一种抗短路电子开关的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种抗短路电子开关，与负载相串联，适用于直流或交流供电场合的负载控制，具有抗负载过电流及短路功能，主开关元件和正反馈门极元件之间构成截止型正反馈保护触发电路，该截止型正反馈保护触发电路的反馈路径经过一个电压跟随器元件，该电压跟随器元件的输出跟随电压在主开关元件处于关断状态时输出不依赖于外部供电的稳定电压供低功耗装置使用。大大提高了电子开关抗高电压负载短路的能力，并拓宽了其应用范围，同时也大幅度降低了保护电路的控制功耗，具有负载故障信号及保护功能，负载故障后重启动功能，控制电源VCC低电压闭锁功能UVLO，开关过温信号及保护功能，主开关元件故障信号功能。
【专利说明】
_种抗短路电子开关
技术领域
[0001]本发明涉及一种抗短路电子开关，尤其涉及到含有负载过电流及短路保护功能的电子开关，可以替代现有不具备抗短路保护功能的相角控制、PWM电子开关以及部分替代现有的机械触点的开关、继电器和接触器，属于电力电子领域
【背景技术】
[0002]目前现有的交直流负载开关电路当中，例如各类高中低压的照明、马达、变压器、电加热装置的开启、关断控制，功率调制电路的相角控制及PWM的控制中，当主开关处于较高电压状态下，如果负载在运行当中或启动时出现过电流或短路，其故障电压的变化率dv/dt极高，普通的电子化开关难以应对如此高的瞬间变化从而极易被击穿，采用独立的电子触发保护电路通常需要消耗一定的功耗，并需要增加辅助电源，导致装置结构复杂，无法应用在一些低成本、超低功耗以及两线制应用场合，因此这类高电压场合的负载过电流、短路保护目前仍旧由金属熔断器和机械式断路器配合可控硅元件、机械触点开关和机械触点继电器占据主导位置，这类传统的电子元件、机械开关、断路器存在造价高、精度低、动作迟缓等缺点，机械触点结构在开关操作时存在电弧和火花，不仅会造成安全性下降，也会产生强烈的电磁干扰影响周边电子设备的工作，同时火花和电弧也会逐步烧蚀触点本身，造成开关寿命缩短，而当负载出现过电流和短路时，传统的熔断器、断路器甚至由于参数误差大或电磁操动机构老化而造成故障状态下的拒动，因此无法满足未来社会交直流负载控制的安全化、低成本化、网络化和智能化的要求。
【发明内容】
[0003]为解决上述技术问题，本发明提出一种抗短路电子开关，与负载串联，直接控制负载进行启动、打开和关闭操作，当负载打开或启动过程中电流检测单元检测到负载启动电流或运行电流超越预设阈值时，内部的截止型正反馈保护触发电路动作，从而切断串联负载的电流，实现负载过电流和短路保护。本电子开关可以直接作为负载开关使用，且本身就具备负载过电流及保护功能，保护精度高，响应速度快，可以进行可复归的负载故障保护和单次、多次重启动功能，可以构成诸如通用抗短路电子开关、两线制抗短路电子开关、抗短路电子继电器和抗短路相角控制或抗短路PWM电子功率元件。
[0004]为了达到上述目的，本发明的技术方案如下:
[0005]本发明提供了一种应用于直流电路的抗短路电子开关，包括直流主开关元件、门极电流限制元件、电压跟随器元件、正反馈门极元件、反馈设置元件、直流电流检测单元和控制单元，其中:
[0006]所述的直流主开关元件的输入端连接到正反馈门极元件的输出端和门极电流限制元件的一端，所述门极电流限制元件的另一端连接到门控输入端Gate，所述的直流主开关元件的输出端连接到第一直流串联输出端PDl并同时连接到电压跟随器元件的输出端，所述的直流主开关元件的公共端连接到直流电流检测单元的输入端，所述直流电流检测单元的公共端连接到第二直流串联输出端PD2并同时连接到控制地，所述直流电流检测单元的输出端连接到所述直流主开关元件的输入端、门极电流限制元件的一端和正反馈门极元件的输出端，所述正反馈门极元件的公共端连接控制地，所述电压跟随器元件的输入端连接到一个稳定的偏置电压源，所述电压跟随器元件的公共端连接到反馈设置元件的一端，所述反馈设置元件的另一端连接到正反馈门极元件的输入端并同时连接到控制单元的启动输出端ST;
[0007]所述控制单元的电源输入端连接到控制电源VCC，其第二输入端连接到门控输入端Gate，其第一输入端连接到电压跟随器的公共端，所述控制单元具有内部禁止输出端Inhibit I和外部禁止输出端Inhibit2，所述内部禁止输出端Inhibitl连接到门极正反馈元件的输出端，所述外部禁止输出端Inhibit2连接到外部门极驱动器的禁止输入端；
[0008]当所述直流主开关元件处于关断状态时，在门控输入端Gate输入第一控制电压或第一控制电流，如果此时通过直流负载DL的负载电流低于保护预设值，则控制单元通过启动输出端ST输出启动信号至正反馈门极元件的输入端实施负载启动和打开操作，此时直流主开关元件会从截止区域转入放大区域到达饱和导通区域，从而使直流主开关元件处于开通状态；
[0009]当直流主开关元件处于开通状态时，如果在门控输入端Gate输入第二开关控制电压或第二控制电流时，直流主开关元件会从饱和导通区域转入放大区域并最终到达截止区域，从而使直流主开关元件处于关断状态；
[0010]当直流电流检测单元检测到负载电流高于保护预设值时，所述截止型正反馈保护触发电路被触发，关断直流主开关元件。
[0011]作为优选，所述直流主开关元件和正反馈门极元件之间构成截止型正反馈保护触发电路，所述截止型正反馈保护触发电路的反馈路径经过电压跟随器元件，所述直流主开关元件是所述截止型正反馈保护触发电路的一部分。
[0012]作为优选，所述截止型正反馈保护触发电路的反馈路径分别经过:直流主开关元件的输出端到电压跟随器元件的输出端到电压跟随器元件的公共端到反馈设置元件到正反馈门极元件的输入端到正反馈门极元件的输出端到直流主开关元件的输入端。
[0013]作为优选，所述电压跟随器元件的输出跟随电压VR在直流主开关元件处于关断状态时输出不依赖于外部供电的稳定电压供低功耗装置使用。
[0014]作为优选，所述控制单元的功能包括:负载故障信号及保护功能，负载故障后重启动功能，控制电源VCC低电压闭锁功能，开关过温信号及保护功能，主开关元件故障信号功會K;
[0015]所述控制单元的功能具体为:控制单元的第一输入端接收电压跟随器元件的跟随输出电压值VR，第二输入端接收门控输入端Gate的控制电压或电流值，如果电压跟随器元件的输出跟随电压VR和门控输入端Gate的测量值表示出直流主开关元件实质上为负载故障关断状态时，控制单元可以根据该逻辑结果输出负载故障信号，同时可以根据预设要求通过输出端ST对正反馈门极元件的输入端实施或不实施负载故障后重启动；
[0016]控制单元的第一输入端接收跟随器输出电压值VR，第二输入端接收门控输入端Gate的控制电压或电流值，如果电压跟随器元件的输出跟随电压VR和门控输入端Gate的测量值表示出直流主开关元件实质上为主开关元件故障状态时，控制单元可以根据该逻辑结果输出主开关元件故障信号；
[0017]负载故障后重启动的实施方法为:当控制单元检测到负载故障发生后，如果预设方案中包含有负载故障重启动功能要求且门控输入端Gate仍旧为第一控制电压或第一控制电流，则在负载故障发生后的一段延时后实施负载故障后重启，启动过程具体为，输出端ST对正反馈门极元件的输入端施加瞬间脉冲信号，使得正反馈门极元件退出饱和导通状态，直流主开关元件退出截止状态，如果此时串联的直流负载DL的启动或运行电流低于保护预设值，则截止型正反馈保护触发电路使得直流主开关元件进入饱和导通状态，从而使负载正常启动和打开;如果此时串联的直流负载的启动或运行电流仍旧高于保护预设值，则截止型正反馈保护触发电路使得直流主开关元件退出截止状态进入导通状态后再度迅速回到截止状态；
[0018]根据直流主开关元件的功率耐量可以实施负载故障后的单次重启或多次重启或多次重启无效后停止重启；
[0019]控制单元通过检测与直流主开关元件贴近的温度传感器元件的传感值，来感知直流主开关元件的温度，如果感知温度超过过温预设值，则控制单元输出主开关元件过温信号而不关断直流主开关元件，或通过内部禁止端Inhibitl关断直流主开关元件并同时输出主开关元件过温信号。
[0020]本发明提供了一种应用于交流电路的抗短路电子开关，包括交流主开关元件、门极电流限制元件、电压跟随器元件、正反馈门极元件、反馈设置元件、交流电流检测单元和控制单元，其中:
[0021]所述的交流主开关元件的输入端连接到正反馈门极元件的输出端和门极电流限制元件的一端，所述门极电流限制元件的另一端连接到门控输入端Gate，所述交流主开关元件的第一交流输出端连接到第一串联交流输出端，所述交流主开关元件的整流电压输出端连接到电压跟随器元件的输出端，所述交流主开关元件的第一公共端连接到交流电流检测单元的第一输入端，所述的交流主开关元件的第二公共端连接到交流电流检测单元的第二输入端，所述交流主开关元件的第一公共端或第二公共端连接到控制地，所述交流主开关元件的第二交流输出端连接到第二交流串联输出端PA2，所述交流电流检测单元的输出端连接到所述交流主开关元件的输入端和门极电流限制元件的一端和正反馈门极元件的输出端，所述正反馈门极元件的公共端连接控制地，所述电压跟随器元件的输入端连接到一个稳定的偏置电压源，所述电压跟随器元件的公共端连接到反馈设置元件的一端，所述反馈设置元件的另一端连接到正反馈门极元件的输入端并同时连接到控制单元的启动输出端ST;
[0022]所述控制单元的电源输入端连接到控制电源VCC，其第二输入端连接到门控输入端Gate，其第一输入端连接到电压跟随器公共端，所述控制单元具有内部禁止输出端Inhibit I和外部禁止输出端Inhibit2，所述内部禁止输出端Inhibitl连接到门极正反馈元件的输出端，所述外部禁止输出端Inhibit2连接到外部门极驱动器禁止输入端；
[0023]当所述交流主开关元件处于关断状态时，在门控输入端Gate输入第一控制电压或第一控制电流，如果此时通过交流负载AL的负载电流低于保护预设值，则控制单元通过启动输出端ST输出启动信号至正反馈门极元件的输入端实施负载启动和打开操作，此时交流主开关元件会从截止区域转入放大区域到达饱和导通区域，从而使交流主开关元件处于开通状态；
[0024]当交流主开关元件处于开通状态时，如果在门控输入端Gate输入第二开关控制电压或第二控制电流时，交流主开关元件会从饱和导通区域转入放大区域并最终到达截止区域，从而使交流主开关元件处于关断状态；
[0025]当交流电流检测单元检测到负载电流高于保护预设值时，所述截止型正反馈保护触发电路被触发，关断交流主开关元件。
[0026]作为优选，所述交流主开关元件和正反馈门极元件之间构成截止型正反馈保护触发电路，所述截止型正反馈保护触发电路的反馈路径经过电压跟随器元件，所述交流主开关元件是所述截止型正反馈保护触发电路的一部分。
[0027]作为优选，所述截止型正反馈保护触发电路的反馈路径分别经过:交流主开关元件的整流电压输出端到电压跟随器元件的输出端到电压跟随器元件的公共端到反馈设置元件到正反馈门极元件的输入端到正反馈门极元件的输出端到交流主开关元件的输入端。
[0028]作为优选，所述电压跟随器元件的输出跟随电压在交流主开关元件处于关断状态时输出不依赖于外部供电的稳定电压供低功耗装置使用。
[0029]作为优选，所述控制单元的功能包括:负载故障信号及保护功能，负载故障后重启动功能，控制电源VCC低电压闭锁功能，开关过温信号及保护功能，主开关元件故障信号功會K;
[0030]所述控制单元的功能具体为:控制单元的第一输入端接收电压跟随器元件的跟随输出电压值VR，第二输入端接收门控输入端Gate控制电压或电流值，如果电压跟随器元件的输出跟随电压VR和门控输入端Gate的测量值表示出交流主开关实质上为负载故障关断状态时，控制单元可以根据该逻辑结果输出负载故障信号，同时可以根据预设要求通过输出端对正反馈门极元件的输入端实施或不实施负载故障后重启动；
[0031]控制单元的第一输入端接收电压跟随器元件的输出电压值VR，第二输入端接收门控输入端Gate的控制电压或电流值，如果电压跟随器元件的输出跟随电压VR和门控输入端Gate的测量值表示出交流主开关元件实质上为主开关元件故障状态时，此时控制单元可以根据该逻辑结果输出主开关元件故障信号；
[0032]负载故障后重启动的实施方法为:当控制单元检测到负载故障发生后，如果预设方案中包含有负载故障重启动功能要求且门控输入端Gate仍旧为第一控制电压或第一控制电流，则在负载故障发生后的一段延时后实施负载故障后重启，启动过程具体为，输出端ST对正反馈门极元件的输入端施加瞬间脉冲信号，使得正反馈门极元件退出饱和导通状态，交流主开关元件退出截止状态，如果此时串联的交流负载的启动或运行电流低于保护预设值，则截止型正反馈保护触发电路使得交流主开关元件退出截止状态进入饱和导通状态，从而使负载正常启动和打开;如果此时串联的交流负载的启动或运行电流仍旧高于保护预设值，则截止型正反馈保护触发电路使得交流主开关元件退出截止状态进入导通状态后再度迅速回到截止状态；
[0033]根据交流主开关元件的功率耐量可以实施负载故障后的单次重启或多次重启或多次重启无效后停止重启；
[0034]控制单元通过检测与交流主开关元件贴近的温度传感器元件的传感值，来感知交流主开关元件的温度，如果感知温度超过过温预设值，则输出主开关元件过温信号而不关断主交流开关元件，或通过内部禁止端Inhibitl关断主开关元件并同时输出主开关元件过温信号。
[0035]本发明的有益效果
[0036]由主开关元件、电压跟随器元件和正反馈门极元件构成的截止型正反馈保护触发电路，其反馈电压变化率dv/dt随供电电压升高而升高，因此大大提高了电子开关抗高电压负载短路的能力，同时也大幅度降低了保护电路的控制功耗。具有极高的响应速度，可以制成抗直接负载短路的高电压电子开关应用于例如各类高中低压的照明、马达、变压器、电加热装置的开启、关断控制，功率调制电路的相角控制及PWM的控制中，以及部分替代现有的机械触点的开关、继电器和接触器。
【附图说明】
[0037]图1为本发明的直流电路应用的抗短路电子开关电路示意图；
[0038]图2为交直流电路应用的抗短路电子开关电路示意图；
[0039]图3为本发明所述的门极控制电平和启动以及重启动脉冲电平波形示意图；
[0040]图4为一种基于本发明的通用抗短路电子开关示意图；
[0041 ]图5为一种基于本发明的两线制抗短路电子开关示意图；
[0042]图6为一种基于本发明的抗短路电子继电器示意图；
[0043]图7为一种基于本发明的以电子管作为主开关元件、电压跟随器元件和正反馈门极元件的抗短路电子开关；
[0044]图8为一种基于本发明的抗短路电子开关的集成化封装以及引脚示意图；
[0045]其中:图1中，10.直流主开关元件，18.串联输出端电流限制元件，19.输出端稳压元件，11.主开关元件的门极浪涌吸收元件，20.电压跟随器元件，30.正反馈门极元件，40.直流电流检测单元，50.控制单元，14.门极电流限制元件，24.电压跟随器电流限制元件，25.反馈设置元件，TS.短路测试开关，DL.直流负载，DC.直流电源，Fl.直流熔丝；
[0046]图2中，1A.交流主开关元件，18.开关输出端电流限制元件，19.开关输出端稳压元件，11.主开关元件门极浪涌吸收元件，20.电压跟随器元件，30.正反馈门极元件，4A.交流电流检测单元，50.控制单元，14.门极电流限制元件，24.电压跟随器电流限制元件，25.反馈设置元件，TS.短路测试开关，AL.交流负载，AC.交流电源，F2.交流熔丝；
[0047]图3中，ST.控制单元的启动输出波形示意，Gate.门控输入端的波形示意；
[0048]图4中，6.主开关单元，60.具有禁止输入端的外部门极驱动电路，64.外部偏置电压二极管，Sff-1N.外部开关控制输入端，SA.主开关侧浪涌吸收装置，TS.短路测试开关，AL/DL.交流或直流负载，AC/DC.交流或直流电源，F.交流或直流熔丝，Pl.第一串联交流或直流端口，P2.第二串联交流或直流端口，VB.电压跟随器偏置输入端，VCC.控制电源，Inhibit2.外部禁止输出端，Overheat.主开关过热信号输出端，LoadFai Iure.负载故障信号输出端，SwitchFai lure.主开关元件故障信号输出端；
[0049]图5中，6.主开关单元，60.具有禁止输入端的外部门极驱动电路，61.串联电流变压器，62.串联电流变压器次级整流元件，63.光电隔离无源输出耦合器，64.外部偏置电压二极管，SW-1N.外部开关控制输入端，SA.主开关侧浪涌吸收装置，TS.短路测试开关，AL/DL.交流或直流负载，AC/DC.交流或直流电源，F.交流或直流熔丝，Pl.第一串联交流或直流端口，P2.第二串联交流或直流端口，VB.电压跟随器偏置输入端，VCC.控制电源，Inhibit2.外部禁止输出端，Overheat.主开关过热信号输出端，LoadFai Iure.负载故障信号输出端，SwitchFai lure.主开关元件故障信号输出端；
[0050]图6中，6.主开关单元，60.具有禁止输入端的外部门极驱动电路，71.控制端隔离变压器，72.控制端隔离变压器次级整流元件，81.光电隔离有源输出耦合器，64.外部偏置电压二极管，Sff-1N.外部开关控制输入端，SA.主开关侧浪涌吸收装置，TS.短路测试开关，AL/DL.交流或直流负载，AC/DC.交流或直流电源，F.交流或直流熔丝，Pl.第一串联交流或直流端口，P2.第二串联交流或直流端口，VB.电压跟随器偏置输入端，VCC.控制电源，Inhibit2.外部禁止输出端，Overheat.主开关过热信号输出端，LoadFailure.负载故障信号输出端，SwitchFai lure.主开关元件故障信号输出端；
[0051 ]图7a中，10.直流主开关元件，20.电压跟随器元件，30.正反馈门极元件，40.直流电流检测单元，50.控制单元，14.门极电流限制元件，24.电压跟随电流限制元件，25.反馈设置元件，TS.短路测试开关，DL.直流负载，DC.直流电源，Fl.直流熔丝，SA.主开关侧浪涌吸收装置，TS.短路测试开关，DL.直流负载，DC.直流电源，F.直流熔丝，PDl.第一直流串联端口，PD2.第二直流串联端口，VB.电压跟随器偏置输入端，VCC.控制电源，Inhibit2.外部禁止输出端，Overheat.主开关过热信号输出端，LoadFai lure.负载故障信号输出端，SwitchFai lure.主开关元件故障信号输出端；
[0052]图7b中，IA.电子管型交流主开关元件，20.电压跟随器元件，30.正反馈门极元件，4A.交流电流检测单元，50.控制单元，14.门极电流限制元件，24.电压跟随器电流限制元件，25.反馈设置元件，TS.短路测试开关，AL.交流负载，AC.为交流电源，F2.交流熔丝，SA.主开关侧浪涌吸收装置，TS.短路测试开关，AL.交流负载，AC.交流电源，F2.交流熔丝，PAl.第一交流串联端口，PA2.第二交流串联端口，VB.电压跟随器偏置输入端，Inhibit2.外部禁止输出端，Overheat.主开关过热信号输出端，LoadFai Iure.负载故障信号输出端，SwitchFai lure.主开关元件故障信号输出端；
[0053]图8a中，Pl.第一串联交流或直流端口，P2.第二串联交流或直流端口，VB.电压跟随器偏置输入端，VCC.控制电源，Inhibit2.外部禁止输出端，Overheat.主开关过热信号输出端，LoadFaiIure.负载故障信号输出端，SwitchFailure.主开关元件故障信号输出端，GND.控制地，;
[0054]图8b中，Pl.第一串联交流或直流端口，P2.第二串联交流或直流端口，VB.电压跟随器偏置输入端，VCC.控制电源，Inhibit2.外部禁止输出端，Overheat.主开关过热信号输出端，LoadFaiIure.负载故障信号输出端，SwitchFailure.主开关元件故障信号输出端，GND.控制地，91.散热器，92.散热器固定孔。
【具体实施方式】
[0055]下面结合【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
[0056]实施例1
[0057]本实施例提供了一种应用于直流电路的抗短路电子开关，如图1所示，包括直流主开关元件10、门极电流限制元件14、电压跟随器元件20、电压跟随器电流限制元件24、正反馈门极元件30、反馈设置元件25、直流电流检测单元40和控制单元50，其中:
[0058]所述的直流主开关元件10的输入端连接到正反馈门极元件30的输出端和门极电流限制元件14的一端，并同时经过一个浪涌吸收元件11连接控制地，所述门极电流限制元件14的另一端连接到门控输入端Gat e，所述的直流主开关元件1的输出端连接到第一直流串联输出端roi并同时连接到电压跟随器元件20的输出端，所述的直流主开关元件10的公共端连接到直流电流检测单元40的输入端，所述直流电流检测单元40的公共端连接到第二直流串联输出端FO2并同时连接到控制地，所述直流电流检测单元40的输出端连接到所述直流主开关元件10的输入端、门极电流限制元件14的一端和正反馈门极元件30的输出端，所述正反馈门极元件30的公共端连接控制地，所述电压跟随器元件20的输入端连接到一个稳定的偏置电压源，所述电压跟随器元件20的公共端输出跟随电压VR并经过电压跟随器电流限制元件24连接到二极管23的一端，所述二极管23的另一端连接跟随电源输出端VS，所述电压跟随器元件20的公共端连接到反馈设置元件25的一端，所述反馈设置元件25的另一端连接到正反馈门极元件30的输入端并同时连接到控制单元50的启动输出端ST ；
[0059]所述控制单元50的电源输入端连接到控制电源VCC，其第二输入端520连接到门控输入端Gate，其第一输入端510连接到电压跟随器元件的输出端，所述控制单元50具有内部禁止输出端Inhibi tl和外部禁止输出端Inhibit2，所述内部禁止输出端Inhibitl连接到门极正反馈元件30的输出端，所述外部禁止输出端Inhibi t2连接到外部门极驱动器的禁止输入端；
[0060]当所述直流主开关元件10处于关断状态时，如果在门控输入端Gate输入第一控制电压或第一控制电流，如果此时通过直流负载DL的负载电流低于保护预设值，则控制单元50通过启动输出端ST输出启动信号至正反馈门极元件30的输入端实施负载启动和打开操作，此时直流主开关元件10会从截止区域转入放大区域到达饱和导通区域，从而使直流主开关元件10处于开通状态；
[0061]当直流主开关元件10处于开通状态时，如果在门控输入端Gate输入第二开关控制电压或第二控制电流时，直流主开关元件10会从饱和导通区域转入放大区域并最终到达截止区域，从而使直流主开关元件10处于关断状态；
[0062]当直流电流检测单元40检测到负载电流高于保护预设值时，所述截止型正反馈保护触发电路被触发，关断直流主开关元件10;
[0063]所述直流主开关元件10和正反馈门极元件30之间构成截止型正反馈保护触发电路，所述截止型正反馈保护触发电路的反馈路径经过电压跟随器元件20，所述直流主开关元件10是所述截止型正反馈电路的一部分；
[0064]所述截止型正反馈保护触发电路的反馈路径分别经过:直流主开关元件10的输出端到电压跟随器电流限制元件24到电压跟随器元件20的输出端到电压跟随器元件20的公共端到反馈设置元件25到正反馈门极元件30的输入端到正反馈门极元件30的输出端到直流主开关元件1的输入端。
[0065]所述电压跟随器元件20的输出跟随电压VR在直流主开关元件处于关断状态时输出不依赖于外部供电的稳定电压供低功耗装置使用。
[0066]所述控制单元50的功能包括:负载故障信号及保护功能，负载故障后重启动功能，控制电源VCC低电压闭锁功能UVL0，开关过温信号及保护功能，主开关元件信号功能；
[0067]所述控制单元50的功能其具体为:控制单元50的第一输入端510接收电压跟随器20输出电压值VR，第二输入端520接收门控输入端Gate的控制电压或电流值，如果电压跟随器元件20的输出跟随电压VR和门控输入端Gate的测量值表示出直流主开关元件10实质上为负载故障关断状态时，控制单元50可以根据该逻辑结果输出负载故障信号，同时可以根据预设要求通过输出端ST对正反馈门极元件30的输入端实施或不实施负载故障后重启动；
[0068]控制单元50的第一输入端510接收跟随器输出电压值VR，第二输入端520接收门控输入端Gate的控制电压或电流值，如果电压跟随器元件20的输出跟随电压VR和门控输入端Gate的测量值表示出直流主开关元件10实质上为主开关元件故障状态时，控制单元50可以根据该逻辑结果输出主开关元件故障信号；
[0069]负载故障后重启动的实施方法具体为:当控制单元50检测到负载故障发生后，如果预设方案中包含有负载故障重启动功能要求且门控输入端Gate仍旧为第一控制电压或第一控制电流，则在负载故障发生后的一段延时后实施负载故障后重启，启动过程具体为，输出端ST对正反馈门极元件30的输入端施加瞬间脉冲信号，使得正反馈门极元件30退出饱和导通状态，直流主开关元件10退出截止状态，如果此时串联的直流负载DL的启动或运行电流低于保护预设值，则截止型正反馈保护触发电路使得直流主开关元件10退出截止状态进入饱和导通状态，从而使负载正常启动和打开;如果此时串联的直流负载DL的启动或运行电流仍旧高于保护预设值，则截止型正反馈保护触发电路使得直流主开关元件10退出截止状态进入导通状态后再度迅速回到截止状态；
[0070]根据直流主开关元件10的功率耐量可以实施负载故障后的单次重启或多次重启或多次重启无效后停止重启；
[0071 ]控制单元50通过检测与直流主开关元件10贴近的温度传感器元件的传感值，来感知直流主开关元件10的温度，如果感知温度超过过温预设值，则控制单元50输出主开关元件过温信号而不关断直流主开关元件10，或通过内部禁止端Inhibit I关断直流主开关元件1并同时输出主开关元件过温信号。
[0072]所述截止型正反馈保护触发电路的动作过程具体为:
[0073]当所述直流负载DL电流超过保护预设值时，在直流主开关元件10从截止区域经过放大区域并向饱和导通区域转换的过程中或主电子开关元件10已经处于饱和导通的正常开通状态的时候，截止型正反馈保护触发电路接收到直流电流检测单元40的越值信号，从而引发保护动作，在保护动作的初始阶段通过直流电流检测单元40的输出端控制直流主开关元件10的输出端和公共端之间的负载电流，从而使得直流主开关元件10从饱和导通状态转入放大状态，该状态转变引发直流主开关元件10的输出端和输出端之间电压绝对值的增大，该电压绝对值的增大经过直流主开关元件10的输出端120到达电压跟随器电流限制元件24再到达电压跟随器元件20的输入端，由于电压跟随器偏置输入端VB的稳定存在，所述电压跟随器元件20的输入端和公共端处于导通状态，因此，该电压绝对值的增大再经过电压跟随器元件20的输出端到达反馈设置元件25再到达正反馈门极元件30的输入端，使得正反馈门极元件30的输出端进一步控制直流主开关元件10的输出端和公共端之间的电压绝对值进一步增大，该进一步增大再次经过直流主开关元件10的输出端、电压跟随器电流限制元件24、电压跟随器元件20、反馈设置元件25、正反馈门极元件30再次到达直流主开关元件10的输入端，从而引起直流主开关元件10的输出端和公共端之间电压绝对值的进一步增大，如此循环…….最终使得直流主开关元件10从饱和导通区域迅速到达截止区域。
[0074]优选地，如图1，直流主开关元件10为增强模式绝缘栅场效应晶体管FET或绝缘栅双极型晶体管IGBT，电压跟随器元件20为增强模式绝缘栅场效应晶体管FET，正反馈门极元件30为增强模式绝缘栅场效应晶体管FET，所述直流串联输出端和控制地之间连接有主开关输出端电流限制元件18和稳压元件19，可以提供不依赖于外部供电的电压跟随器偏置输入端VB并进而产生跟随电压VR;如果电压跟随器元件20的输入端电压跟随器偏置输入端VB能够被外部可靠输入一个稳定值，则串联输出电流限制元件18和稳压元件19为非必需元件；
[0075]优选地，如图1，直流电流检测单元40包含一个电流检测电阻45、一个基极限流电阻43和一个双极型晶体三极管41，由于双极型晶体三极管41的基极和发射极之间具有0.6?0.7V的阈值电压Vbe，因此直流电流检测单元40的负载过电流保护动作的预设阈值即可由电流检测电阻45的阻值和双极型晶体三极管41的基极和发射极之间的阈值电压的Vbe来确定。
[0076]优选地，如图1，所述门极电流限制元件14、电压跟随器电流限制元件24和反馈设置元件25为线性无源型电阻限流器或半导体有源限流器。
[0077]实施例2
[0078]本实施例提供了一种应用于交流电路的抗短路电子开关，如图2所示，包括交流主开关元件1A、门极电流限制元件14、电压跟随器元件20、电压跟随电流限制元件24、正反馈门极元件30、反馈设置元件25、交流电流检测单元4A和控制单元50，其特征在于:
[0079]所述的交流主开关元件IA的输入端连接到正反馈门极元件30的输出端和门极电流限制元件14的一端，并同时经过一个浪涌吸收元件11连接控制地，所述门极电流限制元件14的另一端连接到门控输入端Gate ；
[0080]所述交流主开关元件IA的第一交流输出端12A连接到第一串联交流输出端(PAl)，所述交流主开关元件(IA)的整流电压输出端(170)连接到电压跟随器元件20的输出端；
[0081]所述的交流主开关元件IA的第一公共端150连接到交流电流检测单元4A的第三输入端41A，所述的交流主开关元件IA的第二公共端160连接到交流电流检测单元4A的第四输入端43A，所述交流主开关元件IA的第一公共端150或第二公共端160连接到控制地，所述交流主开关元件IA的第二交流输出端13A连接到第二交流串联输出端PA2，所述交流电流检测单元4A的输出端连接到所述交流主开关元件IA的输入端和门极电流限制元件14的一端和正反馈门极元件30的输出端，所述正反馈门极元件30的公共端连接控制地，所述电压跟随器元件20的输入端连接到一个稳定的偏置电压源，所述电压跟随器元件20的公共端输出跟随电压VR并经过电压跟随器电流限制元件24连接到二极管23的一端，所述二极管23的另一端连接跟随电源输出端VS，所述电压跟随器元件20的公共端连接到反馈设置元件25的一端，所述反馈设置元件25的另一端连接到正反馈门极元件(30)的输入端并同时连接到控制单元50的启动输出端ST;
[0082]所述控制单元50的电源输入端连接到控制电源VCC，其第二输入端(520)连接到门控输入端Gate，并同时连接到门电流限制元件14的另一端，其第一输入端510连接到电压跟随器元件20公共端，所述控制单元50具有内部禁止输出端Inhibitl和外部禁止输出端Inhibi t2，所述内部禁止输出端Inhibit I连接到门极正反馈元件30的输出端，所述外部禁止输出端Inhibit2连接到外部门极驱动器禁止输入端；
[0083]当所述交流主开关元件IA处于关断状态时，如果在门控输入端Gate输入第一控制电压或第一控制电流，如果此时通过交流负载AL的负载电流低于保护预设值，则控制单元50通过启动输出端ST输出启动信号至正反馈门极元件30的输入端实施负载启动和打开操作，此时交流主开关元件IA会从截止区域转入放大区域到达饱和导通区域，从而使交流主开关元件IA处于开通状态；
[0084]当交流主开关元件IA处于开通状态时，如果在门控输入端Gate输入第二开关控制电压或第二控制电流时，交流主开关元件IA会从饱和导通区域转入放大区域并最终到达截止区域，从而使交流主开关元件IA处于关断状态；
[0085]当交流电流检测单元4A检测到负载电流高于保护预设值时，所述截止型正反馈保护触发电路被触发，关断交流主开关元件IA;
[0086]所述交流主开关元件IA和正反馈门极元件30之间构成截止型正反馈保护触发电路，所述截止型正反馈保护触发电路的反馈路径经过电压跟随器元件20，所述交流主开关元件IA是所述截止型正反馈电路的一部分；
[0087]所述截止型正反馈保护触发电路的反馈路径分别经过:交流主开关元件IA的整流电压输出端170到电压跟随器元件20的输出端到电压跟随器元件20的公共端到反馈设置元件25到正反馈门极元件30的输入端到正反馈门极元件30的输出端到交流主开关元件IA的输入端。
[0088]所述电压跟随器元件20的输出跟随电压VR在交流主开关元件处于关断状态时输出不依赖于外部供电的稳定电压供低功耗装置使用。
[0089]所述控制单元50的功能包括:负载故障信号及保护功能，控制电源VCC低电压闭锁功能，开关过温信号及保护功能，主开关元件信号功能；
[°09°]所述控制单元50的功能具体为:控制单元50的第一输入端510接收电压跟随器元件20的电压跟随器偏置输入端VR，第二输入端520接收门控输入端Gate控制电压或电流值，如果电压跟随器元件20的电压跟随器偏置输入端VR和门控输入端Gate的测量值表示出交流主开关元件IA实质上为负载故障关断状态时，控制单元50可以根据该逻辑结果输出负载故障信号，同时可以根据预设要求通过输出端ST对正反馈门极元件30的输入端实施或不实施负载故障后重启动；
[0091]控制单元50的第一输入端510接收电压跟随器元件20的输出电压值VR，第二输入端520接收门控输入端Gate的控制电压或电流值，如果电压跟随器元件20的输出跟随电压VR和门控输入端Gate的测量值表示出交流主开关元件IA实质上为主开关元件故障状态时，此时控制单元50可以根据该逻辑结果输出主开关元件故障信号；
[0092]负载故障后重启动的实施方法为:当控制单元50检测到负载故障发生后，如果预设方案中包含有负载故障重启动功能要求，则在负载故障发生后的一段延时后实施负载故障后重启，启动过程具体为，输出端ST对正反馈门极元件30的输入端施加瞬间脉冲信号，使得正反馈门极元件30退出饱和导通状态，交流主开关元件IA退出截止状态，如果此时串联的交流负载的启动或运行电流低于保护预设值，则截止型正反馈保护触发电路使得交流主开关元件IA退出截止状态进入饱和导通状态，从而使负载正常启动和打开;如果此时串联的交流负载AL的启动或运行电流仍旧高于保护预设值，则截止型正反馈保护触发电路使得交流主开关元件IA退出截止状态进入导通状态后再度迅速回到截止状态；
[0093]根据交流主开关元件IA的功率耐量可以实施负载故障后的单次重启或多次重启或多次重启无效后停止重启；
[0094]控制单元50通过检测与交流主开关元件IA贴近的温度传感器元件的传感值，来感知交流主开关元件IA的温度，如果感知温度超过过温预设值，则输出主开关元件过温信号而不关断主交流开关元件1A，或通过内部禁止端Inhibitl关断主开关元件IA并同时输出主开关元件过温信号。
[0095]所述截止型正反馈保护触发电路的动作过程具体为:
[0096]当所述交流负载AL电流超过预设值时，在交流主开关元件IA从截止区域经过放大区域并向饱和导通区域转换的过程中或交流主开关元件IA已经处于饱和导通的正常开通状态的时候，截止型正反馈保护触发电路接收到交流电流检测单元4A的越值信号，从而引发保护动作，在保护动作的初始阶段通过交流电流检测单元4A的输出端42A控制交流主开关元件IA的第一交流输出端12A和第二交流输出端13A之间流经的负载电流，从而使得交流主开关元件IA从饱和导通状态转入放大状态，该状态转变引发交流主开关元件IA的第一交流输出端12A和第二交流输出端13A之间电压绝对值的增大，该电压绝对值的增大经过二极管16和二极管17到达电压跟随器电流限制元件24再到达电压跟随器元件20的输出端220，由于输入端210的偏置电压VB的存在，所述电压跟随器元件20的输出端220和公共端230处于导通状态，因此，该电压绝对值的增大再经过电压跟随器元件20的公共端230到达反馈设置元件25再到达正反馈门极元件30的输入端310，使得正反馈门极元件30的输出端320进一步控制交流主开关元件IA的第一交流输出端120和第二交流输出端130之间的电压绝对值进一步增大，该电压绝对值进一步增大再次经过交流主开关元件IA 二极管16和二极管17、电压跟随器电流限制元件24、电压跟随器元件20、反馈设置元件25、正反馈门极元件30再次到达交流主开关元件IA的输入端11A，从而引起交流主开关元件的交流输出端之间电压绝对值的进一步增大，如此循环……最终使得交流主开关IA从饱和导通区域迅速到达截止区域。
[0097]优选地，如图2，交流主开关元件IA为两个增强模式绝缘栅场效应晶体管(FET)背靠背连接而成，其内部各具有一个体二极管，同二极管16、17共同构成桥式整流电路，产生整流电压经整流电压输出端170输出，电压跟随器元件20为增强模式绝缘栅场效应晶体管FET，正反馈门极元件30为增强模式绝缘栅场效应晶体管FET，18、19分别为电流限制元件和稳压元件，可以不依赖外部电源独立产生电压跟随器元件20的偏置电压VB，并进而产生跟随电压VR; 11为主开关元件的栅极浪涌吸收元件，SA为主开关交流侧浪涌吸收装置，TS为短路测试开关，AL为交流负载，AC为交流电源，F2为交流熔丝。
[0098]优选地，如图2，交流电流检测单元4A包含一个电流检测电阻45、两个基极限流电阻43、44和两个双极型晶体三极管41、42，由于双极型晶体三极管41、42的基极和发射极之间具有0.6?0.7V的阈值电压Vbe，因此交流电流检测单元4A的负载过电流保护动作的预设值即可由电流检测电阻45的阻值和双极型晶体三极管41、42的基极和发射极之间的阈值电压Vbe来确定。
[0099]优选地，如图2，所述门极电流限制元件14、电压跟随器电流限制元件24和反馈设置元件25为线性无源型电阻限流器或半导体有源限流器。
[0100]实施例3
[0101]优选地，图4所示的是一种基于本发明的通用抗短路电子开关示意图，其主框6为本发明所述的交流或直流抗短路电子开关，其引出端口分别为:偏置电压输入端VB、跟随器电压输出端VS、门极输入端Gate、夕卜部禁止输出端Inhibi t2、负载故障信号输出端LoadFai Iure、主开关元件故障输出端Swi tchFai Iure，主开关过热信号输出端Overheat，第一串联交流或直流端口 Pl，第二串联交流或直流端口 P2，外部交流或直流负载为AL/DC，外部短路测试开关为TS，外部交流或直流电源为AC/DC，外部交流或直流熔丝为F，外部浪涌吸收装置为SA。图4中的与门电路框60表示受外部禁止输出端Inhibit2控制的门极驱动电路，其中第一输入端连接外部开关控制信号端口 SW-1N，第二输入端连接外部禁止输出端Inhibit2，门极驱动电路输出端连接门极输入端Gate，当外部禁止输出端Inhibit2输出允许值时，外部开关控制信号端口 SW-1N可以输入开关控制信号对抗短路电子开关所串联的负载实施启动、打开、关闭控制。
[0102]考虑到某种极端情况出现的可能，例如主开关元件损坏或过温保护动作，所述的抗短路电子开关还具有主开关元件故障信号输出端Swi tchFai lure，该端口可以被用来控制具有机械触点开断功能的断路器、电磁继电器、接触器或者磁保持继电器、接触器来实施当主电子开关失效时的备用安全转换。
[0103]实施例4
[0104]优选地，图5是一种基于本发明的两线制抗短路电子开关示意图，其主框6为本发明所述的交流或直流抗短路电子开关，其引出端口分别为:偏置电压输入端VB、跟随器电压输出端VS、门极输入端Gate、外部禁止输出端Inhibi t2、负载故障信号输出端LoadFai lure、主开关元件故障信号输出端SwitchFailure，第一串联交流或直流端口 P1，第二串联交流或直流端口 P2，外部交流或直流负载为AL/DC，外部短路测试开关为TS，外部交流或直流电源SAC/DC，外部交流或直流熔丝为F，外部浪涌吸收装置为SA。图5中的与门电路框60表示受外部禁止输出端Inhibi t2控制的门极驱动电路，其第一输入端连接外部开关控制信号端口SW-1N，第二输入端连接外部禁止输出端Inhibit2，门极驱动电路输出端连接门极输入端Gate，当外部禁止输出端Inhibit2输出允许值时，外部开关控制信号端口 SW-1N可以输入开关控制信号对抗短路电子开关所串联的负载实施启动、打开、关闭控制；图中的含有变压器符号的方框61为交流或者直流的电流变压器转换器，可以将串联负载的交流或者直流电流转换为所需的控制电压，经过二极管元件到达控制电源VCC，此时所述抗短路电子开关的控制电源VCC由连接在主直流输出端VH的电阻18和连接于电阻19和控制地之间的稳压元件19获得一定的直流电压作为内部电压跟随器元件的偏置电压输入端VB，再从内部电压跟随器元件的输出端经二极管23输出供电电压VS，此时，在一定负载功率的情况下，无论内部主开关处于开通或关断状态，其控制控制电源VCC均可以维持在一定值，满足开关操作的需要，本两线制抗短路电子开关实际可以控制的串联负载功率有最小值限制。
[0105]考虑到某种极端情况出现的可能，例如主开关元件损坏或过温保护动作，所述的抗短路电子开关还具有主开关元件故障信号输出端Swi tchFai lure，该端口可以被用来控制具有机械触点开断功能的断路器、电磁继电器、接触器或者磁保持继电器、接触器来实施当主电子开关失效时的备用安全转换。
[0106]实施例5
[0107]优选地，图6是一种基于本发明的抗短路电子继电器示意图，其主框6为本发明所述的交流或直流抗短路电子开关，其引出端口分别为:偏置电压输入端VB、跟随器电压输出端VS、门极输入端Gate、外部禁止输出端Inhibit2、负载故障信号输出端LoadFai Iure、主开关元件故障信号输出端SwitchFai Iure，第一串联交流或直流端口 Pl，第二串联交流或直流端口 P2，外部交流或直流负载为AL/DC，外部短路测试开关为TS，外部交流或直流电源为AC/DC，外部交流或直流熔丝为F，外部浪涌吸收装置为SA。图中的与门电路框60表示受外部禁止输出端Inhibi t2控制的门极驱动电路，其中第一输入端连接外部开关控制信号端口 SW-1N，第二输入端连接外部禁止输出端Inhibit2，门极驱动电路输出端连接门极输入端Gate，当外部禁止输出端I nh i b i 12输出允许值时，外部开关控制信号端口 SW-1N可以输入开关控制信号对抗短路电子开关所串联的负载实施启动、打开、关闭控制。图中的71为控制端隔离变压器，72为控制端隔离变压器次级整流元件，81为光电隔离有源输出耦合器，其输出端为串联型硅光电池，外部开关控制信号端口 SW-1N可以输入开关控制信号对抗短路电子开关所串联的负载实施启动、打开、关闭控制，此时主开关控制电路和外部开关控制信号端口SW-1N为电气隔离状态，外部开关控制端口 SW-1N输入开关控制信号时所述抗短路电子继电器的开关控制部分需要消耗一定功率，通常在0.1W以内。所述抗短路电子继电器没有串联负载的最小功率限制。
[0108]在某些特殊情况下，如果串联负载的功率足够大，也可以采用在两线制开关控制的基础上，如图4所示，可以利用光电隔离无源输出耦合器63构成内部自供电的电子继电器，但此时的电子继电器具有最小串联负载功率限制。
[0109]考虑到某种极端情况出现的可能，例如主开关元件损坏或过温保护动作，所述的抗短路电子开关还具有主开关元件故障信号输出端SwitchFai Iure该端口可以被用来控制具有机械开断功能的断路器、电磁继电器、接触器或者磁保持继电器、接触器来实施当主电子开关失效时的备用安全转换。
[0110]实施例6
[0111]优选地，图7为一种电子管作为主开关元件、电压跟随器元件和正反馈门极元件的抗短路电子开关，其中a示意图应用于直流电路应用，示意图应用于交流电路应用，其各个电子管元件的阳极、栅极、阴极分别对应场效应晶体管的漏极、栅极和源极，或双极型晶体管的集电极、基极和发射极。所不同的是，需要在各电子管的栅极增加偏置工作点电压Bis和VB，通常为负电压，以及直流电流检测单元40和交流电路检测单元4A采用光电隔离方式构成负载电流检测单元，或采用非光电隔离的晶体管进行电位转换。
[0112]实施例7
[0113]图8为所述抗短路电子开关涉及的集成化封装以及引脚示意，其外部禁止输出端Inhibit2控制的驱动器60可以内置，以减少外围元件的数量。其中a为小型塑封结构的抗短路电子开关集成电路，可以满足小功率负载的控制，b为具有散热器91以及扩展散热功能的固定螺丝孔92的外形结构示意图。
[0114]本发明提出一种抗短路电子开关，与负载串联，直接控制负载进行启动、打开和关闭操作，当负载打开或启动过程中电流检测单元检测到负载启动电流或运行电流超越预设阈值时，内部的截止型正反馈保护触发电路动作，从而切断串联负载的电流，实现负载过电流和短路保护。本电子开关可以直接作为负载开关使用，且本身就具备负载过电流及保护功能，可以构成诸如通用抗短路电子开关、两线制抗短路电子开关、抗短路电子继电器和抗短路相控或PffM电子功率元件。
[0115]显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
【主权项】
1.一种应用于直流电路的抗短路电子开关，包括直流主开关元件(10)、门极电流限制元件(14)、电压跟随器元件(20)、正反馈门极元件(30)、反馈设置元件(25)、直流电流检测单元(40)和控制单元(50)，其特征在于: 所述的直流主开关元件(10)的输入端连接到正反馈门极元件(30)的输出端和门极电流限制元件(14)的一端，所述门极电流限制元件(14)的另一端连接到门控输入端Gat e，所述的直流主开关元件(10)的输出端连接到第一直流串联输出端roi并同时连接到电压跟随器元件(20)的输出端，所述的直流主开关元件(10)的公共端连接到直流电流检测单元(40)的输入端，所述直流电流检测单元(40)的公共端连接到第二直流串联输出端TO2并同时连接到控制地，所述直流电流检测单元(40)的输出端连接到所述直流主开关元件(1)的输入端、门极电流限制元件(14)的一端和正反馈门极元件(30)的输出端，所述正反馈门极元件(30)的公共端连接控制地，所述电压跟随器元件(20)的输入端连接到一个稳定的偏置电压源，所述电压跟随器元件(20)的公共端连接到反馈设置元件(25)的一端，所述反馈设置元件(25)的另一端连接到正反馈门极元件(30)的输入端并同时连接到控制单元(50)的启动输出端ST; 所述控制单元(50)的电源输入端连接到控制电源VCC，其第二输入端(520)连接到门控输入端Gate，其第一输入端(510)连接到电压跟随器的公共端，所述控制单元(50)具有内部禁止输出端Inhibitl和外部禁止输出端Inhibit2，所述内部禁止输出端Inhibitl连接到正反馈门极元件(30)的输出端，所述外部禁止输出端Inhibit2连接到外部门极驱动器的禁止输入端； 当所述直流主开关元件(10)处于关断状态时，在门控输入端Gate输入第一控制电压或第一控制电流，如果此时通过直流负载DL的负载电流低于保护预设值，则控制单元(50)通过启动输出端ST输出启动信号至正反馈门极元件(30)的输入端实施负载启动和打开操作，此时直流主开关元件(10)会从截止区域转入放大区域到达饱和导通区域，从而使直流主开关元件(10)处于开通状态； 当直流主开关元件(1)处于开通状态时，如果在门控输入端Gate输入第二开关控制电压或第二控制电流时，直流主开关元件(10)会从饱和导通区域转入放大区域并最终到达截止区域，从而使直流主开关元件(10)处于关断状态； 当直流电流检测单元(40)检测到负载电流高于保护预设值时，所述截止型正反馈保护触发电路被触发，关断直流主开关元件(10)。2.根据权利要求1所述的应用于直流电路的抗短路电子开关，其特征在于: 所述直流主开关元件(10)和正反馈门极元件(30)之间构成截止型正反馈保护触发电路，所述截止型正反馈保护触发电路的反馈路径经过电压跟随器元件(20)，所述直流主开关元件(10)是所述截止型正反馈保护触发电路的一部分。3.根据权利要求2所述的应用于直流电路的抗短路电子开关，其特征在于: 所述截止型正反馈保护触发电路的反馈路径分别经过:直流主开关元件(10)的输出端到电压跟随器元件(20)的输出端到电压跟随器元件(20)的公共端到反馈设置元件(25)到正反馈门极元件(30)的输入端到正反馈门极元件(30)的输出端到直流主开关元件(10)的输入端。4.根据权利要求1所述的应用于直流电路的抗短路电子开关，其特征在于:所述电压跟随器元件(20)的输出跟随电压VR在直流主开关元件(10)处于关断状态时输出不依赖于外部供电的稳定电压供低功耗装置使用。5.根据权利要求1-4任一项所述的应用于直流电路的抗短路电子开关，其特征在于: 所述控制单元(50)的功能包括:负载故障信号及保护功能，负载故障后重启动功能，控制电源VCC低电压闭锁功能，开关过温信号及保护功能，主开关元件故障信号功能； 所述控制单元(50)的功能具体为:控制单元(50)的第一输入端(510)接收电压跟随器元件(20)的跟随输出电压值VR，第二输入端(520)接收门控输入端Gate的控制电压或电流值，如果电压跟随器元件(20)的输出跟随电压VR和门控输入端Gate的测量值表示出直流主开关元件(10)实质上为负载故障关断状态时，控制单元(50)可以根据该逻辑结果输出负载故障信号，同时可以根据预设要求通过输出端ST对正反馈门极元件(30)的输入端实施或不实施负载故障后重启动； 控制单元(50)的第一输入端(510)接收跟随器输出电压值VR，第二输入端(520)接收门控输入端Gate的控制电压或电流值，如果电压跟随器元件(20)的输出跟随电压VR和门控输入端Gate的测量值表示出直流主开关元件(10)实质上为主开关元件故障状态时，控制单元(50)可以根据该逻辑结果输出主开关元件故障信号； 负载故障后重启动的实施方法为:当控制单元(50)检测到负载故障发生后，如果预设方案中包含有负载故障重启动功能要求且门控输入端Gate仍旧为第一控制电压或第一控制电流，则在负载故障发生后的一段延时后实施负载故障后重启，启动过程具体为，输出端ST对正反馈门极元件(30)的输入端施加瞬间脉冲信号，使得正反馈门极元件(30)退出饱和导通状态，直流主开关元件(10)退出截止状态，如果此时串联的直流负载DL的启动或运行电流低于保护预设值，则截止型正反馈保护触发电路使得直流主开关元件(10)进入饱和导通状态，从而使负载正常启动和打开;如果此时串联的直流负载(DL)的启动或运行电流仍旧高于保护预设值，则截止型正反馈保护触发电路使得直流主开关元件(10)退出截止状态进入导通状态后再度迅速回到截止状态； 根据直流主开关元件(10)的功率耐量可以实施负载故障后的单次重启或多次重启或多次重启无效后停止重启； 控制单元(50)通过检测与直流主开关元件(10)贴近的温度传感器元件的传感值，来感知直流主开关元件(10)的温度，如果感知温度超过过温预设值，则控制单元(50)输出主开关元件过温信号而不关断直流主开关元件(10)，或通过内部禁止端Inhibit I关断直流主开关元件(1)并同时输出主开关元件过温信号。6.—种应用于交流电路的抗短路电子开关，包括交流主开关元件(IA)、门极电流限制元件(14)、电压跟随器元件(20)、正反馈门极元件(30)、反馈设置元件(25)、交流电流检测单元(4A)和控制单元(50)，其特征在于: 所述的交流主开关元件(IA)的输入端连接到正反馈门极元件(30)的输出端和门极电流限制元件(14)的一端，所述门极电流限制元件(14)的另一端连接到门控输入端Gat e，所述交流主开关元件(IA)的第一交流输出端(12A)连接到第一串联交流输出端(PAl)，所述交流主开关元件(IA)的整流电压输出端(170)连接到电压跟随器元件(20)的输出端，所述交流主开关元件(IA)的第一公共端(150)连接到交流电流检测单元(4A)的第三输入端(41A)，所述的交流主开关元件(IA)的第二公共端(160)连接到交流电流检测单元(4A)的第四输入端(43A)，所述交流主开关元件(IA)的第一公共端(150)或第二公共端(160)连接到控制地，所述交流主开关元件(IA)的第二交流输出端(13Α)连接到第二交流串联输出端ΡΑ2，所述交流电流检测单元(4Α)的输出端连接到所述交流主开关元件(IA)的输入端和门极电流限制元件(14)的一端和正反馈门极元件(30)的输出端，所述正反馈门极元件(30)的公共端连接控制地，所述电压跟随器元件(20)的输入端连接到一个稳定的偏置电压源，所述电压跟随器元件(20)的公共端连接到反馈设置元件(25)的一端，所述反馈设置元件(25)的另一端连接到正反馈门极元件(30)的输入端并同时连接到控制单元(50)的启动输出端ST ； 所述控制单元(50)的电源输入端连接到控制电源VCC，其第二输入端(520)连接到门控输入端Gate，其第一输入端(510)连接到电压跟随器元件(20)公共端，所述控制单元(50)具有内部禁止输出端Inhibitl和外部禁止输出端Inhibit2，所述内部禁止输出端Inhibitl连接到正反馈门极元件(30)的输出端，所述外部禁止输出端Inhibi t2连接到外部门极驱动器禁止输入端； 当所述交流主开关元件(IA)处于关断状态时，在门控输入端Gate输入第一控制电压或第一控制电流，如果此时通过交流负载AL的负载电流低于保护预设值，则控制单元(50)通过启动输出端ST输出启动信号至正反馈门极元件(30)的输入端实施负载启动和打开操作，此时交流主开关元件(IA)会从截止区域转入放大区域到达饱和导通区域，从而使交流主开关元件(IA)处于开通状态； 当交流主开关元件(IA)处于开通状态时，如果在门控输入端Gate输入第二开关控制电压或第二控制电流时，交流主开关元件(IA)会从饱和导通区域转入放大区域并最终到达截止区域，从而使交流主开关元件(IA)处于关断状态； 当交流电流检测单元(4A)检测到负载电流高于保护预设值时，所述截止型正反馈保护触发电路被触发，关断交流主开关元件(IA)。7.根据权利要求5所述的应用于交流电路的抗短路电子开关，其特征在于: 所述交流主开关元件(IA)和正反馈门极元件(30)之间构成截止型正反馈保护触发电路，所述截止型正反馈保护触发电路的反馈路径经过电压跟随器元件(20)，所述交流主开关元件(IA)是所述截止型正反馈保护触发电路的一部分。8.根据权利要求6所述的应用于交流电路的抗短路电子开关，其特征在于: 所述截止型正反馈保护触发电路的反馈路径分别经过:交流主开关元件(IA)的整流电压输出端(170)到电压跟随器元件(20)的输出端到电压跟随器元件(20)的公共端到反馈设置元件(25)到正反馈门极元件(30)的输入端到正反馈门极元件(30)的输出端到交流主开关元件(IA)的输入端。9.根据权利要求8所述的应用于交流电路的抗短路电子开关，其特征在于:所述电压跟随器元件(20)的输出跟随电压(VR)在交流主开关元件(IA)处于关断状态时输出不依赖于外部供电的稳定电压供低功耗装置使用。10.根据权利要求9所述的应用于交流电路的抗短路电子开关，其特征在于: 所述控制单元(50)的功能包括:负载故障信号及保护功能，负载故障后重启动功能，控制电源VCC低电压闭锁功能，开关过温信号及保护功能，主开关元件故障信号功能； 所述控制单元(50)的功能具体为:控制单元(50)的第一输入端(510)接收电压跟随器元件(20)的跟随输出电压值VR，第二输入端(520)接收门控输入端Gate控制电压或电流值，如果电压跟随器元件(20)的输出跟随电压VR和门控输入端Gate的测量值表示出交流主开关(IA)实质上为负载故障关断状态时，控制单元(50)可以根据该逻辑结果输出负载故障信号，同时可以根据预设要求通过输出端(ST)对正反馈门极元件(30)的输入端实施或不实施负载故障后重启动； 控制单元(50)的第一输入端(510)接收电压跟随器元件(20)的输出电压值VR，第二输入端(520)接收门控输入端Gate的控制电压或电流值，如果电压跟随器元件(20)的输出跟随电压VR和门控输入端Gate的测量值表示出交流主开关元件(IA)实质上为主开关元件故障状态时，此时控制单元(50)可以根据该逻辑结果输出主开关元件故障信号； 负载故障后重启动的实施方法为:当控制单元(50)检测到负载故障发生后，如果预设方案中包含有负载故障重启动功能要求且门控输入端Gate仍旧为第一控制电压或第一控制电流，则在负载故障发生后的一段延时后实施负载故障后重启，启动过程具体为，输出端ST对正反馈门极元件(30)的输入端施加瞬间脉冲信号，使得正反馈门极元件(30)退出饱和导通状态，交流主开关元件(IA)退出截止状态，如果此时串联的交流负载的启动或运行电流低于保护预设值，则截止型正反馈保护触发电路使得交流主开关元件(IA)退出截止状态进入饱和导通状态，从而使负载正常启动和打开;如果此时串联的交流负载(AL)的启动或运行电流仍旧高于保护预设值，则截止型正反馈保护触发电路使得交流主开关元件(IA)退出截止状态进入导通状态后再度迅速回到截止状态； 根据交流主开关元件(IA)的功率耐量可以实施负载故障后的单次重启或多次重启或多次重启无效后停止重启； 控制单元(50)通过检测与交流主开关元件(IA)贴近的温度传感器元件的传感值，来感知交流主开关元件(IA)的温度，如果感知温度超过过温预设值，则输出主开关元件过温信号而不关断主交流开关元件(IA)，或通过内部禁止端Inhibitl关断主开关元件(IA)并同时输出主开关元件过温信号。
【文档编号】H02H3/087GK106058797SQ201610522528
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月5日
【发明人】徐云松, 约翰·凯文·格雷迪
【申请人】徐云松