CN110957739B - 复合开关及其投入方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种复合开关及其投入方法。所述复合开关包括：单向可控硅、继电器、可控硅驱动电路、电压侦测电路及控制芯片；单向可控硅的阳极电性连接继电器的第一触点和电压侦测电路的第一侦测端，阴极电性连接继电器的第二触点和电压侦测电路的第二侦测端，控制极受可控硅驱动电路控制；电压侦测电路的反馈端电性连接控制芯片；继电器的第一触点接收电网电压，第二触点电性连接电容负载，控制端电性连接控制芯片；电压侦测电路用于侦测单向可控硅的阳极与阴极之间的电压差即第一电压；控制芯片用于在第一电压小于0后延迟第一时长，发出可控硅触发信号，在第一电压大于0后的第二时长范围内，发出继电器导通信号，其能够减少单向可控硅的发热量。
Description
技术领域
本发明涉及开关技术领域，尤其涉及一种复合开关及其投入方法。
背景技术
在电力系统中，在变电所装设无功功率电源，以改变电力系统中无功功率的流动，从而提高电力系统的电压水平，减小网络损耗，改善电力系统动态性能，这种技术措施称为无功功率补偿。在电网改造的实施过程中，往往通过增加并联电容器的无功补偿装置实现无功功率补偿，以实现提高供电电压质量、挖掘供电设备潜力、降低线损及节约电能的目的。
早期无功功率补偿装置大都采用交流接触器、可控硅电子开关等投切方式，交流接触器在电容器投入和切除时会产生很大的涌流和过压，暂态的高压和投切冲击电流会导致电容器绝缘击穿、接触器触头烧损；而可控硅电子开关虽然解决了电容器投切过程中的涌流、过压分断电弧等问题，但其散热困难，需外加辅助散热器件多、结构复杂、成本高，占用空间大，两种方式补偿效果和使用寿命上都不够理想。
近年来，随着电力电子技术和可控硅技术的不断发展，在无功功率补偿装置中衍生出一种新型开关装置——复合开关。现有的复合开关一般包括并联的双向可控硅、磁保持继电器以及控制芯片，所述双向可控硅和所述磁保持继电器并联，所述控制芯片与双向可控硅的控制极和磁保持继电器的控制端电性连接，所述复合开关通过控制芯片控制，在电压过零时先发出双向可控硅导通信号，导通双向可控硅然后再发出继电器导通信号，接通磁保持继电器，从而消除了开关接通时电容器的瞬间涌流，显著加强了开关和电容器的寿命，但现有的复合开关中，对可控硅的发热控制不足，导致可控硅的发热量依然很大，为了保证复合开关的稳定性，就需要提升可控硅的品质要求，以避免因可控硅发热而导致的产品质量不良，而提升可控硅的品质又会导致产品的成本上升。
因此，需要一种新的复合开关，能够减少复合开关中可控硅的发热，降低复合开关中可控硅的品质要求，减小复合开关的成本，提高复合开关的可靠性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复合开关，能够减少单向可控硅的发热，降低产品成本，提高产品可靠性。
本发明的目的还在于提供一种复合开关的投入方法，能够减少单向可控硅的发热，降低产品成本，提高产品可靠性。
为实现上述目的，本发明提供一种复合开关，包括：单向可控硅、继电器、可控硅驱动电路、电压侦测电路及控制芯片；
所述单向可控硅的阳极电性连接继电器的第一触点，阴极电性连接继电器的第二触点；
所述可控硅驱动电路包括输入端及输出端，所述可控硅驱动电路的输入端电性连接控制芯片，输出端电性连接所述单向可控硅的控制极；
所述电压侦测电路包括第一侦测端、第二侦测端及反馈端，所述第一侦测端电性连接所述单向可控硅的阳极，所述第二侦测端电性连接所述单向可控硅的阴极，所述反馈端电性连接所述控制芯片；
所述继电器的第一触点接收电网电压，第二触点电性连接电容负载，控制端电性连接控制芯片；
所述单向可控硅的阳极与阴极之间的电压差为第一电压，所述电压侦测电路用于侦测第一电压，并反馈给控制芯片；
所述控制芯片用于接收第一电压，并在第一电压小于0后延迟第一时长，向可控硅驱动电路的输入端发出可控硅触发信号，在第一电压大于0后的第二时长范围内，向继电器的控制端发出继电器导通信号。
所述第一时长和第二时长均为第一电压的变化周期的1/4。
所述复合开关还包括熔断器，所述单向可控硅的阴极经由所述熔断器与继电器的第二触点电性连接。
所述可控硅驱动电路包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一三极管、第二三极管、第三三极管、第一电容、变压器、第一二极管及第二二极管；
所述第一电阻的第一端接地，第二端作为可控硅驱动电路的输入端电性连接控制芯片；
所述第二电阻的第一端电性连接第一电阻的第二端，第二端电性连接第一三极管的基极；
所述第一三极管的发射极接地，集电极电性连接第三电阻的第一端；
所述第三电阻的第二端接入一高电平；
所述第四电阻的第一端电性连接第三电阻的第一端，第二端电性连接第二三极管的基极；
所述第二三极管的发射极电性连接第一电容的第一端，集电极电性连接所述第三电阻的第二端；
所述第三三极管的基极电性连接所述第四电阻的第二端，集电极接地，发射极电性连接第一电容的第一端；
所述变压器的初级线圈的一端电性连接第一电容的第二端，；另一端接地，次级线圈的两端分别电性连接第五电阻的第一端及第一二极管的正极；
所述第一二极管的正极电性连接所述单向可控硅的阴极，负极电性连接第五电阻的第二端；
所述第二二极管的正极电性连接第五电阻的第二端，负极作为可控硅驱动电路的输出端电性连接所述单向可控硅的控制极。
所述电压侦测电路包括第六电阻、第三二极管及光电耦合器；
所述第六电阻的第一端作为电压侦测电路的第一侦测端电性连接所述单向可控硅的阳极，第二端电性连接第三二极管的负极；
所述第三二极管的正极作为电压侦测电路的第二侦测端电性连接所述单向可控硅的阴极；
所述光电耦合器包括光敏三极管及用于控制光敏三极管的发光二极管，所述光电耦合器的发光二极管的正极电性连接第三二极管的负极，负极电性连接第三二极管的正极，所述光电耦合器的光敏三极管的发射极接地，集电极作为电压侦测电路的反馈端电性连接控制芯片。
本发明还提供一种复合开关的投入方法，包括如下步骤：
步骤S1、提供一复合开关，包括：单向可控硅、继电器、可控硅驱动电路、电压侦测电路及控制芯片；
所述单向可控硅的阳极电性连接继电器的第一触点，阴极电性连接继电器的第二触点；
所述可控硅驱动电路包括输入端及输出端，所述可控硅驱动电路的输入端电性连接控制芯片，输出端电性连接所述单向可控硅的控制极；
所述电压侦测电路包括第一侦测端、第二侦测端及反馈端，所述第一侦测端电性连接所述单向可控硅的阳极，所述第二侦测端电性连接所述单向可控硅的阴极，所述反馈端电性连接所述控制芯片；
所述继电器的第一触点接收电网电压，第二触点电性连接电容负载，控制端电性连接控制芯片；
步骤S2、所述电压侦测电路侦测所述单向可控硅的阳极与阴极之间的电压差即第一电压，并反馈给控制芯片；
步骤S3、所述控制芯片在第一电压小于0后延迟第一时长，向可控硅驱动电路的输入端发出可控硅触发信号；
步骤S4、在第一电压大于0时，所述单向可控硅导通；
步骤S5、所述控制芯片在第一电压大于0后的第二时长范围内，向继电器(J1)的控制端发出继电器导通信号，使得所述继电器导通；
步骤S6、在第一电压大于0后的第二时长，流过所述单向可控硅的电流小于0，所述单向可控硅关闭。
所述第一时长和第二时长均为第一电压的变化周期的1/4。
所述复合开关还包括熔断器，所述单向可控硅的阴极经由所述熔断器与继电器的第二触点电性连接。
所述可控硅驱动电路包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一三极管、第二三极管、第三三极管、第一电容、变压器、第一二极管及第二二极管；
所述第一电阻的第一端接地，第二端作为可控硅驱动电路的输入端电性连接控制芯片；
所述第二电阻的第一端电性连接第一电阻的第二端，第二端电性连接第一三极管的基极；
所述第一三极管的发射极接地，集电极电性连接第三电阻的第一端；
所述第三电阻的第二端接入一高电平；
所述第四电阻的第一端电性连接第三电阻的第一端，第二端电性连接第二三极管的基极；
所述第二三极管的发射极电性连接第一电容的第一端，集电极电性连接所述第三电阻的第二端；
所述第三三极管的基极电性连接所述第四电阻的第二端，集电极接地，发射极电性连接第一电容的第一端；
所述变压器的初级线圈的一端电性连接第一电容的第二端，；另一端接地，次级线圈的两端分别电性连接第五电阻的第一端及第一二极管的正极；
所述第一二极管的正极电性连接所述单向可控硅的阴极，负极电性连接第五电阻的第二端；
所述第二二极管的正极电性连接第五电阻的第二端，负极作为可控硅驱动电路的输出端电性连接所述单向可控硅的控制极。
所述电压侦测电路包括第六电阻、第三二极管及光电耦合器；
所述第六电阻的第一端作为电压侦测电路的第一侦测端电性连接所述单向可控硅的阳极，第二端电性连接第三二极管的负极；
所述第三二极管的正极作为电压侦测电路的第二侦测端电性连接所述单向可控硅的阴极；
所述光电耦合器包括光敏三极管及用于控制光敏三极管的发光二极管，所述光电耦合器的发光二极管的正极电性连接第三二极管的负极，负极电性连接第三二极管的正极，所述光电耦合器的光敏三极管的发射极接地，集电极作为电压侦测电路的反馈端电性连接控制芯片。
本发明的有益效果：本发明提供一种复合开关。所述复合开关包括：单向可控硅、继电器、可控硅驱动电路、电压侦测电路及控制芯片；单向可控硅的阳极电性连接继电器的第一触点和电压侦测电路的第一侦测端，阴极电性连接继电器的第二触点和电压侦测电路的第二侦测端，控制极受可控硅驱动电路控制；电压侦测电路的反馈端电性连接控制芯片；继电器的第一触点接收电网电压，第二触点电性连接电容负载，控制端电性连接控制芯片；电压侦测电路用于侦测单向可控硅的阳极与阴极之间的电压差即第一电压；控制芯片用于在第一电压小于0后延迟第一时长，发出可控硅触发信号，在第一电压大于0后的第二时长范围内，发出继电器导通信号，能够在保证复合开关投入无冲击电流的情况下，减少单向可控硅的发热，降低产品成本，提高产品可靠性。本发明还提供一种复合开关的投入方法，能够在保证复合开关投入无冲击电流的情况下，减少单向可控硅的发热，降低产品成本，提高产品可靠性。
附图说明
为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。
附图中，
图1为本发明的复合开关的模块图；
图2为本发明的复合开关的电路图；
图3为本发明的复合开关的投入方法的流程图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合本发明的优选实施例及其附图进行详细描述。
请参阅图1及图2，本发明提供一种复合开关，包括：单向可控硅Scr、继电器J1、可控硅驱动电路10、电压侦测电路20及控制芯片30；
所述单向可控硅Scr的阳极A电性连接继电器J1的第一触点，阴极K电性连接继电器J1的第二触点；
所述可控硅驱动电路10包括输入端11及输出端12，所述可控硅驱动电路10的输入端11电性连接控制芯片30，输出端12电性连接所述单向可控硅Scr的控制极G；
所述电压侦测电路20包括第一侦测端21、第二侦测端22及反馈端23，所述第一侦测端21电性连接所述单向可控硅Scr的阳极A，所述第二侦测端22电性连接所述单向可控硅Scr的阴极K，所述反馈端23电性连接所述控制芯片30；
所述继电器J1的第一触点接收电网电压Ain，第二触点电性连接电容负载Aout，控制端电性连接控制芯片30；
需要说明的是，单向可控硅Scr是一种可控整流电子元件，能在外部控制信号作用下由关断变为导通，但一旦导通，外部信号就无法使其关断，只要是单向可控硅在导通后，只能靠去除负载或降低其两端电压使其关断。
进一步地，单向可控硅Scr是由三个PN结PNPN组成的四层三端半导体器件与具有一个PN结的二极管相比，差别在于单向可控硅正向导通还受控制极电流控制，与具有两个PN结的三极管相比，差别在于可控硅对控制极电流没有放大作用。
对应地，单向可控硅Scr的导通条件是：控制极G有触发信号且阳极A和阴极K之间的电压差Uak>0，单向可控硅Scr导通的保持条件是：阳极A和阴极K之间的电压差Uak>0且阳极A和阴极K之间的电流Iak>0。
根据上述的单向可控硅Scr的导通特性结合复合开关的负载为电容负载的情形，在本发明的复合开关中，设置所述单向可控硅的阳极与阴极之间的电压差为第一电压，所述电压侦测电路20用于第一电压，并反馈给控制芯片30；所述控制芯片30用于接收第一电压，并在第一电压小于0后(反向过零点)延迟第一时长，向可控硅驱动电路10的输入端11发出可控硅触发信号，在第一电压大于0(正向过零点)后的第二时长范围内，向继电器J1的控制端发出继电器导通信号。
其中，所述第一时长和第二时长均为第一电压的变化周期的1/4。
详细说明，本发明的复合开关的具体工作过程为：首先，电压侦测电路20侦测第一电压，并反馈至控制芯片30，所述控制芯片30根据第一电压的大小做出相应的动作，所述第一电压为周期性变化的，所述控制芯片30在所述第一电压小于0后延迟第一电压的变化周期的1/4，向可控硅驱动电路10发出可控硅触发信号，此时，单向可控硅Scr的控制极G虽然有可控硅触发信号，但由于第一电压小于0，因此单向可控硅Scr并未导通，之后随着第一电压的自然变化至大于0，单向可控硅Scr随之自然导通，复合开关投入瞬间无冲击电流，接着，在第一电压变化至大于0后的第一电压的变化周期的1/4时间内，控制芯片30发出继电器导通信号，继电器J1导通，与此同时，由于接入的负载为电容负载的特性，根据电容上电压电流的关系，在第一电压的变化周期的1/4时间后，单向可控硅Scr的阳极A和阴极K之间的电流Iak<0，此时虽然第一电压大于0，但单向可控硅Scr的阳极A和阴极K之间的电流Iak<0，不满足单向可控硅Scr导通保持条件，单向可控硅Scr关断，单向可控硅Scr和继电器J1之间完成平滑切换，单向可控硅最大导通第一电压的变化周期的1/4时间就自然关断，相比于现有技术，减小了单向可控硅的发热，降低了对可控硅的品质要求，降低了单向可控硅和复合开关的成本，提高了复合开关的可靠性。
优选地，所述第一电压的波形为电网电压的波形一致，变化周期为20ms，在所述第一电压反向过零后5ms，所述控制芯片30发出可控硅触发信号，该可控硅触发信号持续15ms，可控硅触发信号发出的前5ms，由于第一电压小于0，因此单向可控硅Scr关闭，前5ms过后第一电压正向过零，单向可控硅Scr导通，且在第一电压正向过零后的5ms内，控制芯片30发出继电器导通信号，使得继电器J1导通，在第一电压正向过零后的5ms后，单向可控硅Scr的阳极A和阴极K之间的电流Iak<0，单向可控硅Scr关闭，复合开关的投入完成，整个投入过程无冲击电流，单向可控硅Scr和继电器J1切换平滑，单向可控硅Scr的导通时长不超过5ms，发热量低，产品稳定性较高。
具体地，如图2所示，在本发明的一些实施例中，所述可控硅驱动电路10包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q3、第一电容C1、变压器T1、第一二极管D1及第二二极管D2；
所述第一电阻R1的第一端接地，第二端作为可控硅驱动电路10的输入端11电性连接控制芯片30；
所述第二电阻R2的第一端电性连接第一电阻R1的第二端，第二端电性连接第一三极管Q1的基极；
所述第一三极管Q1的发射极接地，集电极电性连接第三电阻R3的第一端；
所述第三电阻R3的第二端接入一高电平V；
所述第四电阻R4的第一端电性连接第三电阻R3的第一端，第二端电性连接第二三极管Q2的基极；
所述第二三极管Q2的发射极电性连接第一电容C1的第一端，集电极电性连接所述第三电阻R3的第二端；
所述第三三极管Q3的基极电性连接所述第四电阻R4的第二端，集电极接地，发射极电性连接第一电容C1的第一端；
所述变压器T1的初级线圈的一端电性连接第一电容C1的第二端，；另一端接地，次级线圈的两端分别电性连接第五电阻R5的第一端及第一二极管D1的正极；
所述第一二极管D1的正极电性连接所述单向可控硅Scr的阴极K，负极电性连接第五电阻R5的第二端；
所述第二二极管D2的正极电性连接第五电阻R5的第二端，负极作为可控硅驱动电路10的输出端12电性连接所述单向可控硅Scr的控制极G。
具体地，如图2所示，在本发明的一些实施例中，所述电压侦测电路20包括第六电阻R6、第三二极管D3及光电耦合器U1；
所述第六电阻R6的第一端作为电压侦测电路20的第一侦测端21电性连接所述单向可控硅Scr的阳极A，第二端电性连接第三二极管D3的负极；
所述第三二极管D3的正极作为电压侦测电路20的第二侦测端22电性连接所述单向可控硅Scr的阴极K；
所述光电耦合器U1包括光敏三极管及用于控制光敏三极管的发光二极管，所述光电耦合器U1的发光二极管的正极电性连接第三二极管D3的负极，负极电性连接第三二极管D3的正极，所述光电耦合器U1的光敏三极管的发射极接地，集电极作为电压侦测电路20的反馈端23电性连接控制芯片30。
具体地，如图2所示，在本发明的一些实施例中，所述复合开关还包括熔断器F，所述单向可控硅Scr的阴极K经由所述熔断器F与继电器J1的第二触点电性连接。
优选地，所述控制芯片30为单片机，型号为STM8S003K3T6C。
请参阅图3，本发明还提供一种复合开关的投入方法，包括如下步骤：
步骤S1、如图1及图2所示，提供一复合开关，包括：单向可控硅Scr、继电器J1、可控硅驱动电路10、电压侦测电路20及控制芯片30；
所述单向可控硅Scr的阳极A电性连接继电器J1的第一触点，阴极K电性连接继电器J1的第二触点；
所述可控硅驱动电路10包括输入端11及输出端12，所述可控硅驱动电路10的输入端11电性连接控制芯片30，输出端12电性连接所述单向可控硅Scr的控制极G；
所述电压侦测电路20包括第一侦测端21、第二侦测端22及反馈端23，所述第一侦测端21电性连接所述单向可控硅Scr的阳极A，所述第二侦测端22电性连接所述单向可控硅Scr的阴极K，所述反馈端23电性连接所述控制芯片30；
所述继电器J1的第一触点接收电网电压Ain，第二触点电性连接电容负载Aout，控制端电性连接控制芯片30。
具体地，如图2所示，在本发明的一些实施例中，所述可控硅驱动电路10包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q3、第一电容C1、变压器T1、第一二极管D1及第二二极管D2；
所述第一电阻R1的第一端接地，第二端作为可控硅驱动电路10的输入端11电性连接控制芯片30；
所述第二电阻R2的第一端电性连接第一电阻R1的第二端，第二端电性连接第一三极管Q1的基极；
所述第一三极管Q1的发射极接地，集电极电性连接第三电阻R3的第一端；
所述第三电阻R3的第二端接入一高电平V；
所述第四电阻R4的第一端电性连接第三电阻R3的第一端，第二端电性连接第二三极管Q2的基极；
所述第二三极管Q2的发射极电性连接第一电容C1的第一端，集电极电性连接所述第三电阻R3的第二端；
所述第三三极管Q3的基极电性连接所述第四电阻R4的第二端，集电极接地，发射极电性连接第一电容C1的第一端；
所述变压器T1的初级线圈的一端电性连接第一电容C1的第二端，；另一端接地，次级线圈的两端分别电性连接第五电阻R5的第一端及第一二极管D1的正极；
所述第一二极管D1的正极电性连接所述单向可控硅Scr的阴极K，负极电性连接第五电阻R5的第二端；
所述第二二极管D2的正极电性连接第五电阻R5的第二端，负极作为可控硅驱动电路10的输出端12电性连接所述单向可控硅Scr的控制极G。
具体地，如图2所示，在本发明的一些实施例中，所述电压侦测电路20包括第六电阻R6、第三二极管D3及光电耦合器U1；
所述第六电阻R6的第一端作为电压侦测电路20的第一侦测端21电性连接所述单向可控硅Scr的阳极A，第二端电性连接第三二极管D3的负极；
所述第三二极管D3的正极作为电压侦测电路20的第二侦测端22电性连接所述单向可控硅Scr的阴极K；
所述光电耦合器U1包括光敏三极管及用于控制光敏三极管的发光二极管，所述光电耦合器U1的发光二极管的正极电性连接第三二极管D3的负极，负极电性连接第三二极管D3的正极，所述光电耦合器U1的光敏三极管的发射极接地，集电极作为电压侦测电路20的反馈端23电性连接控制芯片30。
具体地，如图2所示，在本发明的一些实施例中，所述复合开关还包括熔断器F，所述单向可控硅Scr的阴极K经由所述熔断器F与继电器J1的第二触点电性连接。
优选地，所述控制芯片30为单片机，型号为STM8S003K3T6C。
需要说明的是，单向可控硅Scr是一种可控整流电子元件，能在外部控制信号作用下由关断变为导通，但一旦导通，外部信号就无法使其关断，只要是单向可控硅在导通后，只能靠去除负载或降低其两端电压使其关断。
进一步地，单向可控硅Scr是由三个PN结PNPN组成的四层三端半导体器件与具有一个PN结的二极管相比，差别在于单向可控硅正向导通还受控制极电流控制，与具有两个PN结的三极管相比，差别在于可控硅对控制极电流没有放大作用。
对应地，单向可控硅Scr的导通条件是：控制极G有触发信号且阳极A和阴极K之间的电压差Uak>0，单向可控硅导通的保持条件是：阳极A和阴极K之间的电压差Uak>0且阳极A和阴极K之间的电流Iak>0。
步骤S2、所述电压侦测电路20侦测所述第一电压为单向可控硅Scr的阳极A与阴极K之间的电压差即第一电压，并反馈给控制芯片30。
步骤S3、所述控制芯片30在第一电压小于0后延迟第一时长，向可控硅驱动电路10发出可控硅触发信号。
步骤S4、在第一电压大于0时，所述单向可控硅Scr导通；
步骤S5、所述控制芯片30在第一电压大于0后的第二时长范围内，向继电器J1的控制端发出继电器导通信号，使得所述继电器J1导通；
步骤S6、在第一电压大于0后的第二时长，流过所述单向可控硅Scr的电流小于0，所述单向可控硅Scr关闭。
根据上述的单向可控硅Scr的导通特性结合复合开关的负载为电容负载的情形，本发明的复合开关的投入方法，先通过所述电压侦测电路20侦测单向可控硅Scr的阳极A与阴极K之间的电压差即第一电压，并反馈给控制芯片30；再由所述控制芯片30根据第一电压控制复合开关的具体投入操作，即在第一电压小于0后(反向过零点)延迟第一时长，向可控硅驱动电路10的输入端11发出可控硅触发信号，在第一电压大于0(正向过零点)后的第二时长范围内，向继电器J1的控制端发出继电器导通信号。
其中，所述第一时长和第二时长均为第一电压的变化周期的1/4。
进一步地，所述复合开关投入时的详细过程为：首先，电压侦测电路20侦测第一电压，并反馈至控制芯片30，所述控制芯片30在所述第一电压小于0后延迟第一电压的变化周期的1/4，向可控硅驱动电路10发出可控硅触发信号，此时，单向可控硅Scr的控制极G虽然有可控硅触发信号，但由于第一电压小于0，因此单向可控硅Scr并未导通，之后随着第一电压的自然变化至大于0，单向可控硅Scr随之自然导通，复合开关投入瞬间无冲击电流，接着，在第一电压变化至大于0后的第一电压的变化周期的1/4时间内，控制芯片30发出继电器导通信号，继电器J1导通，与此同时，由于接入的负载为电容负载的特性，根据电容上电压电流的关系，在第一电压的变化周期的1/4时间后，单向可控硅Scr的阳极A和阴极K之间的电流Iak<0，此时虽然第一电压大于0，但单向可控硅Scr的阳极A和阴极K之间的电流Iak<0，不满足单向可控硅Scr导通保持条件，单向可控硅Scr关断，单向可控硅Scr和继电器J1之间完成平滑切换，单向可控硅最大导通第一电压的变化周期的1/4时间就自然关断，相比于现有技术，减小了单向可控硅的发热，降低了对可控硅的品质要求，降低了单向可控硅和复合开关的成本，提高了复合开关的可靠性。
优选地，所述第一电压的波形为电网电压的波形一致，变化周期为20ms，在该实施例中，所述复合开关的投入方法具体为：在所述第一电压反向过零后5ms，所述控制芯片30发出可控硅触发信号，该可控硅触发信号持续15ms，可控硅触发信号发出的前5ms，由于第一电压小于0，因此单向可控硅Scr关闭，前5ms过后第一电压正向过零，单向可控硅Scr导通，且在第一电压正向过零后的5ms内，控制芯片30发出继电器导通信号，使得继电器J1导通，在第一电压正向过零后的5ms后，单向可控硅Scr的阳极A和阴极K之间的电流Iak<0，单向可控硅Scr关闭，复合开关的投入完成，整个投入过程无冲击电流，单向可控硅Scr和继电器J1切换平滑，单向可控硅Scr的导通时长不超过5ms，发热量低，产品稳定性较高。
综上所述，本发明提供一种复合开关。所述复合开关包括：单向可控硅、继电器、可控硅驱动电路、电压侦测电路及控制芯片；单向可控硅的阳极电性连接继电器的第一触点和电压侦测电路的第一侦测端，阴极电性连接继电器的第二触点和电压侦测电路的第二侦测端，控制极受可控硅驱动电路控制；电压侦测电路的反馈端电性连接控制芯片；继电器的第一触点接收电网电压，第二触点电性连接电容负载，控制端电性连接控制芯片；电压侦测电路用于侦测单向可控硅的阳极与阴极之间的电压差即第一电压；控制芯片用于在第一电压小于0后延迟第一时长，发出可控硅触发信号，在第一电压大于0后的第二时长范围内，发出继电器导通信号，能够在保证复合开关投入无冲击电流的情况下，减少单向可控硅的发热，降低产品成本，提高产品可靠性。本发明还提供一种复合开关的投入方法，能够在保证复合开关投入无冲击电流的情况下，减少单向可控硅的发热，降低产品成本，提高产品可靠性。
以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。
Claims (8)
1.一种复合开关，其特征在于，包括：单向可控硅(Scr)、继电器(J1)、可控硅驱动电路(10)、电压侦测电路(20)及控制芯片(30)；
所述单向可控硅(Scr)的阳极(A)电性连接继电器(J1)的第一触点，阴极(K)电性连接继电器(J1)的第二触点；
所述可控硅驱动电路(10)包括输入端(11)及输出端(12)，所述可控硅驱动电路(10)的输入端(11)电性连接控制芯片(30)，输出端(12)电性连接所述单向可控硅(Scr)的控制极(G)；
所述电压侦测电路(20)包括第一侦测端(21)、第二侦测端(22)及反馈端(23)，所述第一侦测端(21)电性连接所述单向可控硅(Scr)的阳极(A)，所述第二侦测端(22)电性连接所述单向可控硅(Scr)的阴极(K)，所述反馈端(23)电性连接所述控制芯片(30)；
所述继电器(J1)的第一触点接收电网电压(Ain)，第二触点电性连接电容负载(Aout)，控制端电性连接控制芯片(30)；
所述单向可控硅(Scr)的阳极(A)与阴极(K)之间的电压差为第一电压，所述电压侦测电路(20)用于侦测第一电压，并反馈给控制芯片(30)；
所述控制芯片(30)用于接收第一电压，并在第一电压小于0后延迟第一时长，向可控硅驱动电路(10)的输入端(11)发出可控硅触发信号，在第一电压大于0后的第二时长范围内，向继电器(J1)的控制端发出继电器导通信号；
所述可控硅驱动电路(10)包括：第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第五电阻(R5)、第一三极管(Q1)、第二三极管(Q2)、第三三极管(Q3)、第一电容(C1)、变压器(T1)、第一二极管(D1)及第二二极管(D2)；
所述第一电阻(R1)的第一端接地，第二端作为可控硅驱动电路(10)的输入端(11)电性连接控制芯片(30)；
所述第二电阻(R2)的第一端电性连接第一电阻(R1)的第二端，第二端电性连接第一三极管(Q1)的基极；
所述第一三极管(Q1)的发射极接地，集电极电性连接第三电阻(R3)的第一端；
所述第三电阻(R3)的第二端接入一高电平(V)；
所述第四电阻(R4)的第一端电性连接第三电阻(R3)的第一端，第二端电性连接第二三极管(Q2)的基极；
所述第二三极管(Q2)的发射极电性连接第一电容(C1)的第一端，集电极电性连接所述第三电阻(R3)的第二端；
所述第三三极管(Q3)的基极电性连接所述第四电阻(R4)的第二端，集电极接地，发射极电性连接第一电容(C1)的第一端；
所述变压器(T1)的初级线圈的一端电性连接第一电容(C1)的第二端，另一端接地，次级线圈的两端分别电性连接第五电阻(R5)的第一端及第一二极管(D1)的正极；
所述第一二极管(D1)的正极电性连接所述单向可控硅(Scr)的阴极(K)，负极电性连接第五电阻(R5)的第二端；
所述第二二极管(D2)的正极电性连接第五电阻(R5)的第二端，负极作为可控硅驱动电路(10)的输出端(12)电性连接所述单向可控硅(Scr)的控制极(G)。
2.如权利要求1所述的复合开关，其特征在于，所述第一时长和第二时长均为第一电压的变化周期的1/4。
3.如权利要求1所述的复合开关，其特征在于，还包括熔断器(F)，所述单向可控硅(Scr)的阴极(K)经由所述熔断器(F)与继电器(J1)的第二触点电性连接。
4.如权利要求1所述的复合开关，其特征在于，所述电压侦测电路(20)包括第六电阻(R6)、第三二极管(D3)及光电耦合器(U1)；
所述第六电阻(R6)的第一端作为电压侦测电路(20)的第一侦测端(21)电性连接所述单向可控硅(Scr)的阳极(A)，第二端电性连接第三二极管(D3)的负极；
所述第三二极管(D3)的正极作为电压侦测电路(20)的第二侦测端(22)电性连接所述单向可控硅(Scr)的阴极(K)；
所述光电耦合器(U1)包括光敏三极管及用于控制光敏三极管的发光二极管，所述光电耦合器(U1)的发光二极管的正极电性连接第三二极管(D3)的负极，负极电性连接第三二极管(D3)的正极，所述光电耦合器(U1)的光敏三极管的发射极接地，集电极作为电压侦测电路(20)的反馈端(23)电性连接控制芯片(30)。
5.一种复合开关的投入方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、提供一复合开关，包括：单向可控硅(Scr)、继电器(J1)、可控硅驱动电路(10)、电压侦测电路(20)及控制芯片(30)；
所述单向可控硅(Scr)的阳极(A)电性连接继电器(J1)的第一触点，阴极(K)电性连接继电器(J1)的第二触点；
所述可控硅驱动电路(10)包括输入端(11)及输出端(12)，所述可控硅驱动电路(10)的输入端(11)电性连接控制芯片(30)，输出端(12)电性连接所述单向可控硅(Scr)的控制极(G)；
所述电压侦测电路(20)包括第一侦测端(21)、第二侦测端(22)及反馈端(23)，所述第一侦测端(21)电性连接所述单向可控硅(Scr)的阳极(A)，所述第二侦测端(22)电性连接所述单向可控硅(Scr)的阴极(K)，所述反馈端(23)电性连接所述控制芯片(30)；
所述继电器(J1)的第一触点接收电网电压(Ain)，第二触点电性连接电容负载(Aout)，控制端电性连接控制芯片(30)；
步骤S2、所述电压侦测电路(20)侦测单向可控硅(Scr)的阳极(A)与阴极(K)之间的电压差，即第一电压，并反馈给控制芯片(30)；
步骤S3、所述控制芯片(30)在第一电压小于0后延迟第一时长，向可控硅驱动电路(10)的输入端(11)发出可控硅触发信号；
步骤S4、在第一电压大于0时，所述单向可控硅(Scr)导通；
步骤S5、所述控制芯片(30)在第一电压大于0后的第二时长范围内，向继电器(J1)的控制端发出继电器导通信号，使得所述继电器(J1)导通；
步骤S6、在第一电压大于0后的第二时长，流过所述单向可控硅(Scr)的电流小于0，所述单向可控硅(Scr)关闭；
所述可控硅驱动电路(10)包括：第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第五电阻(R5)、第一三极管(Q1)、第二三极管(Q2)、第三三极管(Q3)、第一电容(C1)、变压器(T1)、第一二极管(D1)及第二二极管(D2)；
所述第一电阻(R1)的第一端接地，第二端作为可控硅驱动电路(10)的输入端(11)电性连接控制芯片(30)；
所述第二电阻(R2)的第一端电性连接第一电阻(R1)的第二端，第二端电性连接第一三极管(Q1)的基极；
所述第一三极管(Q1)的发射极接地，集电极电性连接第三电阻(R3)的第一端；
所述第三电阻(R3)的第二端接入一高电平(V)；
所述第四电阻(R4)的第一端电性连接第三电阻(R3)的第一端，第二端电性连接第二三极管(Q2)的基极；
所述第二三极管(Q2)的发射极电性连接第一电容(C1)的第一端，集电极电性连接所述第三电阻(R3)的第二端；
所述第三三极管(Q3)的基极电性连接所述第四电阻(R4)的第二端，集电极接地，发射极电性连接第一电容(C1)的第一端；
所述变压器(T1)的初级线圈的一端电性连接第一电容(C1)的第二端，另一端接地，次级线圈的两端分别电性连接第五电阻(R5)的第一端及第一二极管(D1)的正极；
所述第一二极管(D1)的正极电性连接所述单向可控硅(Scr)的阴极(K)，负极电性连接第五电阻(R5)的第二端；
所述第二二极管(D2)的正极电性连接第五电阻(R5)的第二端，负极作为可控硅驱动电路(10)的输出端(12)电性连接所述单向可控硅(Scr)的控制极(G)。
6.如权利要求5所述的复合开关的投入方法，其特征在于，所述第一时长和第二时长均为第一电压的变化周期的1/4。
7.如权利要求5所述的复合开关的投入方法，其特征在于，所述复合开关还包括熔断器(F)，所述单向可控硅(Scr)的阴极(K)经由所述熔断器(F)与继电器(J1)的第二触点电性连接。
8.如权利要求5所述的复合开关的投入方法，其特征在于，所述电压侦测电路(20)包括第六电阻(R6)、第三二极管(D3)及光电耦合器(U1)；
所述第六电阻(R6)的第一端作为电压侦测电路(20)的第一侦测端(21)电性连接所述单向可控硅(Scr)的阳极(A)，第二端电性连接第三二极管(D3)的负极；
所述第三二极管(D3)的正极作为电压侦测电路(20)的第二侦测端(22)电性连接所述单向可控硅(Scr)的阴极(K)；
所述光电耦合器(U1)包括光敏三极管及用于控制光敏三极管的发光二极管，所述光电耦合器(U1)的发光二极管的正极电性连接第三二极管(D3)的负极，负极电性连接第三二极管(D3)的正极，所述光电耦合器(U1)的光敏三极管的发射极接地，集电极作为电压侦测电路(20)的反馈端(23)电性连接控制芯片(30)。
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