专利名称：一种有源无源组合功率开关的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种功率开关，具体是一种可在密闭防水狭小空间内、不具备散 热条件下对具有感性、容性、阻性以及在不同时间分别具有这三种特性的大中功率负载的 开关投切装置中应用的功率开关。
背景技术：
目前随着家用电器、工业自动化设备以及电能变换设备向智能化、高频化、大功率 化方向的快速发展以及开关电源技术的广泛使用，当需要对目前这些设备所构成的整机负 载进行开关投切控制时，由于被控设备的负载特性在运行时间内变化，对大中功率负载的 开关控制点提出了比以往传统负载(如纯阻性负载、阻感负载)的开关投切控制更高的要 求。目前传统的大中功率负载的开关投切控制方式基本有两种，一种是由电磁继电器 或交流接触器构成的机械触点式控制方式，另一种是由半导体双向可控硅或由其延伸出的 固态继电器构成的无触点式控制方式。两种控制方式在目前的电子产品整机中均有大量的 使用。但是随着负载电气特性复杂性的提升以及当前工业控制整机产品特别是野外防水型 整机产品对小型化、低成本防水密封ABS机壳的整机要求。这两种传统的功率开关方式逐 渐显现出对负载适应的局限性及不可靠性等缺陷。对于像电磁继电器或交流接触器等机械触点式的负载开关方式，由于其断态具有 高绝缘电阻而其通态具有低导通电阻的特性，使其相比半导体双极性或单极性电力电子器 件具有独特的电气及物理特性。但是机械触点式功率开关存在以下几个方面的问题。第一，由于电磁继电器存在控制端励磁的惯性，使开关触点相对于负载的电气特 性很难保证同步导通与关断。第二，温度的变化对电磁继电器的性能存在严重的影响。温度过高可加剧触点表 面膜电阻的形成使触点切换能力下降；温度过低可使其触点冷粘作用加剧，触点表面结霜 起露，衔铁表面产生冷漠粘连，使继电器无法控制。第三，当被控负载为纯阻性或阻感性时，存在切断大中功率负载时会出现大电流 击穿空气从而导致拉弧使机械触点局部过热逐渐氧化，降低了额定开关次数使其过早失 效。当被控负载为阻容性时，机械触点闭合瞬间存在对容性负载的浪涌电流产生电火花，使 机械触点在瞬间产生溶蚀从而击穿触点表面保护膜而造成局部过热触点粘连，整机控制失 控。对于像双向可控硅或固态继电器等无机械触点式的负载开关方式，由于这类器件 均为半导体双极性电力电子器件，可以通过在控制极加入触发电流的方式使器件导通，并 可进一步控制在负载电压过零点附件在控制极加入触发电流而使其导通，而且在失去触发 电流的条件下器件在电流过零点自关断恢复到断态状态。但是双向可控硅在通态状态下存 在由半导体器件自身特性所产生的通态压降(约1伏左右)，此通态压降所引起的通态损耗 使器件温度升高，造成双向可控硅额定值在高温条件下大大下降，器件换流自关断可靠性大大降低，要求器件降额使用范围扩大，器件散热面积和散热速度提高以及由此所导致的 整机结构的适应性变化。同时双向可控硅控制极触发电流相对于电网电压过零点施加导通 触发角的相对时间也造成对被控设备施加的电压存在一定的高次谐波，对被控设备的可靠 运行会产生安全隐患。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种有源无源组合功率开关，可解决在密闭防水狭小 空间内、不具备散热条件下对具有感性、容性、阻性以及在不同时间分别具有这三种特性的 大中功率负载的开关投切，安全可靠，使整机的可靠性和负载适应性有了大幅度的提高。为解决上述问题，本实用新型采用以下技术方案该有源无源组合功率开关，包括 有源触点功率开关部分、无源触点功率开关部分、逻辑控制器；所述有源触点功率开关部分 由过零检测电路、光电耦合触发电路和双向可控硅构成；所述无源触点功率开关部分由电 磁继电器、继电器驱动电路组成；所述双向可控硅、电磁继电器并联于市电、负载之间；所 述过零检测电路、继电器驱动电路分别与所述逻辑控制器的控制信号输出端连接，逻辑控 制器对有源触点功率开关部分、无源触点功率开关部分各输出一组控制信号并协调配合两 组信号的时序。作为本实用新型的进一步的技术方案在该有源无源组合功率开关中，还包括一触点保护电路，与所述电磁继电器的触 点及所述双向可控硅连接。该有源无源组合功率开关通过在电路上组合有源、无源触点功率开关电路，使有 源触点功率开关部分和无源触点功率开关部分在逻辑控制器的信号控制下相互协调地先 后接通或断开两部分的触点，来完成传统情况下由单一的功率开关形式所完成的触点开关 功能。由有源触点功率开关电路部分来完成对负载供电的触点闭合和触点断开时的暂态情 况下的功能，从而能够提高在暂态情况下对容性或感性负载的适应性；同时由无源触点功 率开关电路部分来完成对负载供电稳态情况下的功能，从而能够消除由有源功率开关在稳 态情况下的功率耗散问题和供电电压波形畸变等问题。本实用新型的有益效果是其中的有源触点功率开关部分、无源触点功率开关部 分在功能上互为补充，提高了整体电路的带负载适应能力，延长了机械触点的使用寿命，并 消除了由器件散热问题带了的对整机结构设计和整机安装环境的要求。本功率开关电路可 在密闭防水狭小空间内、不具备散热条件下对具有感性、容性、阻性以及在不同时间分别具 有这三种特性的大中功率负载的开关投切装置中应用。以下结合附图和实施例对本实用新型做进一步的说明
图1为本实用新型实施例的电路原理框图。
具体实施方式
如图1所示，该有源无源组合功率开关，包括有源触点功率开关部分、无源触点功 率开关部分、逻辑控制器、触点保护电路。[0018]有源触点功率开关部分由过零检测电路、光电耦合触发电路和双向可控硅构成， 为常规的过零出发双向可控硅功率开关电路。无源触点功率开关部分由电磁继电器、继电器驱动电路组成。有源触点功率开关部分的双向可控硅、无源触点功率开关部分的电磁继电器并联 于市电、负载之间。有源触点功率开关部分的过零检测电路、无源触点功率开关部分的继电 器驱动电路分别与所述逻辑控制器的控制信号输出端连接。逻辑控制器对有源触点功率开关部分、无源触点功率开关部分各输出一组控制信 号并协调配合两组信号的时序。使有源触点功率开关部分和无源触点功率开关部分在逻辑 控制器的信号控制下相互协调地先后接通或断开两部分的触点。由有源触点功率开关电路 部分来完成对负载供电的触点闭合和触点断开时的暂态情况下的功能。由无源触点功率开 关电路部分来完成对负载供电稳态情况下的功能。有源触点功率开关部分可以在逻辑控制器产生的触发信号下，利用双向可控硅的 精确时间触发功能，在触点之间电压过零点附近接通触点，这样可以满足容性负载在接通 触点时所产生的浪涌电流，以消除电火花的产生，有效保护触点；利用双向可控硅的换流自 关断功能在电流过零点时触点断开。该有源无源组合功率开关的触点保护电路与所述电磁 继电器的触点及所述双向可控硅连接。根据负载特性适当调整触点保护电路中器件的参数 值，可降低双向可控硅换流自关断时的电流变化率(即切断负载时以及电磁继电器与双向 可控硅换流时的电流变化率)，从而降低感性负载所产生的反冲电压，以消除电弧的产生， 有效保护触点。从而能够提高在暂态情况下对容性或感性负载的适应性。无源触点功率开关部分，在逻辑控制器所产生的控制信号经过继电器驱动电路的 放大实现励磁控制，从而开闭机械触点。电磁继电器在通态时极低的接触电阻，可以避免双 向可控硅由通态压降所产生的器件发热、散热器安装、防水密封性和整机体积结构等方面 的要求，又可以避免由双向可控硅相对过零点触发延迟所导致的电压波形畸变和电压谐波 产生对负载安全运行的影响。有源触点功率开关部分、无源触点功率开关部分在功能上互为补充，达到了提高 整体的带负载适应能力、延长机械触点的使用寿命、并消除由器件散热问题带了的对整机 结构设计和整机安装环境的要求的目的。
权利要求1.一种有源无源组合功率开关，其特征是，包括有源触点功率开关部分、无源触点功率 开关部分、逻辑控制器；所述有源触点功率开关部分由过零检测电路、光电耦合触发电路和 双向可控硅构成；所述无源触点功率开关部分由电磁继电器、继电器驱动电路组成；所述 双向可控硅、电磁继电器并联于市电、负载之间；所述过零检测电路、继电器驱动电路分别 与所述逻辑控制器的控制信号输出端连接，逻辑控制器对有源触点功率开关部分、无源触 点功率开关部分各输出一组控制信号并协调配合两组信号的时序。
2.根据权利要求1所述的一种有源无源组合功率开关，其特征是还包括一触点保护 电路，与所述电磁继电器的触点及所述双向可控硅连接。
专利摘要一种有源无源组合功率开关，其特征是，包括有源触点功率开关部分、无源触点功率开关部分、逻辑控制器；有源触点功率开关部分由过零检测电路、光电耦合触发电路和双向可控硅构成；无源触点功率开关部分由电磁继电器、继电器驱动电路组成；双向可控硅、电磁继电器并联于市电、负载之间；过零检测电路、继电器驱动电路连接逻辑控制器的控制信号输出端，逻辑控制器对有源、无源触点功率开关部分分别输出控制信号，有源触点功率开关电路完成对负载供电的触点闭合断开时的暂态情况下的功能，无源触点功率开关电路完成对负载供电稳态情况下的功能。两部分互为补充，提高了带负载适应能力，延长了使用寿命，并消除了散热对整机结构、安装环境的要求。
文档编号H03K17/78GK201830223SQ20102058186
公开日2011年5月11日 申请日期2010年10月29日 优先权日2010年10月29日
发明者孙永亮, 孙磊, 张坤, 张韬, 时念武, 葛云峰, 许孝刚 申请人:山东泰华电讯有限责任公司