CN201004435Y - 一种交流继电器 - Google Patents

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Abstract

一种交流继电器，包括壳体、机械触点、衔铁，以及组成控制线路的耦合电路、控制器、过零采样电路、电源电路、驱动电路、线圈、可控硅和机械触点，控制输入端A、B，两个交流输入端C、D，两个交流输出端E、F，线圈和机械触点是继电器的线圈和触点，其特征在于：将可控硅、机械触点、衔铁等设置在继电器壳体内的控制线路上。通过零触发控制，在传统电磁继电器领域引入半导体因素，结合电磁继电器和固态继电器的优势，并克服其现有缺陷，可以应用于交流控制大功率电子产品的频繁开关，使电熨斗、电烤箱等小家电的电子控温可以更精确更可靠。

Description

一种交流继电器
技术领域
本实用新型涉及一种电子控制器件类，尤其是指控制电路通断用的一种交流继电器。
技术背景
继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统(又称输入回路)和被控制系统(又称输出回路)，通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。
目前常用的继电器产品主要有电磁继电器和固态继电器两大类。电磁继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点(常开触点)吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点(常闭触点)吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。由于采用金属触点，吸合时导通电阻很小，适合应用在大功率控制的场合，电磁继电器的通断是机械动作，所以给电磁继电器加电的时候，开关从一边移动到另外一边是需要一定的时间的，这就是电磁继电器的动作时间，一般功率继电器的开或断的动作时间在5-30mS左右，而且具有一定的随机性，这个时间对电器工作一般是没有什么影响的，但是这样就导致我们无法去对准电压过零点进行开启和关断负载，开关带来的浪涌电流就会给电网造成干扰，这是电磁继电器一直无法解决的问题。另外，该类继电器在控制高压大电流时，在开关瞬间的开、关触点上往往会出现拉弧现象，也就是一般看到的打火现象，此时就会出现电磨损，而这种磨损要远远超过机械磨损，所以导致电磁继电器的电气寿命远远小于其机械寿命，一般电气寿命都在5-10万次左右，而纯机械寿命一般可以达到100万次以上。
固体继电器的特性是一种全部由固态电子元件组成的无触点开关器件，它利用双向可控硅的开关特性，可达到无触点无火花地接通和断开电路的目的。交流固体继电器可实现过零触发，干扰小，可安全应用在计算机输出接口上。但是，固体继电器在导通时，有大约1V左右的导通压降，在有大电流通过时，发热严重，消耗功率比较严重，而且大功率固体继电器的价格很高。
综上所述，可以看出采用机械触点开关的电磁继电器(EMR)优点是：接触电阻很小，功率耗损很小；缺陷是在开关控制过程中有几毫秒到几十毫秒的抖动，很难实现过零开断，并在开关时可能会产生电弧减少触点的寿命，并造成较大的电磁干扰。固态继电器由固态半导体可控硅部件完成触点功能，其优点是不会产生电弧，无电磁干扰，但在导通时，两端会有大约1V左右的导通压降，并且在大功率控制中，固态继电器的可控硅部件发热是比较严重的问题。
实用新型内容
而本实用新型的目的在于：提供一种具有过零触发控制的交流继电器，不仅较好得解决过零开断的问题，并且解决电磁干扰和功率耗损问题。
这种交流继电器，它包括壳体11、机械触点8、衔铁9，以及组成控制线路的耦合电路1、控制器2、过零采样电路3、电源电路4、驱动电路5、线圈6、可控硅7和机械触点8，控制输入端A、B，两个交流输入端C、D，两个交流输出端E、F，线圈6和机械触点8是继电器的线圈和触点，其特征在于：将可控硅、机械触点8、衔铁9设置在继电器壳体9内的控制线路12上。
所述耦合电路1连接在控制输入端A、B和控制器2的控制信号输入端之间，所述过零采样电路3、电源电路4并联连接在两个交流输入端C、D，过零采样电路3的过零信号输出端与控制器2的过零信号输入端相连；
所述控制器2的线圈驱动控制信号输出端驱动电路5的驱动控制信号输入端相连，所述线圈6连接在该驱动电路5的输出端的两端；
所述可控硅7和机械触点8并联连接于交流输入端D和交流输出端F之间，交流输入端C和交流输出端E相连；可控硅7的导通控制端与所述控制器2的可控硅导通控制信号输出端，所述机械触点8连接在交流输入端D和交流输出端F之间。
光电耦合器件U2可以是通用光电耦合器件。
三极管可以是通用器件，也可以集成进控制器电路内。
根据以上技术方案提出的这种具有过零触发控制的交流继电器，它采用光耦隔离技术，优化了控制电路和电源电路，使整体控制电路及可控硅、机械触点等设置在一个壳体内。当继电器投入或切出时，控制器检测过零，可控硅先于机械触点的过零点导通而滞后于机械触点的过零点断开，避免了涌流，使机械触点不会产生电弧，解决了电磁兼容(EMC)问题；正常工作时，机械触点闭合，避免了可控硅的功率损耗。集成了固体继电器和电磁继电器的优点，是一种实现了过零开关的新型交流继电器。
附图说明
图1本实用新型主体结构示意图；
图2为图1的底部结构示意图；
图3为本实用新型的工作原理框图；
图4为本实用新型的电路原理图；
图5为本实用新型的工作时序图。
具体实施方式
如图1-5所示，这种交流继电器，它包括壳体11、机械触点8、衔铁9，以及组成控制线路的耦合电路1、控制器2、过零采样电路3、电源电路4、驱动电路5、线圈6、可控硅7和机械触点8，控制输入端A、B，两个交流输入端C、D，两个交流输出端E、F，线圈6和机械触点8是继电器的线圈和触点，其主要的是将可控硅、机械触点8、衔铁9和线圈10设置在继电器壳体11内的控制线路12上。
其中所述耦合电路1连接在控制输入端A、B和控制器2的控制信号输入端之间，所述过零采样电路3、电源电路4并联连接在两个交流输入端C、D，过零采样电路3的过零信号输出端与控制器2的过零信号输入端相连；
所述控制器2的线圈驱动控制信号输出端驱动电路5的驱动控制信号输入端相连，所述线圈6连接在该驱动电路5的输出端的两端；
所述可控硅7和机械触点8并联连接于交流输入端D和交流输出端F之间，交流输入端C和交流输出端E相连；可控硅7的导通控制端与所述控制器2的可控硅导通控制信号输出端，所述机械触点8连接在交流输入端D和交流输出端F之间。
从整体上看，共有4个输入端A、B、C、D，2个输出端E、F，是一种6端元件，因C、E是同一端口，也可以看作5端元件。2个输出端E、F之间接负载。工作时，只要在A、B端加上一定的控制信号，就可以控制D、F两端之间的“通”和“断”，实现“开关”的功能。其中耦合电路的功能是为A、B端输入的控制信号提供一个输入/输出端之间的通道，但又在电气上断开输入端和输出端之间的(电)联系，以防止输出端对输入端的影响，耦合电路用的元件是“光耦合器”，它动作灵敏、响应速度高、输入/输出端间的绝缘(耐压)等级高；由于输入端的负载是发光二极管，这使输入端很容易做到与输入信号电平相匹配，在使用时可直接与计算机输出接口相接，即受“1”与“0”的逻辑电平控制。电源电路由简单的阻容降压以及IC内部集成稳压电路组成，电路简单可靠。控制IC是整体电路的核心，当检测到耦合电路的控制信号时，控制IC采样过零信号，在交流电压过零处驱动可控硅导通，然后驱动线圈工作，使机械触点闭合；在正常工作中，可控硅切出，由机械触点闭合使负载电路工作。当检测到耦合电路的控制信号撤除时，先驱动可控硅导通，然后撤除线圈驱动信号，使机械触点断开，然后在交流电压过零处断开可控硅，一系列的动作由控制IC产生时序控制。
在控制器判断需要开启负载时，在接下来的第一个过零点同时开启可控硅和线圈，可控硅立即开始导通，而线圈通电后需要一个开启时间，大约在5-15mS内会接通，在机械触点接通时其两端的电压只是可控硅的管压降，大约在1V左右，所以不会产生很大的浪涌电流，也不会出现电弧，机械触点导通以后可控硅两端就没有了电压，也就没有了功耗。在控制电路要关闭负载时，则立即控制驱动电路，使线圈断电，而延时20mS再去关闭可控硅，机械触点也需要一个释放时间，大约也在15mS以内，此时可控硅一直有触发信号，在机械触点释放的同时可控硅就又导通了，机械触点释放后两个触点间的压降只是可控硅的管压降，所以不会产生拉弧现象，可控硅在20mS后失去触发信号，在下一个过零点关闭，所以也不产生很大的浪涌电流来干扰电网，从而实现了过零触发。
耦合电路1采用型号为PC3H2的光电耦合器件U2；控制器2采用型号为PS8A0201的集成电路IC1，过零采样电路3采用型号为2N5401的三极管Q1，驱动电路5采用型号为2N5401的三极管Q2，可控硅7采用型号为BT134的可控硅Q3。
它具有过零触发控制，在传统电磁继电器领域引入半导体因素，结合电磁继电器和固态继电器的优势，并克服其现有缺陷，将可控硅、机械触点、控制电路等集成在继电器内，可以应用于交流控制大功率电子产品的频繁开关，使电熨斗、电烤箱等小家电的电子控温可以更精确更可靠。

Claims (5)

1、一种交流继电器，它包括壳体(11)、机械触点(8)、衔铁(9)，以及组成控制线路的耦合电路(1)、控制器(2)、过零采样电路(3)、电源电路(4)、驱动电路(5)、线圈(6)、可控硅(7)，控制输入端A、B，两个交流输入端C、D，两个交流输出端E、F；其中线圈(6)和机械触点(8)是继电器的线圈和触点，其特征在于：将可控硅、机械触点(8)、衔铁(9)和线圈(10)设置在继电器壳体(11)内的控制线路(12)上。
2、如权利要求1所述的一种交流继电器，其特征在于：所述耦合电路(1)连接在控制输入端A、B和控制器(2)的控制信号输入端之间，所述过零采样电路(3)、电源电路(4)并联连接在两个交流输入端C、D，过零采样电路(3)的过零信号输出端与控制器(2)的过零信号输入端相连；
所述控制器(2)的线圈驱动控制信号输出端驱动电路(5)的驱动控制信号输入端相连，所述线圈(6)连接在该驱动电路(5)的输出端的两端；
所述可控硅(7)和机械触点(8)并联连接于交流输入端D和交流输出端F之间，交流输入端C和交流输出端E相连；可控硅(7)的导通控制端与所述控制器(2)的可控硅导通控制信号输出端，所述机械触点(8)连接在交流输入端D和交流输出端F之间。
3、如权利要求1的一种交流继电器，其特征在于：耦合电路(1)采用型号为PC3H2的光电耦合器件U2；控制器(2)采用型号为PS8A0201的集成电路IC1，过零采样电路(3)采用型号为2N5401的三极管Q1，驱动电路(5)采用型号为2N5401的三极管Q2，可控硅(7)采用型号为BT134的可控硅Q3。
4、如权利要求2所述的一种交流继电器，其特征在于：所述的的光电耦合器件U2可以是通用光电耦合器件。
5、如权利要求2所述的一种交流继电器，其特征在于：所述的三极管可以是通用器件，也可以集成进控制器电路内。
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Granted publication date: 20080109

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