CN1260763C - 半导体继电器及该半导体继电器的控制方法 - Google Patents

Abstract

由于具有：检测三端双向可控硅开关元件(114)的两端电压，输出与有无超过阈值的两端电压对应的元件间电压检测信号的元件间电压检测电路(116)；和根据控制输入信号输出元件驱动信号的元件驱动电路(112)；根据有无元件间电压检测信号和有无元件驱动信号输出逻辑判断信号的逻辑判断电路(119)；和由该逻辑判断信号中除去了干扰因素，输出元件安全信号的滤波电路(120)，因此能稳定地检测出三端双向可控硅开关元件的故障。

Description

半导体继电器及该半导体 继电器的控制方法

                        技术领域

本发明涉及半导体继电器，例如固态继电器(以下简称SSR)等，再详细地说具有故障检测功能的半导体继电器。

                        背景技术

半导体继电器，例如SSR是用于以加热器、电机或电磁阀等为直接负载进行驱动的装置，例如温度调节器是通过对SSR的驱动控制来进行作为直接负载的加热器的通电控制等。

该SSR，是根据与例如温度调节器等输出的控制输入信号对应的元件驱动信号，对例如三端双向可控硅开关元件等半导体元件进行接通/断开控制，来进行加热器等直接负载的驱动控制，但是断开半导体元件时，由于此半导体元件的电压下降而发热，所以需要设置散热片等来散热。

就这种以往的半导体继电器而言，虽然常被用到控制板等中，但是由于该控制板内部气密性高，空气的对流不顺畅，使周围温度上升，导致半导体继电器的温度过分上升，使三端双向可控硅开关元件等半导体元件易于发生短路(接通)故障等。

然而，就上述以往的半导体继电器而言，它不能稳定地检测出半导体元件单元的故障。

本发明鉴于上述问题而进行，其目的是为了提供能稳定地检测半导体元件单元的故障的半导体继电器。

                        发明内容

为了达到上述目的，本发明的半导体继电器配置在端子之间，是具有根据元件驱动信号接通和断开上述端子之间的半导体元件单元的半导体继电器，具有检测上述半导体元件单元的动作，根据该检测结果输出传感器单元输出信号的传感器单元和根据上述元件驱动信号和上述传感器输出信号判断上述半导体元件单元有无故障的元件故障检测电路。

因此，根据本发明的半导体继电器，由于根据由检测半导体元件单元的动作的传感器单元输出的传感器单元输出信号和驱动上述半导体元件单元的动作的元件驱动信号，判断上述半导体元件单元有无故障，因此能稳定地检测出半导体元件单元的故障。

本发明的半导体继电器，是上述传感器具有检测上述半导体元件单元两端电压，根据该检测结果输出作为上述传感器单元输出信号的元件间电压检测信号的两端电压检测电路，上述元件故障检测电路根据上述元件间电压检测信号和上述元件驱动信号，能判断上述半导体元件单元有无故障。

因此，根据本发明的半导体继电器，由于能根据与上述半导体元件单元的两端电压有关的元件间电压检测信号和元件驱动信号判断半导体元件单元有无故障，能稳定地判断上述半导体元件单元有无故障，还由于使用两端电压检测电路，比采用CT(变流器)型电流传感器的半导体继电器，还能大大地实现小型化。

本发明的半导体继电器，上述两端电压检测电路输出与有无上述两端电压对应的元件间电压检测信号，上述元件故障检测电路具有输出与有无上述元件间电压检测信号和有无上述元件驱动信号对应的逻辑判断信号的逻辑判断电路，和根据上述逻辑判断信号输出与上述半导体元件单元有无故障对应的元件安全信号的滤波电路。

因此，根据本发明的半导体继电器，由于能输出与半导体元件单元的接通和断开状态对应的根据有无元件间电压检测信号和有无元件驱动信号输出逻辑信号，根据该逻辑判断信号输出与半导体元件单元有无故障的元件安全信号，通过除去逻辑判断信号中含有的杂波等能输出准确的元件安全信号。

本发明的半导体继电器，具有至少向上述两端电压检测电路和上述元件故障检测电路中的一方供电的电源电路，该电源电路的供电由连接于上述端子的负载电源电路进行。

因此，根据本发明的半导体继电器，由于当由负载电源电路的供电被断开时，向两端电压检测电路或元件故障检测电路的供电也断开，因此可以确实防止在负载电源电路的供电断开时两端电压检测电路或元件故障检测电路错误地检测半导体元件单元有故障的情况的发生。

本发明的半导体继电器，具有以负载电源驱动负载的负载电路和控制该负载电路的半导体元件单元，具有与上述负载并联的假负载单元，和控制该假负载单元和上述半导体元件单元的控制电路。

另外，本发明的半导体继电器，具有以负载电源驱动负载的负载电路和控制该负载电路的半导体元件单元，具有与上述负载并联的假负载单元，和在上述负载电路上具有接通和断开上述负载电源和上述负载的接点的安全断路单元，和控制上述假负载单元和上述半导体元件单元和上述安全断路单元的控制电路。

本发明的半导体继电器，具有以负载电源驱动负载的负载电路和控制该负载电路的半导体元件单元；在上述负载电路上具有接通和断开上述负载电源和上述负载的接点的安全断路单元；在上述负载的断路状态下确保上述半导体元件单元的电流路径执行故障检测的假负载单元；在上述半导体元件单元、上述假负载单元和上述安全断路单元均为断开状态的无电源状态投入电源的起始检验状态下，执行上述安全断路单元的故障检测，当根据该故障检测的结果上述安全断路单元为无故障时，执行上述半导体元件单元的故障检测，当根据该故障检测结果上述半导体元件单元为无故障时接通上述安全断路单元使它动作，将上述负荷电路控制在运行状态的控制部件。

上述控制部件是当上述安全断路单元正常时，在上述假负载单元确保上述半导体元件单元的电流的路径执行上述半导体元件单元的故障检测一定时间，上述半导体元件单元正常时，停止执行上述半导体元件单元的故障检测的同时，接通上述安全断路单元使它动作，可将上述负载电路控制在运行状态。

另外，上述控制部件是当上述安全断路单元有故障时，在上述假负载单元不执行上述半导体元件单元的故障检测，而控制上述负载电路不进入运行状态，当上述半导体元件单元有故障时，可将上述负荷电路控制在不进入运行状态。

因此，根据本发明的半导体继电器，由于在半导体元件单元和假负载单元和安全断路单元均为断开状态的无电源状态投入电源的起始检验状态下，执行安全断路单元的故障检测，当根据该故障检测的结果安全断路单元为无故障时，执行半导体元件单元的故障检测，或者在假负载单元确保半导体元件单元的电流路径执行半导体元件单元的故障检测，接通安全断路单元使它动作可进入运行状态。

另外，根据本明的半导体继电器，由于当根据安全断路单元的故障检测的结果，发现安全断路单元有故障时，可发出发现故障的警报等，停止动作。同样，当半导体元件单元发现故障时也可发出发现故障的警报等，停止动作，控制负载电路不进入运行状态。

为此，由于能早期检测出半导体元件单元的故障，可提高装置的安全性。另外，由于确保装置本身的安全后允许输出运行信号，可提高使用它的整个系统的安全性。

而且，由于传感器单元能检测出半导体元件单元的特性值的恶化，可在半导体元件单元达到完全故障地步前，由安全断路单元断开负载电路，或通过向使用者发出警报提醒注意，在达到危险状态前停止装置，提高系统的安全性。

另外，具有输出元件驱动信号驱动上述半导体元件单元的元件驱动电路，上述控制部件监视上述安全断路单元，当检测出上述安全断路单元的上述接点未断开时，可以上述元件驱动电路控制不输出上述元件驱动信号。

另外，上述控制部件在投入电源时，可通过上述假负载单元使上述半导体元件单元通电，确认上述半导体元件单元为正常后，控制上述安全断路单元的上述接点闭合。

另外，具有检测上述半导体元件单元的故障的元件故障检测电路，上述控制部件在通常运行时，当上述元件故障检测电路确认了上述半导体元件单元的故障时，可控制上述安全断路单元的上述接点断开。

而且，控制部件包括检测半导体元件单元的动作的传感器单元，和对传感器单元的传感器输出信号和元件驱动电路的元件驱动信号进行比较，能确认安全状态(未发生短路故障或开路故障)后输出元件安全信号的元件故障检测电路。和当安全断路单元处于能正常作用(接点未发生烧熔)状态(例如能确认了断路继电器的继电器接点的b接点闭合)时向假负载单元输出假负载信号，输出断路继电器安全信号，而不能确认是安全状态时不输出断路继电器安全信号的断路回路监视电路，和投入电源时使假负载单元的假负载继电器接通一定时间，能确认半导体元件单元的安全，或者在上述状态下断开外来的控制输入信号，向元件驱动电路输出元件单元起动时检验用运行信号，或者在上述状态下向断路回路监视电路输出安全断路单元检验用信号，进行确认安全断路单元的烧熔的起始控制电路等。

半导体元件单元由MOSFET、晶体管、三端双向可控硅开关元件、可控硅整流器、GTO等半导体开关元件结构。

另外，本发明的半导体继电器具有以负载电源驱动负载的负载电路，和控制该负载电路的半导体元件单元，和输出元件驱动信号驱动上述半导体元件单元的元件驱动电路，和接通和断开上述负载电源和上述负载的接点的安全断路单元，和检测上述半导体元件单元的动作的传感器单元，和根据该传感器单元的传感器输出信号和上述元件驱动元件电路的上述元件驱动信号检测上述半导体元件单元的故障，输出元件安全信号的元件故障检测电路，和在上述负载的断路状态下确保上述半导体元件单元的电流路径执行故障检测的假负载单元，和当上述安全断路单元处于能正常工作状态时输出断路继电安全信号的断路回路监视电路，和接通电源时动作上述假负载单元使上述半导体元件单元处于能确认安全的状态，断开外来的控制输入信号，向上述元件驱动电路输出元件单元起动时的检验用运行信号，同时向上述断路回路监视电路输出安全断路单元检验用信号，以确认上述安全断路单元的烧熔的起始控制电路，和当上述元件安全信号和上述断路继电器安全信号达到高电平时向上述元件安全断路单元输出安全确认信号的逻辑电路。

另外，传感器单元也可用与半导体元件单元并联连接的光电变换元件耦合器构成。该传感器单元检测半导体元件单元电压，向元件故障检测电路输出传感器单元输出信号。

而且，本发明的半导体继电器，可由安全继电器形成的断路继电器构成，也可由至少有一个常通接点的电磁式继电器形成的断路继电器构成，也可由安全继电器和通常继电器形成的断路继电器构成，还可由高耐压性的半导体元件构成安全断路单元。

另外，安全断路单元的断路继电器的控制可根据输入到上述半导体元件单元的元件驱动信号随时进行。此时，让断路继电器适当处于断开状态，可确实进行断路，提高安全性。

此外，安全继电器以其强制导向机构，使任意一个a接点烧熔时所有b接点都必定断开，任意一个b接点烧熔时所有a接点都必定断开，用于以安全目的使用的控制电路内部。

本发明的半导体继电器，可将假负载单元配置在半导体元件单元和安全断路单元之间。且对负载并列配置，也可将假负载单元用电阻和电磁继电器串联构成，假负载单元也可用电阻构成，该电阻可设定成与负载电流相比只流过小得可忽视的电流的电阻值。另外，假负载单元的电磁继电器可使用安全断路单元所使用的安全继电器的b接点。

另外，该传感器单元可由检测半导体元件单元电压的电压检测电路构成。

该传感器单元也可用与半导体元件单元并联连接的光电变换元件耦合器构成。该传感器单元检测半导体元件单元电压，向元件故障检测电路输出传感器单元输出信号。

另外，传感器单元可由检测流过上述半导体元件单元的电流的电流检测电路构成。该传感器单元检测流过半导体元件单元的电流，向元件故障检测电路输出传感器输出信号。

另外，传感器单元和元件故障检测电路可都双重化，具有当一方有故障时使另一方能正常动作的结构，以提高对故障的承受能力。

另外，本发明的半导体继电器，可具有从外部接收安全控制信号，强制地断开上述安全断路单元的功能。

另外，本发明的半导体继电器，可具有向外输出安全控制信号，并具有当检测出内部的故障状态时控制安全控制信号的功能。

另外，本发明涉及的半导体继电器是用于三相电源的半导体继电器，可使安全断路单元断开两相。

另外，本发明的半导体继电器的控制方法，在半导体元件单元和假负载单元和安全断路单元均为断开状态的无电源状态投入电源的起始检验状态下，执行上述安全断路单元的故障检测，当根据该故障检测的结果上述安全断路单元为无故障时，执行上述半导体元件单元的故障检测，当上述半导体元件单元为无故障时接通上述安全断路单元使它动作。将负荷电路控制在运行状态，当当根据上述安全断路单元的故障检测的结果上述安全断路单元有故障时，在上述假负载单元不执行上述故障检测。而控制上述负载电路不进入运行状态，还有当根据上述半导体元件单元的故障检测的结果，上述半导体元件单元有故障时，控制上述负荷电路不进入运行状态。

因此，根据本发明的半导体继电器的控制方法，由于能早期检测出半导体元件单元的故障，可提高装置的安全性，另外，由于确保装置本身的安全后允许输出运行信号，可提高使用它的整个系统的安全性。

而且，由于传感器单元能检测出半导体元件单元的特性值的恶化，可在半导体元件单元达到完全故障地步前，被安全断路单元断开负载电路，或通过向使用者发出警报提醒注意，在达到危险状态前停止装置，提高系统的安全性。

                        附图说明

图1是表示本发明的半导体继电器第1个实施方案的SSR的外观结构的透视图。

图2是表示第1个实施方案的SSR内部的概略结构的方框图。

图3是表示有关第1个实施方案的元件间电压检测电路内部的电路结构的示意图。

图4(a)和(b)是表示有关第1个实施方案的三端双向可控硅开关元件断开时的元件间电压和元件间电压检测信号的关系的信号波形图。

图5(a)和(b)是表示有关第1个实施方案的三端双向可控硅开关元件接通时的元件间电压和元件间电压检测信号的关系的信号波形图。

图6是表示有关第1个实施方案的有关元件驱动信号和元件间电压检测信号的判断算法的示意图。

图7是有关第1个实施方案的三端双向可控硅开关元件的正常断开时的逻辑判断信号和元件安全信号的信号波形图。

图8是有关第1个实施方案的三端双向可控硅开关元件的断开故障时的逻辑判断信号和元件安全信号的信号波形图。

图9是有关第1个实施方案的三端双向可控硅开关元件的接通故障时的逻辑判断信号和元件安全信号的信号波形图。

图10是有关第1个实施方案的三端双向可控硅开关元件的半波接通故障时的逻辑判断信号和元件安全信号的信号波形图。

图11(A)和(B)是有关第1个实施方案的三端双向可控硅开关元件的正常动作时的电源电压、元件驱动信号、元件间电压检测信号、逻辑判断信号和元件安全信号的信号波形图。

图12(A)和(B)是有关第1个实施方案的三端双向可控硅开关元件的接通故障时的电源电压、元件驱动信号、元件间电压检测信号、逻辑判断信号和元件安全信号的信号波形图。

图13(A)和(B)是有关第1个实施方案的三端双向可控硅开关元件的断开故障时的电源电压、元件驱动信号、元件间电压检测信号、逻辑判断信号和元件安全信号的信号波形图。

图14(A)和(B)是有关第1个实施方案的三端双向可控硅开关元件的半波接通故障时的电源电压、元件驱动信号、元件间电压检测信号、逻辑判断信号和元件安全信号的信号波形图。

图15(A)和(B)是有关第1个实施方案的三端双向可控硅开关元件的断开供电时的电源电压、元件驱动信号、元件间电压检测信号、逻辑判断信号和元件安全信号的信号波形图。

图16是表示将第1个实施方案的SSR应用到三角形接线的三相时的示意图。

图17是表示将第1个实施方案的SSR应用到星形接线的三相时的示意图。

图18是表示第2个实施方案的半导体继电器内部的概略结构的方框图。

图19是该半导体继电器的起动时的流程图。

图20是该半导体继电器的运行时的流程图。

图21是该半导体继电器的断开故障时的时间图。

图22是该半导体继电器的短路故障时的时间图。

图23(1)和(2)是该半导体继电器的控制状态示意图。

图24(1)和(2)是该半导体继电器的其他控制状态示意图。

图25是将该半导体继电器适用到三相电机的驱动电路时的电路图。

图26是在该半导体继电器的传感器单元上使用电流检测电路时的故障检测流程图。

                        具体实施方式

下面对实施本发明的最佳方案根据附图加以说明。

[实施方案1]

图1是表示本发明的半导体继电器第1个实施方案的SSR的外观结构的透视图。

图1所示的SSR 100，用螺丝安装在散热片上，该SSR 100的上面安装了可摆动的罩103，该罩103上有与点灯显示输入状态和警报输出状态等的指示LED对应的开口部分104。

另外，罩103的下面配置一对输入端子105和一对报警输出端子106和电源端子107的5个端子。还有SSR 100的宽向的两侧部有分别与负载电源和加热器等负载连接的一对输出端子108(图1只示出了一方输出端子108)。

图2是表示第1个实施方案的SSR内部的概略结构的方框图。

图2所示的SSR 100具有：根据从外部负载电源电路109的供电，例如向产生5V的内部定电压进行故障检测的电路等供电的电源电路110，和从温度调节器等控制器111输入控制输入信号的输入端子105，和根据该输入端子105的控制输入信号输出元件驱动信号的元件驱动电路112，与加热器等负载113和负载电源电路109的串联电路连接的输出端子108，和配置在输出端子108之间的内装三端双向可控硅开关元件114作为半导体元件的半导体元件单元115。

表示第1实施方案的SSR 100为了能检测三端双向可控硅开关元件114的故障，具有以下结构。

该SSR 100具有作为检测三端双向可控硅开关元件114的两端间电压的传感器单元的两端电压检测电路116，和根据该元件间电压检测电路116发出的作为传感器单元输出信号的元件间电压检测信号和元件驱动电路112发出的元件驱动信号判断三端双向可控硅开关元件114有无故障，输出与该有无故障对应的元件安全信号的元件故障检测电路117，和根据该元件故障检测电路117发出的元件安全信号输出警报信号的警报输出电路118。

图1所示的罩103的开口104配置了根据元件驱动电路112发出的元件驱动信号，点灯显示输入状态的指示LED 130，和根据元件安全信号，点灯显示警报输出状态等的指示LED 131。此外，警报输出电路118的警报输出警报输出端子106，如图2所示，连接根据外部直流电源128和元件安全信号被驱动的继电器129或PLC等。

元件故障检测电路117具有根据元件驱动信号和元件间电压检测信号输出逻辑判断信号的逻辑判断电路119，和由逻辑判断信号除去了杂波等干扰因素，输出元件安全信号的滤波电路120。

元件间电压检测电路116，如图3所示，具有进行三端双向可控硅开关元件114的电压的整流的二极管电桥121，和防止过电流的同时稳定电压的晶体管122和电阻123和齐纳二极管124，和为了设定所定检测阈值的齐纳二极管125，和当三端双向可控硅开关元件114的两端电压即元件间电压超过所定检测阈值时，输出高电平元件间电压检测信号，同时当元件间电压未满足所定的检测阈值时输出低电平的光电变换元件耦合器126。

图4和图5表示元件间电压和元件间电压检测信号的关系的信号波形图。图4表示三端双向可控硅开关元件114断开时的状态，图5表示三端双向可控硅开关元件114接通时的状态。

三端双向可控硅开关元件114断开时，如图4(a)所示，作为元件间电压发生与负载电源电路109对应的正弦波电压。根据超过检测阈值的部分，如图4(b)所示，由元件间电压检测电路116输出所需脉冲宽度的高电平元件间电压检测信号。

另外，三端双向可控硅开关元件114接通时，如图5(a)所示，元件间电压只发生不达到检测阈值的1V左右的电压，如图5(b)所示，由元件间电压检测电路116输出低电平元件间电压检测信号。

元件驱动电路112，当控制器111输入一控制输入信号时，向逻辑判断电路119输出高电平元件驱动信号，无输入一控制输入信号时，向逻辑判断电路119输出低电平元件驱动信号。

下面对元件故障检测电路117的故障判断算法加以说明。

元件故障检测电路117，根据元件间电压检测电路116发出的元件间电压检测信号和元件驱动电路112发出的元件驱动信号，如图6所示，检测三端双向可控硅开关元件114有无故障。

元件故障检测电路117，例如元件驱动信号是高电平，元件间电压检测信号是低电平时，由于元件驱动信号是高电平，所以三端双向可控硅开关元件114是接通的，而且元件间电压检测信号是低电平，则如图6所示，可判断为三端双向可控硅开关元件114是正常的。

另外，元件故障检测电路117，例如元件驱动信号是高电平，元件间电压检测信号是高电平时，由于元件驱动信号是高电平所以三端双向可控硅开关元件114应是接通的，但是由于元件间电压检测信号是高电平所以三端双向可控硅开关元件114是断开的，则如图6所示，可判断为三端双向可控硅开关元件114是断开故障。

另外，元件故障检测电路117，例如元件驱动信号是低电平，元件间电压检测信号是高电平时，由于元件驱动信号是低电平所以三端双向可控硅开关元件114是断开的，而且由于元件间电压检测信号是高电平，则如图6所示，可判断为三端双向可控硅开关元件114是正常的。

另外，元件故障检测电路117，例如元件驱动信号是低电平，元件间电压检测信号是低电平时，由于元件驱动信号是低电平所以三端双向可控硅开关元件114应是断开的，但是由于元件间电压检测信号是低电平所以三端双向可控硅开关元件114是接通的，则如图6所示，可判断为三端双向可控硅开关元件114是接通故障。

下面再对元件故障检测电路117内部的逻辑判断电路119和滤波电路120的处理算法加以说明。

元件故障检测电路117的逻辑判断电路119，获取元件驱动信号和元件间电压检测信号的“异”，并将该“异”进行翻转。滤波电路120基本上以CR的时间常数使逻辑判断电路119的逻辑判断信号平滑，当它超过所定的阈值时，就视为故障而输出高电平元件安全信号。

下面对元件故障检测电路内部的逻辑判断电路119和滤波电路120的处理算法，举故障判断的例子加以说明。图7至图10是由逻辑判断电路119输出的逻辑判断信号和滤波电路120输出的元件安全信号的信号波形图。图7是三端双向可控硅开关元件114正常接通时，图8是三端双向可控硅开关元件114断开故障时，图9是三端双向可控硅开关元件接通故障时，图10是三端双向可控硅开关元件114单侧的半波接通故障时的逻辑判断信号和元件安全信号的信号波形图。

如图7所示，三端双向可控硅开关元件114正常接通时，逻辑判断电路119，通过将图4(a)所示的所需脉冲宽度的高电平元件间电压检测信号和低电平元件驱动信号的“异”进行翻转，将输出图7(a)所示的脉冲宽度小的逻辑判断信号。并且，由于滤波电路120的该逻辑判断信号的脉冲宽度小，不超过所定的阈值，如图7(b)所示，将输出表示三端双向可控硅开关元件114正常的低电平元件安全信号。

另外，如图8所示，三端双向可控硅开关元件114断开故障时，逻辑判断电路119，通过将图4(b)所示的所需脉冲宽度的高电平元件间电压检测信号和高电平元件驱动信号的“异”进行翻转，将输出图8(a)所示的所需脉冲宽度的逻辑判断信号。并且，由于滤波电路120的该逻辑判断信号的所需脉冲宽度超过所定的阈值，如图8(b)所示，将输出表示三端双向可控硅开关元件114故障的高电平元件安全信号。

另外，如图9所示，三端双向可控硅开关元件114接通故障时，逻辑判断电路119，通过将图5(b)所示的低电平元件间电压检测信号和低电平元件驱动信号的“异”进行翻转，将输出图9(a)所示的高电平的逻辑判断信号。并且，由于滤波电路120的该逻辑判断信号的脉冲宽度超过所定的阈值，如图9(b)所示，将输出表示三端双向可控硅开关元件114故障的高电平元件安全信号。

另外，如图10所示，三端双向可控硅开关元件114的单侧的半波接通故障时，逻辑判断电路119，三端双向可控硅开关元件114的单侧将正常断开，图10(b)所示，将输出长周期的所需脉冲宽度的逻辑判断信号。并且，由于滤波电路120的该逻辑判断信号的所需脉冲宽度超过所定的阈值，如图10(b)所示，将输出表示三端双向可控硅开关元件114故障的高电平元件安全信号。

此外，滤波电路120，如果输入所定占空因数以上的逻辑判断信号，将输出高电平元件安全信号。

下面根据图11至图14的信号波形图，对有关第1实施方案的故障判断动作加以详细的说明。图11是正常动作时的信号波形图，该图(A)表示无控制输入信号的输入时，该图(B)表示有控制输入信号的输入时，(a)是与负载电源电路109对应的电源电压，(b)是由元件驱动电路112输出的元件驱动信号，(c)是由元件间电压检测电路116输出的元件间电压检测信号，(d)是由逻辑判断电路119输出的逻辑判断信号，(e)是由滤波电路120输出的元件安全信号。

该图(A)，由于无控制输入信号的输入，元件驱动电路112如(b)所示，元件驱动信号成为低电平，使三端双向可控硅开关元件114正常动作，并是断开，元件间电压检测电路116如(c)所示，成为所需脉冲宽度的元件间电压检测信号。并且，逻辑判断电路119，通过将元件驱动信号和元件间电压检测信号的“异”进行翻转，将成为(d)所示的逻辑判断信号，由于该逻辑判断信号的占空因数变小，滤波电路120将如(e)所示，将成为表示三端双向可控硅开关元件114正常的低电平元件安全信号。

该图(B)，由于有控制输入信号的输入，元件驱动电路112如(b)所示，元件驱动信号成为高电平，使三端双向可控硅开关元件114正常动作，并是接通，元件间电压检测电路116如(c)所示，成为的低电平的元件间电压检测信号。并且，逻辑判断电路119，通过将元件驱动信号和元件间电压检测信号的“异”进行翻转，将成为(d)所示的低电平逻辑判断信号，滤波电路120将如(e)所示，将输出表示三端双向可控硅开关元件114正常的低电平元件安全信号。

图12是接通故障时的信号波形图，该图(A)表示无控制输入信号的输入时，该图(B)表示有控制输入信号的输入时。

该图(A)，虽然由于无控制输入信号的输入，元件驱动电路112如(b)所示，元件驱动信号成为低电平，但是由于三端双向可控硅开关元件114是接通状态，元件间电压检测电路116如(c)所示，成为低电平元件间电压检测信号。并且，逻辑判断电路119，通过将元件驱动信号和元件间电压检测信号的“异”进行翻转，将成为(d)所示的高电平逻辑判断信号，滤波电路120将如(e)所示，将成为表示三端双向可控硅开关元件114故障的高电平元件安全信号。

此外，该图(B)，由于有控制输入信号的输入，元件驱动电路112如(b)所示，元件驱动信号成为高电平，不能检测三端双向可控硅开关元件114的接通故障，但是由于无控制输入信号的输入时能检测接通故障，所以完全没有问题。

图13是断开故障的信号波形图，该图(A)表示无控制输入信号的输入时，该图(B)表示有控制输入信号的输入时。

该图(B)，虽然由于有控制输入信号的输入，元件驱动电路112如(b)所示，元件驱动信号成为高电平，但是由于三端双向可控硅开关元件114是断开状态，元件间电压检测电路116如(c)所示，成为所需脉冲宽度的元件间电压检测信号。并且，逻辑判断电路119，通过将元件驱动信号和元件间电压检测信号的“异”进行翻转，成为(d)所示的所需脉冲宽度的逻辑判断信号，滤波电路120将如(e)所示，将成为表示三端双向可控硅开关元件114故障的高电平元件安全信号。

此外，该图(A)，由于无控制输入信号的输入，元件驱动电路112如(b)所示，元件驱动信号成为低电平，不能检测三端双向可控硅开关元件114的断开故障，但是由于有控制输入信号的输入时能检测断开故障，所以完全没有问题。

图14是三端双向可控硅开关元件单侧的接通故障时的信号波形图，该图(A)表示无控制输入信号的输入时，该图(B)表示有控制输入信号的输入时。

该图(A)，虽然由于无控制输入信号的输入，元件驱动电路112如(b)所示，元件驱动信号成为低电平，但是由于三端双向可控硅开关元件114单侧是接通状态，元件间电压检测电路116如(c)所示，成为长周期所需脉冲宽度的元件间电压检测信号。并且，逻辑判断电路119，通过将元件驱动信号和元件间电压检测信号的“异”进行翻转，将成为(d)所示的长周期所需脉冲宽度的逻辑判断信号，滤波电路120将如(e)所示，将成为表示三端双向可控硅开关元件114故障的高电平元件安全信号。

此外，该图(B)，由于有控制输入信号的输入，元件驱动电路112如(b)所示，元件驱动信号成为高电平，不能检测半波连接故障，但是由于无控制输入信号的输入时能检测半波接通故障，所以完全没有问题。

根据第1实施方案，根据与三端双向可控硅开关元件114的两端电压有关的元件间电压检测信号和元件驱动信号对应的元件安全信号。可判断三端双向可控硅开关元件114有无故障，能稳定地检测三端双向可控硅开关元件114的故障，还由于使用元件间电压检测电路116，比采用CT(变流器)型电流传感器的半导体继电器，还能大大地实现小型化。

另外，根据第1实施方案，逻辑判断电路119可根据有无元件间电压检测信号和有无元件驱动信号输出逻辑判断信号，滤波电路120可根据逻辑判断信号的占空因数除去杂波等干扰因素，输出与有无故障对应的元件安全信号，因此可稳定地检测三端双向可控硅开关元件114的故障，还能检测三端双向可控硅开关元件114单侧的半波故障。

并且，根据第1实施方案，如图2所示，向检测故障的元件间电压检测电路116和元件故障检测电路117供电的电源电路110是由负载电源电路109供电的，因此例如结束一天的操作断开了断路开关127，向半导体元件单元115的供电也被断开，而且，向电源电路110的供电也同样被断开，不能进行故障检测动作，来自负载电源电路109的供电的断开，因此可以确实防止错误地判断半导体元件单元有故障。

图15是断开这种断路开关127，向半导体元件单元115的供电被断开状态下的电源电压、元件驱动信号、元件间电压检测信号、逻辑判断信号和元件安全信号的信号波形图。向半导体元件单元115的供电被断开时，向电源电路110的供电也同时被断开，不能进行故障检测动作，因此元件安全信号成为低电平。

对于上述第1实施方案，以三端双向可控硅开关元件114为例对半导体开关元件做了说明，但其它半导体开关元件连接到输出元件上，不用说也可以取得同样的效果。

对于上述第1实施方案，使用1台SSR 100的单相为例做了说明。但是适用到将2台SSR，如图16连接成三角形接线或如图17连接成星形接线的三相上，当然也能取得同样的效果。

第1实施方案，也可使用微型机等来执行三端双向可控硅开关元件114的故障判断等。

[实施方案2]

下面对表示实施方案2的半导体继电器加以说明。

作为最终级输出的一般的继电器，是使用电磁继电器和具有半导体元件的半导体继电器。

最终级使用半导体元件的半导体继电器，虽然在高速响应性和寿命长的方面具有优越性，但是避免断路故障较困难，因此短路故障会导致危险，均与电磁继电器组合使用。

尤其以安全目的使用的继电器，还使用进一步提高了可靠性的安全继电器和周知技术的电磁继电器，从上述角度看，以往认为半导体继电器是不够可靠的。因此一般建议从开始就采用组合半导体继电器和电磁继电器的结构，以提高可靠性。

但是这种继电器，要实际检测半导体元件的故障，需要向电路通电流，如果没注意到半导体元件的短路故障而接通了电源，继电器有忽然开始动作或不能停止的危险，另外还有因不能控制动作，致使继电器本身的其他部位也发生故障的危险。

为此，第2个实施方案所示的半导体继电器，是鉴于上述问题所考虑的。该目的在于早期检测出半导体元件单元的故障，提高继电器的安全性，并提供能提高使用该继电器的整个系统的安全性的高可靠性半导体继电器。

图18是表示第2个实施方案的半导体继电器内部的概略结构的方框图。图19是该半导体继电器的起动时的流程图。

半导体继电器A具有输入信号端子1和负载电路2的输入侧端子3A、3B和输出侧端子4A、4B，输入侧3A、3B与负载电源电路5连接，输出侧端子4A、4B与负载6连接。

而且，半导体继电器A具有：电源电路7、半导体元件单元9、元件驱动电路10、假负载单元11、安全断路单元12、传感器单元13、元件故障检测电路14、继路电路监视电路15、起始控制电路16和逻辑电路(AND电路)18。

而且，传感器单元13、元件故障检测电路14、断路回路监视电路15、起始控制电路16和逻辑电路(AND电路)18构成了控制电路(控制部件)。另外，电源电路7是由负载电源电路5产生的电路用电源，向各电路供电。

另外，半导体元件单元9构成作为半导体继电器的半导体元件(半导体开关元件，例如三端双向可控硅开关元件)8，根据元件驱动电路10发出的元件驱动信号控制负载电路2。

此外，半导体元件单元9，也可由其他种类的半导体开关元件如MOSFET、晶体管、可控硅整流器、GTO等结构。

另外，元件驱动电路10，根据控制输入信号产生驱动半导体元件8的元件驱动信号。无相位控制信号时控制全ON/全OFF。另外，为了向元件驱动电路10输入外来的控制输入信号和起始控制电路16发出的元件单元起动时检验用信号中的任意一方，元件驱动电路10的输入侧安装转换开关部17，该转换开关部17，是由起始控制电路16控制转换的。

另外，假负载单元11是为了确保断开负载时确认半导体元件单元的安全性的电流路径，由电阻20和作为电磁继电器的假负载继电器21的继电器接点(常通继电器接点)21-1串联构成，该假负载单元11对负载6并列地连接在负载电路2。

另外，安全断路单元12，是将由两个电磁继电器(强制导向式安全继电器)形成的断路继电器22、23的继电器接点(常通继电器接点)22-123-1串联构成，该安全断路单元12与负载6并列地连接在负载电路2上。而且，当安全确认信号被输入时，闭合断路继电器22、23的继电器接点22-1、23-1，与负载电路2连接，另外，当不能确认半导体元件单元9的安全(或整个系统的安全)时，立即断开负载电路2，另外，向断路回路监视电路15输出为确认接点烧熔的烧熔确认信号。

作为强制导向式安全继电器的断路继电器22、23，以其强制导向机构，使任意一个a接点烧熔时所有b接点都必定断开，任意一个b接点烧熔时所有a接点都必定断开，是用到以安全目的使用的控制电路内部的继电器的。

另外，传感器单元13以与半导体元件8并联连接的电压检测电路一光电变换元件耦合器24构成，检测半导体元件8的电压，向元件故障检测电路14输出传感器单元输出信号。

元件故障检测电路14，是对元件驱动电路10的元件驱动信号和传感器单元13的传感器输出信号进行比较，能确认是安全状态(未发生短路故障或断开故障)后，输出元件安全信号的。

另外，断路回路监视电路15，根据烧熔确认信号判断安全断路单元处于能正常工作状态，(例如能确认与断路继电器22、23的继电器接点22-1、23-1成对的b接点闭合)时输出断路继电器安全信号。另外，不能确认是安全状态时不输出断路继电器安全信号。

另外，起始控制电路16，投入电源时向假负载单元11输出假负载单元控制信号，将假负载单元11的假负载继电器21接通一定时间，使它能够确认半导体元件单元9的安全。另外，在上述状态下断开外来的控制输入信号，向元件驱动电路10输出元件单元起动时检验用信号。另外，在上述状态下向断路回路监视电路15输出安全断路单元检验用信号，执行烧熔确认。此外，电源电路7根据电源投入向起始控制电路16输出起动信号。

另外，逻辑电路(AND电路)18，当元件故障检测电路14输出的元件安全信号和断路回路监视电路15输出的断路继电器安全信号同时被输出时(成为高电平时)，向安全断路单元12输出安全确认信号。

下面使用图19所示的流程图和图21所示的时间图，对上述结构的半导体继电器A的动作加以说明。

在初始状态下，半导体元件8、假负载单元11的假负载继电器21的继电器接点21-1和安全断路器12的两个断路继电器22、23的继电器接点22-1、23-1均是断开状态。

而且，一投入电源，电源电路7就开始动作，由该电源电路7向起始控制电路16输入起动信号(步骤S1、步骤S2)。起始控制电路16控制转换开关部17，断开外来的控制输入信号，向断路回路监视电路15输出安全断路单元检验用信号，使安全断路单元12的两个断路继电器22、23执行烧熔确认(步骤S3)。

断路回路监视电路15、判断安全断路单元12是否处于能正常作用(未发生接点烧熔)的状态(步骤S3)，判断安全断路单元12能正常作用的状态时，起始控制电路16就向假负载单元11输出假负载控制信号，动作该假负载单元11的假负载继电器21，使继电器接点21-1接通一定时间，形成由负载电源部5、半导体元件单元9、假负载单元11构成的环路(步骤S4)。

另外，起始控制电路16，向元件驱动电路10输出元件单元起动检验用信号，元件驱动电路10产生元件驱动信号，该元件驱动信号被输入到半导体元件单元9，驱动半导体元件8。因此，由负载电源部5、半导体元件单元9、假负载单元11构成的环路将随着半导体元件8的接通和断开流入电流。

传感器单元13，检测半导体元件单元9的该半导体元件8的元件间电压，向元件故障检测电路14输出该传感器输出信号(元件间电压检测信号)。另外，元件驱动电路10向元件故障检测电路14输出元件驱动信号。因此，元件故障检测电路14根据传感器输出信号和元件驱动信号来判断半导体元件8是否正常动作(步骤S5)。

元件故障检测电路14，判断半导体元件8处于正常工作状态时，经过一定时间后，起始控制电路16终止假负载控制信号向假负载单元11的输出，从而使假负载单元11中的假负载继电器的接点21-1断开，起始控制电路16切换转换开关单元(步骤S6)。

元件故障检测电路14，判断半导体元件8处于正常工作状态时，元件故障检测电路14输出元件安全信号。另外，断路回路监视电路15，当安全断路单元12处于能正常作用(未发生接点烧熔)状态(例如能确认了断路继电器的继电器接点的b接点闭合)时，输出断路继电器安全信号。

元件安全信号和断路继电器安全信号的两个信号输入到逻辑电路(AND电路)18时(元件安全信号和断路继电器安全信号都是高电平时)，由该逻辑电路(AND电路)18向安全断路单元12输出安全确认信号。为此，断路继电器22、23的继电器接点22-1、23-1接通，让外来的控制输入信号输入该元件驱动电路10，驱动负载电路2，进入运行状态(步骤S7、步骤S8)。

另外，步骤S3中，安全断路单元12不能正常作用时(发生接点烧熔时)(步骤S9)，将被断路回路监视电路15检测出，停止断路继电器安全信号的输出，发出警报等后停止动作(步骤S10)。

另外，步骤S5中，半导体元件单元9有故障时，传感器单元13不向元件故障检测电路14输出传感器单元输出信号。为此，元件故障检测电路14判断半导体元件单元9未正常动作(步骤S12)，断路回路监视电路15停止断路继电器安全信号的输出。为此，安全断路单元12的断路继电器22、23的继电器接点22-1、23-1仍断开，不进入运行状态(步骤S10)。

下面根据图20所示的流程图和图21、图22所示的时间图对断开(断线)故障和断路故障加以说明。

运行状态中，以图20所示的流程图的步骤U1～步骤U5所示的行程监视半导体元件8的接通和断开状态。在这里，如果以三端双向可控硅开关元件为半导体元件8考虑，为监视元件的驱动状态，需要对元件的触发状态进行监视。此外，半导体元件8的接通状态设为运行标志1的状态，半导体元件8的断开状态设为运行标志0的状态。

运行状态(步骤T1)中，半导体元件8为接通状态(运行标志为1的状态)而且该半导体元件8的电压绝对值小于1.5V时，未发生断开(断线)故障，可判断为正常(步骤T2、步骤T3、步骤T4)，允许继续通电(步骤T5)，因此运行状态继续。

步骤T3中，半导体元件8的电压绝对值大于1.5V时，被判断为发生断开(断线)故障(步骤T6)，安全断路单元12的断路继电器22、23被断开，负载电路2被停止通电，停止运行(步骤T7)。

这样，当运行之中发生断开(断线)故障时，图21所示的时间图上，传感器输出信号虽然成为低电平，控制输入信号(驱动信号)仍是高电平。在此状态下，元件安全信号将成为低电平。因此，尽管低电平的元件安全信号和高电平的断路继电器安全信号的两个信号被输入到AND电路18，由于该AND电路18不发出安全确认信号，在安全断路单元12，断路继电器22、23的继电器接点22-1、23-1就断开，使止负载电路2停止运行。

运行状态(步骤T1)中，半导体元件8为断开状态(运行标志为0的状态)而且该半导体元件8的电压绝对值大于10V时，未发生短路故障，可判断为正常(步骤T8、步骤T4)，允许继续通电(步骤T5)，因此运行状态继续。

步骤T8中，半导体元件8的电压绝对值小于10V，而且电源电压也小于10V时，未发生短路故障，被判断为正常(步骤T8、步骤T9、步骤T4)，允许继续通电(步骤T5)，因此运行状态继续。

另外，步骤T8中，半导体元件8的电压绝对值小于10V，而且电源电压大于10V时，发生短路故障，被判断为异常(步骤T10，安全断路单元12的短路继电器22、23被断开，负载电路2被停止通电，停止运行(步骤T7)。

这样，当运行之中发生短路故障时，图22所示的时间图上，控制输入信号(驱动信号)和传感器输出信号都是低电平状态，传感器输出信号产生高电平的信号F。因此，高电平的元件安全信号成为低电平状态。尽管该低电平元件安全信号和高电平短路继电器安全信号的两个信号被输入到逻辑电路(AND电路)18，由于该AND电路18不输出安全确认信号，在安全断路单元12，电磁继电器22、23的继电器接点22-1、23-1就断开，使负载电路2停止运行。

另外，使用图23所示的控制状态示意图对第2实施方案所示的半导体继电器的控制方法加以说明。

在无电源状态(初期状态)下，如图23的(1)所示，半导体元件9的半导体元件8、假负载单元11的假负载继电器21的继电器接点21-1和安全断路单元12的两个断路继电器22、23的继电器接点22-1、23-1均是断开状态(步骤W1)。

而且，一投入电源，就进入起始检验状态(步骤W2)，断路继电器22、23的故障检测和假负载单元21开始动作，进行半导体元件单元9的故障检测。这些故障检测的结果，断路继电器22、23和半导体元件单元9被确认为无故障时，断路继电器22、23的继电器接点22-1、23-1被接通，半导体元件单元9开始动作进入运行状态(步骤W3)。

在此运行状态下，如图23的(2)所示，在停止状态(步骤W4)投入驱动信号，进入驱动状态(步骤W5)，另外，在运行状态断开驱动信号，进入停止状态(步骤W4)。另外，从运行状态断开电源或断开负载，成为无电源状态(初期状态)。

另外，在起始检验状态(步骤W2)中，故障检测的结果，断路继电器22、23的继电器接点22-1、23-1有烧熔时，假负载单元11不通电，半导体元件单元9的故障检测被停止。

另外，在半导体元件单元9处于有故障的故障状态时(步骤W6)，断路继电器22、23的继电器接点22-1、23-1是断开状态，半导体元件单元9不动作，成为负载停止状态(步骤W7)。

另外，在运行状态(步骤W3)中，半导体元件单元9发生了故障时，假负载单元11不通电，成为故障状态(步骤W6)，断路继电器22、23的继电器接点22-1、23-1为断开状态，半导体元件单元9断开，被控制不进入运行状态(步骤W7)。

根据第2实施方案，由于早期检测出半导体元件8的故障，可提高装置的安全性，另外，由于确保装置本身的安全后允许输出运行信号，可提高使用它的整个系统的安全性。

而且，由于能以传感器单元13检测出半导体元件8的特性值的恶化，可在半导体元件8达到完全故障地步前，被安全断路单元12断开负载电路2，或通过向使用者发出警报提醒注意，在达到危险状态前停止装置，提高系统的安全性。

另外，作为第2实施方案所示的半导体继电器的其他控制方法，如图24的(1)、(2)所示的控制状态示意图，安全断路单元12的断路继电器22、23的控制，可根据输入到半导体元件单元9的元件驱动信号，随时进行。

该运行状态，如图24的(2)所示，在停止状态(步骤W4)时，半导体元件单元9和断路继电器22、23是断开状态，在该停止状态投入驱动信号，进入驱动状态(步骤W5)。在该运行状态，半导体元件单元9和断路继电器22、23是接通状态。而且，在运行状态断开驱动信号，进入停止状态。另外，从运行状态断开电源或断开负载，成为无电源状态(初期状态)。至于其他控制，与图23的(1)、(2)的控制操作一样。

根据图24的控制操作，适宜使断路继电器22、23处于断开状态，可确实进行断开，提高安全性。

此外，根据第2实施方案，安全继电器12的断路继电器22、23是由安全继电器构成的。但是也可由至少有一个常通接点的电磁式继电器构成安全断路单元12，另外也可由安全继电器和通常继电器构成安全继电器，还可由耐压性比半导体元件8高的半导体元件构成安全断路单元12。

另外，第2实施方案，是将假负载单元11与电阻20和电磁继电器-假负载继电器21的继电器接点21-串联构成，但是也可由与负载电流相比只流过小得可忽视的电流(约1/10)的电阻值的电阻构成。

另外，假负载单元11的假负载继电器21可使用安全断路单元12所使用的安全继电器的b接点。

另外，传感器单元13和元件故障检测电路14都双重化，当一方有故障时使另一方能正常动作。这样，能提高对故障承受能力。

另外，根据第2实施方案，半导体继电器A是以相位控制，但可以以周期控制。

另外，第2实施方案，可形成具有从外部接收的安全控制信号，强制地断开上述安全断路单元的功能结构，另外，可具有向外输出安全控制信号的功能，而且可具有在检测出内部的故障状态时，断开安全控制信号的功能。

图25表示第2实施方案的将半导体继电器安装到三相电机M2的控制电路时的状态。

此时，负载电路具有一方负载电路2-1和另一方负载电路2-2，一方负载电路2-1由负载线R和负载线S构成，另一方负载电路2-2由负载线S和负载线T构成。而且，负载线R、S、T的输入侧端子3A、3B、3C与负载电源电路5连接，负载线R、S、T的输出侧端子4A、4B、4C与负载6的三相电机M2连接。

而且，一方负载电路2-1安装一方半导体继电器A-1，另一方负载电路2-2安装另一方半导体继电器A-2。此时，一方半导体继电器A-1的安全断路单元12的断路继电器22、23的继电器接点22-1、23-1配置在负载线R、S上，另外，另一方半导体继电器A-2的安全断路单元12的断路继电器22、23的继电器接点22-1、23-1配置在负载线S、T上。而且，一方和另一方半导体继电器A-1、A-2的其他结构，与上述半导体继电器A结构同样。

此时的基本算法，当半导体元件8是接通状态(触发(点弧)指令接通)时如果产生了元件间电压，就是断开(断线)故障，当半导体元件8是接通状态(触发指令接通)时如果未产生元件间电压，就是短路故障。

另外，电压检测算法的方式1，每当半波周期触发导通时，对掩蔽触发时进行检验。方式2是常时监视，当元件间电压在所定时间以上仍不达所定值时，判断是短路故障。

检测故障时，与安全断路单元12断开负载线R、S、T中的2线或3线。当3线中有1线烧熔时也能断电。

另外，上述半导体继电器A、A-1、A-2，可由检测流过半导体元件8的电流的检测电路构成。该检测电路如图18所示，负载线路配置作为电流检测器(电流检测电路)的CT30，让CT30向元件故障检测电路14输出传感器输出。

而且，如图26所示，在故障的检测状态(步骤V1)，半导体元件8是接通状态(运行标志是1的状态)，该半导体元件8的负载电流绝对值大于一定电流值X[A]时，未发生断开(断线)故障，被判断为正常(步骤V2、步骤V3、步骤V4)，允许继续通电(步骤V5)。

步骤V3中，半导体元件8的负载电流绝对值小于一定的电流值X[A]时，被判断为发生断开(断线)故障(步骤V6)，安全断路单元12的断路继电器22、23被断开，负载电路2被停止通电，停止运行(步骤V7)。

故障状态(步骤V1)中，半导体元件8为断开状态(运行标志为0的状态)而且该半导体元件8的负载电流绝对值小于一定的电流值Y[A]时，未发生短路故障，被判断为正常(步骤V8、步骤V4)，允许继续通电(步骤V5)。

步骤V8中，半导体元件8的负载电流绝对值大于一定的电流值Y[A]时，发生短路故障，被判断为异常(步骤V9)，安全断路单元12的断路继电器22、23的继电器接点22-1、23-1被断开，停止负载电路2的通电，停止运行(步骤V7)。

根据上述结构的本发明的半导体继电器，根据由检测半导体元件单元的动作的传感器单元输出的传感器单元输出信号和驱动上述半导体元件单元的动作的元件驱动信号，判断上述半导体元件单元有无故障，因此能稳定地检测出半导体元件单元的故障。

根据本发明的半导体继电器，由于能根据与半导体元件单元两端电压有关的元件间电压检测信号和元件驱动信号，判断半导体元件单元有无故障，能稳定地判断上述半导体元件单元有无故障，还由于使用两端电压检测电路，比采用CT(变流器)型电流传感器的半导体继电器，还能大大地实现小型化。

根据本发明的半导体继电器，由于能输出与半导体元件单元的接通和断开状态对应的根据有无元件间电压检测信号和有无元件驱动信号输出逻辑信号，根据该逻辑判断信号输出与半导体元件单元有无故障的元件安全信号，通过除去逻辑判断信号中含有的杂波等能输出准确的元件安全信号。

根据本发明的半导体继电器，由于当由负载电源电路的供电被断开时，向两端电压检测电路或元件故障检测电路的供电也被断开，因此可以确实防止在负载电源电路的供电已断开时两端电压检测电路或元件故障检测电路错误地检测出半导体元件单元有故障的情况的发生。

根据本发明的半导体继电器，由于能早期检测出半导体元件单元的故障，可提高装置的安全性，另外，由于确保装置本身的安全后允许输出运行信号，可提高使用它的整个系统的安全性。

而且，由于传感器单元能检测出半导体元件单元的特性值的恶化，可在半导体元件单元达到完全故障地步前，被安全断路单元断开负载电路，或通过向使用者发出警报提醒注意，在达到危险状态前停止装置，提高系统的安全性。

另外，根据本发明的半导体继电器的控制方法，由于能早期检测出半导体元件单元的故障，可提高装置的安全性，另外，由于确保装置本身的安全后允许输出运行信号，可提高使用它的整个系统的安全性。

Claims (24)

1.一种半导体继电器，具有以负载电源驱动负载的负载电路和控制该负载电路的半导体元件单元，其特征在于，

具有：

与所述负载并联的假负载单元；和

在所述负载电路上具有接通和断开所述负载电源和所述负载的连接的安全断路单元；以及

控制所述假负载单元、所述半导体单元和所述安全断路单元的控制电路；

所述控制电路在所述假负载单元中确保所述半导体元件单元的电流路径并执行所述半导体元件单元的故障检测操作，当检测出所述半导体元件单元的故障时，由所述安全断路单元断开与所述负载与所述负载电源的连接。

2.一种半导体继电器，具有以负载电源驱动负载的负载电路和控制该负载电路的半导体元件单元，其特征在于，

包括：

安全断路单元，该安全断路单元与所述负载并联构成，根据连接动作在所述负载电源和所述负载的接点闭合的同时，根据断路动作断开所述负载电源和所述负载的接点；

假负载单元，该假负载单元被配置在所述半导体元件单元和所述安全断路单元之间，且与所述负载并联构成，根据连接动作确保所述半导体元件单元的电流路径；和

控制部件，该控制部件在所述半导体元件单元的截止控制状态、所述安全断路单元的断路动作状态以及所述假负载单元的断路动作状态的无电源状态下，在检测电源投入时，对所述安全断路单元是否正常进行判定，当判定所述安全断路单元为正常时，通过使所述假负载单元进行连接动作来确保所述半导体元件单元的电流路径，形成由所述负载电源、所述半导体元件单元以及所述假负载单元构成的环路；对所述半导体元件单元是否正常进行判定，当判定所述半导体元件单元为正常时，通过使所述假负载单元进行断路动作和使所述安全断路单元进行连接工作来形成由所述负载电源、所述半导体元件单元、所述安全断路单元以及所述负载构成的环路，使所述负载电路转换到运行状态。

3.根据权利要求2所述的半导体继电器，其特征在于，所述控制部件在执行所述安全断路单元的故障检测动作，并根据该故障检测的结果对所述安全断路单元是否正常进行判定的同时，执行所述半导体元件单元的故障检测动作，并根据该故障检测的结果对所述半导体元件单元是否正常进行判定。

4.根据权利要求3所述的半导体继电器，其特征在于，

具有控制部件，当该控制部件为了在判定所述安全断路单元正常时，通过使所述假负载单元进行连接动作来确保所述半导体元件单元的电流路径从而形成由所述半导体元件单元以及所述假负载单元构成的环路；一定时间执行所述半导体元件单元的故障检测动作，根据该故障检测结果，当判定所述半导体元件单元正常时，通过停止执行所述半导体元件单元的故障检测动作，同时接通所述安全断路单元来形成由所述负载电源、所述半导体元件单元、所述安全断路单元以及所述负载构成的环路，使所述负载电路转换到运行状态，对所述负载电路进行控制。

5.根据权利要求2或3所述的半导体继电器，其特征在于，所述控制部件控制所述负载电路，以便当判定所述安全断路单元不正常时，不使所述假负载单元进行连接动作，不使所述负载电路转换到所述运行状态，同时，

控制所述负载电路，以便当判定所述半导体元件单元不正常时，不将所述负荷电路转换到所述运行状态。

6.根据权利要求3或权利要求5所述的半导体继电器，其特征在于，具有输出元件驱动信号来驱动所述半导体元件单元的元件驱动电路，

所述控制部件执行所述安全断路单元的故障检测动作，当检测出所述安全断路单元的所述接点被断开这样的故障结果时，不从所述元件驱动电路输出驱动控制所述半导体元件单元的元件驱动信号。

7.根据权利要求2、3或4所述的半导体继电器，其特征在于，

所述控制部件在投入所述电源时，通过使所述假负载单元进行连接动作来通过所述假负载单元对所述半导体元件单元通电，确认所述半导体元件单元为正常后，为了使所述安全断路单元的所述接点闭合，使所述安全断路单元进行连接动作。

8.根据权利要求2、3或5所述的半导体继电器，其特征在于，具有根据所述半导体元件单元的元件间电压检测信号和驱动所述半导体元件单元的元件驱动信号来执行检测所述半导体元件单元的故障检测动作的元件故障检测电路；

所述控制部件在通常运行时，根据所述元件故障检测电路对所述半导体元件单元的故障检测结果来判定所述半导体元件单元是否正常，当判定所述半导体元件单元不正常时，为了断开所述安全断路单元的所述接点，使所述安全断路单元进行断路动作。

9.根据权利要求2、3或5所述的半导体继电器，其特征在于，所述控制部件在停止运行时，为了断开所述安全断路单元的所述接点，使所述安全断路单元进行断路动作。

10.一种半导体继电器，其特征在于，具有

以负载电源驱动负载的负载电路；

控制该负载电路的半导体元件单元；

输出元件驱动信号来驱动所述半导体元件单元的驱动电路；

安全断路单元，该安全断路单元与所述负载并联构成，根据连接动作，在将所述负载电源和所述负载的接点闭合的同时，根据断路动作，断开所述负载电源和所述负载的接点；

检测所述半导体元件单元的电压，将该检测结果作为传感器输出信号输出的传感器单元；

根据该传感器单元的传感器输出信号和所述元件驱动电路的所述元件驱动信号检测所述半导体元件单元的故障，输出元件安全信号的元件故障检测电路；

假负载单元，该假负载单元被配置在所述半导体元件单元和所述安全断路单元之间，且与所述负载并联构成，根据连接动作确保所述半导体元件单元的电流路径；当判断所述安全断路单元正常时，输出断路继电安全信号的断路电路监视电路；

起始控制电路，接通电源时，使所述假负载单元进行连接动作，从而使所述半导体元件单元处于能确认安全的状态，断开外来的控制输入信号，向所述元件驱动电路输出元件单元起动时的检验用运行信号，同时向所述断路电路监视电路输出安全断路单元检验用信号，实施用于判定所述安全断路单元是否正常的对所述安全断路单元的烧熔确认；和

逻辑电路，为了使所述安全断路单元进行连接动作及向所述元件安全断路单元输出安全确认信号，以便当所述元件安全信号和所述断路继电器安全信号达到高电平时，形成由所述负载电源、所述半导体元件单元、所述安全断路单元以及所述负载构成的环路，使所述负载电路转换到运行状态。

11.根据权利要求2、3或10所述的半导体继电器，其特征在于，所述安全断路单元是由以安全继电器形成的断路继电器构成。

12.根据权利要求2、3或10所述的半导体继电器，其特征在于，所述安全断路单元是由至少有一个常闭接点的电磁式继电器形成的断路继电器构成。

13.根据权利要求2、3或10所述的半导体继电器，其特征在于，所述安全断路单元是由安全继电器和常闭继电器形成的断路继电器构成。

14.根据权利要求2、3或10所述的半导体继电器，其特征在于，所述安全断路单元是由高耐压性的半导体元件构成。

15.根据权利要求2、3或10所述的半导体继电器，其特征在于，所述安全断路单元的连接动作及断路动作是根据输入到所述半导体元件单元的元件驱动信号随时进行。

16.根据权利要求2、3或10所述的半导体继电器，其特征在于，所述假负载单元是用电阻和电磁继电器串联构成。

17.根据权利要求7或权利要求10所述的半导体继电器，其特征在于，所述假负载单元是由电阻构成。

18.根据权利要求17所述的半导体继电器，其特征在于，将所述电阻设定成与负载电流相比只流过小得可忽视的电流的电阻值。

19.根据权利要求11所述的半导体继电器，其特征在于，将所述安全断路单元所使用的安全继电器的b接点用到所述假负载单元的所述电磁继电器上。

20.根据权利要求10所述的半导体继电器，其特征在于，所述传感器单元是由检测所述半导体元件单元电压的电压检测电路构成。

21.根据权利要求10所述的半导体继电器，其特征在于，所述传感器单元是由检测流过所述半导体元件单元的电流的电流检测电路构成。

22.根据权利要求10所述的半导体继电器，其特征在于，所述传感器单元和所述元件故障检测电路都双重化，当一方有故障时另一方能正常动作。

23.根据权利要求2、3或10所述的半导体继电器，其特征在于，该半导体继电器是用于三相电源的半导体继电器，由所述安全断路单元断开两相所构成的半导体继电器。

24.一种半导体继电器的控制方法，其特征在于，该半导体继电器具有：

以负载电源驱动负载的负载电路；

控制该负载电路的半导体元件单元；

安全断路单元，该安全断路单元与所述负载并联构成，根据连接动作，在将所述负载电源和所述负载的接点闭合的同时，根据断路动作，断开所述负载电源和所述负载的接点；和

假负载单元，该假负载单元被配置在所述半导体元件单元和所述安全断路单元之间，且与所述负载并联构成，根据连接动作确保所述半导体元件单元的电流路径；其中

在所述半导体元件单元的截止控制状态、所述安全断路单元的断路动作状态以及所述假负载单元的断路动作状态的无电源状态下，在检测电源投入时，执行所述安全断路单元的故障检测动作，根据该故障检测结果，对所述安全断路单元是否正常进行判定，当判定所述安全断路单元为正常时，通过使所述假负载单元进行接通动作来确保所述半导体元件单元的电流的路径，形成由所述负载电源、所述半导体元件单元以及所述假负载单元构成的环路；

在执行所述安全断路单元的故障检测动作，并根据该故障检测的结果对所述半导体元件单元是否正常进行判定，当判定所述半导体元件单元为正常时，通过使所述假负载单元进行断开动作和使所述安全断路单元进行连接来形成由所述负载电源、所述半导体元件单元、所述安全断路单元以及所述负载构成的环路，使所述负载电路转换到运行状态，同时，

当判定所述安全断路单元不正常时，不使所述假负载单元进行连接动作，不使所述负载电路转换到运行状态的同时，

当判定所述半导体元件单元不正常时，不将所述负荷电路转换到所述运行状态。

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