CN86205676U

CN86205676U - 互补开关

Info

Publication number: CN86205676U
Application number: CN 86205676
Authority: CN
Inventors: 徐国祥
Original assignee: Pla Uuit No81513
Current assignee: Pla Uuit No81513
Priority date: 1986-08-14
Filing date: 1986-08-14
Publication date: 1987-06-03

Abstract

本实用新型提出了一种互补开关的具体结构。将半导体开关元件的芯片直接封装在开关的静、动触点簧片之间。引入附助动触点用来控制半导体开关元件的通断，利用触点间隙的差值实现半导体开关元件早于触点导通，晚于触点截止的控制时序，简单可靠。芯片封装在簧片之间有利于减小开关体积。在继电器上采用本实用新型的互补开关，可使小型继电器作为大功率继电接触器使用，并且触点无电弧，不会产生电磨损，寿命大幅度提高。

Description

本实用新型公开了一种机电与固体元件互补的开关，尤其是用于切换电功率的互补开关。

互补开关是一种将机电开关和固体开关相互串联或者并联而构成的一种开关，本实用新型主要指的是并联型互补开关。它的基本构成是在机电开关的每一对触点上并联一只半导体（固体）开关元件。当需要互补开关闭合时，先使半导体开关元件导通，再闭合机电触点；当需要互补开关关断时，先断开机电触点，再使半导体开关元件截止。这样的时序控制使得触点开闭过程不会产生电弧，触点闭合后将半导体开关元件短接，因此不产生导通压降，半导体开关元件发热量也很小。这种互补开关的突出优点是消除了触点开闭时的电弧，由此带来的一系列的好处包括：触点接触面积可以大幅度减小，寿命大幅度增加，开关的体积大大减小，允许用很小的开关切换大功率的电路。

西德专利申请DE－3341947－A对这种并联型互补开关的原理作了详细的描述。本实用新型的任务是提出一种互补开关的具体结构设计，尤其是提出一种安装半导体开关元件的方案；这种互补开关的结构简单，半导体开关元件的安装不在开关内占用专门的空间。

本实用新型设计的开关与已有的各种开关一样，具有一组以上的触点组和传动定位机构。每一组所说的触点组包括一个静触点簧片、一个动触点簧片、并联在它们之间的半导体开关元件，还有一个用于控制半导体开关元件通断的辅助动触点簧片。本实用新型的特征在于：所说的半导体开关元件的芯片夹在静触点簧片和动触点簧片之间，该芯片至少有一个端面被焊接在它所应当连接的触点簧片上。

下面结合附图更详细地说明这种互补开关的构成，尤其是它的半导体开关元件芯片的封装方案。

如前所述，本实用新型的互补开关具有一个传动定位机构〔1〕、一组以上的触点组〔2〕。每一个触点组包括一个静触点簧片〔3〕、一个动触点簧片〔4〕、并联在静触点〔7〕和动触点〔8〕之间的半导体开关元件〔5或者6〕，和一个用于控制半导体开关元件通断的辅助动触点簧片〔9〕。所说的传动定位机构可以是已有技术中各种开关所经常采用的那些机构，例如手动的揿钮、电动的电磁系统等等。

本实用新型直接将半导体开关元件〔5或6〕的芯片〔11〕夹在静触点簧片〔3〕和动触点簧片〔4〕之间加以封固，并且至少有一个芯片端面被焊接在它所应当连接的簧片上。芯片〔11〕同簧片的焊接，可以采用晶体管生产工艺中的管芯封装技术，便于大批量生产。

所选用的半导体开关元件有双向可控硅（TRIAC）〔5〕和晶体三极管〔6〕两种，前者用于交流互补开关，后者用于直流互补开关。在这一点上，与西德专利申请DE－3341947－A的解决方案不同。该申请为了使一只开关可用于交直流控制，在双向可控硅上串接了隔直电容器和放电电阻。这样的方案带来的问题是，要求使用无极性和高耐压的大容量电容器，使开关体积增大，成本增加，并且只限于控制一定大小的负载，开关频率受到电容充放电时间的限制。本实用新型对于交直流开关并联不同的半导体开关元件，尽管使每只开关只适用于交流或直流一种情况，但是却使得开关体积大大减小（因为取消了电容器），负载适应能力强，开关频率也不会受到电容器的限制。

本实用新型互补开关的触点组有纵列式和横列式两种（图4和图3）。两种排列方式的差别在于辅助动触点簧片〔9〕的位置。它们的静触点簧片〔3〕和动触点簧片〔4〕都是相互平行地纵向排列。芯片〔11〕夹在两个簧片的中间，一般是在靠近簧片固定段的位置，或者被封固在簧片固定件〔21〕的里面。至少将芯片〔11〕的阳极〔14〕或集电极〔15〕焊接在它所应当连接的簧片上。在芯片〔11〕的厚度与静、动触点簧片之间的距离相近似，并且封装工艺可以实现的情况下，最好将芯片〔11〕的阴极〔16〕或发射极〔17〕也焊接到它所应当连接的簧片上。这样做的好处是减少引线，有利于芯片散热。一般地说，选用大功率的芯片容易实现两面焊接。

横列式触点组〔12〕（图3）的辅助动触点簧片〔9〕同动触点簧片〔4〕横向并排排列，位于动触点簧片的一侧。静触点簧片的宽度与动触点簧片和辅助动触点簧片宽度之和相适应，以便动触点〔8〕和附助动触点〔10〕都能够同静触点〔7〕接触。这时的接线关系如图5或图6所示。阳极〔14〕或集电极〔15〕同静触点簧片〔3〕电连接（焊接在该簧片上）；阴极〔16〕或发射极〔17〕与动触点簧片〔4〕电连接；控制极〔18〕或基极〔19〕与辅助动触点簧片〔9〕电连接。

为了能够实现如前所述的控制时序，使辅助动触点〔10〕到静触点〔7〕的间隙小于动触点〔8〕到静触点〔7〕的间隙，并且传动定位机构必须能够同时推动动触点〔8〕和附助动触点〔10〕移向静触点〔7〕。这样才能够保证半导体开关元件〔5〕或〔6〕先于触点导通，晚于触点截止。

纵列式触点组〔13〕（图4）的附助动触点簧片〔9〕与静、动触点簧片〔3〕、〔4〕纵向排列。这时的接线关系如图7或图8所示。阳极〔14〕或集电极〔15〕与位于中间的动触点簧片〔4〕电连接（焊接在该簧片上）；阴极〔16〕或发射极〔17〕同静触点簧片〔18〕电连接；控制极〔18〕或基极〔19〕与辅助动触点簧片〔9〕电连接。开关闭合时，传动定位机构首先推动辅助动触点簧片〔9〕使其上的辅助动触点〔10〕与动触点〔8〕接触，半导体元件〔5或6〕导通；而后继续推动两个动簧片〔4和9〕使动触点〔8〕与静触点〔7〕接触，完成闭合动作。反之，开关断开时，传动定位机构向相反的方向移动，首先释放动触点〔8〕同静触点〔7〕的接触，半导体元件〔5或6〕再次导通，传动定位机构继续移动，使辅助动触点〔10〕同动触点〔8〕分离，半导体元件〔5或6〕截止，完成关断动作。

本实用新型提出的互补开关与西德专利申请DE－3341947－A所描述的互补开关一样，兼有机电开关和固体开关的优点，克服了它们的不足。关键的优点在于消除了触点打火（电弧）现象，这导致开关设计大大减化，不必考虑触点的电磨损和消弧问题，开关寿命大幅度提高，用很小的触点就可以切换很大的电功率。利用触点间隙的差别来实现半导体元件早于触点导通，易于触点截止，使必须的时序控制简化到最简并且可靠性高。本实用新型提出的芯片安装方案充分利用簧片之间的间隙，不占用开关内的任何有用空间，有利于缩小开关的体积。这种芯片安装方案引线少，电连接可靠，巧妙地利用簧片作为芯片的基片（散热片），可以利用成熟的晶体管封装工艺进行生产，生产制造容易。

本实用新型包括10帧附图。图1和图2是互补开关的电原理图；图3是横列式触点组示意图；图4是纵列式触点组的示意图；图5和图6是横列式触点组分别采用双向可控硅和三极管的接线关系图；图7和图8是纵列式触点组分别采用双向可控硅和三极管的接线关系图；图9和图10是按照本实用新型设计的电磁驱动的互补开关（继电器）的结构图。

本实用新型的第一个最佳实施方案是图9所示的小型大功率继电器。它是在市售JRX－4（上海产）继电器的结构上改制而成的。有一个电磁动力的传动定位机构〔1〕（包括整个拍合式电磁系统），二组纵列式触点组〔13〕，在每一触点组的静触点簧片〔3〕和动触点簧片〔4〕之间，夹有半导体开关元件的芯片〔11〕，芯片的两个端面均焊接在所连接的簧片上。在静触点簧片〔3〕上，开有一个引线孔〔23〕，芯片〔11〕的控制极或基极正对着该孔，有引线〔22〕将它同辅助动触点簧片〔9〕电连接。两组触点组上焊有芯片的部分，封固在继电器的塑料底座〔24〕内，底座〔24〕就是簧片的固定件〔21〕。电磁系统也安装在这个底座上。所采用的芯片〔11〕可以是耐压600伏、额定电流15安培的双向可控硅〔5〕。也可以是耐压400伏、最大集电极电流15安培的三极管（放大倍数应大于150倍，否则应采用达林顿管）。触点〔7、8、10〕和簧片〔3、4、9〕仍采用原JRX－4小型继电器的触点和簧片。外形尺寸与原继电器完全相同，仍属于小型继电器。但是，由于不会产生电弧，所以新的继电器可作为继电接触器使用。其额定切换电压为380伏、电流10安培。用其中的一组触点带2千瓦电炉，每秒通断二次，连续工作24小时，触点未出现电磨损迹象。

本实用新型的另一个实施例，是图10所示的三相交流接触器。它是在JQX－4F（丹东产）小型继电器的结构上改装的。与第一个实施例一样。只是对它的触点组部分作了改装，其它结构与原继电器一样。对触点组的改装也仅限于增加了双向可控硅芯片〔11〕。它共有三组纵列式的触点组〔13〕，芯片的封装与前例一样。芯片〔11〕耐压600伏、电流15安培。该产品可用于三相交流电机的控制。每组触点的额定参数是电压380伏，电流20安培。它的寿命至少不低于原产品的两倍。

Claims

1、一种互补开关，具有一组以上的触点组[2]和一个传动定位机构[1]，每一个触点组包括一个静触点簧片[3]、一个动触点簧片[4]、并联在它们之间的半导体开关元件[5或6]，和一个用于控制半导体开关元件通断的辅助动触点簧片[9]，本实用新型的特征在于：所说的半导体开关元件[5或6]的芯片[11]夹在静触点簧片[3]和动触点簧片[4]之间，并且该芯片至少有一个端面焊接在它所应当连接的触点簧片[3或4]上。

2、如权利要求1所述的互补开关，其特征是：所说的半导体开关元件〔5或6〕，在交流开关中是双向可控硅芯片，在直流开关中是晶体三极管芯片。

3、如权利要求2所述的互补开关，其特征是：当采用横列式触点组〔12〕时，芯片〔11〕的阳极〔14〕或集电极〔15〕焊接在静触点簧片〔3〕上，阴极〔16〕或发射极〔17〕与动触点簧片〔〔4〕电连接，控制极〔18〕或基极〔19〕与辅助动触点簧片〔9〕电连接，辅助动触点〔10〕到静触点〔7〕的间隙小于动触点〔8〕到静触点〔7〕的间隙。

4、如权利要求2所述的互补开关，其特征是：当采用纵列式触点组〔13〕时，芯片〔11〕的阳极〔14〕或集电极〔15〕焊接在位于中间的动触点簧片〔4〕上，阴极〔16〕或发射极〔17〕与静触点簧片〔3〕电连接，控制极〔18〕或基极〔19〕与辅助动触点簧片〔9〕电连接。

5、如权利要求1～4任何一项所述的互补开关，其特征是：触点组〔13〕夹有芯片〔11〕的部分封固在塑料固定件〔21〕中。