CN116781050A - 固态开关及其短路预检测方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种固态开关及其短路预检测方法。该固态开关包括：第一电力电子元件，连接在交流电源的第一相和负载之间，从交流电源的第一相接收第一交流电压；以及短路预检测装置，连接第一电力电子元件，短路预检测装置被配置为，在确定固态开关需要闭合后：在第一交流电压落入第一预定电压区间期间使第一电力电子元件处于导通状态，比较第一电力电子元件处于导通状态期间流过第一电力电子元件的电流的最大值与第一预定电流阈值，以及响应于确定流过第一电力电子元件的电流的最大值大于第一预定电流阈值，确定负载短路。可以增加固态开关的使用寿命和可靠性，降低固态开关的成本。

Description

固态开关及其短路预检测方法

技术领域

本公开涉及一种固态开关及其短路预检测方法。

背景技术

固态开关也称为无触点开关，是由电力电子器件构成的新型开关器件，具有动作迅速、寿命长、可靠性高等优点。

发明内容

本公开涉及一种固态开关及其短路预检测方法，其针对固态开关需要闭合的情况，预先确定固态开关所处电路是否存在短路故障，使得固态开关无需承受短路电流带来的损害，并且无需为固态开关设置能量吸收电路，增加了固态开关的使用寿命和可靠性，降低了固态开关的成本。

根据本公开的第一方面，提供了一种固态开关。该固态开关包括：第一电力电子元件，连接在交流电源的第一相和负载之间，从交流电源的第一相接收第一交流电压；以及短路预检测装置，连接第一电力电子元件，短路预检测装置被配置为，在确定固态开关需要闭合后：在第一交流电压落入第一预定电压区间期间使第一电力电子元件处于导通状态，比较第一电力电子元件处于导通状态期间流过第一电力电子元件的电流的最大值与第一预定电流阈值，以及响应于确定流过第一电力电子元件的电流的最大值大于第一预定电流阈值，确定负载短路。

根据本公开的第二方面，提供了一种固态开关的短路预检测方法。固态开关包括连接在交流电源的第一相和负载之间的第一电力电子元件，第一电力电子元件从交流电源的第一相接收第一交流电压。该短路预检测方法包括，在确定固态开关需要闭合后：在第一交流电压落入第一预定电压区间期间使第一电力电子元件处于导通状态，比较第一电力电子元件处于导通状态期间流过第一电力电子元件的电流的最大值与第一预定电流阈值，以及响应于确定流过第一电力电子元件的电流的最大值大于第一预定电流阈值，确定负载短路。

附图说明

通过下面结合附图对实施例的描述，本公开的方面、特征和优点将变得更加清楚和容易理解，其中：

图1是根据本公开的实施例的固态开关的示意图。

图2是根据本公开的实施例的固态开关的电路图。

图3是根据本公开实施例的固态开关的短路预检测方法的流程图。

具体实施方式

下面将参考本公开的示例性实施例对本公开进行详细描述。然而，本公开不限于这里所描述的实施例，其可以以许多不同的形式来实施。所描述的实施例仅用于使本公开彻底和完整，并全面地向本领域的技术人员传递本公开的构思。所描述的各个实施例的特征可以互相组合或替换，除非明确排除或根据上下文应当排除。

目前的固态开关在引入电力电子器件从而获得了诸多优势的同时，也面临着一些新的挑战。例如，诸如金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor，MOSFET)的电力电子器件要求导通电流不能过大，从而保证该电力电子器件不损坏。在现有技术中，将流过固态开关的实际电流值是否大于预先设置的短路电流阈值作为短路故障的判断依据，当实际电流值大于短路电流阈值时则认为有短路故障发生，从而可以断开固态开关做出保护。然而，在从故障发生到检测到故障而断开固态开关做出保护这段时间内，流过固态开关的短路电流会快速增长，从而对固态开关中的电力电子器件有所损害，影响其使用寿命。此外，在现有固态开关中，需要设置能量吸收电路以抑制发生短路故障情况下的电流瞬变对固态开关的影响。

本公开的实施例提出一种固态开关及其短路预检测方法，其针对固态开关需要闭合(导通)的情况，在固态开关闭合前，使固态开关在小的预定电压区间期间处于导通状态，从而可以预先检测和确定固态开关所处电路是否存在短路故障，使得固态开关和负载无需承受短路电流带来的损害，增加了固态开关的使用寿命和可靠性。此外，无需为固态开关设置能量吸收电路，降低了固态开关的成本。

图1是根据本公开的实施例的固态开关100的示意图。该固态开关100可以包括第一电力电子元件110和短路预检测装置120。该第一电力电子元件110可以连接在交流电源的第一相La和负载200之间，并且可以从交流电源的第一相接收第一交流电压Ua。本领域技术人员可以理解，虽然在图1中为方便描述而将该交流电源的第一相示出为三相交流电源的一个相La，但是该第一相可以指三相交流电源的任一相(例如Lb或Lc)，或是单相交流电源的一个相。

短路预检测装置120可以连接该第一电力电子元件110以检测流过该第一电力电子元件110的电流和向该第一电力电子元件110发出驱动信号以使其处于导通状态。短路预检测装置120可以在固态开关100需要闭合的情况下，预先检测和确定固态开关100所处电路是否存在短路故障，使得固态开关100和负载200无需承受短路电流带来的损害。下面将具体描述短路预检测装置120的操作。

在确定固态开关100需要闭合后，短路预检测装置120可以在第一交流电压Ua落入第一预定电压区间期间使第一电力电子元件110处于导通状态。该第一预定电压区间可以是预先设置的以电压过零点作为端点的小的电压区间，例如，该第一预定电压区间可以选自电压区间[20V，0V]和[-20V，0V]。又例如，该第一预定电压区间可以选自电压区间[35V，0V]和[-35V，0V]，等等。在一个实施例中，短路预检测装置120可以基于在确定固态开关100需要闭合后的该第一交流电压Ua的瞬时值来确定该第一预定电压区间。例如，对于第一电力电子元件110，该第一预定电压区间可以选自电压区间[20V，0V]和[-20V，0V]中的一个。如果在确定固态开关100需要闭合后，该第一交流电压Ua的瞬时值为40V，则短路预检测装置120可以将该第一预定电压区间确定为电压区间[20V，0V]，因为相较于电压区间[-20V，0V]，第一交流电压Ua将更早落入该电压区间[20V，0V]，从而可以更早地开始短路故障检测。与之相对比，如果在确定固态开关100需要闭合后，该第一交流电压Ua的瞬时值为-40V，则短路预检测装置120可以将该第一预定电压区间确定为电压区间[-20V，0V]，因为相较于电压区间[20V，0V]，第一交流电压Ua将更早落入该电压区间[-20V，0V]，从而可以更早地开始短路故障检测。

在第一电力电子元件110处于导通状态之后，短路预检测装置120可以比较第一电力电子元件110处于导通状态期间流过第一电力电子元件110的电流的最大值I₁max与第一预定电流阈值I_th1。例如，短路预检测装置120可以采集第一电力电子元件110处于导通状态期间流过第一电力电子元件110的电流I₁以导出该最大值I₁max。第一预定电流阈值I_th1可以是指示负载端短路的电流阈值，其可以被预先确定。在一个实施例中，第一预定电流阈值I_th1可以基于负载200的额定电流和第一预定电压区间的跨越范围来确定。例如，可以定义第一预定电流阈值I_th1＝V_span1/V_rms1×10×I_rated，其中V_rms1表示相对地电压有效值220V，I_rated表示负载200的额定电流，V_span1表示第一预定电压区间的跨越范围，例如，在第一预定电压区间为[20V，0V]或[-20V，0V]的情况下，V_span1＝|±20V|-0V＝20V。

响应于确定流过第一电力电子元件110的电流的最大值I₁max大于第一预定电流阈值I_th1，短路预检测装置120可以确定负载200短路，即存在相对地短路。在确定存在短路故障后，可以向用户发出警告或报警，以使用户针对该状况做出进一步动作。

虽然上述实施例以第一电力电子元件110连接在交流电源的第一相La和负载200之间为例描述了短路预检测装置120进行的针对相对地短路故障的预先检测和确定，但本领域技术人员可以理解，短路预检测装置120也可以针对第一电力电子元件110连接在交流电源的第二相Lb和负载200之间、或第一电力电子元件110连接在交流电源的第三相Lc和负载200之间，或第一电力电子元件110连接在单相交流电源和负载200之间的情况执行上述操作。此外，除了针对单个相执行相对地短路故障检测，短路预检测装置120还可以例如针对三相交流电源的两个相或三个相顺序执行上述操作。

在一个实施例中，如图1所示，固态开关100还可以包括连接在交流电源的第二相Lb和负载200之间的第二电力电子元件130。该第二电力电子元件130可以从该交流电源的第二相Lb接收第二交流电压Ub。上述第一相La和第二相Lb例如可以是三相交流电源的不同的两个相。如上所述，短路预检测装置120可以针对三相交流电源的两个相进行短路故障检测和确定。因此，短路预检测装置120在针对第一相La执行完上述操作后，可以继续针对第二相Lb执行上述操作。因此，在一个实施例中，短路预检测装置120可以响应于确定流过第一电力电子元件110的电流的最大值I₁max不大于第一预定电流阈值I_th1，来继续针对第二相Lb执行上述短路故障的预先检测和确定操作。

具体地，短路预检测装置120可以在第二交流电压Ub落入第二预定电压区间期间使第二电力电子元件130处于导通状态。该第二预定电压区间可以是预先设置的以电压过零点作为端点的小的电压区间，例如，该第二预定电压区间可以选自电压区间[20V，0V]和[-20V，0V]。又例如，该第二预定电压区间可以选自电压区间[35V，0V]和[-35V，0V]，等等。该第二电压区间可以与第一电压区间选自相同的电压区间集合，例如包括电压区间[20V，0V]和[-20V，0V]的电压区间集合。在一个实施例中，短路预检测装置120可以基于在确定流过第一电力电子元件110的电流的最大值I₁max不大于第一预定电流阈值I_th1后第二交流电压Ub的瞬时值(即，在针对第一相La完成短路故障的预先检测和确定之后的第二交流电压Ub的瞬时值)，来确定该第二预定电压区间。例如，对于第二电力电子元件130，该第二预定电压区间可以选自电压区间[20V，0V]和[-20V，0V]中的一个。如果在确定流过第一电力电子元件110的电流的最大值I₁max不大于第一预定电流阈值I_th1后，该第二交流电压Ub的瞬时值为40V，则短路预检测装置120可以将该第二预定电压区间确定为电压区间[20V，0V]，因为相较于电压区间[-20V，0V]，第二交流电压Ub将更早落入该电压区间[20V，0V]，从而可以更早地针对该第二相Lb开始短路故障检测。与之相对比，如果在确定流过第一电力电子元件110的电流的最大值I₁max不大于第一预定电流阈值I_th1后，该第二交流电压Ub的瞬时值为-40V，则短路预检测装置120可以将该第二预定电压区间确定为电压区间[-20V，0V]，因为相较于电压区间[20V，0V]，第二交流电压Ub将更早落入该电压区间[-20V，0V]，从而可以更早地针对该第二相Lb开始短路故障检测。

在第二电力电子元件130处于导通状态之后，短路预检测装置120可以比较第二电力电子元件130处于导通状态期间流过第二电力电子元件130的电流的最大值I₂max与第一预定电流阈值I_th1。例如，短路预检测装置120可以采集第二电力电子元件130处于导通状态期间流过第二电力电子元件130的电流I₂以导出该最大值I₂max。针对单个相的相对地短路(负载短路)故障检测，可以使用相同的电流阈值。因此，这里使用了与上面针对第一相La的描述相同的第一预定电流阈值I_th1。

响应于确定流过第二电力电子元件130的电流的最大值I₁max大于第一预定电流阈值I_th1，短路预检测装置120可以确定负载200短路，即存在相对地短路。在确定存在短路故障后，可以向用户发出警告或报警，以使用户针对该状况做出进一步动作。

在针对第二相Lb执行完上述操作之后，短路预检测装置120还可以例如针对第三相Lc执行上述操作。针对第三相Lc进行的相对地短路(负载短路)故障检测和确定与针对第一相La和第二相L从描述的相同，在此不再赘述。

根据本公开实施例的固态开关100不仅可以针对相对地短路(负载短路)故障进行预先检测和确定，对于例如固态开关100连接三相交流电源的情况，该固态开关100还可以针对相对相短路(相间短路，例如上述第一相La和第二相Lb之间发生短路、第二相Lb和第三相Lc之间发生短路、第一相La和第三相Lc之间发生短路)故障进行预先检测和确定，这也是通过短路预检测装置120来实现的。以下以针对图1中示出的第一相La和第二相Lb之间的相间短路故障的检测和确定为例来描述短路预检测装置120的操作。

在一个实施例中，在确定固态开关100需要闭合后，短路预检测装置120可以在第一交流电压Ua和第二交流电压Ub的差值(即，线电压)落入第三预定电压区间期间使第一电力电子元件110和第二电力电子元件130同时处于导通状态。该第三预定电压区间可以是预先设置的以电压过零点作为端点的小的电压区间，例如，该第三预定电压区间可以选自电压区间[20V，0V]和[-20V，0V]。又例如，该第三预定电压区间可以选自电压区间[35V，0V]和[-35V，0V]，等等。该第三电压区间可以与第一电压区间、第二电压区间选自相同的电压区间集合，例如包括电压区间[20V，0V]和[-20V，0V]的电压区间集合。在一个实施例中，短路预检测装置120可以基于在确定固态开关100需要闭合后第一交流电压Ua和第二交流电压Ub的差值(即，线电压)的瞬时值，来确定该第三预定电压区间。例如，该第三预定电压区间可以选自电压区间[20V，0V]和[-20V，0V]中的一个。如果在确定固态开关100需要闭合后，第一交流电压Ua和第二交流电压Ub的差值(即，线电压)的瞬时值为40V，则短路预检测装置120可以将该第三预定电压区间确定为电压区间[20V，0V]，因为相较于电压区间[-20V，0V]，第一交流电压Ua和第二交流电压Ub的差值将更早落入该电压区间[20V，0V]，从而可以更早地针对第一相La和第二相Lb开始短路故障检测。与之相对比，如果在确定固态开关100需要闭合后，第一交流电压Ua和第二交流电压Ub的差值(即，线电压)的瞬时值为-40V，则短路预检测装置120可以将该第三预定电压区间确定为电压区间[-20V，0V]，因为相较于电压区间[20V，0V]，第一交流电压Ua和第二交流电压Ub的差值将更早落入该电压区间[-20V，0V]，从而可以更早地针对第一相La和第二相Lb开始短路故障检测。

在第一电力电子元件110和第二电力电子元件130同时处于导通状态之后，短路预检测装置120可以比较第一电力电子元件110和第二电力电子元件130同时处于导通状态期间流过第一电力电子元件110和第二电力电子元件130的电流的最大值I₁₂max与第二预定电流阈值I_th2。例如，短路预检测装置120可以采集第一电力电子元件110和第二电力电子元件130同时处于导通状态期间流过第一电力电子元件110和第二电力电子元件130的电流I₁₂以导出该最大值I₁₂max。第二预定电流阈值I_th2可以是指示相间短路的电流阈值，其可以被预先确定。在一个实施例中，第二预定电流阈值I_th2可以基于负载200的额定电流和第三预定电压区间的跨越范围来确定。例如，可以定义第二预定电流阈值I_th2＝V_span3/V_rms2×10×I_rated，其中V_rms2表示线电压有效值380V，I_rated表示负载200的额定电流，V_span3表示第三预定电压区间的跨越范围，例如，在第三预定电压区间为[20V，0V]或[-20V，0V]的情况下，V_span3＝|±20V|-0V＝20V。

响应于确定流过第一电力电子元件110和第二电力电子元件130的电流的最大值I₁₂max大于第二预定电流阈值I_th2，短路预检测装置120可以确定第一相La与第二相Lb之间存在相间短路。在确定存在短路故障后，可以向用户发出警告或报警，以使用户针对该状况做出进一步动作。

上述对电流I₁、I₂、I₁₂的采集可以通过本领域已知的任何技术实现，例如通过霍尔传感器、CT互感器、磁传感器等方式实现。

虽然上述实施例以针对第一相La与第二相Lb为例描述了短路预检测装置120进行的针对相间短路故障的预先检测和确定，但本领域技术人员可以理解，短路预检测装置120也可以分别针对第二相Lb和第三相Lc、第一相La和第三相Lc执行上述相间短路故障的预先检测和确定。

根据本公开实施例的固态开关在执行闭合前，先在小的预定电压区间(第一预定电压区间、第二预定电压区间或第三预定电压区间)期间短时处于导通状态，从而可以预先检测和确定固态开关所处电路是否存在短路故障(包括相对地短路(负载短路)和/或相对相短路(相间短路))。由于预定电压区间期间的电压值较小，虽然固态开关短时导通，但其中流动的电流也在固态开关可承受范围之内。进一步，如果确定了存在短路故障，则固态开关的闭合可以被阻止，从而使得固态开关和相关联负载无需承受短路电流带来的损害，增加了固态开关的使用寿命和可靠性。此外，由于固态开关短时导通的电流不大，并且固态开关不会经历短路电流，因此无需为固态开关设置能量吸收电路，降低了固态开关的成本。

根据本公开实施例的固态开关可以通过各种具体电路实现。图2是根据本公开的实施例的固态开关100的电路图。需要说明的是图2中的各个元件的具体结构可以分别单独适用或被其它合适的结构替换。

如图2所示，第一电力电子元件110可以包括第一MOS管M₁和第二MOS管M₂。第一MOS管M₁可以从交流电源的该第一相La接收该第一交流电压Ua。第二MOS管M₂可以连接在第一MOS管M₁与负载200之间。第二MOS管M₂与第一MOS管M₁背靠背串联连接。作为示例，在图2中将第一MOS管M₁和第二MOS管M₂示出为NMOS管，其中第一MOS管M₁的漏极连接交流电源的该第一相La，第一MOS管M₁的源极连接第二MOS管M₂的源极，第二MOS管M₂的漏极连接负载200，第一MOS管M₁和第二MOS管M₂的栅极都连接短路预检测装置120以从其接收驱动电压来处于导通状态。此外，在图2中还示出了第一MOS管M₁和第二MOS管M₂的体二极管(寄生二极管)D1和D2。

在第一电力电子元件110可以包括第一MOS管M₁和第二MOS管M₂的情况下，上述在第一交流电压Ua落入第一预定电压区间期间使第一电力电子元件110处于导通状态可以包括：基于该第一预定电压区间使第一MOS管M₁和第二MOS管M₂中的一个处于导通状态。作为一个示例，对于图2中示出的第一MOS管M₁和第二MOS管M₂为NMOS管，第一预定电压区间如上所述被确定为电压区间[20v，0v]的情况，则上述使第一电力电子元件110处于导通状态可以包括使第一MOS管M₁处于导通状态。这样，在Ua落入第一电压区间[20v，0v]期间，第一MOS管M₁处于导通状态，第二MOS管M₂不导通，电流自第一相La流经第一MOS管M₁的漏极、源极，流经第二MOS管M₂的体二极管D2，流入负载200(即，图2中所示虚线路径①)。作为另一示例，对于图2中示出的第一MOS管M₁和第二MOS管M₂为NMOS管，第一预定电压区间如上所述被确定为电压区间[-20v，0v]的情况，则上述使第一电力电子元件110处于导通状态可以包括使第二MOS管M₂处于导通状态。这样，在Ua落入第一电压区间[-20v，0v]期间，第二MOS管M₂处于导通状态，第一MOS管M₁不导通，电流自负载200流经第二MOS管M₂的漏极、源极，流经第一MOS管M₁的体二极管D1，流入第一相La(即，图2中所示点线路径②)。

如图2进一步所示，第二电力电子元件130可以包括第三MOS管M₃和第四MOS管M₄。第三MOS管M₃可以从交流电源的该第二相Lb接收该第二交流电压Ub。第四MOS管M₄可以连接在第三MOS管M₃与负载200之间。第四MOS管M₄与第三MOS管M₃背靠背串联连接。作为示例，在图2中将第三MOS管M₃和第四MOS管M₄示出为NMOS管，其中第三MOS管M₃的漏极连接交流电源的该第二相Lb，第三MOS管M₃的源极连接第四MOS管M₄的源极，第四MOS管M₄的漏极连接负载200，第三MOS管M₃和第四MOS管M₄的栅极都连接短路预检测装置120以从其接收驱动电压来处于导通状态。此外，在图2中还示出了第三MOS管M₃和第四MOS管M₄的体二极管(寄生二极管)D3和D4。

在第二电力电子元件130可以包括第三MOS管M₃和第四MOS管M₄的情况下，上述在第二交流电压Ub落入第二预定电压区间期间使第二电力电子元件130处于导通状态可以包括：基于该第二预定电压区间使第三MOS管M₃和第四MOS管M₄中的一个处于导通状态。作为一个示例，对于图2中示出的第三MOS管M₃和第四MOS管M₄为NMOS管，第二预定电压区间如上所述被确定为电压区间[20v，0v]的情况，则上述使第二电力电子元件130处于导通状态可以包括使第三MOS管M₃处于导通状态。这样，在Ub落入第二电压区间[20v，0v]期间，第三MOS管M₃处于导通状态，第四MOS管M₄不导通，电流自第二相Lb流经第三MOS管M₃的漏极、源极，流经第四MOS管M₄的体二极管D4，流入负载200。作为另一示例，对于图2中示出的第三MOS管M₃和第四MOS管M₄为NMOS管，第一预定电压区间如上所述被确定为电压区间[-20v，0v]的情况，则上述使第二电力电子元件130处于导通状态可以包括使第四MOS管M₄处于导通状态。这样，在Ub落入第二电压区间[-20v，0v]期间，第四MOS管M₄处于导通状态，第三MOS管M₃不导通，电流自负载200流经第四MOS管M₄的漏极、源极，流经第三MOS管M₃的体二极管D3，流入第二相Lb。

另外，对于图2所示的示例，在上面关于图1描述的针对第一相La和第二相Lb的相间短路故障检测和确定中，使第一电力电子元件110和第二电力电子元件130同时处于导通状态可以包括基于该第三预定电压区间使第一MOS管M₁和第二MOS管M₂中的一个处于导通状态并且使第三MOS管M₃和第四MOS管M₄中的一个处于导通状态。作为一个示例，对于图2中示出的第一MOS管M₁、第二MOS管M₂、第三MOS管M₃和第四MOS管M₄为NMOS管，第三预定电压区间如上所述被确定为电压区间[20v，0v]的情况，则上述使第一电力电子元件110和第二电力电子元件130同时处于导通状态可以包括使第一MOS管M₁处于导通状态并且使第四MOS管M₄处于导通状态。这样，在第一交流电压Ua和第二交流电压Ub的差值落入第三电压区间[20v，0v]期间，第一MOS管M₁和第四MOS管M₄处于导通状态，第二MOS管M₂和第三MOS管M₃不导通，电流自第一相La流经第一MOS管M₁的漏极、源极，流经第二MOS管M₂的体二极管D2，流经第四MOS管M₄的漏极、源极，流经第三MOS管M₃的体二极管D3，流入第二相Lb(即，图2中所示点划线路径③)。作为另一示例，对于图2中示出的第一MOS管M₁、第二MOS管M₂、第三MOS管M₃和第四MOS管M₄为NMOS管为NMOS管，第三预定电压区间如上所述被确定为电压区间[-20v，0v]的情况，则上述使第一电力电子元件110和第二电力电子元件130同时处于导通状态可以包括使第二MOS管M₂处于导通状态并且使第三MOS管M₃处于导通状态。这样，在第一交流电压Ua和第二交流电压Ub的差值落入第三电压区间[-20v，0v]期间，第二MOS管M₂和第三MOS管M₃处于导通状态，第一MOS管M₁和第四MOS管M₄不导通，电流自第二相Lb流经第三MOS管M₃的漏极、源极，流经第四MOS管M₄的体二极管D4，流经第二MOS管M₂的漏极、源极，流经第一MOS管M₁的体二极管D1，流入第一相La。

虽然在图2中作为示例将第一MOS管M₁、第二MOS管M₂、第三MOS管M₃和第四MOS管M₄示出为NMOS管，应当理解，第一MOS管M₁、第二MOS管M₂、第三MOS管M₃和第四MOS管M₄也可以为PMOS管。其原理与上述类似，在此不再赘述。

此外，上面参照图1描述的电流I₁、I₂、I₁₂的采集位置可在上述各个MOS管的漏极、源极等位置处进行。

短路预检测装置120例如可以是微控制单元(MCU)。

图3是根据本公开实施例的固态开关的短路预检测方法300的流程图。该固态开关可以例如是上面结合图1和图2描述的固态开关100，其包括连接在交流电源的第一相La和负载200之间的第一电力电子元件110，第一电力电子元件110从该第一相La接收第一交流电压Ua。下面结合图1对该短路预检测方法300进行详细描述。

短路预检测方法300开始于步骤S310，其中在确定固态开关100需要闭合后，短路预检测装置120可以在第一交流电压Ua落入第一预定电压区间期间使第一电力电子元件110处于导通状态。在一个实施例中，可以基于在确定固态开关100需要闭合后第一交流电压Ua的瞬时值，来确定该第一预定电压区间。在步骤S320，短路预检测装置120可以比较第一电力电子元件110处于导通状态期间流过第一电力电子元件110的电流的最大值I₁max与第一预定电流阈值I_th1。在步骤S330，响应于确定流过第一电力电子元件110的电流的最大值I₁max大于第一预定电流阈值I_th1，短路预检测装置120可以确定负载200短路。

如上所述，固态开关100还可以包括连接在交流电源的第二相Lb和负载200之间的第二电力电子元件130，第二电力电子元件130从该第二相Lb接收第二交流电压Ub。在这种情况下，在一个实施例中，短路预检测方法300还可以包括，响应于确定流过第一电力电子元件110的电流的最大值I₁max不大于第一预定电流阈值I_th1：在第二交流电压Ub落入第二预定电压区间期间使第二电力电子元件130处于导通状态；比较第二电力电子元件130处于导通状态期间流过第二电力电子元件130的电流的最大值I₂max与第一预定电流阈值I_th1；以及响应于确定流过第二电力电子元件130的电流的最大值I₂max大于第一预定电流阈值I_th1，确定负载200短路。在一个实施例中，可以基于在确定流过第一电力电子元件110的电流的最大值I₁max不大于第一预定电流阈值I_th1后的第二交流电压Ub的瞬时值，确定该第二预定电压区间。

在另一个实施例中，在固态开关100包括第二电力电子元件130的情况下，短路预检测方法300还可以包括，在确定固态开关100需要闭合后：在第一交流电压Ua和第二交流电压Ub的差值落入第三预定电压区间期间使第一电力电子元件110和第二电力电子元件130同时处于导通状态；比较第一电力电子元件110和第二电力电子元件130同时处于导通状态期间流过第一电力电子元件110和第二电力电子元件130的电流的最大值I₁₂max与第二预定电流阈值I_th2；以及响应于确定流过第一电力电子元件110和第二电力电子元件130的电流的最大值I₁₂max大于第二预定电流阈值I_th2，确定交流电源的第一相La与第二相Lb之间存在相间短路。在一个实施例中，可以基于在确定固态开关需要闭合后第一交流电压Ua和第二交流电压Ub的差值的瞬时值，确定该第三预定电压区间。

根据本公开实施例的固态开关的短路预检测方法使得固态开关在执行闭合前，先在小的预定电压区间(第一预定电压区间、第二预定电压区间或第三预定电压区间)期间短时处于导通状态，从而可以预先检测和确定固态开关所处电路是否存在短路故障(包括相对地短路(负载短路)和/或相对相短路(相间短路))，使得固态开关和相关联负载无需承受短路电流带来的损害，并且无需为固态开关设置能量吸收电路，由此增加了固态开关的使用寿命和可靠性，降低了固态开关的成本。

需要注意的是，虽然上面以特定顺序描述了各个步骤，但是这不应该被理解为要求以所描述的特定顺序或先后顺序执行这些步骤。

本公开中涉及的装置、设备、***的方框图仅是示例性的，并不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些电路、器件、装置、设备、***，只要能够实现所期望的目的即可。

本说明书中描述的过程和逻辑流程可以由执行一个或多个计算机程序以通过对输入数据进行操作并生成输出来执行功能的一个或多个可编程处理器来执行。过程和逻辑流程也可以由专用逻辑电路执行，并且装置也可以被实现为专用逻辑电路，专用逻辑电路例如是FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)。例如，短路预检测装置120可以是微控制单元(MCU)并且短路预检测方法300可以由微控制单元(MCU)执行。

本说明书中在单独的实施例的上下文中描述的某些特征也可以组合。相反，在单独实施例的上下文中描述的各种特征也可以在多个实施例中单独实施或者以任何合适的子组合实施。

本领域技术人员应该理解，上述的具体实施例仅是示例而非限制，可以根据设计需求和其它因素对本公开的实施例进行各种修改、组合、部分组合和替换，只要它们在所附权利要求或其等同的范围内，即属于本公开所要保护的权利范围。

Claims (13)

1.一种固态开关，包括：

第一电力电子元件，连接在交流电源的第一相和负载之间，从所述交流电源的第一相接收第一交流电压；以及

短路预检测装置，连接所述第一电力电子元件，所述短路预检测装置被配置为，在确定所述固态开关需要闭合后：

在所述第一交流电压落入第一预定电压区间期间使所述第一电力电子元件处于导通状态，

比较所述第一电力电子元件处于所述导通状态期间流过所述第一电力电子元件的电流的最大值与第一预定电流阈值，以及

响应于确定流过所述第一电力电子元件的电流的最大值大于第一预定电流阈值，确定所述负载短路。

2.根据权利要求1所述的固态开关，其中所述短路预检测装置还被配置为：基于在确定所述固态开关需要闭合后所述第一交流电压的瞬时值，确定所述第一预定电压区间。

3.根据权利要求1所述的固态开关，还包括连接在所述交流电源的第二相和所述负载之间的第二电力电子元件，所述第二电力电子元件从所述交流电源的第二相接收第二交流电压。

4.根据权利要求3所述的固态开关，其中所述短路预检测装置还被配置为，响应于确定流过所述第一电力电子元件的电流的最大值不大于第一预定电流阈值：

在所述第二交流电压落入第二预定电压区间期间使所述第二电力电子元件处于导通状态，

比较所述第二电力电子元件处于所述导通状态期间流过所述第二电力电子元件的电流的最大值与第一预定电流阈值，以及

响应于确定流过所述第二电力电子元件的电流的最大值大于第一预定电流阈值，确定所述负载短路。

5.根据权利要求4所述的固态开关，其中所述短路预检测装置还被配置为，基于在确定流过所述第一电力电子元件的电流的最大值不大于第一预定电流阈值后所述第二交流电压的瞬时值，确定所述第二预定电压区间。

6.根据权利要求3所述的固态开关，其中所述短路预检测装置还被配置为，在确定所述固态开关需要闭合后：

在所述第一交流电压和所述第二交流电压的差值落入第三预定电压区间期间使所述第一电力电子元件和所述第二电力电子元件同时处于导通状态，

比较所述第一电力电子元件和所述第二电力电子元件同时处于所述导通状态期间流过所述第一电力电子元件和所述第二电力电子元件的电流的最大值与第二预定电流阈值，以及

响应于确定流过所述第一电力电子元件和所述第二电力电子元件的电流的最大值大于第二预定电流阈值，确定所述交流电源的第一相与第二相之间存在相间短路。

7.根据权利要求6所述的固态开关，其中所述短路预检测装置还被配置为，基于在确定所述固态开关需要闭合后所述第一交流电压和所述第二交流电压的差值的瞬时值，确定所述第三预定电压区间。

8.根据权利要求4-5中任一项所述的固态开关，其中，

所述第一电力电子元件包括：

第一MOS管，从交流电源的第一相接收所述第一交流电压；以及

第二MOS管，连接在所述第一MOS管与所述负载之间，其中所述

第二MOS管与所述第一MOS管背靠背串联连接，以及

所述第二电力电子元件包括：

第三MOS管，从交流电源的第二相接收所述第二交流电压；以及

第四MOS管，连接在所述第二MOS管与所述负载之间，其中所述

第三MOS管与所述第四MOS管背靠背串联连接，

其中使所述第一电力电子元件处于导通状态包括基于所述第一预定电压区间使所述第一MOS管和所述第二MOS管中的一个处于导通状态，并且其中使所述第二电力电子元件处于导通状态包括基于所述第二预定电压区间使所述第三MOS管和所述第四MOS管中的一个处于导通状态。

9.根据权利要求6-7中任一项所述的固态开关，其中，

所述第一电力电子元件包括：

第一MOS管，从交流电源的第一相接收所述第一交流电压；以及

第二MOS管，连接在所述第一MOS管与所述负载之间，其中所述

第二MOS管与所述第一MOS管背靠背串联连接，以及

所述第二电力电子元件包括：

第三MOS管，从交流电源的第二相接收所述第二交流电压；以及

第四MOS管，连接在所述第二MOS管与所述负载之间，其中所述

第三MOS管与所述第四MOS管背靠背串联连接，

其中使所述第一电力电子元件和所述第二电力电子元件同时处于导通状态包括基于所述第三预定电压区间使所述第一MOS管和所述第二MOS管中的一个处于导通状态并且使所述第三MOS管和所述第四MOS管中的一个处于导通状态。

10.一种固态开关的短路预检测方法，所述固态开关包括连接在交流电源的第一相和负载之间的第一电力电子元件，所述第一电力电子元件从所述交流电源的第一相接收第一交流电压，所述短路预检测方法包括，在确定所述固态开关需要闭合后：

在所述第一交流电压落入第一预定电压区间期间使所述第一电力电子元件处于导通状态，

比较所述第一电力电子元件处于所述导通状态期间流过所述第一电力电子元件的电流的最大值与第一预定电流阈值，以及

响应于确定流过所述第一电力电子元件的电流的最大值大于第一预定电流阈值，确定所述负载短路。

11.根据权利要求10所述的短路预检测方法，还包括：基于在确定所述固态开关需要闭合后所述第一交流电压的瞬时值，确定所述第一预定电压区间。

12.根据权利要求10或11所述的短路预检测方法，其中所述固态开关还包括连接在所述交流电源的第二相和所述负载之间的第二电力电子元件，所述第二电力电子元件从所述交流电源的第二相接收第二交流电压，并且其中所述短路预检测方法还包括，响应于确定流过所述第一电力电子元件的电流的最大值不大于第一预定电流阈值：

在所述第二交流电压落入第二预定电压区间期间使所述第二电力电子元件处于导通状态，

比较所述第二电力电子元件处于所述导通状态期间流过所述第二电力电子元件的电流的最大值与第一预定电流阈值，以及

响应于确定流过所述第二电力电子元件的电流的最大值大于第一预定电流阈值，确定所述负载短路。

13.根据权利要求10或11所述的短路预检测方法，其中所述固态开关还包括连接在所述交流电源的第二相和所述负载之间的第二电力电子元件，所述第二电力电子元件从所述交流电源的第二相接收第二交流电压，并且其中所述短路预检测方法还包括，在确定所述固态开关需要闭合后：

在所述第一交流电压和所述第二交流电压的差值落入第三预定电压区间期间使所述第一电力电子元件和所述第二电力电子元件同时处于导通状态，

比较所述第一电力电子元件和所述第二电力电子元件同时处于所述导通状态期间流过所述第一电力电子元件和所述第二电力电子元件的电流的最大值与第二预定电流阈值，以及

响应于确定流过所述第一电力电子元件和所述第二电力电子元件的电流的最大值大于第二预定电流阈值，确定所述交流电源的第一相与第二相之间存在相间短路。