本發(fā)明涉及控制開關(guān)應(yīng)用電路領(lǐng)域，尤其涉及控制開關(guān)應(yīng)用電路的故障檢測及保護領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著大功率半導(dǎo)體器件比如igbt(絕緣柵雙極型晶體管)、mosfet(場效應(yīng)晶體管)、bjt(雙極結(jié)型晶體管)等越來越多應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、生活、汽車、重型機械等領(lǐng)域，其一般作為控制開關(guān)設(shè)置在各種高壓控制電路中，控制高壓回路的通斷。

比如，圖1給出了一種大功率半導(dǎo)體作為控制開關(guān)12的應(yīng)用電路的框圖。該應(yīng)用電路中一般均包括控制側(cè)回路2和被控側(cè)回路1，控制側(cè)回路2由控制側(cè)電源20供電，被控側(cè)回路1由被控側(cè)電源10供電；被控側(cè)回路1中設(shè)有一個以上的開關(guān)模塊，每個開關(guān)模塊中均設(shè)有一個以上的控制開關(guān)12，開關(guān)模塊控制負載11的通斷(該圖1中給出的是一路開關(guān)模塊中包括單個控制開關(guān)12，每路控制開關(guān)12控制一個負載11的通斷，具有這樣的一個以上的開關(guān)模塊的應(yīng)用電路一般稱為并聯(lián)式應(yīng)用電路。也有的開關(guān)模塊為通過兩個控制開關(guān)12串聯(lián)形成的驅(qū)動橋，在兩個并聯(lián)的驅(qū)動橋之間接負載11，此類應(yīng)用電路稱為橋式應(yīng)用電路。對于三相交流電機類負載11，其有uvw三個端子，則由3個并聯(lián)的驅(qū)動橋(同樣的，該驅(qū)動橋有兩個控制開關(guān)12串聯(lián)形成)上引出輸出端與uvw端子連接，此類應(yīng)用電路稱為三相橋式應(yīng)用電路)?？刂苽?cè)回路2中一般均包括控制器22和一個以上的驅(qū)動模塊23，控制器22將邏輯信號發(fā)送給各驅(qū)動模塊23，驅(qū)動模塊23生成驅(qū)動信號，其驅(qū)動信號控制各開關(guān)模塊的通斷。一般還設(shè)有人機交互界面21與控制器22相連，通過人機交互界面21來獲取用戶指令，并通知用戶系統(tǒng)的工作狀態(tài)。

當(dāng)其應(yīng)用在各類大型產(chǎn)品上，比如使用在電動汽車等上時，其使用的電壓越來越高，從幾十伏特到上千伏特不等，如果大功率半導(dǎo)體一旦失效，可能會對負載11和被控側(cè)回路1造成損傷。比如igbt和mos擊穿后三腳全部短路 或引腳間電阻大幅下降，使其無法再實現(xiàn)其通斷控制的功能。如果在需要大功率半導(dǎo)體關(guān)斷的時候其失效導(dǎo)致仍然持續(xù)通電，電機類負載將會短路燒毀，加熱應(yīng)用類負載將會一直通電，有些電源管理系統(tǒng)的預(yù)充回路會過流燒毀。

現(xiàn)有的一些igbt、mosfet和bjt的應(yīng)用電路中，雖然也有短路檢測和保護措施，但其只能在接通被控制側(cè)電壓后才能實施檢測，依靠空氣開關(guān)或保險絲來保護短路。該種短路檢測和保護措施只能在被控側(cè)回路接通后才能檢測到，不能提前實施檢測。保護措施是依靠空氣開關(guān)過流跳閘或保險絲熔斷。對于電機負載只有igbt和mosfet驅(qū)動橋中單獨上橋或單獨下橋短路時才有可能保護。隨著高壓應(yīng)用的越來越多，如果igbt和mosfet的短路后接通高壓電源，將會很容易發(fā)生非常嚴(yán)重的事故。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有控制開關(guān)應(yīng)用電路中只在接通被控制側(cè)回路后才能實施檢測和采取保護，容易發(fā)生嚴(yán)重事故的問題，本發(fā)明提供了一種控制開關(guān)應(yīng)用電路及其故障檢測保護方法。

本發(fā)明第一方面提供了一種控制開關(guān)應(yīng)用電路，包括控制側(cè)電源、控制側(cè)回路、被控側(cè)電源和被控側(cè)回路；

所述控制側(cè)電源連接所述控制側(cè)回路，為所述控制側(cè)回路提供電能；所述被控側(cè)電源連接所述被控側(cè)回路，為所述被控側(cè)回路提供電能；

所述被控側(cè)回路包括一個以上的開關(guān)模塊和一個以上的負載，開關(guān)模塊中包括一個以上的控制開關(guān)；所述負載和開關(guān)模塊電連接；

所述控制側(cè)回路包括控制器和一個以上的驅(qū)動模塊，每個驅(qū)動模塊的輸入端連接至控制器，每個驅(qū)動模塊的輸出端連接一開關(guān)模塊；

其中，還包括一電磁繼電器和一個以上的電流檢測模塊；

每個所述開關(guān)模塊中連接一電流檢測模塊，所述電流檢測模塊用于檢測被控側(cè)回路中開關(guān)模塊中的電流，并將檢測結(jié)果反饋給控制器；

所述電磁繼電器的主回路接在所述被控側(cè)電源和被控側(cè)回路之間，所述電磁繼電器的控制回路連接至所述控制器；所述控制器通過接收到的電流檢測模塊的檢測結(jié)果，向所述電磁繼電器的控制回路發(fā)送控制信號，以控制所述被控側(cè)回路的通斷。

進一步地，所述電流檢測模塊包括霍爾電流傳感器，所述霍爾電流傳感器 包括采集端和輸出端，所述采集端采集開關(guān)模塊中的電流，其輸出端連接至所述控制器。

進一步地，所述電流檢測模塊包括采樣電阻和運算放大器，所述運算放大器將采樣電阻采集到的電流放大后反饋給所述控制器。

進一步地，各電流檢測模塊集成為一個電流檢測模塊。

進一步地，所述控制開關(guān)應(yīng)用電路為并聯(lián)式控制開關(guān)應(yīng)用電路；

所述并聯(lián)式控制開關(guān)應(yīng)用電路中的被控側(cè)回路包括兩路以上的開關(guān)模塊，每路開關(guān)模塊包括一個控制開關(guān)，所述控制開關(guān)與一負載串聯(lián)連接。

進一步地，所述控制開關(guān)應(yīng)用電路為橋式控制開關(guān)應(yīng)用電路；

所述橋式控制開關(guān)應(yīng)用電路中的被控側(cè)回路包括2路開關(guān)模塊，每路開關(guān)模塊中串接有兩個控制開關(guān)，所述兩個控制開關(guān)之間設(shè)有輸出節(jié)點；兩路開關(guān)模塊中的輸出節(jié)點之間連接負載。

進一步地，所述控制開關(guān)應(yīng)用電路為三相橋式控制開關(guān)應(yīng)用電路；所述負載為三相電機，三相電機包括u、v、w三個端子；

所述三相橋式控制開關(guān)應(yīng)用電路中的被控側(cè)回路包括三路開關(guān)模塊，每路開關(guān)模塊中串接有兩個控制開關(guān)，所述兩個控制開關(guān)之間設(shè)有輸出節(jié)點；三路開關(guān)模塊中的輸出節(jié)點分別連接至所述三相電機的u、v、w端子。

進一步地，所述控制側(cè)回路中還包括與控制器連接的人機交互界面，通過人機交互界面來獲取用戶指令，并通知用戶控制開關(guān)應(yīng)用電路的工作狀態(tài)。

進一步地，所述驅(qū)動模塊包括驅(qū)動芯片、限流電阻、并聯(lián)電阻、濾波電容和穩(wěn)壓管；

所述驅(qū)動芯片的輸出端通過該限流電阻連接至所述開關(guān)模塊中控制開關(guān)的控制端；

所述并聯(lián)電阻、濾波電容和穩(wěn)壓管并聯(lián)連接在控制端和地之間。

本發(fā)明第二方面提供了一種控制開關(guān)應(yīng)用電路的故障檢測保護方法，所述故障檢測保護方法包括如下步驟：

s1、初始化步驟：接通控制側(cè)電源，保持電磁繼電器斷開，使被控側(cè)回路處于斷路狀態(tài)；

s2、電流檢測步驟：通過控制器向各驅(qū)動模塊發(fā)送測試邏輯信號，各驅(qū)動模塊根據(jù)所述測試邏輯信號生成測試驅(qū)動信號，并將所述測試驅(qū)動信號發(fā)送給各開關(guān)模塊，通過各電流檢測模塊檢測各開關(guān)模塊的電流，并將檢測到的電流 反饋給控制器；

s3、判斷步驟：控制器接收各電流檢測模塊中反饋的電流，根據(jù)其檢測到的電流與第一預(yù)設(shè)閾值進行比較，當(dāng)其檢測到的電流大于等于第一預(yù)設(shè)閾值時，判斷電流檢測模塊對應(yīng)的開關(guān)模塊中存在故障，反之，則判斷電流檢測模塊對應(yīng)的開關(guān)模塊中不存在故障；

s4、啟動保護步驟：當(dāng)任意開關(guān)模塊中存在故障時，控制器發(fā)送保持信號繼續(xù)保持電磁繼電器斷開；當(dāng)各開關(guān)模塊中均不存在故障時，通過控制器發(fā)送接通信號接通電磁繼電器，使被控側(cè)回路接通；

進一步地，所述故障檢測保護方法還包括：

s5、工作保護步驟：當(dāng)電磁繼電器接通，開關(guān)模塊接通工作后；如果驅(qū)動模塊的驅(qū)動信號為低電平，開關(guān)模塊不能接通時，任意電流檢測模塊仍有檢測到超過第二預(yù)設(shè)閾值的電流，則判定該電流檢測模塊對應(yīng)的開關(guān)模塊存在故障；若存在故障，則通過控制器發(fā)送控制信號斷開電磁繼電器，使被控側(cè)回路斷開。

進一步地，上述步驟s2中，所述“通過各電流檢測模塊檢測各開關(guān)模塊的電流，并將檢測到的電流反饋給控制器”具體包括如下步驟：

電流檢測模塊對每一路開關(guān)模塊進行多次檢測，并將多次檢測到的電流反饋給控制器。

進一步地，上述步驟s3中，所述“控制器將各電流檢測模塊反饋的電流與第一預(yù)設(shè)閾值進行比較”具體包括如下步驟：

控制器將上述電流檢測模塊多次檢測到的電流求平均后獲得一采樣平均值，然后將所述采樣平均值與第一預(yù)設(shè)閾值進行比較。

本發(fā)明第三方面提供了一種控制開關(guān)應(yīng)用電路的故障檢測保護方法，所述故障檢測保護方法包括如下步驟：

所述故障檢測保護方法包括如下步驟：

步驟s101：開啟控制側(cè)電源，保持電磁繼電器斷開；

步驟s102：待控制側(cè)電源穩(wěn)定，控制器控制一路開關(guān)模塊開啟；

步驟s103：電流檢測模塊檢測對應(yīng)上述開關(guān)模塊的電流；

步驟s104：控制器接收對應(yīng)步驟s103中電流檢測模塊反饋的電流，當(dāng)電流沒有超過第一預(yù)設(shè)閥值時，進入步驟s105；當(dāng)該電流超過第一預(yù)設(shè)閥值時，進入步驟s106；

步驟s105：判斷此路開關(guān)模塊處于正常狀態(tài)，進入步驟s6；

步驟s106：判斷此路開關(guān)模塊存在故障，進入步驟s6；

步驟s107：控制器記錄上述步驟s105和步驟s106所判斷的狀態(tài)信息，然后關(guān)閉該路開關(guān)模塊；

步驟s108：由控制器判斷是否已檢測完所有開關(guān)模塊；如果沒有檢測完所有開關(guān)模塊，進入步驟s109，如果已檢查完所有開關(guān)模塊，進入步驟s110；

步驟s109：返回步驟s103，控制器控制下一路開關(guān)模塊開啟；

步驟s110：控制器判斷是否有故障記錄，如果沒有故障記錄進入步驟s111，如果有故障記錄進入步驟s112；

步驟s111：控制器發(fā)送接通信號接通電磁繼電器，被控側(cè)電源開始供電；

步驟s112：控制器發(fā)送保持信號保持電磁繼電器斷開，同時通過人機交互界面通知用戶故障信息。

本發(fā)明提供的控制開關(guān)應(yīng)用電路及其故障檢測保護方法，由于其在控制開關(guān)應(yīng)用電路中增加了電磁繼電器和一個以上的電流檢測模塊，使得其能在不接通被控側(cè)電源的情況下實行開關(guān)模塊的故障檢測，如果檢測到各控制開關(guān)存在故障，則將保持電磁繼電器的斷開狀態(tài)，主動防止發(fā)生嚴(yán)重的安全事故，只有檢測到各路開關(guān)模塊中的控制開關(guān)均無故障時，才吸合電磁繼電器。

在正常工作的過程中，其也能主動的通過電磁繼電器對開關(guān)模塊實行故障斷電保護。因此，用戶使用更加安全，可靠。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中提供的一種并聯(lián)式控制開關(guān)應(yīng)用電路框圖；

圖2是本發(fā)明具體實施方式中提供的一種并聯(lián)式控制開關(guān)應(yīng)用電路框圖；

圖3是本發(fā)明具體實施方式中提供的一種并聯(lián)式控制開關(guān)應(yīng)用電路原理圖；

圖4是本發(fā)明具體實施方式中提供的一種橋式控制開關(guān)應(yīng)用電路框圖；

圖5是本發(fā)明具體實施方式中提供的一種三相橋式控制開關(guān)應(yīng)用電路框圖；

圖6是本發(fā)明具體實施方式中提供的負載為三相電機示意圖；

圖7是本發(fā)明具體實施方式中提供的一種三相橋式控制開關(guān)應(yīng)用電路原理圖；

圖8本發(fā)明具體實施方式中提供的控制開關(guān)應(yīng)用電路的僅包括啟動階段的故障檢測保護方法流程圖；

圖9本發(fā)明具體實施方式中提供的控制開關(guān)應(yīng)用電路的還包括工作階段的 故障檢測保護方法流程圖；

圖10是本發(fā)明具體實施方式中提供的控制開關(guān)應(yīng)用電路的一種啟動階段的故障檢測保護方法的進一步優(yōu)化流程圖。

其中，1、被控側(cè)回路；2、控制側(cè)回路；10、被控側(cè)電源；20、控制側(cè)電源；11、負載；12、控制開關(guān)；13、電磁繼電器；21、人機交互界面；22、控制器；23、驅(qū)動模塊；24、電流檢測模塊；231、驅(qū)動芯片。

具體實施方式

為了使本發(fā)明所解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

請結(jié)合圖2-圖10結(jié)合如下實施例1-5理解本發(fā)明提供的控制開關(guān)應(yīng)用電路和故障檢測保護方法。

本發(fā)明提供的控制開關(guān)應(yīng)用電路，包括控制側(cè)電源20、控制側(cè)回路2、被控側(cè)電源10和被控側(cè)回路1；

所述控制側(cè)電源20連接所述控制側(cè)回路2，為所述控制側(cè)回路2提供電能；所述被控側(cè)電源10連接所述被控側(cè)回路1，為所述被控側(cè)回路1提供電能；

所述被控側(cè)回路1包括一個以上開關(guān)模塊和負載11，開關(guān)模塊中包括一個以上的控制開關(guān)，該控制開關(guān)12為大功率半導(dǎo)體；所述負載11連接所述開關(guān)模塊；開關(guān)模塊控制該負載11的通斷。

所述控制側(cè)回路2包括控制器22和一個以上的驅(qū)動模塊23，每個驅(qū)動模塊23的輸入端連接至控制器22，每個驅(qū)動模塊23的輸出端連接一開關(guān)模塊；每個驅(qū)動模塊23驅(qū)動一開關(guān)模塊，所述控制器22向每個驅(qū)動模塊23發(fā)送邏輯信號，所述驅(qū)動模塊23根據(jù)所述邏輯信號生成驅(qū)動信號，將所述驅(qū)動信號發(fā)送給每一路開關(guān)模塊，以控制每一路開關(guān)模塊的通斷；

控制器22(如mcu，計算機，可編程控制器等等)負責(zé)檢測、判斷和控制整個系統(tǒng)和人機交互界面21。即控制器22負責(zé)控制電磁繼電器13，具體指向電磁繼電器13的控制回路(即線圈)發(fā)送控制信號，使該線圈通電或者斷電，以控制電磁繼電器13主回路的通斷，以此來控制被控側(cè)電源10與被控側(cè)回路1的通斷。該控制信號分為保持信號和接通信號，保持信號使電磁繼電器13保持?jǐn)嚅_的狀態(tài)，接通信號使電磁繼電器13接通，向驅(qū)動模塊23發(fā)送邏輯信號， 通過邏輯信號來使能驅(qū)動模塊23，然后通過驅(qū)動模塊23輸出驅(qū)動電壓，通過該驅(qū)動電壓打開或者關(guān)閉各控制開關(guān)12。部分驅(qū)動模塊23有自檢功能，可以給控制器22反饋相關(guān)的自檢信息。同時控制器22還用來獲取電流檢測模塊24的數(shù)據(jù)，并且通過人機交互界面21與用戶交互。

此處需要說明的是，本申請并不局限各控制開關(guān)應(yīng)用電路的具體細節(jié)，只要其包括一個以上的驅(qū)動模塊23，通過驅(qū)動模塊23驅(qū)動每一路開關(guān)模塊的通斷(也即有一路開關(guān)模塊，就有一路對應(yīng)驅(qū)動該開關(guān)模塊內(nèi)控制開關(guān)12的驅(qū)動模塊23)，每一路開關(guān)模塊最終單獨或者組合控制負載11的通斷即可。

被控側(cè)電源10與電磁繼電器13連接，用于給被控制回路提供電能。一般可以是電動或混動汽車中的高壓電池，工業(yè)系統(tǒng)中應(yīng)用的高壓電源，以及其它形式的電源。

控制側(cè)電源20一般為低壓電源，其與控制側(cè)回路2連接，用于給控制器22，驅(qū)動模塊23，電流檢測電流，人機交互界面21等提供電源。在有的低壓應(yīng)用電路中，控制側(cè)電源20和被控側(cè)電源10為同一電源。

其中上述控制器22、驅(qū)動模塊23和開關(guān)模塊以及負載11均為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，本申請主要的改進在于對現(xiàn)有各控制開關(guān)應(yīng)用電路進一步改進，在其上增加電磁繼電器13和一個以上的電流檢測模塊24；

其中，在每個所述開關(guān)模塊中連接一電流檢測模塊24，所述電流檢測模塊24用于檢測被控側(cè)回路1中開關(guān)模塊中的電流，并將檢測結(jié)果反饋給控制器22；

所述電磁繼電器13為常開繼電器，其主回路接在所述被控側(cè)電源10和被控側(cè)回路1之間，所述電磁繼電器13的控制回路連接至所述控制器22；所述控制器22通過接收到的電流檢測模塊24的檢測結(jié)果，向所述電磁繼電器13的控制回路發(fā)送控制信號，以控制所述被控側(cè)回路1的通斷。電磁繼電器13與控制器22連接，控制被控側(cè)電源10的開啟關(guān)斷。在整個系統(tǒng)未完成自檢前，該電磁繼電器13不吸合，不直接將被控側(cè)電源10接入被控側(cè)回路1。直到完成自檢，并且無故障后，該電磁繼電器13才會吸合接通被控側(cè)電源10。

其中，所述電流檢測模塊24可以為霍爾電流傳感器，所述霍爾電流傳感器包括采集端和輸出端，所述采集端采集開關(guān)模塊中的電流，其輸出端連接至所述控制器22。

或者，所述電流檢測模塊24包括采樣電阻和運算放大器，所述運算放大器將采樣電阻采集到的電流放大后反饋給所述控制器22。

目前因為霍爾電流傳感器的制造工藝問題，現(xiàn)在霍爾電流傳感器的最小分辨率是100ma，電阻采樣電路分辨率與電路中采樣電阻，運放和控制器22中的模數(shù)轉(zhuǎn)換器有關(guān)，可以根據(jù)需求來自行匹配。

作為進一步改進的方式，各電流檢測模塊24集成為一個電流檢測模塊24。

一般所述控制側(cè)回路2中還包括與控制器22連接的人機交互界面21，通過人機交互界面21來獲取用戶指令，并通知用戶控制開關(guān)應(yīng)用電路的工作狀態(tài)。

所述驅(qū)動模塊23也可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的各種驅(qū)動模塊23，比如，可以采用下邊實施例1-實施例3中的驅(qū)動模塊23。

上述控制開關(guān)12可以為igbt(絕緣柵雙極型晶體管)、mosfet(場效應(yīng)晶體管)或bjt(雙極結(jié)型晶體管)中的任意一種，下邊將以igbt作為控制開關(guān)12應(yīng)用在各種控制開關(guān)應(yīng)用電路中為例進行說明。

實施例1

本例將以所述控制開關(guān)應(yīng)用電路為并聯(lián)式控制開關(guān)應(yīng)用電路為例進行具體解釋說明；

如圖2、圖3所示，所述并聯(lián)式控制開關(guān)應(yīng)用電路中的被控側(cè)回路1包括兩路的開關(guān)模塊，當(dāng)然，其可以接更一個以上的控制開關(guān)的開關(guān)模塊和負載11。其中，每路開關(guān)模塊包括一個控制開關(guān)12，所述控制開關(guān)12與一負載11串聯(lián)連接；該控制開關(guān)12為igbt。所謂的串聯(lián)連接，指該igbt的c極或e極與負載11串聯(lián)連接。各路igbt和負載11串聯(lián)后，均連接到電磁繼電器13的主回路上，受所受電磁繼電器13的控制。

本例中的負載11主要為電阻型負載11(比如加熱器等)，各負載11之間為并聯(lián)的關(guān)系，各自通過一igbt實現(xiàn)其通斷。

其中，所述控制側(cè)回路2包括控制器22、一個以上的驅(qū)動模塊23和人機交互界面21，每個驅(qū)動模塊23的輸入端連接至控制器22，每個驅(qū)動模塊23的輸出端連接一控制開關(guān)12的控制端，該控制端也即igbt的基極，也即b極；每個驅(qū)動模塊23驅(qū)動一控制開關(guān)12，所述控制器22向每個驅(qū)動模塊23發(fā)送邏輯信號，所述驅(qū)動模塊23根據(jù)所述邏輯信號生成驅(qū)動信號，將所述驅(qū)動信號發(fā)送給每一個控制開關(guān)12，以驅(qū)動該控制開關(guān)12的通斷；通過人機交互界面21來獲取用戶指令，并通知用戶控制開關(guān)應(yīng)用電路的工作狀態(tài)。

人機交互界面21負責(zé)該應(yīng)用電路與用戶的交互，可以通過觸屏、鍵盤、按 鍵、手勢、聲音等來獲取用戶指令。通過屏幕、指示燈、打印、聲音來將系統(tǒng)信息返饋給用戶。還可以將此系統(tǒng)與設(shè)備中其它系統(tǒng)連接，構(gòu)成功能更加全面的設(shè)備系統(tǒng)。

每個電流檢測模塊24接在所述開關(guān)模塊上；該電流檢測模塊24可以接在該開關(guān)模塊上，比如接在igbt的c極或者e極上，當(dāng)然，由于該負載11串聯(lián)在開關(guān)模塊上，因此，也可將其接在負載11的兩端線路上。

本例中，其所述電流檢測模塊24具體如圖3設(shè)置，包括采樣電阻和運算放大器，所述運算放大器將采樣電阻采集到的電流放大后反饋給所述控制器22。運算放大器的同相輸入端接到igbt的e極，其反向輸入端通過一采樣電阻接地，反向輸入端和輸出端之間連接一反饋電阻。如此，其即可采集到開關(guān)模塊上的電流。

本例中，該驅(qū)動模塊23具體如圖3設(shè)置，其包括驅(qū)動芯片231、限流電阻、并聯(lián)電阻、濾波電容和穩(wěn)壓管；

所述驅(qū)動芯片231的輸出端通過該限流電阻連接至所述開關(guān)模塊中控制開關(guān)12的控制端；

所述并聯(lián)電阻、濾波電容和穩(wěn)壓管并聯(lián)連接在控制端和地之間。

實施例2

本例將以所述控制開關(guān)應(yīng)用電路為橋式控制開關(guān)應(yīng)用電路為例進行具體解釋說明；

如圖4所示，所述橋式控制開關(guān)應(yīng)用電路中的被控側(cè)回路1包括兩路開關(guān)模塊，每路開關(guān)模塊中串接有兩個控制開關(guān)12，兩個控制開關(guān)12之間設(shè)有輸出節(jié)點(或輸出端)；兩路開關(guān)模塊中的輸出節(jié)點之間連接負載11；該類負載11一般為直流電機。

每個電流檢測模塊24接在所述開關(guān)模塊上；所述控制側(cè)回路2包括控制器22、一個以上的驅(qū)動模塊23和人機交互界面21，每個驅(qū)動模塊23的輸入端連接至控制器22，每個驅(qū)動模塊23的輸出端連接至對應(yīng)開關(guān)模塊中兩個控制開關(guān)12的控制端，該控制端也即igbt的基極，也即b極；其中，其控制側(cè)回路2中的驅(qū)動模塊23與實施例1中的驅(qū)動模塊23基本相同，電流檢測模塊24也與實施例1中的電流檢測模塊24相同，其區(qū)別點僅在于開關(guān)模塊和負載11的連接方式的差異。實施例1中的開關(guān)模塊中采用單個igbt作為控制開關(guān)12。而 本例中的開關(guān)模塊采用上下兩個igbt串聯(lián)的驅(qū)動橋式的開關(guān)模塊。從串聯(lián)的兩個igbt之間引出輸出節(jié)點，如此，在兩個開關(guān)模塊之間的輸出節(jié)點連接該直流電機類的負載11。

本例跟下面實施例3中描述的三相橋式控制開關(guān)應(yīng)用電路更接近。為免重復(fù)說明，其開關(guān)模塊的具體連接方式，請參見實施例3，不再贅述。

實施例3

本例將以所述控制開關(guān)應(yīng)用電路為三相橋式控制開關(guān)應(yīng)用電路為例進行具體解釋說明；其中，請參見圖5公開的一種三相橋式控制開關(guān)應(yīng)用電路框圖，圖6中公開的三相電機負載11，三相電機包括u、v、w三個端子；圖7中公開的一種三相橋式控制開關(guān)應(yīng)用電路原理圖。

所述三相橋式控制開關(guān)應(yīng)用電路中的被控側(cè)回路1包括三路開關(guān)模塊，每路開關(guān)模塊中串接有兩個控制開關(guān)12，兩個控制開關(guān)12之間設(shè)有輸出節(jié)點；3路開關(guān)模塊中的輸出節(jié)點分別連接至所述負載11(三相電機)的u、v、w端子；具體地，每路開關(guān)模塊中，位于上橋的igbt的c極連接到被控側(cè)電源10，e極與下橋的igbt的c極連接，下橋的igbt的e極連接一電阻后接地。其上連接u、v、w端子的三個輸出節(jié)點分別從上橋的igbt的e極和下橋的igbt的c極之間引出。

每個電流檢測模塊24接在所述開關(guān)模塊上；所述控制側(cè)回路2包括控制器22、一個以上的驅(qū)動模塊23和人機交互界面21，每個驅(qū)動模塊23的輸入端連接至控制器22，每個驅(qū)動模塊23的輸出端連接至對應(yīng)開關(guān)模塊中兩個控制開關(guān)12的控制端，同樣的，其控制側(cè)回路2中的驅(qū)動模塊23與實施例1、實施例2中的驅(qū)動模塊23基本相同，電流檢測模塊24也與實施例1中的電流檢測模塊24相同，其區(qū)別點僅在于開關(guān)模塊和負載11的連接方式的差異。實施例1中的開關(guān)模塊中采用單個igbt作為控制開關(guān)12。實施例2和本例中開關(guān)模塊采用上下兩個igbt串聯(lián)的驅(qū)動橋式的開關(guān)模塊。從串聯(lián)的兩個igbt之間引出輸出節(jié)點，將3個開關(guān)模塊之間的輸出節(jié)點連接到三相電機的u、v、w端子上。

實施例4

本例將對本發(fā)明提供的故障檢測保護方法進行具體解釋說明，所述故障檢測保護方法包括啟動階段的故障檢測保護方法；如圖8所示，所述啟動階段的 故障檢測保護方法包括如下步驟：

s1、初始化步驟：接通控制側(cè)電源20(如果控制側(cè)電源20和被控側(cè)電源10使用同一總電源，則接通總電源)，保持電磁繼電器13斷開，使被控側(cè)回路1處于斷路狀態(tài)；使控制側(cè)回路(即人機交互界面21、控制器22、電流檢測模塊24、驅(qū)動模塊23、各開關(guān)模塊等)處于工作狀態(tài)。此時，由于電磁繼電器13處于斷開的狀態(tài)，因此，正常狀態(tài)下，各路電流檢測模塊24檢測到的電流值應(yīng)為0(或僅有微弱的漏電流)。

s2、電流檢測步驟：通過控制器22向各驅(qū)動模塊23發(fā)送測試邏輯信號(比如+5伏的測試電壓)，各驅(qū)動模塊23根據(jù)所述測試邏輯信號生成測試驅(qū)動信號(比如+15伏的驅(qū)動電壓,目的是使開關(guān)模塊開啟)，并將所述測試驅(qū)動信號發(fā)送給各開關(guān)模塊，通過各電流檢測模塊24檢測各開關(guān)模塊的電流，并將檢測到的電流反饋給控制器22；發(fā)送測試邏輯信號的目的是嘗試使各開關(guān)模塊處于通路狀態(tài)，最終各開關(guān)模塊的結(jié)果使得負載11處于通路狀態(tài)(但此時電磁繼電器13仍處于斷開狀態(tài))，等待igbt驅(qū)動電壓穩(wěn)定后測量被控側(cè)回路1中開關(guān)模塊的電流，如果igbt未短路和損壞，那么此時被控制回路中電流為0，如果igbt短路或損壞，根據(jù)電流回路，驅(qū)動模塊23發(fā)送的驅(qū)動信號將會全部或部分流入開關(guān)模塊中，電流檢測模塊24可以檢測到電流信號。電流檢測模塊24將檢測到的電流信號進行放大，并將數(shù)據(jù)傳送給控制器22。

s3、判斷步驟：控制器22接收各電流檢測模塊24中反饋的電流，根據(jù)其檢測到的電流與允許的最大漏電流閾值進行比較，當(dāng)其檢測到的電流大于等于允許的預(yù)設(shè)閾值(最大漏電流閾值，為區(qū)別起見，此處的預(yù)設(shè)閾值稱為第一預(yù)設(shè)閾值)時，判斷電流檢測模塊24對應(yīng)的開關(guān)模塊中存在故障，反之，則判斷電流檢測模塊24對應(yīng)的開關(guān)模塊中不存在故障；具體地，本例中采用逐路檢測的方式，并逐路判斷由控制器22判斷各電流檢測模塊24反饋的電流是否大于正常器件允許的最大漏電流閥值。如果超過，則可以判斷出該路igbt短路或損壞。控制器22通過人機交互界面21中的指示燈，屏幕或聲音通知用戶，并進入下一路開關(guān)模塊的檢測。作為優(yōu)選的方式，通過電流檢測模塊24連續(xù)循環(huán)對每一路開關(guān)模塊進行多次檢測，并將檢測到的電流反饋給控制器22。多個循環(huán)判斷結(jié)果均一致才進入下一路檢測。最后把所有結(jié)果通知用戶。

s4、啟動保護步驟：當(dāng)任意開關(guān)模塊中存在故障時，控制器22發(fā)送保持信號繼續(xù)保持電磁繼電器13斷開；當(dāng)各開關(guān)模塊中均不存在故障時，通過控制器 22發(fā)送接通信號接通電磁繼電器13，使被控側(cè)回路1接通；若存在故障，則可通過人機交互界面21通知用戶及時進行檢修。這樣就可以在被控側(cè)回路1不上電的情況下來獲取各作為控制開關(guān)12的大功率半導(dǎo)體的狀態(tài)信息，安全方便。

在上述啟動階段的基礎(chǔ)上，如圖8所示，還包括一工作階段。所述工作階段包括如下步驟：

s5、工作保護步驟：當(dāng)電磁繼電器13接通，開關(guān)模塊接通工作后；如果驅(qū)動模塊23的驅(qū)動信號為低電平，開關(guān)模塊不能接通時，任意電流檢測模塊24仍有檢測到超過一預(yù)設(shè)閾值(為區(qū)別起見，此處的預(yù)設(shè)閾值可稱為第二預(yù)設(shè)閾值，其與上邊啟動階段閾值各是不同的值，其與實際工況有關(guān)系。)的電流，則判定該電流檢測模塊24對應(yīng)的開關(guān)模塊存在故障；若存在故障，則通過控制器22發(fā)送控制信號斷開電磁繼電器13，使被控側(cè)回路1斷開。

僅上述步驟s5，使得igbt在使用過程中，該電流檢測模塊24仍能發(fā)揮作用。如果在沒有igbt沒有驅(qū)動信號的情況(或這么理解igbt的驅(qū)動信號為0時)，電流檢測模塊24檢測到仍有超過預(yù)設(shè)閥值(第二預(yù)設(shè)閾值)的電流存在，則控制器22判斷該路開關(guān)模塊中的igbt發(fā)生故障，主動通知用戶并根所應(yīng)用情況，判斷是否直接斷開主回路中的繼電器。

上述電流檢測步驟中，其可以通過各電流檢測模塊24同時檢測各路開關(guān)模塊中的電流，也可以逐路檢測檢測各路開關(guān)模塊中的電流。各電流檢測模塊24檢測到的結(jié)果將會被記錄在控制器22中，供后續(xù)步驟s4使用，其可以在檢測完所有的開關(guān)模塊后，再將結(jié)果反饋給人機交互界面21，并控制保持電磁繼電器13斷開或者吸合電磁繼電器13?；蛘咴龠M行逐路檢測各開關(guān)模塊中電流時，一旦出現(xiàn)故障，控制器22即及時向人機交互界面21發(fā)送信息，并及時發(fā)出保持電磁繼電器13斷開的控制信號，并無需一定等待所有電流檢測模塊24的檢測結(jié)果。

實施例5

具體地，請結(jié)合圖10進行理解，本例對啟動階段的故障檢測保護方法做了進一步優(yōu)化，其包括如下步驟：

步驟s101：開啟控制側(cè)電源20，保持電磁繼電器13斷開；此時，控制側(cè)電源20給控制側(cè)回路2供電，由于電磁繼電器13斷開，使得使被控側(cè)回路1處于斷路狀態(tài)；使控制側(cè)回路2(即人機交互界面21、控制器22、電流檢測模 塊24、驅(qū)動模塊23、各開關(guān)模塊等)處于工作狀態(tài)。

步驟s102：待控制側(cè)電源20穩(wěn)定，控制器22控制一路開關(guān)模塊開啟；具體的，通過控制器22向?qū)?yīng)該路開關(guān)模塊的驅(qū)動模塊23發(fā)送測試邏輯信號(比如+5伏的測試電壓)，該驅(qū)動模塊23根據(jù)所述測試邏輯信號生成測試驅(qū)動信號(比如+15伏的驅(qū)動電壓,目的是使開關(guān)模塊開啟)，并將所述測試驅(qū)動信號發(fā)送給該路開關(guān)模塊，以控制該路開關(guān)模塊的開啟；

步驟s103：電流檢測模塊24檢測對應(yīng)上述開關(guān)模塊的電流；步驟s104：控制器22接收對應(yīng)步驟s103中電流檢測模塊24反饋的電流，當(dāng)電流沒有超過第一預(yù)設(shè)閥值時，進入步驟s105；當(dāng)該電流超過第一預(yù)設(shè)閥值時，進入步驟s106；

步驟s105：判斷此路開關(guān)模塊處于正常狀態(tài)，進入步驟s6；

步驟s106：判斷此路開關(guān)模塊存在故障，進入步驟s6；

步驟s107：控制器22記錄上述步驟s105和步驟s106所判斷的狀態(tài)信息，然后關(guān)閉該路開關(guān)模塊；所謂的狀態(tài)信息即上述步驟s105中的正常狀態(tài)和步驟s106中的故障；

步驟s108：由控制器22判斷是否已檢測完所有開關(guān)模塊；如果沒有檢測完所有開關(guān)模塊，進入步驟s109，如果已檢查完所有開關(guān)模塊，進入步驟s110；

步驟s109：返回步驟s103，控制器22控制下一路開關(guān)模塊開啟；

步驟s110：控制器22判斷是否有故障記錄，如果沒有故障記錄進入步驟s111，如果有故障記錄進入步驟s112；

步驟s111：控制器22發(fā)送接通信號接通電磁繼電器13，被控側(cè)電源10開始供電；此時，根據(jù)需要，將檢查無故障的結(jié)果通知用戶；

步驟s112：控制器22發(fā)送保持信號保持電磁繼電器13斷開，同時通過人機交互界面21通知用戶故障信息。

本發(fā)明提供的控制開關(guān)應(yīng)用電路及其故障檢測保護方法，由于其在控制開關(guān)應(yīng)用電路中增加了電磁繼電器13和一個以上的電流檢測模塊24，使得其能在不接通被控側(cè)電源10的情況下實行開關(guān)模塊的故障檢測，如果檢測到各控制開關(guān)12存在故障，則將保持電磁繼電器13的斷開狀態(tài)，主動防止發(fā)生嚴(yán)重的安全事故，只有檢測到各路開關(guān)模塊中的控制開關(guān)均無故障時，才吸合電磁繼電器13。在正常工作的過程中，其也能主動的通過電磁繼電器13對開關(guān)模塊實行故障斷電保護。因此，用戶使用更加安全，可靠。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。