[實用新型]低損耗交流電子開關電路

無效

• 申請號: 200820171297.8
• 申請日: 2008-12-27
• 公開（公告）號: CN201378830Y
• 公開（公告）日: 2010-01-06
• 發明（設計）人: 夏小勇
• 申請（專利權）人: 夏小勇
• 主分類號: H03K17/06
• 分類號: H03K17/06
• 代理公司: 杭州中平專利事務所有限公司
• 代理人: 翟中平

技術領域

本實用新型涉及同一構思、二種不同電路的低損耗交流電子開關電路，可廣泛用于低壓電器制造行業，特別適合用來制造各種規格的固態交流繼電器、固態交流接觸器、固態交流控制模塊、自復式電子保險器、無火花電磁式交流接觸器等之類產品，屬電子產品制造領域。

背景技術

目前，市場上銷售的固態交流電子開關的電路通常通過兩種技術方案實現：一種是直接采用雙向可控硅來控制交流電流的通斷，另一種則是由橋式整流電路(俗稱橋堆)和各種單向的直流電子開關管，諸如晶體三極管、場效應管、單向可控硅等等構成，原理是先將交流電流整流成直流電流，然后再對其直流電流進行通斷控制，從而間接達到控制交流電流通斷目的。其不足之處：無論采用上述哪種技術方案，都存在一個共同的缺點，就是當交流電子開關處于導通狀態時，由于單個硅材料PN結0.7V左右壓降的存在，總要導致整個交流電子開關，至少存在1V到1.5V左右的電壓降。這個壓降雖然很小，但是在控制大功率負載，大電流狀況下卻是致命的。設想一下如果要控制數百，乃至數千安培的交流電流，導通壓降損耗的電能將會達到數百瓦特乃至數千瓦特。這樣大的電能損耗，不僅造成極大的電能浪費，而且還會導致器件發熱，于是不得不給可控硅，整流橋堆加裝體積龐大的散熱器，或者提供良好的通風設備，這就大大限制了交流電子開關的應用場合和范圍。因此硅材料PN結0.7V左右的壓降，確實已經成為限制固態大功率交流電子開關、交流控制模塊推廣應用的最大的技術瓶頸。

電磁式交流接觸器的最大弊病是觸點火花，觸點火花不僅會大大削減交流接觸器的使用壽命，而且還產生較強的電磁干擾造成電磁污染。因此無法適用于自動化控制要求較高的場合。

發明內容

設計目的：避免背景技術中的不足之處，設計一種一是不受硅材料PN結固有的0.7V壓降技術瓶頸制約的，全新結構的固態交流電子開關電路；二是對于電磁式交流接觸器，改變現有的控制回路電路，使得電磁式交流接觸器的觸點，在交流電流過零時接通，交流電流過零時斷開。

設計方案：為了實現上述設計目的。1、對于N溝道型VMOS功率場效應管來說，當D極(漏極)接正，S極(源極)接負時，為正常工作電壓，內部寄生二極管反偏，因此當G極(柵極)柵壓為0時，VMOS功率場效應管呈關閉狀態，只有當G極(柵極)輸入正柵壓時，VMOS功率場效應管才處于導通狀態。但是VMOS功率場效應管的特性，不同于晶體管，晶體管是不能在反向電壓下工作的，而VMOS功率場效應管可以在反向電壓狀態下工作，即D極(漏極)接負，S極(源極)接正，這時內部的寄生二極管正偏，既處于導通狀態，因此無論G極(柵極)是否有正電壓信號輸入，管子還是導通的，只不過，沒有柵壓時，電流通過內部寄生二極管，并且產生0.7V壓降，當有柵壓時，電流通過N溝道電阻，由于N溝道電阻阻值很小，當電流通過N溝道電阻時，如果產生的壓降小于PN結固有的0.7V壓降時，那么認為，電流已經完全的通過N溝道電阻了。2、參見附圖1，在交流回路中，串聯著兩個按相反工作方向聯接的VMOS功率場效應管V1，V2，(為方便起見，僅以N溝道型場效應VMOS管為例)。兩個VMOS功率場效應管的柵極正信號電壓，由E提供，并通過K控制。當K斷開時，兩個VMOS功率場效應管的柵極電壓為零，因此N溝道電阻都呈開路狀態，當交流電流相線為正，零線為負的時候，雖然V2內部的寄生二極管正向導通，但是交流電流因為受V1的阻斷，所以還是呈斷路狀態。反之當交流電流相線為負，零線為正的時候，雖然V1內部的寄生二極管正向導通，但是交流電流因為受V2的阻斷，所以仍然呈顯斷路狀態。當K閉合時，此時兩個VMOS功率場效應管的柵極電壓為正偏，因此N溝道電阻都呈低阻導通狀態，因此無論交流的相線零線正負如何變化，交流電流的兩個方向電流都能夠順利通過兩個VMOS功率場效應管，于是整個交流回路呈開路狀態。也就是說，交流回路的通斷受柵極信號電壓控制，當兩個VMOS功率場效應管的柵極電壓同時為正偏時，交流回路開路，當兩個VMOS功率場效應管的柵極電壓同時為零偏時，交流回路斷路。

技術方案1：低損耗交流電子開關電路，兩個VMOS功率場效應管V1和V2是按相反工作電流方向串聯連接在交流回路中。

技術方案2：由低損耗交流電子開關電路構成的單相交流接觸器，單片機至少有三個輸入端口分別用于連接由電流互感器構成的交流電流過零檢測電路，由電源變壓器構成的交流電壓過零檢測電路，由電阻、光偶器構成的控制信號輸入電路，單片機至少有一個輸出端用于連接兩個VMOS功率場效應管V1和V2的柵極。