專利名稱：一種無(wú)電火花的電子繼電器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本 申請(qǐng)涉及ー種電子領(lǐng)域內(nèi)的電子繼電器，其工作期間沒有電火花產(chǎn)生，接通速度與高速電子開關(guān)一致。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的鼻祖使用了大量的繼電器?，F(xiàn)在繼電器的應(yīng)用面極廣，在ー些高壓、大電流工作的場(chǎng)合，繼電器的成本優(yōu)勢(shì)基本上是昂貴的高速電子開關(guān)不可替代的，例如汽車?yán)锩婢褪褂煤芏嗬^電器去控制各種信號(hào)燈和馬達(dá)。可是常規(guī)繼電器存在著動(dòng)作響應(yīng)延時(shí)的問題，其響應(yīng)延時(shí)根據(jù)設(shè)計(jì)的不同在10_2-10_4s之間。同時(shí)常規(guī)繼電器的開關(guān)在接通和斷開電路的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生火花，特別是高壓、大電流的場(chǎng)合尤其如此。接通和斷開電路時(shí)電火花的存在是降低開關(guān)觸電壽命、導(dǎo)致繼電器過早失效的主要因素。常規(guī)繼電器雖然通態(tài)電阻小、耐壓高，但是其接通和斷開時(shí)容易產(chǎn)生電火花，接通和斷開的響應(yīng)速度也不及電子開關(guān)，因此用在對(duì)響應(yīng)速度要求不高的場(chǎng)合。而高速電子開關(guān)在工作時(shí)不會(huì)產(chǎn)生電火花，并且響應(yīng)延時(shí)可以控制在10_4-10_8S，但是同等工作電壓和大工作電流情況下的高速電子開關(guān)的成本非常高，這也導(dǎo)致ー些IGBT之類的高速電子開關(guān)只是在成本不敏感的高電壓、大電流場(chǎng)合應(yīng)用，不能大規(guī)模應(yīng)用。高電壓和大工作電流情況下，高速電子開關(guān)的通態(tài)電阻是造成開關(guān)熱失效的重要因素，而低通態(tài)電阻的電子開關(guān)的成本是非常高昂的，常常導(dǎo)致電子開關(guān)的成本占到整個(gè)系統(tǒng)成本的十分之一以上。本申請(qǐng)?zhí)岢雯`種無(wú)火花的電子繼電器，該器件結(jié)合高速電子開關(guān)和常規(guī)繼電器的優(yōu)點(diǎn)，將高速電子開關(guān)和常規(guī)繼電器并聯(lián)使用，在接通的時(shí)候由高速電子開關(guān)優(yōu)先導(dǎo)通，斷開的時(shí)候高速電子開關(guān)在常規(guī)繼電器斷開后再斷開，消除常規(guī)繼電器接通和斷開時(shí)產(chǎn)生的電火花。
發(fā)明內(nèi)容用高速電子開關(guān)和常規(guī)繼電器并聯(lián)構(gòu)成了本申請(qǐng)的無(wú)電火花電子繼電器，通過附加控制電路對(duì)高速電子開關(guān)相關(guān)電路供電，必要的時(shí)候?qū)刂菩盘?hào)和附加控制電路的電源進(jìn)行隔離供電。通過控制高速電子開關(guān)和常規(guī)繼電器驅(qū)動(dòng)在接到導(dǎo)通信號(hào)的時(shí)候同時(shí)導(dǎo)通，高速電子開關(guān)可以迅速接通電路，縮短電子繼電器器件接通響應(yīng)時(shí)間。在很短的時(shí)間內(nèi)常規(guī)繼電器也導(dǎo)通，因此高速電子開關(guān)實(shí)際上導(dǎo)通并讓電流流過時(shí)間較短，因此高速電子開關(guān)可以承受較大的過電流而選擇一些低成本的高速電子開關(guān)器件，只要瞬時(shí)工作條件滿足繼電器接通響應(yīng)時(shí)間內(nèi)能夠正常長(zhǎng)期工作的要求即可。由于常規(guī)繼電器接點(diǎn)導(dǎo)通的時(shí)候，高速電子開關(guān)已經(jīng)把電路先接通，此時(shí)其常規(guī)繼電器接點(diǎn)間的電壓很低(與所選擇的高速電子開關(guān)的通態(tài)電阻和此時(shí)通過高速電子開關(guān)的電流有夫)，導(dǎo)致常規(guī)繼電器接通的時(shí)候不會(huì)產(chǎn)生電火花。在接收到斷開信號(hào)前，高速電子開關(guān)與常規(guī)繼電器同時(shí)保持接通狀態(tài)。在接受到斷開信號(hào)的時(shí)候，優(yōu)先驅(qū)動(dòng)常規(guī)繼電器斷開，高速電子開關(guān)在常規(guī)繼電器完全斷開后延時(shí)很短的一段時(shí)間再斷開，可以消除常規(guī)繼電器斷開時(shí)產(chǎn)生的電火花。常見的各種場(chǎng)效應(yīng)管符合高速電子開關(guān)的特性，但是在大電流的情況下就要使用特殊的場(chǎng)效應(yīng)管了，如果對(duì)耐壓和電流有特殊要求，還需要選擇其他滿足特性的器件如三極管、IGBT等。這不代表本專利申請(qǐng)就限定了必須使用場(chǎng)效應(yīng)管或者三極管、IGBT，只要能夠作為高速開關(guān)的電子器件均可以被本申請(qǐng)的方案采用。如果繼電器的應(yīng)用場(chǎng)景中繼電器接點(diǎn)有一端連接到電源的一極的時(shí)候，可以不需要隔離變壓器。如果繼電器的應(yīng)用場(chǎng)景中接點(diǎn)任何一端都不連接電源的正極和負(fù)極，或者是應(yīng)用場(chǎng)景是用一種電源供電系統(tǒng)(通常為低壓)的信號(hào)去控制另外一個(gè)電源供電系統(tǒng)(通常為高壓或者交流電路)里的接點(diǎn)通斷的情況下，高速電子開關(guān)及其驅(qū)動(dòng)電路需要對(duì)外接電源進(jìn)行隔離，同時(shí)對(duì)信號(hào)也需要隔離。本申請(qǐng)通過將外接電源進(jìn)行隔離后為高速電子開關(guān)的附加控制電路供電，隔離的方式可以用震蕩脈沖變壓器變壓隔離的方式。由于繼電器自身有一定的體積，高速電子開關(guān)及其控制電路的耗電極其微小，因此這種隔離變壓器可以選用微型器件，整個(gè)驅(qū)動(dòng)和附加控制電路都可以集成到常規(guī)繼電器內(nèi)部。信號(hào)隔離可以使用光電隔離器隔離。也就是說本電子繼電器的特征用高速電子開關(guān)與常規(guī)繼電器的接點(diǎn)并聯(lián)，通過附加控制電路控制高速電子開關(guān)和繼電器的接通和斷開。在接通時(shí)，高速電子開關(guān)先于常規(guī)繼電器接通；在斷開時(shí)，高速電子開關(guān)后于常規(guī)繼電器斷開。在需要進(jìn)行隔離的應(yīng)用場(chǎng)合里，可以對(duì)高速電子開關(guān)的控制電路實(shí)現(xiàn)隔離的供電，以及對(duì)電子繼電器輸入驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行隔離后驅(qū)動(dòng)高速電子開關(guān)。

圖I是繼電器接點(diǎn)一端接通電源時(shí)的無(wú)火花電子繼電器的原理圖，省卻了隔離變壓器。圖2是繼電器任何接點(diǎn)都不與電源直接連接時(shí)的無(wú)火花電子繼電器的原理圖。
具體實(shí)施方式
如圖I所示為本申請(qǐng)的無(wú)電火花的電子繼電器，外接電源給所有需要電能的器件供電。驅(qū)動(dòng)信號(hào)一路驅(qū)動(dòng)常規(guī)繼電器的驅(qū)動(dòng)電路，使得常規(guī)繼電器發(fā)送接通和斷開動(dòng)作，通過機(jī)械耦合使得常規(guī)繼電器的機(jī)械觸電開關(guān)接通或者斷開其所連接的電路。另一路驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)過延時(shí)控制電路來控制高速電子開關(guān)驅(qū)動(dòng)，使得高速電子開關(guān)也發(fā)生接通和斷開動(dòng)作。延時(shí)控制對(duì)信號(hào)的上升沿信號(hào)不延時(shí)，對(duì)其下降沿信號(hào)產(chǎn)生ー個(gè)延時(shí)，使得延時(shí)期間內(nèi)常規(guī)繼電器的機(jī)械觸點(diǎn)能夠有足夠的時(shí)間斷開，然后延時(shí)終止后高速電子開關(guān)也迅速斷開。由于高速電子開關(guān)的接通和斷開的延時(shí)非?？?，使得整個(gè)器件在接通接點(diǎn)的時(shí)候高速電子開關(guān)先接通，爾后常規(guī)繼電器也迅速接通；在常規(guī)繼電器接點(diǎn)斷開后，高速電子開關(guān)也迅速斷開。如圖2所示，本申請(qǐng)的另外一種無(wú)電火花的電子繼電器，其電源供應(yīng)供給繼電器驅(qū)動(dòng)和信號(hào)隔離器，同時(shí)經(jīng)過自激式交流振蕩和變壓器進(jìn)行能量變換和電壓隔離后，為內(nèi)部的高速電子開關(guān)及其相關(guān)控制電路供電。驅(qū)動(dòng)信號(hào)一路輸入給常規(guī)繼電器驅(qū)動(dòng)，一路經(jīng)過信號(hào)隔離后給延時(shí)控制電路。信號(hào)隔離可以用常規(guī)開關(guān)電源中常見的光電式隔離器，但是不限于使用光電式隔離器。除了電壓隔離和信號(hào)隔離，整個(gè)器件的工作過程和圖I的完全一致。使用隔離的電源和信號(hào)的好處是，可以實(shí)現(xiàn)低電壓控制高電壓或者交流電壓，這是常規(guī)繼電器的常規(guī)任務(wù)。當(dāng)控制高電壓或者交流電壓的時(shí)候，需要注意隔離變壓器和信號(hào)隔離裝置本身的耐壓和電壓隔離度是否滿足整個(gè)系統(tǒng)的電壓隔離的要求。如圖3所示為器件工作期間的各種時(shí)序邏輯。整個(gè)電子繼電器的輸入時(shí)序?yàn)棰偎荆咚匐娮娱_關(guān)的工作時(shí)序如②所示，其信號(hào)上升沿與①的上升沿有一個(gè)延時(shí)△ Te。，為高速電子開關(guān)的工作延時(shí)；其下降沿與①的下降沿有一個(gè)延時(shí)Λ ；。。器件中的常規(guī)繼電器的工作時(shí)序如③所示，其信號(hào)上升沿與①的上升沿有一個(gè)延時(shí)八'。，其下降沿與①的下降沿有一個(gè)延時(shí)ATj()。顯然ATj。遠(yuǎn)大于Λ Te。，只要保證高速電子開關(guān)在ATj。內(nèi)安全地過流工作即可；而Λ Te。略大于Λ Tj。，只要保證高速電子開關(guān)在Λ Te。-Λ Tj。內(nèi)安全地過流工作即可。②為整個(gè)器件的實(shí)際工作時(shí)序。本申請(qǐng)的有益后果是，通過在電子繼電器接點(diǎn)引入高速電子開關(guān)后，有效地消除了常規(guī)繼電器接點(diǎn)在接通和斷開時(shí)的電火花，同時(shí)接通速度也提高到與高速電子開關(guān)ー致，斷開延時(shí)基本保持與常規(guī)繼電器持平。由于高速電子開關(guān)的控制電路的耗電極小，可以將整個(gè)器件的電路安裝進(jìn)常規(guī)繼電器里面，構(gòu)成本專利的新型的無(wú)電火花的電子繼電器。權(quán)利要求1.一種無(wú)電火花的電子繼電器，其特征在于，用高速電子開關(guān)與常規(guī)繼電器的接點(diǎn)并聯(lián)，通過附加控制電路控制高速電子開關(guān)和常規(guī)繼電器的接通和斷開。
2.如權(quán)利要求I所述的ー種無(wú)電火花的電子繼電器，其特征在于，在接通時(shí)，高速電子開關(guān)接通時(shí)常規(guī)繼電器尚未接通，電路結(jié)構(gòu)物理上已經(jīng)接通；在斷開時(shí)，只有常規(guī)繼電器完全斷開，高速電子開關(guān)才斷開，此時(shí)的電路結(jié)構(gòu)物理上才斷開。
3.如權(quán)利要求I所述的ー種無(wú)電火花的電子繼電器，其特征在于，在需要進(jìn)行隔離的應(yīng)用場(chǎng)合里，對(duì)高速電子開關(guān)的控制電路實(shí)現(xiàn)隔離的供電，以及對(duì)電子繼電器輸入驅(qū)動(dòng)信號(hào)與高速電子開關(guān)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行隔離。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種無(wú)電火花的電子繼電器，其通過將高速電子開關(guān)與常規(guī)繼電器接點(diǎn)并聯(lián)，通過同時(shí)驅(qū)動(dòng)高速電子開關(guān)和常規(guī)繼電器接通來減少常規(guī)繼電器的接通延時(shí)并消除常規(guī)繼電器的接通時(shí)產(chǎn)生的電火花；通過驅(qū)動(dòng)高速電子開關(guān)在常規(guī)繼電器斷開后再延時(shí)斷開來消除常規(guī)繼電器斷開時(shí)產(chǎn)生的電火花，其器件的整體斷開延時(shí)與常規(guī)繼電器相當(dāng)。在需要進(jìn)行隔離控制的時(shí)候，使用隔離電源供電和信號(hào)隔離來滿足電壓隔離的要求本實(shí)用新型中的方案能夠有效地消除了常規(guī)繼電器接點(diǎn)在接通和斷開時(shí)的電火花，同時(shí)接通速度也提高到與高速電子開關(guān)一致，斷開延時(shí)基本保持與常規(guī)繼電器持平。整個(gè)電路可以安裝進(jìn)常規(guī)繼電器內(nèi)部。
文檔編號(hào)H03K17/04GK202455327SQ20112040265
公開日2012年9月26日 申請(qǐng)日期2011年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月21日
發(fā)明者不公告發(fā)明人 申請(qǐng)人:彭艷兵