專利名稱：一種有源無源組合功率開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種功率開關(guān)，具體是一種可在密閉防水狹小空間內(nèi)、不具備散 熱條件下對具有感性、容性、阻性以及在不同時間分別具有這三種特性的大中功率負(fù)載的 開關(guān)投切裝置中應(yīng)用的功率開關(guān)。
背景技術(shù)：
目前隨著家用電器、工業(yè)自動化設(shè)備以及電能變換設(shè)備向智能化、高頻化、大功率 化方向的快速發(fā)展以及開關(guān)電源技術(shù)的廣泛使用，當(dāng)需要對目前這些設(shè)備所構(gòu)成的整機(jī)負(fù) 載進(jìn)行開關(guān)投切控制時，由于被控設(shè)備的負(fù)載特性在運(yùn)行時間內(nèi)變化，對大中功率負(fù)載的 開關(guān)控制點(diǎn)提出了比以往傳統(tǒng)負(fù)載(如純阻性負(fù)載、阻感負(fù)載)的開關(guān)投切控制更高的要 求。目前傳統(tǒng)的大中功率負(fù)載的開關(guān)投切控制方式基本有兩種，一種是由電磁繼電器 或交流接觸器構(gòu)成的機(jī)械觸點(diǎn)式控制方式，另一種是由半導(dǎo)體雙向可控硅或由其延伸出的 固態(tài)繼電器構(gòu)成的無觸點(diǎn)式控制方式。兩種控制方式在目前的電子產(chǎn)品整機(jī)中均有大量的 使用。但是隨著負(fù)載電氣特性復(fù)雜性的提升以及當(dāng)前工業(yè)控制整機(jī)產(chǎn)品特別是野外防水型 整機(jī)產(chǎn)品對小型化、低成本防水密封ABS機(jī)殼的整機(jī)要求。這兩種傳統(tǒng)的功率開關(guān)方式逐 漸顯現(xiàn)出對負(fù)載適應(yīng)的局限性及不可靠性等缺陷。對于像電磁繼電器或交流接觸器等機(jī)械觸點(diǎn)式的負(fù)載開關(guān)方式，由于其斷態(tài)具有 高絕緣電阻而其通態(tài)具有低導(dǎo)通電阻的特性，使其相比半導(dǎo)體雙極性或單極性電力電子器 件具有獨(dú)特的電氣及物理特性。但是機(jī)械觸點(diǎn)式功率開關(guān)存在以下幾個方面的問題。第一，由于電磁繼電器存在控制端勵磁的慣性，使開關(guān)觸點(diǎn)相對于負(fù)載的電氣特 性很難保證同步導(dǎo)通與關(guān)斷。第二，溫度的變化對電磁繼電器的性能存在嚴(yán)重的影響。溫度過高可加劇觸點(diǎn)表 面膜電阻的形成使觸點(diǎn)切換能力下降；溫度過低可使其觸點(diǎn)冷粘作用加劇，觸點(diǎn)表面結(jié)霜 起露，銜鐵表面產(chǎn)生冷漠粘連，使繼電器無法控制。第三，當(dāng)被控負(fù)載為純阻性或阻感性時，存在切斷大中功率負(fù)載時會出現(xiàn)大電流 擊穿空氣從而導(dǎo)致拉弧使機(jī)械觸點(diǎn)局部過熱逐漸氧化，降低了額定開關(guān)次數(shù)使其過早失 效。當(dāng)被控負(fù)載為阻容性時，機(jī)械觸點(diǎn)閉合瞬間存在對容性負(fù)載的浪涌電流產(chǎn)生電火花，使 機(jī)械觸點(diǎn)在瞬間產(chǎn)生溶蝕從而擊穿觸點(diǎn)表面保護(hù)膜而造成局部過熱觸點(diǎn)粘連，整機(jī)控制失 控。對于像雙向可控硅或固態(tài)繼電器等無機(jī)械觸點(diǎn)式的負(fù)載開關(guān)方式，由于這類器件 均為半導(dǎo)體雙極性電力電子器件，可以通過在控制極加入觸發(fā)電流的方式使器件導(dǎo)通，并 可進(jìn)一步控制在負(fù)載電壓過零點(diǎn)附件在控制極加入觸發(fā)電流而使其導(dǎo)通，而且在失去觸發(fā) 電流的條件下器件在電流過零點(diǎn)自關(guān)斷恢復(fù)到斷態(tài)狀態(tài)。但是雙向可控硅在通態(tài)狀態(tài)下存 在由半導(dǎo)體器件自身特性所產(chǎn)生的通態(tài)壓降(約1伏左右)，此通態(tài)壓降所引起的通態(tài)損耗 使器件溫度升高，造成雙向可控硅額定值在高溫條件下大大下降，器件換流自關(guān)斷可靠性大大降低，要求器件降額使用范圍擴(kuò)大，器件散熱面積和散熱速度提高以及由此所導(dǎo)致的 整機(jī)結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性變化。同時雙向可控硅控制極觸發(fā)電流相對于電網(wǎng)電壓過零點(diǎn)施加導(dǎo)通 觸發(fā)角的相對時間也造成對被控設(shè)備施加的電壓存在一定的高次諧波，對被控設(shè)備的可靠 運(yùn)行會產(chǎn)生安全隱患。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種有源無源組合功率開關(guān)，可解決在密閉防水狹小 空間內(nèi)、不具備散熱條件下對具有感性、容性、阻性以及在不同時間分別具有這三種特性的 大中功率負(fù)載的開關(guān)投切，安全可靠，使整機(jī)的可靠性和負(fù)載適應(yīng)性有了大幅度的提高。為解決上述問題，本實用新型采用以下技術(shù)方案該有源無源組合功率開關(guān)，包括 有源觸點(diǎn)功率開關(guān)部分、無源觸點(diǎn)功率開關(guān)部分、邏輯控制器；所述有源觸點(diǎn)功率開關(guān)部分 由過零檢測電路、光電耦合觸發(fā)電路和雙向可控硅構(gòu)成；所述無源觸點(diǎn)功率開關(guān)部分由電 磁繼電器、繼電器驅(qū)動電路組成；所述雙向可控硅、電磁繼電器并聯(lián)于市電、負(fù)載之間；所 述過零檢測電路、繼電器驅(qū)動電路分別與所述邏輯控制器的控制信號輸出端連接，邏輯控 制器對有源觸點(diǎn)功率開關(guān)部分、無源觸點(diǎn)功率開關(guān)部分各輸出一組控制信號并協(xié)調(diào)配合兩 組信號的時序。作為本實用新型的進(jìn)一步的技術(shù)方案在該有源無源組合功率開關(guān)中，還包括一觸點(diǎn)保護(hù)電路，與所述電磁繼電器的觸 點(diǎn)及所述雙向可控硅連接。該有源無源組合功率開關(guān)通過在電路上組合有源、無源觸點(diǎn)功率開關(guān)電路，使有 源觸點(diǎn)功率開關(guān)部分和無源觸點(diǎn)功率開關(guān)部分在邏輯控制器的信號控制下相互協(xié)調(diào)地先 后接通或斷開兩部分的觸點(diǎn)，來完成傳統(tǒng)情況下由單一的功率開關(guān)形式所完成的觸點(diǎn)開關(guān) 功能。由有源觸點(diǎn)功率開關(guān)電路部分來完成對負(fù)載供電的觸點(diǎn)閉合和觸點(diǎn)斷開時的暫態(tài)情 況下的功能，從而能夠提高在暫態(tài)情況下對容性或感性負(fù)載的適應(yīng)性；同時由無源觸點(diǎn)功 率開關(guān)電路部分來完成對負(fù)載供電穩(wěn)態(tài)情況下的功能，從而能夠消除由有源功率開關(guān)在穩(wěn) 態(tài)情況下的功率耗散問題和供電電壓波形畸變等問題。本實用新型的有益效果是其中的有源觸點(diǎn)功率開關(guān)部分、無源觸點(diǎn)功率開關(guān)部 分在功能上互為補(bǔ)充，提高了整體電路的帶負(fù)載適應(yīng)能力，延長了機(jī)械觸點(diǎn)的使用壽命，并 消除了由器件散熱問題帶了的對整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計和整機(jī)安裝環(huán)境的要求。本功率開關(guān)電路可 在密閉防水狹小空間內(nèi)、不具備散熱條件下對具有感性、容性、阻性以及在不同時間分別具 有這三種特性的大中功率負(fù)載的開關(guān)投切裝置中應(yīng)用。以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型做進(jìn)一步的說明

圖1為本實用新型實施例的電路原理框圖。
具體實施方式
如圖1所示，該有源無源組合功率開關(guān)，包括有源觸點(diǎn)功率開關(guān)部分、無源觸點(diǎn)功 率開關(guān)部分、邏輯控制器、觸點(diǎn)保護(hù)電路。[0018]有源觸點(diǎn)功率開關(guān)部分由過零檢測電路、光電耦合觸發(fā)電路和雙向可控硅構(gòu)成， 為常規(guī)的過零出發(fā)雙向可控硅功率開關(guān)電路。無源觸點(diǎn)功率開關(guān)部分由電磁繼電器、繼電器驅(qū)動電路組成。有源觸點(diǎn)功率開關(guān)部分的雙向可控硅、無源觸點(diǎn)功率開關(guān)部分的電磁繼電器并聯(lián) 于市電、負(fù)載之間。有源觸點(diǎn)功率開關(guān)部分的過零檢測電路、無源觸點(diǎn)功率開關(guān)部分的繼電 器驅(qū)動電路分別與所述邏輯控制器的控制信號輸出端連接。邏輯控制器對有源觸點(diǎn)功率開關(guān)部分、無源觸點(diǎn)功率開關(guān)部分各輸出一組控制信 號并協(xié)調(diào)配合兩組信號的時序。使有源觸點(diǎn)功率開關(guān)部分和無源觸點(diǎn)功率開關(guān)部分在邏輯 控制器的信號控制下相互協(xié)調(diào)地先后接通或斷開兩部分的觸點(diǎn)。由有源觸點(diǎn)功率開關(guān)電路 部分來完成對負(fù)載供電的觸點(diǎn)閉合和觸點(diǎn)斷開時的暫態(tài)情況下的功能。由無源觸點(diǎn)功率開 關(guān)電路部分來完成對負(fù)載供電穩(wěn)態(tài)情況下的功能。有源觸點(diǎn)功率開關(guān)部分可以在邏輯控制器產(chǎn)生的觸發(fā)信號下，利用雙向可控硅的 精確時間觸發(fā)功能，在觸點(diǎn)之間電壓過零點(diǎn)附近接通觸點(diǎn)，這樣可以滿足容性負(fù)載在接通 觸點(diǎn)時所產(chǎn)生的浪涌電流，以消除電火花的產(chǎn)生，有效保護(hù)觸點(diǎn)；利用雙向可控硅的換流自 關(guān)斷功能在電流過零點(diǎn)時觸點(diǎn)斷開。該有源無源組合功率開關(guān)的觸點(diǎn)保護(hù)電路與所述電磁 繼電器的觸點(diǎn)及所述雙向可控硅連接。根據(jù)負(fù)載特性適當(dāng)調(diào)整觸點(diǎn)保護(hù)電路中器件的參數(shù) 值，可降低雙向可控硅換流自關(guān)斷時的電流變化率(即切斷負(fù)載時以及電磁繼電器與雙向 可控硅換流時的電流變化率)，從而降低感性負(fù)載所產(chǎn)生的反沖電壓，以消除電弧的產(chǎn)生， 有效保護(hù)觸點(diǎn)。從而能夠提高在暫態(tài)情況下對容性或感性負(fù)載的適應(yīng)性。無源觸點(diǎn)功率開關(guān)部分，在邏輯控制器所產(chǎn)生的控制信號經(jīng)過繼電器驅(qū)動電路的 放大實現(xiàn)勵磁控制，從而開閉機(jī)械觸點(diǎn)。電磁繼電器在通態(tài)時極低的接觸電阻，可以避免雙 向可控硅由通態(tài)壓降所產(chǎn)生的器件發(fā)熱、散熱器安裝、防水密封性和整機(jī)體積結(jié)構(gòu)等方面 的要求，又可以避免由雙向可控硅相對過零點(diǎn)觸發(fā)延遲所導(dǎo)致的電壓波形畸變和電壓諧波 產(chǎn)生對負(fù)載安全運(yùn)行的影響。有源觸點(diǎn)功率開關(guān)部分、無源觸點(diǎn)功率開關(guān)部分在功能上互為補(bǔ)充，達(dá)到了提高 整體的帶負(fù)載適應(yīng)能力、延長機(jī)械觸點(diǎn)的使用壽命、并消除由器件散熱問題帶了的對整機(jī) 結(jié)構(gòu)設(shè)計和整機(jī)安裝環(huán)境的要求的目的。
權(quán)利要求1.一種有源無源組合功率開關(guān)，其特征是，包括有源觸點(diǎn)功率開關(guān)部分、無源觸點(diǎn)功率 開關(guān)部分、邏輯控制器；所述有源觸點(diǎn)功率開關(guān)部分由過零檢測電路、光電耦合觸發(fā)電路和 雙向可控硅構(gòu)成；所述無源觸點(diǎn)功率開關(guān)部分由電磁繼電器、繼電器驅(qū)動電路組成；所述 雙向可控硅、電磁繼電器并聯(lián)于市電、負(fù)載之間；所述過零檢測電路、繼電器驅(qū)動電路分別 與所述邏輯控制器的控制信號輸出端連接，邏輯控制器對有源觸點(diǎn)功率開關(guān)部分、無源觸 點(diǎn)功率開關(guān)部分各輸出一組控制信號并協(xié)調(diào)配合兩組信號的時序。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種有源無源組合功率開關(guān)，其特征是還包括一觸點(diǎn)保護(hù) 電路，與所述電磁繼電器的觸點(diǎn)及所述雙向可控硅連接。
專利摘要一種有源無源組合功率開關(guān)，其特征是，包括有源觸點(diǎn)功率開關(guān)部分、無源觸點(diǎn)功率開關(guān)部分、邏輯控制器；有源觸點(diǎn)功率開關(guān)部分由過零檢測電路、光電耦合觸發(fā)電路和雙向可控硅構(gòu)成；無源觸點(diǎn)功率開關(guān)部分由電磁繼電器、繼電器驅(qū)動電路組成；雙向可控硅、電磁繼電器并聯(lián)于市電、負(fù)載之間；過零檢測電路、繼電器驅(qū)動電路連接邏輯控制器的控制信號輸出端，邏輯控制器對有源、無源觸點(diǎn)功率開關(guān)部分分別輸出控制信號，有源觸點(diǎn)功率開關(guān)電路完成對負(fù)載供電的觸點(diǎn)閉合斷開時的暫態(tài)情況下的功能，無源觸點(diǎn)功率開關(guān)電路完成對負(fù)載供電穩(wěn)態(tài)情況下的功能。兩部分互為補(bǔ)充，提高了帶負(fù)載適應(yīng)能力，延長了使用壽命，并消除了散熱對整機(jī)結(jié)構(gòu)、安裝環(huán)境的要求。
文檔編號H03K17/78GK201830223SQ20102058186
公開日2011年5月11日 申請日期2010年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月29日
發(fā)明者孫永亮, 孫磊, 張坤, 張韜, 時念武, 葛云峰, 許孝剛 申請人:山東泰華電訊有限責(zé)任公司