CN220775389U - 一种具有电流方向保护的固态断路器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有电流方向保护的固态断路器。该固态断路器包括：电流传感器、开关模块、驱动保护模块、控制模块、第一连接端和第二连接端。电流传感器的第一端与开关模块连接；电流传感器的另一端与第一连接端连接；开关模块包括串联连接于第二连接端和电流传感器之间的第一开关单元和第二开关单元；驱动保护模块与电流传感器的第三端连接；驱动保护模块还与开关模块连接；驱动保护模块用于响应驱动信号而驱动开关模块，以及在短路时根据电流方向关断与之对应的开关单元；控制模块与驱动保护模块连接。本实用新型能够在短路时关断与电流方向对应的开关单元，有利于避免开关单元的损坏，延长固态断路器的使用寿命。

Description

一种具有电流方向保护的固态断路器

技术领域

本实用新型涉及开关技术领域，尤其涉及一种具有电流方向保护的固态断路器。

背景技术

固态断流器(Solid State Circuit Breaker)是基于电力电子元件的新型无触点开关器件，可以理解，在固态断路器中没有机械运动部分。随着时代的发展，逐渐衍生出了具有双向接通与断开的固态断路器。具有双向接通与断开的固态断路器中具有两个开关器件，这两个开关器件在理论上是同时接通与断开。

然而，由于固态断路器的结构特性，再加上开关器件的差异性会导致其中一个开关器件较为容易损坏，致使固态断路器的使用寿命降低。

实用新型内容

本实用新型针对上述问题，提供了一种具有电流方向保护的固态断路器，以延长固态断路器的使用寿命。

根据本实用新型的一方面，提供了一种具有电流方向保护的固态断路器，该固态断路器包括：电流传感器、开关模块、驱动保护模块、控制模块、第一连接端和第二连接端；

所述电流传感器的第一端与所述开关模块连接；所述电流传感器的另一端与所述第一连接端连接；所述电流传感器用于检测所述固态断路器的电流大小和电流方向；其中，所述电流方向包括电流正方向和电流反方向；

所述开关模块包括第一开关单元和第二开关单元，所述第一开关单元和所述第二开关单元串联连接于所述第二连接端和所述电流传感器之间；所述第一开关单元对应于所述电流正方向；所述第二开关单元对应于所述电流反方向；

所述驱动保护模块与所述电流传感器的第三端连接；所述驱动保护模块还与所述开关模块连接；所述驱动保护模块用于响应驱动信号而驱动所述开关模块，以及在短路时根据电流方向关断与之对应的开关单元；

所述控制模块与所述驱动保护模块连接；所述控制模块用于生成所述驱动信号，对所述驱动保护模块进行控制。

可选地，所述驱动保护模块包括：硬件短路保护单元和隔离驱动单元；

所述硬件短路保护单元的第一端与所述硬件短路保护单元的第二端连接；所述硬件短路保护单元的第二端与所述电流传感器连接；所述硬件短路保护单元的第三端与所述隔离驱动单元的第一端连接；所述硬件短路保护单元的第四端与所述隔离驱动单元的第二端连接；所述隔离驱动单元的第三端与所述第一开关单元连接；所述隔离驱动单元的第四端与所述第二开关单元连接；所述隔离驱动单元的第五端与所述第一开关单元的第二端连接；所述隔离驱动单元的第六端与所述第二开关单元的第二端连接；所述隔离驱动单元的第七端与所述控制模块连接；所述隔离驱动单元的第八端与所述控制模块连接；

所述硬件短路保护单元用于判断所述电流方法并关断并在短路时关断与所述电流方向对应的开关单元；所述隔离驱动单元用于响应驱动信号而驱动所述开关模块。

可选地，所述硬件短路保护单元包括：第一硬件短路保护子单元和第二硬件短路保护子单元；

所述第一硬件短路保护子单元的输入端与所述电流传感器的第三端连接；所述第一硬件短路保护子单元的输出端与所述隔离驱动单元的第一端连接；所述第二硬件短路保护子单元的输入端与所述电流传感器的第三端连接；所述第二硬件短路保护子单元的输出端与所述隔离驱动单元的第二端连接。

可选地，所述第一硬件短路保护子单元包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容、第二电容、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第一比较器和第一或门芯片；

所述第一比较器的反向输入端与所述电流传感器的第三端连接；所述第一比较器的同向输入端与所述第一电阻的第一端连接；所述第一电阻的第二端与电源电压连接；所述第二电阻的第一端与所述第一电阻的第一端连接；所述第二电阻的第二端接地；所述第一比较器的正电源端与所述电源电压连接；所述第一比较器的负电源端接地；所述第一比较器的输出端与所述第一二极管的阳极端连接；所述第一二极管的阴极端与所述第三电阻的第一端连接；所述第三电阻的第二端与所述第一或门芯片的第二输入端连接；所述第一或门芯片的第一输入端与所述第一或门芯片的第二输入端连接；所述第一或门芯片的输出端与所述隔离驱动单元连接；所述第一或门芯片的正电源端与所述电源电压连接；所述第一或门芯片的负电源端接地；所述第四电阻连接于所述第一或门芯片的输出端与所述第一或门芯片的第一输入端之间；所述第二二极管的阳极端与所述第一或门芯片的输出端连接；所述第二二极管的阴极端与所述控制模块连接；所述第三二极管的阳极端与所述第三电阻的第二端连接；所述第三二极管的阴极端与所述控制模块连接；所述第一电容的第一端与所述第一比较器的正电源端连接；所述第一电容的第二端接地；所述第二电容的第一端与所述第一或门芯片的正电源端连接；所述第二电容的第二端接地。

可选地，所述第二硬件短路保护子单元包括：第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第三电容、第四电容、第四二极管、第五二极管、第六二极管、第二比较器和第二或门芯片；

所述第二比较器的正向输入端与所述电流传感器的第三端连接；所述第二比较器的反向输入端与所述第五电阻的第一端连接；所述第五电阻的第二端与电源电压连接；所述第六电阻的第一端与所述第五电阻的第一端连接；所述第六电阻的第二端接地；所述第二比较器的正电源端与所述电源电压连接；所述第二比较器的负电源端接地；所述第二比较器的输出端与所述第四二极管的阳极端连接；所述第四二极管的阴极端与所述第七电阻的第一端连接；所述第七电阻的第二端与所述第二或门芯片的第二输入端连接；所述第二或门芯片的第一输入端与所述第二或门芯片的第二输入端连接；所述第二或门芯片的输出端与所述隔离驱动单元连接；所述第二或门芯片的正电源端与所述电源电压连接；所述第二或门芯片的负电源端接地；所述第八电阻连接于所述第二或门芯片的输出端与所述第二或门芯片的第一输入端之间；所述第五二极管的阳极端与所述第二或门芯片的输出端连接；所述第五二极管的阴极端与所述控制模块连接；所述第六二极管的阳极端与所述第七电阻的第二端连接；所述第六二极管的阴极端与所述控制模块连接；所述第三电容的第一端与所述第二比较器的正电源端连接；所述第三电容的第二端接地；所述第四电容的第一端与所述第二或门芯片的正电源端连接；所述第四电容的第二端接地。

可选地，所述隔离驱动单元包括：第一隔离驱动子单元和第二隔离驱动子单元；

所述第一隔离驱动子单元的第一输入端与所述硬件短路保护单元的第三端连接；所述第一隔离驱动子单元的第二输入端与所述控制模块连接；所述第一隔离驱动子单元的第一输出端与所述第一开关单元的控制端连接；所述第一隔离驱动子单元的第二输出端与所述第一开关单元的第二端连接；

所述第二隔离驱动子单元的第一输入端与所述硬件短路保护单元的第四端连接；所述第二隔离驱动子单元的第二输入端与所述控制模块连接；所述第二隔离驱动子单元的第一输出端与所述第二开关单元的控制端连接；所述第二隔离驱动子单元的第二输出端与所述第二开关单元的第二端连接。

可选地，所述第一隔离驱动子单元包括：第九电阻、第一光耦、第一开关管和第二开关管；

所述第一光耦的第一端与所述第九电阻的第一端连接；所述第九电阻的第二端与电源电压连接；所述第一光耦的第二端与所述第一开关管的第一端连接；所述第一开关管的第二端接地；所述第一开关管的控制端与所述控制模块连接；所述第二开关管的第一端与所述第九电阻的第一端连接；所述第二开关管的第二端与所述第一开关管的第二端连接；所述第二开关管的控制端与所述硬件短路保护单元连接；所述第一光耦的第三端与所述第一开关单元的控制端连接；所述第一光耦的第四端与所述第一开关单元的第二端连接。

可选地，所述第二隔离驱动子单元包括：第十电阻、第二光耦、第三开关管和第四开关管；

所述第二光耦的第一端与所述第十电阻的第一端连接；所述第十电阻的第二端与电源电压连接；所述第二光耦的第二端与所述第三开关管的第一端连接；所述第三开关管的第二端接地；所述第三开关管的控制端与所述控制模块连接；所述第四开关管的第一端与所述第十电阻的第一端连接；所述第四开关管的第二端与所述第三开关管的第二端连接；所述第四开关管的控制端与所述硬件短路保护单元连接；所述第二光耦的第三端与所述第二开关单元的控制端连接；所述第二光耦的第四端与所述第二开关单元的第二端连接。

可选地，所述第一开关单元包括：第五开关管、第十一电阻和第一双向稳压管；

所述第五开关管的控制端与所述驱动保护模块连接；所述第五开关管的第一端与所述第二连接端连接；所述第五开关管的第二端与所述第二开关单元连接；所述第十一电阻的第一端与所述第五开关管的第二端连接；所述第十一电阻的第二端与所述第五开关管的控制端连接；所述第一双向稳压管连接于所述第五开关管的第一端与所述第五开关管的第二端之间；

所述第二开关单元包括：第六开关管、第十二电阻和第二双向稳压管；

所述第六开关管的控制端与所述驱动保护模块连接；所述第六开关管的第一端与所述电流传感器连接；所述第六开关管的第二端与所述第二开关单元连接；所述第十二电阻的第一端与所述第六开关管的第二端连接；所述第十二电阻的第二端与所述第六开关管的控制端连接；所述第二双向稳压管连接于所述第六开关管的第一端与所述第六开关管的第二端之间。

可选地，该固态断路器还包括：通讯模块；

所述通讯模块与所述控制模块连接；所述通讯模块用于与上位机通讯。

本实用新型通过电流传感器对固态断路器中的电流大小和方向进行检测，并生成检测信号发送至驱动保护模块。驱动保护模块对检测信号的大小和方向进行判定，并在检测信号的大小大于预设电压时，根据检测信号的方向关断与之对应的开关单元。本实用新型能够对流经固态断路器的电流的大小和方向进行检测，并在短路时关断与电流方向对应的开关单元，有利于避免开关单元的损坏，延长固态断路器的使用寿命。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本实用新型的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本实用新型的范围。本实用新型的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

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获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的一种具有电流方向保护的固态断路器的示意图；

图2是本实用新型实施例提供的另一种具有电流方向保护的固态断路器的示意图；

图3是本实用新型实施例提供的又一种具有电流方向保护的固态断路器的示意图；

图4是本实用新型实施例提供的第一硬件短路保护子单元的原理图；

图5是本实用新型实施例提供的第二硬件短路保护子单元的原理图；

图6是本实用新型实施例提供的第一隔离驱动子单元的原理图；

图7是本实用新型实施例提供的第一隔离驱动子单元的原理图；

图8是本实用新型实施例提供的一种具有电流方向保护的固态断路器的原理图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，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的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本实用新型实施例提供了一种具有电流方向保护的固态断路器。该固态断路器能够对电流方向进行识别，在短路时断开与电流方向对应的开关单元。图1是本实用新型实施例提供的一种具有电流方向保护的固态断路器的示意图。参照图1，该固态断路器包括：电流传感器110、开关模块120、驱动保护模块130和控制模块140。

电流传感器110的第一端与开关模块120连接；电流传感器110的另一端与第一连接端210连接；电流传感器110用于检测固态断路器的电流大小和电流方向；其中，电流方向包括电流正方向和电流反方向；开关模块120包括第一开关单元121和第二开关单元122，第一开关单元121和第二开关单元122串联连接于第二连接端220和电流传感器110之间；第一开关单元121对应于电流正方向；第二开关单元122对应于电流反方向；驱动保护模块130与电流传感器110的第三端连接；驱动保护模块130还与开关模块120连接；驱动保护模块130用于响应驱动信号而驱动开关模块120，以及在短路时根据电流方向关断与之对应的开关单元；控制模块140与驱动保护模块130连接；控制模块140用于生成驱动信号，对驱动保护模块130进行控制。

可以理解，固态断流器(Solid State Circuit Breaker)通过无触点开关实现对断路器操动速度和准确性的控制，也就是说，在固态断路器中没有机械运动部分。本实施例提供的具有电流方向保护的固态断路器是一种双向固态断路器，该断路器能够双向导通，在使用时无需区分正反方向。

具体地，在该固态断路器接入到电路中时，驱动保护模块130依据控制模块140的驱动信号驱动开关模块120中的第一开关单元121和第二开关单元122导通。此时，固态断路器导通，电流传感器110对流经固态断路器的电流进行检测并输出检测信号。示例性地，电流传感器110可以为霍尔传感器、TMR(Tunnel Magneto Resistance，隧道磁电阻传感器)和磁通门中的一种或多种组合，本实施例对此不做限制。需要说明的是，电流传感器110所输出的检测信号实质为电压信号，电流传感器110将输入的电流通过一定的换算比例转换为具有正负方向的电压信号，检测信号的正负对应于被检测电流的正负，即电流的正方向和反方向，检测信号的电压大小对应于被检测信号的电流大小。

电流传感器110将检测信号发送至驱动保护模块130中，驱动保护模块130对检测信号的大小和方向进行判定。在检测信号的电压大小大于驱动保护模块130中的预设电压时，驱动保护模块130生成关断信号并发送至与检测信号方向对应的开关单元，进而关闭该开关单元。需要说明的是，驱动保护模块130生成关断信号的同时实现自锁，从而实现关断信号的持续输出。示例性地，在固态断路器中的电流为正方向时，检测信号的方向为正，若检测信号的电压大小大于预设电压，驱动保护模块130则关断与之对应的第一开关单元121；反之则亦然。

本实用新型实施例通过电流传感器110对固态断路器中的电流大小和方向进行检测，并生成检测信号发送至驱动保护模块130。驱动保护模块130对检测信号的大小和方向进行判定，并在检测信号的大小大于预设电压时，根据检测信号的方向关断与之对应的开关单元。本实用新型实施例能够对流经固态断路器的电流的大小和方向进行检测，并在短路时关断与电流方向对应的开关单元，有利于避免开关单元的损坏，延长固态断路器的使用寿命。

图2是本实用新型实施例提供的另一种具有电流方向保护的固态断路器的示意图。在上述实施例的基础上，可选地，参照图2，驱动保护模块130包括：硬件短路保护单元131和隔离驱动单元132。

硬件短路保护单元131的第一端与硬件短路保护单元131的第二端连接；硬件短路保护单元131的第二端与电流传感器110连接；硬件短路保护单元131的第三端与隔离驱动单元132的第一端连接；硬件短路保护单元131的第四端与隔离驱动单元132的第二端连接；隔离驱动单元131的第三端与第一开关单元121连接；隔离驱动单元132的第四端与第二开关单元122连接；隔离驱动单元132的第五端与第一开关单元121的第二端连接；隔离驱动单元132的第六端与第二开关单元122的第二端连接；隔离驱动单元132的第七端与控制模块140连接；隔离驱动单元132的第八端与控制模块140连接；硬件短路保护单元131用于判断电流方法并在短路时关断与电流方向对应的开关单元；隔离驱动单元132用于响应驱动信号而驱动开关模块130。

具体地，在该固态断路器接入到电路中时，隔离驱动单元132依据控制模块140的驱动信号驱动开关模块120中的第一开关单元121和第二开关单元122导通。此时，固态断路器导通，电流传感器110对流经固态断路器的电流进行检测并输出检测信号。电流传感器110将检测信号发送至硬件短路保护单元131中，硬件短路保护单元131对检测信号的大小和方向进行判定。在检测信号的电压大小大于硬件短路保护单元131中的预设电压时，硬件短路保护单元131生成关断信号并发送至与检测信号方向对应的开关单元，进而关闭该开关单元。需要说明的是，硬件短路保护单元131生成关断信号的同时实现自锁，从而实现关断信号的持续输出。

在上述各实施例的基础上，可选地，继续参照图2，该固态断路器还包括：通讯模块150,；通讯模块150与控制模块140连接；通讯模块150用于与上位机通讯。

图3是本实用新型实施例提供的又一种具有电流方向保护的固态断路器的示意图。在上述各实施例的基础上，可选地，参照图3，硬件短路保护单元131包括：第一硬件短路保护子单元1311和第二硬件短路保护子单元1312。

第一硬件短路保护子单元1311的输入端与电流传感器110的第三端连接；第一硬件短路保护子单元1311的输出端与隔离驱动单元132的第一端连接；第二硬件短路保护子单元1312的输入端与电流传感器110的第三端连接；第二硬件短路保护子单元1312的输出端与隔离驱动单元132的第二端连接。

具体地，在固态断路器中的电流为正方向时，第一硬件短路保护子单元1311接收电流传感器110发出的检测信号，并将检测信号的大小与预设电压进行比较。在检测信号的大小大于预设电压时，第一硬件短路保护子单元1311生成关断信号，并将该关断信号发送至隔离驱动单元132中，进而使隔离驱动单元132停止对第一开关单元121的驱动，以实现固态断路器的关断。需要说明的是，第一硬件短路保护子单元1311生成关断信号的同时进行自锁，从而持续对第一开关单元121输出关断信号，进而确保固态断路器处于关断状态。

图4是本实用新型实施例提供的第一硬件短路保护子单元的原理图。在上述各实施例的基础上，可选地，参照图4，第一硬件短路保护子单元1311包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一电容C1、第二电容C2、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第一比较器COMP1和第一或门芯片U1。

第一比较器COMP1的反向输入端与电流传感器110的第三端连接；第一比较器COMP1的同向输入端与第一电阻R1的第一端连接；第一电阻R1的第二端与电源电压连接；第二电阻R2的第一端与第一电阻R1的第一端连接；第二电阻R2的第二端接地；第一比较器COMP1的正电源端与电源电压连接；第一比较器COMP1的负电源端接地；第一比较器COMP1的输出端与第一二极管D1的阳极端连接；第一二极管D1的阴极端与第三电阻R3的第一端连接；第三电阻R3的第二端与第一或门芯片U1的第二输入端IN2连接；第一或门芯片U1的第一输入端IN1与第一或门芯片U1的第二输入端IN2连接；第一或门芯片U1的输出端OUT1与隔离驱动单元132连接；第一或门芯片U1的正电源端VCC与电源电压连接；第一或门芯片U1的负电源端GND接地；第四电阻R4连接于第一或门芯片U1的输出端OUT1与第一或门芯片U1的第一输入端IN1之间；第二二极管D2的阳极端与第一或门芯片U1的输出端OUT1连接；第二二极管D2的阴极端与控制模块140连接；第三二极管D3的阳极端与第三电阻R3的第二端连接；第三二极管D3的阴极端与控制模块140连接；第一电容C1的第一端与第一比较器COMP1的正电源端连接；第一电容C1的第二端接地；第二电容C2的第一端与第一或门芯片U1的正电源端VCC连接；第二电容C2的第二端接地。

具体地，第一比较器COMP1接收电流传感器110发送的检测信号，并将该检测信号于预设电压进行比较。需要说明的是，第一比较器COMP1的预设电压为第一比较器COMP1正向输入端所输入的电压，该预设电压可以通过第一电阻R1和第二电阻R2之间的比值进行设置。在第一比较器COMP1检测到检测信号的大小大于预设电压时，第一比较器COMP1向第一或门芯片U1输出过流信号。在第一或门芯片U1的第二输入端IN2接收到该过流信号后，第一或门芯片U1生成关断信号并通过第一或门芯片U1的输出端OUT1输出至隔离驱动单元132。示例性地，第一比较器COMP1输出的过流信号和第一或门芯片U1输出的关断信号均为电平信号，并且过流信号和关断信号的电平相同；在第一或门芯片U1的输出端OUT1输出的关断信号通过第四电阻R4重新输入至第一或门芯片U1的第一输入端IN1，第一或门芯片U1以此实现自锁，进而实现关断信号的持续输出。

图5是本实用新型实施例提供的第二硬件短路保护子单元的原理图。在上述各实施例的基础上，可选地，参照图5，第二硬件短路保护子单元包括：第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第三电容C3、第四电容C4、第四二极管D4、第四二极管D5、第六二极管D6、第二比较器COMP2和第二或门芯片U2。

第二比较器COMP2的正向输入端与电流传感器110的第三端连接；第二比较器COMP2的反向输入端与第五电阻R5的第一端连接；第五电阻R5的第二端与电源电压连接；第六电阻R6的第一端与第五电阻R5的第一端连接；第六电阻R6的第二端接地；第二比较器COMP2的正电源端与电源电压连接；第二比较器COMP2的负电源端接地；第二比较器COMP2的输出端与第四二极管D4的阳极端连接；第四二极管D4的阴极端与第七电阻R7的第一端连接；第七电阻R7的第二端与第二或门芯片U2的第二输入端IN4连接；第二或门芯片U2的第一输入端IN3与第二或门芯片U2的第二输入端IN4连接；第二或门芯片U2的输出端OUT2与隔离驱动单元132连接；第二或门芯片U2的正电源端VCC与电源电压连接；第二或门芯片U2的负电源端GND接地；第八电阻R8连接于第二或门芯片U2的输出端OUT2与第二或门芯片U2的第一输入端IN3之间；第四二极管D5的阳极端与第二或门芯片U2的输出端OUT2连接；第四二极管D5的阴极端与控制模块140连接；第六二极管D6的阳极端与第七电阻R7的第二端连接；第六二极管D6的阴极端与控制模块140连接；第三电容C3的第一端与第二比较器COMP2的正电源端连接；第三电容C3的第二端接地；第四电容C4的第一端与第二或门芯片U2的正电源端连接；第四电容C4的第二端接地。

具体地，第二比较器COMP2接收电流传感器110发送的检测信号，并将该检测信号于预设电压进行比较。需要说明的是，第二比较器COMP2的预设电压为第二比较器COMP2正向输入端所输入的电压，该预设电压可以通过第五电阻R5和第六电阻R6之间的比值进行设置。在第二比较器COMP2检测到检测信号的大小大于预设电压时，第二比较器COMP2向第二或门芯片U2输出过流信号。在第二或门芯片U2的第二输入端IN4接收到该过流信号后，第二或门芯片U2生成关断信号并通过第二或门芯片U2的输出端OUT2输出至隔离驱动单元132。示例性地，第二比较器COMP2输出的过流信号和第二或门芯片U2输出的关断信号均为电平信号，并且过流信号和关断信号的电平相同；在第二或门芯片U2的输出端OUT2输出的关断信号通过第八电阻R8重新输入至第二或门芯片U2的第一输入端IN3，第二或门芯片U2以此实现自锁，进而实现关断信号的持续输出。

在上述各实施例的基础上，可选地，继续参照图3，隔离驱动单元132包括：第一隔离驱动子单元1321和第二隔离驱动子单元1322。

第一隔离驱动子单元1321的第一输入端与硬件短路保护单元131的第三端连接；第一隔离驱动子单元1321的第二输入端与控制模块140连接；第一隔离驱动子单元1321的第一输出端与第一开关单元121的控制端连接；第一隔离驱动子单元1321的第二输出端与第一开关单元121的第二端连接；第二隔离驱动子单元1322的第一输入端与硬件短路保护单元131的第四端连接；第二隔离驱动子单元1322的第二输入端与控制模块140连接；第二隔离驱动子单元1322的第一输出端与第二开关单元122的控制端连接；第二隔离驱动子单元1322的第二输出端与第二开关单元122的第二端连接。

具体地，在固态断路器正常工作时，第一隔离驱动子单元1321和第二隔离驱动子单元1322根据控制模块140的驱动信号分别对第一开关单元121和第二开关单元122进行驱动；在固态断路器发生短路时，第一隔离驱动子单元1321或第二隔离驱动子单元1322接收到硬件短路保护单元131的关断信号，接收到关断信号的开关单元停止对开关模块120的驱动，以此实现对固态断路器的关断。

图6是本实用新型实施例提供的第一隔离驱动子单元的原理图。在上述各实施例的基础上，可选地，参照图6，第一隔离驱动子单元1321包括：第九电阻R9、第一光耦OC1、第一开关管Q1和第二开关管Q2。

第一光耦OC1的第一端与第九电阻R9的第一端连接；第九电阻R9的第二端与电源电压连接；第一光耦OC1的第二端与第一开关管Q1的第一端连接；第一开关管Q1的第二端接地；第一开关管Q1的控制端与控制模块140连接；第二开关管Q2的第一端与第九电阻R9的第一端连接；第二开关管Q2的第二端与第一开关管Q1的第二端连接；第二开关管Q2的控制端与硬件短路保护单元131连接；第一光耦OC1的第三端与第一开关单元121的控制端连接；第一光耦OC1的第四端与第一开关单元121的第二端连接。

具体地，在固态断路器正常工作时，控制模块140控制第一开关管Q1导通，此时第一光耦OC1的第二端接地，第一光耦OC1导通，进而对第一开单元121进行驱动；在固态断路器短路时，硬件短路保护单元131控制第二开关管Q2导通，此时无论第一开关管Q1是否导通，第一光耦OC1的第二端始终处于高电平状态，第一光耦OC1关断不再对第一开关单元121进行驱动。

图7是本实用新型实施例提供的第一隔离驱动子单元的原理图。在上述各实施例的基础上，可选地，参照图7，第二隔离驱动子单元1322包括：第十电阻R10、第二光耦OC2、第三开关管Q3和第四开关管Q4。

第二光耦OC2的第一端与第十电阻R10的第一端连接；第十电阻R10的第二端与电源电压连接；第二光耦OC2的第二端与第三开关管Q3的第一端连接；第三开关管Q3的第二端接地；第三开关管Q3的控制端与控制模块140连接；第四开关管Q4的第一端与第十电阻R10的第一端连接；第四开关管Q4的第二端与第三开关管Q3的第二端连接；第四开关管Q4的控制端与硬件短路保护单元131连接；第二光耦OC2的第三端与第二开关单元的控制端连接；第二光耦OC2的第四端与第二开关单元的第二端连接。

具体地，在固态断路器正常工作时，控制模块140控制第三开关管Q3导通，此时第二光耦OC2的第二端接地，第二光耦OC2导通，进而对第二开单元122进行驱动；在固态断路器短路时，硬件短路保护单元131控制第四开关管Q4导通，此时无论第三开关管Q3是否导通，第二光耦OC2的第二端始终处于高电平状态，第二光耦OC2关断不再对第二开关单元122进行驱动。

图8是本实用新型实施例提供的一种具有电流方向保护的固态断路器的原理图。在上述各实施例的基础上，可选地，参照图8，第一开关单元121包括：第五开关管Q5、第十一电阻R11和第一双向稳压管ZD1。

第五开关管Q5的控制端与驱动保护模块130连接；第五开关管Q5的第一端与第二连接端220连接；第五开关管Q5的第二端与第二开关单元122连接；第十一电阻R11的第一端与第五开关管Q5的第二端连接；第十一电阻R11的第二端与第五开关管Q5的控制端连接；第一双向稳压管ZD1连接于第五开关管Q5的第一端与第五开关管Q5的第二端之间。

第二开关单元122包括：第六开关管Q6、第十二电阻R12和第二双向稳压管ZD2。

第六开关管Q6的控制端与驱动保护模块130连接；第六开关管Q6的第一端与电流传感器110连接；第六开关管Q6的第二端与第二开关单元122连接；第十二电阻R12的第一端与第六开关管Q6的第二端连接；第十二电阻R12的第二端与第六开关管Q6的控制端连接；第二双向稳压管ZD2连接于第六开关管Q6的第一端与第六开关管Q6的第二端之间。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本实用新型中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本实用新型的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

上述具体实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本实用新型的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有电流方向保护的固态断路器，其特征在于，包括：电流传感器、开关模块、驱动保护模块、控制模块、第一连接端和第二连接端；

所述电流传感器的第一端与所述开关模块连接；所述电流传感器的另一端与所述第一连接端连接；所述电流传感器用于检测所述固态断路器的电流大小和电流方向；其中，所述电流方向包括电流正方向和电流反方向；

所述开关模块包括第一开关单元和第二开关单元，所述第一开关单元和所述第二开关单元串联连接于所述第二连接端和所述电流传感器之间；所述第一开关单元对应于所述电流正方向；所述第二开关单元对应于所述电流反方向；

所述驱动保护模块与所述电流传感器的第三端连接；所述驱动保护模块还与所述开关模块连接；所述驱动保护模块用于响应驱动信号而驱动所述开关模块，以及在短路时根据电流方向关断与之对应的开关单元；

所述控制模块与所述驱动保护模块连接；所述控制模块用于生成所述驱动信号，对所述驱动保护模块进行控制。

2.根据权利要求1所述的具有电流方向保护的固态断路器，其特征在于，所述驱动保护模块包括：硬件短路保护单元和隔离驱动单元；

所述硬件短路保护单元的第一端与所述硬件短路保护单元的第二端连接；所述硬件短路保护单元的第二端与所述电流传感器连接；所述硬件短路保护单元的第三端与所述隔离驱动单元的第一端连接；所述硬件短路保护单元的第四端与所述隔离驱动单元的第二端连接；所述隔离驱动单元的第三端与所述第一开关单元连接；所述隔离驱动单元的第四端与所述第二开关单元连接；所述隔离驱动单元的第五端与所述第一开关单元的第二端连接；所述隔离驱动单元的第六端与所述第二开关单元的第二端连接；所述隔离驱动单元的第七端与所述控制模块连接；所述隔离驱动单元的第八端与所述控制模块连接；

所述硬件短路保护单元用于判断所述电流方法并在短路时关断与所述电流方向对应的开关单元；所述隔离驱动单元用于响应驱动信号而驱动所述开关模块。

3.根据权利要求2所述的具有电流方向保护的固态断路器，其特征在于，所述硬件短路保护单元包括：第一硬件短路保护子单元和第二硬件短路保护子单元；

所述第一硬件短路保护子单元的输入端与所述电流传感器的第三端连接；所述第一硬件短路保护子单元的输出端与所述隔离驱动单元的第一端连接；所述第二硬件短路保护子单元的输入端与所述电流传感器的第三端连接；所述第二硬件短路保护子单元的输出端与所述隔离驱动单元的第二端连接。

4.根据权利要求3所述的具有电流方向保护的固态断路器，其特征在于，所述第一硬件短路保护子单元包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容、第二电容、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第一比较器和第一或门芯片；

所述第一比较器的反向输入端与所述电流传感器的第三端连接；所述第一比较器的同向输入端与所述第一电阻的第一端连接；所述第一电阻的第二端与电源电压连接；所述第二电阻的第一端与所述第一电阻的第一端连接；所述第二电阻的第二端接地；所述第一比较器的正电源端与所述电源电压连接；所述第一比较器的负电源端接地；所述第一比较器的输出端与所述第一二极管的阳极端连接；所述第一二极管的阴极端与所述第三电阻的第一端连接；所述第三电阻的第二端与所述第一或门芯片的第二输入端连接；所述第一或门芯片的第一输入端与所述第一或门芯片的第二输入端连接；所述第一或门芯片的输出端与所述隔离驱动单元连接；所述第一或门芯片的正电源端与所述电源电压连接；所述第一或门芯片的负电源端接地；所述第四电阻连接于所述第一或门芯片的输出端与所述第一或门芯片的第一输入端之间；所述第二二极管的阳极端与所述第一或门芯片的输出端连接；所述第二二极管的阴极端与所述控制模块连接；所述第三二极管的阳极端与所述第三电阻的第二端连接；所述第三二极管的阴极端与所述控制模块连接；所述第一电容的第一端与所述第一比较器的正电源端连接；所述第一电容的第二端接地；所述第二电容的第一端与所述第一或门芯片的正电源端连接；所述第二电容的第二端接地。

5.根据权利要求3所述的具有电流方向保护的固态断路器，其特征在于，所述第二硬件短路保护子单元包括：第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第三电容、第四电容、第四二极管、第五二极管、第六二极管、第二比较器和第二或门芯片；

所述第二比较器的正向输入端与所述电流传感器的第三端连接；所述第二比较器的反向输入端与所述第五电阻的第一端连接；所述第五电阻的第二端与电源电压连接；所述第六电阻的第一端与所述第五电阻的第一端连接；所述第六电阻的第二端接地；所述第二比较器的正电源端与所述电源电压连接；所述第二比较器的负电源端接地；所述第二比较器的输出端与所述第四二极管的阳极端连接；所述第四二极管的阴极端与所述第七电阻的第一端连接；所述第七电阻的第二端与所述第二或门芯片的第二输入端连接；所述第二或门芯片的第一输入端与所述第二或门芯片的第二输入端连接；所述第二或门芯片的输出端与所述隔离驱动单元连接；所述第二或门芯片的正电源端与所述电源电压连接；所述第二或门芯片的负电源端接地；所述第八电阻连接于所述第二或门芯片的输出端与所述第二或门芯片的第一输入端之间；所述第五二极管的阳极端与所述第二或门芯片的输出端连接；所述第五二极管的阴极端与所述控制模块连接；所述第六二极管的阳极端与所述第七电阻的第二端连接；所述第六二极管的阴极端与所述控制模块连接；所述第三电容的第一端与所述第二比较器的正电源端连接；所述第三电容的第二端接地；所述第四电容的第一端与所述第二或门芯片的正电源端连接；所述第四电容的第二端接地。

6.根据权利要求2所述的具有电流方向保护的固态断路器，其特征在于，所述隔离驱动单元包括：第一隔离驱动子单元和第二隔离驱动子单元；

所述第一隔离驱动子单元的第一输入端与所述硬件短路保护单元的第三端连接；所述第一隔离驱动子单元的第二输入端与所述控制模块连接；所述第一隔离驱动子单元的第一输出端与所述第一开关单元的控制端连接；所述第一隔离驱动子单元的第二输出端与所述第一开关单元的第二端连接；

所述第二隔离驱动子单元的第一输入端与所述硬件短路保护单元的第四端连接；所述第二隔离驱动子单元的第二输入端与所述控制模块连接；所述第二隔离驱动子单元的第一输出端与所述第二开关单元的控制端连接；所述第二隔离驱动子单元的第二输出端与所述第二开关单元的第二端连接。

7.根据权利要求6所述的具有电流方向保护的固态断路器，其特征在于，所述第一隔离驱动子单元包括：第九电阻、第一光耦、第一开关管和第二开关管；

所述第一光耦的第一端与所述第九电阻的第一端连接；所述第九电阻的第二端与电源电压连接；所述第一光耦的第二端与所述第一开关管的第一端连接；所述第一开关管的第二端接地；所述第一开关管的控制端与所述控制模块连接；所述第二开关管的第一端与所述第九电阻的第一端连接；所述第二开关管的第二端与所述第一开关管的第二端连接；所述第二开关管的控制端与所述硬件短路保护单元连接；所述第一光耦的第三端与所述第一开关单元的控制端连接；所述第一光耦的第四端与所述第一开关单元的第二端连接。

8.根据权利要求6所述的具有电流方向保护的固态断路器，其特征在于，所述第二隔离驱动子单元包括：第十电阻、第二光耦、第三开关管和第四开关管；

所述第二光耦的第一端与所述第十电阻的第一端连接；所述第十电阻的第二端与电源电压连接；所述第二光耦的第二端与所述第三开关管的第一端连接；所述第三开关管的第二端接地；所述第三开关管的控制端与所述控制模块连接；所述第四开关管的第一端与所述第十电阻的第一端连接；所述第四开关管的第二端与所述第三开关管的第二端连接；所述第四开关管的控制端与所述硬件短路保护单元连接；所述第二光耦的第三端与所述第二开关单元的控制端连接；所述第二光耦的第四端与所述第二开关单元的第二端连接。

9.根据权利要求1所述的具有电流方向保护的固态断路器，其特征在于，所述第一开关单元包括：第五开关管、第十一电阻和第一双向稳压管；

所述第五开关管的控制端与所述驱动保护模块连接；所述第五开关管的第一端与所述第二连接端连接；所述第五开关管的第二端与所述第二开关单元连接；所述第十一电阻的第一端与所述第五开关管的第二端连接；所述第十一电阻的第二端与所述第五开关管的控制端连接；所述第一双向稳压管连接于所述第五开关管的第一端与所述第五开关管的第二端之间；

所述第二开关单元包括：第六开关管、第十二电阻和第二双向稳压管；

所述第六开关管的控制端与所述驱动保护模块连接；所述第六开关管的第一端与所述电流传感器连接；所述第六开关管的第二端与所述第二开关单元连接；所述第十二电阻的第一端与所述第六开关管的第二端连接；所述第十二电阻的第二端与所述第六开关管的控制端连接；所述第二双向稳压管连接于所述第六开关管的第一端与所述第六开关管的第二端之间。

10.根据权利要求1-9任一项所述的具有电流方向保护的固态断路器，其特征在于，还包括：通讯模块；

所述通讯模块与所述控制模块连接；所述通讯模块用于与上位机通讯。