CN215988505U - 直流开关装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种直流开关装置，该直流开关装置包括电磁驱动开关模块、功率器件开关模块、检测模块和控制模块；电磁驱动开关模块通过机械触点控制主回路的通断；检测模块检测机械触点的状态和控制机械触点的动作，生成触点检测信号和电压监测信号输出至控制模块；控制模块根据触点检测信号或电压监测信号控制功率器件开关模块的工作状态；功率器件开关模块在机械触点动作时，承载主回路中的瞬时能量。本申请通过检测模块和控制模块实现电磁驱动开关模块的机械触点与功率器件开关模块之间的紧密配合，相较于现有技术通过辅助触点控制功率半导体工作来说，不存在控制时序失效的问题，提高了直流开关装置的可靠性。

Description

直流开关装置

技术领域

本申请涉及电力电子技术领域，具体涉及一种直流开关装置。

背景技术

直流开关是一种操作和保护器件，能够对直流电机、整流机组和直流馈线等进行分闸、合闸操作，并在短路、过载、逆流(反向)时起保护跳闸作用。通常情况下直流开关由导电部分、灭弧部分、操作及传动部分等组成。

现有的复合式直流开关有两种控制功率半导体工作的方法，一种是时间偏移方法，在机械触点即将开启或即将断开时，控制功率半导体经过一定的延时后再进入截止状态；另一种是通过辅助触点的状态来控制功率半导体的动作。

对于辅助触点控制功率半导体工作的方法来说，由于辅助触点闭合时需要早于主触点闭合，辅助触点断开时需要早于主触点断开，并且主触点和辅助触点的动作时间间隔较短，在主触点和辅助触点多次动作后可能会出现动作不可靠的情况，一旦主触点和辅助触点动作不可靠则会导致控制时序失效，从而出现直流开关无法正常工作的问题。

实用新型内容

本申请提供一种直流开关装置，旨在解决现有技术中通过辅助触点控制功率半导体工作，存在动作不可靠引起控制时序失效，直流开关无法正常工作的问题。

第一方面，本申请提供一种直流开关装置，该直流开关装置包括电磁驱动开关模块、功率器件开关模块、检测模块和控制模块，电磁驱动开关模块与功率器件开关模块串联在主回路中，控制模块分别与电磁驱动开关模块、功率器件开关模块和检测模块三者电连接；

电磁驱动开关模块，用于通过机械触点控制主回路的通断；

检测模块，用于检测机械触点的状态，生成触点检测信号输出至控制模块，以及监测机械触点两端的电压值，生成电压监测信号输出至控制模块；

控制模块，用于控制机械触点的动作，以及根据触点检测信号或电压监测信号控制功率器件开关模块的工作状态；

功率器件开关模块，用于在机械触点动作时，承载主回路中的瞬时能量。

在本申请一种可能的实现方式中，电磁驱动开关模块包括第一电磁机构和第二电磁机构，第一电磁机构配置有主触点，第二电磁机构配置有第一触点和第二触点，第二触点与主触点串联在主回路中，第一触点与功率器件开关模块串联后，与主触点并联。

在本申请一种可能的实现方式中，在直流开关装置上电闭合时，控制模块用于控制第一触点、第二触点以及主触点闭合，并且第一触点和第二触点先于主触点闭合；

在直流开关装置断开时，控制模块用于控制主触点、第二触点以及第一触点断开，并且主触点先于第一触点和第二触点断开。

在本申请一种可能的实现方式中，检测模块包括触点动作检测单元，控制模块与触点动作检测单元电连接，触点动作检测单元与主触点和第一触点串联形成检测回路；

触点动作检测单元，用于检测主触点和第一触点的状态，当主触点和第一触点同时闭合时，输出触点检测信号至控制模块。

在本申请一种可能的实现方式中，检测模块还包括触点电压监测单元，触点电压监测单元与功率器件开关模块并联，且与控制电路电连接；

触点电压监测单元，用于在主触点断开，且第一触点闭合时，监测主触点两端的电压值，当电压值达到预设的电压阈值时，输出电压监测信号至控制模块。

在本申请一种可能的实现方式中，功率器件开关模块的工作状态包括导通状态和截止状态；

在直流开关装置上电闭合时，控制模块根据触点检测信号，控制功率器件开关模块由截止状态切换为导通状态；

在直流开关装置断开时，控制模块根据电压监测信号，控制功率器件开关模块由截止状态切换为导通状态。

在本申请一种可能的实现方式中，在直流开关装置上电闭合时，当功率器件开关模块处于导通状态的第一时长达到预设的第一时长阈值时，控制模块控制功率器件开关模块由导通状态切换为截止状态；

在直流开关装置断开时，当功率器件开关模块处于导通状态的第二时长达到预设的第二时长阈值时，控制模块控制功率器件开关模块由导通状态切换为截止状态。

在本申请一种可能的实现方式中，直流开关装置还包括浪涌吸收模块，在直流开关装置断开时，浪涌吸收模块用于在功率器件开关模块由导通状态切换为截止状态后，吸收功率器件开关模块产生的反向电压。

在本申请一种可能的实现方式中，功率器件开关模块包括两个功率开关器件，两个功率开关器件的控制端分别与控制模块电连接，且两个功率开关器件按照压降方向相反串联。

在本申请一种可能的实现方式中，控制模块配置有储能单元，储能单元用于在直流开关装置上电闭合时，存储能量，并在直流开关装置断开时，释放能量以为控制模块供电。

从以上内容可得出，本申请具有以下的有益效果：

本申请中，通过检测模块来检测电磁驱动开关模块的机械触点的状态，生成触点检测信号输出至控制模块，以使得控制模块能够根据该触点检测信号控制功率器件开关模块的工作状态；以及通过检测模块监测机械触点两端的电压值，生成电压监测信号输出至控制模块，以使得控制模块能够根据该电压监测信号控制功率器件开关模块的工作状态，即通过检测模块和控制模块实现电磁驱动开关模块的机械触点与功率器件开关模块之间的配合，相较于现有技术中通过辅助触点控制功率半导体工作的方式来说，由于检测模块可以实时对机械触点的状态以及两端的电压值进行检测，从而控制模块能够基于触点检测信号或电压监测信号对功率器件开关模块进行精准控制，因此，不存在控制时序失效的问题，确保了电磁驱动开关模块的机械触点与功率器件开关模块之间的紧密配合，使得直流开关装置能够正常稳定工作，提高了直流开关装置的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请中的技术方案，下面将对本申请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申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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是本申请实施例中提供的直流开关装置的一个结构示意图；

图2是本申请实施例中提供的直流开关装置的一个框架示意图；

图3是本申请实施例中提供的主电路的一个电路原理示意图；

图4是本申请实施例中提供的隔离电源模块的一个电路原理示意图；

图5是本申请实施例中提供的触点动作检测单元的一个电路原理示意图；

图6是本申请实施例中提供的触点电压监测单元的一个电路原理示意图；

图7是本申请实施例中提供的功率开关器件的驱动电路的一个电路原理示意图；

图8是本申请实施例中提供的控制电路的一个电路原理示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域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，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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一个或者更多个特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，“示例性”一词用来表示“用作例子、例证或说明”。本申请中被描述为“示例性”的任何实施例不一定被解释为比其它实施例更优选或更具优势。为了使本领域任何技术人员能够实现和使用本申请，给出了以下描述。在以下描述中，为了解释的目的而列出了细节。应当明白的是，本领域普通技术人员可以认识到，在不使用这些特定细节的情况下也可以实现本申请。在其它实例中，不会对公知的结构和过程进行详细阐述，以避免不必要的细节使本申请的描述变得晦涩。因此，本申请并非旨在限于所示的实施例，而是与符合本申请所公开的原理和特征的最广范围相一致。

本申请提供一种直流开关装置，以下对本申请的直流开关装置进行详细说明。

请参阅图1，图1是本申请实施例中提供的直流开关装置的一个结构示意图，如图1所示，本申请实施例的直流开关装置可以包括电磁驱动开关模块100、功率器件开关模块200、检测模块300和控制模块400，其中，电磁驱动开关模块100与功率器件开关模块200串联在主回路中，控制模块400分别与电磁驱动开关模块100、功率器件开关模块200和检测模块300三者电连接。电磁驱动开关模块100可以用于通过机械触点控制主回路的通断；检测模块300可以用于检测机械触点的状态，生成触点检测信号输出至控制模块400；检测模块300还可以用于监测机械触点两端的电压值，生成电压监测信号输出至控制模块400；控制模块400可以用于控制机械触点的动作，以及根据触点检测信号或电压监测信号控制功率器件开关模块200的工作状态；功率器件开关模块200可以用于在机械触点动作时，承载主回路中的瞬时能量。

可以理解的，直流开关装置是可以设置于供电线路中的一种具有电气保护功能的装置，本申请实施例中，电磁驱动开关模块100是配置有机械触点的开关器件，通过电磁驱动开关模块100的机械触点便可以实现供电线路即主回路的通断，当机械触点闭合时，则主回路导通可以为负载供电，反之，当机械触点断开时，主回路断开，停止为负载供电。

由于电磁驱动开关模块100的机械触点在闭合或断开的瞬间，会伴随着发光发热的现象产生，即会在主回路中形成电弧。

具体的，电磁驱动开关模块100采用机械触点来开断电路中的电流，在大气中开断电路时，若电路中存在较高的电流(如电流大于0.25-1A)和电压(如电压大于10-20V)的情况下，在机械触点间隙中通常会产生一团温度极高、发出强光且能够导电的近似圆柱形的气体，这就是电弧。

而电弧是高温高导电的游离气体，它不仅对机械触点有很大的破坏作用，而且还会使实际断开电路的时间延长，对供配电系统的安全运行存在着较大影响。

因此，本申请实施例中，通过串联在主回路中的功率器件开关模块200来承载在机械触点动作时，主回路中的瞬时能量，即消除主回路中的电弧。

可以理解的，电磁驱动开关模块100的机械触点与功率器件开关模块200之间的配合时机是非常重要的。

本申请实施例中，通过检测模块300来检测机械触点的状态，此处，机械触点的状态即为机械触点闭合或断开两种状态中的任一种，然后根据所检测到的机械触点的状态生成触点检测信号输出至控制模块400，以使得控制模块400能够基于该触点检测信号控制功率器件开关模块200的工作状态。

并且，检测模块300还可以监测机械触点两端的电压值，由于电弧是在电路中存在一定电压的情况下产生的，因此，在机械触点动作瞬间，检测模块300监测机械触点两端的电压值，当该电压值达到一定值时，形成电压监测信号输出至控制模块400，以使得控制模块400能够基于该电压监测信号控制功率器件开关模块200的工作状态。

本申请实施例中，通过检测模块300和控制模块400实现电磁驱动开关模块100的机械触点与功率器件开关模块200之间的配合，相较于现有技术中通过辅助触点控制功率半导体工作的方式来说，由于检测模块300可以实时对机械触点的状态以及两端的电压值进行检测，从而控制模块400能够基于触点检测信号或电压监测信号对功率器件开关模块200进行精准控制，因此，不存在控制时序失效的问题，确保了电磁驱动开关模块100的机械触点与功率器件开关模块200之间的紧密配合，使得直流开关装置能够正常稳定工作，提高了直流开关装置的可靠性。

请继续参阅图1，在本申请一下实施例中，电磁驱动开关模块100可以包括第一电磁机构101和第二电磁机构102，第一电磁机构101配置有主触点，第二电磁机构102配置有第一触点和第二触点，第二触点与主触点串联在主回路中，第一触点与功率器件开关模块200串联后，与主触点并联。

本申请实施例中，第一电磁机构101的主触点、第二电磁机构102的第一触点和第二触点均为常开触点，即在常态(不通电)的情况下，主触点、第一触点和第二触点是处于断开状态的，只有在特定条件下，主触点、第一触点和第二触点才会闭合。

可以理解，此处，第二电磁机构102是具有两组独立触点的电磁机构，需要说明的是，在一些应用场景中，第一电磁机构101也可以配置有至少两组独立的触点，本实施例不限制其触点的数量。

请参阅图2，图2是本申请实施例中提供的直流开关装置的一个框架示意图，在具体实现中，第一电磁机构101为第一继电器K1，第二电磁机构102为第二继电器K2，并且第二继电器K2有两组独立触点K2-1和K2-2，为了描述的方便，设定第一触点为K2-1，第二触点为K2-2。

如图2所示，第一继电器K1的主触点一端与正极输入端IN+连接，另一端与正极输出端OUT+连接，第一继电器K1的线圈两端与控制模块400耦合连接；第二继电器K2的第二触点K2-2一端与负极输入端IN-连接，另一端与负极输出端OUT-连接；第二继电器K2的第一触点K2-1一端与正极输入端IN+连接，另一端与正极输出端OUT+连接，第二继电器K2的线圈两端同样与控制模块400耦合连接，控制模块400还连接有输入控制正极A+和输入控制负极A-，通过输入控制正极A+和输入控制负极A-为控制模块400供电。

请继续参阅图2，在本申请一些实施例中，功率器件开关模块200可以包括两个功率开关器件，如图2所示的第一功率开关器件Q1和第二功率开关器件Q2，该两个功率开关器件的控制端分别与控制模块400电连接，且两个功率开关器件按照压降方向相反串联。

在本申请一些实施例中，功率器件开关模块200的工作状态可以包括导通状态和截止状态；在直流开关装置上电闭合时，控制模块400根据触点检测信号，控制功率器件开关模块200由截止状态切换为导通状态，并且当功率器件开关模块200处于导通状态的第一时长达到预设的第一时长阈值时，控制模块400控制功率器件开关模块200由导通状态切换为截止状态。

而在直流开关装置断开时，控制模块400根据电压监测信号，控制功率器件开关模块200由截止状态切换为导通状态，且当功率器件开关模块200处于导通状态的第二时长达到预设的第二时长阈值时，控制模块400控制功率器件开关模块200由导通状态切换为截止状态。

由于功率器件开关模块200是用于在机械触点动作时，承载主回路中的瞬时能量的，也就是消除机械触点闭合和断开时产生的电弧的，因此，在直流开关装置上电闭合时，当控制模块400接收到触点检测信号，可以控制功率器件开关模块200由截止状态切换为导通状态，以消除机械触点闭合所产生的电弧，而在达到第一时长阈值时，电弧被消除完毕，控制模块400便可以控制功率器件开关模块200由导通状态切换为截止状态，以使直流开关装置正常工作，这里的第一时长阈值可以是根据实际应用场景以及经验值设定的，具体此处不作限定。

相应的，在直流开关装置断开时，当控制模块400接收到电压监测信号，可以控制功率器件开关模块200由截止状态切换为导通状态，以消除机械触点断开所产生的电弧，而在达到第二时长阈值时，电弧被消除完毕，控制模块400便可以控制功率器件开关模块200由导通状态切换为截止状态，这里的第二时长阈值也可以是根据实际应用场景以及经验值设定的，具体此处不作限定。

并且，本实施例中的第一时长阈值和第二时长阈值两者可以是相同的值，也可以是不同的值，具体可以根据实际情况进行设定。

本申请实施例中，两个功率开关器件可以是功率半导体、绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)、金属-氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)、NPN型三极管、晶闸管、可控硅、集成门极换流晶闸管(Integrated Gate-Commutated Thyristor，IGCT)、可关断晶闸管(Gate Turn-Off Thyristor，GTO)等功率器件中的任一种类型。

具体的，本实施例的两个功率开关器件以IGBT为例，第一功率开关器件Q1的栅极即1脚和第二功率开关器件Q2的栅极即1脚分别与控制模块400连接，第一功率开关器件Q1的漏极即2脚与第二继电器的第一触点K2-1连接，第一功率开关器件Q1的源极即3脚与第二功率开关器件Q2的源极即3脚连接，第二功率开关器件Q2的漏极即2脚与正极输出端OUT+连接，即第一功率开关器件Q1和第二功率开关器件Q2按照主回路导通引脚端相反连接，形成背靠背结构。

由于功率器件开关模块200承载着机械触点动作时产生的瞬时能量，所以可以实现电路无弧化闭合和断开，并且第一功率开关器件Q1和第二功率开关器件Q2按照压降方向相反串联，第一功率开关器件Q1和第二功率开关器件Q2两者内部的寄生二极管在主回路中的压降方向相反，避免了形成短路的情况，并且该背靠背结构还可以控制电路中正半周和负半周电流，实现交直流通用。

请参阅图3，图3是本申请实施例中提供的主电路的一个电路原理示意图，如图3所示，该主电路包括第一继电器K1、第二继电器K2以及第一功率开关器件Q1和第二功率开关器件Q2组成的背靠背。

如图3所示，正极输入端NI+连接第一继电器K1的主触点的一端，主触点的另一端连接正极输出端OUT+，第一继电器K1的线圈一端连接第一二极管D1的阳极即1脚和第三功率开关器件Q3的3脚，另一端连接第一二极管D1的阴极即2脚、第一电解电容C1的正极以及第二二极管D2的阴极即2脚，第二二极管D2的阳极即1脚接电源VCC，第三功率开关器件Q3的1脚分别连接第一电阻R1的一端和第二电阻R2的一端，第二电阻R2的另一端、第三功率开关器件Q3的2脚以及第一电解电容C1的负极接地GND，第一电阻R1的另一端通过第一控制端口K1_SW与控制模块400电连接；

正极输入端NI+还连接第二继电器K2的第一触点K2-1的一端，第一触点K2-1的另一端与第一功率开关器件Q1的漏极即2脚连接，第一功率开关器件Q1的漏极即2脚还通过第一压敏电阻RV1与第二功率开关器件Q2的漏极即2脚连接，第一功率开关器件Q1的源极即3脚与第二功率开关器件Q2的源极即3脚连接并接地GND0，第二功率开关器件Q2的漏极即2脚与正极输出端OUT+连接，第一功率开关器件Q1的栅极即1脚和第二功率开关器件Q2的栅极即1脚还同时连接另一端接地的第五电阻R5，该第五电阻R5的另一端连接第七电阻R7的一端，第七电阻R7的另一端通过驱动端IGBT_Drive与控制模块400电连接；

负极输入端NI-连接第二继电器K2的第二触点K2-2的一端，第二触点K2-2的另一端连接负极输出端OUT-，第二继电器K2的线圈一端连接第五二极管D5的阳极即1脚和第四功率开关器件Q4的3脚，另一端连接第五二极管D5的阴极即2脚、第三电解电容C3的正极以及第六二极管D6的阴极即2脚，第六二极管D6的阳极即1脚接电源VCC，第四功率开关器件Q4的1脚分别连接第八电阻R8的一端和第九电阻R9的一端，第九电阻R9的另一端、第四功率开关器件Q4的2脚以及第三电解电容C3的负极接地GND，第八电阻R8的另一端通过第二控制端口K2_SW与控制模块400电连接。

本申请实施例中，第一功率开关器件Q1的漏极即2脚通过第一通讯端口HV_SING_IN与检测模块300连接。

如图8所示，图8是本申请实施例中提供的控制电路的一个电路原理示意图，本申请实施例中，控制模块400可以是微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)或者单片机等，在一个具体实现中，控制模块400可以包括单片机U4及其外围电路，其中，单片机U4的PA1端即7脚连接通过第一控制端口K1_SW与第一电阻R1连接，以通过第一控制端口K1_SW输出主触点控制信号控制第一继电器K1的主触点闭合或者断开；

单片机U4的PA2端即8脚连接通过第二控制端口K2_SW与第八电阻R8连接，以通过第二控制端口K2_SW输出双触点控制信号控制第二继电器K2的两组独立触点闭合或者断开。

图8中，输入控制正极A+通过第三二极管D3输出电源VCC为稳压电源LDO1的输入端2脚供电，稳压电源LDO1的输出端3脚输出+3.3V电源，通过单片机U4的VDD端即16脚和VDDA端即5脚为单片机U4提供+3.3V工作电压。

输入控制正极A+还连接有第四二极管D4以及由第三电阻R3、第四电阻R4和第六电阻R6构成的分压单元，该分压单元通过第四电阻R4输出启动电压信号VF1至单片机U4的PA3端即9脚，当启动电压信号VF1达到预设的启动电压阈值时，单片机U4开始控制机械触点闭合。

在本申请一些实施例中，在直流开关装置上电闭合时，控制模块400可以用于控制第一触点K2-1、第二触点K2-2以及主触点闭合，并且第一触点K2-1和第二触点K2-2先于主触点闭合，即当输入控制正极A+和输入控制负极A-为控制模块400供电时，控制模块400首先通过第二控制端口K2_SW输出双触点控制信号控制第二继电器K2的第一触点K2-1和第二触点K2-2闭合，然后再通过第一控制端口K1_SW输出主触点控制信号控制第一继电器K1闭合。

在本申请一些实施例中，可以通过与控制模块400隔离的隔离电源模块为检测模块300提供工作电压，如图4所示，图4是本申请实施例中提供的隔离电源模块的一个电路原理示意图，该隔离电源模块可以包括第五电源单元U5，该第五电源单元U5的输入端2脚连接电源VCC和第十四电解电容C14的正极，第五电源单元U5的输入端1脚和第十四电解电容C14的负极接地GND，第五电源单元U5的输出端5脚连接第十五电解电容C15的正极，且通过正输出端+15V_SING输出+15V电压为检测模块300供电，第五电源单元U5的输出端3脚与第十五电解电容C15的负极连接，且通过地输出端HV_SING_GND与正极输出端OUT+连接。

如图2所示，在本申请一些实施例中，检测模块300可以包括触点动作检测单元，控制模块400与触点动作检测单元电连接，触点动作检测单元与主触点、第一触点K2-1串联形成检测回路；触点动作检测单元可以用于检测主触点和第一触点K2-1的状态，当主触点和第一触点K2-1同时闭合时，输出触点检测信号至控制模块400。

本实施例中，触点动作检测单元与第一继电器K1的主触点和第二继电器K2的第一触点K2-1串联形成了一个检测回路，只有在主触点和第一触点K2-1都闭合的情况下，该检测回路才会导通，此时，触点动作检测单元得电工作，产生触点检测信号输出到控制模块400；若主触点和第一触点K2-1均断开或者其中一者断开时，检测回路都是处于断开状态的，此时，触点动作检测单元处于断电状态，没有信号输出。

请参阅图5，图5是本申请实施例中提供的触点动作检测单元的一个电路原理示意图，在一种具体实现中，触点动作检测单元可以包括第一光耦U1，其中，第一光耦U1的4脚连接第十一电阻R11的一端，第十一电阻R11的另一端连接第五电源单元U5的正输出端+15V_SING，第一光耦U1的3脚通过第一通讯端口HV_SING_IN与第一功率开关器件Q1的漏极即2脚连接，第一光耦U1的2脚连接+3.3V电源，第一光耦U1的1脚通过触点检测端K1_Close_EXTI与单片机U4的PB1端即14脚连接。

请一并参阅图3和图5，由于第一光耦U1的3脚通过第一通讯端口HV_SING_IN与第一功率开关器件Q1的漏极即2脚连接，当第一触点K2-1和第一继电器K1的主触点都闭合时，第一继电器K1的主触点、第一触点K2-1、触点动作检测单元以及第一压敏电阻RV1构成一个闭合回路，此时，闭合回路中有电流流通，第一光耦U1导通，触点检测端K1_Close_EXTI输出触点检测信号至控制模块400，以指示控制模块400第二继电器K2的第一触点K2-1和第一继电器K1的主触点均已闭合，此时，第一继电器K1和第二继电器K2的机械触点均处于闭合状态。

第一光耦U1导通后，触点检测信号通过触点检测端K1_Close_EXTI输出至单片机U4，单片机U4在接收到该触点检测信号时，控制第一功率开关器件Q1和第二功率开关器件Q2导通，由于第二继电器K2先于第一继电器K1闭合，因此，当第一继电器K1闭合时，单片机U4响应于触点检测信号立即控制第一功率开关器件Q1和第二功率开关器件Q2导通，以通过导通的第一功率开关器件Q1和第二功率开关器件Q2吸收第一继电器K1的主触点闭合时因抖动引起的电弧。

在一种具体实现中，控制模块400还可以连接有驱动电路，以通过该驱动电路控制第一功率开关器件Q1和第二功率开关器件Q2的导通或截止，如图7所示，图7是本申请实施例中提供的功率开关器件的驱动电路的一个电路原理示意图，该驱动电路可以包括双输出电源VT1和驱动单元H1，其中，双输出电源VT1具有三个输出端，一个是正输出端Drive_+15V，用于输出+15V电压，一个是负输出端Drive_-5V，用于输出-5V电压，还有一个是接地GND0的零输出端；正输出端Drive_+15V与驱动单元H1的6脚连接，为驱动单元H1提供+15V电压，负输出端Drive_-5V，与驱动单元H1的4脚连接，为驱动单元H1提供-5V电压，驱动单元H1的5脚通过驱动端IGBT_Drive与第七电阻R7连接，驱动单元H1的1脚通过第十电阻R10连接电源VCC，驱动单元H1的3脚连接第五功率开关器件Q5的3脚，第五功率开关器件Q5的1脚分别连接第十二电阻R12的一端和第十三电阻R13的一端，第十三电阻R13的另一端与第五功率开关器件Q5的2脚接地，第十二电阻R12的另一端通过开关控制端口D_IGBT与单片机U4的PA0端即6脚连接。

单片机U4通过开关控制端口D_IGBT控制驱动单元H1导通，从而使得驱动单元H1通过驱动端IGBT_Drive输出驱动信号，控制第一功率开关器件Q1和第二功率开关器件Q2导通。

因此，结合图3、图5、图7和图8，本申请实施例中，直流开关装置的闭合过程可以概括为：

输入控制正极A+和输入控制负极A-提供电源VCC为单片机U4供电，单片机U4得电开始工作，首先通过PA2端即8脚输出双触点控制信号经过第二控制端口K2_SW输出至第二继电器K2，第二继电器K2的线圈得电使得第一触点K2-1和第二触点K2-2闭合，然后通过PA1端即7脚输出主触点控制信号经过第一控制端口K1_SW输出至第一继电器K1，第一继电器K1的线圈得电使得主触点闭合，当第一继电器K1的主触点闭合的瞬间，第一继电器K1的主触点、第一触点K2-1、第一压敏电阻RV1以及第一光耦U1之间的回路导通，第一光耦U1导通，通过触点检测端K1_Close_EXTI输出触点检测信号至单片机U4的PB1端即14脚，单片机U4接收到触点检测信号时，单片机U4的PA0端即6脚输出开关控制信号，开关控制信号通过开关控制端口D_IGBT输入驱动单元H1，使得驱动单元H1导通，驱动单元H1随即通过驱动端IGBT_Drive输出驱动信号至第七电阻R7，以控制第一功率开关器件Q1和第二功率开关器件Q2导通，此时，导通的第一功率开关器件Q1和第二功率开关器件Q2可以消除主触点闭合时抖动引起的电弧，当第一功率开关器件Q1和第二功率开关器件Q2的导通时长达到第一时长阈值(如“5ms”)时，单片机U4的PA0端即6脚停止输出开关控制信号，驱动单元H1断开，从而第一功率开关器件Q1和第二功率开关器件Q2截止，闭合过程结束。

在本申请一些实施例中，控制模块400还可以配置有储能单元，该储能单元用于在直流开关装置上电闭合时，存储能量，并在直流开关装置断开时，释放能量以为控制模块400供电，如图8所示，储能单元可以是第四电解电容C4，具体的，稳压电源LDO1的输入端2脚连接电源VCC以及第四电解电容C4的正极和第六电容C6的一端，稳压电源LDO1的输出端3脚输出+3.3V电源，通过单片机U4的VDD端即16脚和VDDA端即5脚为单片机U4供电，当电源VCC为稳压电源LDO1供电时，第四电解电容C4处于充电过程，存储能量，当直流开关装置断开时，输入控制正极A+断电，电源VCC停止为稳压电源LDO1供电，此时，第四电解电容C4放电，继续为稳压电源LDO1供电，使得稳压电源LDO1继续输出+3.3V电源为单片机U4供电，以实现直流开关装置断开时的控制动作。

如图2所示，在本申请一些实施例中，检测模块300还可以包括触点电压监测单元，触点电压监测单元与功率器件开关模块200并联，且与控制电路400电连接；触点电压监测单元可以用于在主触点断开，且第一触点K2-1闭合时，监测主触点两端的电压值，当电压值达到预设的电压阈值时，输出电压监测信号至控制模块400。

进一步地，在直流开关装置断开时，控制模块400可以用于控制主触点、第一触点K2-1以及第二触点K2-2断开，并且主触点先于第一触点K2-1和第二触点K2-2断开，即当输入控制正极A+停止为控制模块400供电，控制模块400通过自身配置的储能单元为控制模块400供电时，此时，控制模块400首先控制第一继电器K1断开，然后再控制第二继电器K2断开。

具体的，当第一继电器K1的主触点先断开时，触点电压监测单元相当于与主触点的两端连接，此时，触点电压监测单元可以监测主触点两端的电压值，当该电压值由于电弧的产生上升到电压阈值时，触发触点电压监测单元产生电压监测信号输出至控制模块400，以使得控制模块400根据该电压监测信号控制第一功率开关器件Q1和第二功率开关器件Q2导通，以吸收主触点间的电弧，此时，主触点两端的电压值迅速降低，而在达到第二时长阈值时，电弧消失，控制模块400控制第一功率开关器件Q1和第二功率开关器件Q2由导通状态切换为截止状态，然后再控制第二继电器K2的第一触点K2-1和第二触点K2-2断开。

如图6所示，图6是本申请实施例中提供的触点电压监测单元的一个电路原理示意图，在一种具体实现中，触点电压监测单元可以包括第三光耦U3和比较单元U2，第一通讯端口HV_SING_IN通过依次串联的第八二极管D8、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16和第十七电阻R17与地输出端HV_SING_GND连接，地输出端HV_SING_GND连接稳压二极管D9的阳极和比较单元U2的3脚，稳压二极管D9的阴极、比较单元U2的2脚连接于第十五电阻R15和第十六电阻R16的连接处，比较单元U2的1脚连接第十二极管D10的阴极，第十二极管D10的阳极连接第三光耦U3的3脚，第三光耦U3的4脚通过第二十电阻R20连接正输出端+15V_SING，第三光耦U3的2脚连接+3.3V电源，第三光耦U3的1脚通过电压监测端K1_Close_EXTI与单片机U4的PA6端即12脚连接。

本实施例中，比较单元U2内存储有用于比较的电压阈值，当第一继电器K1的主触点先断开时，触点电压监测单元通过第一通讯端口HV_SING_IN和地输出端HV_SING_GND分别与主触点两端连接，此时，主触点两端的电压经第八二极管D8输入，再由第八二极管D8、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16和第十七电阻R17分压，比较单元U2比较自身存储的电压阈值与第十七电阻R17所分得的电压值两者的大小，当该电压值大于电压阈值时，比较单元U2导通，此时，第十二极管D10的阴极相当于接地，第三光耦U3导通，通过电压监测端K1_Close_EXTI输出电压监测信号至单片机U4的PA6端即12脚，单片机U4接收到电压监测信号时，控制第一功率开关器件Q1和第二功率开关器件Q2由截止状态切换为导通状态，以吸收主触点两端的电弧，提高主触点的使用寿命。

如图2所示，在本申请一些实施例中，直流开关装置还可以包括浪涌吸收模块，该浪涌吸收模块一端与正极输出端OUT+连接，另一端与负极输出端OUT-连接，在该直流开关装置断开时，浪涌吸收模块可以用于在功率器件开关模块200由导通状态切换为截止状态后，吸收功率器件开关模块200产生的反向电压。

如图3所示，在一种具体实现中，浪涌吸收模块可以是第二压敏电阻RV2，本申请实施例中，在直流开关装置断开时，当第一功率开关器件Q1和第二功率开关器件Q2导通的时长达到第二时长阈值，单片机U4控制第一功率开关器件Q1和第二功率开关器件Q2由导通状态切换为截止状态，此时，第一功率开关器件Q1和第二功率开关器件Q2断开后会产生反向电压，本申请实施例中，通过第二压敏电阻RV2来吸收反向电压，可以保护直流开关装置中的电子器件，延长各电子器件的使用寿命。

因此，结合图3、图6、图7和图8，本申请实施例中，直流开关装置的断开过程可以概括为：

输入控制正极A+和输入控制负极A-断电，单片机U4由第四电解电容C4供电，首先停止通过PA1端即7脚输出主触点控制信号至第一继电器K1，第一继电器K1的线圈失电，主触点断开，触点电压监测单元通过第一通讯端口HV_SING_IN和地输出端HV_SING_GND分别与主触点两端连接，此时，主触点两端的电压经过第八二极管D8输入，经第八二极管D8、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16和第十七电阻R17分压，比较单元U2比较电压阈值与第十七电阻R17所分得的电压值，当该电压值大于电压阈值时，比较单元U2导通，此时，第十二极管D10的阴极相当于接地，第三光耦U3导通，第三光耦U3通过电压监测端K1_Close_EXTI输出电压监测信号至单片机U4的PA6端即12脚，单片机U4接收到电压监测信号时，单片机U4的PA0端即6脚输出开关控制信号，开关控制信号通过开关控制端口D_IGBT输入驱动单元H1，使得驱动单元H1导通，驱动单元H1随即通过驱动端IGBT_Drive输出驱动信号至第七电阻R7，以控制第一功率开关器件Q1和第二功率开关器件Q2导通，此时，导通的第一功率开关器件Q1和第二功率开关器件Q2可以降低主触点两端的电压值，消除电弧，当第一功率开关器件Q1和第二功率开关器件Q2的导通时长达到第二时长阈值时，单片机U4的PA0端即6脚停止输出开关控制信号，驱动单元H1断开，从而第一功率开关器件Q1和第二功率开关器件Q2截止，此时，通过第二压敏电阻VR2吸收第一功率开关器件Q1和第二功率开关器件Q2截止时产生的反向电压，并且在第一功率开关器件Q1和第二功率开关器件Q2截止时，停止通过PA2端即8脚输出双触点控制信号至第二继电器K2，第二继电器K2的线圈失电使得第一触点K2-1和第二触点K2-2断开，由此，直流开关装置的断开过程结束。

本申请通过电子电路精确控制功率开关器件与机械触点的配合，保障了功率开关器件与机械触点紧密配合，不需要配置更大余量的功率开关器件便能够达到灭弧的目的，节约了成本，同时也避免了现有的辅助触点与主触点配合工艺难度大的问题，提高了直流开关装置的可靠性和使用寿命。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见上文针对其他实施例的详细描述，此处不再赘述。

具体实施时，以上各个单元或结构可以作为独立的实体来实现，也可以进行任意组合，作为同一或若干个实体来实现，以上各个单元或结构的具体实施可参见前面的实施例，在此不再赘述。

以上对本申请所提供的一种直流开关装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种直流开关装置，其特征在于，所述直流开关装置包括电磁驱动开关模块、功率器件开关模块、检测模块和控制模块，所述电磁驱动开关模块与所述功率器件开关模块串联在主回路中，所述控制模块分别与所述电磁驱动开关模块、所述功率器件开关模块和所述检测模块三者电连接；

所述电磁驱动开关模块，用于通过机械触点控制所述主回路的通断；

所述检测模块，用于检测所述机械触点的状态，生成触点检测信号输出至所述控制模块，以及监测所述机械触点两端的电压值，生成电压监测信号输出至所述控制模块；

所述控制模块，用于控制所述机械触点的动作，以及根据所述触点检测信号或所述电压监测信号控制所述功率器件开关模块的工作状态；

所述功率器件开关模块，用于在所述机械触点动作时，承载所述主回路中的瞬时能量。

2.根据权利要求1所述的直流开关装置，其特征在于，所述电磁驱动开关模块包括第一电磁机构和第二电磁机构，所述第一电磁机构配置有主触点，所述第二电磁机构配置有第一触点和第二触点，所述第二触点与所述主触点串联在所述主回路中，所述第一触点与所述功率器件开关模块串联后，与所述主触点并联。

3.根据权利要求2所述的直流开关装置，其特征在于，在所述直流开关装置上电闭合时，所述控制模块用于控制所述第一触点、所述第二触点以及所述主触点闭合，并且所述第一触点和所述第二触点先于所述主触点闭合；

在所述直流开关装置断开时，所述控制模块用于控制所述主触点、所述第二触点以及所述第一触点断开，并且所述主触点先于所述第一触点和所述第二触点断开。

4.根据权利要求2所述的直流开关装置，其特征在于，所述检测模块包括触点动作检测单元，所述控制模块与所述触点动作检测单元电连接，所述触点动作检测单元与所述主触点和所述第一触点串联形成检测回路；

所述触点动作检测单元，用于检测所述主触点和所述第一触点的状态，当所述主触点和所述第一触点同时闭合时，输出所述触点检测信号至所述控制模块。

5.根据权利要求4所述的直流开关装置，其特征在于，所述检测模块还包括触点电压监测单元，所述触点电压监测单元与所述功率器件开关模块并联，且与所述控制模块电连接；

所述触点电压监测单元，用于在所述主触点断开，且所述第一触点闭合时，监测所述主触点两端的电压值，当所述电压值达到预设的电压阈值时，输出所述电压监测信号至所述控制模块。

6.根据权利要求1所述的直流开关装置，其特征在于，所述功率器件开关模块的工作状态包括导通状态和截止状态；

在所述直流开关装置上电闭合时，所述控制模块根据所述触点检测信号，控制所述功率器件开关模块由所述截止状态切换为所述导通状态；

在所述直流开关装置断开时，所述控制模块根据所述电压监测信号，控制所述功率器件开关模块由所述截止状态切换为所述导通状态。

7.根据权利要求6所述的直流开关装置，其特征在于，在所述直流开关装置上电闭合时，当所述功率器件开关模块处于所述导通状态的第一时长达到预设的第一时长阈值时，所述控制模块控制所述功率器件开关模块由所述导通状态切换为所述截止状态；

在所述直流开关装置断开时，当所述功率器件开关模块处于所述导通状态的第二时长达到预设的第二时长阈值时，所述控制模块控制所述功率器件开关模块由所述导通状态切换为所述截止状态。

8.根据权利要求7所述的直流开关装置，其特征在于，所述直流开关装置还包括浪涌吸收模块，在所述直流开关装置断开时，所述浪涌吸收模块用于在所述功率器件开关模块由所述导通状态切换为所述截止状态后，吸收所述功率器件开关模块产生的反向电压。

9.根据权利要求1-8任一项所述的直流开关装置，其特征在于，所述功率器件开关模块包括两个功率开关器件，所述两个功率开关器件的控制端分别与所述控制模块电连接，且所述两个功率开关器件按照压降方向相反串联。

10.根据权利要求9所述的直流开关装置，其特征在于，所述控制模块配置有储能单元，所述储能单元用于在所述直流开关装置上电闭合时，存储能量，并在所述直流开关装置断开时，释放能量以为所述控制模块供电。

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