CN104242883B - 一种受控型固体继电器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种固体继电器，特别是涉及一种受控型的固体继电器,包括常开继电器、常闭继电器、温度保险丝、加热电阻和电源接线端；本发明的受控型的固体继电器在内部常开固体继电器发生直通失效后的很短的时间内实现主动切断电气主回路的功能。本发明可以确保继电器在失效后处于断开状态，从而可以消除由于继电器失效直通时所产生的一些安全性方面的不良影响。
Description
技术领域
本发明涉及一种固体继电器，特别是涉及一种受控型的固体继电器。
背景技术
常规固体继电器是一种被动元件，它在应用过程中最常见的失效现象是负载输出端功率半导体器件被击穿而导致直通，而这种失效现象在某些应用场合是用户所不希望或不允许的。例如电热水器中固体继电器直通失效会出现干烧或热水过温，容易危及人生安全；电烤箱中固体继电器直通失效容易引发火灾危险。
发明内容
针对上述现有技术，本发明的解决的技术问题是提供一种受控型固体继电器，使得常开固体继电器在发生直通失效后的很短的时间内实现主动切断电气主回路的功能。本发明可以确保继电器在失效后处于断开状态，从而可以消除由于继电器直通所产生的一些安全性方面的不良影响。
为解决上述问题，本发明的受控型固体继电器，包括：常开继电器、常闭继电器、温度保险丝和电热元件。
所述的常开继电器的第一输入端与所述的常闭继电器的第一输入端相连作为受控型固体继电器的第一输入端；所述的常开继电器的第二输入端与所述的常闭继电器的第二输入端相连作为受控型固体继电器的第二输入端；所述的常开继电器的第一输出端作为受控型固体继电器的第一输出端；所述的常开继电器的第二输出端串联温度保险丝后作为受控型固体继电器的第二输出端；所述的受控型固体继电器的第一输出端和受控型固体继电器的第二输出端作为一开关两端用于与外接负载回路串联，构成开关可控回路；所述的常闭继电器的第一输出端与所述的常开继电器的第二输出端相连；所述的常闭继电器的第二输出端串联电热元件后与一电源接线端相连；所述的电源接线端和所述的常开继电器的第一输出端连接一电源的两供电端，由电源为电热元件供电，构成电-热产生回路；
所述的温度保险丝与电热元件的装配位置被配置为，当使电热元件加热时能使温度保险丝产生熔断。所述的温度保险丝也叫做温度熔断器，是温度感应回路切断装置。
优选的，所述的电源为电气主回路的负载电源；
作为本发明的进一步改进，所述的温度保险丝与电热元件封装成为一四端口的受控型熔断器器件；所述的温度保险丝串联在所述的受控型熔断器器件的第一端口与受控型熔断器器件的第二端口之间；所述的电热元件串联在所述的受控型熔断器器件的第三端口与受控型熔断器器件的第四端口之间。
作为本发明的进一步改进，所述的电热元件为加热电阻。
作为本发明的进一步改进，所述的常闭继电器包括输入开关电路、光耦器件、电阻R4、电阻R5、电阻R6、单向可控硅Q3、整流电路和输出开关电路；
所述的输入开关电路的第一输入端和输入开关电路的第二输入端分别作为常闭继电器的第一输入端和常闭继电器的第二输入端；
所述的光耦器件的第一端与所述的输入开关电路的第一输出端相连，所述的光耦器件的第二端与输入开关电路的第二输出端相连，所述的光耦器件的第三端与单向可控硅Q3的门极相连，所述的光耦器件的第四端分别与单向可控硅Q3的阴极和整流电路相连；
所述的电阻R4并联在单向可控硅Q3的门极与阳极之间；
所述的输出开关电路的第一输入端串联电阻R5后经过整流电路与单向可控硅Q3的阳极相连，所述的输出开关电路的第二输入端串联电阻R6后经过整流电路与单向可控硅Q3的阴极相连；所述的输出开关电路的第一输出端和输出开关电路的第二输出端分别作为常闭继电器的第一输出端和常闭继电器的第二输出端。
更进一步，所述的输出开关电路由单向可控硅Q4和单向可控硅Q5反向并联构成；所述的单向可控硅Q4的阴极与单向可控硅Q5的阳极的一个并联节点作为输出开关电路的第一输入端及输出开关电路的第一输出端；所述的单向可控硅Q4的阳极与单向可控硅Q5的阴极的另一个并联节点作为输出开关电路的第二输入端及输出开关电路的第二输出端；所述的单向可控硅Q4的门极连接在电阻R5与整流电路之间；所述的单向可控硅Q5的门极连接在电阻R6与整流电路之间。
作为本发明的进一步改进，所述的输出开关电路由双向可控硅构成；所述的双向可控硅的一个传输端作为输出开关电路的第一输入端及输出开关电路的第一输出端，所述的双向可控硅的另一个传输端作为输出开关电路的第二输入端及输出开关电路的第二输出端；所述的双向可控硅的门极连接在电阻R5与整流电路之间或者连接在电阻R6与整流电路之间。
作为本发明的进一步改进，所述的输入开关电路由二极管D1、晶体管Q1、晶体管Q2、电阻R1、电阻R2和电阻R3构成；所述的二极管D1的阳极和晶体管Q1的发射极分别作为输入开关电路的第一输入端和第二输入端；所述的二极管D1的阴极串联电阻R2后与晶体管Q1的集电极相连；所述的晶体管Q1基极串联电阻R3后与晶体管Q1的发射极相连；所述的晶体管Q2的基极连接在电阻R2与晶体管Q1的集电极之间，所述的晶体管Q2的发射极与晶体管Q1的基极相连；所述的二极管D1的阴极与电阻R2的连接节点连接电阻R1后作为输入开关电路的第一输出端，所述的晶体管Q2的集电极作为输入开关电路的第二输出端。
更进一步，所述的常闭继电器增加一个阻容吸收回路；所述的阻容吸收回路与输出开关电路并联；所述的阻容吸收回路由一个电阻和一个电容串联构成。
附图说明
图1是本发明的一个优选实施例的电路图。
图2是本发明的常闭继电器的第一种优选实施例的电路图。
图3是本发明的常闭继电器的第二种优选实施例的电路图。
具体实施方式
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
作为本发明的受控型固体继电器的一个优选实施例的电路图如图1所示，包括常开继电器10、常闭继电器20、温度保险丝301和电热元件302。
所述的常开继电器10的第一输入端与所述的常闭继电器20的第一输入端相连作为受控型固体继电器的第一输入端；所述的常开继电器10的第二输入端与所述的常闭继电器20的第二输入端相连作为受控型固体继电器的第二输入端；所述的常开继电器10的第一输出端作为受控型固体继电器的第一输出端OUTPUT1；所述的常开继电器10的第二输出端串联温度保险丝301后作为受控型固体继电器的第二输出端OUTPUT2；所述的受控型固体继电器的第一输出端OUTPUT1和受控型固体继电器的第二输出端OUTPUT2作为一开关两端用于与外接负载回路串联，构成开关可控回路；所述的常闭继电器20的第一输出端与所述的常开继电器10的第二输出端相连；所述的常闭继电器20的第二输出端串联电热元件302后与一电源接线端N相连；所述的电源接线端N和所述的常开继电器10的第一输出端连接一电源的两供电端，由电源为电热元件302供电，构成电-热产生回路；
所述的温度保险丝301与电热元件302的装配位置被配置为，当使电热元件302加热时能使温度保险丝301产生熔断。
本发明的受控型固体继电器中的常开继电器10和常闭继电器20可以采用现有技术的多种电路形式实现；本发明所述的温度保险丝也叫做温度熔断器，是温度感应回路切断装置；本发明所述的常开继电器10为输入端加入导通控制信号输出端即导通，输入端加入断开控制信号输出端即断开的继电器装置；本发明所述的常闭继电器20为输入端加入导通控制信号输出端即断开，输入端加入断开控制信号输出端即导通的继电器装置。
当受控型固体继电器正常工作时，受控型固体继电器的第一输入端和第二输入端加入导通控制信号，常开继电器10导通，常闭继电器20断开；外接负载回路串联在受控型固体继电器的第一输出端OUTPUT1与受控型固体继电器的第二输出端OUTPUT2之间；外接负载通过受控型固体继电器的第一输出端OUTPUT1由常开继电器10通过温度保险丝301至受控型固体继电器的第二输出端OUTPUT2的电路导通；
当常开继电器10的电路模块发生直通失效时，受控型固体继电器的第一输入端和第二输入端加入断开控制信号，所述的常闭继电器20闭合；由于所述的常开继电器10失效直通，受控型固体继的第一输出端OUTPUT1依次经过所述的常开继电器10，常闭继电器20，电热元件302至电源接线端N的电路导通；所述的电热元件302由外接负载提供的电源进行供电加热，通加热将温度保险丝301熔断，则受控型固体继电器的第一输出端OUTPUT1经由常开继电器10通过加热保险丝301至受控型固体继电器的第二输出端OUTPUT2的电路连接断开，则连接在受控型固体继电器的第一输出端OUTPUT1与受控型固体继电器的第二输出端OUTPUT2之间的外接负载断开连接。
本发明的受控型固体继电器通过温度保险丝301和电热元件302来对整个电路系统进行保护，在极端情况下常开继电器10失效直通时，受控型固体输入断开控制信号，所述的电源接线端N通过外接负载的电源对电热元件302进行供电加热使所述的温度保险丝301熔断从而断开外接负载的连接，避免常开继电器10的失效直通时使外接负载的连接不受控制对人和设备造成安全性的危害。同时所述的电热元件302的能量是由外接负载的电源提供的，因此不会增加整个受控型固体继电器的驱动端的功耗。
虽然本发明的受控型固体继电器中的常开继电器10和常闭继电器20可以采用现有技术的多种电路形式实现。下面例举常闭继电器20的几个优选实现方式。
如图2为本发明的受控型固体继电器中的常闭继电器的第一种优选实施例的电路图，包括输入开关电路101、光耦器件102、电阻R4、电阻R5、电阻R6、单向可控硅Q3、整流电路103、输出开关电路104和阻容吸收回路105；
所述的输入开关电路101的第一输入端和输入开关电路101的第二输入端分别作为常闭继电器20的第一输入端和常闭继电器20的第二输入端；
所述的输入开关电路101由二极管D1、晶体管Q1、晶体管Q2、电阻R1、电阻R2和电阻R3构成；所述的二极管D1的阳极和晶体管Q1的发射极分别作为输入开关电路101的第一输入端和第二输入端；所述的二极管D1的阴极串联电阻R2后与晶体管Q1的集电极相连；
所述的晶体管Q1基极串联电阻R3后与晶体管Q1的发射极相连；所述的晶体管Q2的基极连接在电阻R2与晶体管Q1的集电极之间，所述的晶体管Q2的发射极与晶体管Q1的基极相连；所述的二极管D1的阴极与电阻R2的连接节点连接电阻R1后作为输入开关电路101的第一输出端，所述的晶体管Q2的集电极作为输入开关电路101的第二输出端；
所述的光耦器件102的第一端与所述的输入开关电路101的第一输出端相连，所述的光耦器件102的第二端与输入开关电路101的第二输出端相连，所述的光耦器件102的第三端与单向可控硅Q3的门极相连，所述的光耦器件102的第四端分别与单向可控硅Q3的阴极和整流103电路相连；
所述的电阻R4为一阻值较大的电阻；所述的电阻R4并联在单向可控硅Q3的门极与阳极之间；
所述的输出开关电路104的第一输出端和输出开关电路104的第二输出端分别作为常闭继电器20的第一输出端和常闭继电器20的第二输出端；
所述的输出开关电路104由单向可控硅Q4和单向可控硅Q5反向并联构成；所述的单向可控硅Q4的阴极与单向可控硅Q5的阳极的一个并联节点作为输出开关电路104的第一输入端及输出开关电路的第一输出端；所述的单向可控硅Q4的阳极与单向可控硅Q5的阴极的并联的另一个节点作为输出开关电路104的第二输入端及输出开关电路的第二输出端；所述的单向可控硅Q4的门极连接在电阻R5与整流电路103之间；所述的单向可控硅Q5的门极连接在电阻R6与整流电路103之间；所述的输出开关电路104的第一输出端串联电阻R5后经过整流电路103与单向可控硅Q3的阳极相连，所述的输出开关电路104的第二输出端串联电阻R6后经过整流电路103与单向可控硅Q3的阴极相连；
所述的阻容吸收回路105与输出开关电路104并联；所述的阻容吸收回路105由电阻R7和电容C1串联构成。
当输入开关电路101的第一输入端和第二输入端加入导通控制信号且输出开关电路104的第一输出端和第二输出端加入导通控制信号时，光耦器件102导通；则所述的单向可控硅Q3的门极与阴极短路，单向可控硅Q3断开，由于所述的电阻R4的阻值较大，从输出开关电路104的输出端经过电阻R4通过整流电路103至单向可控硅Q4的门极与单向可控硅Q5的门极的电流较小不足以使单向可控硅Q4和单向可控硅Q5导通，因此所述的输出开关电路104断开。
当输入开关电路101的第一输入端和第二输入端加入断开控制信号且输出开关电路104的第一输出端和第二输出端加入导通控制信号时，光耦器件102断开；当输出开关电路104的第一输出端处于交流正半周信号时，交流正半周信号由电阻R5通过整流电路103给单向可控硅D3的阳极加入正向电压，同时交流正半周信号由电阻R5通过整流电路103后通过电阻R4触发单向可控硅Q3的门极使单向可控硅Q3导通；单向可控硅Q3导通后，输出开关电路104的第一输出端的交流正半周信号由单向可控硅Q3经过整流电路103触发单向可控硅Q5的门极，使输出开关电路104的第一输出端的交流正半周信号经由单向可控硅Q5的阳极由单向可控硅Q5的阴极至输出开关电路104的第二输出端的电路导通。当输出开关电路104的第二输出端处于交流负半周信号时，交流负半周信号由电阻R6通过整流电路103给单向可控硅Q3的阳极加入正向电压，同时交流负半周信号由电阻R6通过整流电路103后通过电阻R4触发单向可控硅Q3的门极使单向可控硅Q3导通；单向可控硅Q3导通后，输出开关电路104的第二输出端的交流负半周信号由单向可控硅Q3经过整流电路103触发单向可控硅Q4的门极，使输出开关电路104的第二输出端的交流负半周信号经由单向可控硅Q4的阳极由单向可控硅Q4的阴极至输出开关电路104的第一输出端的电路导通，实现常闭功能。
如图3为本发明的受控型固体继电器中的常闭继电器的第二种优选实施例的电路图，实施例1的输出开关电路104由双向可控硅Q6构成；所述的双向可控硅Q6的一个传输端作为输出开关电路104的第一输入端及第一输出端，所述的双向可控硅Q6的另一个传输端作为输出开关电路104的第二输入端及第二输出端；所述的双向可控硅Q6的门极连接在电阻R5与整流电路103之间。
当输出开关电路104的第一输出端或者第二输出端处于交流正半周信号时，交流正半周信号通过电阻R5或电阻R6经由整流电路103使单向可控硅Q3的阳极处于正向电压，同时交流正半周信号由电阻R5或R6通过整流电路103后通过电阻R4触发单向可控硅Q3的门极使单向可控硅Q3导通；单向可控硅Q3导通后交流正半周信号经由整流电路103触发双向可控硅Q6的门极使输出开关电路104的第一输出端经过双向可控硅Q6至输出开关电路104的第二输出端的电路导通。
以上列举的2个常闭继电器的实施例的电路形态除上述实施例中的结构外可以有其它形式的设计方法，如输入开关电路采用整流电路形式、增加指示电路等；所述的常闭继电器还可以采用其他的电路形式达到常闭的效果，如输出开关电路采用耗尽型MOS管，利用其特性实现利用耗尽型MOS管的固有转移特性来实现常闭功能。
本发明所述的温度保险丝与电热元件封装成为一受控型熔断器器件如专利CN202210498 U的一种受控熔断电流保险器中所述的封装元件；所述的电热元件可以采用加热电阻、加热丝等通电能够加热使温度保险丝熔断的元器件。所述的温度保险丝可以采用具有温度感应回路切断的装置。
本发明的常开继电器可以采用现有技术的常开继电器,如专利号为CN 103095262A的固态继电器和负载驱动电路，采用光接收元件、缓冲电路、双向可控硅等器件构成。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种受控型固体继电器，包括：常开继电器、常闭继电器、温度保险丝和电热元件；
所述的常开继电器的第一输入端与所述的常闭继电器的第一输入端相连作为受控型固体继电器的第一输入端；所述的常开继电器的第二输入端与所述的常闭继电器的第二输入端相连作为受控型固体继电器的第二输入端；所述的常开继电器的第一输出端作为受控型固体继电器的第一输出端；所述的常开继电器的第二输出端串联温度保险丝后作为受控型固体继电器的第二输出端；所述的受控型固体继电器的第一输出端和受控型固体继电器的第二输出端作为一开关两端用于与外接负载回路串联，构成开关可控回路；所述的常闭继电器的第一输出端与所述的常开继电器的第二输出端相连；所述的常闭继电器的第二输出端串联电热元件后与一电源接线端相连；所述的电源接线端和所述的常开继电器的第一输出端连接一电源的两供电端，由电源为电热元件供电，构成电-热产生回路；
所述的温度保险丝与电热元件的装配位置被配置为，当使电热元件加热时能使温度保险丝产生熔断。
2.根据权利要求1所述的受控型固体继电器，其特征在于：所述的温度保险丝与电热元件封装成为一四端口的受控型熔断器器件；所述的温度保险丝串联在所述的受控型熔断器器件的第一端口与受控型熔断器器件的第二端口之间；所述的电热元件串联在所述的受控型熔断器器件的第三端口与受控型熔断器器件的第四端口之间。
3.根据权利要求1或2所述的受控型固体继电器，其特征在于：所述的电热元件为加热电阻。
4.根据权利要求1所述的受控型固体继电器，其特征在于：所述的常闭继电器包括输入开关电路、光耦器件、电阻R4、电阻R5、电阻R6、单向可控硅Q3、整流电路和输出开关电路；
所述的输入开关电路的第一输入端和输入开关电路的第二输入端分别作为常闭继电器的第一输入端和常闭继电器的第二输入端；
所述的光耦器件的第一端与所述的输入开关电路的第一输出端相连，所述的光耦器件的第二端与输入开关电路的第二输出端相连，所述的光耦器件的第三端与单向可控硅Q3的门极相连，所述的光耦器件的第四端分别与单向可控硅Q3的阴极和整流电路相连；
所述的电阻R4并联在单向可控硅Q3的门极与阳极之间；
所述的输出开关电路的第一输入端串联电阻R5后经过整流电路与单向可控硅Q3的阳极相连，所述的输出开关电路的第二输入端串联电阻R6后经过整流电路与单向可控硅Q3的阴极相连；所述的输出开关电路的第一输出端和输出开关电路的第二输出端分别作为常闭继电器的第一输出端和常闭继电器的第二输出端。
5.根据权利要求4所述的受控型固体继电器，其特征在于：所述的输出开关电路由单向可控硅Q4和单向可控硅Q5反向并联构成；所述的单向可控硅Q4的阴极与单向可控硅Q5的阳极的一个并联节点作为输出开关电路的第一输入端及输出开关电路的第一输出端；所述的单向可控硅Q4的阳极与单向可控硅Q5的阴极的另一个并联节点作为输出开关电路的第二输入端及输出开关电路的第二输出端；所述的单向可控硅Q4的门极连接在电阻R5与整流电路之间；所述的单向可控硅Q5的门极连接在电阻R6与整流电路之间。
6.根据权利要求4所述的受控型固体继电器，其特征在于：所述的输出开关电路由双向可控硅构成；所述的双向可控硅的一个传输端作为输出开关电路的第一输入端及输出开关电路的第一输出端，所述的双向可控硅的另一个传输端作为输出开关电路的第二输入端及输出开关电路的第二输出端；所述的双向可控硅的门极连接在电阻R5与整流电路之间或者连接在电阻R6与整流电路之间。
7.根据权利要求4所述的受控型固体继电器，其特征在于：所述的输入开关电路由二极管D1、晶体管Q1、晶体管Q2、电阻R1、电阻R2和电阻R3构成；所述的二极管D1的阳极和晶体管Q1的发射极分别作为输入开关电路的第一输入端和第二输入端；所述的二极管D1的阴极串联电阻R2后与晶体管Q1的集电极相连；所述的晶体管Q1基极串联电阻R3后与晶体管Q1的发射极相连；所述的晶体管Q2的基极连接在电阻R2与晶体管Q1的集电极之间，所述的晶体管Q2的发射极与晶体管Q1的基极相连；所述的二极管D1的阴极与电阻R2的连接节点连接电阻R1后作为输入开关电路的第一输出端，所述的晶体管Q2的集电极作为输入开关电路的第二输出端。
8.根据权利要求4所述的受控型固体继电器，其特征在于：所述的常闭继电器增加一个阻容吸收回路；所述的阻容吸收回路与输出开关电路并联；所述的阻容吸收回路由一个电阻和一个电容串联构成。
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- 2014-10-10 CN CN201410529590.7A patent/CN104242883B/zh active Active
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