CN220457386U - 混合式固态开关装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种混合式固态开关装置。该混合式固态开关装置包括机械开关、功率开关、电源电路、触发电路、定时电路和驱动电路；电源电路用于根据机械开关两端的电压输出电压信号，触发电路用于在电压信号大于预设电压时输出触发信号；定时电路用于对触发信号的输出时间进行定时，驱动电路用于根据触发信号控制功率开关导通。本实用新型可以降低机械开关断开时产生的承载电流过大造成功率开关损坏的概率。同时减小了电弧对机械开关的烧蚀，延长了机械开关的电寿命。而且可以降低功率开关在大电流下长期导通导致的功率开关损坏的概率，延长了混合式固态开关装置的寿命。

Description

混合式固态开关装置

技术领域

本实用新型涉及开关电器的技术领域，尤其涉及一种混合式固态开关装置。

背景技术

混合式开关装置是一种通过机械开关与功率器件开关并联的形式实现的开关装置。当混合式固态开关电器的机械开关断开时，功率器件的承载电流比较大。为了满足功率器件的承载电流需求，功率器件的成本比较高。另外，在机械开关断开时，无法准确判断机械开关的断开起始时间，导致功率器件的动作时序不准确。

实用新型内容

本实用新型提供一种混合式固态开关装置，以提高功率器件的动作时序的准确性，同时降低了混合式固态开关装置的成本。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种混合式固态开关装置，包括机械开关、功率开关、电源电路、触发电路、定时电路和驱动电路；

所述电源电路的第一输入端和所述功率开关的第一端与所述机械开关的第一端连接，所述电源电路的第二输入端和所述功率开关的第二端与所述机械开关的第二端连接，所述电源电路的输出端与所述触发电路的输入端连接，所述触发电路的输出端与所述定时电路的输入端和所述驱动电路的输入端连接，所述定时电路的输出端与所述触发电路的控制端连接，所述驱动电路的输出端与所述功率开关的控制端连接；所述电源电路用于根据所述机械开关两端的电压输出电压信号，所述触发电路用于在所述电压信号大于预设电压时输出触发信号；所述定时电路用于对所述触发信号的输出时间进行定时，所述驱动电路用于根据所述触发信号控制所述功率开关导通。

可选地，所述电源电路包括整流单元和第一稳压单元；

所述整流单元的第一输入端作为所述电源电路的第一输入端，所述整流单元的第二输入端作为所述电源电路的第二输入端；所述整流单元的输出端与所述第一稳压单元的输入端连接，所述第一稳压单元的输出端作为所述电源电路的输出端；所述整流单元用于根据所述机械开关两端的电压输出直流电压；所述第一稳压单元用于对所述直流电压进行稳压，形成所述电压信号。

可选地，所述电源电路还包括第二稳压单元；

所述第二稳压单元的输入端与所述整流单元的输出端连接，所述第二稳压单元的输出端与所述功率开关的电源端连接，所述第二稳压单元用于对所述直流电压进行稳压，并为所述功率开关供电。

可选地，所述整流单元包括第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管；所述第一二极管的阳极和所述第二二极管的阳极接地，所述第一二极管的阴极与所述第三二极管的阳极连接，并作为所述整流单元的第一输入端，所述第二二极管的阴极和所述第四二极管的阳极连接，并作为所述整流单元的第二输入端，所述第三二极管的阴极和所述第四二极管的阴极连接，并作为所述整流单元的输出端；

和/或，所述电源电路内的稳压单元包括第一电阻、第二电阻、第一开关管、第一电容和第一稳压管；所述第一电阻连接于所述整流单元的输出端和所述第一开关管的第一极之间，所述第二电阻连接于所述整流单元的输出端和所述第一开关管的控制极之间，所述第一稳压管连接于所述第一开关管的控制极和地之间，所述第一开关管的第二极与所述第一电容的第一极连接，并作为所述稳压单元的输出端，所述第一电容的第二极接地；其中，所述稳压单元包括所述第一稳压单元和/或所述第二稳压单元。

可选地，所述触发电路包括比较单元、控制单元和开关单元；

所述比较单元的第一输入端和所述开关单元的输入端作为所述触发电路的输入端，所述比较单元的第二输入端与所述控制单元的第二端连接，所述比较单元的第三输入端接地；所述比较单元的输出端与所述开关单元的控制端连接，所述开关单元的电源端接地，所述开关单元的输出端作为所述触发电路的输出端；所述控制单元的控制端作为所述触发电路的控制端，所述控制单元的第一端接地；所述比较单元用于根据所述电压信号和阈值电压信号形成比较信号，所述开关单元用于在所述电压信号大于所述阈值电压信号时输出所述触发信号，所述控制单元用于在所述开关单元输出所述电压信号输出预设时间时控制所述比较单元输出的比较信号跳变。

可选地，所述比较单元包括比较器、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第二电容、第三电容和第二稳压管；所述第三电阻的第一端和所述第四电阻的第一端作为所述比较单元的第一输入端；所述第三电阻的第二端与所述第五电阻的第一端、所述第二电容的第一端和所述比较器的正相输入端连接，并作为所述比较单元的第二输入端，所述第五电阻的第二端和所述第二电容的第二端作为所述比较单元的第三输入端，所述第四电阻的第二端与所述比较器的负相输入端和所述第二稳压管的阴极连接，所述第二稳压管的阳极和所述第三电容的第二极接地，所述第三电容的第一极与所述比较器的电源端连接，所述比较器的输出端作为所述比较单元的输出端；

和/或，所述控制单元包括第二开关管；所述第二开关管的控制极作为所述控制单元的控制端，所述第二开关管的第一极作为所述控制单元的第一端，所述第二开关管的第二极作为所述控制单元的第二端；

和/或，所述开关单元包括第三开关管、第四开关管、第六电阻和第七电阻；所述第三开关管的控制极作为所述开关单元的控制端，所述第三开关管的第一极作为所述开关单元的电源端，所述第三开关管的第二极通过所述第六电阻与所述第四开关管的控制极连接，所述第四开关管的第一极作为所述开关单元的输入端，所述第四开关管的第二极作为所述开关单元的输出端，所述第七电阻连接于所述第四开关管的第一极和控制极之间。

可选地，所述定时电路包括定时单元和自锁单元；

所述定时单元的输入端作为所述定时电路的输入端，所述定时单元的输出端与所述自锁单元的输入端连接，所述自锁单元的输出端作为所述定时电路的输出端；所述定时单元用于在所述触发信号输出预设时间时控制所述自锁单元输出有效控制信号，所述触发电路用于根据所述有效控制信号停止输出所述触发信号。

可选地，所述定时单元包括第八电阻和第四电容；所述第八电阻的第一端作为所述定时单元的输入端，所述第八电阻的第二端与所述第四电容的第一极连接，并作为所述定时单元的输出端，所述第四电容的第二极接地；

和/或，所述自锁单元包括第五开关管、或逻辑器、第五电容、第九电阻和第十电阻；所述第五开关管的控制端作为所述自锁单元的输入端，所述第五开关管的第一极与所述第五电容的第一极和所述或逻辑器的第一电源端连接，所述第五开关管的第二极与所述或逻辑器的第一输入端连接，所述第五电容的第二极和所述或逻辑器的第二电源端接地，所述或逻辑器的第二输入端通过所述第九电阻与所述或逻辑器的输出端连接，所述或逻辑器的输出端与所述第十电阻的第一端连接，所述第十电阻的第二端作为所述自锁单元的输出端。

可选地，所述功率开关包括第一功率开关和第二功率开关，所述第一功率开关的第一极作为所述功率开关的第一端，所述第二功率开关的第一极作为所述功率开关的第二端；所述驱动电路包括第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻和第三稳压管；

所述第十一电阻的第一端作为所述驱动电路的输入端，所述第十一电阻的第二端与所述第三稳压管的阴极、所述第十二电阻的第一端和所述第十三电阻的第一端连接，所述第三稳压管的阳极、所述第一功率开关和所述第二功率开关的第二极接地，所述第十二电阻的第二端与所述第一功率开关的控制极连接，所述第十三电阻的第二端与所述第二功率开关的控制极连接。

可选地，所述驱动电路还包括第十四电阻和第十五电阻；

所述第十四电阻连接于所述第一功率开关的控制极和第二极之间，所述第十五电阻连接于所述第二功率开关的控制极和第二极之间。

本实用新型的技术方案，通过在机械开关的两端设置电源电路，电源电路利用电弧的能量产生电压信号。在电压信号小于预设电压时，触发电路无需触发定时电路和驱动电路工作。在保证电弧对机械开关的损坏比较小的基础上，避免过低的驱动电压使得功率开关处于放大状态，从而可以降低机械开关断开时产生的承载电流过大造成功率开关损坏的概率。在电压信号大于或等于预设电压时，触发电路根据电压信号输出触发信号至定时电路和驱动电路，驱动电路根据触发信号控制功率开关导通，使得电弧的电流由功率开关通向负载，机械开关两端的电弧电压迅速下降至燃弧条件之下，从而可以减小电弧对机械开关的烧蚀，延长了机械开关的电寿命。而且定时电路可以调节触发信号的输出时间。当触发信号的输出时间等于预设时间时，控制触发电路停止输出触发信号，从而可以控制驱动电路控制功率开关导通的时间。在保证电弧由功率开关通向负载实现消弧的作用的基础上，可以降低功率开关在大电流下长期导通导致的功率开关损坏的概率，而且可以降低对功率开关的性能要求，有利于降低混合式固态开关装置的成本，延长了混合式固态开关装置的寿命。同时可以利用电弧能量驱动功率开关SQ定时导通，提高了混合式固定开关装置的电能利用率。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种混合式固态开关装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种电源电路的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种触发电路的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种定时电路的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的一种驱动电路的结构示意图。

图中，110-电源电路，111-整流单元，112-第一稳压单元，113-第二稳压单元，120-触发电路，121-比较单元，122-控制单元，123-开关单元，130-定时电路，131-定时单元，132-自锁单元，140-驱动电路。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

图1为本实用新型实施例提供的一种混合式固态开关装置的结构示意图。如图1所示，该混合式固态开关装置包括机械开关S1、功率开关SQ、电源电路110、触发电路120、定时电路130和驱动电路140；电源电路110的第一输入端IN11和功率开关SQ的第一端B1与机械开关S1的第一端A1连接，电源电路110的第二输入端IN12和功率开关SQ的第二端B2与机械开关S1的第二端A2连接，电源电路110的输出端OUT1与触发电路120的输入端IN2连接，触发电路120的输出端OUT2与定时电路130的输入端IN3和驱动电路140的输入端IN4连接，定时电路130的输出端OUT3与触发电路120的控制端C1连接，驱动电路140的输出端OUT4与功率开关SQ的控制端G1连接；电源电路110用于根据机械开关S1两端的电压输出电压信号，触发电路120用于在电压信号大于预设电压时输出触发信号；定时电路130用于对触发信号的输出时间进行定时，驱动电路140用于根据触发信号控制功率开关SQ导通。

具体地，功率开关SQ可以为半导体电子器件。例如为绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)和金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)。当机械开关S1带负载断开时产生电弧。电弧的弧压快速上升。例如，电弧弧压可以由0V快速上升至300V。电源电路110获取电弧的能量产生电压信号，并输出至触发电路120。在电压信号小于预设电压时，电弧的弧压比较低，电弧对机械开关S1的烧蚀比较小，触发电路120无需触发定时电路130和驱动电路140工作。在保证电弧对机械开关S1的损坏比较小的基础上，避免过低的驱动电压使得功率开关SQ处于放大状态，从而可以降低机械开关S1断开时产生的承载电流过大造成功率开关SQ损坏的概率。在电压信号大于或等于预设电压时，电弧的弧压比较高，电弧对机械开关S1的烧蚀比较大，此时触发电路120根据电压信号输出触发信号至定时电路130和驱动电路140，驱动电路140根据触发信号控制功率开关SQ导通，使得电弧的电流由功率开关SQ通向负载，机械开关S1两端的电弧电压迅速下降至燃弧条件之下，从而可以减小电弧对机械开关S1的烧蚀，延长了机械开关S1的电寿命。而且定时电路130可以调节触发信号的输出时间。当触发信号的输出时间等于预设时间时，控制触发电路120停止输出触发信号，从而可以控制驱动电路140控制功率开关SQ导通的时间。在保证电弧由功率开关SQ通向负载实现消弧的作用的基础上，可以降低功率开关SQ在大电流下长期导通导致的功率开关SQ损坏的概率，而且可以降低对功率开关SQ的性能要求，有利于降低混合式固态开关装置的成本，延长了混合式固态开关装置的寿命。同时可以利用电弧能量驱动功率开关SQ定时导通，提高了混合式固定开关装置的电能利用率。示例性地，当机械开关S1短路断开时，机械开关S1两端具有短路电流，在功率开关SQ导通时，短路电流通过功率开关SQ通向负载，使得功率开关SQ承载的电流比较大。此时通过定时电路130控制功率开关SQ导通的时间，可以避免功率开关SQ在短路电流下长期导通导致的功率开关SQ损坏的概率，延长了混合式固态开关装置的寿命。

本实施例的技术方案，通过在机械开关的两端设置电源电路，电源电路利用电弧的能量产生电压信号。在电压信号小于预设电压时，触发电路无需触发定时电路和驱动电路工作。在保证电弧对机械开关的损坏比较小的基础上，避免过低的驱动电压使得功率开关处于放大状态，从而可以降低机械开关断开时产生的承载电流过大造成功率开关损坏的概率。在电压信号大于或等于预设电压时，触发电路根据电压信号输出触发信号至定时电路和驱动电路，驱动电路根据触发信号控制功率开关导通，使得电弧的电流由功率开关通向负载，机械开关两端的电弧电压迅速下降至燃弧条件之下，从而可以减小电弧对机械开关的烧蚀，延长了机械开关的电寿命。而且定时电路可以调节触发信号的输出时间。当触发信号的输出时间等于预设时间时，控制触发电路停止输出触发信号，从而可以控制驱动电路控制功率开关导通的时间。在保证电弧由功率开关通向负载实现消弧的作用的基础上，可以降低功率开关在大电流下长期导通导致的功率开关损坏的概率，而且可以降低对功率开关的性能要求，有利于降低混合式固态开关装置的成本，延长了混合式固态开关装置的寿命。同时可以利用电弧能量驱动功率开关SQ定时导通，提高了混合式固定开关装置的电能利用率。

图2为本实用新型实施例提供的一种电源电路的结构示意图。如图2所示，电源电路110包括整流单元111和第一稳压单元112；整流单元111的第一输入端in11作为电源电路110的第一输入端IN11，整流单元111的第二输入端in12作为电源电路110的第二输入端IN12；整流单元111的输出端out1与第一稳压单元112的输入端in13连接，第一稳压单元112的输出端out2作为电源电路110的输出端OUT1；整流单元111用于根据机械开关S1两端的电压输出直流电压；第一稳压单元112用于对直流电压进行稳压，形成电压信号。

具体地，机械开关S1两端的电压可以为不同方向的直流电压，也可以为交流电压。当机械开关S1断开时，机械开关S1两端的电压经过整流单元111进行整流后可以输出直流电压至第一稳压单元112，第一稳压单元112根据直流电压进行线性降压后，输出稳定的电压信号。此时电压信号与机械开关S1两端的电弧弧压正相关。

继续参考图2，电源电路110还包括第二稳压单元113；第二稳压单元113的输入端in14与整流单元111的输出端out1连接，第二稳压单元113的输出端out3与功率开关SQ的电源端连接，第二稳压单元113用于对直流电压进行稳压，并为功率开关SQ供电。

具体地，当电源电路110包括第二稳压单元113时，第二稳压单元113获取整流单元111输出的直流电压后，可以对直流电压进行线性降压和稳压后，为功率开关SQ供电，从而可以利用电弧能量为功率开关SQ供电，提高了电弧能量的利用率。

需要说明的是，第二稳压单元113的电路结构和第一稳压单元112的电路结构可以相同或不同，此处不做限定。另外，第二稳压单元113输出的电压可以大于第一稳压单元112输出的电压，以保证第一稳压单元112输出的电压满足触发电路120、定时电路130和驱动电路140的电压需求，同时第二稳压单元113输出的电压满足功率开关SQ的电压需求。

继续参考图2，整流单元111包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4；第一二极管D1的阳极和第二二极管D2的阳极接地GND，第一二极管D1的阴极与第三二极管D3的阳极连接，并作为整流单元111的第一输入端in11，第二二极管D2的阴极和第四二极管D4的阳极连接，并作为整流单元111的第二输入端in12，第三二极管D3的阴极和第四二极管D4的阴极连接，并作为整流单元111的输出端out1；和/或，电源电路110内的稳压单元包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一开关管Q1、第一电容C1和第一稳压管DT1；第一电阻R1连接于整流单元111的输出端out1和第一开关管Q1的第一极之间，第二电阻R2连接于整流单元111的输出端out1和第一开关管Q1的控制极之间，第一稳压管DT1连接于第一开关管Q1的控制极和地GND之间，第一开关管Q1的第二极与第一电容C1的第一极连接，并作为稳压单元的输出端，第一电容C1的第二极接地GND；其中，稳压单元包括第一稳压单元112和/或第二稳压单元113。

具体地，第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4组成桥式整流电路。机械开关S1两端的电压经过桥式整流电路进行整流后可以输出直流电压至第一电阻R1。第一电阻R1对直流电压进行线性降压，并通过第二电阻R2传输至第一开关管Q1的控制极。当直流电压随着机械开关S1两端的电弧弧压上升，在第一开关管Q1的控制极与第一极的压差大于第一开关管Q1的阈值电压时，第一开关管Q1导通，并根据直流电压输出电压信号。其中，第一稳压管DT1用于为第一开关管Q1的控制极提供稳定电压，第一电容C1用于对电压信号进行滤波。

需要说明的是，图2中示例性地示出了第一稳压单元112和第二稳压单元113的电路结构相同，此时第一稳压单元112中的器件参数和第二稳压单元113中的器件参数可以不同，以使第二稳压单元113输出的电压信号的电压值大于第一稳压单元112输出的电压信号的电压值。示例性地，可以设置第一稳压单元112中的第一电阻R1的阻值和第二稳压单元113中第一电阻R1的阻值不同，还可以设置第一稳压单元112中的第一稳压管DT1和第二稳压单元113中的第一稳压管DT1的稳压值不同，此处不做限定。

图3为本实用新型实施例提供的一种触发电路的结构示意图。如图3所示，触发电路120包括比较单元121、控制单元122和开关单元123；比较单元121的第一输入端in21和开关单元123的输入端in24作为触发电路120的输入端IN2，比较单元121的第二输入端in22与控制单元122的第二端P2连接，比较单元121的第三输入端in23接地GND；比较单元121的输出端out21与开关单元123的控制端c21连接，开关单元123的电源端s1接地GND，开关单元123的输出端out22作为触发电路120的输出端OUT2；控制单元122的控制端c22作为触发电路120的控制端C1，控制单元122的第一端P1接地GND；比较单元121用于根据电压信号和阈值电压信号形成比较信号，开关单元123用于在电压信号大于阈值电压信号时输出触发信号，控制单元122用于在开关单元123输出电压信号输出预设时间时控制比较单元121输出的比较信号跳变。

具体地，电压信号随着机械开关S1两端的电弧弧压上升而上升。当电压信号小于预设电压时，比较单元121输出的比较信号为低电平，此时开关单元123根据比较信号处于截止状态，开关单元123的输入端in24和开关单元123的输出端out22之间截止，电压信号无法通过开关单元123形成触发信号用于输出，即触发电路120无法输出触发信号。从而可以避免过低的驱动电压使得功率开关SQ处于放大状态，从而可以降低机械开关S1断开时产生的承载电流过大造成功率开关SQ损坏的概率，同时保证了电弧对机械开关S1的损坏比较小。当电压信号大于或等于预设电压时，比较单元121输出的比较信号为高电平，此时开关单元123根据比较信号处于导通状态，开关单元123的输入端in24和开关单元123的输出端out22之间连通，电压信号通过开关单元123后形成触发信号输出至定时电路130和驱动电路140。驱动电路140根据触发信号控制功率开关SQ导通，使得电弧的电流由功率开关SQ通向负载，机械开关S1两端的电弧电压迅速下降至燃弧条件之下，从而可以减小电弧对机械开关S1的烧蚀，延长了机械开关S1的电寿命。而且定时电路130可以调节触发信号的输出时间。当触发信号的输出时间等于预设时间时，定时电路130输出有效控制信号控制控制单元120导通，使得比较单元121的第二输入端in22通过控制单元120接地GND，从而可以控制比较单元121输出的比较信号跳变，使得比较信号跳变为低电平，开关单元123处于截止状态，开关单元123的输入端in24和开关单元123的输出端out22之间截止，电压信号无法通过开关单元123形成触发信号用于输出，即触发电路120停止输出触发信号，从而可以控制驱动电路140控制功率开关SQ导通的时间。在保证电弧由功率开关SQ通向负载实现消弧的作用的基础上，可以降低功率开关SQ在大电流下长期导通导致的功率开关SQ损坏的概率，而且可以降低对功率开关SQ的性能要求，有利于降低混合式固态开关装置的成本，延长了混合式固态开关装置的寿命。

继续参考图3，比较单元121包括比较器U1、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第二电容C2、第三电容C3和第二稳压管DT2；第三电阻R3的第一端和第四电阻R4的第一端作为比较单元121的第一输入端in21；第三电阻R3的第二端与第五电阻R5的第一端、第二电容C2的第一端和比较器U1的正相输入端+连接，并作为比较单元121的第二输入端in22，第五电阻R5的第二端和第二电容C2的第二端作为比较单元121的第三输入端in23，第四电阻R4的第二端与比较器U1的负相输入端-和第二稳压管DT2的阴极连接，第二稳压管DT2的阳极和第三电容C3的第二极接地GND，第三电容C3的第一极与比较器U1的电源端VDD连接，比较器U1的输出端作为比较单元121的输出端out21；

和/或，控制单元122包括第二开关管Q2；第二开关管Q2的控制极作为控制单元122的控制端c22，第二开关管Q2的第一极作为控制单元122的第一端P1，第二开关管Q2的第二极作为控制单元122的第二端P2；

和/或，开关单元123包括第三开关管Q3、第四开关管Q4、第六电阻R6和第七电阻R7；第三开关管Q3的控制极作为开关单元123的控制端c21，第三开关管Q3的第一极作为开关单元123的电源端s1，第三开关管Q3的第二极通过第六电阻R6与第四开关管Q4的控制极连接，第四开关管Q4的第一极作为开关单元123的输入端in24，第四开关管Q4的第二极作为开关单元123的输出端out22，第七电阻R7连接于第四开关管Q4的第一极和控制极之间。

具体地，预设电压可以为第二稳压管DT2的反向击穿电压。比较器U1的正相输入端+通过第五电阻R5和第二电容C2接地GND，预设电压同时大于第五电阻R5的第一端电位。当电压信号小于预设电压时，比较器U1的负相输入端-电位稳定为第二稳压管DT2的稳压值，比较器U1的负相输入端-电位大于正相输入端+电位，比较器U1输出的比较信号为低电平，控制第三开关管Q3处于截止状态，第四开关管Q4的控制极电位为第一极电位提供的高电平，第四开关管Q4截止，电压信号无法通过开关单元123形成触发信号用于输出，即触发电路120无法输出触发信号。当电压信号大于或等于预设电压时，第二稳压管DT2反向击穿，使得比较器U1的负相输入端-电位下降，此时比较器U1的负相输入端-电位小于正相输入端+电位，比较器U1输出的比较信号为高电平，控制第三开关管Q3处于导通状态，使得第四开关管Q4的控制极电位被地GND拉低，第四开关管Q4导通，电压信号通过开关单元123后形成触发信号输出至定时电路130和驱动电路140。定时电路130可以调节触发信号的输出时间。当触发信号的输出时间等于预设时间时，定时电路130输出有效控制信号控制第二开关管Q2导通，使得比较器U1的正相输入端+的电位下降，比较器U1的负相输入端-电位大于正相输入端+电位，比较器U1输出的比较信号跳变为低电平，控制第三开关管Q3处于截止状态，进而使得第四开关管Q4截止，从而可以控制触发电路120停止输出触发信号。

需要说明的是，图3中示例性地示出了比较单元121包括比较器U1、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第二电容C2、第三电容C3和第二稳压管DT2，控制单元122包括第二开关管Q2以及开关单元123包括第三开关管Q3、第四开关管Q4、第六电阻R6和第七电阻R7的结构，而不是限定。

图4为本实用新型实施例提供的一种定时电路的结构示意图。如图4所示，定时电路130包括定时单元131和自锁单元132；定时单元131的输入端in31作为定时电路130的输入端IN3，定时单元131的输出端out31与自锁单元132的输入端in32连接，自锁单元132的输出端out32作为定时电路130的输出端OUT3；定时单元131用于在触发信号输出预设时间时控制自锁单元132输出有效控制信号，触发电路120用于根据有效控制信号停止输出触发信号。

具体地，当触发电路120输出触发电压后，触发电压可以对定时单元131进行充电延时，使得定时单元131经过预设时间充电后控制自锁单元132进行自锁，并输出有效控制信号至第二开关管Q2的控制极，控制第二开关管Q2导通，使得比较器U1的正相输入端+的电位下降，比较器U1的负相输入端-电位大于正相输入端+电位，比较器U1输出的比较信号跳变为低电平，控制第三开关管Q3处于截止状态，进而使得第四开关管Q4截止，从而可以控制触发电路120停止输出触发信号。

继续参考图4，定时单元131包括第八电阻R8和第四电容C4；第八电阻R8的第一端作为定时单元131的输入端in31，第八电阻R8的第二端与第四电容C4的第一极连接，并作为定时单元131的输出端out31，第四电容C4的第二极接地GND；

和/或，自锁单元132包括第五开关管Q5、或逻辑器U2、第五电容C5、第九电阻R9和第十电阻R10；第五开关管Q5的控制端作为自锁单元132的输入端in32，第五开关管Q5的第一极与第五电容C5的第一极和或逻辑器U2的第一电源端VDD1连接，第五开关管Q5的第二极与或逻辑器U2的第一输入端M1连接，第五电容C5的第二极和或逻辑器U2的第二电源端VDD2接地GND，或逻辑器U2的第二输入端M2通过第九电阻R9与或逻辑器U2的输出端Y连接，或逻辑器U2的输出端Y与第十电阻R10的第一端连接，第十电阻R10的第二端作为自锁单元132的输出端out32。

具体地，当触发电路120输出触发电压后，触发电压输出至第八电阻R8，并对第四电容C4充电，以提高第四电容C4的第一极电位，同时实现延时。当第四电容C4充电至预设时间时，第四电容C4的第一极电位与第五开关管Q5的第一极电位的压差大于第五开关管Q5的阈值电压，第五开关管Q5导通，使得或逻辑器U2的第一输入端M1输入逻辑1的信号，此时或逻辑器U2输出逻辑为1的有效控制信号，控制第二开关管Q2的控制极为高电平，第二开关管Q2导通，比较器U1输出的比较信号跳变为低电平，控制第三开关管Q3处于截止状态，进而使得第四开关管Q4截止，从而可以控制触发电路120停止输出触发信号。同时或逻辑器U2的第二输入端M2通过第九电阻R9与或逻辑器U2的输出端Y连接。当或逻辑器U2的输出端Y为逻辑1时，或逻辑器U2的第二输入端M2为逻辑1，使得或逻辑器U2实现自锁。

图5为本实用新型实施例提供的一种驱动电路的结构示意图。如图5所示，功率开关SQ包括第一功率开关SQ1和第二功率开关SQ2，第一功率开关SQ1的第一极作为功率开关SQ的第一端B1，第二功率开关SQ2的第一极作为功率开关SQ的第二端B2；驱动电路140包括第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13和第三稳压管DT3；第十一电阻R11的第一端作为驱动电路140的输入端IN4，第十一电阻R11的第二端与第三稳压管DT3的阴极、第十二电阻R12的第一端和第十三电阻R13的第一端连接，第三稳压管DT3的阳极、第一功率开关SQ1和第二功率开关SQ2的第二极接地GND，第十二电阻R12的第二端与第一功率开关SQ1的控制极连接，第十三电阻R13的第二端与第二功率开关SQ2的控制极连接。

具体地，当功率开关SQ包括两个时，两个功率开关SQ的类型可以相同，此时驱动电路140包括两个输出端。第一功率开关SQ1的控制极与驱动电路140的一个输出端连接，第二功率开关SQ2的控制极与驱动电路140的另一个输出端连接。当触发电路120输出触发信号时，触发信号经过第十一电阻R11后，分别通过第十二电阻R12和第十三电阻R13同步输出至第一功率开关SQ1的控制极和第二功率开关SQ2的控制极，使得第一功率开关SQ1和第二功率开关SQ2同时导通，使得电弧的电流由第一功率开关SQ1和第二功率开关SQ2通向负载，机械开关S1两端的电弧电压迅速下降至燃弧条件之下，从而可以减小电弧对机械开关S1的烧蚀，延长了机械开关S1的电寿命。而且，触发信号经过第十一电阻R11后，通过第三稳压管DT3稳定，使得触发信号的电压稳定在第三稳压管DT3的稳压范围内。从而可以避免第一功率开关SQ1和第二功率开关SQ2的控制极和第二极的压差过大导致的第一功率开关SQ1和第二功率开关SQ2损坏。

继续参考图5，驱动电路140还包括第十四电阻R14和第十五电阻R15；第十四电阻R14连接于第一功率开关SQ1的控制极和第二极之间，第十五电阻R15连接于第二功率开关SQ2的控制极和第二极之间。

具体地，通过在第一功率开关SQ1的控制极和第二极之间设置第十四电阻R14，可以为第一功率开关SQ1的极电容提供泄放回路，提高第一功率开关SQ1的可靠性。同理，通过在第二功率开关SQ2的控制极和第二极之间设置第十五电阻R15，可以为第二功率开关SQ2的极电容提供泄放回路，提高第二功率开关SQ2的可靠性。

继续参考图5，混合式固态开关装置还可以包括第二机械开关S2，其串联于机械开关S1的一端，用于实现电气隔离。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种混合式固态开关装置，其特征在于，包括机械开关、功率开关、电源电路、触发电路、定时电路和驱动电路；

所述电源电路的第一输入端和所述功率开关的第一端与所述机械开关的第一端连接，所述电源电路的第二输入端和所述功率开关的第二端与所述机械开关的第二端连接，所述电源电路的输出端与所述触发电路的输入端连接，所述触发电路的输出端与所述定时电路的输入端和所述驱动电路的输入端连接，所述定时电路的输出端与所述触发电路的控制端连接，所述驱动电路的输出端与所述功率开关的控制端连接；所述电源电路用于根据所述机械开关两端的电压输出电压信号，所述触发电路用于在所述电压信号大于预设电压时输出触发信号；所述定时电路用于对所述触发信号的输出时间进行定时，所述驱动电路用于根据所述触发信号控制所述功率开关导通。

2.根据权利要求1所述的混合式固态开关装置，其特征在于，所述电源电路包括整流单元和第一稳压单元；

所述整流单元的第一输入端作为所述电源电路的第一输入端，所述整流单元的第二输入端作为所述电源电路的第二输入端；所述整流单元的输出端与所述第一稳压单元的输入端连接，所述第一稳压单元的输出端作为所述电源电路的输出端；所述整流单元用于根据所述机械开关两端的电压输出直流电压；所述第一稳压单元用于对所述直流电压进行稳压，形成所述电压信号。

3.根据权利要求2所述的混合式固态开关装置，其特征在于，所述电源电路还包括第二稳压单元；

所述第二稳压单元的输入端与所述整流单元的输出端连接，所述第二稳压单元的输出端与所述功率开关的电源端连接，所述第二稳压单元用于对所述直流电压进行稳压，并为所述功率开关供电。

4.根据权利要求3所述的混合式固态开关装置，其特征在于，所述整流单元包括第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管；所述第一二极管的阳极和所述第二二极管的阳极接地，所述第一二极管的阴极与所述第三二极管的阳极连接，并作为所述整流单元的第一输入端，所述第二二极管的阴极和所述第四二极管的阳极连接，并作为所述整流单元的第二输入端，所述第三二极管的阴极和所述第四二极管的阴极连接，并作为所述整流单元的输出端；

和/或，所述电源电路内的稳压单元包括第一电阻、第二电阻、第一开关管、第一电容和第一稳压管；所述第一电阻连接于所述整流单元的输出端和所述第一开关管的第一极之间，所述第二电阻连接于所述整流单元的输出端和所述第一开关管的控制极之间，所述第一稳压管连接于所述第一开关管的控制极和地之间，所述第一开关管的第二极与所述第一电容的第一极连接，并作为所述稳压单元的输出端，所述第一电容的第二极接地；其中，所述稳压单元包括所述第一稳压单元和/或所述第二稳压单元。

5.根据权利要求1所述的混合式固态开关装置，其特征在于，所述触发电路包括比较单元、控制单元和开关单元；

所述比较单元的第一输入端和所述开关单元的输入端作为所述触发电路的输入端，所述比较单元的第二输入端与所述控制单元的第二端连接，所述比较单元的第三输入端接地；所述比较单元的输出端与所述开关单元的控制端连接，所述开关单元的电源端接地，所述开关单元的输出端作为所述触发电路的输出端；所述控制单元的控制端作为所述触发电路的控制端，所述控制单元的第一端接地；所述比较单元用于根据所述电压信号和阈值电压信号形成比较信号，所述开关单元用于在所述电压信号大于所述阈值电压信号时输出所述触发信号，所述控制单元用于在所述开关单元输出所述电压信号输出预设时间时控制所述比较单元输出的比较信号跳变。

6.根据权利要求5所述的混合式固态开关装置，其特征在于，所述比较单元包括比较器、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第二电容、第三电容和第二稳压管；所述第三电阻的第一端和所述第四电阻的第一端作为所述比较单元的第一输入端；所述第三电阻的第二端与所述第五电阻的第一端、所述第二电容的第一端和所述比较器的正相输入端连接，并作为所述比较单元的第二输入端，所述第五电阻的第二端和所述第二电容的第二端作为所述比较单元的第三输入端，所述第四电阻的第二端与所述比较器的负相输入端和所述第二稳压管的阴极连接，所述第二稳压管的阳极和所述第三电容的第二极接地，所述第三电容的第一极与所述比较器的电源端连接，所述比较器的输出端作为所述比较单元的输出端；

和/或，所述控制单元包括第二开关管；所述第二开关管的控制极作为所述控制单元的控制端，所述第二开关管的第一极作为所述控制单元的第一端，所述第二开关管的第二极作为所述控制单元的第二端；

和/或，所述开关单元包括第三开关管、第四开关管、第六电阻和第七电阻；所述第三开关管的控制极作为所述开关单元的控制端，所述第三开关管的第一极作为所述开关单元的电源端，所述第三开关管的第二极通过所述第六电阻与所述第四开关管的控制极连接，所述第四开关管的第一极作为所述开关单元的输入端，所述第四开关管的第二极作为所述开关单元的输出端，所述第七电阻连接于所述第四开关管的第一极和控制极之间。

7.根据权利要求1～6任一项所述的混合式固态开关装置，其特征在于，所述定时电路包括定时单元和自锁单元；

所述定时单元的输入端作为所述定时电路的输入端，所述定时单元的输出端与所述自锁单元的输入端连接，所述自锁单元的输出端作为所述定时电路的输出端；所述定时单元用于在所述触发信号输出预设时间时控制所述自锁单元输出有效控制信号，所述触发电路用于根据所述有效控制信号停止输出所述触发信号。

8.根据权利要求7所述的混合式固态开关装置，其特征在于，所述定时单元包括第八电阻和第四电容；所述第八电阻的第一端作为所述定时单元的输入端，所述第八电阻的第二端与所述第四电容的第一极连接，并作为所述定时单元的输出端，所述第四电容的第二极接地；

和/或，所述自锁单元包括第五开关管、或逻辑器、第五电容、第九电阻和第十电阻；所述第五开关管的控制端作为所述自锁单元的输入端，所述第五开关管的第一极与所述第五电容的第一极和所述或逻辑器的第一电源端连接，所述第五开关管的第二极与所述或逻辑器的第一输入端连接，所述第五电容的第二极和所述或逻辑器的第二电源端接地，所述或逻辑器的第二输入端通过所述第九电阻与所述或逻辑器的输出端连接，所述或逻辑器的输出端与所述第十电阻的第一端连接，所述第十电阻的第二端作为所述自锁单元的输出端。

9.根据权利要求1～6任一项所述的混合式固态开关装置，其特征在于，所述功率开关包括第一功率开关和第二功率开关，所述第一功率开关的第一极作为所述功率开关的第一端，所述第二功率开关的第一极作为所述功率开关的第二端；所述驱动电路包括第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻和第三稳压管；

所述第十一电阻的第一端作为所述驱动电路的输入端，所述第十一电阻的第二端与所述第三稳压管的阴极、所述第十二电阻的第一端和所述第十三电阻的第一端连接，所述第三稳压管的阳极、所述第一功率开关和所述第二功率开关的第二极接地，所述第十二电阻的第二端与所述第一功率开关的控制极连接，所述第十三电阻的第二端与所述第二功率开关的控制极连接。

10.根据权利要求9所述的混合式固态开关装置，其特征在于，所述驱动电路还包括第十四电阻和第十五电阻；

所述第十四电阻连接于所述第一功率开关的控制极和第二极之间，所述第十五电阻连接于所述第二功率开关的控制极和第二极之间。