一种固态继电器及其异常状态重启方法与流程

1.本发明实施例涉及固态继电器技术，尤其涉及一种固态继电器及其异常状态重启方法。


背景技术：

2.随着经济和科技的发展，汽车行业也随之蓬勃发展。目前汽车内部用于实现电源分配功能的车用配电盒中普遍采用继电器。继电器内部通过机械结构实现电路的导通和关断，多次使用后具有拉弧等不良现象发生。机械式继电器相比由半导体器件构成的固态继电器，机械式继电器的寿命低、可靠性低、动作时间长且电磁干扰大。
3.因此，在车用配电盒中采用固态继电器是较为理想的选择。但是，由于固态继电器在触发高边开关过流、短路或者过温保护后，固态继电器的输出端会被自动关断，并且锁存关断状态。需要进行复位后，才能重新打开输出端。一般复位控制端信号由固态继电器内部的单片机来提供。但是受限于车用配电盒内空间尺寸，安装于车用配电盒内的固态继电器无法放下单片机。会因此造成触发高边开关保护后，固态继电器的输出端处于关断状态，无法输出电流的问题。


技术实现要素：

4.本发明提供一种固态继电器及其异常状态重启方法，用以缩小固态继电器体积的同时，保留固态继电器在异常状态结束后自动重启的功能。降低固态继电器制造成本。
5.第一方面，本发明实施例提供了一种固态继电器，其中包括：
6.高边开关；
7.第一电阻，所述第一电阻的第一端连接所述高边开关的故障诊断反馈引脚，所述第一电阻的第二端接地；
8.控制开关模块，所述控制开关模块的第一端连接所述高边开关的输入端，所述控制开关模块的第二端接地，所述控制开关模块的第三端连接所述第一电阻的第一端，所述控制开关模块用于根据所述控制开关模块的第三端的电压，控制所述控制开关模块的第一端和所述控制开关模块的第二端之间的导通和关断；
9.控制侧输入端子，所述控制侧输入端子连接所述控制开关模块的第一端；
10.控制侧输出端子，所述控制侧输出端子接地；
11.负载侧输入端子，所述负载侧输入端子连接所述高边开关的电源端；
12.负载侧输出端子，所述负载侧输出端子连接所述高边开关的输出端。
13.可选的，所述控制开关模块包括三极管和第一稳压管；
14.所述三极管的输入端连接所述高边开关的输入端，所述三极管的输出端接地，所述三极管的控制端连接所述第一稳压管的正极，所述第一稳压管的负极连接所述第一电阻的第一端。
15.可选的，所述控制开关模块包括mos管；
16.所述mos管的第一端连接所述高边开关的输入端，所述mos管的第二端接地，所述mos管的控制端连接所述第一电阻的第一端。
17.可选的，所述控制开关模块还包括第一稳压管；
18.所述mos管的控制端连接所述第一稳压管的正极，所述第一稳压管的负极连接所述第一电阻的第一端。
19.可选的，还包括第二电阻和第一电容；
20.所述第二电阻的第一端连接所述第一电阻的第一端，所述第二电阻的第二端与所述第一电容的第一端和所述控制开关模块的第三端相连接，所述第一电容的第二端连接所述第一电阻的第二端。
21.可选的，还包括第三电阻和第四电阻；
22.所述第三电阻的第一端与所述负载侧输入端子和所述高边开关的电源端相连接，所述第三电阻的第二端与所述第四电阻的第一端和所述高边开关的使能端相连接，所述第四电阻的第二端接地。
23.可选的，还包括第二稳压管；
24.所述第二稳压管的负极连接所述高边开关的使能端，所述第二稳压管的正极接地。
25.可选的，还包括第五电阻；
26.所述第五电阻的第一端连接所述控制开关模块的第三端，所述第五电阻的第二端接地。
27.可选的，还包括第三稳压管和第二电容；
28.所述第三稳压管的第一端和所述第二电容的第一端均与所述负载侧输入端子连接，所述第三稳压管的第二端和所述第二电容的第二端均接地。
29.第二方面，本发明实施例还提供了一种固态继电器的异常状态重启方法，适用于上述任一所述的固态继电器，所述固态继电器的异常状态重启方法包括：
30.高边开关的故障诊断反馈引脚输出反馈电流；
31.控制开关模块在接收到所述反馈电流时打开，所述高边开关的输入端接地，生成复位信号；
32.所述复位信号保持预设时间后，若所述高边开关的故障诊断反馈引脚为第一电平，则进入正常工作状态。
33.本发明实施例提供的固态继电器。包括：高边开关；第一电阻，第一电阻的第一端连接高边开关的故障诊断反馈引脚，第一电阻的第二端接地；控制开关模块，控制开关模块的第一端连接高边开关的输入端，控制开关模块的第二端接地，控制开关模块的第三端连接第一电阻的第一端，控制开关模块用于根据控制开关模块的第三端的电压，控制控制开关模块的第一端和控制开关模块的第二端之间的导通和关断；控制侧输入端子，控制侧输入端子连接控制开关模块的第一端；控制侧输出端子，控制侧输出端子接地；负载侧输入端子，负载侧输入端子连接高边开关的电源端；负载侧输出端子，负载侧输出端子连接高边开关的输出端。本发明实施例中的固态继电器通过内部的控制开关模块提供复位信号，免去了设置单片机。进而在缩小固态继电器体积的同时，保留固态继电器在异常状态结束后自动重启的功能。降低固态继电器制造成本。
附图说明
34.图1为本发明实施例提供的一种固态继电器的结构示意图；
35.图2为本发明实施例提供的另一种固态继电器的结构示意图；
36.图3为本发明实施例提供的另一种固态继电器的结构示意图；
37.图4为本发明实施例提供的另一种固态继电器的结构示意图；
38.图5为本发明实施例提供的一种固态继电器的异常状态重启方法的流程图；
39.图6为本发明实施例提供的一种电路仿真波形图。
具体实施方式
40.下面结合附图和实施例对本发明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发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
41.图1为本发明实施例提供的一种固态继电器的结构示意图，参见图1。本发明实施例提供了一种固态继电器，其中包括：
42.高边开关u1；
43.第一电阻r1，第一电阻r1的第一端连接高边开关的故障诊断反馈引脚is，第一电阻r1的第二端接地；
44.控制开关模块1，控制开关模块1的第一端连接高边开关的输入端in，控制开关模块1的第二端接地，控制开关模块1的第三端连接第一电阻r1的第一端，控制开关模块1用于根据控制开关模块1的第三端的电压，控制控制开关模块1的第一端和控制开关模块1的第二端之间的导通和关断；
45.控制侧输入端子j1，控制侧输入端子j1连接控制开关模块1的第一端；
46.控制侧输出端子j2，控制侧输出端子j2接地；
47.负载侧输入端子j3，负载侧输入端子j3连接高边开关的电源端vs；
48.负载侧输出端子j4，负载侧输出端子j4连接高边开关的输出端out。
49.其中，本发明实施例中所采用的高边开关u1可以是任意一种高边开关芯片，本发明实施例不针对其具体型号进行限定。控制侧输入端子j1可以接外部控制器，由外部控制器向控制侧输入端子j1提供控制信号。控制侧输出端子j2与高边开关的接地端gnd均接地。负载侧输入端子j3可以接车载电源，负载侧输出端子j4可以接负载。在高边开关u1处于正常工作状态时，高边开关的输入端in的电平与固态继电器的控制侧输入端子j1的电平保持同步。当高边开关的输入端in为高电平时，高边开关的输出端out输出电流；当高边开关的输入端in为低电平时，高边开关的输出端out停止输出电流。其中高电平和低电平所对应的电压数值可以根据实际需要确定。在高边开关u1处于过流、对地短路以及高边开关u1过温等故障时，高边开关u1进入保护状态。高边开关的输出端out被自动关断，高边开关的故障诊断反馈引脚is输出反馈电流，反馈电流流经第一电阻r1，在第一电阻r1两端形成反馈电压。反馈电压向控制开关模块1的第三端提供了高电平。高电平可使控制开关模块1的第一端和第二端之间导通，从而将高边开关的输入端in接地，形成低电平。高边开关的输入端in在低电平状态下经过预设时间后，触发高边开关u1复位。其中预设时间可以根据高边开关u1的型号确定。复位后的高边开关u1检测其是否处于过流、对地短路以及高边开关u1过温
等故障状态下。若是，则继续重复上述步骤。若否，则高边开关u1开始正常工作。本发明实施例中的固态继电器通过内部的控制开关模块1提供复位信号，免去了设置单片机。进而在缩小固态继电器体积的同时，保留固态继电器在异常状态结束后自动重启的功能。降低固态继电器制造成本。
50.继续参见图1。在另一些实施例中，控制开关模块1包括三极管q1和第一稳压管z1；
51.三极管q1的输入端连接高边开关的输入端in，三极管q1的输出端接地，三极管q1的控制端连接第一稳压管z1的正极，第一稳压管z1的负极连接第一电阻r1的第一端。
52.其中，第一稳压管z1的击穿电压可以根据实际需要确定。三极管q1可以是npn型三极管，三极管q1的输入端可以是三极管q1的集电极，三极管q1的输出端可以是三极管q1的发射极，三极管q1的控制端可以是三极管q1的基极。当高边开关u1处于故障状态时，故障诊断反馈引脚is的反馈电压高于稳压管两端的电压加上三极管q1基极所需的导通电压，三极管q1开通，in引脚电位被拉低。直到高边开关u1恢复正常状态，高边开关的故障诊断反馈引脚is的反馈电压低于稳压管两端的电压加上三极管q1基极所需的导通电压，三极管q1关断。由此实现控制开关模块1的导通和关断。
53.图2为本发明实施例提供的另一种固态继电器的结构示意图，参见图2。在另一些实施例中，控制开关模块1包括mos管m1；
54.mos管m1的第一端连接高边开关的输入端in，mos管m1的第二端接地，mos管m1的控制端连接第一电阻r1的第一端。
55.其中，mos管m1可以是n型mos管。mos管m1的第一端可以是mos管的源极，mos管m1的第二端可以是mos管的漏极，mos管m1的控制端可以是mos管的栅极。或者，mos管m1的第一端可以是mos管的漏极，mos管m1的第二端可以是mos管的源极，mos管m1的控制端可以是mos管的栅极。当高边开关u1处于故障状态时，故障诊断反馈引脚is的反馈电压高于mos管的源极电压与mos管开启电压之和，mos管m1导通，in引脚电位被拉低。直到高边开关u1恢复正常状态，高边开关的故障诊断反馈引脚is的反馈电压低于mos管的源极电压与mos管开启电压之和，mos管m1关断。由此实现控制开关模块1的导通和关断。
56.图3为本发明实施例提供的另一种固态继电器的结构示意图，参见图3。在上一实施例基础上，控制开关模块1还包括第一稳压管z1；
57.mos管的控制端连接第一稳压管z1的正极，第一稳压管z1的负极连接第一电阻r1的第一端。
58.其中，第一稳压管z1的击穿电压可以根据实际需要确定。可以通过对第一稳压管z1进行选型，实现mos管m1进行导通关断动作的动作电压点的调节。当高边开关u1处于故障状态时，故障诊断反馈引脚is的反馈电压高于mos管的源极电压与mos管开启电压以及第一稳压管z1两端电压之和，mos管m1导通，in引脚电位被拉低。直到高边开关u1恢复正常状态，高边开关的故障诊断反馈引脚is的反馈电压低于mos管的源极电压与mos管开启电压以及第一稳压管z1两端电压之和，mos管m1关断。由此实现控制开关模块1的导通和关断。
59.图4为本发明实施例提供的另一种固态继电器的结构示意图，参见图4。在另一些实施例中，还包括第二电阻r2和第一电容c1；
60.第二电阻r2的第一端连接第一电阻r1的第一端，第二电阻r2的第二端与第一电容c1的第一端和控制开关模块1的第三端相连接，第一电容c1的第二端连接第一电阻r1的第
二端。
61.其中，第二电阻r2的阻值和第一电容c1的容值可以根据实际需要确定。通过将串联的第二电阻r2和第一电容c1组成的滤波电路并联于第一电阻r1的两端，可以对第一电阻r1两端的反馈电压的抖动进行抑制。进而向控制开关模块1提供高质量的反馈电压，提高了系统的稳定性和可靠性。
62.继续参见图1-4。在另一些实施例中，还包括第三电阻r3和第四电阻r4；
63.第三电阻r3的第一端与负载侧输入端子j3和高边开关的电源端vs相连接，第三电阻r3的第二端与第四电阻r4的第一端和高边开关的使能端den相连接，第四电阻r4的第二端接地。
64.其中，当高边开关的使能端den为高电平时，高边开关u1开启诊断功能，以实现高边开关u1是否处于故障状态的自我诊断。可以根据实际需要确定第三电阻r3和第四电阻r4的阻值，通过第三电阻r3和第四电阻r4实现分压，在高边开关的使能端den获得合适的电压作为高电平，以保持高边开关的诊断功能始终处于开启状态。通过设置第三电阻r3和第四电阻r4这两个分压电阻，免去了另外设置用于供应高边开关的使能端den高电平的电源，在节约成本的同时进一步的缩小了固态继电器的体积。
65.继续参见图1-4。在上一实施例基础上，还包括第二稳压管z2；
66.第二稳压管z2的负极连接高边开关的使能端den，第二稳压管z2的正极接地。
67.其中，可以选取击穿电压略高于高边开关的使能端den高电平电压的稳压管作为第二稳压管z2。当第四电阻r4出现断路，或者负载侧输入端子j3的电压过高时，第二稳压管z2击穿以降低高边开关的使能端den电压，避免过高的电压损坏高边开关u1，提高固态继电器的稳定性和可靠性。
68.继续参见图1-4。在另一些实施例中，还包括第五电阻r5；
69.第五电阻r5的第一端连接控制开关模块1的第三端，第五电阻r5的第二端接地。
70.其中，第五电阻r5的阻值可以根据实际需要确定。通过第五电阻r5，可以快速释放控制开关模块1的第三端的电荷。控制开关模块1的第三端由高电平转变为低电平的时候，第五电阻r5可以作为控制开关模块1的第三端电荷的快速排出途径。提高控制开关模块1的反应速度。
71.继续参见图1-4。在另一些实施例中，还包括第三稳压管z3和第二电容c2；
72.第三稳压管z3的第一端和第二电容c2的第一端均与负载侧输入端子j3连接，第三稳压管z3的第二端和第二电容c2的第二端均接地。
73.其中，第三稳压管z3的击穿电压和第二电容c2的容值可以根据实际需要确定。第三稳压管z3可以避免负载侧输入端子j3的电压过高，损坏固态变压器。第二电容c2可以对负载侧输入端子j3的电压进行滤波，使得输入负载侧输入端子j3的电压更稳定。
74.继续参见图1-4。在另一些实施例中，还包括第六电阻r6和第三电容c3；
75.第六电阻r6的第一端和第三电容c3的第一端均连接高边开关的输出端out，第六电阻r6的第二端和第三电容c3的第二端均接地。通过第六电阻r6和第三电容c3可以对负载侧输出端子j4的电压进行滤波，降低负载侧输出端子j4的电压波动。
76.图5为本发明实施例提供的一种固态继电器的异常状态重启方法的流程图，参见图4和图5。另一方面，本发明实施例还提供了一种固态继电器的异常状态重启方法，适用于
上述本发明实施例中任一种固态继电器，固态继电器的异常状态重启方法包括：
77.s1：高边开关的故障诊断反馈引脚is输出反馈电流；
78.s2：控制开关模块1在接收到反馈电流时打开，高边开关的输入端in接地，生成复位信号；
79.s3：复位信号保持预设时间后，若高边开关的故障诊断反馈引脚is为第一电平，则进入正常工作状态。
80.其中，第一电平为高边开关u1处于正常工作状态下，高边开关的故障诊断反馈引脚is的电平，可以通过测定得出。正常工作情况下，高边开关的故障诊断反馈引脚is输出的电流与高边开关的输出端out的电流成正比例。因此故障诊断反馈引脚is输出的电流较小，经过第一电阻r1转换后的第一电平也比较小，无法使控制开关模块1开通。关断状态下的控制开关模块1对高边开关的输入端in电压没有影响，所以不会影响高边开关u1的正常工作。
81.当高边开关的输出端out出现过流、对地短路以及高边开关过温故障时，高边开关u1进入保护状态，输出端out被自动关断，故障诊断反馈引脚is输出反馈电流。反馈电流大于高边开关正常工作状态下输出的电流，反馈电流经过第一电阻r1转换后，在第一电阻r1两端形成较大的反馈电压。故障诊断反馈引脚is的电压大于控制开关模块1所需的开启电压，控制开关模块1开通，高边开关的输入端in被拉低。在高边开关u1未被复位的情况下，故障诊断反馈引脚is持续输出反馈电流，因此控制开关模块1持续开通，输入端in持续被拉低，当输入端in被持续拉低预设时间后(例如70毫秒)，高边开关u1被复位。如果高边开关u1被复位后，输出端out的过流、对地短路或高边开关过温等故障仍然没有被解除的情况下，高边开关u1又进入保护状态，等待下一次重启。如果高边开关u1被复位后，输出端out的过流、对地短路或高边开关过温等故障已经被解除，高边开关u1进入正常工作状态。
82.图6为本发明实施例提供的一种电路仿真波形图，参见图4和图6。下面将结合电路仿真波形图，对固态继电器的异常状态重启方法的一个实例进行说明。
83.其中，v(in)表示输入端in的电压，v(den)表示使能端den的电压，v(is)表示故障诊断反馈引脚is的电压，v(out)表示输出端out的电压。外部电源正常供电时，使能端den持续为高电平。输入端in为高电平后，输出端out正常输出。上电40ms后(对应仿真波形图的横坐标40ms处)，出现输出端out对地短路故障，高边开关u1进入故障状态，输出端out被自动关断，故障诊断反馈引脚is持续为高电平，使三极管q1开通后持续拉低输入端in，经过70ms后(对应仿真波形图横坐标110ms处)，高边开关u1被复位，由于此时输出端out对地短路故障仍未被解除，高边开关u1又进入故障状态，等待下一次重启，整个仿真周期中高边开关u1经历三次重启(对应仿真波形图的横坐标110ms，180ms，250ms处)。在高边开关u1第三次重启后，解除输出对地短路故障，高边开关u1在第四次重启后(对应仿真波形图的横坐标320ms处)，进入正常工作状态。
84.注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明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、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。