CN102377415A

CN102377415A - 一种无电火花的电子继电器

Info

Publication number: CN102377415A
Application number: CN2011103213754A
Authority: CN
Inventors: 不公告发明人
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-10-21
Filing date: 2011-10-21
Publication date: 2012-03-14

Abstract

本申请公开一种无电火花的电子继电器，其通过将高速电子开关与常规继电器接点并联，通过同时驱动高速电子开关和常规继电器接通来减少常规继电器的接通延时并消除常规继电器的接通时产生的电火花；通过驱动高速电子开关在常规继电器断开后再延时断开来消除常规继电器断开时产生的电火花，其器件的整体断开延时与常规继电器相当。在需要进行隔离控制的时候，使用隔离电源供电和信号隔离来满足电压隔离的要求本申请中的方案能够有效地消除了常规继电器接点在接通和断开时的电火花，同时接通速度也提高到与高速电子开关一致，断开延时基本保持与常规继电器持平。整个电路可以安装进常规继电器内部。

Description

一种无电火花的电子继电器

技术领域

本申请涉及一种电子领域内的电子继电器，其工作期间没有电火花产生，接通速度与高速电子开关一致。

背景技术

现代计算机的鼻祖使用了大量的继电器。现在继电器的应用面极广，在一些高压、大电流工作的场合，继电器的成本优势基本上是昂贵的高速电子开关不可替代的，例如汽车里面就使用很多继电器去控制各种信号灯和马达。可是常规继电器存在着动作响应延时的问题，其响应延时根据设计的不同在10^-2-10^-4s之间。同时常规继电器的开关在接通和断开电路的时候会产生火花，特别是高压、大电流的场合尤其如此。接通和断开电路时电火花的存在是降低开关触电寿命、导致继电器过早失效的主要因素。常规继电器虽然通态电阻小、耐压高，但是其接通和断开时容易产生电火花，接通和断开的响应速度也不及电子开关，因此用在对响应速度要求不高的场合。

而高速电子开关在工作时不会产生电火花，并且响应延时可以控制在10^-4-10^-8s，但是同等工作电压和大工作电流情况下的高速电子开关的成本非常高，这也导致一些IGBT之类的高速电子开关只是在成本不敏感的高电压、大电流场合应用，不能大规模应用。高电压和大工作电流情况下，高速电子开关的通态电阻是造成开关热失效的重要因素，而低通态电阻的电子开关的成本是非常高昂的，常常导致电子开关的成本占到整个系统成本的十分之一以上。

本申请提出一种无火花的电子继电器，该器件结合高速电子开关和常规继电器的优点，将高速电子开关和常规继电器并联使用，在接通的时候由高速电子开关优先导通，断开的时候高速电子开关在常规继电器断开后再断开，消除常规继电器接通和断开时产生的电火花。

发明内容

用高速电子开关和常规继电器并联构成了本申请的无电火花电子继电器，通过附加控制电路对高速电子开关相关电路供电，必要的时候对控制信号和附加控制电路的电源进行隔离供电。通过控制高速电子开关和常规继电器驱动在接到导通信号的时候同时导通，高速电子开关可以迅速接通电路，缩短电子继电器器件接通响应时间。在很短的时间内常规继电器也导通，因此高速电子开关实际上导通并让电流流过时间较短，因此高速电子开关可以承受较大的过电流而选择一些低成本的高速电子开关器件，只要瞬时工作条件满足继电器接通响应时间内能够正常长期工作的要求即可。由于常规继电器接点导通的时候，高速电子开关已经把电路先接通，此时其常规继电器接点间的电压很低(与所选择的高速电子开关的通态电阻和此时通过高速电子开关的电流有关)，导致常规继电器接通的时候不会产生电火花。

在接收到断开信号前，高速电子开关与常规继电器同时保持接通状态。在接受到断开信号的时候，优先驱动常规继电器断开，高速电子开关在常规继电器完全断开后延时很短的一段时间再断开，可以消除常规继电器断开时产生的电火花。

常见的各种场效应管符合高速电子开关的特性，但是在大电流的情况下就要使用特殊的场效应管了，如果对耐压和电流有特殊要求，还需要选择其他满足特性的器件如三极管、IGBT等。这不代表本专利申请就限定了必须使用场效应管或者三极管、IGBT，只要能够作为高速开关的电子器件均可以被本申请的方案采用。

如果继电器的应用场景中继电器接点有一端连接到电源的一极的时候，可以不需要隔离变压器。

如果继电器的应用场景中接点任何一端都不连接电源的正极和负极，或者是应用场景是用一种电源供电系统(通常为低压)的信号去控制另外一个电源供电系统(通常为高压或者交流电路)里的接点通断的情况下，高速电子开关及其驱动电路需要对外接电源进行隔离，同时对信号也需要隔离。本申请通过将外接电源进行隔离后为高速电子开关的附加控制电路供电，隔离的方式可以用震荡脉冲变压器变压隔离的方式。由于继电器自身有一定的体积，高速电子开关及其控制电路的耗电极其微小，因此这种隔离变压器可以选用微型器件，整个驱动和附加控制电路都可以集成到常规继电器内部。信号隔离可以使用光电隔离器隔离。

也就是说本电子继电器的特征用高速电子开关与常规继电器的接点并联，通过附加控制电路控制高速电子开关和继电器的接通和断开。在接通时，高速电子开关先于常规继电器接通；在断开时，高速电子开关后于常规继电器断开。在需要进行隔离的应用场合里，可以对高速电子开关的控制电路实现隔离的供电，以及对电子继电器输入驱动信号进行隔离后驱动高速电子开关。

附图说明

图1是继电器接点一端接通电源时的无火花电子继电器的原理图，省却了隔离变压器。

图2是继电器任何接点都不与电源直接连接时的无火花电子继电器的原理图。

图3是驱动脉冲、电子开关、机械开关的时序逻辑图的并列显示。

具体实施方式

如图1所示为本申请的无电火花的电子继电器，外接电源给所有需要电能的器件供电。驱动信号一路驱动常规继电器的驱动电路，使得常规继电器发送接通和断开动作，通过机械耦合使得常规继电器的机械触电开关接通或者断开其所连接的电路。另一路驱动信号经过延时控制电路来控制高速电子开关驱动，使得高速电子开关也发生接通和断开动作。延时控制对信号的上升沿信号不延时，对其下降沿信号产生一个延时，使得延时期间内常规继电器的机械触点能够有足够的时间断开，然后延时终止后高速电子开关也迅速断开。由于高速电子开关的接通和断开的延时非常快，使得整个器件在接通接点的时候高速电子开关先接通，尔后常规继电器也迅速接通；在常规继电器接点断开后，高速电子开关也迅速断开。

如图2所示，本申请的另外一种无电火花的电子继电器，其电源供应供给继电器驱动和信号隔离器，同时经过自激式交流振荡和变压器进行能量变换和电压隔离后，为内部的高速电子开关及其相关控制电路供电。驱动信号一路输入给常规继电器驱动，一路经过信号隔离后给延时控制电路。信号隔离可以用常规开关电源中常见的光电式隔离器，但是不限于使用光电式隔离器。除了电压隔离和信号隔离，整个器件的工作过程和图1的完全一致。使用隔离的电源和信号的好处是，可以实现低电压控制高电压或者交流电压，这是常规继电器的常规任务。当控制高电压或者交流电压的时候，需要注意隔离变压器和信号隔离装置本身的耐压和电压隔离度是否满足整个系统的电压隔离的要求。

如图3所示为器件工作期间的各种时序逻辑。整个电子继电器的输入时序为①所示，高速电子开关的工作时序如②所示，其信号上升沿与①的上升沿有一个延时ΔT_ec，为高速电子开关的工作延时；其下降沿与①的下降沿有一个延时ΔT_eo。器件中的常规常规继电器的工作时序如③所示，其信号上升沿与①的上升沿有一个延时ΔT_jc，其下降沿与①的下降沿有一个延时ΔT_jo。显然ΔT_jc远大于ΔT_ec，只要保证高速电子开关在T_jc内安全地过流工作即可；而ΔT_eo略大于ΔT_jo，只要保证高速电子开关在ΔT_eo-ΔT_jo内安全地过流工作即可。②为整个器件的实际工作时序。

本申请的有益后果是，通过在电子继电器接点引入高速电子开关后，有效地消除了常规继电器接点在接通和断开时的电火花，同时接通速度也提高到与高速电子开关一致，断开延时基本保持与常规继电器持平。由于高速电子开关的控制电路的耗电极小，可以将整个器件的电路安装进常规继电器里面，构成本专利的新型的无电火花的电子继电器。

Claims

1.一种无电火花的电子继电器，其特征在于，用高速电子开关与常规继电器的接点并联，通过附加控制电路控制高速电子开关和常规继电器的接通和断开。

2.如权利要求1所述的一种无电火花的电子继电器，其特征在于，在接通时，高速电子开关先于常规继电器接通；在断开时，高速电子开关后于常规继电器断开。

3.如权利要求1所述的一种无电火花的电子继电器，其特征在于，在需要进行隔离的应用场合里，可以对高速电子开关的控制电路实现隔离的供电，以及对电子继电器输入驱动信号进行隔离后驱动高速电子开关。