一开关控制信号和第二开关控制信号时，可以通过手动控制该应急开关使工作电源VDD停止给电子开关K1的触发线圈K1A提供驱动电流，以使触发线圈K1A断电，触发常开触点K1B断开，实现电子开关K1的断开控制。

本实施例的又一可选实施方式中，步骤S110“当控制模块接收到电子开关闭合指令时，输出高电平的第一开关控制信号给晶闸管Q1”之后，该方法还可以包括：

步骤S410：当控制模块输出第一开关控制信号的时长达到第一预设时长时，若检测到电子开关K1未正确闭合，判定晶闸管Q1存在故障；

步骤S420：控制模块输出高电平的第三开关控制信号给开关管Q2，以使开关管Q2导通；

步骤S430：工作电源通过导通的开关管Q2给电子开关K1提供驱动电流，以使电子开关K1闭合；

步骤S440：当控制模块接收到电子开关断开指令时，输出低电平的第三开关控制信号给开关管Q2，以使开关管Q2关断；

步骤S450：工作电源停止给电子开关K1提供驱动电流，以使电子开关K1断开。

具体的，电子开关K1的状态检测可以由外部检测装置进行检测，将检测到的实时状态发送给控制模块，由控制模块识别电子开关K1是否应该在某个时刻闭合，若没有及时闭合，可以认为电子开关K1未正确闭合，从而判定晶闸管Q1存在故障；也可以由BMS系统对电子开关K1的状态进行检测，并检测在某个应该闭合的时刻是否为闭合状态，若不是，则认为电子开关K1未正确闭合，可以产生一个信号指令给控制模块，告知控制模块电子开关K1未正确闭合，晶闸管Q1存在故障。具体还可以根据实际设置，此处不作限定。

本实施例的电子开关驱动方法，实现电子开关K1的闭合控制之后，还可以通过控制模块输出低电平的第一开关控制信号给晶闸管Q1，同时输出高电平的第二开关控制信号给开关管Q2，控制开关管Q2导通，从而使晶闸管Q1关断，再输出低电平的第二开关控制信号给开关管Q2，控制开关管Q2关断，使工作电源停止给电子开关K1提供驱动电流，以实现电子开关K1的断开控制，提供了一种安全下电的电子开关驱动方式。该方法可以将电子开关K1的非正常下电可能性降到最低，进一步提高了设备的可靠性和安全性。

实施例五

基于同一发明构思，本实施例提出一种电动飞行器，该电动飞行器可以包括：

电池供电电路，电池供电电路包括电子开关K1；

如上述实施例一或实施例二的电子开关驱动电路；

电子开关驱动电路与电子开关K1连接。

其中，电子开关驱动电路的具体结构可以参照上述实施例，由于本实施例采用了上述电子开关驱动电路所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

需要说明，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。以上实施例仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种电子开关驱动电路，其特征在于，与电子开关K1连接，所述电子开关驱动电路包括控制模块和晶闸管Q1；

所述控制模块与所述晶闸管Q1的门极连接，所述晶闸管Q1的阳极与工作电源连接，所述晶闸管Q1的阴极与所述电子开关K1的控制端连接；

所述控制模块用于控制所述晶闸管Q1的通断，以使所述电子开关K1闭合。

2.如权利要求1所述的电子开关驱动电路，其特征在于，所述电子开关驱动电路还包括开关管Q2；

所述开关管Q2的控制端与所述控制模块连接，所述开关管Q2的输入端与所述工作电源连接，所述开关管Q2的输出端与所述电子开关K1的控制端连接；

所述控制模块还用于：

输出第一开关控制信号给所述晶闸管Q1，控制所述晶闸管Q1导通，以使所述电子开关K1闭合；和/或，

输出第二开关控制信号给所述开关管Q2，控制所述开关管Q2导通，以使所述晶闸管Q1关断，控制所述开关管Q2关断，以使所述电子开关K1断开；和/或，

检测到所述晶闸管Q1故障时，输出第三开关控制信号给所述开关管Q2，控制所述开关管Q2的通断，以使所述电子开关K1闭合或断开。

3.如权利要求1所述的电子开关驱动电路，其特征在于，所述电子开关K1接入电池供电电路，所述电池供电电路包括动力电池BT1和负载；

所述电子开关K1的输入端与所述动力电池BT1连接，所述电子开关K1的输出端与所述负载连接。

4.如权利要求1所述的电子开关驱动电路，其特征在于，所述电子开关驱动电路还包括电阻R1；

所述电阻R1的一端与所述控制模块的第一端连接，所述电阻R1的另一端与所述晶闸管Q1的门极连接。

5.如权利要求1所述的电子开关驱动电路，其特征在于，所述电子开关驱动电路还包括电阻R2；

所述电阻R2的一端与所述工作电源连接，所述电阻R2的另一端与所述晶闸管Q1的阳极连接。

6.如权利要求2所述的电子开关驱动电路，其特征在于，所述电子开关驱动电路还包括电阻R3；

所述电阻R3的一端与所述控制模块的第二端连接，所述电阻R3的另一端与所述开关管Q2的控制端连接。

7.如权利要求2所述的电子开关驱动电路，其特征在于，所述开关管Q2包括三极管、场效应管、绝缘栅双极晶体管或光电耦合器中的任意一种；

所述电子开关K1包括接触器、继电器、固态继电器、场效应管、绝缘栅双极晶体管、氮化镓功率半导体或碳化硅功率器件中的任意一种。

8.一种电子开关驱动控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1至7任一项所述的电子开关驱动电路，所述方法包括：

当所述控制模块接收到电子开关闭合指令时，输出高电平的第一开关控制信号给所述晶闸管Q1；

当所述控制模块输出所述第一开关控制信号的时长达到第一预设时长时，所述晶闸管Q1导通；其中，所述第一预设时长大于或等于所述晶闸管Q1的门极开通时间；

所述工作电源通过导通的所述晶闸管Q1给所述电子开关K1提供驱动电流，以使所述电子开关K1闭合。

9.一种电子开关驱动控制方法，其特征在于，应用于如权利要求2所述的电子开关驱动电路，所述方法包括：

当所述控制模块接收到电子开关闭合指令时，输出高电平的第一开关控制信号给所述晶闸管Q1；

当所述控制模块输出所述第一开关控制信号的时长达到第一预设时长时，所述晶闸管Q1导通；其中，所述第一预设时长大于或等于所述晶闸管Q1的门极开通时间；

所述工作电源通过导通的所述晶闸管Q1给所述电子开关K1提供驱动电流，以使所述电子开关K1闭合；

当所述控制模块接收到电子开关断开指令时，输出低电平的第一开关控制信号给所述晶闸管Q1，同时输出高电平的第二开关控制信号给所述开关管Q2，以使所述开关管Q2导通；

所述工作电源通过导通的所述开关管Q2给所述电子开关K1提供驱动电流，以使所述电子开关K1保持闭合；

当所述控制模块同时输出所述第一开关控制信号和所述第二开关控制信号的时长达到第二预设时长时，所述晶闸管Q1关断；其中，所述第二预设时长大于或等于所述晶闸管Q1的门极关断时间；

当所述控制模块检测到所述晶闸管Q1关断时，输出低电平的所述第二开关控制信号给所述开关管Q2，以使所述开关管Q2关断；

所述工作电源停止给所述电子开关K1提供驱动电流，以使所述电子开关K1断开；

或者，

通过手动控制应急开关使所述工作电源停止给所述电子开关K1提供驱动电流，以使所述电子开关K1断开；其中，所述工作电源通过所述应急开关与所述晶闸管Q1的阳极和所述开关管Q2的输入端的共接点连接。

10.一种电动飞行器，其特征在于，包括：

电池供电电路，所述电池供电电路包括电子开关K1；

如权利要求1至7中任一项所述的电子开关驱动电路；

其中，所述电子开关驱动电路与所述电子开关K1连接。