專(zhuān)利名稱(chēng):自維持式電子開(kāi)關(guān)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種電子開(kāi)關(guān)電路。
由常規(guī)的電子開(kāi)關(guān)器件設(shè)計(jì)的常規(guī)電子開(kāi)關(guān)電路,需要在其輸入控制端建立一個(gè)持久的或直流信號(hào)或周期性連續(xù)脈沖信號(hào),才能保證其處于持久的接通狀態(tài)。
本發(fā)明自維持式電子開(kāi)關(guān)電路是在常規(guī)電子開(kāi)關(guān)電路中引入一個(gè)維持電源。其目的在于,只要在開(kāi)關(guān)電路輸入控制端加一個(gè)勿需要持久存在的或直流信號(hào)或周期性連續(xù)脈沖信號(hào),就可以保證該開(kāi)關(guān)電路處于穩(wěn)定持久的接通狀態(tài)。
本發(fā)明自維持式電子開(kāi)關(guān)電路是由維持電路、開(kāi)門(mén)脈沖、維持電源、工作信號(hào)源、混合電路、關(guān)門(mén)電路、主開(kāi)關(guān)器件、工作負(fù)載所組成。其特征在于其一,維持電源可采用直流電壓源、直流電流源或交流電壓源。其二,采用電壓型自維持工作方式時(shí),維持電流流往專(zhuān)門(mén)設(shè)置的維持電路。其三,采用電流型自維持工作方式時(shí),維持電流與工作電流一起流往工作負(fù)載。
本發(fā)明自維持式電子開(kāi)關(guān)電路框圖如附圖
一所示。其中,(1)為維持電路,它是由濾波、整流、輔助電子開(kāi)關(guān)或引擎等電路所組成。這里用虛線框表示的意思是,當(dāng)本發(fā)明電子開(kāi)關(guān)電路采用電壓型自維持工作方式并且只有某幾種器件做為本電路的主開(kāi)關(guān)器件時(shí)才必須完整或者部分設(shè)立維持電路。(2)為開(kāi)門(mén)脈沖,采用單脈沖觸發(fā)信號(hào)即非持久或周期性連續(xù)信號(hào)。(3)為維持電源,可使用直流電壓源、直流電流源或交流電壓源。它是根據(jù)本電子開(kāi)關(guān)電路工作在電壓型或電流型兩種不同的自維持狀態(tài)而選擇不同的維持電源。(4)為工作信號(hào)源,它可以是交流電壓或直流電流。(5)為混合電路,是由電阻、電容或電感、電容所組成。其作用是將工作信號(hào)源(4)和維持電源(3)混合成單路信號(hào)送至關(guān)門(mén)電路(6),當(dāng)采用含有直流成份的交流電壓或電流充當(dāng)工作信號(hào)源時(shí),可利用其中的直流電壓或電流兼任維持電源,故可不需要再設(shè)立混合電路和維持電源。(6)為關(guān)門(mén)電路,可采用帶有觸點(diǎn)的常通式機(jī)械開(kāi)關(guān)或與此類(lèi)似的無(wú)觸點(diǎn)電子開(kāi)關(guān)所構(gòu)成。(7)為主開(kāi)關(guān)器件,可采用單、雙向式的晶閘管或單、雙極型的半導(dǎo)體分立或集成式開(kāi)關(guān)器件。(8)為工作負(fù)載,當(dāng)工作信號(hào)源(4)是交流電壓時(shí),其工作負(fù)載是由電阻負(fù)載所組成。當(dāng)工作信號(hào)源(4)是直流電流時(shí),其工作負(fù)載是由電流型負(fù)載所組成。
下面結(jié)合附圖一分別介紹電壓型和電流型自維持工作方式的特點(diǎn)。
(一)電壓型自維持工作方式,當(dāng)主開(kāi)關(guān)器件(7)導(dǎo)通后,由維持電源(3)產(chǎn)生的維持電流不跟隨工作電流一起流向工作負(fù)載(8)而是流入專(zhuān)門(mén)的維持電路(1),這便稱(chēng)為電壓型自維持方式。在這種工作方式下,首先是維持電源(3)和工作信號(hào)源(4)通過(guò)混合電路(5)后再通過(guò)關(guān)門(mén)電路(6)送至主開(kāi)關(guān)器件(7)的主信號(hào)輸入端上。但因開(kāi)門(mén)脈沖(2)沒(méi)有發(fā)出觸發(fā)脈沖,所以主開(kāi)關(guān)器件(7)不導(dǎo)通,工作負(fù)載(8)上也就不會(huì)出現(xiàn)工作信號(hào)電壓。當(dāng)開(kāi)門(mén)脈沖(2)發(fā)出觸發(fā)脈沖并作用于維持電路(1)的輸入控制端上時(shí),維持電路(1)通過(guò)若干個(gè)輔助環(huán)節(jié)又作用到主開(kāi)關(guān)器件(7)的輸入控制端上,使主開(kāi)關(guān)器件(7)導(dǎo)通,于是就在主開(kāi)關(guān)器件(7)的主信號(hào)輸出端上出現(xiàn)由工作信號(hào)源(4)送來(lái)的工作信號(hào)和由維持電源(3)送來(lái)的維持電流。前者使工作負(fù)載(8)得到工作電流,后者使維持電路(1)產(chǎn)生主開(kāi)關(guān)器件(7)總是保持開(kāi)門(mén)狀態(tài)所需要的維持電流,從而保證了主開(kāi)關(guān)主器件(7)一旦被開(kāi)門(mén)脈沖(2)觸發(fā)導(dǎo)通后就不會(huì)自行關(guān)閉,這樣便完成了電壓型自維持式的交流雙向傳送功能。如果要讓已導(dǎo)通的主開(kāi)關(guān)器件(7)關(guān)閉,只有讓關(guān)門(mén)電路(6)暫時(shí)離開(kāi)“常通”狀態(tài)而斷開(kāi)少許時(shí)刻,待主開(kāi)關(guān)器件(7)關(guān)斷后,關(guān)門(mén)電路(6)又重新回到“常通”狀態(tài)。這樣,主開(kāi)關(guān)器件(7)便因沒(méi)有受到開(kāi)門(mén)脈沖(2)的作用而始終保持關(guān)閉狀態(tài)。
(二)電流型自維持工作方式,電流型自維持工作方式與電壓型自維持工作方式二者的區(qū)別在于,前者不設(shè)立維持電路,開(kāi)門(mén)脈沖(2)是直接作用到主開(kāi)關(guān)器件(7)的輸入控制端上,而主開(kāi)關(guān)器件(7)導(dǎo)通后,在其主信號(hào)輸出端上獲得的工作電壓(或電流)和與此同時(shí)產(chǎn)生的維持電流一起送往工作負(fù)載(8),只要工作負(fù)載(8)中的維持電流不消失,那么主開(kāi)關(guān)器件(7)一經(jīng)被開(kāi)門(mén)脈沖(2)觸發(fā)導(dǎo)通,它就會(huì)一直處于導(dǎo)通狀態(tài),這就是電流型自維持工作方式。其關(guān)斷過(guò)程與電壓型自維持工作方式相同。
下面結(jié)合具體實(shí)施例詳細(xì)介紹電壓型、電流型自維持式電子開(kāi)關(guān)電路工作過(guò)程。
實(shí)施例一,電壓型自維持式電子開(kāi)關(guān)電路,如附圖三所示。圖中,交流電壓eZ3為工作信號(hào)源,直流電壓EP3為維持電源,C31和R3組成混合電路。關(guān)門(mén)電路由B3擔(dān)任。主開(kāi)關(guān)器件GE3采用光電耦合式雙向開(kāi)關(guān)管,維持電路由輔助開(kāi)關(guān)三極管T3和維持電流的回路電阻RP3所組成。C3起到隔離維持電流IP3的作用,RL3為工作負(fù)載,eK3為開(kāi)門(mén)脈沖。假設(shè)開(kāi)門(mén)脈沖eK3沒(méi)有觸發(fā)脈沖輸出,主開(kāi)管器件GE3處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)eK3只輸出一個(gè)單脈沖觸發(fā)信號(hào)時(shí),輔助開(kāi)關(guān)三極管T3導(dǎo)通,維持電流IP3首先流入GE3的控制端并由光電耦合使GE3中的雙向開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通,由關(guān)門(mén)電路B3送來(lái)的eZ3+EP3立刻通過(guò)GE3送至工作負(fù)載RL3和維持電流的回路電阻RP3。前者形成工作電流iZ3,后者產(chǎn)生直流維持電流IP3。如果EP3大于(eZ3)max(eZ3的最大峰值)并使(IP3)min(≈EP3-(eZ3)maxR3+RP3)]]>大于GE3的開(kāi)門(mén)控制電流,則在工作負(fù)載RL3上就可獲得完整的雙向工作電流iZ3。這種電子開(kāi)關(guān)電路由關(guān)閉狀態(tài)到導(dǎo)通狀態(tài)的轉(zhuǎn)換只依賴于eK3單個(gè)脈沖的觸發(fā),一旦導(dǎo)通狀態(tài)完成eK3即可消失,而之后的狀態(tài)保持則是依賴于維持電流IP3,只要IP3存在,本開(kāi)關(guān)的交流雙向?qū)顟B(tài)將會(huì)一直保持下去。
本電子開(kāi)關(guān)電路的關(guān)斷控制是由關(guān)門(mén)電路B3來(lái)完成。當(dāng)GE3導(dǎo)通后,需要關(guān)斷本電子開(kāi)關(guān)電路時(shí),可將B3由常處位置K3擲于N3,使GE3強(qiáng)迫關(guān)斷,工作電流iZ3和維持電流IP3亦被關(guān)斷,這時(shí)再將B3擲回到K3位置上,GE3因沒(méi)有再次受到eK3的觸發(fā),只好處于穩(wěn)定的關(guān)閉狀態(tài)。
實(shí)施例二,電壓型自維持方式電子開(kāi)關(guān)電路,如附圖四所示。圖中,直流電壓EP4為維持電源,交流電壓eZ4為工作信號(hào)源。EP4和eZ4串聯(lián)混合后變成EP4+eZ4經(jīng)關(guān)門(mén)電路B4的常處位置K4送至主開(kāi)關(guān)器件單向晶閘管SCR4的陽(yáng)極上。由于開(kāi)門(mén)脈沖eK4沒(méi)有輸出,所以SCR4無(wú)法導(dǎo)通。這時(shí),本電子開(kāi)關(guān)電路處于關(guān)閉狀態(tài),工作負(fù)載RL4上也就沒(méi)有工作電流流動(dòng)。RP4是維持電流的回路電阻,C4是用來(lái)隔離EP4并順利通過(guò)eZ4的電容器,D42和D41是工作電流iZ4的半橋式正負(fù)半周分流支路。當(dāng)eK4有單個(gè)觸發(fā)脈沖輸出時(shí),SCR4即刻導(dǎo)通,這時(shí)eZ4+EP4共同送至維持電流回路電阻RP4和工作負(fù)載RL4。其中,由EP4在RP4上產(chǎn)生的直流電流IP4是本電子開(kāi)關(guān)電路的維持電流。在設(shè)計(jì)上,如果使EP4始終大于eZ4的最大峰值(eZ4)max,再讓(IP4)min(≈EP4-(eZ4)maxRP4)]]>大于SCR4的本征維持電流(即半導(dǎo)體晶閘管的維持電流IH),那么不論是eZ4為正半周還是為負(fù)半周,SCR4都不會(huì)關(guān)斷。當(dāng)eZ4為正半周時(shí),它是經(jīng)SCR4和D42向工作負(fù)載RL4供電,當(dāng)eZ4為負(fù)半周時(shí),它是經(jīng)D41向工作負(fù)載RL4供電。至于說(shuō)本電子開(kāi)關(guān)電路的關(guān)斷原理與實(shí)施例一相同。
實(shí)施例三,電壓型自維持式電子開(kāi)關(guān)電路如附圖五所示。圖中,交流電壓eZ5為工作信號(hào)源,交流電壓eP5為維持電源,混合電路由L51和C51組成,B5為關(guān)門(mén)電路,主開(kāi)關(guān)器件是由互補(bǔ)型場(chǎng)效應(yīng)對(duì)管P溝增強(qiáng)型管T51和N溝增強(qiáng)型管T52所組成,工作負(fù)載為RL5,維持電路是由整流濾波電路D51、C54、R51和D52、C55、R52所組成;輔助開(kāi)關(guān)電路由光電耦合器GE51~GE53及SCR5組成;工作信號(hào)源eZ5的帶阻濾波器由L52和C53所組成。eK5為開(kāi)門(mén)脈沖。如果平時(shí)eK5沒(méi)有觸發(fā)脈沖信號(hào)輸出,這時(shí)SCR5處于關(guān)斷狀態(tài),從關(guān)門(mén)電路B5的K5位置上送出的eP5+eZ5電壓通過(guò)D51、D52、C54、C55在C54、C55上建立一個(gè)從eP5中整流出的直流電壓,如果eP5的頻率、幅值都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于eZ5再加上C52是對(duì)工作信號(hào)源的頻譜上限頻率呈現(xiàn)高阻抗來(lái)選擇,所以,C54、C55上的直流電壓大小是由eP5來(lái)決定。雖然C54、C55上的直流電壓始終存在,但由于eK5沒(méi)有觸發(fā)脈沖信號(hào)輸出,SCR5不導(dǎo)通,于是主開(kāi)關(guān)器件T51、T52也就不導(dǎo)通。
當(dāng)eK5有觸發(fā)脈沖輸出時(shí),GE53給SCR5的柵極控制回路提供一條直流通路,此時(shí)SCR5便立即導(dǎo)通,使維持電流回路的電阻RP5受整流電路在C54、C55上建立的直流電壓的作用,于是產(chǎn)生維持電流IP5流入GE51和GE52的輸入控制端,使GE51和GE52導(dǎo)通,進(jìn)而使R51、R52獲得一個(gè)使主開(kāi)關(guān)器件開(kāi)通所需要的直流控制電壓,于是T51、T52導(dǎo)通,使工作信號(hào)源eZ5的雙方向上的電壓幅值都輸送到工作負(fù)載RL5上,如此便完成了由斷到通的全部轉(zhuǎn)換過(guò)程。另外,當(dāng)主開(kāi)關(guān)器件T51、T52導(dǎo)通后,由于L52對(duì)維持電源eP5呈現(xiàn)出高阻抗,對(duì)工作信號(hào)源eZ5呈現(xiàn)出低阻抗,所以整流濾波電路還是能繼續(xù)供給產(chǎn)生維持電流IP5用的直流維持電壓,保證了IP5不間斷,也就是說(shuō)本電子開(kāi)關(guān)電路只須eK5的一次性單脈沖觸發(fā)就可以持久將導(dǎo)通狀態(tài)永遠(yuǎn)地保持下去。至于說(shuō)本電子開(kāi)關(guān)電路的關(guān)斷原理與實(shí)施例一、二相同不再說(shuō)明。
實(shí)施例四,電流型自維持式電子開(kāi)關(guān)電路如附圖六所示。圖中,交流電壓eZ6為工作信號(hào)源,直流電流源IP6(或直流電壓源EP6)為維持電源,混合電路由C6或R6(當(dāng)維持電源采用EP6時(shí))組成,關(guān)門(mén)電路為B6,主開(kāi)關(guān)器件是由單向晶閘管SCR6擔(dān)任,工作負(fù)載為RL6,開(kāi)門(mén)脈沖為eK6。
假設(shè)eK6沒(méi)有脈沖輸出時(shí),SCR6處于截止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)eK6輸出一個(gè)單觸發(fā)脈沖時(shí),SCR6即刻導(dǎo)通,eZ6+I(xiàn)P6通過(guò)B6的K6位置再經(jīng)已導(dǎo)通的SCR6在工作負(fù)載RL6上產(chǎn)生出iZ6+I(xiàn)P6,其中iZ6是eZ6作用于RL6上的工作電流。很顯然,由于IP6的作用,使本來(lái)應(yīng)該在正反兩個(gè)方向上變化的由交流電壓eZ6作用于R16而產(chǎn)生的交流電流iZ6,加入IP6后,變成了在一個(gè)方向上但仍按原交流形狀變化的脈動(dòng)直流電流。為此,這一脈動(dòng)直流中的真正直流成份即維持電流IP6并不象在電壓型自維持式電子開(kāi)關(guān)電路中那樣有專(zhuān)門(mén)的維持電流通路供它流通而是與工作電流iZ6一起流入工作負(fù)載RL6中去。這樣,SCR6中流過(guò)最小電流的時(shí)刻就必然發(fā)生在iZ6的為負(fù)半周的峰值時(shí)刻,當(dāng)正確設(shè)計(jì)IP6的值,使得(IP6-(iZ6)max)>IH,式中,(iZ6)max為iZ6的最大峰值,IH為晶閘管特征參數(shù)中的特征維持電流,那么,工作電流iZ6在正負(fù)半波的全相位傳送中,SCR6就會(huì)一直保持導(dǎo)通狀態(tài),且并不需要eK6再次輸出持久或周期性連續(xù)的觸發(fā)信號(hào)作用在SCR6的門(mén)極上。這就是本電子開(kāi)關(guān)電路利用單向晶閘管工作在電流型自維持式電子開(kāi)關(guān)電路傳送全相位信號(hào)時(shí)的導(dǎo)通工作原理。
至于說(shuō)本電子開(kāi)關(guān)電路關(guān)斷操作及原理與前述電壓型自維持式相同,不再說(shuō)明。
實(shí)施例五,電流型自維持式電子開(kāi)關(guān)電路如附圖七所示。圖中,工作信號(hào)源為程控式直流階梯電流源IZ7,共有m個(gè)階值,每個(gè)階值為a安培,第0個(gè)階值的電流值為0安培。維持電源是直流電流源IP7,關(guān)門(mén)電路為B7,主開(kāi)關(guān)器件是單向晶閘管SCR7,工作負(fù)載是直流電流型繼電器P700—P7m0。(P700—P7m0是m行n列繼電器矩陣當(dāng)中的第0列繼電器)。開(kāi)門(mén)脈沖為eK7。當(dāng)eK7無(wú)信號(hào)輸出時(shí),SCR7截止,本電子開(kāi)關(guān)電路處于“關(guān)斷”狀態(tài)。當(dāng)eK7輸出一個(gè)單觸發(fā)脈沖作用到SCR7門(mén)極上時(shí),SCR7即刻導(dǎo)通,IZ7和IP7直接混合后通過(guò)B7的K7位置和已導(dǎo)通的SCR7在P700—P7m0中流過(guò)電流IZ7+I(xiàn)P7。它與電壓型自維持式不同的是,這里的維持電流IP7與工作電流IZ7一起流入工作負(fù)載P7中去,如果設(shè)計(jì)IP7的值大于SCR7的本征維持電流(即晶閘管特征參數(shù)中的維持電流IH),則當(dāng)IZ7即使處于第0個(gè)階值上,即只有IP7流過(guò)SCR7時(shí),它也會(huì)從eK7輸出觸發(fā)脈沖一開(kāi)始始終保持導(dǎo)通狀態(tài)不變,并不要求eK7輸出的觸發(fā)信號(hào)連續(xù)持久地存在著。為此,本電子開(kāi)關(guān)電路導(dǎo)通狀態(tài)的建立即告完成。
SCR7導(dǎo)通后,P7mn行列矩陣中的第0列電流型繼電器被選中。之后,即可由程控電流源IZ7對(duì)被選中的這列繼電器再進(jìn)行行選擇。
行選原理是這樣形成的,即讓P700—P7m0列中的電流型繼電器按電流步長(zhǎng)a安培遞增工作,即第0行繼電器P700的吸合電流為a安培,第1行繼電器P710的吸合電流為2a安培……那么第m行繼電器P7m0的吸合電流就為(m+1)a安培。當(dāng)SCR7導(dǎo)通后,如果要讓第i行以內(nèi)的繼電器工作,那么就可以讓程控電流源IZ7發(fā)出第i個(gè)階值(等于i+1個(gè)a安培)的電流。于是在被選中的這列繼電器中,第P700—P7i0總共有i+1個(gè)繼電器將全部吸合,從而完成了行選擇。
至于說(shuō)本電子開(kāi)關(guān)電路的關(guān)斷操作原理與前述相同。
下面簡(jiǎn)單介紹一下有關(guān)各種混合電路,如附圖二所示。
(a)IZ2與IP21并聯(lián)式混合電路IZ2是直流電流型工作信號(hào)源,IP21是直流電流型維持電源。二者直接并聯(lián)后從A21點(diǎn)一起流往關(guān)門(mén)電路。
(b)eZ21與IP22(或EP21)并聯(lián)式混合電路eZ21為交流電壓型工作信號(hào)源,C21是混合電容,其作用是讓eZ21順利去往A22點(diǎn),阻止IP22流往eZ21。當(dāng)維持電源是直流電流型電源IP22時(shí)可直接與eZ21并聯(lián),二者由A22點(diǎn)一同去往關(guān)門(mén)電路。當(dāng)維持電源為直流電壓源EP21時(shí),則通過(guò)混合電阻R2與EZ21并聯(lián)。R2是用來(lái)防止eZ21進(jìn)入EP21中,起到隔離作用。
(c)eZ22與eP2并聯(lián)式混合電路
eZ22為交流電壓型工作信號(hào)源,其頻譜上限頻率為(fZ22)max,eP2是交流電壓型維持電源,其頻率為fP2,L2為混合電感,C22為混合電容。若讓fP2>>(fZ22)max則在A23點(diǎn)可獲得eZ22+eP2電壓。
(d)eZ23與EP22串聯(lián)式混合電路eZ23是交流電壓型工作信號(hào)源,EP22為直流電壓型維持電源,BY2為變壓器,在A24點(diǎn)可獲得一個(gè)eZ23+EP22的電壓送往關(guān)門(mén)電路。
本發(fā)明的自維持式電子開(kāi)關(guān)電路與常規(guī)的電子開(kāi)關(guān)電路相比較具有如下效果。在多路選通系統(tǒng)中,要從n個(gè)被控負(fù)載中只選出其中一個(gè)給其送上工作電流,若按常規(guī)方法是將n個(gè)電子開(kāi)關(guān)的控制端采用n根導(dǎo)線通過(guò)一只多路選擇開(kāi)關(guān)與工作信號(hào)源相連接,如果控制方與被控制方相距遙遠(yuǎn),勢(shì)必造成導(dǎo)線用量大,材料成本提高。為了解決這個(gè)問(wèn)題,有的廠家利用在被控方設(shè)置n個(gè)數(shù)字選通電路的方法,即在控制方與被控制方兩根總線之外再增加一根導(dǎo)線擔(dān)任選通控制線,這顯然是前進(jìn)了一大步,但畢竟還是三條線。如果采用本發(fā)明的自維持式電子開(kāi)關(guān)電路再輔以分時(shí)控制技術(shù)就可以完全取消這條多余的選通控制線,也就是說(shuō)只采用兩根連接導(dǎo)線就可以達(dá)到預(yù)期的效果,從而可大大縮短導(dǎo)線長(zhǎng)度,降低了生產(chǎn)成本。
權(quán)利要求
1.自維持式電子開(kāi)關(guān)電路是由維持電路(1)、開(kāi)門(mén)脈沖(2)、維持電源(3)、工作信號(hào)源(4)、混合電路(5)、關(guān)門(mén)電路(6)、主開(kāi)關(guān)器件(7)及工作負(fù)載(8)所組成,其特征在于,它還包括A、維持電源(3)可采用直流電壓源、直流電流源或交流電壓源;B、采用電壓型自維持工作方式時(shí),維持電流流往專(zhuān)門(mén)設(shè)置的維持電路;C、采用電流型自維持工作方式時(shí),維持電流與工作電流一起流往工作負(fù)載。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電子開(kāi)關(guān)電路。它包括維持電路、開(kāi)門(mén)脈沖、維持電源、工作信號(hào)源、混合電路、關(guān)門(mén)電路、主開(kāi)關(guān)器件及工作負(fù)載,采用維持電源后,只需開(kāi)門(mén)脈沖一次性觸發(fā)就可以保證電子開(kāi)關(guān)電路達(dá)到穩(wěn)定持久的雙向接通狀態(tài)。若再輔以分時(shí)控制技術(shù)就很容易實(shí)現(xiàn)共線(二總線)式的遠(yuǎn)距離多路選通和遙控遙測(cè)技術(shù)。
文檔編號(hào)H03K17/00GK1127958SQ95110029
公開(kāi)日1996年7月31日 申請(qǐng)日期1995年1月27日 優(yōu)先權(quán)日1995年1月27日
發(fā)明者張守昌 申請(qǐng)人:張守昌