[實用新型]由低損耗交流電子開關(guān)電路構(gòu)成的單相交流接觸器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200920179594.1
• 申請日: 2008-12-27
• 公開（公告）號: CN201584953U
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 夏小勇
• 申請（專利權(quán)）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(wù)所有限公司 33202
• 代理人: 翟中平

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種可廣泛用于低壓電器制造行業(yè)，特別適合用來制造各種規(guī)格的固態(tài)交流繼電器、固態(tài)交流接觸器、固態(tài)交流控制模塊、自復(fù)式電子保險器、無火花電磁式交流接觸器的由低損耗交流電子開關(guān)電路構(gòu)成的單相交流接觸器，屬電子產(chǎn)品制造領(lǐng)域。

背景技術(shù)

目前，市場上銷售的固態(tài)交流電子開關(guān)的電路通常通過兩種技術(shù)方案實現(xiàn)：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(guān)管，諸如晶體三極管、場效應(yīng)管、單向可控硅等等構(gòu)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(dá)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(shù)方案，都存在一個共同的缺點，就是當(dāng)交流電子開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)時，由于單個硅材料PN結(jié)0.7V左右壓降的存在，總要導(dǎo)致整個交流電子開關(guān)，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(fù)載，大電流狀況下卻是致命的。設(shè)想一下如果要控制數(shù)百，乃至數(shù)千安培的交流電流，導(dǎo)通壓降損耗的電能將會達(dá)到數(shù)百瓦特乃至數(shù)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(dǎo)致器件發(fā)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(fēng)設(shè)備，這就大大限制了交流電子開關(guān)的應(yīng)用場合和范圍。因此硅材料PN結(jié)0.7V左右的壓降，確實已經(jīng)成為限制固態(tài)大功率交流電子開關(guān)、交流控制模塊推廣應(yīng)用的最大的技術(shù)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(chǎn)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(fā)明內(nèi)容

設(shè)計目的：避免背景技術(shù)中的不足之處，設(shè)計一種一是不受硅材料PN結(jié)固有的0.7V壓降技術(shù)瓶頸制約的，全新結(jié)構(gòu)的固態(tài)交流電子開關(guān)電路；二是對于電磁式交流接觸器，改變現(xiàn)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(shè)計方案：為了實現(xiàn)上述設(shè)計目的。1、對于N溝道型VMOS功率場效應(yīng)管來說，當(dāng)D極(漏極)接正，S極(源極)接負(fù)時，為正常工作電壓，內(nèi)部寄生二極管反偏，因此當(dāng)G極(柵極)柵壓為0時，VMOS功率場效應(yīng)管呈關(guān)閉狀態(tài)，只有當(dāng)G極(柵極)輸入正柵壓時，VMOS功率場效應(yīng)管才處于導(dǎo)通狀態(tài)。但是VMOS功率場效應(yīng)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(yīng)管可以在反向電壓狀態(tài)下工作，即D極(漏極)接負(fù)，S極(源極)接正，這時內(nèi)部的寄生二極管正偏，既處于導(dǎo)通狀態(tài)，因此無論G極(柵極)是否有正電壓信號輸入，管子還是導(dǎo)通的，只不過，沒有柵壓時，電流通過內(nèi)部寄生二極管，并且產(chǎn)生0.7V壓降，當(dāng)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(dāng)電流通過N溝道電阻時，如果產(chǎn)生的壓降小于PN結(jié)固有的0.7V壓降時，那么認(rèn)為，電流已經(jīng)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(lián)著兩個按相反工作方向聯(lián)接的VMOS功率場效應(yīng)管V1，V2，(為方便起見，僅以N溝道型場效應(yīng)VMOS管為例)。兩個VMOS功率場效應(yīng)管的柵極正信號電壓，由E提供，并通過K控制。當(dāng)K斷開時，兩個VMOS功率場效應(yīng)管的柵極電壓為零，因此N溝道電阻都呈開路狀態(tài)，當(dāng)交流電流相線為正，零線為負(fù)的時候，雖然V2內(nèi)部的寄生二極管正向?qū)ǎ墙涣麟娏饕驗槭躒1的阻斷，所以還是呈斷路狀態(tài)。反之當(dāng)交流電流相線為負(fù)，零線為正的時候，雖然V1內(nèi)部的寄生二極管正向?qū)ǎ墙涣麟娏饕驗槭躒2的阻斷，所以仍然呈顯斷路狀態(tài)。當(dāng)K閉合時，此時兩個VMOS功率場效應(yīng)管的柵極電壓為正偏，因此N溝道電阻都呈低阻導(dǎo)通狀態(tài)，因此無論交流的相線零線正負(fù)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(yīng)管，于是整個交流回路呈開路狀態(tài)。也就是說，交流回路的通斷受柵極信號電壓控制，當(dāng)兩個VMOS功率場效應(yīng)管的柵極電壓同時為正偏時，交流回路開路，當(dāng)兩個VMOS功率場效應(yīng)管的柵極電壓同時為零偏時，交流回路斷路。

技術(shù)方案：由低損耗交流電子開關(guān)電路構(gòu)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(gòu)成的交流電流過零檢測電路，由電源變壓器構(gòu)成的交流電壓過零檢測電路，由電阻、光偶器構(gòu)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直流電磁繼電器。

本實用新型與背景技術(shù)相比，只要被控制的交流電流足夠小，或者N溝道電阻足夠小，那么通態(tài)壓降可以作到遠(yuǎn)小于0.7V以下，可以使得開關(guān)損耗降到最低限度，這是目前現(xiàn)有任何固態(tài)交流電子開關(guān)都無可比擬的最大優(yōu)點。