CN1107999A - 使用单触发点火脉冲的混合开关 - Google Patents

Abstract

一种使用单触发脉冲点火的混合开关，其中各主 电路单元的半导体开关元件与电磁接触器主触头并 联。控制部分的输入电压检测电路检测加于电磁接 触器的电磁线圈上的工作输入电压信号。电磁接触 器开、合时，单触发脉冲发生单元根据输入电压检测 电路的输出和指示电磁接触器的常闭副触头开合状 态的信号输出单触发脉冲。半导体开关元件由点火 电路根据该单触发脉冲仅仅短时导通，从而接通和切 断负载电流。

Description

本发明涉及由半导体开关元件与用来开关电动机之类负载的电磁接触器的主触头并联而成的混合开关，在启动或切断电磁接触器时，它可短时操纵半导体开关元件。

这类混合开关在启动或切断电磁接触器时使用半导体开关元件接通或切断通电电流，从而确保电磁接触器的机械式主触头的触点之间不产生电弧。

图14为本申请人所提出的专利申请（日本未经审查的专利申请Hei.4-354374）中的现有混合开关装置的电路图。

在图14中，标记51表示交流电源;52表示通过电磁开关53的主触头53a接至交流电源51的负载;53表示包括主触头53a和常闭副触头53b的电磁接触器;54表示与电磁接触器53的主触头53a并联的三端双向可控硅开关元件;55表示与电磁接触器53的常闭副触头53b串联的控制极触发电阻，它与常闭副触头53b的连接点接至三端双向可控硅开关元件54的控制极G。

在图14所示混合开关中，当电磁接触器53处于切断状态时，由于常闭副触头53b是合上的，控制极和负极之间的电路被短接，因此三端双向可控硅开关元件保持断开。一旦把运行输入电压信号加到电磁接触器53上，电磁接触器53便开始动作，未画出的可动铁芯开始移向固定铁芯，常闭副触头53b在主触头53a合上前打开，从而把点火信号通过控制极G触发电阻55加到三端双向可控硅开关元件54的控制极G上而接通三端双向可控硅开关元件54。三端双向可控硅开关元件54导通后，如果电磁开关53的主触头53a合上，流过三端双向可控硅开关元件54的大部分负载电流就通过主触头53a流至负载52。然后，当不再有加到电磁接触器53上的运行输入电压信号时，主触头53a打开。此时，由于点火信号通过控制极触发电阻55加到三端双向可控硅开关元件54的控制极G上，因此三端双向可控硅开关元件54处于导通状态，流过主触头53a的负载电流就流经三端双向可控硅开关元件54。当常闭副触头53b在电磁接触器53的主触头53a打开后合上时，三端双向可控硅开关元件54的控制极和负极之间的电路短接，加到控制极G上的点火信号被中止，因此当来自交流电源51的负载电流通过零点时，三端双向可控硅开关元件54被关断。这样，当电磁接触器53起动和切断时，三端双向可控硅开关元件就短时运行一次，从而避免了因主触头53a的开合所引起的电弧。由于三端双向可控硅开关元件54短时运行一次足以让负载电流流过，因此使用了短时导电的小容量元件作为三端双向可控硅开关元件54。

对于图14所示现有装置，由于常闭副触头53b在电磁接触器53合上时是打开的，负载电流尽管很小，也流过三端双向可控硅开关元件54的控制极G。因此，如果电磁接触器53的主触头53a接触不良，负载电流就会加到控制极G上而导通三端双向可控硅开关元件54，使所有负载电流流过三端双向可控硅开关元件54。由于如上所述，三端双向可控硅开关元件54所使用的是短时导电的小容量元件，倘若负载电流由于主触头53a接触不良而不断流过该小容量可控硅开关元件，就有不断产生热量最终被烧坏的危险。为防止三端双向可控硅开关元件被这样烧坏，可以使用大容量元件作为三端双向可控硅开关元件54。但在此种情况下，倘若负载电流不断流过三端双向可控硅开关元件，就必须提供冷却器件来散热。大号三端双向可控硅开关元件除了其本身价格昂贵外，由于还需冷却器件，致使混合开关有价格提高、体积增大的缺点。倘若除了主触头53a接触不良外，常闭副触头53b也接触不良，由于负载电流不断加到三端双向可控硅开关元件54的控制极G上，也会发生上述缺点。

此外，如以很高频率接通和断开负载52，混合开关、特别是三端双向可控硅开关元件54就频繁导通。因此，消耗在三端双向可控硅开关元件54上的电能就会增加，发热量就随之增大，带来小容量三端双向可控硅开关元件易于烧坏的缺点。

而且，对于电磁接触器来说，倘若运行输入电压信号的电压值为预定值或更高，那末固定铁芯和移动铁芯间具有足够大的吸力而实现完全吸合。另一方面，倘若运行输入电压信号的电压值低于预定值，所加的是低于指定电压值的运行输入电压信号时，固定铁芯和移动铁芯之间的吸力便不足，从而造成移动铁芯时吸时放的现象。因此，电磁接触器的主触头53a和常闭副触头53b也时而打开、时而合上，使三端双向可控硅开关元件频繁导通。此时小容量三端双向可控硅开关元件也有被烧坏之虞。

因此，本发明的一个目的是提供一种结构紧凑、价格便宜的混合开关，即使电磁接触器的主触头或常闭副触头发生接触不良，它也能防止半导体开关元件被烧坏，并且，可把小容量半导体元件用于以高频率通断的电磁接触器，从而克服了现有装置的上述缺点。

为实现上述目的，按照本发明的第一个方面，由半导体开关元件和电磁接触器主触头并联而成、在电磁接触器起动和切断时可使半导体开关元件短时工作的混合开关包括一控制部分，用来检测常闭副触头的信号的降低和运行输入电压信号的降低并在检测到降低的时刻输出单触发脉冲从而把点火脉冲加到半导体开关元件上。

按照本发明的第二个方面，由半导体开关元件和电磁接触器主触头并联而成、在电磁接触器启动和切断时可使半导体开关元件短时工作的混合开关包括：一控制部分，用来检测常闭副触头的信号的降低和运行输入电压信号的降低并在检测到降低的时刻输出单触发脉冲从而把点火脉冲加到半导体开关元件上;以及一电压监控电路，用来监控电磁接触器主触头的端间电压或负载一侧的相间电压，从而确定主触头的接触不良或半体开关元件的导通故障，其中，控制部份使用电压监控电路的输出阻止输出单触发脉冲或切断电磁接触器的工作线圈。

此外，按照本发明的第三个方面，由半导体开关元件与电磁接触器主触头并联而成、在电磁接触器启动和切断时可使半导体开关元件短时工作的混合开关包括：一控制部分，用来检测常闭副触头的信号的降低和运行输入电压信号的降低并在检测到降低的每一时刻输出单触发脉冲从而把点火脉冲加到半导体开关元件上，该控制部分包括一定时器，它以预定时限开始计时操作，从输出单触发脉冲起发出一输出，在完成预定时限的计时操作时停止该输出，而在该定时器发出该输出时禁止输出单触发脉冲。

而且，按照本发明的第四个方面，由半导体开关元件与电磁接触器主触头并联而成、在电磁开关启动和切断时可使半导体开关元 件短时工作的混合开关包括：一控制部分，用来检测常闭副触头的信号的降低和运行输入电压信号的降低并在检测到降低的每一时刻输出单触发脉冲从而把点火脉冲加到半导体开关元件上;以及一输入电压检测电路，当运行输入电压信号的电压等于或超过电磁接触器的工作电压或返回电压时发生一输出，其中，控制部分仅根据输入电压检测电路的该输出发出单触脉冲。

更进而，按照本发明的第五个方面，由半导体开关元件与电磁接触器主触头并联而成、在电磁接触器启动和切断时可使半导体开关元件短时工作的混合开关包括一控制部分，用来检测常闭副触头的信号的降低和运行输入电压信号的降低并在检测到降低的每一时刻输出单触发脉冲从而把点火脉冲加到半导体开关元件上，其中，该控制部分检测运行输入电压信号的上升、检测在该上升后常闭副触头的信号是否降低并当常闭副触头的信号不降低时禁止输出单触发脉冲。

按照本发明的第一个方面，检测常闭副触头的信号的降低和运行输入电压信号的降低并在检测到降低的每一时刻输出单触发脉冲从而把点火脉冲加到半导体开关元件上。因此，即使电磁接触器的常闭副触头或主触头发生接触不良，半导体开关元件也仅在由单触发脉冲规定的时段内通电，因此半导体开关元件不会烧坏。

按照本发明的第二个方面，除了第一方面的线路外，提供了电压监控电路，用来监控电磁接触器主触头的端间电压或负载一侧的相间电压，从而确定主触头的接触不良或半导体开关元件的导通故障，并用电压监控电路的输出禁止单触发脉冲输出到半导体元件上，或用电压监控电路的输出切断电磁接触器的工作线圈。即使在接通半导体开关元件后合上主触头并且主触头发生接触不良，也会因在输出单触发脉冲后检测到主触头两端间的电压或检测到负载一侧相间电压变为零而禁止输出单触发脉冲，这缩短了单触发脉冲的时间宽度并减小了半导体开关元件的通电时间，从而减小了半导体开关元件的发热。同样，倘若半导体开关元件出现导通故障，在输出单触发脉冲时因检测到主触头两端之间出现一电压，因此切断电磁接触器的工作线圈，从而使电磁接触器脱开。

按照本发明的第三个方面，除了第一方面的线路外，提供了一定时器，它以预定时限开始计时操作，以单触发脉冲输出发出一输出并在完成预定时限定的计时操作时停止该输出，而在该定时器发出该输出过程中禁止输出单触发脉冲。因此，即使对电磁接触器不断进行开关控制，但在定时器的时限内不输出单触发脉冲，从而减小了半导体开关元件的发热。

按照本发明的第四个方面，除了第一方面的线路外，提供了输入电压检测电路，在运行输入电压信号的电压等于或超过电磁接触器的工作电压或返回电压时发出一输出，而控制部分只按照输入电压检测电路的该输出才发出单触发脉冲。因此，当运行输入电压值低于预定值时，半导体开关元件不导通，从而半导体开关元件不会因反复导通而烧坏。

按照本发明的第五个方面，除了第一方面所述线路外，该控制部分还检测常闭副触头的信号在运行输入电压信号上升后是否降低。因此，倘若常闭副触头发生接触不良，它的信号就不会降低，从而测到它发生接触不良并禁止输出单触发脉冲。

图1为表示本发明一实施例的混合开关的结构的方框图;

图2为表示图1所示单触发脉冲发生单元的结构的线路图;

图3A到3C为用来说明图1所示混合开关的工作的各基本部分的波形图，其中，图3A为正常工作时各基本部分的波形图;图3B为常闭副触头接触不良时的各基本部分的波形图;图3C为主触头接触不良时的各基本部分的波形图;

图4为具有不同于图1所示的单触发脉冲发生单元的一实施例的线路图;

图5A和5B为说明图4所示实施例的工作的各基本部分的波形图，其中，图5A为正常工作时各基本部分的波形图;图5B为主触头接触不良时的各基本部分的波形图;

图6为说明一与图1所示实施例不同的实施例的单触发脉冲发生单元的线路图;

图7为说明图6实施例的工作的各基本部分的波形图;

图8为说明本发明另一实施例的混合开关的结构的方框图;

图9A～9C为说明图8实施例的工作的各基本部分的波形图;其中，图9A为正常工作时的各基本部分的波形图;图9B为主触头接触不良时各基本部分的波形图;图9C为主电路部分的可控硅整流器（开关元件）导通故障时各基本部分的波形图;

图10为说明本发明又一实施例的混合开关的结构的方框图;

图11为说明图10实施例的工作的各基本部分的波形图;

图12为说明本发明再一个实施例的混合开关的结构的方框图;

图13A和13B为说明图12实施例的工作的各基本部分的波形图，其中，图13A为正常工作时各基本部分的波形图;图13B为常闭副触头接触不良时各基本部分的波形图;

图14为现有混合开关的线路图。

下面参照附图说明本发明各实施例。

图1为本发明一实施例的混合开关的方框图。

图1中，标记1表示电磁接触器。该电磁接触器装有其一端连接至三相交流电源端R、S和T、其另一端连接至负载端U、V和W的主触头1a以及与主触头1a连锁的常闭副触头1b。标记10表示下面要说明的用来控制半导体开关元件的控制部分。运行输入电压信号加在控制部分10的运行输入端I₁和I₂上，它与电磁接触器1的电磁线圈（未画出）并接从而加到电磁线圈上。电磁接触器1的常闭副触头1b连接到控制部分10的副触头输入端I₃和I₄。该控制部分10的构成如下：与运行输入端I₁和I₂连接的整流/平滑电路11;输出电压检测电路12，在启动电磁接触器1时检测整流/平滑电路11的输出电压是否达到一规定的运行电压值或在电磁接触器1切断时检测返回电压，该输入电压检测电路12在整流/平滑电路11的输出电压达到该规定值时会输出（S1）一高电平信号（以下该高电平信号表示为H信号）、在整流/平滑线路11的输出电压未达到该规定值时会输出一低电平信号（以下该低电平信号表示为L信号）;连接到副触头输入端I₃和I₄的确定电路，它按照常闭副触头1b的合上状态和打开状态相应输出（S2）L信号和H信号;单触发脉冲发生单元14，根据确定电路13和输入电压检测电路12发出的信号输出单触发脉冲信号S3;具有光电耦合器PHT1、PHT2和PHT3的点火电路15，单触发脉冲发生单元14的单触发脉冲即加于其上;以及主电路单元16，每一主电路单元包括若干半导体开关元件，在本实施例中是两个反射并联连接的可控硅整流器THY₁和THY₂。点火电路15包括与三相交流电源对应的R相光电耦合器PHT1、S相光电耦合器PHT2和T相光电耦合器PHT3。主电路单元16由三个分别连接在三相交流电源端R、S和T与负载端U、V和W之间的R相、S相和T相主电路单元构成。由于各相结构相同，因此只示出R相主电路单元。在主电路单元16中，反向并联连接的可控硅整流器THY1和THY2的相对两端分别接至三相电源的R端和负载的U端。由电阻R1和电容C串联而成的噪声过滤器以及非线性元件Z（可采用商标为Z  RAP的元件）连接到可控硅整流器THY1和THY2的相对两端。由防倒流二极管D2和电阻R3构成的并联电路连接在可控硅整流器THY1的控制极和负极之间，而由防倒流二极管D1和电阻R2构成的并联电路连接在可控硅整流器THY2的控制极和负极之间。防倒流二极管D1和D2的负极分别接到点火电路15光电耦合器PHT1和光电三端双向可控硅整流器的两输出端。顺便说一句，尽管这里把可控硅整流器用作半导体开关元件，但也可使用三端双向可控硅整流器之类的半导体开关元件。

图2示出图1所示单触发脉冲发生单元14的电路图。在图2中，发自确定电路13的常闭触头的信号S2的反相信号S2输入到单触发脉冲发生电路141，该单触发脉冲发生电路141在常闭触头信号S2从H降到L时也即在常闭副触头1b从合上状态变为打开状态时输出时间宽度为ta的单触发触冲。同时，与运行输入电压信号相应的运行信号S1输入到单触发脉冲发生电路142，并且该单触发脉冲发生电路142在运行信号S1从H降到L时，也即在运行输入电压信号从接通状态变为切断状态时输出时间宽度为tb的单触发脉冲。单触发脉冲发生电路141的输出与运行信号S1一起被输入“与”电路AND1。当“与”电路AND1的“与”条件得到满足时，也即，当运行信号S1为H、触头信号S2从H（常闭副触头1b处于合上状态）变为L（常闭副触头1b处于打开状态）且时间宽度为ta的单触发脉冲已经输出时，“与”条件被满足;此时时间宽度为ta的单触发脉冲信号S3经由“或”电路OR1输出到点火电路15。当单触发脉冲发生电路142输出时间宽度为tb的单触发脉冲S3时，时间宽度为tb的单触发脉冲S3经由“或”电路OR1输出到点火电路15。

这就是说，在启动电磁接触器1时，若运行信号S1（相当于运行输入电压信号）处于接通状态，且常闭副触头1b从合上状态变为打开状态，则“与”电路AND1的“与”条件得到满足，输出信号S3。同时，在切断电磁接触器1时，若运行信号S1从接通变为切断，则输出信号S3。

下面参照图3所示波形图说明图1所示实施例的工作情况。图3中，S1表示输入电压检测电路12的输出;S2为表示常闭副触头16开、关状态的常闭副触头信号;1a为表示电磁接触器1的主触头1a开、关状态的主触头信号;S3表示单触发脉冲发生单元14的输出信号;THY为各主电路单元16的可控硅整流器THY1和THY2的操作信号;I为负载电流。图3A为正常工作时各部分的波形图;图3B为常闭副触头接触不良时各部分的波形图;图3C为主触头接触不良时各部分的波形图。顺便说一句，为便于理解，图3B和3C所示接触不良时的波形图所用的时间间隔比图3A所示正常工作时的波形图长。

首先，在图3A所示正常工作时，工作输入电压信号加到控制部分10的工作输入端I₁和I₂，并假定，当工作输入电压信号达到规定值后，在时间t₁处从输入电压检测电路12输出的信号S1接通。同时，一电压加到电磁接触器1的电磁线圈上，使可动铁芯被固定铁芯吸引。然后，若假定主触头1a合上前在时间t₂处常闭副触头1b打开，由于工作输入电压信号S1接通，且常闭副触头1b变为打开状态，也即常闭副触头1b处的信号S2从接通降为切断，因此单触发脉冲发生单元14输出时间宽度为ta的单触发脉冲S3。若一点火信号由这一单触发脉冲S3经由点火电路15加到主电路单元16的可控硅整流器上，则这些可控硅整流器导通，从而负载电流经由可控硅整流器供给负载。若电磁接触器1的主触头1a在时间t₃处合上，负载电流流到主触头1a上，主电路单元16的可控硅整流器在从t₂到t₃短时导通后关断。从单触发脉冲发生单元14输出的单触发脉冲在经过时段ta后在时刻t₂处切断。因此，在启动电磁接触器1时，主电路单元16的可控硅整流器在短时导通而把电流加于负载后，电磁接触器1的主触头1a合上，从而把负载电流从可控硅整流器转移到触头1a上。

启动电磁接触器1后，若在时刻t₄切断工作输入电压信号，则单触发脉冲发生单元14输出时间宽度为tb的单触发脉冲S3。依靠这一从单触发脉冲发生单元14发生的单触发脉冲，点火信号从点火电路15加到主电路单元16的可控硅整流器上而把可控硅整流器置于导通状态。但是，由于电磁接触器1的主触头1a为合上，因此可控硅整流器并不立即导通。同时当电磁接触器1的主触头1a在时刻t₅打开时，主电路单元16的可控硅整流器才导通，从而把负载电流从主触头1a转换到可控硅整流器上。若从单触发脉冲发生单元14输出的单触发脉冲S3从时刻t₄开始经过时段tb后在时刻t₆处切断，则主电路单元16的可控硅整流器在三相交流电源的交流电流最终通过零点时在时刻t₇处切断。这样，在切断电磁接触器1时，负载电流由主电路单元16中在时刻t₅到时刻t₇的短时段tb₁中导通的可控硅整流器切断。

下面参照图3B所示波形图说明常闭副触头1b发生接触不良时的工作情况。

在此种情况下，即使在时刻t₁₀输入工作输入电压信号S1且一电压加于电磁接触器1的电磁线圈上而使固定铁芯吸引可动铁芯，但常闭副触头1b由于接触不良而仍处于打开状态。因此，单触发脉冲发生单元14不输出单触发脉冲，从点火电路15不产生点火信号加到主电路单元16的可控硅整流器上，从而可控硅整流器不导通而处于关断状态。在时刻t₁₀加上工作输入电压信号S1后，电磁接触器1在时刻t₁₁合上主触头1a，从而让负载电流流过。然后，当在时刻t₁₂切断工作输入电压信号S1而使它从接通降为切断时，单触发脉冲发生单元14输出时间宽度为tb的单触发脉冲，从而把可控硅整流器设定在导通状态。若主触头1a在切断工作输入电压信号S1后在时刻t₁₃断开，负载电流则从主触头1a转移到可控硅整流器而流到其上。这些可控硅整流器由于单触发脉冲S3从时刻t₁₂经过时段tb后被切断而在三相交流电源的交流电流通过零点时关断。然后这些可控硅整流器在主触头1a断开时从时刻t₁₃到t₁₄的时段tb₂中短时导通。这样，当常闭副触头1b发生接触不良时，可控硅整流器在启动电磁接触器1时不导通，而在断开电磁接触器1时只短时导通，因此不会烧坏。

下面参照图3C所示波形图说明主触头1a发生接触不良时的工作情况。

此时，在时刻t₁₅输入工作输入电压信号S1、且一电压加到电磁接触器1的电磁线圈上使可动铁芯被固定铁芯吸引后，常闭副触头1b处的信号S2在时刻t₁₆处从接通降为切断。因此，单触发脉冲发生单元14输出时间宽度为ta的单触发脉冲且点火信号由点火电路15加到主电路单元16的可控硅整流器上而使之导通。负载电流因可控硅整流器导通而开始流过。但是，由于单触发脉冲S3从时刻t₁₆经过时段ta后，可控硅整流器的交流电流最终通过零点时在时刻t₁₇切断，因此负载电流只在可控硅整流器的（时间宽度为ta₃）的导通期中流过。另一方面，当在时刻t₁₆切断工作输入电压信号S1时，单触发脉冲发生单元14输出时间宽度为tb的单触发脉冲，从而可控硅整流器导通而让负载电流流过。单触发脉冲S3从时刻t₁₈经过时段tb后，可控硅整流器因交流电流通过零点在时刻t₁₉关断，结果负载电流被切断，因此负载电流只在可控硅整流器的导通期（时间宽度为tb₃）中流过。这样，当主触头1a发生接触不良时，在启动和断开电磁接触器1时，主电路单元16的可控硅整流器只短时导通而让负载电流流过。由于负载电流流过的时间短，因此各可控硅整流器不会被烧坏。

在图1所示实施例中，对主电路单元16的可控硅整流器进行点火所必需的单触发脉冲的时间宽度ta和tb必须满足下列条件：（1）[启动时的单触发脉冲的时间宽度ta]>（[主触头1a的动作时间]-[常闭副触头1b的动作时间]）;（2）[断开时的单触发脉冲的时间宽度tb]>[常闭副触头1b的返回时间]。因此，在正常工作时，在常闭副触头1b接触不良和主触头1a接触不良时可控硅整流器THY1和THY2形成如下的导通期：首先，（a）在正常工作时，（1）[启动时每个可控硅整流器的导通期ta₁]＝[主触头1a的动作时间]-常闭副触头1b的动作时间];（2）[断开时每个可控硅整流器的导通期tb₁]≤（[常闭副触头1b的返回时间]-[主触头1a的返回时间]+[交流电源周期的1/2]）。（b）常闭副触头1b发生接触不良时，（1）[启动时每个可控硅整流器的导通期ta₂＝0];（2）[断开时每个可控硅整流器的导通期tb₂]≤（[单触发脉冲的时间宽度tb]-[主触头1a的返回时间]+[交流电源周期的1/2]）。（c）主触头1a发生接触不良时，（1）（[启动时每个可控硅整流器的导通期ta₃]≤[单触发脉冲的时间宽度ta]+[交流电源周期的1/2]）;（2）[断开时每个可控硅整流器的导通期tb₃]≤（[单触发脉冲的时间宽度tb]+[交流电源周期的1/2]）。从（a）到（c），启动时每个可控硅整流器的导通期成为ta₁＜ta₃，而断开时每个可控硅整流器的导通期成为tb₁＜tb₂＜tb₃;因此每个可控硅整流器应选用容量能承受导通期为ta₃或tb₃的半导体开关元件。一般来说，由于总有ta＜tb，因此ta₃＜tb₃，从而可把容量能承受在tb₃中短时导通的半导体开关元件选定为各可控硅整流器。

由于上述原因，若要把半导体元件做得紧凑，只须缩短可控硅整流器在电磁接触器1断开时的导通期即可。下面参照图4说明可控硅整流器的导通期要比图1所示实施例短的实施例。图4为说明其单触发脉冲发生单元14与图1和图2所示单触发脉冲发生单元不同的实施例的电路图，由于其它部分与图1相同，因此不再赘述。

图4所述实施例与图2不同之处在于：单触发脉冲发生单元141的输出与工作信号S1一起输入“与”电路AND1。当“与”电路AND1的“与”条件得到满足时，也即，在工作信号S1为H而常闭副触头信号S2从H（该常闭副触头1b处在合上状态）变为L（该常闭副触头1b处在打开状态）且时间宽度为ta的单触发脉冲已输出时，“与”条件满足，此时时间宽度为ta的单触发脉冲经由“或”电路OR1输出。单触发脉冲发生单元142的输出与从常闭副触头信号 S2的反信号S2经过倒相器IN再求反而成的信号一起被输入“与”电路AND2。当“与”电路AND2的“与”条件得到满足时，也即在常闭触头信号S2的反信号S2为L（该常闭副触头1b处在打开状态）且已输出时间宽度为tb的单触发脉冲时，“与”条件满足，此时宽度为tb的单触发脉冲经过“或”电路OR1输出。“或”电路OR1的该输出与从常闭触头信号S2的反信号S2经倒相器IN再求反而成的信号一起输入到“与”电路AND3。单触发脉冲信号S3从“与”电路AND3输出到点火电路15。

下面参照图5A和图5B所示工作波形图说明此实施例的工作情况。图5A表示正常工作时的波形图，而图5B表示主触头接触不良时的波形图。首先，在图5A所示正常工作时，在启动电磁接触器1且在时刻t₂₁加上工作输入电压信号S1后，常闭副触头1b处的信号在时刻t₂₂从接通降为切断，从而从单触发脉冲发生单元141输出时间宽度为ta的单触发脉冲，同时H信号通过“与”电路AND1和“或”电路OR1加到“与”电路AND3的一输入端。由于从常闭副触头1b的反信号S2（L信号）经倒相器IN求反而成的H信号加到了“与”电路AND3的另一个输入端上，因此“与”电路AND3输出一时间宽度为ta的单触发脉冲，从而可控硅整流器导通而让负载电流流过。当电磁接触器1的主触头1a合上时，负载电流流过主触头，因此每个可控硅整流器在时刻t₂₃处关断，每个可控硅整流器的导通期成为ta₁₀。当工作输入电压信号在时刻t₂₄处切断时，图4所示单触发脉冲发生电路142输出宽度为tb的单触发脉冲。由于常闭副触头1b处于打开状态并倒相器IN的输出为H，因此“与”电路AND2导通，H信号通过“或”电路OR1加到“与”电路AND3的一输入端上。由于从倒相器IN来的H信号加到该“与”电路AND3的另一个输入端，因此“与”电路AND3导通，从而输出一时间宽度为tb的单触发脉冲而把可控硅整流器设定在导通状态。然后，当主触头1a在时刻t₂₅打开时，可控硅整流器导通而让负载电流流过。其后当常闭副触头1b在时刻t₂₆合上时，图4所示倒相器IN的输入变为H，它的输出变为L，因此“与”电路AND3不导通，单触发脉冲的输出在时刻t₂₆处切断（形成输出时间间隔tb）。单触发脉冲在时刻t₂₆切断后当交流电流过零点时可控硅整流器关断，其导电期成为tb₁₀。此外，当图5B所示主触头1a接触不良时，在时刻t₂₈加上工作输入电压信号S1后，常闭副触头1b处的信号在时刻t₂₉从接通降为切断，从而与正常工作时一样，单触发脉冲发生电路141输出时间宽度为ta的单触发脉冲，可控硅整流器导通而让负载电流流过。然后时间宽度为ta的单触发脉冲切断后当交流电流过零点时可控硅整流器关断。同时工作输入电压信号在时刻t₃₀处被切断，产生时间宽度为tb的单触发脉冲，可控硅整流器导通而让负载电流流过。常闭副触头1b在时刻t₃₁合上时，图4所示“与”电路AND3不导通，因此单触发脉冲切断。然后，在交流电流首次流过零点的时刻t₃₂，可控硅整流器关断，负载电流也就切断。此时，每个可控硅整流器的导电期成为tb₂₀。因此，在图4所示实施例中，可控硅整流器在切断电磁接触器1时的导通期成为从单触发脉冲发出的时刻起直到常闭副触头1b闭合后交流电首次流过零点止的一段时期。这样，与图2实施例中每个可控硅整流器的导通期取决于单触发脉冲的时间宽度相比较，可以缩短每个可控硅整流器的导通期。

图6表示其单触发脉冲发生单元14与图1和图2所示不同的一实施例，除了与图1和图2相同的部分之外，图6所示实施例不同之处在于：除了图1所示单触发脉冲发生单元14还没有振荡电路19，振荡电路19和单触发脉冲发生单元14的输出均输入到“与”电路AND5而进行“与”操作。图7表示出图6所示线路图的工作情况。如图7所示，由单触发脉冲发生单元14的输出OP和振荡电路19的振荡输出OC的“与”获得的点火指令SO成为断续脉冲信号，因此点火指令SO可减小电路元件产生的热量并减少功率损耗。电磁接触器1启动和切断时的工作情况与图1所示相同，因此不再赘述。

图8为说明本发明另一实施例的混合开关的方框图。与图1所示的相同的元件部分用同一标记表示，其说明从略。图8所示实施例与图1所示不同之处在于：有一电压监控电路17连接在电磁接触器1的主触头1a的相对两端，用来检测主触头的端间电压，该电压监控电路17的输出输入到单触发脉冲发生单元14，以便获得工作输入电压信号S1和来自确定常闭副触头1b状态的确定电路13的常闭副触头信号S2的“与”。而且，电压监控电路17的输出还输入到未画出的电磁接触器1的驱动电路，以便切断电磁接触器1的工作线圈。下面参照图9所示波形图说明这一实施例的工作情况。在图9中，S1表示输入电压检测电路12的输出;S2表示常闭副触头的信号;1a为主触头信号;THY表示主电路单元16的可控硅整流器THY1和THY2的操作信号;V表示电压监控电路17的端间电压监控输出。图9A为正常工作时各部分的波形图;图9B为常闭副触头接触不良时各部分的波形图;图9C为主电路单元导通故障时各部分的波形图。

首先，在图9A所示正常工作中，当工作输入电压信号S1在时刻t₄₁接通时，常闭副触头1b在时刻t₄₂合上，单触发脉冲发生单元14输出时间宽度为ta的单触发脉冲，因此主电路单元16的可控硅整流器导通而让负载电流流过。由于主电路单元16的可控硅整流器导通，主触头1a的端间电压大体为零，因此端间电压监控输出V置于接通状态。然后，主触头1a在时刻t₄₃合上，但由于主触头1a处的端间电压大体为零，因此端间电压监控输出继续为接通状态。当工作输入电压信号在时刻t₄₄切断时，主触头1a在时刻t₄₅处切断，主电路单元16的可控硅整流器导通，同时常闭副触头1b在时刻t₄₆处合上，因此主电路单元16的可控硅整流器关断。端间电压监控输出V置于切断状态。

接着，在图9B所示主触头接触不良时，当在时刻t₄₈输出时间宽度为ta的单触发脉冲而使主电路部分16的可控硅整流器导通，并且该单触发脉冲在时刻t₄₉处消失时，如果主触头1a发生接触不良，就会在主触头1a两端之间产生一电压。当输出单触发脉冲后电压监控电路17检测到这一电压时，该电压监控电路17以切断状态的端间电压监控输出把一禁止输出指令加到单触发脉冲发生单元14上，从而禁止在那时刻之后输出单触发脉冲而防止可控硅整流器点火。由于采用了这一结构，当主触头发生接触不良时，加上工作输入电压后在可控硅整流器只被初次单触发脉冲导通一次后就可禁止输出单触发脉冲，从而单触发脉冲的时间宽度ta可设为ta＝tb＝0。因此，每个可控硅整流器的容量可很小。应该注意，虽然这里说明的是用来监控主触头1a两端之间电压的电压监控电路17，但该电压监控电路17也可监控主触头1a的负载一侧的线电压。

此外，在图9C所示主电路单元16发生导通故障时，由于主电路单元16的可控硅整流器即使在时刻t₅₃处输出时间宽度为ta的单触发脉冲也不导通，因此主触头1a两端之间产生一电压直到主触头1a在时刻t₅₄处合上。当输出触发脉冲之时电压监测电路17检测到出现在主触头1a两端间的该电压时，该电压监控电路17以切断状态的端间电压监控输出而输出一切断指令到未画出的电磁接触器1的驱动线路上，从而切断电磁接触器1的工作线圈而使其脱开。

下面参照图10说明本发明又一个实施例。图10只示出与图1所示本发明实施例不同之处，其它相同之处的说明从略。图10所示本发明实施例与图1的不同之处在于：单触发脉冲发生单元14的输出OP用作“与”电路AND4的一个输入并被输入到定时电路18，并且定时电路18的输出TM用作“与”电路AND4的另一个输入。定时电路18的时限设定为大于单触发脉冲的时间宽度。下面参照图11所示波形说明图10所示该实施例的工作情况。在如图11所示在时刻t₆₀加上工作输入电压信号S1打开未画出的常闭副触头后，在时刻t₆₁处输出单触发脉冲，从而由于把定时电路18的L信号求反得到的H信号加到“与”电路AND4的另一输入端而从“与”电路AND4输出一点火信号到可控硅整流器。当单触发脉冲在时刻t₆₂处切断时，定时电路18的输入从接通降为切断，从而定时电路18开始计时操作。当定时电路18的输出TM变成H时，而此时“与”电路AND4的另一输入已变为L，因此“与”电路AND4不导通，致使每个可控硅整流器的点火信号SO消失。在定时电路18的计时操作中，由于“与”电路AND4的另一输入为L，因此定时电路18继续不导通。经过定时电路18的时限tm后，定时电路18输出一时限信号，从而把“与”电路AND4设定在不导通状态。因此，在图10所示实施例中，安排成定时电路18在单触发脉冲的下跳沿处开始计时操作，在该设定时限内没有点火信号SO加到各可控硅整流器上。因此，即使进行高频率的开、关操作，而如打开和合上电磁接触器的时间间隔比定时电路的时限tm短，则可控硅整流器在这些情况下都不导通。因此，只要按照可控硅整流器的热容量设定定时电路18的时限，就可防止可控硅整流器烧坏。

本发明的另一个实施例与用来说明第一实施例的图1所示的输入电压检测电路12有关。在图1所示实施例中，若供应工作输入电压信号的电源稳定，就不会需要输入电压检测电路12。但是，当供应工作输入电压信号的电源不稳定时，则设有输入电压检测电路12，并且这样安排，/当工作输入电压信号的电压等于或超过电磁接触器1的工作电压或返回电压时使用该输入电压检测电路12提供一输出。由于采用这种安排，就可防止发生如下情况，当工作输入电压信号的电压未达到足以把电磁接触器1的可动铁芯吸向固定铁芯的规定值时，固定铁芯无法吸住可动铁芯，常闭副触头便由于可动铁芯的反复被吸合被释放而反复开合，从而使可控硅整流器因不断地导通和关断而烧坏。

图12表示出又一个使用不同于图4的单触发脉冲发生单元14的实施例，其它结构与图1相同。图12所示实施例与图4不同之处在于它设有b触头开/合检测线路143，工作信号S1、常闭副触头信号S2的反信号S2和倒相器IN的输出都输入其中，该b触头开/合检测线路143的输出S4则输入到“与”电路AND1和AND2的输入端。当常闭副触头1b正常工作时，由于接通工作信号S1后常闭副触头信号S2切断，因此该b触头开/合检测线路143根据工作信号S1接通期中常闭副触头信号是否切断来确定常闭副触头1b是否发生接触不良。b触头开/合检测电路143把检测结果存储在自锁电路中，在发生接触不良时输出指示情况异常的切断信号。该自锁电路由倒相器IN的输出的上沿复位。

下面参照图13A和13B所示工作波形图说明该实施例的工作情况。图13A表示正常工作时的波形图;图13B表示常闭副触头1b接触不良时的波形图。首先，在图13A所示正常工作中，由于此工作情况与图5A相似，所以只说明不同之处。b触头开/合检测线路143的输出S4当工作信号S1在时刻t₇₁处接通时接通，而当常闭触头的信号S2在时刻t₇₆处接通而切断。因此，b触头开/合检测线路143的输出S4在正常工作时并不影响“与”电路AND1和AND2的运行。当常闭副触头1b接触不良时，由于b触头开/合检测线路143的输出S4切断，因此“与”电路AND1和AND2的“与”条件得不到满足，结果停止了单触发脉冲信号S3的输出。因此，即使工作输入信号S1在时刻t₇₈处接通，也不输出时间宽度为ta的单触发脉冲S3，从而主电路单元16的可控硅整流器不导通。

在图1和图4所示实施例中，如果常闭副触头1b在启动电磁接触器1时发生接触不良，由于常闭触头的信号S2切断，因此不输出时间宽度为ta的单触发脉冲S3，但当电磁接触器1断开时，由于输出时间宽度为tb的单触发脉冲S3，因此主电路单元16的可控硅整流器导通。因此，若进行高频率的开合操作，断开过程中可控硅整流器的导通状态的损耗就会变大，从而有可能烧坏。不过，这可用本实施例的b触头开/合检测线路143加以避免。顺便说一句，常闭副触头的接触不良可单独处理。

如上所述，按照本发明的第一个方面，由半导体开关元件与电磁接触器的主触头并联而成、在启动和断开该电磁接触器时可短时操纵该半导体开关元件的混合开关包括一控制部分，用来检测通常合上的副触头的信号的降低和工作输入电压信号的降低，并在检测到降低的每一时刻输出单触发脉冲从而把点火脉冲加到半导体开关元件上。因此，由于点火信号仅在单触发脉冲的周期中加到半导体开关元件上，因此即使电磁接触器的主触头或常闭副触头发生接触不良，半导体开关元件也只是短时导电。因而可提供价格便宜的混合开关，即使半导体开关元件的容量做得很小也不会烧坏。

按照本发明的第二个方面，由半导体开关元件与电磁接触器的主触头并联而成、在启动和断开该电磁接触器时可短时操纵该半导体开关元件的混合开关包括：一控制部分，用来检测常闭副触头的信号的降低和工作输入电压信号的降低，并在检测到降低的每一时刻输出单触发脉冲从而把一点火脉冲加到半导体开关元件上;以及一电压监控电路，用来监控电磁接触器的主触头的端间电压或负载一侧的相间电压，以便确定主触头的接触不良或半导体开关元件的导通故障，其中，控制部分用电压监控电路的输出禁止输出单触发脉冲或切断电磁接触器的工作线圈。因此，在电磁接触器主触头发生接触不良时禁止半导体开关元件导通从而可使用其热容量甚至比第一方面中还要小的半导体开关元件。另一方面，当半导体开关元件发生导通故障时，电磁接触器的工作线圈被切断，从而断开电磁接触器。

此外，按照本发明的第三个方面，由半导体开关元件与电磁接触器主触头并联而成，在电磁接触器启动和断开时可短时操纵半导体开关元件的混合开关包括一控制部分，用来检测常闭副触头的信号的降低和工作输入电压信号的降低，并在检测到降低的每一时刻输出单触发脉冲从而把点火脉冲加到半导体开关元件上;该控制部分包括一定时器，它以预定时限开始计时操作、随单触发脉冲的输出发出一输出并在完成预定时限的计时操作时停止该输出，在该定时器发出该输出期间禁止输出单触发脉冲。这样，即使电磁接触器高频率地开合，由于半导体开关元件在此期间的各种情况下都不导电，因此具有半导体开关元件的热容量可很小的优点。

此外，按照本发明的第四个方面，由半导体开关元件和电磁接触器主触头并联而成，在电磁接触器启动和断开时可短时操纵半导体开关元件的混合开关包括：一控制部分，用来检测常闭副触头的信号的降低和工作输入电压信号的降低，并在检测到降低的每一时刻输出单触发脉冲从而把点火脉冲加到半导体开关元件上;以及一输入电压检测电路，该电路在工作输入电压信号的电压等于或超过电磁接触器的工作电压或返回电压时发出一输出，其中，控制部分只根据该输入电压检测电路的输出发出单触发脉冲。因此，当工作输入电压信号的电压值低于预定值时，就可以避免发生电磁接触器主触头来回跳动而半导体开关元件不断导电的情况，从而可减小半导体开关元件的热容量。

进而，按照本发明的第五个方面，由半导体开关元件与电磁接触的主触头并联而成、在启动和断开电磁接触器时可短时操纵半导体开关元件的混合开关包括一控制部分，用来检测通常合上的副触头的信号的降低和工作输入电压信号的降低，并在检测到降低的每一时刻输出单触发脉冲从而把点火脉冲加到半导体开关元件上，其中，该控制部分检测工作输入电压信号的升高，检测常闭副触头的信号在这一升高后是否降低，如不降低就禁止输出单触发脉冲。结果，如果电磁接触器的常闭副触头发生接触不良，就禁止输出单触发脉冲，从而尤其是在高频率地开合时防止半导体开关元件被烧坏。

Claims (8)

1、一种混合开关，包括：

具有主触头和常闭副触头的电磁接触器；

与该主触头并联的半导体开关元件；以及

一控制部分，在开、合该电磁接触器时使半导体开关元件短时导通，所述控制部分包括：

对指示常闭副触头的开/合状态的副触头信号的降低和工作输入电压信号的降低进行检测的装置；以及

在检测到副触头信号降低或工作输入电压信号降低时产生单触发脉冲作为半导体开关元件的点火脉冲的装置。

2、按权利要求1所述的混合开关，其中，在副触头信号和工作输入电压信号降低时所产生的单触发脉冲具有不同的时间宽度。

3、按权利要求1所述的混合开关，其中，因工作输入电压信号的下降而产生的单触发脉冲随着副触头信号的上升而下降。

4、按权利要求1所述的混合开关，其中，所述控制部分还包括一振荡器，并且该单触发脉冲与振荡器的一输出经“与”运算而产生该点火脉冲。

5、按权利要求1所述的混合开关，其中，所述控制部分还包括一电压监控电路，用来监控电磁接触器主触头的端间电压或负载一侧的相间电压，以便判断主触头的接触不良和半导体开关元件的导通故障，并且，控制部分根据电压监控电路的输出禁止输出单触发脉冲或切断电磁接触器的工作线圈。

6、按权利要求1所述的混合开关，其中，所述控制部分还包括一定时器，它随着单触发脉冲的输出产生一预定时间的输出，并且，在定时器产生该输出时禁止再输出单触发脉冲。

7、按权利要求1所述的混合开关，其中，所述控制部分还包括一输入电压检测电路，它在工作输入电压信号等于或大于电磁接触器的工作电压或返回电压时产生一输出，而控制部分仅当该输入电压检测电路产生该输出时才产生单触发脉冲。

8、按权利要求1所述的混合开关，其中，所述控制部分检测工作输入电压信号的升高，然后判断副触头信号有否下降，若副触头信号不下降，控制部分就禁止输出单触发脉冲。

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