继电器及控制供电的方法与流程

本发明涉及一种继电器，特别是指一种应用电动力效应的继电器。

背景技术：

现有的继电器种类主要可分为有接点开关及无接点开关二种，其中，以有接点开关的继电器来说，开关在切换过程中时常会有火花出现，其原因来自于负载的电流特性，因此无论与开关吸附或断开，负载的过剩的电能将释放于开关，使得开关在切换过程中产生火花放电现象。再以无接点开关而言，在连续导通模式下，内部的功率晶体管将因长期处于导通状态而发烫，因此其机构设计上需要加装散热片解决散热问题。

总结现有的继电器种类的特性，主要有以下缺点：

一、开关在切换过程中因放电产生火花，进而降低使用寿命，

二、机构设计需加装散热片，因此体积庞大。

技术实现要素：

本发明的一目的，在于提供一种可提升开关使用寿命，且可将机构设计小型化的继电器。

本发明继电器电连接于一负载，该负载具有一接收一负载电压的第一端及一第二端，该继电器包含一激磁感应线圈、一电控单元、一晶体管，及一机械开关。

该激磁感应线圈接收一输入电压，且根据该输入电压的变化，产生一感应电压与磁力。

该电控单元电连接该激磁感应线圈以接收该感应电压，并据以产生一控制信号。

该晶体管具有一电连接该负载的该第二端的第一端、一接地的第二端，及一接收该控制信号的控制端，且根据该控制信号切换于导通与不导通间。

该机械开关具有一电连接该负载的该第二端的第一端、一接地的第二端，及一感应该磁力的控制端，且根据该磁力切换于导通与不导通间。

该控制信号先使该晶体管导通，之后，当该磁力大于一第一磁力特定值时，该机械开关导通

较佳地，本发明继电器，当该晶体管导通时，该负载根据该负载电源提供的电力，自该负载电源向该晶体管的该第一端提供一第一电流，当该机械开关导通时，自该负载电源向该机械开关的该第一端提供一第二电流，该第一电流与该第二电流总和为该负载接收该负载电源提供的电力时对应形成的电流值。

较佳地，本发明继电器，该晶体管是一n型金氧半场效晶体管，该第一端是漏极，该第二端是源极，该控制端是栅极。

较佳地，本发明继电器，该晶体管是一p型金氧半场效晶体管，该第一端是源极，该第二端是漏极，该控制端是栅极。

较佳地，本发明继电器，该晶体管是一双极性接面型晶体管。

较佳地，本发明继电器，该晶体管是一双向闸流体，该第一端是阳极，该第二端是阴极，该控制端是栅极。

较佳地，本发明继电器，当该输入电压小于一电压预设值时，该激磁感应线圈产生的该磁力渐减，并对应产生该感应电压。

较佳地，本发明继电器，当该磁力渐减至小于一第二磁力特定值时，该机械开关不导通。

较佳地，本发明继电器，当该磁力达一最小磁力值时，该激磁感应线圈不产生该感应电压，该晶体管不导通。

本发明的另一目的，在于提供一种可提升开关使用寿命，且可将机构设计小型化的控制供电的方法。

本发明控制供电的方法由一控制一负载电源对一负载提供电能的继电器执行，该继电器包含一激磁感应线圈、一电控单元、一晶体管，及一机械开关，该激磁感应线圈接收一输入电压，且根据该输入电压的变化，产生一感应电压与磁力，该电控单元电连接该激磁感应线圈以接收该感应电压，并据以产生一控制信号，该晶体管具有一接收该控制信号的控制端，且该晶体管根据该控制信号切换于导通与不导通间，该控制供电的方法包含一步骤(a)、一步骤(b)，及一步骤(c)。

该步骤(a)为利用继电器的该激磁感应线圈作为双线圈，其中一组用于接收输入电压以作为磁力产生，另一组作为磁力变化时感应能量用。

该步骤(b)为利用感应能量的变化瞬间驱动晶体管的控制端，当继电器接收输入电压时，使得晶体管提前导通，机械开关再导通，接着晶体管不导通。

该步骤(c)为当继电器由接收输入电压转为不接收输入电压时，感应能量使得晶体管导通，接着机械开关不导通，再来感应能量消失，使得晶体管不导通。

本发明的功效在于：通过该激磁感应线圈根据该输入电压而产生对应的感应电压，使该电控单元控制该晶体管导通或不导通，且当该激磁感应线圈磁力上升到该第一磁力特定值后，才控制该机械开关导通，使该晶体管导通时间早于该机械开关的导通时间。

附图说明

本发明的其他的特征及功效，将于参照图式的实施方式中清楚地呈现，其中：

图1是一方块图，说明本发明继电器的一实施例；

图2是一局部电路示意图，辅助说明该实施例的一机械开关的作动机制；及

图3是一时序图，辅助说明该实施例在各时间点的作动方式。

具体实施方式

参阅图1，本发明继电器的一实施例，电连接于一负载2，该负载2具有一电连接一负载电源的第一端21及一电连接该继电器的第二端22，该负载电源3根据该继电器切换于导电或不导电而对该负载2提供或不提供一负载电压，该负载电源3具有一电连接该负载2的该第一端21的第一端31，及一接地的第二端32，该继电器包含一激磁感应线圈4、一电控单元5、一晶体管6，及一机械开关7。

该激磁感应线圈4具有一初级侧41、一铁芯42，及一次级侧43，该初级侧41用于接收一外部电源提供的输入电压vin，使该铁芯42充磁而产生一磁力，并使该次级侧43产生一大小相关于该输入电压vin的感应电压vind。

该电控单元5电连接该激磁感应线圈4的该次级侧43以接收该感应电压vind，并据以产生一控制信号vctrl。

该晶体管6具有一电连接该负载的该第二端的第一端、一接地的第二端，及一接收该控制信号vctrl的控制端，且根据该控制信号vctrl切换于导通与不导通间，该晶体管可为n型金氧半场效晶体管(n-typemosfet：n-typemetaloxidesemiconductorfieldeffecttransistor)、p型金氧半场效晶体管(p-typemosfet：p-typemetaloxidesemiconductorfieldeffecttransistor)、双极性接面型晶体管(bjt：bipolarjunctiontransistor)，及双向闸流体(triac)四者其中之一，当该晶体管为n型金氧半场效晶体管时，该第一端是漏极，该第二端是源极，该控制端是栅极，当该晶体管为p型金氧半场效晶体管时，该第一端是源极，该第二端是漏极，该控制端是栅极，在本实施例中，该晶体管是以p型金氧半场效晶体管为例，当该晶体管不导通时，该第一端与该第二端间形成一不为零的晶体管跨压vds，当该晶体管导通时，该晶体管跨压vds降为零。

配合参阅图2，该机械开关7具有一电连接该负载2的该第二端22的第一端71、一接地的第二端72、一感应该磁力的控制端73，及一对该控制端73施加一回复力使该控制端73远离该铁芯42的弹簧74，且根据该磁力切换于导通与不导通间，当该机械开关7不导通时，该第一端71与该第二端72间形成一开关跨压vsw，当该机械开关7导通时，该开关跨压vsw降为零，进一步说明该机械开关的细部作动方式，当该激磁感应线圈4的该初级侧41接收该输入电压vin而使该铁芯42对应产生该磁力后，该机械开关7的该控制端73受该磁力吸附于该铁芯42，接着该控制端73连动地带动该第二端72，并使该第二端72与该第一端71短路导通，进而使该负载电源3因回路形成而对该负载2提供该负载电压及电流，当该控制端73未感应到该铁芯42的磁力，该控制端73因受控于该弹簧74所施加的回复力而远离该铁芯42，此时该机械开关7不导通，且该第一端71与该第二端72间形成该开关跨压vsw。

再参阅图1，该控制信号vctrl先使该晶体管6导通，之后，当该磁力大于一第一磁力特定值时，使该机械开关7的该第二端72与该第一端71短路导通。当该晶体管6导通时，该晶体管6的该第一端、该第二端与该负载2及该负载电源3形成导通回路，使该负载2接收该负载电压，该负载电源3并向该晶体管的该第一端提供一第一电流，当该机械开关接着导通时，该负载电源3向该机械开关7的该第一端71提供一第二电流，该第一电流与该第二电流总和为该负载2接收该负载电源3提供的电力时对应形成的电流值。

配合图1并参阅图3，进一步依序说明该实施例在各时间区间内的操作。

首先，在时间点t0，激磁感应线圈4的该初级侧41接收外部电压，该铁芯42开始充磁，且该次级侧43对应产生该感应电压vind，此时因晶体管与机械开关尚未导通，而于机械开关的二端形成一不为零的输出跨压vout，即，该继电器整体的输出电压为该输出跨压vout。

在时间点t1，该电控单元5接收该感应电压vind并在执行电源储能转换信号后，对应产生该控制信号vctrl，需再说明的是，由于该电控单元5必须先储存足够的能量，才足以产生可驱动该晶体管6导通的栅极电压，因此，该电控单元5的该控制信号vctrl会比该感应电压信号vind延迟产生，接着，该晶体管6的该控制端接收该控制信号vctrl而使该晶体管6导通，而该晶体管6的该第一端与该第二端间的该晶体管跨压vds因导通而降为零，且此时该负载2、该负载电源3与该晶体管6形成导通回路，因此该负载2的该第二端与该负载电源3的该第二端间的该输出跨压vout降为零。

在时间点t2，该激磁感应线圈4的该铁芯42充磁到一第一特定值时，该铁芯42吸附该机械开关7的该控制端73而使该机械开关7的该第一端71与该第二端72短路，此时该第一端71与该第二端72之间的该开关跨压vsw因导通而降为零。

在时间点t3，该激磁感应线圈4的该铁芯42充磁到最大值时，该次级侧43因不再产生该感应电压vind，该电控单元5不接收该感应电压vind而不产生该控制信号vctrl，因此该晶体管6跟着不导通，该晶体管跨压vds回复为不为零的值，该机械开关7的该控制端73由于该激磁感应线圈4的该铁芯42因磁场持续存在而被吸附，因此该机械开关7的该第一端71与该第二端72间的该开关跨压vsw因导通而保持为零。

在时间点t4，当激磁感应线圈4的该初级侧41因不接收外部电压，该铁芯42的磁场开始下降，该次级侧43对应产生该感应电压vind，此时该感应电压vind与在时间点t0的该感应电压vind的极性相反。

在时间点t5，该电控单元5接收该感应电压vind并在执行电源储能转换信号后，对应产生该控制信号vctrl，该晶体管6的该控制端接收该控制信号vctrl而使该晶体管6导通，而该晶体管6的该第一端与该第二端间的该晶体管跨压vds因导通而降为零，该负载2与该负载电源3因机械式开关7的该第一端71与该第二端72持续导通而保持导通回路，因此该负载2的该第二端22与该负载电源3的该第二端32间的该输出跨压vout保持为零。

在时间点t6，该激磁感应线圈4的该铁芯42的磁场持续下降到一第二特定值时，该铁芯42不吸附该机械开关7的该控制端73而使该机械开关7的该第一端71与该第二端72开路而不导通，因此该机械开关7的该第一端71与该第二端72间的该开关跨压vsw因不导通而回复为不为零的值。

在时间点t7，该激磁感应线圈4的该铁芯42的磁场降到最小值时，该次级侧43因不再产生该感应电压vind，该电控单元5不接收该感应电压vind而不产生该控制信号vctrl，因此该晶体管6跟着不导通，该晶体管跨压vds回复为不为零的值，且此时该铁芯42因不吸附该机械开关7的该控制端73，因此该机械开关7的该第一端71与该第二端72因不导通而使该开关跨压vsw的值保持与时间点t6时相同。

综上所述，本发明继电器的该实施例中，该电控单元根据该激磁感应线圈的该次级侧产生的感应电压而对应产生该控制信号，进而控制该晶体管导通，当该晶体管导通时与该负载、该负载电源形成导通回路而使该负载电源对该负载提供电能，并对该晶体管提供回路电流，接着当该铁芯磁场持续上升至特定值时，该铁芯吸附该机械开关的该控制端，使该机械开关的该第一端与该第二端短路导通，再使该负载接着提供流向该机械开关的该第一端与该第二端的该第二电流，而具有以下优点：

一、由于该晶体管是根据该感应电压的有无，受该控制信号而切换导通/不导通，且切换至导通状态的时间极短，因此耗能极低，进而无需加装散热片即可达到散热效果。

二、该晶体管的导通时间因早于该机械开关的导通时间，使该负载电源在导通回路形成时先将回路电流提供到该晶体管而消除该机械开关接点上的电压，使得该机械开关接着导通后再接收该回路电流部分的分流，且导通时因该机械开关的该第一端与该第二端二者的电压已接近零伏特，因此该机械开关切换时不会产生接点火花，进而提升使用寿命，所以确实能达成本发明的目的。

以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即凡依本发明权利要求书及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明的范围。