專利名稱：低損耗交流電子開關(guān)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及同一構(gòu)思、二種不同電路的低損耗交流電子開關(guān)電路，可廣泛用于低壓 電器制造行業(yè)，特別適合用來制造各種規(guī)格的固態(tài)交流繼電器、固態(tài)交流接觸器、固態(tài) 交流控制模塊、自復(fù)式電子保險(xiǎn)器、無火花電磁式交流接觸器等之類產(chǎn)品，屬電子產(chǎn)品 制造領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，市場(chǎng)上銷售的固態(tài)交流電子開關(guān)的電路通常通過兩種技術(shù)方案實(shí)現(xiàn) 一種是 直接采用雙向可控硅來控制交流電流的通斷，另一種則是由橋式整流電路(俗稱橋堆) 和各種單向的直流電子開關(guān)管，諸如晶體三極管、場(chǎng)效應(yīng)管、單向可控硅等等構(gòu)成，原
理是先將交流電流整流成直流電流，然后再對(duì)其直流電流進(jìn)行通斷控制，從而間接達(dá)到 控制交流電流通斷目的。其不足之處無論采用上述哪種技術(shù)方案，都存在一個(gè)共同的 缺點(diǎn)，就是當(dāng)交流電子開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，由于單個(gè)硅材料PN結(jié)0.7V左右壓降的存
在，總要導(dǎo)致整個(gè)交流電子開關(guān)，至少存在IV到1.5V左右的電壓降。這個(gè)壓降雖然很
小，但是在控制大功率負(fù)載，大電流狀況下卻是致命的。設(shè)想一下如果要控制數(shù)百，乃 至數(shù)千安培的交流電流，導(dǎo)通壓降損耗的電能將會(huì)達(dá)到數(shù)百瓦特乃至數(shù)千瓦特。這樣大 的電能損耗，不僅造成極大的電能浪費(fèi)，而且還會(huì)導(dǎo)致器件發(fā)熱，于是不得不給可控硅， 整流橋堆加裝體積龐大的散熱器，或者提供良好的通風(fēng)設(shè)備，這就大大限制了交流電子
開關(guān)的應(yīng)用場(chǎng)合和范圍。因此硅材料PN結(jié)0.7V左右的壓降，確實(shí)已經(jīng)成為限制固態(tài)大 功率交流電子開關(guān)、交流控制模塊推廣應(yīng)用的最大的技術(shù)瓶頸。
電磁式交流接觸器的最大弊病是觸點(diǎn)火花，觸點(diǎn)火花不僅會(huì)大大削減交流接觸器的 使用壽命，而且還產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁干擾造成電磁污染。因此無法適用于自動(dòng)化控制要求 較高的場(chǎng)合。

發(fā)明內(nèi)容
4設(shè)計(jì)目的避免背景技術(shù)中的不足之處，設(shè)計(jì)一種一是不受硅材料PN結(jié)固有的 0. 7V壓降技術(shù)瓶頸制約的，全新結(jié)構(gòu)的固態(tài)交流電子開關(guān)電路；二是對(duì)于電磁式交流接 觸器，改變現(xiàn)有的控制回路電路，使得電磁式交流接觸器的觸點(diǎn)，在交流電流過零時(shí)接 通，交流電流過零時(shí)斷開。
設(shè)計(jì)方案為了實(shí)現(xiàn)上述設(shè)計(jì)目的。1、對(duì)于N溝道型VMOS功率場(chǎng)效應(yīng)管來說，當(dāng) D極(漏極)接正，S極(源極)接負(fù)時(shí)，為正常工作電壓，內(nèi)部寄生二極管反偏，因此 當(dāng)G極(柵極)柵壓為0時(shí)，VMOS功率場(chǎng)效應(yīng)管呈關(guān)閉狀態(tài)，只有當(dāng)G極(柵極)輸 入正柵壓時(shí)，VMOS功率場(chǎng)效應(yīng)管才處于導(dǎo)通狀態(tài)。但是VMOS功率場(chǎng)效應(yīng)管的特性，不 同于晶體管，晶體管是不能在反向電壓下工作的，而VMOS功率場(chǎng)效應(yīng)管可以在反向電 壓狀態(tài)下工作，即D極(漏極)接負(fù)，S極(源極)接正，這時(shí)內(nèi)部的寄生二極管正偏， 既處于導(dǎo)通狀態(tài)，因此無論G極(柵極)是否有正電壓信號(hào)輸入，管子還是導(dǎo)通的，只 不過，沒有柵壓時(shí)，電流通過內(nèi)部寄生二極管，并且產(chǎn)生0.7V壓降，當(dāng)有柵壓時(shí)，電 流通過N溝道電阻，由于N溝道電阻阻值很小，當(dāng)電流通過N溝道電阻時(shí)，如果產(chǎn)生的 壓降小于PN結(jié)固有的0.7V壓降時(shí)，那么認(rèn)為，電流已經(jīng)完全的通過N溝道電阻了。 2、 參見附圖l，在交流回路中，串聯(lián)著兩個(gè)按相反工作方向聯(lián)接的VM0S功率場(chǎng)效應(yīng)管V1， V2，(為方便起見，僅以N溝道型場(chǎng)效應(yīng)VMOS管為例)。兩個(gè)VMOS功率場(chǎng)效應(yīng)管的柵極 正信號(hào)電壓，由E提供，并通過K控制。當(dāng)K斷開時(shí)，兩個(gè)VMOS功率場(chǎng)效應(yīng)管的柵極 電壓為零，因此N溝道電阻都呈開路狀態(tài)，當(dāng)交流電流相線為正，零線為負(fù)的時(shí)候，雖 然V2內(nèi)部的寄生二極管正向?qū)?，但是交流電流因?yàn)槭躒1的阻斷，所以還是呈斷路狀 態(tài)。反之當(dāng)交流電流相線為負(fù)，零線為正的時(shí)候，雖然V1內(nèi)部的寄生二極管正向?qū)ǎ?但是交流電流因?yàn)槭躒2的阻斷，所以仍然呈顯斷路狀態(tài)。當(dāng)K閉合時(shí)，此時(shí)兩個(gè)VMOS 功率場(chǎng)效應(yīng)管的柵極電壓為正偏，因此N溝道電阻都呈低阻導(dǎo)通狀態(tài)，因此無論交流的 相線零線正負(fù)如何變化，交流電流的兩個(gè)方向電流都能夠順利通過兩個(gè)VMOS功率場(chǎng)效應(yīng) 管，于是整個(gè)交流回路呈開路狀態(tài)。也就是說，交流回路的通斷受柵極信號(hào)電壓控制， 當(dāng)兩個(gè)VMOS功率場(chǎng)效應(yīng)管的柵極電壓同時(shí)為正偏時(shí)，交流回路開路，當(dāng)兩個(gè)VMOS功 率場(chǎng)效應(yīng)管的柵極電壓同時(shí)為零偏時(shí)，交流回路斷路。
技術(shù)方案l:低損耗交流電子開關(guān)電路，兩個(gè)VMOS功率場(chǎng)效應(yīng)管V1和V2是按相 反工作電流方向串聯(lián)連接在交流回路中。技術(shù)方案2:由低損耗交流電子開關(guān)電路構(gòu)成的單相交流接觸器，單片機(jī)至少有三 個(gè)輸入端口分別用于連接由電流互感器構(gòu)成的交流電流過零檢測(cè)電路，由電源變壓器構(gòu) 成的交流電壓過零檢測(cè)電路，由電阻、光偶器構(gòu)成的控制信號(hào)輸入電路，單片機(jī)至少有 一個(gè)輸出端用于連接兩個(gè)VM0S功率場(chǎng)效應(yīng)管VI和V2的柵極。
技術(shù)方案3:由低損耗交流電子開關(guān)電路構(gòu)成的三相交流接觸器，單片機(jī)至少有三
個(gè)輸出端口分別用于連接三相交流回路主控元件VMOS功率場(chǎng)效應(yīng)管的輸入端，單片機(jī)至 少有5個(gè)輸入端口分別用于連接C相交流電流過零檢測(cè)電路、B相交流電流過零檢測(cè)電 路、C相交流電壓過零檢測(cè)電路、AB線交流電壓過零檢測(cè)電路及控制信號(hào)輸入電路。
本發(fā)明與背景技術(shù)相比，只要被控制的交流電流足夠小，或者N溝道電阻足夠小， 那么通態(tài)壓降可以作到遠(yuǎn)小于0. 7V以下，可以使得開關(guān)損耗降到最低限度，這是目前現(xiàn) 有任何固態(tài)交流電子開關(guān)都無可比擬的最大優(yōu)點(diǎn)。


圖1是低損耗交流電子開關(guān)電路第一種實(shí)施例的示意圖。
圖2是低損耗交流電子開關(guān)電路第二種實(shí)施例的示意圖。
圖3和圖4是低損耗交流電子開關(guān)電路第三種實(shí)施例的示意圖。
圖5和圖6是低損耗交流電子開關(guān)電路第四種實(shí)施例的示意圖。
圖7和圖8是低損耗交流電子開關(guān)電路第五種實(shí)施例的示意圖。
圖9是無火花電磁式單相交流接觸器的程序流程示意圖。
圖IO是無火花電磁式單相交流接觸器的流程示意圖。
圖11是無火花電磁式三相交流接觸器的示意圖。
圖12是無火花三相交流接觸器程序流程示意圖。
圖13是由低損耗交流電子開關(guān)電路構(gòu)成的三相交流接觸器的示意圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例l:參照附圖l。低損耗交流電子開關(guān)電路，兩個(gè)VMOS功率場(chǎng)效應(yīng)管VI和 V2是按相反工作電流方向串聯(lián)連接在交流回路中，交流回路中的負(fù)載可以是燈、設(shè)備、 電機(jī)等等，兩個(gè)VM0S功率場(chǎng)效應(yīng)管VI和V2的柵極G由觸發(fā)電壓由E提供。
實(shí)施例2:參照附圖2。在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，兩個(gè)VM0S功率場(chǎng)效應(yīng)管VI和V2
的柵極G由觸發(fā)電壓分別由E1和E2提供。也就是說，在附圖2中，同樣也串聯(lián)著兩個(gè)按相反工作方向連接的VM0S功率場(chǎng)效應(yīng)管V1和V2，它與附圖l不同的地方是，在附 圖l中，兩個(gè)VMOS功率場(chǎng)效應(yīng)管，是按S極與S極直接連接串聯(lián)在交流回路中工作的。 而在附圖2中，兩個(gè)VM0S功率場(chǎng)效應(yīng)管，是按D極與D極直接連接串聯(lián)在交流回中工作 的，不過為了達(dá)到等效的控制目的。必須采用兩組相互獨(dú)立隔離的柵極控制電壓El和 E2和通過兩個(gè)互相隔離的同步開關(guān)Kl-l、 Kl-2分別對(duì)VI和V2的柵極進(jìn)行同步控制。
實(shí)施例3:參照附圖3和4。兩個(gè)VM0S功率場(chǎng)效應(yīng)管VI和V2的柵極和源極相互 隔離獨(dú)立且分別由2個(gè)柵極直流同步開關(guān)信號(hào)控制。也就是說，在附圖3和圖4中，也 有兩個(gè)按相反工作方向串聯(lián)在交流回路中工作的VM0S功率場(chǎng)效應(yīng)管VI和V2，它與上面 圖1和圖2不同的地方是，兩個(gè)VMOS功率場(chǎng)效應(yīng)管，不是直接連接在一起工作，而是被 負(fù)載隔開再混合串聯(lián)在交流回路中工作的，雖然電路結(jié)構(gòu)有較大改變，但是工作原理和 結(jié)果絲毫沒有改變。為了達(dá)到等效控制目的。也必須采用兩個(gè)相互獨(dú)立隔離的柵極控制 電壓El和E2，并通過兩個(gè)互相隔離的同步開關(guān)Kl-l和Kl-2分別對(duì)VI和V2的柵極 進(jìn)行同步控制。
實(shí)施例4:參照附圖5和6。在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，實(shí)際應(yīng)用中，有時(shí)為了擴(kuò)展被控制 交流回路中的電流，可以通過N個(gè)VMOS功率場(chǎng)效應(yīng)管的并聯(lián)接法，N表示2個(gè)、3個(gè)、4個(gè)、…… N個(gè)。達(dá)到無限小的N溝道電阻的阻值，從而達(dá)到控制無限大的交流電流。附圖5作出的是 僅用兩個(gè)VMOS功率場(chǎng)效應(yīng)管并聯(lián)充當(dāng)一個(gè)VMOS功率場(chǎng)效應(yīng)管來用的原理圖。有時(shí)為了擴(kuò)展 交流電子開關(guān)的控制電壓，也可以通過N個(gè)VMOS功率場(chǎng)效應(yīng)管的同向串聯(lián)方法，只要采用 互相獨(dú)立隔離的N個(gè)柵極控制電壓進(jìn)行同步控制，并將串聯(lián)組合成的模塊視為一個(gè)VMOS功 率場(chǎng)效應(yīng)管來看待，就可以無限止的來提高交流電子開關(guān)的工作電壓。附圖6作出的是僅 用兩個(gè)VMOS功率場(chǎng)效應(yīng)管串聯(lián)充當(dāng)一個(gè)VMOS功率場(chǎng)效應(yīng)管來用的示意圖。也就是說，低損 耗固態(tài)交流電子開關(guān)電路主要由兩個(gè)VM0S功率場(chǎng)效應(yīng)管V1和V2構(gòu)成，兩個(gè)VMOS功率場(chǎng)效應(yīng) 管V1和V2是按相反工作電流方向串聯(lián)連接在交流回路中，所述的VMOS功率場(chǎng)效應(yīng)管Vl和 V2，可以是兩個(gè)或N個(gè)VMOS功率場(chǎng)效應(yīng)管并聯(lián)或同向串聯(lián)后構(gòu)成的場(chǎng)效應(yīng)集成模塊，Vl和 V2的柵極和源極根據(jù)實(shí)際連接方式的不同，既可以直接相互并聯(lián)，由一個(gè)柵極直流開關(guān) 信號(hào)控制，也可以相互隔離獨(dú)立，分別由2個(gè)或N個(gè)柵極直流同步開關(guān)信號(hào)控制。需要說明 的是在實(shí)際使用中，有時(shí)候需要對(duì)交流回路作頻繁開關(guān)控制，為了更好的降低交流電子開關(guān)的動(dòng)態(tài)損耗，確保兩個(gè)雨0S功率場(chǎng)效應(yīng)管V1和V2，免受瞬間峰值電壓電流的沖擊，提 高整個(gè)交流電子開關(guān)的工作可靠性，延長(zhǎng)交流電子開關(guān)的使用壽命，還需要對(duì)兩個(gè)VMOS功 率場(chǎng)效應(yīng)管V1和V2的柵極直流開關(guān)信號(hào)，進(jìn)行交流過零開啟，交流過零關(guān)閉的輔助控制。 關(guān)于交流過零控制的原理和方法，在現(xiàn)有技術(shù)中，已有很多成熟的用分列元件構(gòu)成的電路 和方法可以釆納移用，限于篇幅不再贅述。
實(shí)施例5:參照附圖7和圖8。由低損耗交流電子開關(guān)電路構(gòu)成的單相交流接觸器， 單片機(jī)至少有三個(gè)輸入端口分別用于連接由電流互感器構(gòu)成的交流電流過零檢測(cè)電路， 由電源變壓器構(gòu)成的交流電壓過零檢測(cè)電路，由電阻、光偶器構(gòu)成的控制信號(hào)輸入電路， 單片機(jī)至少有一個(gè)輸出端用于連接兩個(gè)VMOS功率場(chǎng)效應(yīng)管VI和V2的柵極；變壓器T、 二極管D1和D2、電阻R4和R6、穩(wěn)壓二極管Z2、和電容E構(gòu)成工作電源電路，T次線線 圈分別接Dl和D2的正極，Dl和D2負(fù)極分別接R4 —端和R6的一端，R6的另一端接Z2 的負(fù)極及E的正極，Z2的正極接E負(fù)極及接地；電源變壓器初級(jí)線圈并聯(lián)連接在交流接 觸器的輸入端子，速飽和電流互感器L的原邊與兩個(gè)VM0S功率場(chǎng)效應(yīng)管的漏極和源極共 同串聯(lián)在交流主控回路的輸入與輸出端子之間。從附圖7中，可以看到本發(fā)明的低損耗 單相固態(tài)交流接觸器主要由兩個(gè)VM0S功率場(chǎng)效應(yīng)管V1和V2，單片機(jī)C，速飽和電流互 感器L，電源變壓器T，輸入隔離光偶器G， 5大部件構(gòu)成的，其中A1和A2分別代表A 相交流接觸器的輸入和輸出端子，Gl和G2分別為零線輸入、輸出端子，變壓器T、 二 極管D1、 D2、電阻R6、穩(wěn)壓管Z2、電解電容器E構(gòu)成單片機(jī)C的直流工作電源。單片 機(jī)P1.2端口，為輸出端口，主要為兩個(gè)VM0S功率場(chǎng)效應(yīng)管V1和V2提供直流開關(guān)驅(qū)動(dòng) 信號(hào)。單片機(jī)的P3.1、 P3.2、 P3.3均為單片機(jī)C的輸入端口，其中P3.1端口用于檢測(cè) 交流回路的電流過零信號(hào)，電流過零信號(hào)的采樣，主要靠速飽和電流互感器L完成，交 流電流通過速飽和電流互感器L時(shí)，當(dāng)電流過零時(shí)，會(huì)在次級(jí)感應(yīng)出正負(fù)尖脈沖電壓， 經(jīng)R1、 R2、 Zl、限流、限壓后，可直接輸入單片機(jī)檢測(cè)。由V3、 R4、 R5構(gòu)成交流電壓 過零采樣電路，(有的單片機(jī)，內(nèi)部備有比較放大輸入端口， V3即可省略)經(jīng)P3.2端口 輸入，提供單片機(jī)交流電壓過零信號(hào)。Sl、 S2分別為固態(tài)交流接觸器的控制輸入端子， 直流控制信號(hào)通過R7、經(jīng)光偶器隔離輸入后，通過P3.3端口，輸入到單片機(jī)。其工作 原理程序開始時(shí)，Sl、 S2無直流信號(hào)輸入時(shí)，光偶器3腳與4腳不導(dǎo)通，單片機(jī)C P3. 3 輸入高電平，此時(shí)單片機(jī)C P1.2輸出低電壓，VI、 V2處于關(guān)斷狀態(tài)，單片機(jī)C作無限循環(huán)檢測(cè)P3.3端口電壓動(dòng)作，當(dāng)S1、 S2有信號(hào)輸入時(shí)，光偶器3腳與4腳導(dǎo)通，當(dāng)單 片機(jī)C檢測(cè)到P3.3端口，由高電位變成低電位時(shí)，程序跳變到下一步，此時(shí)單片機(jī)C 作無限循環(huán)檢測(cè)P3.2端口電壓動(dòng)作，由于只有當(dāng)交流電壓過零時(shí)，P3.2端口電壓才會(huì) 有高電平輸入，當(dāng)單片機(jī)C檢測(cè)到P3.2端口，由低電位變成高電位時(shí)，程序才會(huì)跳變到 下一步，此時(shí)單片機(jī)C先指令P1.2端口輸出高電平，于是V1和V2導(dǎo)通，交流回路呈接 通狀態(tài)，此時(shí)單片機(jī)C再作無限循環(huán)檢測(cè)P3.3端口電壓的動(dòng)作，由于當(dāng)前P3.3端口仍 處在低電平狀態(tài)，只有當(dāng)S1、 S2無信號(hào)輸入時(shí)，P3.3端口才會(huì)從低電平轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠娖剑?只有當(dāng)單片機(jī)C檢測(cè)到P3.3端口，由低電位變成高電位時(shí)，程序跳變到下一步，此時(shí)單 片機(jī)C作無限循環(huán)檢測(cè)P3. l端口電壓的動(dòng)作，由于P3. l端口電壓，只有當(dāng)交流電流過 零時(shí)，才有高電平輸入，單片機(jī)C只有當(dāng)檢測(cè)到P3.1端口，由低電位變成高電位時(shí)，程 序跳變到下一步，此時(shí)單片機(jī)C先指令P1.2端口輸出低電平，于是V1、 V2關(guān)閉，交 流回路呈斷路狀態(tài)，此時(shí)程序返回到開頭，單片機(jī)C再作無限循環(huán)檢測(cè)P3.3端口電壓 的動(dòng)作，以此類推，周而復(fù)始。為了便于分析，附圖8繪出了的是單片機(jī)工作程序流程 圖。低損耗單相固態(tài)交流接觸器的技術(shù)特征主要由兩個(gè)VM0S功率場(chǎng)效應(yīng)管V1和V2， 一 片單片機(jī)C， 一個(gè)速飽和電流互感器L， 一個(gè)電源變壓器T， 一個(gè)光偶器G， 5大元件構(gòu) 成，單片機(jī)至少有三個(gè)輸入端口 P3.1、 P3.2、 P3.3分別用于連接由電流互感器L、 Rl、 R2、 Zl構(gòu)成的交流電流過零檢測(cè)電路；由電源變壓器T、 Dl、 D2、 R4、 R5、 V3構(gòu)成的交 流電壓過零檢測(cè)電路；由R7、光偶器G構(gòu)成的控制信號(hào)輸入電路，單片機(jī)至少有一個(gè)輸 出端P1.2用于連接兩個(gè)VM0S功率場(chǎng)效應(yīng)管V1、 V2的G極(柵極)，特征在于由變壓器 T、 Dl、 D2、 R6、 Z2、 E構(gòu)成工作電源電路，電源變壓器初級(jí)線圈并聯(lián)連接在交流接觸器 的輸入端子，速飽和電流互感器L的原邊與兩個(gè)VM0S功率場(chǎng)效應(yīng)管的D極(漏極)S 極(源極)共同串聯(lián)在交流主控回路的輸入與輸出端子之間。
實(shí)施例6:參照附圖9 10。在實(shí)施例5的基礎(chǔ)上，參照上面用單片機(jī)進(jìn)行過零開啟， 過零關(guān)閉控制的工作原理，在某些場(chǎng)合為了降低交流電子開關(guān)的制造成本，有時(shí)也可以用 一個(gè)直流電磁式繼電器來替換固態(tài)電路中的兩個(gè)VM0S功率場(chǎng)效應(yīng)管V1和V2。參見附圖9，
雖然電磁式繼電器存在開關(guān)速度慢且遺留了機(jī)械觸點(diǎn)的固有弊端，但是在一般場(chǎng)合，由于 它導(dǎo)通壓降小，耐過載能力強(qiáng)，還是有它適用之地的，不過傳統(tǒng)的硬性直接驅(qū)動(dòng)法，由于存在觸點(diǎn)打火的缺點(diǎn)，常常導(dǎo)致觸點(diǎn)提前損壞，而采用單片機(jī)進(jìn)行過零開啟，過零關(guān)閉控 制后，就可以大大延長(zhǎng)觸壽命點(diǎn)。通過這項(xiàng)技術(shù)改造的交流接觸器，也可以稱為無火花交 流接觸器。但是要直接調(diào)用上面的單片機(jī)控制程序，是絕對(duì)行不通的，因?yàn)殡姶攀嚼^電器 動(dòng)作速度慢，跟不上單片機(jī)的驅(qū)動(dòng)指令。解決的辦法是交流電流是按一定的頻率變化的， 在50赫茲交流電源中，交流電流的周期恒等于20毫秒，半個(gè)周期就是10毫秒，也就是說，
在上面的過零檢測(cè)電路中，每隔io毫秒就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)脈沖信號(hào)，由于在一般的實(shí)際使用場(chǎng)
合，我們對(duì)于交流電子開關(guān)的通斷控制，在時(shí)間上沒有特殊要求，也就是說在單片機(jī)作出 通斷指令時(shí)，可以允許經(jīng)過一定時(shí)間的延時(shí)再執(zhí)行，而要想單片機(jī)作到這一要求，不僅易 如反掌，而且延時(shí)時(shí)間的精度也是非常高的，可以達(dá)到微妙級(jí)。這樣在制造技術(shù)上，只要 對(duì)被選定的電磁式繼電器，事先作好吸合時(shí)間和釋放時(shí)間的精密測(cè)定(可以通過示波器檢
測(cè)，這個(gè)時(shí)間因制造廠家，生產(chǎn)工藝，規(guī)格、材料不同而不同， 一般在4-20毫秒范圍內(nèi))，
如果將這個(gè)滯后時(shí)間加上預(yù)設(shè)的延時(shí)時(shí)間恰好等于交流電半周期的倍率時(shí)間時(shí)，那么就可
以作到在單片機(jī)檢測(cè)到過零信號(hào)以后，再加上我們預(yù)設(shè)的延時(shí)時(shí)間，在下一個(gè)過零時(shí)刻到
來前，提前驅(qū)動(dòng)電磁式繼電器的開啟與關(guān)閉控制，這樣就實(shí)現(xiàn)了交流過零開啟，過零關(guān)閉
的目的。還有用直流電磁式繼電器來替換VMOS功率場(chǎng)效應(yīng)管控制的交流電子開關(guān)電路，還
有它的獨(dú)到之處，就是線圈直流控制回路和觸點(diǎn)交流回路在電路上是隔離分開，那么我們
就無須通過采用三個(gè)相同結(jié)構(gòu)原理、互相隔離獨(dú)立的單相交流電子開關(guān)電路的組合來實(shí)現(xiàn)
三相交流電路的通斷控制。而只需采用一片單片機(jī)的多個(gè)端口，同時(shí)控制三個(gè)直流電磁式
繼電器，只要將它們的主觸點(diǎn)分別串聯(lián)在A、 B、 C三相交流回路中即可，當(dāng)然這個(gè)設(shè)想，
同樣適合用于VMOS功率場(chǎng)效應(yīng)管控制的三相固態(tài)交流接觸器，只要將分別連接在A、 B、 C
三相交流回路中的三對(duì)互相隔離獨(dú)立的VMOS功率場(chǎng)效應(yīng)管的、刪極、源極直流開關(guān)信號(hào)，
分別通過三個(gè)光偶器進(jìn)行隔離控制即可。參見附圖13 (三相固態(tài)VMOS功率場(chǎng)效應(yīng)管控制原
理圖)，因?yàn)槠淇刂圃砼c下面的無火花電磁式三相交流接觸器類同，限于篇幅，下面僅
以附圖ll作出的，無火花電磁式三相交流接觸器實(shí)施例，對(duì)其三相控制工作原理與共同的
技術(shù)特征進(jìn)行較為詳細(xì)的描述。
實(shí)施例7:參照附圖11 13。由低損耗交流電子開關(guān)電路構(gòu)成的三相交流接觸器，
單片機(jī)至少有三個(gè)輸出端口分別用于連接三相交流回路主控元件VMOS功率場(chǎng)效應(yīng)管的
輸入端，單片機(jī)至少有5個(gè)輸入端口分別用于連接C相交流電流過零檢測(cè)電路、B相交
10流電流過零檢測(cè)電路、C相交流電壓過零檢測(cè)電路、AB線交流電壓過零檢測(cè)電路及控制
信號(hào)輸入電路，變壓器T 、 二極管D4和D5、電阻R10和R11構(gòu)成的A、 B線電壓交流
電壓過零檢測(cè)電路，T次級(jí)線圈兩端分別接D4和D5的正極，D4和D5負(fù)極并接且D5負(fù)
極接R12—端，D4負(fù)極接R10—端，R10另一端與R11—端連接，R11另一端與T次級(jí)
線圈中間抽頭連接；電阻R13、輸入隔離光偶器G構(gòu)成控制信號(hào)輸入電路；變壓器T 、
D4和D5、電阻R12、穩(wěn)壓二極管Z4、電容E構(gòu)成工作電源電路，T次級(jí)線圈兩端分別接
D4和D5的正極，D4和D5負(fù)極并接且D5負(fù)極接R12 —端，R12另一端接Z4負(fù)極及E正
極，Z4的正極接E負(fù)極及接地；在三相交流電輸入端，有三個(gè)按星形接法的電阻RA、 RB、
RC，以提供三相電壓的零電位D端。
在實(shí)際使用的三相交流回路中，由于零線電流為零。所以一般采用三相三線制聯(lián)接，
簡(jiǎn)單的分析可以知道，在三相交流回路三根相線接通前，如果有意在時(shí)間上作先后順序+
處理，換言之當(dāng)需要開啟三相交流電時(shí)，不是把三根相線同時(shí)接通，而是先接通其中一
根相線，其次再接通第二根、第三根。但是在接通第一根相線時(shí)，因?yàn)椴怀苫芈?，接?br> 瞬間沒有電流通過，所以首先接通的繼電器觸點(diǎn)不會(huì)產(chǎn)生火花，因此也無須進(jìn)行過零檢
測(cè)處理了，但在進(jìn)行第二根連接時(shí)，就要對(duì)第二根線與第一根線之間的線電壓進(jìn)行交流
過零接通處理，同樣在對(duì)第三根線連接前，也要對(duì)第三根與第二根第一根的中點(diǎn)電壓進(jìn)
行相電壓過零接通處理。相反當(dāng)需要關(guān)閉三相交流電流時(shí)，為了達(dá)到過零斷開目的，也
必須實(shí)行先斷開第三根線，再斷開第二根線，最后斷開第一根線，顯然在斷開第三根線、
第二根線之前，必須先對(duì)第三根線、第二根線進(jìn)行電流過零檢測(cè)，而對(duì)最后斷開的第一
根線就無須作電流檢測(cè)了，因?yàn)樵跀嚅_第二根線時(shí)，電流就已經(jīng)為零了。通過上面分析
得知，對(duì)于無火花三相交流接觸器的硬件設(shè)計(jì)，只需設(shè)置2個(gè)交流電壓過零檢測(cè)電路和
2個(gè)交流電流過零檢測(cè)電路就可以滿足控制要求了。在附圖9中，Kl、 K2、 K3分別是三
個(gè)直流繼電器Jl、 J2、 J3的三個(gè)主回路觸點(diǎn)，它們分別串聯(lián)在A、 B、 C三相交流回路中，
通過V1、 V2、 V3驅(qū)動(dòng)，分別受單片機(jī)的P1.2、 P1.3、 P1.4輸出端口控制。Ll、 L2分
別為C相與B相的速飽和電流互感器，電流過零尖脈沖信號(hào)分別經(jīng)R4、 R5、 Zl; R6、
R7、 Z2限壓處理后，連接單片機(jī)的P3.0、 P3. l兩個(gè)輸入端口， L3速飽和電流互感器，
主要用檢測(cè)C1與D之間的相電壓過零信號(hào)，通過R8、 R9、 Z3限壓處理后，連接單片機(jī)
的P3.2輸入端口，三相交流電A與B之間的線電壓，經(jīng)過變壓器T變成低電壓，經(jīng)D4、 D5全波整流后， 一方面經(jīng)R12、 E、 Z4濾波穩(wěn)壓，供單片機(jī)、繼電器提供直流工作 電壓，另一方面經(jīng)RIO、 R11分壓連接單片機(jī)的P1.1輸入端口作A、 B間的線電壓過零檢 測(cè)處理，處理結(jié)果由內(nèi)部P3.6端口輸出。當(dāng)交流電過零時(shí)，內(nèi)部P3.6端口呈低電平。 直流控制信號(hào)通過R13 、經(jīng)光偶器G隔離輸入后，通過P3.3端口，輸入到單片機(jī)。 根椐上述分析思路，結(jié)合附圖ll，為了更清楚的講清楚工作原理，下面采用程序流程圖 表達(dá)方式說明，參見附圖12。當(dāng)然這個(gè)程序流程圖，同樣適用于制造三相主回路采用 VM0S功率場(chǎng)效應(yīng)控制的固態(tài)三相交流接觸器。只要將程序流程圖中的設(shè)置延時(shí)項(xiàng)去掉， 或者設(shè)置延時(shí)時(shí)間為零即可。于是對(duì)于無火花電磁式交流接觸器及低損耗三相固態(tài)交流 接觸器的共同技術(shù)特征可以這樣概括， 一種無火花電磁式或固態(tài)三相交流接觸器，主要 包括三相交流回路主控元件，可以是電磁式繼電器，或VM0S功率場(chǎng)效應(yīng)管，除此還應(yīng) 包括一片單片機(jī)、三個(gè)速飽和電流互感器L1、 L2、 L3 —個(gè)變壓器T、 一個(gè)輸入隔離光偶 器G，特征在于，單片機(jī)至少有三個(gè)輸出端口， P1.2、 P1.3、 P1.4分別用于連接三相交 流回路主控元件的輸入端，特征在于，單片機(jī)至少有5個(gè)輸入端口， P3.0、 P3. 1、 P3.2、 Pl.l、 P3.3分別用于連接由Ll、 R4、 R5、 Zl構(gòu)成的C相交流電流過零檢測(cè)電路；由 L2、 R6、 R7、 Z2構(gòu)成的B相交流電流過零檢測(cè)電路；由L3、 R8、 R9、 Z3構(gòu)成的C相 交流電壓過零檢測(cè)電路；由變壓器T 、 D4、 D5、 RIO、 Rll構(gòu)成的A、 B線電壓交流電壓 過零檢測(cè)電路；由R13、輸入隔離光偶器G構(gòu)成的控制信號(hào)輸入電路，特征在于由變壓 器T 、 D4、 D5、 R12、 Z4、 E構(gòu)成工作電源電路。特征在于，在三相交流電輸入端，還有 三個(gè)按星形接法的RA、 RB、 RC，以提供三相電壓的零電位D端。
實(shí)施例8:在實(shí)施例7的基礎(chǔ)上，三相交流回路的主控元件為直流電磁式繼電器。 需要理解到的是上述實(shí)施例雖然對(duì)本發(fā)明作了比較詳細(xì)的文字描述，但是這些文 字描述，只是對(duì)本發(fā)明設(shè)計(jì)思路的簡(jiǎn)單文字描述，而不是對(duì)本發(fā)明設(shè)計(jì)思路的限制，任 何不超出本發(fā)明設(shè)計(jì)思路的組合、增加或修改，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種低損耗交流電子開關(guān)電路，其特征是兩個(gè)VMOS功率場(chǎng)效應(yīng)管V1和V2是按相反工作電流方向串聯(lián)連接在交流回路中。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的低損耗交流電子開關(guān)電路，其特征是兩個(gè)VMOS功率場(chǎng)效應(yīng) 管VI和V2是兩個(gè)或N個(gè)VM0S功率場(chǎng)效應(yīng)管并聯(lián)或同向串聯(lián)構(gòu)成的場(chǎng)效應(yīng)集成模塊。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的低損耗交流電子開關(guān)電路，其特征是兩個(gè)VMOS功率場(chǎng)效應(yīng) 管VI和V2的柵極和源極可以相互并聯(lián)且由一個(gè)柵極直流開關(guān)信號(hào)控制，或兩個(gè)VM0S 功率場(chǎng)效應(yīng)管VI和V2的柵極和源極可以相互隔離獨(dú)立且分別由2個(gè)或N個(gè)柵極直流 同步開關(guān)信號(hào)控制。
4、 一種由低損耗交流電子開關(guān)電路構(gòu)成的單相交流接觸器，其特征是單片機(jī)至少有三 個(gè)輸入端口分別用于連接由電流互感器構(gòu)成的交流電流過零檢測(cè)電路，由電源變壓器構(gòu)成的交流電壓過零檢測(cè)電路，由電阻、光偶器構(gòu)成的控制信號(hào)輸入電路，單片機(jī)至少有 一個(gè)輸出端用于連接兩個(gè)VM0S功率場(chǎng)效應(yīng)管VI和V2的柵極。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的由低損耗交流電子開關(guān)電路構(gòu)成的單相交流接觸器，其特征是 兩個(gè)VM0S功率場(chǎng)效應(yīng)管VI和V2可以用直流電磁繼電器代替。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的由低損耗交流電子開關(guān)電路構(gòu)成的單相交流接觸器，其特征是 變壓器T、 二極管Dl和D2、電阻R4和R6、穩(wěn)壓二極管Z2、和電容E構(gòu)成工作電源電路， T次線線圈分別接Dl和D2的正極，Dl和D2負(fù)極分別接R4 —端和R6的一端，R6的另 一端接Z2的負(fù)極及E的正極，Z2的負(fù)極接E正極及接地。
7、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的由低損耗交流電子開關(guān)電路構(gòu)成的單相交流接觸器，其特征是 電源變壓器初級(jí)線圈并聯(lián)連接在交流接觸器的輸入端子，速飽和電流互感器L的原邊與 兩個(gè)VM0S功率場(chǎng)效應(yīng)管的漏極和源極共同串聯(lián)在交流主控回路的輸入與輸出端子之間。
8、 一種由低損耗交流電子開關(guān)電路構(gòu)成的三相交流接觸器，其特征是單片機(jī)至少有三 個(gè)輸出端口分別用于連接三相交流回路主控元件VMOS功率場(chǎng)效應(yīng)管的輸入端，單片機(jī)至 少有5個(gè)輸入端口分別用于連接C相交流電流過零檢測(cè)電路、B相交流電流過零檢測(cè)電 路、C相交流電壓過零檢測(cè)電路、AB線交流電壓過零檢測(cè)電路及控制信號(hào)輸入電路。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的由低損耗交流電子開關(guān)電路構(gòu)成的三相交流接觸器，其特征是變壓器T 、 二極管D4和D5、電阻R10和R11構(gòu)成的A、 B線電壓交流電壓過零檢測(cè)電 路，T次級(jí)線圈兩端分別接D4和D5的正極，D4和D5負(fù)極并接且D5負(fù)極接R12—端， D4負(fù)極接R10—端，R10另一端與R11—端連接，R11另一端與T次級(jí)線圈中間抽頭連 接；電阻R13、輸入隔離光偶器G構(gòu)成控制信號(hào)輸入電路；變壓器T 、 D4和D5、電阻 R12、穩(wěn)壓二極管Z4、電容E構(gòu)成工作電源電路，T次級(jí)線圈兩端分別接D4和D5的正極， D4和D5負(fù)極并接且D5負(fù)極接R12 —端，R12另一端接Z4負(fù)極及E正極，Z4的正極接E 負(fù)極及接地，D4負(fù)極接R10—端，R10另一端與R11—端連接，R11另一端與T次級(jí)線 圈中間抽頭連接；在三相交流電輸入端，有三個(gè)按星形接法的電阻RA、 RB、 RC，以提供 三相電壓的零電位D端。
10、根據(jù)權(quán)利要求7所述的由低損耗交流電子開關(guān)電路構(gòu)成的三相交流接觸器，其特征 是三相交流回路的主控元件為直流電磁式繼電器。
全文摘要
本發(fā)明涉及同一構(gòu)思、二種不同電路的低損耗交流電子開關(guān)電路，兩個(gè)VMOS功率場(chǎng)效應(yīng)管V1和V2是按相反工作電流方向串聯(lián)連接在交流回路中。優(yōu)點(diǎn)只要被控制的交流電流足夠小，或者N溝道電阻足夠小，那么通態(tài)壓降可以作到遠(yuǎn)小于0.7V以下，可以使得開關(guān)損耗降到最低限度，這是目前現(xiàn)有任何固態(tài)交流電子開關(guān)都無可比擬的最大優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H03K17/687GK101442303SQ200810163939
公開日2009年5月27日 申請(qǐng)日期2008年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月27日
發(fā)明者夏小勇 申請(qǐng)人:夏小勇