專利名稱：一種無電火花的電子繼電器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及一種電子領(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)代計算機的鼻祖使用了大量的繼電器?，F(xiàn)在繼電器的應用面極廣，在一些高壓、 大電流工作的場合，繼電器的成本優(yōu)勢基本上是昂貴的高速電子開關(guān)不可替代的，例如汽車里面就使用很多繼電器去控制各種信號燈和馬達?？墒浅Ｒ?guī)繼電器存在著動作響應延時的問題，其響應延時根據(jù)設(shè)計的不同在10_2-10_4s之間。同時常規(guī)繼電器的開關(guān)在接通和斷開電路的時候會產(chǎn)生火花，特別是高壓、大電流的場合尤其如此。接通和斷開電路時電火花的存在是降低開關(guān)觸電壽命、導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容易產(chǎn)生電火花，接通和斷開的響應速度也不及電子開關(guān)，因此用在對響應速度要求不高的場合。而高速電子開關(guān)在工作時不會產(chǎn)生電火花，并且響應延時可以控制在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，這也導致一些IGBT 之類的高速電子開關(guān)只是在成本不敏感的高電壓、大電流場合應用，不能大規(guī)模應用。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，常常導致電子開關(guān)的成本占到整個系統(tǒng)成本的十分之一以上。本申請?zhí)岢鲆环N無火花的電子繼電器，該器件結(jié)合高速電子開關(guān)和常規(guī)繼電器的優(yōu)點，將高速電子開關(guān)和常規(guī)繼電器并聯(lián)使用，在接通的時候由高速電子開關(guān)優(yōu)先導通，斷開的時候高速電子開關(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)成了本申請的無電火花電子繼電器，通過附加控制電路對高速電子開關(guān)相關(guān)電路供電，必要的時候?qū)刂菩盘柡透郊涌刂齐娐返碾娫催M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)動在接到導通信號的時候同時導通，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時間。在很短的時間內(nèi)常規(guī)繼電器也導通，因此高速電子開關(guān)實際上導通并讓電流流過時間較短，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，只要瞬時工作條件滿足繼電器接通響應時間內(nèi)能夠正常長期工作的要求即可。由于常規(guī)繼電器接點導通的時候，高速電子開關(guān)已經(jīng)把電路先接通，此時其常規(guī)繼電器接點間的電壓很低(與所選擇的高速電子開關(guān)的通態(tài)電阻和此時通過高速電子開關(guān)的電流有關(guān))，導致常規(guī)繼電器接通的時候不會產(chǎn)生電火花。在接收到斷開信號前，高速電子開關(guān)與常規(guī)繼電器同時保持接通狀態(tài)。在接受到斷開信號的時候，優(yōu)先驅(qū)動常規(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很短的一段時間再斷開，可以消除常規(guī)繼電器斷開時產(chǎn)生的電火花。常見的各種場效應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效應管了，如果對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就限定了必須使用場效應管或者三極管、IGBT，只要能夠作為高速開關(guān)的電子器件均可以被本申請的方案采用。如果繼電器的應用場景中繼電器接點有一端連接到電源的一極的時候，可以不需要隔離變壓器。如果繼電器的應用場景中接點任何一端都不連接電源的正極和負極，或者是應用場景是用一種電源供電系統(tǒng)(通常為低壓)的信號去控制另外一個電源供電系統(tǒng)(通常為高壓或者交流電路)里的接點通斷的情況下，高速電子開關(guān)及其驅(qū)動電路需要對外接電源進行隔離，同時對信號也需要隔離。本申請通過將外接電源進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，整個驅(qū)動和附加控制電路都可以集成到常規(guī)繼電器內(nèi)部。信號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，高速電子開關(guān)先于常規(guī)繼電器接通；在斷開時，高速電子開關(guān)后于常規(guī)繼電器斷開。在需要進行隔離的應用場合里，可以對高速電子開關(guān)的控制電路實現(xiàn)隔離的供電，以及對電子繼電器輸入驅(qū)動信號進行隔離后驅(qū)動高速電子開關(guān)。


圖1是繼電器接點一端接通電源時的無火花電子繼電器的原理圖，省卻了隔離變壓器。圖2是繼電器任何接點都不與電源直接連接時的無火花電子繼電器的原理圖。 圖3是驅(qū)動脈沖、電子開關(guān)、機械開關(guān)的時序邏輯圖的并列顯示。
具體實施例方式如圖1所示為本申請的無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)動信號一路驅(qū)動常規(guī)繼電器的驅(qū)動電路，使得常規(guī)繼電器發(fā)送接通和斷開動作，通過機械耦合使得常規(guī)繼電器的機械觸電開關(guān)接通或者斷開其所連接的電路。另一路驅(qū)動信號經(jīng)過延時控制電路來控制高速電子開關(guān)驅(qū)動，使得高速電子開關(guān)也發(fā)生接通和斷開動作。延時控制對信號的上升沿信號不延時，對其下降沿信號產(chǎn)生一個延時，使得延時期間內(nèi)常規(guī)繼電器的機械觸點能夠有足夠的時間斷開，然后延時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非?？?，使得整個器件在接通接點的時候高速電子開關(guān)先接通，爾后常規(guī)繼電器也迅速接通；在常規(guī)繼電器接點斷開后，高速電子開關(guān)也迅速斷開。如圖2所示，本申請的另外一種無電火花的電子繼電器，其電源供應供給繼電器驅(qū)動和信號隔離器，同時經(jīng)過自激式交流振蕩和變壓器進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)動信號一路輸入給常規(guī)繼電器驅(qū)動，一路經(jīng)過信號隔離后給延時控制電路。信號隔離可以用常規(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隔離，整個器件的工作過程和圖1的完全一致。使用隔離的電源和信號的好處是，可以實現(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。當控制高電壓或者交流電壓的時候，需要注意隔離變壓器和信號隔離裝置本身的耐壓和電壓隔離度是否滿足整個系統(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序邏輯。整個電子繼電器的輸入時序為①所示，高速電子開關(guān)的工作時序如②所示，其信號上升沿與①的上升沿有一個延時△ Te。，為高速電子開關(guān)的工作延時；其下降沿與①的下降沿有一個延時△!；。。器件中的常規(guī)常規(guī)繼電器的工作時序如③所示，其信號上升沿與①的上升沿有一個延時Δ Tjc,其下降沿與①的下降沿有一個延時ΔΤ」。。顯然ATj。遠大于Δ Te。，只要保證高速電子開關(guān)在Tj。內(nèi)安全地過流工作即可；而ΔΤε。略大于Δ Tjtj，只要保證高速電子開關(guān)在Δ Tra-ATj。內(nèi)安全地過流工作即可。②為整個器件的實際工作時序。本申請的有益后果是，通過在電子繼電器接點引入高速電子開關(guān)后，有效地消除了常規(guī)繼電器接點在接通和斷開時的電火花，同時接通速度也提高到與高速電子開關(guān)一致，斷開延時基本保持與常規(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，可以將整個器件的電路安裝進常規(guī)繼電器里面，構(gòu)成本專利的新型的無電火花的電子繼電器。
權(quán)利要求
1.一種無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1所述的一種無電火花的電子繼電器，其特征在于，在接通時，高速電子開關(guān)先于常規(guī)繼電器接通；在斷開時，高速電子開關(guān)后于常規(guī)繼電器斷開。
3.如權(quán)利要求1所述的一種無電火花的電子繼電器，其特征在于，在需要進行隔離的應用場合里，可以對高速電子開關(guān)的控制電路實現(xiàn)隔離的供電，以及對電子繼電器輸入驅(qū)動信號進行隔離后驅(qū)動高速電子開關(guān)。
全文摘要
本申請公開一種無電火花的電子繼電器，其通過將高速電子開關(guān)與常規(guī)繼電器接點并聯(lián)，通過同時驅(qū)動高速電子開關(guān)和常規(guī)繼電器接通來減少常規(guī)繼電器的接通延時并消除常規(guī)繼電器的接通時產(chǎn)生的電火花；通過驅(qū)動高速電子開關(guān)在常規(guī)繼電器斷開后再延時斷開來消除常規(guī)繼電器斷開時產(chǎn)生的電火花，其器件的整體斷開延時與常規(guī)繼電器相當。在需要進行隔離控制的時候，使用隔離電源供電和信號隔離來滿足電壓隔離的要求本申請中的方案能夠有效地消除了常規(guī)繼電器接點在接通和斷開時的電火花，同時接通速度也提高到與高速電子開關(guān)一致，斷開延時基本保持與常規(guī)繼電器持平。整個電路可以安裝進常規(guī)繼電器內(nèi)部。
文檔編號H03K17/04GK102377415SQ20111032137
公開日2012年3月14日 申請日期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 申請人:彭艷兵