一种固态断路器

技术领域

本申请涉及断路器技术领域，具体而言，涉及一种固态断路器。

背景技术

随着全社会对电力需求的日益增长，电气设备也相应增加，并且伴随而至的如何保证用电安全的问题也愈发突出。机械开关的断路器在对其所接入的主回路进行分断时，由于机械开关的固有特性，其在切断电源时容易产生电弧，不利于安全。为弥补机械式断路器分断过程中带来的危害，固态断路器得到了较为广泛的应用，固态断路器具有开关速度快、无触点开断、开关寿命长等特点，使其能够克服传统的机械式断路器所存在的不足。

目前，利用固态断路器作为开关部件来开断电源的设备主要为电气防火限流式保护器/小型断路器，但是现有的固态断路器中缺乏明显的可视断点。

发明内容

本申请的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种固态断路器。

为实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：

本申请实施例的一方面，提供一种固态断路器，包括壳体以及设置于壳体内的继电器、功率板、指示件和固态电子开关，继电器和固态电子开关分别设置于功率板且与功率板电连接，继电器与固态电子开关串联；继电器接通后，固态电子开关接通以控制固态断路器合闸；固态电子开关分断后，继电器分断以控制固态断路器分闸；在壳体上开设有与指示件对应的指示窗口，指示件与继电器传动连接，以在继电器接通或分断时带动指示件相对指示窗口运动，使指示件指示固态断路器的合闸状态或分闸状态。

可选的，在壳体上设置有滑轨，指示件滑动设置于滑轨。

可选的，继电器具有手柄，指示件具有与手柄传动连接的传动部，传动部具有卡接槽，传动部经卡接槽容置或部分容置手柄，以使传动部经卡接槽的内壁与手柄传动连接。

可选的，在指示件上设置有操作部，操作部位于指示窗口，操作部用于受驱经指示件带动继电器控制固态断路器合闸或分闸。

可选的，指示件具有与指示窗口相对的指示表面，指示表面具有合闸标识和分闸标识，指示件受驱相对指示窗口运动，以使合闸标识或分闸标识于指示窗口露出。

可选的，在壳体内还设置有散热器，固态电子开关包括电连接至功率板的功率半导体可控开关，功率半导体可控开关的散热面经导热层与散热器贴合设置。

可选的，导热层为绝缘材质。

可选的，固态断路器还包括第一紧固件，第一紧固件依次穿设于功率板、功率半导体可控开关、导热层和散热器，以将散热器、导热层和功率半导体可控开关固定于功率板。

可选的，在功率半导体可控开关和功率板之间设置有间隙，在间隙设置有固定于功率板的支撑柱，第一紧固件还穿设于支撑柱以将功率半导体可控开关可拆卸连接至支撑柱。

可选的，固态断路器还包括风扇，在散热器上设置有与风扇适配的安装槽，风扇经第二紧固件可拆卸安装于安装槽。

本申请的有益效果包括：

本申请提供了一种固态断路器，包括壳体以及设置于壳体内的继电器、功率板、指示件和固态电子开关，继电器和固态电子开关分别设置于功率板且与功率板电连接，继电器与固态电子开关串联；继电器接通后，固态电子开关接通以控制固态断路器合闸；固态电子开关分断后，继电器分断以控制固态断路器分闸；通过该种控制逻辑，能够避免在继电器的机械触点之间产生电弧，有效保证固态断路器的使用寿命。在壳体上开设有与指示件对应的指示窗口，指示件与继电器传动连接，以在继电器接通或分断时带动指示件相对指示窗口运动，使指示件指示固态断路器的合闸状态或分闸状态，以便于用户能够通过观察指示件所给出的指示信号，对固态断路器的分闸或合闸状态进行确认，从而使得固态断路器具有明显的可视断点，有助于提高固态断路器的使用安全。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的一种固态断路器处于分闸状态的示意图；

图2为本申请实施例提供的一种固态断路器处于合闸状态的示意图；

图3为本申请实施例提供的一种固态断路器的内部结构示意图；

图4为本申请实施例提供的一种指示件的结构示意图之一；

图5为本申请实施例提供的一种指示件的结构示意图之二；

图6为本申请实施例提供的一种固态断路器的爆炸图；

图7为本申请实施例提供的一种固态断路器的结构示意图之一；

图8为本申请实施例提供的一种固态断路器的结构示意图之二。

图标：100-壳体；110-底壳；120-上盖；210-指示件；211-传动部；2111-卡接槽；212-操作部；2121-驱动槽；213-滑动本体；2131-滑动部；214-合闸标识；215-分闸标识；310-指示器；410-第二接线端；420-第一接线端；430-控制板；510-继电器；511-手柄；610-功率板；620-支撑柱；630-功率半导体可控开关；631-引脚；632-Tab管脚；640-散热器；650-安装槽；651-第二紧固件；660-风扇；670-第一紧固件；680-导热层。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例中的各个特征可以相互结合，结合后的实施例依然在本申请的保护范围内。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本申请实施例的一方面，提供一种固态断路器，如图1至图3以及图6所示，包括壳体以及设置于壳体内的继电器、功率板、指示件和固态电子开关，其中，壳体100包括具有开口的底壳110和盖合于开口的上盖120，盖合后的上盖120和底壳110通过螺钉等紧固件实现固定，从而在底壳110和上盖120之间围合形成内腔，从而方便继电器510、功率板610和指示件210的设置。

请继续参照图3和图6，功率板610能够通过接线端子接入主回路中，从而实现固态断路器接入主回路。为了实现固态断路器对主回路的通断控制，继电器510和固态电子开关分别设置于功率板且与功率板610电连接，并且继电器510与固态电子开关串联于功率板610上的主回路中，由此，通过继电器510和固态电子开关共同实现主回路的通断控制。具体的：

当固态断路器需要由分闸转为合闸时，可以控制继电器510先接通，然后再控制固态电子开关接通，由此，使得主回路接通，即实现控制固态断路器合闸；当固态断路器需要由合闸转为分闸时，可以先控制固态电子开关分断，然后再控制继电器510分断，因此，利用继电器510内部的触点结构的分离能够确保固态断路器在分闸状态下形成安全可靠的物理隔离断点和间隙，也使得主回路断开，即实现控制固态断路器分闸。通过该种控制逻辑，能够避免在继电器的机械触点之间产生电弧，有效保证固态断路器的使用寿命。此外，应当理解的是，继电器和固态电子开关可以分别与控制器电连接，从而由控制器根据指令信号以及预设的控制逻辑对应控制继电器和固态电子开关一起对固态断路器的合闸或分闸进行控制。

请结合参照图1、图3至图5，为了便于形成明显的合闸指示(即可视断点)，还可以在壳体100上开设有指示窗口，指示窗口与指示件210的位置对应，从而方便指示件210能够对应在指示窗口内露出。为了使得指示件210能够准确指示固态断路器的分闸状态和合闸状态，还可以使得指示件210与继电器510传动连接，继电器510在接通和分断之间转换时，对应能够带动指示件210相对指示窗口运动，以使得指示件210能够通过指示窗口指示分闸或合闸信号。具体的，在固态电子开关分断后，继电器也对应分断，从而控制固态断路器进行分闸，此时，继电器510便可以同步带动指示件210相对指示窗口运动，如图1所示，在固态断路器处于分闸状态时，指示件210也刚好通过指示窗口显示此时的固态断路器处于分闸状态，同理，在继电器接通后，固态电子开关也对应接通，从而控制固态断路器进行合闸，此时，继电器便可以同步带动指示件210相对指示窗口运动，如图2所示，在固态断路器处于合闸状态时，指示件210也刚好通过指示窗口显示此时的固态断路器处于合闸状态。

由此，通过增加指示件210，并且使得指示件210与继电器510建立联动关系，从而使得指示件210能够准确的对固态断路器的分闸状态和合闸状态分别进行指示，以便于用户能够通过观察指示件210所给出的指示信号，对固态断路器的分闸或合闸状态进行确认，从而使得固态断路器具有明显的可视断点，有助于提高固态断路器的使用安全。

指示件210可以相对指示窗口运动，以便于其能够通过指示窗口显示不同的信息，满足上述具有明显的可视断点的需求，例如指示件210可以相对壳体100滑动，即在壳体100上可以设置有滑轨，指示件210滑动设置于滑轨，由此，能够使得指示件210的运动形式较为简单，且占用空间较小，具体的，如图5所示，指示件210具有滑动本体213，在滑动本体213上设置具有光滑的弧面的滑动部2131，由此，指示件210可以经滑动本体213上的滑动部2131与壳体100上的滑轨滑动连接，并且滑动部2131经弧面与滑轨配合接触，有助于降低滑动阻力。此外，指示件210也可以相对壳体100转动等多种形式，本申请对其不做限制。

可选的，如图3所示，继电器510具有手柄511，在手柄511可跟随继电器510动作，即在继电器510由分断转为接通时，手柄511由分闸位置运动至合闸位置，而在继电器510由接通转为分断时，手柄511由合闸位置运动至分闸位置，即手柄511的位置与继电器510的通断同步。由此，在指示件210的传动部211与手柄511传动连接时，便能够通过手柄511的运动同步带动指示件210的运动，例如手柄511带动指示件210相对指示窗口滑动，以保证指示件210显示信息的准确性。

可选的，如图4和图5所示，传动部211具有内凹的卡接槽2111，传动部211可以经卡接槽2111容置或部分容置手柄511，从而使得传动部211能够经卡接槽2111的内壁与手柄511传动连接，即在手柄511在分闸和合闸位置之间运动时，便可以通过推抵卡接槽2111的内壁带动指示件210相对指示窗口滑动，从而改变其所显示的信息。

可选的，卡接槽2111的相对两侧壁分别与手柄511抵接，由此，避免在卡接槽2111和手柄511之间产生间隙，使得手柄511的运动和指示件210的运动同步。

可选的，如图4所示，指示件210具有与指示窗口相对的指示表面，指示表面具有合闸标识214和分闸标识215，由此，在继电器510经手柄511带动指示件210相对指示窗口运动时，就能够使得合闸标识214或分闸标识215在指示窗口内露出，从而形成明显的可视断点，其中，如图1所示，当固态断路器处于分闸状态时，指示件210的分闸标识215经指示窗口露出，合闸标识214被指示窗口周围的壳体100遮挡不露出，如图2所示，当固态断路器处于合闸状态时，指示件210的合闸标识214经指示窗口露出，分闸标识215被指示窗口周围的壳体100遮挡不露出。

可选的，为了进一步的丰富固态断路器的分闸或合闸的操作方式，可以在指示件210上设置有操作部212，并且使得操作部212位于指示窗口内，由此，在手动合闸时，便可以由外力作用于操作部212，从而带动指示件210相对指示窗口运动以便指示件210将其在指示窗口内露出的分闸标识215切换为合闸标识214，在指示件210运动的过程中，同步带动手柄511，从而通过手柄511的运动，使得继电器510由分断转换为接通，配合固态电子开关接通，实现手动合闸的操作，同理，在手动分闸时，也可以由外力作用于操作部212，从而带动指示件210相对指示窗口运动以便指示件210将将其在指示窗口内露出的合闸标识214切换为分闸标识215，在指示件210运动的过程中，同步带动手柄511，从而通过手柄511的运动，使得继电器510由接通转为分断，实现手动分闸的操作。

可选的，为了便于操作，如图4或图5所示，操作部212具有驱动槽2121，以便于用户通过工具卡入驱动槽2121，从而带动指示件210运动。

可选的，为了避免误操作，可以使得操作部212的顶面内陷于壳体100的外表面，或，操作部212的顶面与壳体100的外表面平齐。

可选的，在壳体100内还设置有控制器，如图6所示，控制器可以设置于控制板430，控制器分别与继电器510和固态电子开关电连接，以便由控制器实现自动合分闸的控制，在控制器可以与远程终端通讯时，便能够通过接收远程终端的合分闸指令，来控制固态断路器的自动合分闸。同时，如图1或图2所示，在壳体100上还设置有露出于壳体100外表面的指示器310，指示器310与控制器电连接，控制器可以控制指示器310指示固态断路器的合闸状态或分闸状态。指示器310可以是指示灯，且其数量可以是一个或多个，例如当指示器310的数量为一个时，可以通过控制指示器310显示不同的颜色或亮灭来对应指示固态断路器的合闸状态或分闸状态，又例如图1或图2所示，当指示器310的数量为两个时，便可以使得一个指示器310指示合闸状态，另一个指示器310指示分闸状态，在控制器的控制下，通过控制两个指示器310中的一个亮一个灭来对应指示固态断路器的合闸状态或分闸状态。

可选的，如图1、图2和图6所示，固态断路器还包括电连接至功率板610上的第一接线端420和第二接线端410，以此，方便功率板610经第一接线端420和第二接线端410接入主回路，继电器510则串联至第一接线端420和第二接线端410之间，以便于通过继电器510的通断控制第一接线端420和第二接线端410之间的电路的通断，进而实现继电器510对主回路的通断控制，也即实现继电器510对固态断路器的合分闸控制。

可选的，如图7所示，固态电子开关可以包括功率半导体可控开关630，功率半导体可控开关630电连接至功率板610，以便由功率半导体可控开关630进行载流。

为了提高功率半导体可控开关630的载流能力，结合图8所示，还可以设置有散热器640和导热层680，其中，功率半导体可控开关630的散热面(例如Tab管脚632)可以经导热层680与散热器640贴合设置，由此，功率半导体可控开关630产生的热量可以经Tab管脚632传导至导热层680，利用导热层680的高导热能力，使得热量更好的传递到散热器640，从而提高有效提高散热器640对功率半导体可控开关630的散热效果，有利于充分发挥功率半导体可控开关630的载流能力。同时，加入导热层680来提高散热效果的方式，能够以较少的器件实现通断更大的电流，利于小型化设计和降低成本。

可选的，如图8所示，导热层680为绝缘材质，即导热层680在具备高导热属性的同时，还具有绝缘特性，由此，一方面能够避免导热层680过厚，利于实现固态断路器的小型化，另一方面，利用导热层680的高导热属性能够提高功率半导体可控开关630的散热效果，在此基础上，利用导热层680的绝缘特性，还能够避免散热器640与Tab管脚632直接接触所导致的散热器640带电，从而有效的提高固态断路器在使用中的安全性。应当理解的是，本申请对于导热层680的具体材质不做限制，例如可以是导热硅胶、陶瓷等材质。当导热层为导热硅胶时，能够利用导热硅胶的高导热性能实现对功率半导体可控开关630的热传导，同时也利用导热硅胶的绝缘材质实现功率半导体可控开关630和散热器640的电隔离，避免散热器640带电，在此基础上，利用导热硅胶的可形变性，便于导热硅胶的相对两侧表面均能够和功率半导体可控开关630以及散热器640进行充分接触，提升表面的贴合度，从而降低热阻，此外，利用导热硅胶的可形变性，也能够使得功率半导体可控开关630和散热器640软接触，有助于提高固态断路器的抗冲击能力。

可选的，如图8所示，在设置时，功率板610上方设置有功率半导体可控开关630，功率半导体可控开关630上方设置有导热层680，导热层680上方设置有散热器640，为了提高稳定性以及保证良好的散热效果，如图8所示，固态断路器还包括第一紧固件670，第一紧固件670可以由功率板610的下方依次穿设于功率板610、功率半导体可控开关630和导热层680后，与散热器640紧固，以便于将散热器640、导热层680和功率半导体可控开关630可靠的固定于功率板610，从而完成装配，以此，便可以使得功率半导体可控开关630的Tab管脚632能够经导热层680与散热器640紧密贴合，从而保证散热效果。应当理解的是，第一紧固件670可以是螺钉、卡接件等多种形式，例如图8，当第一紧固件670为螺钉时，可以使得螺钉由功率板610的下方依次穿设功率板610、功率半导体可控开关630和导热层680后，与散热器640底部的螺纹孔螺接。

可选的，如图8所示，在功率半导体可控开关630和功率板610之间设置有间隙，由此，利用该间隙能够在功率半导体可控开关630和功率板610之间形成容纳空间，利用该容纳空间能够便于在功率板610上设置其它的电子器件，由此，达到充分利用功率板610面积的目的，有助于固态断路器的小型化。

可选的，如图7和图8所示，在间隙内设置有固定于功率板610的支撑柱620，第一紧固件670可以由功率板610的下方依次穿设功率板610、支撑柱620、功率半导体可控开关630和导热层680后与散热器640固定连接，由此，利用第一紧固件670的可拆卸属性，能够将功率半导体可控开关630可拆卸的连接至支撑柱620，由此，方便更换功率半导体可控开关630。当然，支撑柱620还可以是具有通孔的金属环，金属环的一端可以焊接至功率板610，通孔方便第一紧固件670进行穿设。

可选的，如图7和图8所示，固态断路器还包括风扇660，通过设置风扇660能够提高散热器640附近的气流流速，方便气流能够快速将散热器640上的热量带走，从而保证固态断路器持续工作的稳定性。具体的，请结合参照图7和图8，在散热器640上可以集成有安装槽650，风扇660可以适配性的安装于安装槽650内，由此，能够使得风扇660和散热器640的集成度更高，有助于固态断路器的小型化。

为了提高安装的稳定性，风扇660可以经第二紧固件651可拆卸的安装于安装槽650，其中，第二紧固件651可以是螺钉，螺钉可以穿设风扇的底座后将其螺接固定至散热器640。当然，还可以使得安装槽650设置于一独立结构件，独立结构件可以经螺钉固定设置于散热器，在安装槽650内设置有第一卡接扣，同时，在风扇660的底座上也对应设置有第二卡接扣，由此，在风扇660的底座安装于安装槽650时，可以通过第一卡接扣和第二卡接扣彼此扣合锁定，从而实现将风扇660以可拆卸的形式固定于安装槽650的目的。

可选的，如图8所示，散热器640包括多个并排设置的散热片，在相邻两个散热片之间能够形成有散热风道，由此，能够利用散热片的形式有效增大散热器640与空气的接触面积，从而提高散热效果。

可选的，如图7和图8所示，风扇660的吹风方向与散热风道的延伸方向相同，由此，能够使得气流经风扇660加速后的流动方向顺畅的进入散热风道内，并沿着散热风道流动，由此，能够进一步的提高散热效果。本申请中的风扇660可以是轴流风扇，其可以是抽风风扇(即设置于散热风道的出风侧)或吹风风扇(即设置于散热风道的进风侧)，具体设置时，可以根据实际需求进行合理选择。

可选的，功率半导体可控开关630可以是MOS管(即场效应管)，如图8所示，固态电子开关包括多个功率半导体可控开关630，多个功率半导体可控开关630呈矩阵分布，以便于固态电子开关的分布。具体的，多个功率半导体可控开关630可以通过串并联进行设置，以便于能够适应不同的使用场景。

可选的，如图8所示，功率半导体可控开关630具有针排的引脚631，由此，功率半导体可控开关630经引脚631与功率板610焊接后，实现功率半导体可控开关630与功率板610的电连接。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。