CN219372007U - 断路器系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种断路器系统，断路器系统具有电源回路；断路器系统包括：开关组件，开关组件用于控制电源回路的通断；陶瓷放电管和钳位二极管组件；陶瓷放电管的第一端分别与开关组件的一端、钳位二极管组件的第一端以及电源回路的第一输出端电连接，陶瓷放电管的第二端分别与钳位二极管组件的第二端和电源回路的第二输出端电连接。当负载引入浪涌信号时，由于陶瓷放电管的响应速度较慢，因此先由钳位二极管组件独立保护，当陶瓷放电管启动后，陶瓷放电管与钳位二极管共同保护，由于陶瓷放电管的成本低于钳位二极管组件，因此该两级保护的方式，即实现了对开关组件的浪涌保护，也延长了独立使用钳位二极管组件的使用寿命，进而降低了综合成本。

Description

断路器系统

技术领域

本实用新型涉及电路技术领域，具体涉及一种断路器系统。

背景技术

断路器是指能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流并能在规定的时间内关合、承载和开断异常回路条件下的电流的开关装置。断路器通常串联在电源和负载之间，从而控制负载的运行状态。

然而，在实际使用过程中，负载可能会引入幅值较高的浪涌信号。比如以负载为基站为例，基站存在天线，天线可能会引入雷击等浪涌信号。此外，当负载突然断开时，也会产生对应的浪涌信号。这些浪涌信号容易损坏断路器中的开关组件，从而使断路器丧失通断控制的功能。

实用新型内容

针对现有技术中所存在的不足，本实用新型提供一种断路器系统。

在一个实施例中，本实用新型提供一种断路器系统，断路器系统具有电源回路；断路器系统包括：

开关组件，开关组件用于控制电源回路的通断；

陶瓷放电管GDT和钳位二极管组件；

陶瓷放电管GDT的第一端分别与开关组件的一端、钳位二极管组件的第一端以及电源回路的第一输出端电连接，陶瓷放电管GDT的第二端分别与钳位二极管组件的第二端和电源回路的第二输出端电连接。

在一个实施例中，钳位二极管组件包括TVS管和/或TSS管TSS1。

在一个实施例中，陶瓷放电管GDT设有多个，多个陶瓷放电管GDT串联。

在一个实施例中，断路器系统还包括：

至少一个启动电容，每个启动电容至少与一个陶瓷放电管GDT并联。

在一个实施例中，断路器系统还包括：

压敏电阻RV1；

压敏电阻RV1的第一端分别与陶瓷放电管GDT的第一端和钳位二极管组件的第一端电连接，压敏电阻RV1的第二端分别与陶瓷放电管GDT的第二端和钳位二极管组件的第二端电连接。

在一个实施例中，断路器系统还包括：

与开关组件电连接的短路保护单元；

短路保护单元用于在负载出现短路后对断路器系统进行短路保护。

在一个实施例中，短路保护单元包括：

比较器U6和处理单元U5；

比较器U6的正向输入端与开关组件电连接，比较器U6的反向输入端接入参考电压，比较器U6的输出端与处理单元U5的第一端电连接，处理单元U5的第二端与开关组件的控制端电连接；

处理单元U5用于根据比较器U6输出的比较结果，控制开关组件的工作状态。

在一个实施例中，断路器系统还包括：

功率电感L1；

功率电感L1的第一端分别与开关组件的一端和钳位二极管组件的第一端电连接，功率电感L1的第二端与陶瓷放电管GDT的第一端电连接；或者，

功率电感L1串联在陶瓷放电管GDT所在的支路上；或者，

功率电感L1串联在钳位二极管组件所在的支路上。

在一个实施例中，开关组件包括半导体开关和机械开关K；

半导体开关的第一端与断路器系统接入的电源电连接，半导体开关的第二端与机械开关K的第一端电连接，机械开关K的第二端与陶瓷放电管GDT的第一端电连接。

在一个实施例中，半导体开关包括MOSFET管、IGBT管、SiCMOSFET管、SiCIGBT管和IGCT管中的至少一种。

通过上述断路器系统，在开关组件和负载之间设置陶瓷放电管和钳位二极管组件，且陶瓷放电管和钳位二极管组件并联，构成两级保护，当负载引入浪涌信号时，由于陶瓷放电管的响应速度较慢，因此先由钳位二极管组件独立保护，当陶瓷放电管启动后，陶瓷放电管与钳位二极管共同保护，由于陶瓷放电管的成本低于钳位二极管组件，因此该两级保护的方式，即实现了对开关组件的浪涌保护，也延长了独立使用钳位二极管组件的使用寿命，进而降低了综合成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，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实用新型的一些实施例，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为本实用新型一个实施例中断路器系统的结构示意图；

图2为本实用新型另一个实施例中断路器系统的结构示意图；

图3为本实用新型一个实施例中电压检测单元的结构示意图；

图4为本实用新型一个实施例中电流检测单元的结构示意图；

图5为本实用新型一个实施例中短路保护单元的结构示意图；

图6为本实用新型一个实施例中电源单元的结构示意图；

图7为本实用新型一个实施例中通讯单元的结构示意图；

图8为本实用新型一个实施例中控制单元的结构示意图；

图9为本实用新型一个实施例中显示单元的结构示意图；

图10为本实用新型一个实施例中功率器件检测单元的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。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所述特征。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实用新型，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实用新型。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实用新型的描述变得晦涩。因此，本实用新型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。

如图1所示，在一个实施例中，本实用新型提供一种断路器系统，断路器系统具有电源回路；断路器系统包括：

开关组件，开关组件用于控制电源回路的通断；

陶瓷放电管GDT和钳位二极管组件；

其中，开关组件包括半导体开关和机械开关K；半导体开关包括MOSFET管、IGBT管、SiCMOSFET管、SiCIGBT管和IGCT管中的至少一种，在本实施例中，半导体开关为MOS管Q1；

其中，钳位二极管组件包括TVS管(硅瞬变电压吸收二极管)和/或TSS管(电压开关型瞬态抑制二极管，或者叫做半导体放电管，固体放电管)，在本实施例中，钳位二极管组件为TSS管TSS1；

MOS管Q1的一端与机械开关K的第一端电连接，机械开关K的第二端分别与陶瓷放电管GDT的第一端、TSS管TSS1的第一端以及电源回路的第一输出端(即电源的输出端子J4)电连接；陶瓷放电管GDT的第二端分别与TSS管TSS1的第二端和电源回路的第二输出端(即电源的输出端子J2)电连接；

其中，当接入的负载引入雷击信号或者断开电路时，会产生对应的浪涌信号，该浪涌信号可以从电源的输出端子J2、J4进入，使得J2和J4之间的电势差增大，当超过陶瓷放电管GDT和TSS管TSS1的放电电压时，陶瓷放电管GDT和TSS管TSS1导通，进行放电，使J2和J4之间的电势差降低至钳位值，从而起到保护机械开关K的目的；

其中，陶瓷放电管GDT和TSS管TSS1的钳位原理可参照相关现有技术，在此不再赘述；

其中，陶瓷放电管GDT的响应速度为μs级别，当产生浪涌信号至陶瓷放电管GDT启动这中间存在一定时长，使得浪涌信号会输出至后端的机械开关K，容易造成损坏，因此单独使用陶瓷放电管GDT存在较大的风险；而TSS管TSS1的响应速度为ns级别，其能够承担陶瓷放电管GDT未启动时的保护作用，当陶瓷放电管GDT启动后，与TSS管TSS1共同承担保护作用，使得TSS管TSS1无需长时间独立工作，在考虑到TSS管TSS1能够实现的响应总次数不变的情况下，能够延长TSS管TSS1的使用寿命，由于陶瓷放电管GDT的成本很低，因此该配置方式能够降低综合成本；

其中，机械开关K具有手动分合闸、电动分闸的装置，且有主、辅隔离的机械触点，主触点K-1断开时有隔离作用，闭合时具有承载大电流功能；辅助触点K-2将动作信号反馈给控制单元。辅助触点K-2比主触点K-1分闸快，当系统进行人工分闸，辅助触点K-2提供给控制单元信号，控制单元立即断开功率单元，主触点K-1无电流断开；当系统出现过载、短路、过压、欠压等需要分闸时，控制单元先断开功率单元，再电控断开机械开关K。

通过上述断路器系统，在开关组件和负载之间设置陶瓷放电管和钳位二极管组件，且陶瓷放电管和钳位二极管组件并联，构成两级保护，当负载引入浪涌信号时，由于陶瓷放电管的响应速度较慢，因此先由钳位二极管组件独立保护，当陶瓷放电管启动后，陶瓷放电管与钳位二极管共同保护，由于陶瓷放电管的成本低于钳位二极管组件，因此该两级保护的方式，即实现了对开关组件的浪涌保护，也延长了独立使用钳位二极管组件的使用寿命，进而降低了综合成本。

如图1所示，在一个实施例中，陶瓷放电管GDT设有多个，多个陶瓷放电管GDT串联；

其中，单个陶瓷放电管GDT的放电能力有限，即对浪涌电压的钳位能力有限，因此将多个陶瓷放电管GDT进行串联，从而能够增大对浪涌电压的钳位能力，也能够在与TSS管TSS1共同工作时，承担较多的保护作用，即陶瓷放电管GDT和TSS管TSS1共同工作时，陶瓷放电管GDT承担主要保护作用，TSS管TSS1承担次要保护作用，进而使得TSS管TSS1的使用寿命进一步延长，最终进一步降低综合成本。

在一个实施例中，断路器系统还包括：

至少一个启动电容，每个启动电容至少与一个陶瓷放电管并联；

其中，启动电容能够加速陶瓷放电管的启动时间，进而减少TSS管独立工作的时间；

其中，只要存在一个启动电容，就能够使至少一个陶瓷放电管缩短启动时间。

如图1所示，在一个实施例中，启动电容设有多个，包括启动电容C1、启动电容C2、启动电容C3和启动电容C4，一个启动电容与一个陶瓷放电管GDT对应，每个启动电容分别与对应的陶瓷放电管GDT并联；

其中，当陶瓷放电管GDT设有多个时，采用多个启动电容来缩短启动时间，保证所有陶瓷放电管GDT的启动时间都能够得到缩短。

如图1所示，在一个实施例中，断路器系统还包括：

压敏电阻RV1；

压敏电阻RV1的第一端分别与陶瓷放电管GDT的第一端和钳位二极管组件(即TSS管TSS1)的第一端电连接，压敏电阻RV1的第二端分别与陶瓷放电管GDT的第二端和钳位二极管组件(即TSS管TSS1)的第二端电连接；

其中，压敏电阻RV1同样具有钳位作用，增加压敏电阻RV1，能够提高整体的钳位能力。

如图2所示，在一个实施例中，断路器系统还包括：

与开关组件(即MOS管Q1)电连接的短路保护单元，以及分别与开关组件(即MOS管Q1和机械开关K)和短路保护单元电连接的控制单元；

短路保护单元用于在负载出现短路后对断路器系统进行短路保护，并发送短路故障信号至控制单元；

控制单元用于根据短路故障信号将开关组件(即MOS管Q1)切换为断开状态，并对短路保护单元进行复位；

其中，短路保护单元是检测MOS管Q1导通时内阻电压与电流采集电阻R1的电压之和，当这两个电压和大于阈值时进行硬件保护，通用硬件关断驱动单元并保持自锁；此时发出短路故障信号给控制单元，控制单元关闭驱动单元后再解锁短路保护单元使之复位；利用MOS管Q1导通压降进行保护，电流采集电阻R1的阻值可以适当选小，从而降低了电能损耗，减少了系统的发热；

其中，短路保护单元MOS管Q1导通压降与电流采集电阻R1压降和，通过阈值触发硬件保护，其中保护阈值可以是固定值，也可以是控制单元设定值；短路保护单元带有硬件自锁功能，可由控制单元进行解锁。

如图1所示，在一个实施例中，断路器系统还包括：

功率电感L1；

功率电感L1的第一端分别与开关组件(即机械开关K)的一端和钳位二极管组件(即TSS管TSS1)的第一端电连接，功率电感L1的第二端与陶瓷放电管GDT的第一端电连接；

其中，功率电感L1具有扼流的作用，能够限制电流快速升高，从而提供给陶瓷放电管GDT和TSS管TSS1一定的响应时间，即在陶瓷放电管GDT和TSS管TSS1都未启动时，也不会有大电流经过机械开关K；

其中，功率电感L1除了提供给陶瓷放电管GDT和TSS管TSS1一定的响应时间外，还能够在负载出现短路时，给断路器系统中的短路保护单元提供一定的响应时间；

其中，在其他实施例中，功率电感L1还可以串联在陶瓷放电管GDT所在的支路上，或者串联在TSS管TSS1所在的支路上。

如图1所示，在一个实施例中，启动电容(C1-C4)陶瓷放电管GDT、TSS管TSS1、压敏电阻RV1以及功率电感L1共同构成防雷单元，防雷单元设置机械开关K的前端，即机械开关K的输入端；在其他实施例中，还可以设置在机械开关K的后端，即机械开关K的输出端，从而满足不同的防雷需求。

需要说明的是，图1中未在上述实施例中提到的元器件为实现电路功能的基本器件，比如TVS管D3、二极管D5、二极管D7、稳压管D6、MOS管Q2、极性电容C9、电阻R3、电阻R4、电阻R5等。

如图2所示，在一个实施例中，断路器系统还包括与控制单元电连接的电压检测单元；

其中，如图3所示，电压检测单元包括电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R23、电容C16、电容C17以及运算放大器U4B；

其中，运算放大器U4B的同相输入端耦接至电源回路的第一输入端，运算放大器U4B的反相输入端耦接至电源回路的第二输入端，运算放大器U4B的输出端与运算放大器U4B的反相输入端短接；控制单元与运算放大器U4B的输出端耦接以获取运算放大器U4B的输出信号；

需要说明的是，由于运算放大器U4B的输出端与反相输入端短接，运算放大器U4B可以实现电压跟随目的，运算放大器U4B的输出端可以产生一个与同相输入端信号振幅相等的输出信号，从而实现电压检测过程缓冲以及隔离的目的；同时，运算放大器U4B输出端可以向控制单元输入电压信号，并通过模数转换器将电压信号转换为数字信号；

可以理解地，电压检测单元实际上还可以设置其他电路元件，以实现电路的电平转换或电路稳压等，例如，还可以在运算放大器U4B的同相输入端设置电阻R20、电阻R21；又例如，还可以在运算放大器U4B的同相输入端设置并联的电阻R23以及电容C16；再例如，还可以在运算放大器U4B的输出端设置电阻R22。

如图2所示，在一个实施例中，断路器系统还包括与控制单元连接的电流采集单元；

其中，如图4所示，电流采集单元包括电阻R10、电阻R16、电阻R8、电阻R11、电容C11、电容C14以及运算放大器U4A；

其中，运算放大器U4A的同相输入端耦合至电流采集电阻R1的一端，运算放大器U4A的反相输入端耦合至电流采集电阻R1的另一端，运算放大器U4A的输出端耦合至控制单元；电阻R8一端与运算放大器U4A的反相输入端连接，另外一端与运算放大器U4A的输出端连接；

需要说明的是，运算放大器U4A可以将电流采集电阻R1两端的电压差放大，从而输出放大后的信号并通过I_ADC接口输入给控制单元，通过控制单元的模数转换器生成数字信号；可以理解地，电流采集单元实际上还可以设置其他电路元件，以实现电路的电平转换或电路稳压等，例如，还可以在运算放大器U4A的反相输入端设置电阻R10、同相输入端设置电阻R16、输出端设置电阻R11；又例如，还可以在运算放大器U4A的电源输入端设置并联的电容C11。

如图5所示，在一个实施例中，短路保护单元包括电阻R7、电阻R9、电阻R12、电阻R14、电阻R13、电阻R18、电容C12、电容C13、二极管D8、二极管D9、二极管D10、比较器U6以及处理单元U5；

其中，短路保护单元是MOS管Q1导通时内阻电压与电流采集电阻R1的电压之和,输入至比较器U6的正向输入端，比较器U6的反向输入端通过DAC_Val接口接入参考电压(DAC_Val接口与控制单元连接，由控制单元设置参考电压，实现不同短路电流保护功能)，当电压之和大于参考电压时，输出高电平信号给处理单元U5的B输入端(或门)，处理单元U5进行硬件保护，通过硬件关断驱动单元U2并保持自锁(处理单元U5的输出端Y输出高电平信号给驱动单元U2，驱动单元U2关断MOS管Q1，由于MOS管Q1关断后，电压之和会降低而小于参考电压，因此通过电阻R18将高电平信号反馈给处理单元U5的A输入端，处理单元U5自锁，使处理单元U5的输出端Y始终输出高电平信号)，并且处理单元U5通过Fault_INT短路故障信号接口输出短路故障信号给控制单元，控制单元关闭驱动单元U2(此时为软件关闭)后再通过Fault_REST接口发送低电平信号给处理单元U5的A输入端，解锁处理单元U5使之复位；

其中，比较器U6的同相输入端耦合至MOS管Q1以获取工作电压，比较器U6的反相输入端耦合至控制单元以获取参考电压；处理单元U5的B输入端(或门)耦合至比较器U6的输出端，处理单元U5的A输入端(或门)耦合至处理单元U5的输出端；驱动单元U2的第一输入端耦合至处理单元U5的输出端，驱动单元U2的第二输入端耦合至控制单元以接入驱动电压，驱动单元U2的输出端耦合至MOS管Q1的栅极；

更具体地，比较器U6的反相输入端耦合至控制单元的DAC_Val端口以获取参考电压，驱动单元U2的第二输入端耦合至控制单元的MOS_Drive端口以接入驱动电压；当工作电压高于参考电压时，比较器U6输出端输出高电平信号，处理单元U5的B输入端接收到高电平信号，进而处理单元U5的输出端输出高电平信号，由于处理单元U5的A输入端耦合至处理单元U5的输出端，从而使得处理单元U5的A输出端也接收到高电平信号，进而使得处理单元U5处于自锁状态，处理单元U5的输出端持续输出高电平信号并不受比较器U6输出信号影响，最终实现短路保护单元自锁的目的；同时，在处理单元U5自锁保持输出高电平信号时，驱动单元U2的第一输入端接收到高电平信号，此时可以利用该高电平信号使得驱动单元U2关闭，驱动单元U2的第二输入端停止接入驱动电压，使得驱动单元U2的输出端输出低电平信号并关闭MOS管Q1；

可以理解地，还可以通过控制单元输入给驱动单元U2的驱动电压拉低，从而使得驱动单元U2的输出端输出低电平信号，从而实现MOS管Q1断开；或者，驱动单元U2也可以采用非门替代，从而将高电平信号转换为低电平信号；

进一步的，处理单元U5的输出端通过二极管D8连接至控制单元的Fault_INT接口，控制单元在Fault_INT接口接收到高电平信号即可接收到短路故障信号；

进一步的，处理单元U5的B输入端和A输入端耦合至控制单元，以使得控制单元输出复位信号至处理单元U5促使处理单元U5进行复位；处理单元U5的B输入端和A输入端通过二极管D9、二极管D10连接至控制单元的Fault_REST接口，当控制单元的Fault_REST接口输出低电平信号后，处理单元U5的B输入端和A输入端接收到低电平信号，从而处理单元U5的输出端输出低电平信号，即可完成处理单元U5的复位重置过程；

可以理解地，处理单元U5也可以采用其他逻辑门电路替代，例如与门、与非门等；

需要说明的是，上述关于短路保护单元实际上还可以设置其他电路元件，以实现电路的电平转换或电路稳压作用等，例如，还可以在比较器U6的反相输入端设置电阻R14，在同相输入端设置电阻R12；又例如，还可以在比较器U6的电源输入端、处理单元U5的电源端设置并联的电容C12、电容C13，以保证比较器U6以及处理单元U5接入的工作电压稳定；再例如，还可以在比较器U6的输出端与处理单元U5的B输入端之间设置电阻R13，或者在处理单元U5的输出端与A输入端之间设置电阻R18等。

如图2所示，在一个实施例中，断路器系统还包括与控制单元电连接的电源单元；

其中，如图6所示，电源单元包括电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、处理单元U1；

其中，电源单元从输入端口取电分别给其他各个单元提供电能；隔离电源单元提供隔离电能给通讯单元供电。

如图2所示，在一个实施例中，断路器系统还包括与控制单元电连接的通讯单元；

其中，如图7所示，通讯单元包括电阻R、电容C、处理单元U、二极管D；

其中，通讯单元具有信号输入、输出隔离作用，实现信息双向传递；

其中，通讯单元可以是RS485、CAN、WiFi、蓝牙等有线或无线模块。

如图8所示，在一个实施例中，控制单元包括处理芯片U3、电阻R15；

其中，控制单元通过电压检测单元、电流检测单元、温度检测单元、机械开关K辅助触点K-2信号、电阻R2、功率器件检测单元的反馈进行对MOS管Q1、机械开关K控制和保护；并把电压、电流、功率、温度、状态等信息通过通讯单元传递给外界，通过状态指示单元显示；

其中，控制单元通常采用微控制芯片(单片机)实现，其还可以具有其他接口，例如，控制红色LED灯、绿色LED灯以及蓝色LED灯显示或熄灭的RED_LED、GREEN_LED以及BLUE_LED接口等；在具体实施时，控制单元只要从现有技术中选择能实现此功能的单片机即可，并不限于何种型号，例如ST公司的STM32F103系列的单片机，且控制程序是本领域技术人员所熟知的，这是本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可获得的。

如图2所示，在一个实施例中，断路器系统还包括与控制单元电连接的显示单元；

其中，如图9所示，显示单元包括电阻R17、发光二极管LED1；

其中，例如，当控制单元通过短路保护单元检测到MOS管Q1处于异常工作状态，则可以通过红色LED灯指示MOS管Q1处于异常工作状态。

如图2所示，在一个实施例中，断路器系统还包括与MOS管Q1电连接的过压保护单元；过压保护单元与MOS管Q1并联；

其中，过压保护单元采用过压吸收元件或器件组合，当MOS管Q1过压时钳位到安全电压；

其中，过压保护单元采用TVS管、压敏电阻等器件或器件组合组成。

如图2所示，在一个实施例中，断路器系统还包括与控制单元电连接的温度检测单元；

其中，温度检测单元分别对MOS管Q1、输出接线端子、系统内部环境温度进行温度检测，把电信号提供给控制单元，控制单元进行阈值比较后进行相应操作，实现过温保护或预警处理；

其中，温度检测单元可以包括热电偶温度传感器、热敏电阻温度传感器或电阻温度检测器中的至少一种。

如图2所示，在一个实施例中，断路器系统还包括与控制单元电连接的功率器件检测单元；

其中，如图10所示，功率器件检测单元包括电阻R2、电阻R7、二极管D11以及TVS管D12；

其中，控制单元与MOS管Q1和电阻R2的公共端电连接，二极管D11的正极与MOS管Q1和电阻R2的公共端电连接，二极管D11的负极与控制单元(即Read MOS接口)电连接，TVS管D12的一端分别与MOS管Q1和电阻R2的公共端以及控制单元电连接，TVS管D12的另一端接地，电阻R7的一端与MOS管Q1和电阻R2的公共端电连接，电阻R7的另一端与控制单元电连接；

其中，功率器件检测单元主要用于检测MOS管Q1的输入端的实际电压，并将该实际电压通过Read MOS接口发送至控制单元；控制单元能够根据该实际电压和MOS管Q1的控制状态来确定MOS管Q1是否发生损坏；

其中，功率器件检测单元通过电阻R2与MOS管Q1的输入端连接，当系统上电时机械开关K处于断开状态，控制单元发导通、断开指令给驱动单元，此时功率检测单元提供MOS管Q1输入端的电压信号给控制单元，若接收的电压信号与控制单元发出逻辑相同则判断功率器件正常，本系统可进行正常操作；否则判定异常，本系将停止合闸操作并上报故障；

其中，具体的，当电阻R2有电流经过时，其存在压降，输出端的电压为低电平，反之为高电平；因此，当检测到MOS管Q1的输入端的实际电压为高电平时，说明MOS管Q1的实际状态为断开，若控制单元发送的指令为导通指令，MOS管Q1的控制状态为导通，说明与控制单元的控制逻辑不一致，则说明MOS管Q1出现损坏；当检测到MOS管Q1的输入端的实际电压为高电平时，说明MOS管Q1的实际状态为断开，若控制单元发送的指令为断开指令，MOS管Q1的控制状态为断开，说明与控制单元的控制逻辑一致，则说明MOS管Q1未出现损坏；当检测到MOS管Q1的输入端的实际电压为低电平时，说明MOS管Q1的实际状态为导通，若控制单元发送的指令为断开指令，MOS管Q1的控制状态为断开，说明与控制单元的控制逻辑不一致，则说明MOS管Q1出现损坏；当检测到MOS管Q1的输入端的实际电压为低电平时，说明MOS管Q1的实际状态为导通，若控制单元发送的指令为导通指令，MOS管Q1的控制状态为导通，说明与控制单元的控制逻辑一致，则说明MOS管Q1未出现损坏；

其中，上述具体判断举例为系统运行过程中的静态比对，即只对当前的实际状态和控制状态进行比较，但存在一定问题，比如当MOS管Q1的损坏类型为“持续导通”，且通过静态比对得到的实际状态和控制状态也都为导通，此时若判定MOS管Q1未损坏，会出现判定错误；再比如当MOS管Q1的损坏类型为“持续断开”，且通过静态比对得到的实际状态和控制状态也都为断开，此时若判定MOS管Q1未损坏，会出现判定错误；因此，还可以进行动态检测，比如先检测MOS管Q1的输入端的实际电压，比如为高电平，说明此时MOS管Q1的实际状态为断开，然后控制单元向MOS管Q1发送导通指令，接着再检测MOS管Q1的输入端的实际电压是否被下拉为低电平，若是，则说明MOS管Q1未损坏，反之则说明MOS管Q1损坏；此外，还比如先检测MOS管Q1的输入端的实际电压，比如为低电平，说明此时MOS管Q1的实际状态为导通，然后控制单元向MOS管Q1发送断开指令，接着再检测MOS管Q1的输入端的实际电压是否被上拉为高电平，若是，则说明MOS管Q1未损坏，反之则说明MOS管Q1损坏；通过动态检测能够规避上述静态检测的检测误差；

其中，二极管D11用于防反接，只允许将采集到的电阻R2的输出端的电压发送至控制单元；

其中，TVS管D12用于电压钳位，避免发送至控制单元的电压过大；

其中，电阻R7用于限流限压，当机械开关K导通后，且接入负载，负载引入的噪声信号会经过机械开关K至TVS管D12，当该噪声信号的幅值过大时，可能会损坏TVS管D12，因此增设电阻R7，能够避免大电流流至TVS管D12；

其中，需要注意的是，控制单元是通过驱动单元向MOS管Q1发送指令，因此实现上述故障检测的前提是驱动单元为损坏，且功能正常。

如图1所示，在一个实施例中，控制单元具体用于在MOS管Q1未损坏时，向与MOS管Q1串联的机械开关K发送闭合信号。

从而避免机械开关K在MOS管Q1为异常状态时完成合闸过程。

如图1所示，在一个实施例中，机械开关K包括第一触点和第二触点，第二触点的分闸速度领先于第一触点的分闸速度；

第一触点与MOS管Q1串联，第二触点与控制单元电连接；

控制单元还用于在第二触点断开时，控制MOS管Q1断开，以使得MOS管Q1先于机械开关K第一触点分闸；

需要说明的是，由于第二触点与控制单元连接，当第二触点断开时，控制单元可以及时检测到第二触点的状态，又由于第二触点的分闸速度领先于第一触点的分闸速度，进而控制单元可以及时控制MOS管Q1断开，而此时第一触点还未断开，因此可以使得MOS管Q1先于第一触点分闸；在实际应用中，当断路器系统出现过载、短路、过压、欠压等需要分闸时，控制单元可以先断开MOS管Q1，再电控断开机械开关K，以避免分闸瞬间MOS管Q1被大电流击穿的现象。

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。

以上对本实用新型所提供的一种断路器系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

Claims (10)

1.一种断路器系统，所述断路器系统具有电源回路；其特征在于，所述断路器系统包括：

开关组件，所述开关组件用于控制所述电源回路的通断；

陶瓷放电管GDT和钳位二极管组件；

所述陶瓷放电管GDT的第一端分别与所述开关组件的一端、所述钳位二极管组件的第一端以及所述电源回路的第一输出端电连接，所述陶瓷放电管GDT的第二端分别与所述钳位二极管组件的第二端和所述电源回路的第二输出端电连接。

2.根据权利要求1所述的断路器系统，其特征在于，所述钳位二极管组件包括TVS管和/或TSS管TSS1。

3.根据权利要求1所述的断路器系统，其特征在于，所述陶瓷放电管GDT设有多个，多个所述陶瓷放电管GDT串联。

4.根据权利要求3所述的断路器系统，其特征在于，所述断路器系统还包括：

至少一个启动电容，每个所述启动电容至少与一个所述陶瓷放电管GDT并联。

5.根据权利要求1所述的断路器系统，其特征在于，所述断路器系统还包括：

压敏电阻RV1；

所述压敏电阻RV1的第一端分别与所述陶瓷放电管GDT的第一端和所述钳位二极管组件的第一端电连接，所述压敏电阻RV1的第二端分别与所述陶瓷放电管GDT的第二端和所述钳位二极管组件的第二端电连接。

6.根据权利要求1所述的断路器系统，其特征在于，所述断路器系统还包括：

与所述开关组件电连接的短路保护单元；

所述短路保护单元用于在负载出现短路后对所述断路器系统进行短路保护。

7.根据权利要求6所述的断路器系统，其特征在于，所述短路保护单元包括：

比较器U6和处理单元U5；

所述比较器U6的正向输入端与所述开关组件电连接，所述比较器U6的反向输入端接入参考电压，所述比较器U6的输出端与所述处理单元U5的第一端电连接，所述处理单元U5的第二端与所述开关组件的控制端电连接；

所述处理单元U5用于根据所述比较器U6输出的比较结果，控制所述开关组件的工作状态。

8.根据权利要求1至7任一项所述的断路器系统，其特征在于，所述断路器系统还包括：

功率电感L1；

所述功率电感L1的第一端分别与所述开关组件的一端和所述钳位二极管组件的第一端电连接，所述功率电感L1的第二端与所述陶瓷放电管GDT的第一端电连接；或者，

所述功率电感L1串联在所述陶瓷放电管GDT所在的支路上；或者，

所述功率电感L1串联在所述钳位二极管组件所在的支路上。

9.根据权利要求1所述的断路器系统，其特征在于，所述开关组件包括半导体开关和机械开关K；

所述半导体开关的第一端与所述电源回路的输入端电连接，所述半导体开关的第二端与所述机械开关K的第一端电连接，所述机械开关K的第二端与所述陶瓷放电管GDT的第一端电连接。

10.根据权利要求9所述的断路器系统，其特征在于，所述半导体开关包括MOSFET管、IGBT管、SiCMOSFET管、SiCIGBT管和IGCT管中的至少一种。