一種高耐壓的固態(tài)繼電器的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種固態(tài)繼電器，特別是一種光耦控制的固態(tài)繼電器。本實用新型公開了一種具有高耐壓的固體繼電器，包括順次串聯(lián)的輸入電路（21）、光耦電路（22）、輸出開關電路（23）；其中光耦電路（22）由兩個光耦元件（P1和P2），輸出開關電路（23）由兩個單向可控硅（T1和T2）組成。本實用新型的具有高耐壓的固體繼電器用于驅(qū)動功率器件的電子開關，以毫安級的微小信號控制大功率負載的導通與斷開。
【專利說明】一種高耐壓的固態(tài)繼電器

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種固態(tài)繼電器，特別是一種光耦控制的固態(tài)繼電器。

【背景技術】
[0002]固體繼電器是一種以可控硅、MOS管、IGBT等功率器件作為開關，以光耦或者電磁繼電器等隔離開關作為驅(qū)動功率器件的電子開關，以毫安級的微小信號控制大功率負載的導通與斷開。在以往的固態(tài)繼電器的設計中，其光耦部分一般使用的是雙向可控硅來實現(xiàn)對交流電的雙向?qū)ǎ绨l(fā)明專利CN 102594319 A中指出的一種雙燈指示固態(tài)繼電器，在光耦觸發(fā)控制電路使用的是兩個光耦器件串聯(lián)的形式，其中光耦器件中使用的是雙向可控硅型的光耦。但由于雙向可控硅型的光耦，受限于光耦的體積以及雙向可控硅本身的性能，光耦的耐壓能力以及抗干擾能力比功率器件的低，無法發(fā)揮功率器件的最高性能，需要按照光耦的最低性能來設計工作電路。當固體繼電器在工作中，交流電源上出現(xiàn)電沖擊時(瞬間大電流，瞬間大電壓)，并超過光耦的所能承受的最大電壓上升率或者電流上升率，光耦極易失效直通。目前市場上雙向可控硅型光耦的耐壓最高為800V，對于普通環(huán)境可以適用，但是在條件惡劣的環(huán)境下由于觸發(fā)控制電路中的雙向可控硅型的光耦耐壓與抗干擾能力的不足，極易在電沖擊下使光耦內(nèi)部雙向可控硅失效直通，并導致功率組件可控硅誤觸發(fā)，從而引發(fā)嚴重的安全事故。如應用在加熱設備中的固體繼電器發(fā)生上述失效后將使加熱設備持續(xù)加熱并最終因過熱損壞，嚴重的還將引發(fā)火災；當應用在電機類負載中時，電機突然啟動工作，也將引發(fā)各種安全事故。
[0003]為了提高固態(tài)繼電器的耐壓能力，已經(jīng)提出了使用各種改進電路來提升固態(tài)繼電器耐壓能力的措施。例如發(fā)明專利CN 103095262 A中提出一種固態(tài)繼電器輸出端的緩沖電路，通過緩沖電路能夠保護固態(tài)繼電器在遇到電沖擊時不被擊穿燒壞。但是，這種緩沖電路的設計增加了電路設計的復雜度并且不利于在傳統(tǒng)固態(tài)繼電器電路的基礎上進行升級改進。
實用新型內(nèi)容
[0004]針對上述現(xiàn)有技術，本實用新型解決的技術問題是提供一種運用單向可控硅型的光耦作為觸發(fā)控制電路的耐高壓的固態(tài)繼電器。
[0005]為解決上述問題，本實用新型的固態(tài)繼電器包括:輸入電路，根據(jù)實際的需要給光耦觸發(fā)控制電路提供必要的觸發(fā)信號；光耦觸發(fā)控制電路，接收來自輸入電路的觸發(fā)信號，根據(jù)接收到的觸發(fā)信號的類型來判定光耦觸發(fā)控制電路的導通狀態(tài)，單向的控制輸出開關電路的導通與斷開；輸出開關電路，與負載設備相連，控制負載電路的導通與斷開；所述的光耦觸發(fā)控制電路由兩個光耦器件Pl和P2組成；所述的光耦觸發(fā)控制電路中的光耦器件由發(fā)光二極管及光敏單向可控硅構成；所述的光耦器件Pl和P2中的兩個發(fā)光二極管串聯(lián)在輸入電路中；所述的光耦器件Pl和P2中的兩個光敏單向可控硅器件反向并聯(lián)連接，光耦器件Pl中的光敏單向可控硅的陰極與電阻R5串聯(lián)后單向可控硅T2的門極相連，光耦器件P2中的光敏單向可控硅的陰極與單向可控硅Tl的門極相連，或者將電阻R5串接在光耦器件P2中的光敏單向可控硅的陰極與單向可控硅Tl的門極相連的連接線上；所述的輸出開關電路由兩個單向可控硅構成；所述的兩個單向可控硅Tl與T2反向并聯(lián)并引出線到輸出端Ol與輸出端02后與負載串聯(lián)。
[0006]在上述技術方案中，將傳統(tǒng)的光稱觸發(fā)控制電路中的雙向可控娃光稱器件替換成單向可控硅光耦器件，這種替換能夠使傳統(tǒng)型的繼電器的耐壓程度提高到1000V以上。光耦器件Pl的導通控制單向可控硅T2的導通，光耦器件P2的導通控制單向可控硅Tl的導通，由于單向可控硅Tl與單向可控硅T2為反向并聯(lián)連接，對應于負載端的交流電的正負兩個半波周期時單向可控硅Tl與單向可控硅T2實現(xiàn)一個導通一個截止的分別狀態(tài)，實現(xiàn)交流電的傳輸。同時，將傳統(tǒng)的雙向可控娃型光I禹電路改進為這種高耐壓的單向可控娃型光耦電路只需將傳統(tǒng)的雙向可控硅光耦器件替換為單向可控硅光耦器件，同時現(xiàn)有的光耦工藝就可以做出單向可控硅光耦，并不需要進行技術攻堅，并且這種改進不需要增加額外的電路只需改變傳統(tǒng)電路的走線就能達到此效果，節(jié)約了成本。
[0007]作為本實用新型的進一步改進，所述的輸出開關電路23中可以在單向可控硅Tl增加防誤觸發(fā)電路231，單向可控硅T2上增加防誤觸發(fā)電路232 ;所述的防誤觸發(fā)電路231由一個二極管D3和一個電阻R3并聯(lián)組成，所述的防誤觸發(fā)電路232由一個二極管D4和一個電阻R4并聯(lián)組成；所訴的防誤觸發(fā)電路231并聯(lián)在單向可控硅Tl的陰極和門極間，二極管D3的陰極與單向可控硅Tl的門極相連，二極管D3的陽極與單向可控硅T2的陰極相連；所訴的防誤觸發(fā)電路232并聯(lián)在單向可控硅T2的陰極和門極間，二極管D4的陰極與單向可控硅T2的門極相連，二極管D4的陽極與單向可控硅T2的陰極相連。通過增加防誤觸發(fā)電路的方式可以防止輸出電路中的單向可控硅Tl和單向可控硅T2發(fā)生誤觸發(fā)的可能性。
[0008]作為本實用新型的進一步改進，所述的輸出電路23的末端并聯(lián)一個阻容吸收回路233。所述的阻容吸收回路233由電容Cl串聯(lián)電阻R6后并聯(lián)壓敏電阻Vl構成。通過這種連接方式可以提高單向可控硅Tl和單向可控硅T2在電沖擊下的生存能力。
[0009]作為本實用新型的進一步改進，所述的輸入電路21中增加一個指示電路211 ;所述的指示電路由限流電阻R2和發(fā)光二極管D2構成；將限流電阻R2與發(fā)光二極管D2串聯(lián)后并聯(lián)在二極管Dl與限流電阻Rl的節(jié)點處。通過發(fā)光二極管D2的發(fā)光來指示光耦觸發(fā)控制電路的導通狀態(tài)。
[0010]作為本實用新型的進一步改進，所述的輸入電路21的輸入端上正向串聯(lián)一個二極管D1，當輸入信號反向過大時可以保護發(fā)光二極管不被擊穿。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本實用新型第一種實施例的電路結構示意圖。
[0012]圖2是本實用新型第二種實施例的電路結構示意圖。
[0013]圖3是本實用新型第三種實施例的電路結構示意圖。
[0014]圖4是本實用新型第四種實施例的電路結構示意圖。
[0015]圖5是本實用新型第五種實施例的電路結構示意圖。
[0016]圖6是本實用新型第六種實施例的電路結構示意圖。
[0017]圖7是本實用新型第七種實施例的電路結構示意圖。
[0018]圖8是本實用新型第八種實施例的電路結構示意圖。

【具體實施方式】
[0019]現(xiàn)結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型進一步說明。
[0020]實施例1:
[0021]本實用新型的固態(tài)繼電器的第一種實施方式如圖1所示，包括輸入電路21、光耦觸發(fā)控制電路22、輸出開關電路23。
[0022]輸入電路21接收輸入端控制信號，輸出控制光耦觸發(fā)控制電路所需的觸發(fā)信號。根據(jù)輸入觸發(fā)信號的不同用來控制光耦觸發(fā)控制電路的導通與斷開。輸入電路21在輸入端Il或輸入端12上串聯(lián)一個限流電阻Rl后作為輸入電路21的輸出端與下一級光耦觸發(fā)控制電路22的輸入端連接。
[0023]光耦觸發(fā)控制電路22由兩個光耦器件P1、P2構成。根據(jù)輸入電路21給出的觸發(fā)信號類型，光耦觸發(fā)控制電路22單向控制著輸出開關電路23的導通與斷開。所述的光耦器件Pl和P2中都包含有一個發(fā)光二極管和一個光敏單向可控硅器件。其中光耦器件Pl中的發(fā)光二極管與光耦器件P2中的發(fā)光二極管串聯(lián)連接后作為光耦觸發(fā)控制電路22的輸入端與輸入電路21的輸出端串聯(lián)。光I禹器件Pl中的光敏單向可控娃與光I禹器件P2中的光敏單向可控硅反向并聯(lián)，并分別從兩只光敏單向可控硅的陰極引出兩條連接線作為光耦觸發(fā)控制電路22的輸出端連接下一級輸出開關電路23。
[0024]輸出開關電路23由兩個單向可控硅Tl和T2及電阻R5構成。單向可控硅Tl與單向可控硅T2反向并聯(lián)，單向可控硅Tl和單向可控硅T2的門級分別引出兩條線作為輸出開關電路23的輸入端與光耦觸發(fā)控制電路22的輸出端相連。單向可控硅Tl與單向可控硅T2反向并聯(lián)并從并聯(lián)的兩個端點作為輸出開關電路23的輸出端01和輸出端02端，用來與負載設備相連。光I禹器件Pl中的光敏單向可控娃的陰極與電阻R5串聯(lián)后與單向可控硅T2的門極相連，光耦器件P2中的光敏單向可控硅的陰極與單向可控硅Tl的門極相連；或者將電阻R5串接在光耦器件P2中的光敏單向可控硅的陰極與單向可控硅TI的門極相連的連接線上。單向可控硅Tl與單向可控硅T2反向并聯(lián)是為了能夠使負載端使用交流電時，單向可控硅Tl與單向可控硅T2能夠分別在交流電的正半周和負半周中分別導通，實現(xiàn)交流電的傳輸。
[0025]當輸入電路輸入高電平使光耦觸發(fā)控制電路導通且輸出電路01端交流電為正半周時，光耦器件Pi的發(fā)光二極管發(fā)光使光耦器件Pi中的光敏單向可控硅的門極吸收光能處于高電位，輸出端01處于交流電正半周使光耦器件Pl中的光敏單向可控硅的陽極電位高于陰極電位，光耦器件P2中的光敏單向可控硅的陽極電位低于陰極電位，所以此時光耦器件Pl導通，光耦器件P2截止。由于光耦器件Pl的導通使得單向可控硅T2的門極電位高于陰極電位，且輸出端01處于交流電正半周使得單向可控硅T2的陽極電位高于陰極電位，所以此時單向可控硅T2導通。由于單向可控硅Tl的陽極電位低于陰極電位，所以此時單向可控硅Tl截止。
[0026]當輸入電路輸入高電平使光耦觸發(fā)控制電路導通且輸出電路02端交流電為正半周時，光耦器件P2的發(fā)光二極管發(fā)光使光耦器件P2中的光敏單向可控硅的門極吸收光能處于高電位，輸出端02處于交流電正半周使光耦器件P2中的光敏單向可控硅的陽極電位高于陰極電位，光耦器件Pl中的光敏單向可控硅的陽極電位低于陰極電位，所以此時光耦器件P2導通，光耦器件Pl截止。由于光耦器件P2的導通使得單向可控硅Tl的門極電位高于陰極電位，且輸出端02處于交流電正半周使得單向可控硅Tl的陽極電位高于陰極電位，所以此時單向可控硅T2導通。由于單向可控硅T2的陽極電位低于陰極電位，所以此時單向可控硅T2截止。
[0027]當輸入電路輸入低電平使光耦觸發(fā)控制電路斷開時，光耦器件Pl和光耦器件P2中的光敏單向可控娃的門極都無法吸收光能處于高電位，此時輸出電路的負載輸入交流電時，單向可控硅Tl與單向可控硅T2導通的兩個條件:門極有觸發(fā)電流通過；陽極電位高于陰極電位，若無法同時滿足，單向可控硅Tl與單向可控硅T2均無法導通，輸出電路處于斷開狀態(tài)。
[0028]通過如上所述控制光耦觸發(fā)控制電路的通斷就能控制輸出開關電路的通斷，同時輸出開關電路可以滿足負載端為交流電的傳輸要求。
[0029]實施例2:
[0030]優(yōu)選的，如圖2所示，作為本實用新型的進一步改進，實施例1的固態(tài)繼電器電路結構的輸出開關電路23中可以在單向可控硅Tl增加防誤觸發(fā)電路231，單向可控硅T2上增加防誤觸發(fā)電路232 ;所述的防誤觸發(fā)電路231由一個二極管D3和一個電阻R3并聯(lián)組成，所述的防誤觸發(fā)電路232由一個二極管D4和一個電阻R4并聯(lián)組成；所述的防誤觸發(fā)電路231并聯(lián)在單向可控硅Tl的陰極和門極間，二極管D3的陰極與單向可控硅Tl的門極相連，二極管D3的陽極與單向可控硅T2的陰極相連；所述的防誤觸發(fā)電路232并聯(lián)在單向可控硅T2的陰極和門級間，二極管D4的陰極與單向可控硅T2的門極相連，二極管D4的陽極與單向可控硅T2的陰極相連。通過增加防誤觸發(fā)電路的方式可以防止輸出電路中的單向可控硅Tl和單向可控硅T2發(fā)生誤觸發(fā)的可能性；在輸入電路21的輸入端Il或輸入端12串聯(lián)一個二極管D1，其連接方向與光耦器件中的發(fā)光二極管相同，當輸入信號反向過大時可以保護光耦器件中發(fā)光二極管不被反向擊穿。
[0031]實施例3:
[0032]優(yōu)選的，如圖3所示，作為本實用新型的進一步改進，實施例1的原有的固態(tài)繼電器結構上在輸出開關電路23的輸出端01和輸出端02間并聯(lián)一個阻容吸收回路233。所述的阻容吸收回路233由電容Cl串聯(lián)電阻R6后并聯(lián)壓敏電阻Vl構成。通過這種連接方式可以提高單向可控硅Tl和單向可控硅T2在電沖擊下的生存能力。
[0033]實施例4:
[0034]優(yōu)選的，如圖4所示，作為本實用新型的進一步改進，實施例1的原有的固態(tài)繼電器結構上輸入電路21中增加一個指示電路211 ;所述的指示電路由限流電阻R2和發(fā)光二極管構成；將限流電阻R2與發(fā)光二極管D2串聯(lián)后并聯(lián)輸入電路21的兩端。通過發(fā)光二極管D2的發(fā)光指示光耦觸發(fā)控制電路的導通狀態(tài)。
[0035]實施例5:
[0036]優(yōu)選的，如圖5所示，作為本實用新型的進一步改進，實施例1的固態(tài)繼電器結構上同時增加防觸發(fā)電路231、防誤觸發(fā)電路232及阻容吸收回路233。
[0037]實施例6:
[0038]優(yōu)選的，如圖6所示，作為本實用新型的進一步改進，實施例1的固態(tài)繼電器結構上同時增加防觸發(fā)電路231、防誤觸發(fā)電路232及指示電路211。
[0039]實施例7:
[0040]優(yōu)選的，如圖7所示，作為本實用新型的進一步改進，實施例1的固態(tài)繼電器結構上同時增加指示電路211及阻容吸收回路233。
[0041]實施例8:
[0042]優(yōu)選的，如圖8所示，作為本實用新型的進一步改進，實施例1的固態(tài)繼電器結構上同時增加防觸發(fā)電路231、防誤觸發(fā)電路232、阻容吸收回路233及指示電路211。
[0043]以上所列舉的8個實施例中的輸入電路和輸出開關電路的電路形態(tài)除上述實施例中的結構外還可以有其它形式的設計方法，比如輸入電路可以采用橋式整流電路等，輸出開關電路可以增加輸出開關導通指示電路，單向可控硅門極保護電路使用串聯(lián)電感的方法等。
[0044]通過上述手段，較好的提高了固態(tài)繼電器的耐壓能力，這種電路設計結構簡單，并且通過對傳統(tǒng)的固態(tài)繼電器電路進行簡單的電路走線改進就能實現(xiàn)這種耐高壓的固態(tài)繼電器設計，節(jié)約了改進成本。并且優(yōu)選的實施方案能夠進一步的提高固態(tài)繼電器的性能。
[0045]盡管結合優(yōu)選實施方案具體展示和介紹了本實用新型，但所屬領域的技術人員應該明白，在不脫離所附權利要求書所限定的本實用新型的精神和范圍內(nèi)，在形式上和細節(jié)上可以對本實用新型做出各種變化，均為本實用新型的保護范圍。
【權利要求】
1.一種具有高耐壓的固體繼電器，包括:輸入電路(21)、光稱觸發(fā)控制電路(22)和輸出開關電路(23);其特征在于: 輸入電路(21)串聯(lián)一個限流電阻Rl后作為輸入電路(21)的輸出端與光f禹觸發(fā)控制電路(22)的輸入端串聯(lián)連接； 光耦觸發(fā)控制電路(22)包括光耦器件P1、P2，光耦器件P1、P2均是由一個發(fā)光二極管及一個光敏單向可控硅構成，光耦器件Pl中的發(fā)光二極管與光耦器件P2中的發(fā)光二極管串聯(lián)后作為光I禹觸發(fā)控制電路(22)的輸入端,光I禹器件Pl中的光敏單向可控娃與光I禹器件P2中的光敏單向可控硅反向并聯(lián)后的兩個節(jié)點分別作為光耦觸發(fā)控制電路(22)的兩個輸出端，單向觸發(fā)輸出開關電路(23)的導通與截止； 所述的輸出開關電路(23)由單向可控硅Tl、單向可控硅T2及電阻R5構成，其中單向可控硅Tl與單向可控硅T2反向并聯(lián)，作為串接至負載回路的開關，單向可控硅Tl和單向可控硅T2的門極分別連接于該光耦觸發(fā)控制電路(22)的兩個輸出端，電阻R5串聯(lián)在單向可控硅Tl和單向可控硅T2的門極與該光耦觸發(fā)控制電路(22)的兩個輸出端的任意一路上。
2.根據(jù)權利要求1所述的固態(tài)繼電器，其特征在于:在所述的輸出開關電路(23)中的單向可控硅Tl和單向可控硅T2的門極和陰極間分別并聯(lián)一個防誤觸發(fā)電路(231、232);所述的防誤觸發(fā)電路(231、232)由一個二極管和一個電阻并聯(lián)構成。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的固態(tài)繼電器，其特征在于:所述的輸出開關電路(23)的末端并聯(lián)一個阻容吸收回路(233);所述的阻容吸收回路(233)由電容(Cl)串聯(lián)電阻R6后并聯(lián)壓敏電阻Vl構成。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的固態(tài)繼電器，其特征在于:所述的輸入電路(21)中增加一個指示電路(211);所述的指示電路(211)由限流電阻R2和發(fā)光二極管構成；限流電阻(R2)與發(fā)光二極管串聯(lián)后并聯(lián)在輸入電路(21)的兩個輸入端之間。
5.根據(jù)權利要求3所述的固態(tài)繼電器，其特征在于:所述的輸入電路(21)中增加一個指示電路(211);所述的指示電路(211)由限流電阻(R2)和發(fā)光二極管構成；限流電阻(R2)與發(fā)光二極管串聯(lián)后并聯(lián)在輸入電路(21)的兩個輸入端之間。
6.根據(jù)權利要求1或2所述的固態(tài)繼電器，其特征在于:所述的輸入電路(21)的輸入端上正向串聯(lián)一個二極管Dl。
7.根據(jù)權利要求3所述的固態(tài)繼電器，其特征在于:所述的輸入電路(21)的輸入端上正向串聯(lián)一個二極管D1。
8.根據(jù)權利要求4所述的固態(tài)繼電器，其特征在于:所述的輸入電路(21)的輸入端上正向串聯(lián)一個二極管D1。
9.根據(jù)權利要求5所述的固態(tài)繼電器，其特征在于:所述的輸入電路(21)的輸入端上正向串聯(lián)一個二極管D1。
【文檔編號】H03K17/78GK203984385SQ201420363506
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年7月3日 優(yōu)先權日:2014年7月3日
【發(fā)明者】金峻, 林俊華, 曾志銘 申請人:庫頓電子科技（廈門）有限公司