專利名稱：用于轉(zhuǎn)換電功率的模塊化電路配置和為此構(gòu)建的適配器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于轉(zhuǎn)換電功率的模塊化電路配置以及一種適配器，該適配器設(shè)置用于前述模塊化電路配置中。
背景技術(shù)：
為了能轉(zhuǎn)換電功率，經(jīng)常使用電力機(jī)械的開關(guān)，即繼電器或保護(hù)器。繼電器通常價(jià)格低廉。而且，它的優(yōu)勢(shì)在于高的轉(zhuǎn)換功率，低的損失功率和對(duì)短時(shí)間過載的不敏感性。然而，繼電器由于它的機(jī)械結(jié)構(gòu)容易受到磨損，該結(jié)構(gòu)包括活動(dòng)的銜鐵和活動(dòng)的工作觸點(diǎn)。因此在要求高轉(zhuǎn)換頻率的應(yīng)用中，越來越經(jīng)常使用電子繼電器，即半導(dǎo)體繼電器。這樣的電子繼電器已知為固態(tài)繼電器。半導(dǎo)體繼電器的優(yōu)勢(shì)在于小的磨損，低的震蕩敏感性以及高的轉(zhuǎn)換頻率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種用于轉(zhuǎn)換電功率的模塊化電路配置，用該配置明顯降低了傳統(tǒng)繼電器的磨損。本發(fā)明的核心思想在于，如此連通一個(gè)電力機(jī)械開關(guān)，即繼電器或帶有電子開關(guān)的保護(hù)器，即半導(dǎo)體繼電器，即使繼電器的工作觸點(diǎn)能夠幾乎無負(fù)載并由此不受磨損地打開和閉合。本發(fā)明的另一想法在于，該半導(dǎo)體繼電器是適配器的一部分，其中，繼電器和適配器構(gòu)建為單獨(dú)的、可拆卸地彼此連接的模塊。由此可以在發(fā)生故障的情況下，繼電器和/ 或半導(dǎo)體繼電器能夠彼此獨(dú)立地進(jìn)行更換。通過權(quán)利要求1所述的特征解決了本發(fā)明的上述技術(shù)問題。據(jù)此，提供一種用于轉(zhuǎn)換電功率的模塊化電路配置。該模塊化電路配置具有繼電器基座，該繼電器基座可以與設(shè)置在適配器外殼中的適配器可拆卸地連接。適配器具有半導(dǎo)體繼電器(即電子開關(guān))以及與該半導(dǎo)體繼電器電連接的控制裝置。另外還設(shè)有繼電器，該繼電器可拆卸地與適配器這樣形成電連接或機(jī)械連接，即，在連接狀態(tài)下使半導(dǎo)體繼電器與繼電器的機(jī)械開關(guān)并聯(lián)?？刂蒲b置這樣構(gòu)成，即，該控制裝置可以在不同時(shí)間點(diǎn)控制繼電器和半導(dǎo)體繼電器。在此處應(yīng)當(dāng)說明，該繼電器涉及保護(hù)器，該保護(hù)器設(shè)計(jì)用于較高的功率。半導(dǎo)體繼電器可以采用晶體管或閘流管或三端雙向可控硅開關(guān)以已知的方式實(shí)現(xiàn)。繼電器基座和繼電器可以是標(biāo)準(zhǔn)零件。以適宜的方式，適配器具有至少一個(gè)第一接線端，用于向控制裝置提供控制信號(hào)， 還具有第二接線端，用于將繼電器連接到半導(dǎo)體繼電器和控制裝置上，并用于使繼電器激活或失效。在連接狀態(tài)下，繼電器的機(jī)械開關(guān)并聯(lián)連接到半導(dǎo)體繼電器上。該繼電器在相應(yīng)位置具有互補(bǔ)的連接觸點(diǎn)。還可以在相應(yīng)的繼電器基座的接線端上提供控制信號(hào)，其中， 在電路配置的連接狀態(tài)、即接合在一起的狀態(tài)下，形成由繼電器基座到至少一個(gè)第一接線端的電連接。
為了可以在繼電器上接通負(fù)載，模塊化電路配置可以具有第四接線端。第四接線端可以例如設(shè)置在適配器上，從而使負(fù)載能夠直接連接到適配器上。也可以考慮，將負(fù)載連接在繼電器基座上。在這個(gè)配置方案中，繼電器的含有負(fù)載的負(fù)載電路的區(qū)段在連接狀態(tài)下延伸通過繼電器基座和適配器。根據(jù)有利的擴(kuò)展方案，在適配器中設(shè)置電源，該電源可以通過控制裝置連接在繼電器上。根據(jù)可替代的實(shí)施方式，繼電器基座設(shè)置用于連接電源。在這種情況下，在連接狀態(tài)下，繼電器基座、適配器和繼電器如此電連接，即，使電源可通過控制裝置連接在繼電器上。為滿足使繼電器大體上無負(fù)載或至少幾乎無負(fù)載以及由此不受磨損的要求，控制裝置在響應(yīng)第一控制信號(hào)時(shí)在第一時(shí)間點(diǎn)接通半導(dǎo)體繼電器，該第一控制信號(hào)用于激活繼電器，而該控制裝置在隨后的第二時(shí)間點(diǎn)激活繼電器。以這種方式確保了，負(fù)載電流在繼電器轉(zhuǎn)換瞬間流經(jīng)半導(dǎo)體繼電器。如果半導(dǎo)體繼電器在繼電器運(yùn)行期間沒有切斷，則控制裝置在響應(yīng)第二控制信號(hào)時(shí)使繼電器失效，并且在隨后的時(shí)間點(diǎn)、例如在數(shù)毫秒之后切斷半導(dǎo)體繼電器。為了在半導(dǎo)體繼電器中降低損失功率，半導(dǎo)體繼電器可以在繼電器激活運(yùn)行期間在第三時(shí)間點(diǎn)被切斷。為了使繼電器失效，控制裝置通過響應(yīng)第二控制信號(hào)首先進(jìn)行操作， 即接通半導(dǎo)體繼電器。在可調(diào)整的時(shí)間區(qū)間過去之后，控制裝置用于使繼電器失效。失效是指，根據(jù)繼電器是作為靜觸點(diǎn)或動(dòng)觸點(diǎn)操作，使繼電器的工作觸點(diǎn)打開或閉合。接著，再次將半導(dǎo)體繼電器切斷。另一方面，根據(jù)權(quán)利要求9所述的特征解決了前述技術(shù)問題。由此，提供一種適配器，該適配器設(shè)置用于在此前所述的模塊化電路配置中。適配器設(shè)置在一個(gè)外殼中，并具有第一裝置，該第一裝置用于與繼電器基座進(jìn)行可拆卸的電連接和/或機(jī)械連接，還具有第二裝置，該第二裝置用于與繼電器進(jìn)行可拆卸的電連接和/或機(jī)械連接。進(jìn)一步，還在適配器內(nèi)設(shè)置有半導(dǎo)體繼電器和與該半導(dǎo)體繼電器電連接的控制
直ο


憑借實(shí)施例并聯(lián)系附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明。附圖中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的用于轉(zhuǎn)換電功率的模塊化電路配置的側(cè)視圖；圖2示出了具有相應(yīng)的連接觸點(diǎn)和定位銷的圖1中所示的適配器的俯視圖；以及圖3示出了混合電路的替代電路圖，該混合電路在連接狀態(tài)下由適配器和繼電器構(gòu)成。
具體實(shí)施例方式圖1示例性示出了用于轉(zhuǎn)換電功率的模塊化電路配置10。模塊化電路配置10可以具有商業(yè)常用的標(biāo)準(zhǔn)化的工業(yè)繼電器基座40。另外，模塊化電路配置可以具有商業(yè)常用的工業(yè)繼電器20，該繼電器置于常用的外殼中。繼電器基座40和繼電器20如此相匹配，即，使繼電器20能夠置于繼電器基座上。另外，設(shè)置了適配器30，該適配器置于適宜的外殼120中。適配器30的結(jié)構(gòu)和功能在下面進(jìn)行詳細(xì)介紹。繼電器基座40、適配器30和繼電器20構(gòu)成了模塊化電路配置10的模塊。適配器30與繼電器基座40形成可拆卸的電連接和機(jī)械連接。繼電器20又與適配器外殼120形成可拆卸的電連接和機(jī)械連接。繼電器基座40可以具有連接觸點(diǎn)41和42， 在該連接觸點(diǎn)上可以連接有直流電源110。直流電源110為繼電器20的繼電器線圈21提供控制電壓。為此，連接觸點(diǎn)41和42與繼電器基座40的連接觸點(diǎn)103以及連接觸點(diǎn)102 形成電連接。在模塊化電路配置10的連接狀態(tài)下，在繼電器基座40的觸點(diǎn)103、102和適配器30的連接觸點(diǎn)100、101之間存在電連接。如圖1進(jìn)一步所示，連接觸點(diǎn)101與適配器 30的連接觸點(diǎn)34電連接，而連接觸點(diǎn)100經(jīng)控制裝置50與適配器30的連接觸點(diǎn)33相連。 為此目的，控制裝置50具有電子開關(guān)(未示出)。連接觸點(diǎn)100和101以適宜的方式位于適配器外殼120的指向繼電器基座40的一側(cè)，而連接觸點(diǎn)33、34設(shè)置在適配器外殼120的相反一側(cè)。在連接狀態(tài)下，繼電器線圈21經(jīng)相應(yīng)的繼電器20的連接觸點(diǎn)連接到連接觸點(diǎn) 33和34上。在示出的實(shí)施方式中，繼電器20的控制電路因而從繼電器線圈21經(jīng)適配器 30和繼電器基座40延伸至直流電源110并再次返回，該繼電器的控制電路逐段地在圖3中示出并用附圖標(biāo)記90標(biāo)識(shí)出來。圖2示例性地示出了適配器30的連接布局。在適配器外殼120朝向繼電器20的一側(cè)設(shè)置了連接觸點(diǎn)31和32，以便將控制信號(hào)傳遞到適配器30。在連接觸點(diǎn)33、34上連接有繼電器線圈21，同時(shí)，在連接觸點(diǎn)36、37上連接有機(jī)械開關(guān)22，即繼電器20的工作觸點(diǎn)。 機(jī)械開關(guān)22在圖3中示出。繼電器20的相應(yīng)的連接觸點(diǎn)沒有示出。在適配器外殼120的底面設(shè)置了接觸連接100和101。在適配器30的外殼120中可以設(shè)置引導(dǎo)銷80，該引導(dǎo)銷咬合在繼電器基座40的相應(yīng)的鏤空部中。相應(yīng)的引導(dǎo)銷或引導(dǎo)孔設(shè)置在外殼120的頂面或繼電器30的底面上。接著，憑借圖3進(jìn)一步闡明在連接狀態(tài)下形成的由適配器30和繼電器20構(gòu)成的混合電路的替代電路圖。圖3尤其示出了圖1中所示出的適配器30在沒有外殼120時(shí)的電路結(jié)構(gòu)。適配器30包括在圖1中所示出的控制裝置50，該控制裝置與半導(dǎo)體繼電器60相連接，半導(dǎo)體繼電器也稱作固態(tài)繼電器。半導(dǎo)體繼電器60可以例如實(shí)施為pnp晶體管。在這種情況下，控制裝置50的出口與晶體管60的基極接線端61相連。適配器30具有例如兩個(gè)同樣在圖2 中示出的連接觸點(diǎn)31和32，該連接觸點(diǎn)在入口側(cè)與控制裝置50連接。在兩個(gè)連接觸點(diǎn)31 和32上可以提供例如用于使繼電器20激活或失效的控制信號(hào)。另外，適配器30具有連接觸點(diǎn)35，該連接觸點(diǎn)與半導(dǎo)體繼電器60的發(fā)射極接線端62相連。連接觸點(diǎn)38與半導(dǎo)體繼電器60的集電器接線端63相連。負(fù)載70可以經(jīng)由繼電器20的負(fù)載電路95連接在適配器30的連接觸點(diǎn)35和38上。負(fù)載電路95和負(fù)載70在圖3中用虛線示出。供給負(fù)載70 的能源供應(yīng)沒有示出。值得注意的是，負(fù)載70替代地也可連接在繼電器基座40上。在這種情況下，負(fù)載電路95在模塊化電路配置10連接在一起的狀態(tài)下至少逐段地通過繼電器基座40和適配器30引導(dǎo)。經(jīng)在圖2中示出的連接觸點(diǎn)36和37使繼電器20與適配器30 電連接。由于連接觸點(diǎn)36、37與半導(dǎo)體繼電器30的發(fā)射極接線端62或集電器接線端63 電連接，因此在連接在一起的狀態(tài)下，繼電器20的機(jī)械開關(guān)22并聯(lián)到半導(dǎo)體繼電器60上。 在將繼電器20安放在適配器外殼120上時(shí)，繼電器線圈21以一個(gè)接線端連接到連接觸點(diǎn)34上，而以第二接線端連接到適配器30的連接觸點(diǎn)33上。在示出的實(shí)施例中，適配器30 的連接觸點(diǎn)34直接與連接觸點(diǎn)101相連，同時(shí)，連接觸點(diǎn)33經(jīng)控制裝置50與適配器30的連接觸點(diǎn)100相連。該連接在圖1中示出。在該實(shí)施方式中，控制裝置50具有結(jié)合圖1所提及的可控制的開關(guān)(未示出)，該開關(guān)在連接觸點(diǎn)33和100之間轉(zhuǎn)換?？刂蒲b置50的可控制開關(guān)和邏輯控制(該邏輯控制控制了可控制開關(guān)和半導(dǎo)體繼電器60)可以不同于示出的實(shí)施方式而構(gòu)成分離的元件。如將適配器外殼120安放在繼電器基座上，那么適配器30 的連接觸點(diǎn)100、101與繼電器基座的相應(yīng)連接觸點(diǎn)102或103電連接，從而使繼電器線圈 21，如圖1所示，與直流電源110電連接。因而繼電器線圈21、控制裝置50和直流電源110 位于繼電器20的控制電路90中。如圖3所示，適配器30的半導(dǎo)體繼電器60和繼電器20構(gòu)成混合電路，其中，半導(dǎo)體繼電器60與繼電器20的機(jī)械開關(guān)21并聯(lián)。因而，混合電路是繼電器20的負(fù)載電路95 的組成部分?，F(xiàn)在，進(jìn)一步闡明由圖1和3示出的模塊化電路配置10的作用方式。首先假定，繼電器基座40優(yōu)選卡在支承軌道(未示出)上，而且，電源110連接于繼電器基座40的連接端子41和42上，如圖1所示。適配器外殼120以及由此適配器30放置于繼電器基座40上，從而適配器30的連接觸點(diǎn)100和101與繼電器基座40的連接觸點(diǎn)102或103電連接。繼電器20已經(jīng)放置于適配器外殼120上，從而使繼電器線圈21與觸點(diǎn)33、34電連接，同時(shí)，機(jī)械開關(guān)22，即繼電器20的工作觸點(diǎn)與適配器30的觸點(diǎn)36和37電連接。進(jìn)一步假定了，負(fù)載電路95連接于適配器外殼120的連接觸點(diǎn)35和38上。為進(jìn)一步的考慮假定了，繼電器20作為動(dòng)觸點(diǎn)運(yùn)行，就是說，在靜止?fàn)顟B(tài)下打開機(jī)械開關(guān)22。如果激活了繼電器20，激活信號(hào)例如經(jīng)連接觸點(diǎn)31傳遞到控制裝置50。通過響應(yīng)激活信號(hào)，控制裝置50首先在導(dǎo)電狀態(tài)下控制半導(dǎo)體繼電器60，從而使負(fù)載電路95閉合， 而且負(fù)載電流只能流經(jīng)半導(dǎo)體繼電器30。機(jī)械開關(guān)22此時(shí)是打開的。經(jīng)過一段可定義的時(shí)間區(qū)間，例如在數(shù)毫秒后，控制裝置50關(guān)閉位于連接觸點(diǎn)33和100之間的開關(guān)，由此將電源110施加在繼電器線圈21上。以已知的方式，接著使繼電器20的機(jī)械開關(guān)22閉合。 由于在轉(zhuǎn)換瞬間負(fù)載電流不會(huì)通過繼電器20的機(jī)械開關(guān)22，而是通過半導(dǎo)體繼電器60流過，所以繼電器20幾乎無負(fù)載并且不受磨損地進(jìn)行轉(zhuǎn)換。此外，由機(jī)械開關(guān)22可導(dǎo)致的震蕩效應(yīng)不會(huì)作用于負(fù)載電流。同時(shí)，隨著閉合機(jī)械開關(guān)22，損失功率通過半導(dǎo)體繼電器60 顯著降低。半導(dǎo)體繼電器60可以在運(yùn)行期間保持閉合或打開。首先假定了這種情況，即半導(dǎo)體繼電器60在運(yùn)行期間保持閉合。如果現(xiàn)在切斷繼電器20，那么例如經(jīng)連接觸點(diǎn)32在控制裝置50上提供一個(gè)相應(yīng)的切斷信號(hào)。通過響應(yīng)切斷信號(hào)，控制裝置50打開位于連接觸點(diǎn)33和100之間的開關(guān)，由此，控制電路90以及作為其結(jié)果的機(jī)械開關(guān)22被打開。由于半導(dǎo)體繼電器60在轉(zhuǎn)換瞬間作為激活旁路作用于機(jī)械開關(guān)22，因此機(jī)械開關(guān)22再次幾乎無負(fù)載并且不受磨損地打開。經(jīng)過一定時(shí)間，例如在數(shù)毫秒后，控制裝置50經(jīng)基極接線端 61促動(dòng)半導(dǎo)體繼電器60過渡至鎖定狀態(tài)，就是說，使半導(dǎo)體繼電器60打開。對(duì)于這種情況，即半導(dǎo)體繼電器60在繼電器20運(yùn)行期間(即在負(fù)載電路95閉合期間)被切斷，控制裝置50首先通過響應(yīng)切斷信號(hào)用于將半導(dǎo)體繼電器60再次接通，就是
6說，過渡至導(dǎo)電狀態(tài)。一旦經(jīng)半導(dǎo)體繼電器60實(shí)現(xiàn)的旁路再次激活，控制裝置50就用于使位于連接觸點(diǎn)33和100之間的開關(guān)打開。結(jié)果，機(jī)械開關(guān)22同樣打開。由于在轉(zhuǎn)換瞬間負(fù)載電路絕大部分經(jīng)半導(dǎo)體繼電器60引導(dǎo)，因此再次使機(jī)械開關(guān)22幾乎無負(fù)載地并且不受磨損地轉(zhuǎn)換。如果感應(yīng)負(fù)載連接于繼電器20，那么實(shí)施在適配器30中的保護(hù)電路可以防止半導(dǎo)體繼電器60的逆電壓，該逆電壓是在轉(zhuǎn)換繼電器時(shí)生成的。繼電器30和繼電器基座40還可以在無需適配器30的中間電路的情況下而彼此相連。然而，如果形勢(shì)要求，可以在繼電器基座40和繼電器30之間轉(zhuǎn)換適配器35，從而形成由半導(dǎo)體繼電器60和繼電器20構(gòu)成的混合電路。
權(quán)利要求
1.一種用于轉(zhuǎn)換電功率的模塊化電路配置(10)，其具有-繼電器基座(40)；-適配器(30、35)；該適配器可拆卸地與繼電器基座GO)連接，其中，所述適配器(30、 35)具有半導(dǎo)體繼電器(60)和與該半導(dǎo)體繼電器電連接的控制裝置(50)；以及-繼電器(20)，該繼電器可拆卸地與適配器(30)這樣形成電連接或機(jī)械連接，即，在連接狀態(tài)下使半導(dǎo)體繼電器(60)與繼電器O0)的機(jī)械開關(guān)0 并聯(lián)，其中，所述控制裝置 (50)可以在不同時(shí)間點(diǎn)控制所述繼電器O0)和所述半導(dǎo)體繼電器(60)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊化電路配置，其特征在于，所述適配器(30)具有至少一個(gè)用于向所述控制裝置(50)提供控制信號(hào)的第一接線端(31、32)，和用于將所述繼電器 (20)連接到半導(dǎo)體繼電器(60)和控制裝置(50)上的第二接線端(33、34、36、37)，其中，在連接狀態(tài)下，所述繼電器00)的機(jī)械開關(guān)02)并聯(lián)連接到所述半導(dǎo)體繼電器(60)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的模塊化電路配置，其特征在于，設(shè)有用于將負(fù)載(70)連接到所述繼電器O0)上的第四接線端(35、38)。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求的任意一項(xiàng)所述的模塊化電路配置，其特征在于，所述適配器 (30)包括電源，所述電源可以經(jīng)由所述控制裝置(50)連接到所述繼電器O0)上。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求的任意一項(xiàng)所述的模塊化電路配置，其特征在于，設(shè)有用于連接電源(110)的繼電器基座(40)，而且，在連接狀態(tài)下，該繼電器基座(40)、所述適配器(30) 和所述繼電器O0)如此電連接，即，使所述電源(110)通過所述控制裝置(50)連接到繼電器(20)上。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求的任意一項(xiàng)所述的模塊化電路配置，其特征在于，所述控制裝置 (50)通過響應(yīng)第一控制信號(hào)在第一時(shí)間點(diǎn)接通所述半導(dǎo)體繼電器(60)，并在隨后的第二時(shí)間點(diǎn)激活繼電器00)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的模塊化電路配置，其特征在于，所述控制裝置(50)通過響應(yīng)第二控制信號(hào)使所述繼電器00)失效，并在隨后的時(shí)間點(diǎn)切斷所述半導(dǎo)體繼電器(60)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的模塊化電路配置，其特征在于，所述半導(dǎo)體繼電器(60)在第三時(shí)間點(diǎn)被切斷，而且，所述控制裝置(50)通過響應(yīng)第二控制信號(hào)首先再次接通所述半導(dǎo)體繼電器(60)，在預(yù)定的時(shí)間間隔之后，使所述繼電器O0)失效，并且在隨后的時(shí)間點(diǎn)再次切斷所述半導(dǎo)體繼電器(60)。
9.一種適配器(30)，其設(shè)置用于根據(jù)前述權(quán)利要求的任意一項(xiàng)所述的電路配置(10) 中，并且，所述適配器設(shè)置在適配器外殼(120)中，所述適配器具有用于與繼電器基座GO) 可拆卸連接的第一裝置(80、100、101)、半導(dǎo)體繼電器(60)以及與該半導(dǎo)體繼電器電連接的控制裝置(50)，以及所述適配器還具有用于與繼電器00)形成可拆卸電連接和機(jī)械連接的第二裝置(33、34、36、37)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于轉(zhuǎn)換電功率的模塊化電路配置(10)。該電路配置具有繼電器基座(40)和適配器(30)，該適配器可拆卸地與繼電器基座(40)可以相連。適配器(30)包括半導(dǎo)體繼電器(60)和與該半導(dǎo)體繼電器電連接的控制裝置(50)。另外，設(shè)有繼電器(20)，該繼電器可拆卸地與適配器(30)這樣形成電連接或機(jī)械連接，即，在連接狀態(tài)下使半導(dǎo)體繼電器(60)與繼電器(20)的機(jī)械開關(guān)(22)并聯(lián)，其中，控制裝置(50)可以在不同時(shí)間點(diǎn)控制繼電器(20)和半導(dǎo)體繼電器(60)。
文檔編號(hào)H01H9/54GK102369585SQ201080014626
公開日2012年3月7日 申請(qǐng)日期2010年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月30日
發(fā)明者安德列亞斯·韋爾梅爾, 弗蘭克·德勒雷爾 申請(qǐng)人:菲尼克斯電氣公司