[發明專利]一種具有功能安全的大電流無火花車載通斷控制裝置

在審

• 申請號: 202210587537.7
• 申請日: 2022-05-25
• 公開（公告）號: CN114944644A
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發明（設計）人: 鄭友華;廖斐;鄭昕斌;姜峰;陳桃
• 申請（專利權）人: 福州丹諾西誠電子科技有限公司
• 主分類號: H02H9/08
• 分類號: H02H9/08
• 代理公司: 福州市博深專利事務所(普通合伙) 35214
• 代理人: 林怡然

本發明涉及電子開關技術領域，尤其是一種具有功能安全的無火花車載通斷控制裝置，包括控制器、MOS驅動電路、MOS開關組件、繼電器驅動電路和大功率磁保持繼電器模塊，共同構成一種具有功能安全的高可靠新的拓撲結構。將該拓撲結構應用于大電流通路中來替代傳統使用繼電器或其他機械開關，類似為可恢復大電流保險絲的功能，在大功率MOS功率模塊組開通前，大功率磁保持繼電器先閉合，開通于零電流狀態，因此可以杜絕電火花的產生，增強系統防爆性能，減小EMC影響，同時大幅提高系統的可靠性與安全性。同時由于將大功率磁保持繼電器功能設計成類似為可恢復大電流保險絲的功能，可大量節約系統的維護成本。

技術領域

本發明涉及電子開關技術領域，尤其是一種具有功能安全的大電流無火花車載通斷控制裝置。

背景技術

現有的大電流通斷技術往往通過繼電器或空氣開關等機械方案來控制大電流的通斷。300A以上大電流空氣開關體積很大且無法通過電子信號控制，只能手動開關。繼電器通斷技術雖然能夠通過電子信號控制，但是這些機械開關均是在大電流流過情況下控制開關，在大電流通與斷的瞬間，機械接觸點之間會產生大量電火花。將會帶來的如下危害：

其一是在EMC(Electro Magnetic Compatibility)要求較高的環境下，電火花產生的高次諧波干擾對電子設備影響較大；

其二是電火花會燒蝕觸點表面，使其表面不平造成接觸不良的故障，會大大影響繼電器使用壽命，且電路很難判定繼電器燒蝕的劣化情況；

其三是在有防爆要求的環境下，電火花會產生極大風險。

其他電子開關，由于沒有進行相應功能安全的拓撲設計，往往難以滿足大電流通與斷、散熱、車載功能安全等多方面的高要求。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺陷，本發明所要解決的技術問題是解決傳統大電流通與斷開關裝置中使用繼電器與機械開關電路方案而具有電火花產生的重大缺陷，以及普通電子開關大電流通與斷下極易損壞、熱量過高、達不到車載功能安全高要求的問題。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案如下：

一種具有功能安全的大電流無火花車載通斷控制裝置，包括控制器、MOS驅動電路、MOS開關組件、繼電器驅動電路和大功率磁保持繼電器模塊；

所述控制器的輸入端與外部的開關信號電連接，所述控制器的輸出端分別與MOS驅動電路的輸入端和繼電器驅動電路的輸入端電連接，所述MOS驅動電路的輸出端與MOS開關組件的控制端電連接，所述MOS開關組件由多個MOS管相互并聯而成，所述繼電器驅動電路的輸出端與大功率磁保持繼電器模塊的控制端電連接；MOS開關組件與MOS驅動電路組成一MOS功率模塊，兩個以上的所述MOS功率模塊并聯構成冗余功率模塊組，所述冗余功率模塊組與可控制的大功率磁保持繼電器模塊串聯構成一種具有功能安全的高可靠新的拓撲結構。

進一步的，所述MOS驅動電路包括驅動芯片U4，所述驅動芯片U4的第三引腳和控制器的輸入端電連接，所述驅動芯片U4的第四引腳與控制器的輸出端電連接；多個MOS管的柵極分別與驅動芯片U4的第五引腳電連接，多個MOS管的漏極相互電連接并與驅動芯片U4的第六引腳電連接，多個MOS管的源極相互電連接。

進一步的，所述大功率磁保持繼電器模塊包括大功率磁保持繼電器K1，所述大功率磁保持繼電器K1的第一腳與電源正極電連接，所述大功率磁保持繼電器K1的第四腳與所述多個MOS管源極電連接，所述大功率磁保持繼電器K1的第五腳與負載電連接。

進一步的，所述繼電器驅動電路包括繼電器閉合驅動電路和繼電器斷開驅動電路；

所述繼電器斷開驅動電路包括晶體管Q5、電阻R153、電阻R156、二極管D10和瞬態抑制二極管ZD4；