CN102165555A - 混合继电器和控制终端装置 - Google Patents

Abstract

一种混合继电器，包括：第一机械接触开关，所述第一机械接触开关由第一驱动单元断开和闭合；第二机械接触开关，所述第二机械接触开关由独立于所述第一驱动单元操作的第二驱动单元断开和闭合；以及半导体开关，所述半导体开关串联连接至所述第二机械接触开关。在所述混合继电器中，在从电源至负载的供电路径上，所述第一机械接触开关与串联连接的所述第二机械接触开关和所述半导体开关并联连接；所述第一机械接触开关为闩锁型机械接触开关，以及在所述第一机械接触开关的所述接触部的断开和闭合之前，所述第二机械接触开关和所述半导体开关均变为导通，并且在所述第一机械接触开关的所述接触部的断开和闭合之后，所述第二机械接触开关和所述半导体开关均变为不导通。

Description

混合继电器和控制终端装置

技术领域

本发明涉及一种具有机械接触开关和半导体开关的混合继电器，以及具有此混合继电器的控制终端装置。

背景技术

一般来说，混合继电器具有机械式开关和半导体开关，二者并联连接，而混合继电器是用于在至负载的电力供应和中断之间切换，此负载例如是配置有逆变器电路的灯光设备。此种具有换流器电路的负载设置有大容量的平滑电容器，以将交流电压转换为直流电压。

在此负载中，当电力从交流电源输入至此负载时，由于会有大电流流入此平滑电容器，所以会产生侵入(inrush)或浪涌(surge)电流到负载。特别是在高电力供应电压和重负载的条件下，流入负载的侵入电流会变大，使得源自侵入电流的该大电流流入连接于负载和交流电源之间的混合继电器。

因此，在连接至此负载的混合继电器中，一开始只有半导体开关导通(闭合)，以使侵入电流能够流过，接着当供应至负载的电流变得稳定时，机械接触开关导通(闭合)(例如，请参照专利文件1)。藉由这样的操作方式，可能可以抑止大电流流过混合继电器中的机械接触开关，因此可以避免由电弧生成所引起的触头熔化(fusion)，否则在一对接触部正要接触之前会发生电弧生成。

如上所述，混合继电器的结构具有半导体开关，以防止在机械接触开关中的触头熔化，而当半导体开关导通时，通过关断机械接触开关来开始供应电力给负载。此外，混合继电器也被建议包括附加的机械接触开关(以下称为“第二开关”)，以在导通机械接触开关(以下称为“第一开关”)之前来导通半导体开关(例如，参照专利文件2)。

专利文件1：日本专利公开申请第H11-238441号

专利文件2：日本专利公开申请第H05-054772号

在专利文件2中的混合继电器中，第一开关和第二开关是一般激励(Excitation)型开关，除非被激发，否则就是“关断”的状态，并且单个磁线圈(coil)共同使用在第一开关和第二开关上。另外，藉由将第一开关的接触部之间的距离设定为与第二开关不同，则第一开关和第二开关的断开/闭合时间设定成使得第二开关在第一开关导通前导通。因此，就有正确地设计第一开关和第二开关的每一个的接触部之间的距离以及此线圈的需要，这使得制造复杂化。

另外，因为第一和第二机械接触开关都是一般的激励型开关，因此当第一和第二开关要维持导通(闭合)时，就需要连续的电流供应给该磁线圈。因此，使用了如专利文件2之混合继电器中之第一和第二开关的结构，就需要如同供应给负载的电力一样，维持供应连续的电力给第二开关，如此一来就变得就无法节省电力。

事实上，半导体开关仅需要在第一开关断开/闭合的时间导通，防止由引起例如第一开关的触头熔化的电弧生成，并且当第一开关从关断状态改变为开通状态时，不需要导通第二开关。然而，由于在专利文件2中，单个磁线圈用以共同断开和闭合第一开关和第二开关，因此第二开关维持开通的时间就会与第一开关维持开通的时间一样长。此外，由于通过共同的磁线圈迫使第一和第二开关的接触部进行机械接触，所以就需要产生一种超过第一和第二开关的弹性负载所累积之互斥力的磁力，导致增加电流和电力消耗。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种混合继电器，其可以通过使用安装在至负载的供电线路上的闩锁型机械接触开关，并且只在此闩锁型机械接触开关断开和闭合时，操作串联的机械接触开关和半导体开关，来实现低电力消耗。

根据本发明的第一方面，提供了一种混合继电器，包括：第一机械接触开关，所述第一机械接触开关的接触部由第一驱动单元断开和闭合；第二机械接触开关，所述第二机械接触开关的接触部由独立于所述第一驱动单元操作的第二驱动单元断开和闭合；以及半导体开关，所述半导体开关串联连接至所述第二机械接触开关。

此外，在本发明的第一方面，在从电源至负载的供电路径上，所述第一机械接触开关与串联连接的所述第二机械接触开关和所述半导体开关并联连接；所述第一机械接触开关为闩锁型机械接触开关，其中，当在所述第一机械接触开关的所述接触部的断开状态和闭合状态之间切换时，电流供应至所述第一驱动单元；以及在所述第一机械接触开关的所述接触部的断开和闭合之前，所述第二机械接触开关和所述半导体开关均变为导通，并且在所述第一机械接触开关的所述接触部的断开和闭合之后，所述第二机械接触开关和所述半导体开关均变为不导通。

在本发明的第一方面，当使所述第二机械接触开关和所述半导体开关均导通时，在闭合所述第二机械接触开关的所述接触部之后，所述半导体开关变为导通，并且当使所述第二机械接触开关和所述半导体开关均不导通时，在使得所述半导体开关不导通之后，所述第二机械接触开关的所述接触部断开。

在本发明的第一方面，所述半导体开关具有过零触发功能且在从所述交流电源供应的电压变为中心电压时导通。以此配置，在所述半导体开关导通时，能够恒定地控制从电源流入所述负载的所述侵入电流，而与半导体开关变为导通时的时序无关。

在本发明的第一方面，当使所述第二机械接触开关和所述半导体开关均不导通时，在使所述半导体开关不导通之后经过与来自所述交流电源的交流电压的半周期相等或比所述半周期长的时间后，断开所述第二机械接触开关的所述接触部。因此，在三端双向可控硅开关元件用作半导体开关时，在确定地使三端双向可控硅开关元件不导通之后，能够断开所述第二机械接触开关的所述接触部。因此，能够通过第二机械接触开关的切断防止供应电力。

在本发明的第一方面，当闭合所述第一机械接触开关的所述接触部时：在闭合所述第二机械接触开关的所述接触部之后使所述半导体开关导通；当所述第二机械接触开关和所述半导体开关分别导通时，所述第一机械接触开关的所述接触部闭合；并且基本上同时使所述半导体开关不导通和使所述第二机械接触开关的所述接触部断开。

此外，当断开所述第一机械接触开关的所述接触部时：基本上同时地，所述半导体开关变为导通且使所述第二机械接触开关的所述接触部闭合；当所述第二机械接触开关和所述半导体开关分别导通时，所述第一机械接触开关的所述接触部断开；并且然后在使所述半导体开关不导通之后，所述第二机械接触开关的所述接触部断开。

在本发明的第一方面，所述第二机械接触开关为一般激励型机械接触开关，其中当所述第二机械接触开关的所述接触部正在闭合时，电流恒定地供应给所述第二驱动单元。此外，所述半导体开关包括光电耦合器，所述光电耦合器具有用以生成光信号的发光元件，且基于所述发光元件的所述光信号来控制所述光电耦合器为导通或不导通。另外，所述第二驱动单元和所述发光元件串联连接，并且当同时使所述第二机械接触开关和所述半导体开关导通时，通过公共电流驱动所述第二驱动单元和所述发光元件。

在本发明的第一方面，当所述第二机械接触开关和所述半导体开关基本上同时从不导通状态切换至导通状态时，第一电流供应至所述发光元件和所述第二驱动单元；以及当使所述第二机械接触开关和所述半导体开关在所述第二机械接触开关导通的状态下导通时，可以将幅度比所述第一电流的幅度小的第二电流供应至所述发光元件和所述第二驱动单元。

此外，当所述第二机械接触开关的所述接触部变为闭合时，第一电流供应至所述第二驱动单元，且在所述第二机械接触开关的所述接触部闭合之后，可以将幅度比所述第一电流的幅度小的第二电流供应至所述第二驱动单元。

在本发明的第一方面，所述第二机械接触开关可以为闩锁型机械接触开关，其中仅在断开和闭合所述第二机械接触开关的所述接触部时，电流供应至所述第二驱动单元。

在本发明的第一方面，所述第二机械接触开关的接触压力小于所述第一机械接触开关的接触压力，且所述第二机械接触开关中的触头之间的距离小于所述第一机械接触开关的触头之间的距离。

在本发明的第一方面，所述第一机械接触开关的所述接触部包括触头以及磁路，其中，当连接所述触头以流动短路电流时，在所述第一机械接触开关的所述触头闭合的方向上形成电磁吸引力。

在本发明的第一方面，所述第一机械接触开关还设置有与所述第一机械接触开关的所述接触部协同操作的辅助触头，并且基于所述辅助触头的断开和闭合来检测所述第一机械接触开关的所述接触部的导通或不导通。

根据本发明的第二方面，提供了一种控制终端装置，包括根据本发明的第一方面的混合继电器，并且在同时切换所述混合继电器的所述第一机械接触开关的所述触头的断开和闭合时，对每预定数量的混合继电器，执行所述第一机械接触开关的所述接触部的断开和闭合。

根据本发明的方面，因为第一和第二机械接触开关分别具有第一和第二驱动单元，其中第一和第二驱动单元彼此分开并执行所述第一机械接触开关的接触部和所述第二机械接触开关的接触部的断开和闭合，并且所述第一机械接触开关配置为闩锁型，所以仅在切换所述第一机械接触开关时可以驱动该两个驱动单元的每一个。即，仅在第一机械接触开关在断开和闭合之间切换时，将驱动所述第二机械接触开关和所述半导体开关，并且仅在执行所述第一机械接触开关的断开和闭合时，可以将驱动电流供应至所述第一机械接触开关的所述第一驱动单元。

因此，通过采用第二机械接触开关和半导体开关，减小混合继电器中的电力消耗并防止所述第一机械接触开关的断开/闭合时的接触熔化是可能的。

附图说明

根据结合附图给出的优选实施例的以下描述，本发明的目标和特征将变得显而易见，其中：

图1为依照本发明第一实施例的一种混合继电器的示意性电路图；

图2为示出图1所示的混合继电器各部分的状态转换的时序图；

图3为图1所示的混合继电器各个部分的每一个部分的状态和交流电源的交流电压之间的关系的时序图；

图4为示出一种闩锁型机械接触开关的接触部的一个范例的示意性透视图；

图5为示出具有图4所示的结构的接触部部分变为导通时的状态的示意性横截面视图；

图6为示出一种一般激励型机械接触开关的接触部的一个范例的示意性横截面视图；

图7为示例一种三端双向可控硅开关元件的一个结构范例的示意图；

图8为示例一种三端双向可控硅开关元件的另一个结构范例的示意图；

图9为示例一种三端双向可控硅开关元件的再一个结构范例的示意图；

图10为依照本发明第二实施例的一种混合继电器的示意性电路图；

图11为图10所示的混合继电器各部分的每一个部分的状态转换的时序图；

图12为示出依照本发明的第三实施例的一种混合继电器的各部分的每一个部分的状态转换的时序图；

图13为依照本发明第四实施例的一种混合继电器的示意性电路图；

图14为示出图13所示的混合继电器各部分的每一个部分的状态转换的时序图；

图15为依照本发明第五实施例的一种混合继电器的示意性电路图；

图16为示出图15所示的混合继电器各部分的每一个部分的状态转换的时序图；

图17为依照本发明第六实施例的一种混合继电器的示意性电路图；

图18为示出图17所示的混合继电器各部分的每一个部分的状态转换的时序图。

具体实施方式

(第一实施例)

以下将参照附图描述根据本发明的第一实施例的混合继电器。图1示出依照此实施例的一种混合继电器的内部结构图，而图2是示出图1所示的混合继电器的各部分的每一部分的状态转换的时序图。

1.混合继电器的结构

如图1所示，本实施例的混合继电器1连接至串联连接的交流电源2和负载3的各自一端，而与交流电源2和负载3一起形成闭合回路。也就是说，通过混合继电器1的开通(闭合)/关断(断开)来确定从交流电源2至负载3的电力的供应或切断。于此，假设交流电源2例如是100V的商用电源，而负载3例如是包括有荧光灯或是白炽灯、风扇等的发光设备。

混合继电器1包括：端子10，连接至AC电源2的一端，而AC电源2的另一端则连接至负载3的一端；端子11，连接至负载3的另一端；第一机械接触开关12，具有接触部S1，接触部S1的一端连接至端子10，而另一端则连接端子11；以及第二机械接触开关13，具有接触部S2，接触部S2的一端连接至端子10与接触部S1的一端之间的连接节点。混合继电器1还包括：半导体开关14，具有三端双向可控硅开关元件(Triac)S3，其T1电极连接至接触部S2的另一端，而其T2电极连接至端子11；以及信号处理电路16，用来执行第一和第二机械接触开关12、13、以及半导体开关14的开通(闭合)/关断(断开)控制。

以下进一步描述混合继电器1的电路结构的细节。在混合继电器1中，包括第二机械接触开关13的接触部S2和半导体开关14的三端双向可控硅开关元件S3的串联电路与第一机械接触开关12的接触部S1并联连接在端子10和11之间。第一机械接触开关12是闩锁型，并且包括：磁线圈L1，其生成磁力以将接触部S1切换为开通(闭合)；以及磁线圈L2，其生成磁力以将接触部S1切换为关断(断开)。

此外，第二机械接触开关13则是一般激励型机械接触开关，并且包括磁线圈L3，磁线圈L3生成使接触部S2保持为开通(闭合)状态的磁力。也就是说，磁线圈L1和L2是包括在第一机械接触开关12的第一驱动单元中，而磁线圈L3则是包括在第二机械接触开关13的第二驱动单元中。

另外，在第一机械接触开关12中，磁线圈L1的一端连接至二极管D3的阴极电极，二极管D3的阳极电极连接至信号处理电路16，并且磁线圈L2的另一端则连接至二极管D4的阴极电极，二极管D4的阳极电极连接至信号处理电路16。磁线圈L1和L2的另一端彼此连接，并且磁线圈L1和L2之间的连接节点接地，并且连接至二极管D1和D2的阳极电极，其中于此以及再其余实施例中使用的术语“接地”表示接至混合继电器中的参考电压。二极管D1和D2的阴极电极则分别连接至二极管D3和D4的阴极电极。

如上所述，第一机械接触开关12包括串联连接的磁线圈L1和L2、阳极电极互相连接的二极管D1和D2，以及阳极电极连接至信号处理电路16的二极管D3和D4。第二机械接触开关13是由单个磁线圈L3和与其并联连接的二极管D5实现。另外，磁线圈L3的一端与二极管D5的阳极电极之间的连接节点接地，而磁线圈L3的另一端与二极管D5的阴极电极之间的连接节点连接至信号处理电路16。

半导体开关14包括三端双向可控硅开关元件S3、在三端双向可控硅开关元件S3的T2电极和栅极G之间并联连接的电阻器R1和电容器C1，一端连接至三端双向可控硅开关元件S3的T1电极的电阻器R2，以及具有光电三端双向可控硅开关元件(phototriac)S4的光电三端双向可控硅开关元件耦合器15，光电三端双向可控硅开关元件S4的T1电极连接至电阻器R2的另一端。光电三端双向可控硅开关元件耦合器15还设置有发光二极管LD，发光二极管LD的阳极电极通过电阻器R3连接至信号处理电路16，而其阴极电极则是接地，并且光电三端双向可控硅开关元件耦合器15具有将来自发光二极管LD的光信号输入至光电三端双向可控硅开关元件S4的结构，而光电三端双向可控硅开关元件S4的T2电极则连接至三端双向可控硅开关元件S3的栅极G。

此外，光电三端双向可控硅开关元件S4是具有过零触发功能的半导体开关组件。也就是说，当光电三端双向可控硅开关元件S4在接收来自发光二极管LD的光信号时，一旦光电三端双向可控硅开关元件S4在T2电极侧上检测到交流电源2的交流电压的中心电压(参考电压)，则三端双向可控硅开关元件S4就开始触发导通(开通)。三端双向可控硅开关元件S4保持导通，直到在发光二极管被关闭后再次检测到中心电压为止。

2.由混合继电器供应电力

以下将参照图2和图3所示的时序图，描述如此配置的混合继电器1中从交流电源2至负载3的电力的供应和切断的操作。首先，描述信号处理电路16被指示从交流电源2向负载3供应电力时，混合继电器1中的各部分的操作。

如图2所示的时序图中所示例，当从信号处理电路16向磁线圈L3供应驱动电流时，磁线圈L3生成磁力。于是，第二机械接触开关13中的接触部S2导通。在第二机械接触开关13中，与磁线圈L3并联连接的二极管D5在用作防逆流二极管，用来防止流入磁线圈L3的电流的逆流。

以此方式，当第二机械接触开关13的接触部S2导通时，信号处理电路16接着会将驱动电流施加至发光二极管LD。因此，在光电三端双向可控硅开关元件耦合器15中，发光二极管LD发射光，并且光电三端双向可控硅开关元件S4接收由发光所产生的光信号。由于光电三端双向可控硅开关元件S4具有过零触发功能，所以当检测到交流电源2的交流电压是中心电压(参考电压)时，光电三端双向可控硅开关元件S4变成导通(开通)状态，就如图3的时序图所示例。还有，图3是示出交流电源2的交流电压与第一和第二机械接触开关12和13以及半导体开关14的各部分的操作状态之间的关系的时序图。

藉由光电三端双向可控硅开关元件S4的导通，来自交流电源2的交流电流就会流经电阻器R2和光电三端双向可控硅开关元件S4而至电阻器R1和电容器C1的并联电路。因此，电阻器R1和电容器C1的并联电路就会操作来供应电流给三端双向可控硅开关元件S3的栅极电极，使得三端双向可控硅开关元件S3成为导通状态(开通)。这使得负载3可以通过混合继电器1中的第二机械接触开关13和半导体开关14而电连接至交流电源2，并且交流电源2的电力也因此被供应到负载3。

此时，由于侵入电流会从交流电源2流入负载3，归因于此侵入电流的大电流也会流入三端双向可控硅开关元件S3和光电三端双向可控硅开关元件S4，此二者均为导通状态。然而，因为光电三端双向可控硅开关元件S4的导通的时序和来自交流电源2的交流电压的周期之间由于光电三端双向可控硅开关元件S4的过零触发功能而没有偏差(deviation)，因此能够抑制侵入电流的量的偏差。另外，虽然该侵入电流也会流入第二机械接触开关13的接触部S2，但是其是在接触部S2闭合的状态流入。因此，在接触部的断开和闭合之间的切换时，并不会生成电弧，并且也可以防止在第二机械接触开关13中由于触头熔化等所造成的接触部的磨损。

以此方式，在藉由导通而半导体开关14中的三端双向可控硅开关元件将来自交流电源2的电力供应至负载3之后，信号处理电路16经由二极管D3施加用作驱动电流的脉冲电流给磁线圈L1。此时，在第一机械接触开关12中，二极管D1用作防逆流二极管以防止流至磁线圈L1的电流的逆流，且二极管D4防止电流流至磁线圈L2。

因此，此脉冲电流流经磁线圈L1，并且藉由导通第一机械接触开关12中的接触部，暂时产生磁力。此外，由于第一机械接触开关12为闩锁型，因此即便在至磁线圈L1的电流供应如图2所示地被终止，接触部S1还是持续维持为开通状态。

以此方式，由于第一机械接触开关12在藉由第二机械接触开关13和半导体开关14而建立从交流电源2到负载3的供电路径之后才导通，因此就可能防止侵入电流流入接触部S1。因此，就可以防止第一机械接触开关12中归因于引起的触头熔化的侵入电流的接触部颤动(bounce)。

接着，当从交流电源2经由第一机械接触开关12的接触部S1至负载3的电力供应开始时，信号处理电路16就会停止向发光二极管LD供应驱动电流，以切断半导体开关14中的供电路径。因此，发光二极管LD停止辐射光发射，并且至光电三端双向可控硅开关元件S4的光信号被停止辐射。因此，当来自交流电源2的交流电压变成中心电压(参考电压)时，光电三端双向可控硅开关元件S4停止其操作，并且切换至不导通状态(关断)。

另外，当光电三端双向可控硅开关元件S4关闭时，不会有电流供应给三端双向可控硅开关元件S3的栅极电极。因此，三端双向可控硅开关元件S3就会变为不导通，并且半导体开关14关闭。在半导体开关14关闭之后，信号处理电路16停止向第二机械接触开关13的磁线圈L3供应驱动电流。接着，因为没有由一般激励类型的第二机械接触开关13中的磁线圈L3生成磁力，所以接触部S2关闭。

从而，由于第二机械接触开关13在半导体开关14关闭后也关闭，所以第二机械接触开关13中的接触部S2在没有电流流过的时断开。因此，当第二机械接触开关13关闭时，能够防止在接触部S2之触头之间生成电弧，并且也可以防止第二机械接触开关13中的触头熔化。

如上所述，当电力从交流电源2供应给负载3时，信号处理电路16能够如图3中所示地设定分别将驱动电流供应至磁线圈L3和发光二极管LD时的时序，以防止归因于第二机械接触开关13中的触头熔化的触头磨损。假定从交流电源2供应的交流电压具有周期T，而在从停止向发光二极管LD供应驱动电流直至停止向磁线圈L3供应驱动电流的时间t2设定为比AC电压的半周期T/2长。

结果，在通过关闭光电三端双向可控硅开关元件耦合器15中的光电三端双向可控硅开关元件S4而完全关闭三端双向可控硅开关元件S3后，第二机械接触开关13也关闭。另外，由于光电三端双向可控硅开关元件耦合器15中的三端双向可控硅开关元件S4具有过零触发功能，所以能够抑制三端双向可控硅开关元件S3的导通时间处所引起的侵入电流中的偏差。另外，在从开始向磁线圈L3供应驱动电流直至开始向发光二极管Ld供应驱动电流的时间t1可以设定为比交流电压的半周期T/2长，使得更决定性地抑制侵入电流中的偏差。

3.由混合继电器来切断电力

同时，在第一机械接触开关12的接触部S1导通，并且供应从交流电源2至负载3的电力时，当信号处理电路16被指示切断至负载3的电力时，信号处理电路16向磁线圈L3供应驱动电流，如图2的时序图中所示。接着，第二机械接触开关13中的接触部S2导通，就像电力供应给负载3的情况一样。

在经过时间t1之后，信号处理电路16供应驱动电流给发光二极管LD。于是，发光二极管LD发射光，并且向光电三端双向可控硅开关元件S4辐照光信号。当来自交流电源2的交流电压变为中心电压(参考电压)时，光电三端双向可控硅开关元件S4导通，并且因此三端双向可控硅开关元件S3变为导通，藉以导通半导体开关14。

结果，就可以形成经过第一机械接触开关12的供电路径，并且形成经过第二机械接触开关13和半导体开关14的供电路径，就如同在混合继电器1中，从交流电源2到负载3的供电路径。也就是说，由于建立了经过第二机械接触开关13和半导体开关14的供电路径，所以流入负载3的电流的部分会流入第二机械接触开关13和半导体开关14，藉此减小流入第一机械接触开关12的电流量。此外，由于半导体开关14在第二机械接触开关13导通之后导通，因此就可以避免在接触部S2中的电弧生成，藉此就可以防止归因于第二机械接触开关13中的触头熔化所导致的接触损耗。

其后，信号处理电路16经由二极管D4而施加作为驱动电流的脉冲电流给磁线圈L2，该电流暂时激发磁线圈L2，由此关闭该接触部S1。此时，因为接触部S1电流量变得较小的状态断开，所以能够抑制电弧生成，并且能够防止由第一机械接触开关12中的触头熔化所引起的触头磨损。

此外，在第一机械接触开关12中，二极管D2用作防逆流二极管，以防止流入磁线圈L2的电流的逆流，并且二极管D3防止电流流至磁线圈L1。

以此方式，当第一机械接触开关12中的接触部S1关闭时，首先，信号处理电路16停止供应驱动电流给发光二极管LD。因此，发光二极管LD停止辐射光信号，并且因此在来自交流电源2的交流电压为中心电压(参考电压)时，光电三端双向可控硅开关元件S4关闭。当光电三端双向可控硅开关元件S4变为不导通时，三端双向可控硅开关元件S3变为不导通，使得半导体开关14关闭。因此，从交流电源2到负载3的供电路径切断，藉此停止从交流电源2供应电力给负载3。

此外，从停止供应驱动电流给发光二极管LD开始经过了时间t2之后，信号处理电路16停止供应驱动电流给磁线圈L3。也就是说，在半导体开关14关闭之后，停止激发磁线圈L3。因此接触部S2的触头断开，并且第二机械接触开关13关闭。此时，由于半导体开关14已经关闭，并且没有电流流入第二机械接触开关13，因此即便接触部S2的触头断开，也不会有电弧生成，并且能够防止触头的损耗。

4.在第一机械接触开关12中的接触部S1的结构范例

将参照图4描述上述混合继电器1中设置的第一机械接触开关12的接触部S1的结构范例。如图4所示例，接触部S1具有：固定接触端子101，固定接触端子101的一端固定；以及活动接触端子102，活动接触端子102的一端固定，而另一端则可以由驱动构件(未绘示)移位。固定接触端子101和活动接触端子102都是由导通材料所形成，并且活动接触端子102还由柔性导通材料所形成，使得活动接触端子102被未绘示的驱动构件所按压时可以移位。

此外，在固定接触端子101的另一端上，在面对活动接触端子102的表面上凸起地设置固定触头103。而在活动接触端子102的另一端上，在面对固定接触端子101的表面上凸起地设置活动触头104。

另外，在固定接触端子101的一端和固定触头103之间，安装固定金属片105。固定金属片105具有U形的横截面，以覆盖该固定接触端子101的与设置有固定触头103的表面的相对的表面，并覆盖该固定接触端子101的两侧表面。

在活动接触端子102的与安装有活动触头104的表面的相对的表面上设置按压部107。按压部107从活动接触端子102的另一端朝向固定接触端子101的一端而延伸，以沿着固定接触端子101的延伸方向延伸。

此外，在按压部107上安装活动金属片106，其位于可与固定接触端子101和活动接触端子102的按压部107之间的固定金属片105的两端接触的位置。固定金属片105的两端可以从面对活动金属片106的固定接触端子101的表面朝向活动金属片106突出。而固定金属片105和活动金属片106均由磁性材料所形成。

在如此配置的接触部S1中，当活动接触端子102被驱动构件(未绘示)所按压时，活动接触端子102的另一端会朝向固定接触端子101的另一端移位，并且如图5所示，活动触头104接触该固定触头103而变为导通。此时，由于活动金属片106被活动接触端子102的按压部107所按压，因此活动金属片106会与活动接触端子102上的活动触头104一起朝向固定接触端子101移位。

因此，当固定触头103和活动触头104彼此接触，并且接触部S1变为导通时，会使得固定金属片105和活动金属片106彼此接触，使得在固定接触端子101的周围会形成磁性体，磁性体环绕在固定接触端子101的外部四周。也就是说，藉由固定金属片105和活动金属片106环绕流过固定接触端子101的电流，就可以形成环状的磁性体。

结果，在固定金属片105和活动金属片106中，生成了与流过固定接触端子101的电流共心的感应磁通量。通过如此产生的感应磁通量，固定金属片105和活动金属片106相吸引。

此外，在接触部S1中，当固定触头103和活动触头104彼此接触而变为导通时，则流过固定触头103和活动触头104的电流彼此反平行，并且因此会在固定接触端子101和活动接触端子102之间产生互斥的磁力。对于图4中示例的结构，由于设置有固定金属片105和活动金属片106，所以由固定金属片105和活动金属片106生了相吸磁力，这反过来就可以消除由流经固定触头103和活动触头104的反平行电流所引的相斥磁力。因此，能够抑制接触部S1中的触头颤动(bounce)，并且能够以较小尺寸制作用于移位活动结出端子102的第一驱动单元，包括磁线圈L1和L2，并且第一机械接触开关12本身也可制作得较小。

5.第二机械接触开关13中的接触部S2的结构范例

接着，将参照附图描述第二机械接触开关13中的接触部S2的结构范例。第二机械接触开关13的接触部S2的触头之间的距离比第一机械接触开关12的接触部S1触头短，并且第二机械接触开关13的接触部S2的触头的接触压力也小于第一机械接触开关12的接触部S1的接触压力。

因此，能够减少第二机械接触开关13的磁线圈L3圈数，并且磁线圈L3可以制作得较小。此外，通过由本申请使用日本专利申请第2007-166523号所公开的结构，能够将接触部S2制作的较小。因此，第二机械接触开关13本身制作的较小。

第二机械接触开关13的接触部S2的结构范例示于图6中。虽然以下将描述图6中所示的范例，但是可以使用其它结构以使得其较小。例如，日本专利申请第2007-166523号所公开的结构中，能够通过以压电元件或是形状记忆合金构成第二驱动单元，而省略磁线圈L3。

首先，以下将描述图6中所示接触部S2的结构。图6中所示的接触部S2包括：由导通材料形成的两个固定接触端子201和202；由导通材料形成的活动接触构件203，能够使得活动接触构件203与两个固定接触端子201和202接触；以及由绝缘材料形成的驱动构件204，用来将活动接触构件203朝固定接触端子201和202推动。

固定接触端子201和202以及活动接触构件203均是以导通板形成，并且固定接触端子201和202布置在壳体205的底表面上，使得固定接触端子201和202不互相接触。活动接触构件203支撑于壳体205上四个角落处，并且四个角落处设置有近似为反U形的弯曲部206。因此，当活动接触构件203没有被驱动构件204按压时，其布置在壳体205内部的空洞中远离固定接触端子201和202的位置。此外，因为壳体205是以绝缘材料所形成，因此当驱动构件204未施加压力时，固定接触端子201和202会与活动接触构件203绝缘。

利用此接触部S2的结构，当活动接触构件203被驱动构件204按压时，活动接触构件203的中心部分会因为弯曲部206的柔性而朝固定接触端子201和202移位。因此，活动接触构件203会与固定接触端子201和202相接触，并且桥接于固定接触端子201和202之上。因此，固定解除端子201可以经由活动接触构件203而电连接至该固定接触端子202，藉以使接触部S2成为导通状态。

6.三端双向可控硅开关元件S3和光电三端双向可控硅开关元件S4的结构范例

另外，以下将参照图7到图9描述三端双向可控硅开关元件S3和光电三端双向可控硅开关元件S4的结构。虽然以下将基于图7到图9所示的三端双向可控硅开关元件S3的内部结构来描述三端双向可控硅开关元件S3的结构，但是光电三端双向可控硅开关元件S4除了栅极电极的结构之外也可以具有类似的结构来配置。

首先，图7中所示的三端双向可控硅开关元件S3包括双向控制的整流器型的半导体芯片300。半导体芯片300在前表面上设置有T1电极301和栅极电极302，且后表面上设置有T2电极(未示出)。此半导体芯片300可以藉由焊接而连接至引线框304，使得具有T2电极的半导体芯片300的整个后表面与包括第二引线端子304a的引线框304的表面接触。此外，表面连接至半导体芯片300的后表面的T2电极的引线框304通过焊接接合到具有散热单元303a的支撑座(stay)303，以在电流导通期间，耗散来自半导体芯片300的后表面(T2电极)侧的热。

此外，在半导体芯片300的表面侧，两条线状导线301b的一端超声连接至T1电极301，并且它们的另一端则超声连接至第一引线端301a。并且，线状导线302b的一端超声连接至栅极电极302，而其另一端则超声连接至栅极引线端子302a。

另外，T1电极301在半导体芯片300的表面上，基本形成具有一角被截除的矩形，并且栅极电极302设置在该截除的角落中，该角的外部周边部分是与T1电极301的边界，并且与T1电极301绝缘。

如上所述，栅极电极302连接有一根线状导线302b，而T1电极301则连接有两根线状导线301b。因此，T1电极301中的连接区域比栅极电极302中的连接区域宽。此外，藉由使用超声连接而在两根分别的线状导线301b与T1电极之间形成多个连接，还可以使连接区域进一步加宽。

此外，由于半导体芯片300的后侧是表面连接有引线框304，因此在T2电极(未绘示)中具有引线框304的连接区域比在栅极302中具有线状导线302b的连接区域宽。

因此，即便有侵入电流流入三端双向可控硅开关元件S3，也会因为三端双向可控硅开关元件S3的T1电极301和T2电极302的接合部大，而使该侵入电流分散在该接合部中。因此，能够防止三端双向可控硅开关元件S3中，归因于局部电流集中的绝缘击穿，这导致提高了抗侵入电流的抵抗力(resistance)。此外，为了防止因为局部电流集中而引起的绝缘击穿，T1电极301可以连接有三根或更多的线状导线301b，或是连接有横截面区域大于线状导线301b的横截面区域的带形(ribbon-shaped)导线。

此外，具有基本为梯形形状的横截面的散热块(block)310可以如图8所示地接合至连接有两条线状导线301b的T1电极301，由此改善三端双向可控硅开关元件S3的T1电极的散热效率。因此，即使当该侵入电流流入三端双向可控硅开关元件S3，也能够抑制由该侵入电流所引起的温度的上升，结果，能够增大三端双向可控硅开关元件S3抗该侵入电流的抵抗力。另外，如图9所示，为了加宽T1电极301中的接面区域，并且改善散热效果，引线框301c可以通过焊接连接至T1电极301，引线框301c具有第一引线端子301a来取代线状导线301b。

(第二实施例)

以下将参照附图描述依照本发明第二实施例的混合继电器。图10为示出本实施例的混合继电器的内部结构的示意性电路图，而图11则为示出图10所示的混合继电器各部分的状态转换的时序图。另外，在图10的混合继电器中，与图1的混合继电器的结构相同的部分，由类似的参考数字标记，并且在以下将省其略详细的叙述。

利用本实施例中的混合继电器1a，与第一实施例(见图1)的混合继电器1相比，通过如图10中所示地将第二机械接触开关13的磁线圈L3和包括在半导体开关14的部分中的光电三端双向可控硅开关元件耦合器15的发光二极管LD串联连接，可以降低驱动电流量。特别的是，设置信号处理电路16a，以取代混合继电器1中的信号处理电路16，并且磁线圈L3的一端连接至电阻器R3的一端。而电阻器R3的另一端连接至信号处理电路16a，并且发光二极管LD的阳极电极则连接至磁线圈L3的另一端。

此外，二极管D5连接于磁线圈L3的两端之间，其用作磁线圈L3中的防逆流组件。二极管D5的阴极电极连接至电阻器R3，而其阳极电极则连接至发光二极管LD的阳极电极。

混合继电器1a还包括电阻器R4和R5、以及npn型晶体管Tr1和Tr2。电阻器R4的一端连接至发光二极管LD的阳极与磁线圈L3的连接节点，并且电阻器R5的一端则连接至发光二极管LD的阴极电极。电阻器R4和R5的另一端分别连接至npn型晶体管Tr1和Tr2的集电极，而npn型晶体管Tr1和Tr2的发射极接地。此外，从信号处理电路16a施加控制信号至晶体管Tr1和Tr2的基极。而其它的部件都与第一实施例的混合继电器1的那些相同，因此其详细的描述将省略。

以下将参照图2和图11所示的时序图描述以上配置的混合继电器1a的操作。在混合继电器1a中，类似于第一实施例的混合继电器1，用于供应驱动电流给磁线圈L1到L3以及发光二极管LD的时序、分别的接触部S1和S2的开通/关断时序、以及分别的三端双向可控硅开关元件S3和光电三端双向可控硅开关元件S4的开通/关断时序对应于图2所示的时序图中的时序。

特别的是，当交流电源2供应电力给负载3时，首先，驱动电流被施加至磁线圈L3，并且第二机械接触开关13的接触部S2导通。接着，使得发光二极管LD发光，并且光电三端双向可控硅开关元件S4和三端双向可控硅开关元件S3会变为导通，藉以导通半导体开关14。

以此方式，在第二机械接触开关13和半导体开关14导通的状态下，藉由将脉冲电流的驱动电流施加给磁线圈L1，就可以开通第一机械接触开关12的接触部S1。在那之后，停止至发光二极管LD的驱动电流，并且没有使得光电三端双向可控硅开关元件S4和三端双向可控硅开关元件S3导通，以关闭该半导体开关14。接着，供应给磁线圈L3的驱动电流被停止，并且第二机械接触开关13的接触部S2被关闭。

其间，当从电源2至负载3的电力供应切断时，驱动电流施加至磁线圈L3，第二机械接触开关13导通，并且接着使得发光二极管LD发光，以用上述同样的方式来导通半导体开关14。并且，藉由将脉冲电流的驱动电流施加给磁线圈L2，第一机械接触开关12的接触部S1关断。之后，至发光二极管LD的驱动电流会被停止，并且半导体开关14会被关断，接着至磁线圈L3的驱动电流的供应会停止，并且第二机械接触开关13关断。

此时，如图11中所示的时序图中所示例的，本实施例的混合继电器1a，能够藉由确定将控制信号施加于晶体管Tr1和Tr2的基极的时序，而确定用于分别施加驱动电流给磁线圈L3和发光二极管LD的时序。以下，将参照图11的时序图，描述信号处理电路16a给晶体管Tr1和Tr2的基极的控制信号的输出时序与至磁线圈L2和发光二极管LD的驱动电流的生成时序之间的关系。

如图11的时序图中所示例，信号处理电路16a先施加控制信号至晶体管Tr1的基极，以将晶体管Tr1转成导通状态(开通)，藉以驱动括电阻器R3和R4以及磁线圈L3的串联电路。也就是说，信号处理电路16a藉由导通该晶体管Tr1，而只施加驱动电流给磁线圈L3。因此，如上所述，第二机械接触开关13的接触部S2导通。

另外，在晶体管Tr1导通之后经过了时间t1时，信号处理电路16a停止施加控制信号给晶体管Tr1的栅极电极，并且开始供应控制信号给晶体管Tr2的栅极电极。也就是说，藉由关断晶体管Tr1和导通晶体管Tr2，驱动包括有电阻器R3和R5、磁线圈L3，以及发光二极管LD的串联电路。因此，从信号处理电路16a向串联连接的磁线圈L3和发光二极管LD施加驱动电流给。因此，藉由将第二机械接触开关13的接触部S2导通，能够导通该半导体开关14的三端双向可控硅开关元件S3。

此外，不像第一实施例的混合继电器1，由于磁线圈L3和发光二极管LD串联连接，因此流过这些组件的每一个的驱动电流是公共使用的。因此，与第一实施例的混合继电器1中磁线圈L3与发光二极管LD并联连接相比，能够减小磁线圈L3和发光二极管LD同时被驱动时的电流量，这抑制了电力消耗。

并且，如上所述，在施加驱动电流给发光二极管LD，并且将半导体开关14的三端双向可控硅开关元件S3导通后，信号处理电路16a供应脉冲电流的驱动电流给磁线圈L1和L2其中之一。特别的是，在供应电力给负载3的情况下，驱动电流供应给磁线圈L1，并且第一机械接触开关12的接触部S1开通，而在关断给负载3的电力的情况下，该驱动电流就供应至磁线圈L2，并且第一机械接触开关12的接触部S1关断。

以此方式，当切换第一机械接触开关12的开通/关断时，信号处理电路16a停止供应控制信号给晶体管Tr2的栅极电极，并且开始供应控制信号给晶体管Tr1的栅极电极。也就是说，藉由将晶体管Tr2关断，并且导通晶体管Tr1，停止供应该驱动电流给发光二极管LD，并且半导体开关14的三端双向可控硅开关元件S3关断。在此时，因为通过晶体管Tr1的导通，驱动电流持续供应给磁线圈L3，因此第二机械接触开关13的接触部S2保持开通。并且，在晶体管Tr2关断后经过了时间t2时，信号处理电路16a停止供应控制信号给晶体管Tr1的栅极。因此，藉由晶体管Tr1的关断，停止供应驱动电流给磁线圈L3，并且第二机械接触开关13关断。

在本实施例中，磁线圈L3和发光二极管LD串联连接，如果第二机械接触开关13和半导体开关14同时导通，则能够使得公共的驱动电流流入磁线圈L3和发光二极管LD。因此，与磁线圈L3和发光二极管LD并联连接的情况相比，能够减小从信号处理电路16a所供应的驱动电流的量，这导致减小混合继电器1a的电力消耗。

此外，在本实施例中，电阻器R4和R5的电阻值可以设定成使得在晶体管Tr2导通时，流入磁线圈L3的电流值小于在晶体管Tr1导通时，流入磁线圈L3的电流值。也就是说，当电阻器R4和R5的电阻值分别是Rr4和Rr5时，发光二极管D5的电压降为Vd，并且在晶体管Tr1导通时流入磁线圈的电流为I1，电阻器R5的电阻值Rr5设定为大于电阻值Rr4-Vd/I1。

当晶体管Tr1导通时，通过如上所述来设定电阻器R4和R5的电阻值，就有足够大的电流流入磁线圈L3，并且第二机械接触开关13导通。因此，当半导体开关14在第二机械接触开关13导通的状态下导通时，与第二机械接触开关13开通时相比，能够以较小电流导通晶体管Tr2。因此，在图11的时序图中，能够抑制用来操作晶体管Tr1和Tr2的驱动电流的总量，并且实现低电力消耗。

(第三实施例)

以下将参照附图描述依照本发明第三实施例的混合继电器。本实施例的混合继电器的内部结构对应于图10中所示的第二实施例的结构。图12为示出本实施例的混合继电器的各部分的状态转换的时序图。在此实施例中，虽然使用与第二实施例中具有相同结构的混合继电器，但是与第二实施例不同，以与第一机械接触开关12的开通/关闭不同的时序分别驱动晶体管Tr1和Tr2。以下将参照图12所示的时序图描述此实施例的混合继电器1a的操作。

如图12所示的时序图中所示例，当供应电力给负载3时，首先，信号处理电路16a会使晶体管Tr1导通，以供应驱动电流给磁线圈L3，并且因此如第二实施例那样，使第二机械接触开关13的接触部S2导通。其后，藉由关闭晶体管Tr1并且基本上同时导通晶体管Tr2，信号处理电路16a供应驱动电流给磁线圈L3和发光二极管LD。因此，随着第二机械接触开关13的接触部S2导通，半导体开关14的三端双向可控硅开关元件S3导通。

以此方式，当半导体开关14中的三端双向可控硅开关元件S3导通，并且来自交流电源2的电力供应给负载3时，信号处理电路16a供应脉冲电流的驱动电流给磁线圈L1，并且使第一机械接触开关12的接触部S1导通。

此外，在通过第一机械接触开关12的接触部S1开始从交流电源2向负载3供应电力之后，信号处理电路16a通过关闭晶体管Tr2以切断半导体开关14中的供电路径来停止供应驱动电流给磁线圈L3和发光二极管LD。也就是说，与第二实施例不同，在导通第一机械接触开关12以供应电力给负载3之后，此实施例中不包括通过导通晶体管Tr1而仅供应驱动电流给磁线圈L3的时段。

因此，根据开始向负载3供应电力时执行的此实施例的电力控制，与第二实施例相比，通过导通晶体管Tr1而将电力消耗降低对应于供应给磁线圈L3的驱动电流的量是可能的。

另一方面，当从交流电源2至给负载3的电力供应被切断时，与第二实施例不同，信号处理电路16a首先使晶体管Tr2导通，以供应驱动电流给磁线圈L3和发光二极管LD中的每一个，由此导通第二机械接触开关13的接触部S2和半导体开关14的三端双向可控硅开关元件S3。因此，当通过第二机械接触开关13的接触部S2以及半导体开关14的三端双向可控硅开关元件S3的供电路径被建立起来时，信号处理电路16a供应脉冲电流的驱动电流给磁线圈L2，并且使第一机械接触开关12的接触部S1关闭。

当通过第一机械接触开关12的接触部S1的供电路径被切断时，如第二实施例中那样，通过关闭晶体管Tr2并且基本同时导通晶体管Tr1，信号处理电路16a停止供应驱动电流给发光二极管LD并且使半导体开关14的三端双向可控硅开关元件S3关闭。因此，从交流电源2至负载3的电力供应被切断。在那之后，通过关闭晶体管Tr1，信号处理电路16a停止供应驱动电流给磁线圈L3且关闭第二机械接触开关13的接触部S2。

也就是说，与第二实施例不同，在此实施例中，在导通半导体开关14而切断至负载3的电力前，不包括只使第二机械接触开关12导通的时段。因此，与第二实施例相比，根据在开始切断至负载3的电力时执行的此实施例的电力控制，通过导通晶体管Tr1而将电力消耗降低对应于供应给磁线圈L3的驱动电流的量是可能的。

(第四实施例)

以下将参照附图描述依照本发明第四实施例的混合继电器。图13为示出此实施例的混合继电器的内部结构的示意性电路图，且图14为示出图13中所示的混合继电器的各部分的状态转换的时序图。另外，在图13中所示的混合继电器中，与图10中所示的混合继电器的结构相同的部分，由相同参考数字标记，并且将省略其详细的描述。

如图13所示例，此实施例的混合继电器1b的结构中，包括电阻器R5a和晶体管Tr2a的串联电路还连接至图10中所绘示的混合继电器1a中的发光二极管LD的阴极电极。此外，电阻器R5a的一端连接至发光二极管LD和电阻器R5的连接节点，而电阻器R5a的另一端则连接至npn晶体管Tr2a的集电极，晶体管Tr2a的发射极接地。此外，混合继电器1b具有信号处理电路16b来取代信号处理电路16a，其施加电流信号到晶体管Tr1、Tr2和Tr2a的栅极电极以及磁线圈L1和L2。

在以上配置的混合继电器1b中，连接至发光二极管LD的电阻器R5和R5a的电阻值Rr5和Rr5a之间的关系为Rr5＜Rr5a。此外，当电阻器R4的电阻值为Rr4、发光二极管D5的电压降为Vd、且在晶体管Tr1导通时流过磁线圈L3的电流为I1时，电阻器R5的电阻值Rr5设定为电阻值Rr4-Vd/I1。通过如上所述设定电阻器R5和R5a的电阻值Rr5和Rr5a，能够使得晶体管Tr1导通时流过磁线圈L3的电流值，等于晶体管Tr2导通时流过磁线圈L3的电流值。此外，能够使得晶体管Tr2a导通时流过磁线圈L3的电流值较小。

以下，将参照图14中所示的时序图描述此实施例的混合继电器1b的操作。如图14中所示的时序图中所示，当电力供应至负载3时，信号处理电路16b首先导通晶体管Tr1，以供应驱动电流给磁线圈L3并且导通第二机械接触开关13的接触部S2，如同第三实施例中那样。由于在通过施加足够的驱动电流至磁线圈L3而导通接触部S2后，磁线圈L3可以由具有维持接触部S2在开通状态所需的电流量的驱动电流所驱动，所以能够减小流入磁线圈L3的电流量。

因此，与第三实施例不同，通过关闭晶体管Tr1并基本同时导通晶体管Tr2a，信号处理电路16b向磁线圈L3和发光二极管LD供应驱动电流，该驱动电流具有的电流量小于晶体管Tr1导通时的电流量。

因此，随第二机械接触开关13的接触部导通，半导体开关14的三端双向可控硅开关元件S3导通。以此方式，当从交流电源2供应电力给负载3时，信号处理电路16b供应脉冲电流的驱动电流给磁线圈L1，并且使第一机械接触开关12的接触部S1导通，如第三实施例所述。其后，为了切断半导体开关14中的供电路径，通过关闭晶体管Tr2a，信号处理电路16b停止供应驱动电流给磁线圈L3和发光二极管LD。

另一方面，当从交流电源2至负载3的电力被切断时，如第三实施例所述，信号处理电路16b首先导通晶体管Tr2，以供应驱动电流给磁线圈L3和发光二极管LD。以此方式，当第二机械接触开关13的接触部S2和半导体开关14的三端双向可控硅开关元件S3导通时，则能够减小流入磁线圈L3中的驱动电流。因此，信号处理电路16b基本上同时关闭晶体管Tr2并导通该晶体管Tr2a。

以此方式，在第二机械接触开关13的接触部S2和半导体开关14的三端双向可控硅开关元件S3保持导通的状态下，能够供应较小的驱动电流给磁线圈L3和发光二极管LD。于是，信号处理电路16b供应脉冲电流的驱动电流给磁线圈L2，以关闭第一机械接触开关12的接触部S1。

当切断通过第一机械接触开关12的接触部S1的供电路径时，通过基本上同时关闭晶体管Tr2a并导通晶体管Tr1，信号处理电路16b停止供应驱动电流给发光二极管LD并关闭半导体开关14的三端双向可控硅开关元件S3。因此，切断从交流电源2至负载3的电力。那之后，通过关闭晶体管Tr1，信号处理电路16b停止供应驱动电流给磁线圈L3并关闭第二机械接触开关13的接触部S2。

如上所述，此实施例中，与第二机械接触开关13的接触部S2导通时供应至磁线圈L3的驱动电流的量相比，当第二机械接触开关13的接触部S2维持在开通状态时，能够减小供应至磁线圈L3的驱动电流的量。因此，与第三实施例相比，通过使用此实施例的混合继电器1b，能够进一步减小电力消耗。

(第五实施例)

以下将参照附图描述依照本发明第五实施例的混合继电器。图15为示出本实施例的混合继电器的内部结构的示意性电路图，而图16为示出图15所示的混合继电器的各部分的状态转换的时序图。另外，在图15中所示的混合继电器中，与图13中所示的混合继电器的结构相同的那些部件，标记相同的参考数字，并且将省略其详细。

如图15中所示例，此实施例的混合继电器1c的结构中，除了混合继电器1b(见图13)的结构外，包括有电阻器R4a和晶体管Tr1a的串联电路还连接至磁线圈L3和电阻器R4的连接节点。特别的是，电阻器R4a的一端连接至磁线圈L3和电阻器R4的连接节点，而发射极接地的npn型晶体管Tr1a的集电极连接至电阻器R4a的另一端。另外，混合继电器1c包括信号处理电路16c来取代信号处理电路16a，分别施加电流信号给晶体管Tr1、Tr1a、Tr2和Tr2a的栅极电极以及磁线圈L1和L2。

另外，电阻器R4和R4a的电阻值Rr4和Rr4a可以表示为Rr4＜Rr4a，类似于电阻器R5和R5a的电阻值Rr5和Rr5a之间的关系。也就是说，使得晶体管Tr1导通时流入磁线圈L3的电流值与晶体管Tr2导通时流入磁线圈L3的电流值彼此相等，并且使得晶体管Tr1a导通时流入磁线圈L3的电流值与晶体管Tr2导通时流入磁线圈L3的电流值彼此相等。并且，与晶体管Tr1和Tr2的任一个导通时流入磁线圈L3的电流值相比，能够使得晶体管Tr1a或Tr2a的任一个导通时流入磁线圈L3的电流值较小。

以下将参照图16所示的时序图描述混合继电器1c的操作。如图16中所示的时序图中所示，当电力供应给负载3时，首先，信号处理电路16c会使晶体管Tr1导通，以导通第二机械接触开关13的接触部S2，如第四实施例所述。接着，信号处理电路16c基本上同时关闭晶体管Tr1并导通晶体管Tr2a，以供应具有比晶体管Tr1导通时所施加的电流量小的电流量的驱动电流。因此，半导体开关14的三端双向可控硅开关元件S3在第二机械接触开关13的接触部S2导通的状态下导通。

以此方式，当来自交流电源2的电力供应给负载3时，信号处理电路16c供应脉冲电流的驱动电流给磁线圈L1，并且导通第一机械接触开关12的接触部S1。在此之后，通过关闭晶体管Tr2a，信号处理电路16c停止供应驱动电流给磁线圈L3和发光二极管LD。

另一方面，当切断从交流电源2至负载3的电力供应时，信号处理电路16c首先导通晶体管Tr2，以导通第二机械接触开关13的接触部S2和半导体开关14的三端双向可控硅开关元件S2。在此之后，信号处理电路16c关闭晶体管Tr2，并且基本上同时导通该晶体管Tr2a。另外，当第二机械接触开关13的接触部S2和半导体开关14的三端双向可控硅开关元件S3导通时，信号处理电路16c供应脉冲电流的驱动电流给磁线圈L2，以关闭第一机械接触开关12的接触部S1。

当切断经过第一机械接触开关12的接触部S1的供电路径时，信号处理电路16c基本上同时关闭晶体管Tr2a并关闭晶体管Tr1a，这与第四实施例不同。因此，停止至发光二极管LD的驱动电流的供应，并且关闭半导体开关14的三端双向可控硅开关元件S3。

对于此实施例中，当切断从交流电源2至负载3的电力供应时，也能够与晶体管Tr2a导通时那样，减小供应给磁线圈L3的驱动电流。因此，与第四实施例相比，能够进一步减小电力消耗。之后，通过关闭晶体管Tr1a，信号处理电路16c停止供应驱动电流给磁线圈L3，由此关闭第二机械接触开关13的接触部S2。

另外，此实施例的混合继电器1c的结构可以省略包括有电阻器R5a和晶体管Tr2a的串联电路。假设如此配置，当开始供应电力给负载3时，如第三实施例那样，晶体管Tr1关闭，且晶体管Tr2导通。另一方面，当切断给负载3的电力供应时，在晶体管Tr2导通时，将驱动电流供应给磁线圈L2，如同第三实施例所述。

在以上第二到第五实施例中的每一个的混合继电器，在驱动电流流至发光二极管LD和磁线圈L3时，当使得驱动电流流至磁线圈L1和L2的任一个时，总驱动电流量变大。也就是说，当驱动电流流至磁线圈L1和L2的任一个时，供应给混合继电器的驱动电路的驱动电流将暂时变成峰(peak)。

在经由电力线与传输控制单元通信的控制终端装置包括多个上述混合继电器，并且所有的混合继电器都操作以以相同的时序供应电力或是切断电力的情况下，用于所有继电器的峰驱动电流需要供应给此控制终端装置。为了处理上述情况，仅对部分的混合继电器，例如对整数(例如2)个混合继电器，以相同时序而执行电力的供应或切断力。通过以此方式执行控制，能够分散峰驱动电流，并且能够避免供应至控制终端装置的急速的电压下降。

另外，在根据上述实施例的混合继电器中，由磁线圈L1到L3所生成的磁力能够是吸引力或是排斥力，但优选地可以是吸引力。

(第六实施例)

以下将参照附图描述依照本发明的第六实施例的混合继电器。图17为示出根据此实施例的混合继电器的内部结构的电路图，而图18为图17所示的混合继电器各部分的状态转换的时序图。另外，在图17中所示的混合继电器中，与图1中所示的混合继电器的结构的部分相同的那些部分标注相同的参考数字，并且将省略其详细描述。

在此实施例的混合继电器1d中，如图17所示例，设置与第一机械接触开关12同样的闩锁型的第二机械接触开关13a，取代混合继电器1(见图1)中的第二机械接触开关13。特别地，第二机械接触开关13a包括：磁线圈L3a，其生成磁力以将接触部S2切换成导通；以及磁线圈L3b，其生成磁力以将接触部S2关闭。这些磁线圈L3a和L3b串联连接，并且二者的连接节点接地。因此，在此实施例中，磁线圈L3a和L3b包括于第二机械接触开关13a的第二驱动单元中。

另外，具有磁线圈L3a和L3b的第二机械接触开关13a设置有对应于第一机械接触开关12中的二极管D1到D4的二极管D6到D9。特别是，阳极电极接地的二极管D6和D7分别并联连接至磁线圈L3a和L3b。另外，二极管D8和D9的阴极电极分别连接至二极管D6和D7的阴极电极，且二极管D8和D9的阳极电极连接至信号处理电路16d。其它的部件与第一实施例的混合继电器1的那些部件相同，因此将省略其细节。

在混合继电器1d中，第一机械接触开关12的接触部S1、第二机械接触开关13a的接触部S2、以及半导体开关14的三端双向可控硅开关元件S3的开通/关断时序与第一实施例的混合继电器1中的那些时序类似。也就是说，在具有与第一实施例的混合继电器1相同结构的第一机械接触开关12和半导体开关14的每一个中，从信号处理电路16d供应驱动电流给磁线圈L1和L2以及发光二极管LD时的时序，与第一实施例中的时序类似。因此，以下基于第二机械接触开关13a的开通/关断，参照图18所示的时序图，描述混合继电器1d的操作。

如图18的时序图所示，当电力供应给负载3时，从信号处理电路16d供应脉冲电流的驱动电流给磁线圈L3a，使得第二机械接触开关13a的接触部S2导通。当第二机械接触开关13a的接触部S2导通时，在供应驱动电流给磁线圈L3a的后经过时间t1时，从信号处理电路16d供应驱动电流给发光二极管LD。因此，与第一实施例的混合继电器1中那样，在第二机械接触开关13a导通后，来自交流电源2的交流电压变为中心电压(参考电压)时，则三端双向可控硅开关元件S3导通并且半导体开关14中的光电三端双向可控硅开关元件S4的导通，这导致半导体开关14导通。

以此方式，当导通第二机械接触开关13a和半导体开关14时，并且开始从交流电源2供应电力给负载3时，信号处理电路16d供应脉冲电流的驱动电流给磁线圈L1，由此使第一机械接触开关12的接触部S1导通。当第一机械接触开关12导通时，信号处理电路16d停止供应驱动电流给发光二极管LD。结果，在半导体开关14中，当来自交流电源2的交流电压为中心电压(参考电压)时，三端双向可控硅开关元件S3和光电三端双向可控硅开关元件S4变为不导通，并且半导体开关14关闭。

另外，在停止供应驱动电流给发光二极管LD的后经过时间t2时，信号处理电路16d供应脉冲电流的驱动电流给第二机械接触开关13a的磁线圈L3b。结果，在第二机械接触开关13a中，接触部S2关闭。

利用此操作，半导体开关14能够在从第二机械接触开关13a导通直至其关闭的时间间隔期间导通。另外，只有当第二机械接触开关13a的开通/关断发生切换时，信号处理电路16d才供应驱动电流给磁线圈L3a和L3b。也就是说，用来供应驱动电流给半导体开关14的发光二极管LD的时序和用来供应驱动电流给磁线圈L3a和L3b时的时序彼此不同。

另外，当切断至负载3的电力供应时，仅在第二机械接触开关13a的开通/关断发生切换时，信号处理电路16d也供应脉冲电流的驱动电流给磁线圈L3a和13b。特别地，驱动电流首先供应给磁线圈L3a，以导通第二机械接触开关13a的接触部S2，接着驱动电流供应给发光二极管LD，以导通半导体开关14的三端双向可控硅开关元件S3。其后，当驱动电流供应给磁线圈L2，并且第一机械接触开关12的接触部S1关闭时，首先停止供应给发光二极管LD的驱动电流，并且半导体开关14的三端双向可控硅开关元件S3关闭。接着，驱动电流供应给磁线圈L3b，以关闭第二机械接触开关13a的接触部S2。

对于此实施例，由于第二机械接触开关13a使用闩锁型机械接触开关，能够仅通过给磁线圈L3a和L3b供应脉冲电流的驱动电流而切换接触部S2的开通/关断。因此，驱动电流不从信号处理电路16d同时流至磁线圈L3a和L3b以及发光二极管LD。因此，与具有一般激励型作为第二机械接触开关13的第一实施例的混合继电器1相比，能够降低从信号处理电路16d供应的驱动电流的量，由此减小混合继电器1d中的电力消耗。

另外，在每一上述实施例中，可以配置成使得第一机械接触开关12包括具有小电容并用于执行断开和闭合操作的辅助触头和用作主触头的接触部S1，并且信号处理电路16、和16a至16d中的每一个可以检查辅助触头的断开和闭合以检测接触部S1的导通/不导通。通过采用具有带此辅助触头的第一机械接触开关12的结构，能够精确地检测接触部S1的导通/不导通，由此更精确地进行第二机械接触开关13和13a的接触部S2以及半导体开关15和15a的关闭操作。

虽然以针对实施例示出和描述了本发明，但是本领域技术人员会理解，可以不脱离如以下权利要求所限定的本发明的精神和范围，作出各种改变与更改。

Claims (13)

1.一种混合继电器，包括：

第一机械接触开关，所述第一机械接触开关的接触部由第一驱动单元断开和闭合；

第二机械接触开关，所述第二机械接触开关的接触部由独立于所述第一驱动单元操作的第二驱动单元断开和闭合；以及

半导体开关，所述半导体开关串联连接至所述第二机械接触开关，

其中，在从电源至负载的供电路径上，所述第一机械接触开关与串联连接的所述第二机械接触开关和所述半导体开关并联连接，

所述第一机械接触开关是闩锁型机械接触开关，其中，当在所述第一机械接触开关的所述接触部的断开状态和闭合状态之间切换时，电流供应至所述第一驱动单元，以及

在所述第一机械接触开关的所述接触部的断开和闭合之前，所述第二机械接触开关和所述半导体开关均变为导通，并且在所述第一机械接触开关的所述接触部的断开和闭合之后，所述第二机械接触开关和所述半导体开关均变为不导通。

2.如权利要求1所述的混合继电器，其中，当使所述第二机械接触开关和所述半导体开关均导通时，在闭合所述第二机械接触开关的所述接触部之后，所述半导体开关变为导通，并且当使所述第二机械接触开关和所述半导体开关均不导通时，在使得所述半导体开关不导通之后，所述第二机械接触开关的所述接触部断开。

3.如权利要求2所述的混合继电器，其中，所述电源为交流电源，并且所述半导体开关具有过零触发功能，其中在从所述交流电源供应的电压变为中心电压时，所述半导体开关导通。

4.如权利要求3所述的混合继电器，其中，当使所述第二机械接触开关和所述半导体开关均不导通时，在使所述半导体开关不导通之后经过与来自所述交流电源的交流电压的半周期相等或比所述半周期长的时间后，断开所述第二机械接触开关的所述接触部。

5.如权利要求1所述的混合继电器，其中，在闭合所述第一机械接触开关的所述接触部的情况下：在闭合所述第二机械接触开关的所述接触部之后使所述半导体开关导通；当所述第二机械接触开关和所述半导体开关分别导通时，所述第一机械接触开关的所述接触部闭合；并且基本上同时使所述半导体开关不导通和使所述第二机械接触开关的所述接触部断开，以及

在断开所述第一机械接触开关的所述接触部的情况下：基本上同时使所述半导体开关导通和使所述第二机械接触开关的所述接触部闭合；当所述第二机械接触开关和所述半导体开关分别导通时，所述第一机械接触开关的所述接触部断开；并且然后在使所述半导体开关不导通之后，所述第二机械接触开关的所述接触部断开。

6.如权利要求1至5中的任一项所述的混合继电器，其中，所述第二机械接触开关为一般激励型机械接触开关，其中当所述第二机械接触开关的所述接触部正在闭合时，电流恒定地供应给所述第二驱动单元，

所述半导体开关包括光电耦合器，所述光电耦合器具有用以生成光信号的发光元件，且基于所述发光元件的所述光信号来控制所述光电耦合器为导通或不导通，以及

所述第二驱动单元和所述发光元件串联连接，并且当同时使所述第二机械接触开关和所述半导体开关导通时，通过公共电流驱动所述第二驱动单元和所述发光元件。

7.如权利要求6所述的混合继电器，其中，当所述第二机械接触开关和所述半导体开关基本上同时从不导通状态切换至导通状态时，第一电流供应至所述发光元件和所述第二驱动单元；以及当使所述第二机械接触开关和所述半导体开关在所述第二机械接触开关导通的状态下导通时，将幅度比所述第一电流的幅度小的第二电流供应至所述发光元件和所述第二驱动单元。

8.如权利要求6所述的混合继电器，其中，当所述第二机械接触开关的所述接触部变为闭合时，第一电流供应至所述第二驱动单元，且在所述第二机械接触开关的所述接触部闭合之后，将幅度比所述第一电流的幅度小的第二电流供应至所述第二驱动单元。

9.如权利要求1至4中的任一项所述的混合继电器，其中，所述第二机械接触开关为闩锁型机械接触开关，并且仅在切换所述第二机械接触开关的所述接触部的断开和闭合时，电流供应至所述第二驱动单元。

10.如权利要求1至5中的任一项所述的混合继电器，其中，所述第二机械接触开关的接触压力小于所述第一机械接触开关的接触压力，且所述第二机械接触开关中的触头之间的距离小于所述第一机械接触开关的触头之间的距离。

11.如权利要求1至5中的任一项所述的混合继电器，其中，所述第一机械接触开关的所述接触部包括触头以及磁路，其中，当连接所述触头以流动短路电流时，在所述第一机械接触开关的所述触头闭合的方向上形成相吸的磁力。

12.如权利要求1至5中的任一项所述的混合继电器，其中，所述第一机械接触开关还设置有与所述第一机械接触开关的所述接触部协同地操作的辅助触头，并且基于所述辅助触头的断开和闭合来检测所述第一机械接触开关的所述接触部的导通或不导通。

13.一种控制终端装置，包括多个如权利要求1至5中的任一项所述的混合继电器，并且在同时切换所述混合继电器的所述第一机械接触开关的所述触头的断开和闭合时，对每预定数量的混合继电器，执行所述第一机械接触开关的所述接触部的断开和闭合。

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