[发明专利]固态开关

说明书

背景技术

本发明涉及一种固态开关。

开关被用于使电流从电源输送至负载。在机械开关中，导电元件被置 于电源和负载端子之间。通常在机械开关上的力被弹簧机构所抵抗，这在 开关无效时使导电元件离开负载端子。机械开关包括固有的缺点例如接触 表面的磨损以及开关操作中的开关弹跳，这可能会导致电弧和开关延迟。 另外，电磁致动的机械开关要求高电流水平来移动接触器。

固态开关，例如基于晶体管的开关，由于在固态开关中没有磨损、没 有弹跳、没有电弧，通常可以避免上述的缺点。另外，固态开关不要求高 功率水平来使开关接通和断开。然而，当晶体管被用作开关时，鉴于晶体 管倾向于在生效状态(assertedstate)下故障，如果晶体管故障，开关可 能会被卡在“开”的状态。在晶体管开关被用于驱动起动电动机的螺线管 的示例中，晶体管的故障会使起动电动机连续发动(crank)直到电池电 压下降到对应于保持电流的预设水平以下，或者起动电动机可能因电动机 的过度运转而损坏。

发明内容

本发明的实施方式包括一种固态开关，所述的固态开关包括并联连接 的多个晶体管以及多个熔丝。每个熔丝与多个晶体管中的单独的一个串联 连接。多个熔丝的额定电流的组合大于连接到多个晶体管和多个熔丝的负 载的负载电流，并且多个熔丝中的每个单独的熔丝的额定电流小于负载电 流。

本发明的实施方式还包括固态开关，所述固态开关包括第一晶体管， 栅极与第一晶体管的栅极相连的第二晶体管，栅极与第一晶体管和第二晶 体管的栅极相连的第三晶体管。所述固态开关还包括与第一晶体管的漏极 和源极中的一个相连的第一熔丝，所述第一熔丝与第一晶体管串联连接。 所述固态开关包括与第二晶体管的漏极和源极中的一个相连的第二熔丝， 所述第二熔丝与第二晶体管串联连接。所述的固态开关还包括与第三晶体 管的漏极和源极中的一个相连的第三熔丝，所述第三熔丝和第三晶体管串 联连接。第一晶体管和第一熔丝与第二晶体管和第二熔丝以及与第三晶体 管和第三熔丝并联连接。第一熔丝、第二熔丝和第三熔丝中的每一个的额 定电流小于连接到第一晶体管、第二晶体管和第三晶体管的负载的负载电 流，第一熔丝、第二熔丝及第三熔丝的额定电流的组合大于所述负载电流。

本发明的实施方式还包括电动机组件。所述的电动机组件包括电池、 配置成工作在负载电流的负载以及连接在电池和负载之间的固态开关。所 述固态开关包括在电池和负载之间并联连接的多个晶体管以及与多个晶 体管串联连接的多个熔丝，以使得多个熔丝中的每一个与多个晶体管中的 单独一个串联连接。多个晶体管和多个熔丝被配置成使得基于其余的晶体 管断开且第一晶体管保持接通而将多个熔丝中的一个断开以阻止电流通 过第一晶体管。

额外的特征及优点将通过本发明的技术实现。本发明的其他实施方式 和其他方面在本文中被详细描述并被认为是要求保护的发明的一部分。为 了通过本发明的优点和特征更好地理解本发明，请参考说明书和附图。

附图说明

被视为本发明的主题内容在说明书结尾部分处的权利要求书中被特 别指出并且明确要求保护。本发明的上述及其他的特征及优点将通过下文 结合附图的详细描述而变得明显，其中：

图1示出了根据本发明的实施方式的电动机组件；

图2示出了根据本发明的实施方式的固态开关；以及

图3示出了根据本发明的实施方式的连接到负载的固态开关的等效 电路。

具体实施方式

常规的晶体管开关在晶体管故障时遭受保持生效状态的问题，这可以 导致晶体管开关驱动的负载损坏。本发明的实施方式涉及一种固态开关， 其具有并联连接的多个例如但不限于金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET)的晶体管与熔丝的故障安全配置。应该明白的是，本发明 在任意类型的晶体管的情况下都将有作用。

图1示出了根据本发明的实施方式的电动机组件100。电动机组件100 包括点火开关101、电池102、固态开关103、起动器螺线管104和电动 机105。点火开关101可以是任意类型的点火开关，包括钥匙、按钮、开 关或者能够将电池102连接到固态开关103并从固态开关103断开连接的 其他任意开关。