阅读说明：本技术 一种大功率矩阵开关 (High-power matrix switch ) 是由 张浩彬 朱辉 刘跃武 于 2020-07-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种大功率矩阵开关,包括多个开关单元,所述开关单元的数量为M*N,M为横向的开关单元数量,N为纵向的开关单元数量,每个开关单元均设有4个连接端口,相邻的开关单元彼此连接,开关单元包括开关S1、开关S2和开关S3,开关S1的一端连接端口A,开关S1的另一端连接开关S2和端口C,开关S2的另一端连接开关S3和端口B,开关S4的另一端连接端口D,本发明在一定程度上改善了以前的开关矩阵中行列线完全阻塞的问题,以前的开关矩阵行线或列线同一时刻最多只能接入一个信号,不能出现同一线上有两个或多个信号的情况,本发明提出的矩阵开关允许同一线上出现有两个或多个信号。(The invention discloses a high-power matrix switch, which comprises a plurality of switch units, wherein the number of the switch units is M × N, M is the number of transverse switch units, N is the number of longitudinal switch units, each switch unit is provided with 4 connecting ports, adjacent switch units are connected with each other, each switch unit comprises a switch S1, a switch S2 and a switch S3, one end of the switch S1 is connected with a port A, the other end of the switch S1 is connected with a switch S2 and a port C, the other end of the switch S2 is connected with a switch S3 and a port B, and the other end of the switch S4 is connected with a port D, the invention improves the problem of completely blocking row and column lines in the previous switch matrix to a certain extent, the matrix switch provided by the invention allows two or more signals to be present on the same line.)

一种大功率矩阵开关

技术领域

本发明涉及开关技术领域，具体是一种大功率矩阵开关。

背景技术

如图1所示，现有的矩阵开关一般采用M*N的方式组成矩阵开关，M为矩阵开关行数，M≥2，N为矩阵开关列数，N≥2。行列交汇点采用单开关连接，矩阵开关行中任意一个端口都能连接到列中任意一个端口。

现有的矩阵开关有如下几点不足之处：

（1）行线或列线同一时刻最多只能连接一个信号，即行线和列线都是完全阻塞式的。

（2）只针对小功率信号，无法处理大功率信号，即现有的矩阵开关不能通过大电流或者高电压。

（3）不适用于开关电源功率测试或老化测试。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大功率矩阵开关，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种大功率矩阵开关，包括多个开关单元，所述开关单元的数量为M*N，M为横向的开关单元数量，N为纵向的开关单元数量，每个开关单元均设有4个连接端口，相邻的开关单元彼此连接，开关单元包括开关S1、开关S2和开关S3，开关S1的一端连接端口A，开关S1的另一端连接开关S2和端口C，开关S2的另一端连接开关S3和端口B，开关S4的另一端连接端口D。

作为本发明的进一步技术方案：所述开关S1为继电器、MOS管、IGBT、直流接触器或者空开。

作为本发明的进一步技术方案：所述开关S2为继电器、MOS管、IGBT、直流接触器或者空开。

作为本发明的进一步技术方案：所述开关S3为继电器、MOS管、IGBT、直流接触器或者空开。

作为本发明的进一步技术方案：横向的开关单元数量M≥2、纵向的开关单元数量N≥2。

作为本发明的进一步技术方案：多个矩阵开关之间可相互连接组成大型矩阵开关。

作为本发明的进一步技术方案：同一行或同一列的矩阵单元允许出现多个信号。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）矩阵开关行线或列线上允许出现两个或两个以上的信号且可以做到互不干扰，大幅度的降低了行列线阻塞的可能性。

（2）使用高功率的开关器件，开关单元节点可以承载更大的功率，可以用在开关电源领域中的功率测试。

（3）应用于开关电源领域，可以用来实现开关电源输出或输入的串并联配置，在不改变接线方式的前提下，只需要切换相应的开关即可以实现开关电源模块的串并联组合。

（4）可以获得更加灵活的配置方式，随着阻塞可能性的降低，同时在行列线传输的信号数量将会增加，信号的输入输出组合也更加灵活。

（5）随着高功率器件的应用，所提出的矩阵开关也能够承载更大的功率，填补了大功率开关电源测试中功率回路灵活切换的空缺。

（6）开关器件的接入，灵活的输入输出配置，在开关电源领域，在不改变系统接线方式的前提下可以改变电源模块的串并联组合，大大提高开关电源测试或老化的灵活度，提高测试或老化系统的可复用性。

附图说明

图1是传统矩阵开关示意图。

图2为改进型矩阵开关示意图。

图3为信号流向示意图。

图4为矩阵开关并联示意图。

图5为端口定义图。

图6为输入输出直通端口定义图。

图7为串联端口定义图。

图8为并联端口定义图。

图9为串并联组合端口定义图。

图10为开关单元的具体结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图2-10，实施例1：一种大功率矩阵开关，包括多个开关单元，所述开关单元的数量为M*N，M为横向的开关单元数量，N为纵向的开关单元数量，每个开关单元均设有4个连接端口，相邻的开关单元彼此连接，开关单元包括开关S1、开关S2和开关S3，开关S1的一端连接端口A，开关S1的另一端连接开关S2和端口C，开关S2的另一端连接开关S3和端口B，开关S4的另一端连接端口D。如图10所示，本设计由原来的单个开关改成了三个开关，增加了开关节点的灵活性。节点中的开关可以是但不限于继电器、MOS管、IGBT、直流接触器或者空开，在更大电流应用场景，图例中的开关可以是多个开关器件并联。定义开关单元横向的开关为行线开关、竖直方向的开关为列线开关、连接横向和竖向的开关定义为跨接开关。矩阵开关大小为M*N，M为行线数量、N为列线数量，M≥2、N≥2，

本设计提出的矩阵开关允许同一线上出现有两个或多个信号，具体数量视矩阵大小而定。以4*4矩阵开关为例，图3所示例子中，定义行线左边为行输入端、右边为行输出端，列线上方为列输入端、下方为列输出端，信号a通过开关由行线1输入端切换到了列线1的输出端，同时信号b通过开关由行线2输入端切换到了行线1的输出端，信号c通过开关由列线3输入端切换到了列线2的输出端，信号d通过开关由列线4输入端切换到了列线3的输出端。所举例子中，行线1和列线2、3都同时出现了两个信号，如果在更大的矩阵中，同一行或者同一列允许出现更多的信号。

实施例2，在实施例1的基础上，本发明同样具备很好的扩展性，在实际实施过程中，可以通过低阶数的矩阵开关组合成高阶数的矩阵，以方便工程实现。组合得到的矩阵开关除了具备低阶数矩阵开关单体所有的特性，配置的灵活性也得到了大幅度提升。图4是由4个M*N的矩阵开关组合得到的2M*2N的矩阵开关。

应用于开关电源领域：本发明应用于开关电源领域时，可用作配置开关电源模块的串并联运行。应用于开关电源领域时，定义矩阵开关左边为输入端，右边为输出端。开关电源的正负输出端连接到矩阵开关的行线输入端，输出端可根据实际需求进行配置。

以8*8矩阵为例，有以下几种工作情况：

（1）输入输出直通：

在这种情况下，所有行线上的开关全部闭合，所有列线上的开关全部断开，所有跨在行线和列线上的开关全部断开。

（2）串联：

为了获得更高的输出电压，可以将开关电源模块串联使用。对于M*N的矩阵，输入端最多可以串联M/2个电源模块，通过开关切换将模块输出端的正极通过继电器连接到上一个电源模块输出端的负极，模块串联后的输出可以直通或者切换到所希望的行线上。图7为两组两个电源模块串联的示意图，行线3的正极连接到行线2的负极，两个模块串联后的正极在行线1，负极从行线4转换到行线2。也可以根据实际需要将串联后的输出切换到其他端口。

（3）并联：

对于矩阵开关输入端口的电源模块，可以通过开关切换使模块输出的正负极并联在一起，即模块工作在并机状态，从而获得更大的输出电流。图8展示了四个模块并联的其中一种配置方式，将行线3、5、7的正极全部切换到行线1、行线4、6、7的负极全部切换到行线2，最终并联后从行线1跟2输出。

（4）串并联组合：

为了获得更高的电压以及更大的电流，也可以将模块进行串并联组合。图9展示了电源模块两串两并的一种配置方式，两组模块分别串联后再并联到一起输出。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。