功率開關控制電路、功率開關元件、電子元器件和功率開關控制元件的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及開關控制領域。本實用新型的功率開關控制電路，包括：一個電磁繼電器、一個雙向可控硅、一個溫度保險絲、一個電磁繼電器的導通控制單元和一個雙向可控硅的導通控制單元，該溫度保險絲的一端與該雙向可控硅的一個開關端串聯(lián)后，該電磁繼電器的開關兩端再分別并聯(lián)于該溫度保險絲的另一端和該雙向可控硅的另一個開關端，該電磁繼電器的控制端連接于該電磁繼電器的導通控制單元，該雙向可控硅的控制端連接于該雙向可控硅的導通控制單元。本實用新型還提出一種功率開關元件、一種功率開關控制元件和一種電子元器件，用于在上述功率開關控制電路中。本實用新型用于功率負載的開關控制中。
【專利說明】功率開關控制電路、功率開關元件、電子元器件和功率開關控制元件
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及開關控制領域，更涉及功率開關控制電路和功率開關元件。
【背景技術】
[0002]對于較大功率負載，通常借由連接的功率開關控制電路進行開關控制，多數(shù)采用電磁繼電器或者采用可控硅作為功率開關而實現(xiàn)的開關控制電路。
[0003]電磁繼電器是采用電磁線圈產(chǎn)生磁場促使動觸點與靜觸點接觸或釋放開，本質(zhì)上是物理開關，可用于控制更大功率負載。觸點一般采用銀合金材料，接觸阻抗小，發(fā)熱量低。但是電磁繼電器觸點接觸或釋放的過程中觸點間有施加電流，在切斷電流的過程中會有電弧產(chǎn)生，電弧溫度可達3000攝氏度，正是這個電弧的高溫造成繼電器觸點的燒熔，最終造成繼電器失效。同時繼電器的觸點吸合和釋放的時間個體之間存在一定差異，無法可靠確認其動作的具體時間。
[0004]可控硅(晶閘管)作為半導體器件驅(qū)動主電流負載，是電子開關器件，用于控制相對小點功率負載，但其沒有任何電弧的高溫問題。然而可控硅是半導體器件，存在固定的PN結電壓所以當持續(xù)導通大電流的時候會產(chǎn)生發(fā)熱，使用的時候需要優(yōu)先考慮散熱問題，也就是要增加散熱片等材料，體積增大，固定溫升較高。
[0005]上述無論是采用電磁繼電器或者采用可控硅作為功率開關而實現(xiàn)的開關控制電路都會存在各自的不足之處。為此， 申請人:提出一個專利申請案，該申請案是電磁繼電器和可控硅結合使用，這在一般正常情況下的使用過程基本上是沒有問題的。但是在一些少數(shù)異常情況下，如雷擊或者高溫導致可控硅失效的話，可控硅將會成為此方案中的一個危險體存在。因為沒有良好散熱情況下，所以一旦可控硅失效一直導通下去的話，其表面溫度會急劇增加甚至達到400攝氏度以上，很可能對使用者造成危險。
實用新型內(nèi)容
[0006]因此，本實用新型是在電磁繼電器和可控硅結合的申請案的基礎上，再優(yōu)化改進的方案，可以解決可控硅失效之后問題的更加安全保護的方案。
[0007]本實用新型采用如下技術方案實現(xiàn):
[0008]一種功率開關控制電路，包括:一個電磁繼電器、一個雙向可控硅、一個溫度保險絲、一個電磁繼電器的導通控制單元和一個雙向可控硅的導通控制單元，該溫度保險絲的一端與該雙向可控硅的一個開關端串聯(lián)后，該電磁繼電器的開關兩端再分別并聯(lián)于該溫度保險絲的另一端和該雙向可控硅的另一個開關端，該電磁繼電器的控制端連接于該電磁繼電器的導通控制單元，該雙向可控硅的控制端連接于該雙向可控硅的導通控制單元。
[0009]進一步改進的，該電磁繼電器的導通控制單元和雙向可控硅的導通控制單元均是一個三極管開關電路。優(yōu)選的，該三極管開關電路是由一個NPN三極管和二個電阻組成，NPN三極管的發(fā)射極和基極之間并聯(lián)一個電阻，NPN三極管的基極還串聯(lián)另一個電阻。[0010]其中，該電磁繼電器的控制端是其電磁線圈連接端，該電磁線圈的其中一個連接端連接于導通電壓正端，該電磁線圈的另一個連接端接于該NPN三極管的集電極，該NPN三極管的發(fā)射極接地。
[0011 ] 其中，該雙向可控硅的控制端是其控制門極，該控制門極連接于該NPN三極管的集電極，該NPN三極管的發(fā)射極接地。
[0012]一種功率開關元件，具體是:將一個雙向可控硅的一個開關極與一個溫度保險絲的一端串聯(lián)后，一個電磁繼電器的兩個開關觸點再分別并聯(lián)在該溫度保險絲的另一端和該雙向可控硅的另一個開關極，并作為該功率開關元件的2個開關端，且該溫度保險絲的位置緊貼該雙向可控硅，將該溫度保險絲、該雙向可控硅和該電磁繼電器封裝一體。
[0013]一種功率開關控制元件，具體是:將具有電磁繼電器的導通控制單元和雙向可控硅的導通控制單元的開關控制邏輯單元與上述的功率開關元件封裝成一體。
[0014]一種電子元器件，具體是:將一個雙向可控硅的一個開關極與一個溫度保險絲的一端串聯(lián)，并且該溫度保險絲的位置緊貼該雙向可控硅，將該溫度保險絲和該雙向可控硅封裝一體。
[0015]本實用新型的功率開關控制電路可以實現(xiàn)大功率負載的開關控制，并且最大限度的延長開關控制電路中的電磁繼電器的使用壽命，同時也實現(xiàn)了可控硅失效之后的安全保護。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是一實施例的具體應用電路圖。
【具體實施方式】
[0017]現(xiàn)結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型進一步說明。
[0018]參閱圖1所示，以一應用于加熱管功率器件為例的功率開關控制電路進行說明。圖1中，直接接入火線L和零線N的是加熱體PTCl，虛線框部分是該功率開關控制電路，以及火線L和零線N之間還連接電源電路以輸出低壓直流電分別來驅(qū)動控制器(圖未示出)和電磁繼電器RLl的線圈Kl。
[0019]該功率開關控制電路中，包括:一個電磁繼電器RU、一個雙向可控硅Tl、一個溫度保險絲TFusel、一個電磁繼電器的導通控制單元和一個雙向可控硅的導通控制單元。該溫度保險絲TFusel的一端與該雙向可控硅Tl的一個開關端串聯(lián)后，該電磁繼電器RLl的開關兩端(兩個開關觸點)再分別并聯(lián)于該溫度保險絲TFusel的另一端和該雙向可控硅Tl的另一個開關端，而后一體作為一個開關與該加熱體PTCl串聯(lián)，而接入火線L和零線N的交流通道。該電磁繼電器RLl的控制端連接于該電磁繼電器的導通控制單元，該雙向可控硅Tl的控制端連接于該雙向可控硅的導通控制單元。該電磁繼電器的導通控制單元和雙向可控硅的導通控制單元可以通過多種驅(qū)動電路和端口來實現(xiàn)，如通過集成的開關芯片驅(qū)動、通過單片機芯片的I/O端口直接驅(qū)動、通過半導體開關電路驅(qū)動，等等。實施例中優(yōu)選的，該電磁繼電器的導通控制單元和雙向可控硅的導通控制單元均是采用電路簡單的三極管開關電路。具體是:該三極管開關電路是由一個NPN三極管和二個電阻組成，NPN三極管的發(fā)射極和基極之間并聯(lián)一個電阻，NPN三極管的基極還串聯(lián)另一個電阻。[0020]具體地說:該電磁繼電器RLl的控制端是其電磁線圈Kl的2個連接端，該電磁線圈Kl的其中一個連接端連接于導通電壓正端(如接于圖中電源電路的+24V)，該電磁線圈Kl的另一個連接端接于NPN三極管Q2的集電極，該NPN三極管Q2的發(fā)射極接地，NPN三極管Q2的發(fā)射極和基極之間并聯(lián)電阻R13，基極串聯(lián)電阻R12，作為該電磁繼電器的導通控制單元的控制信號輸入端RELAY。
[0021]該雙向可控硅Tl的控制端是其控制門極G，該控制門極G連接于NPN三極管Ql的集電極，該NPN三極管Ql的發(fā)射極接地，NPN三極管Ql的發(fā)射極和基極之間并聯(lián)電阻R8，基極串聯(lián)電阻R7，作為該雙向可控硅的導通控制單元的控制信號輸入端TRIAC。
[0022]該功率開關控制電路可以通過任意的控制器或者邏輯器件進行控制，如常采用的單片機控制器實現(xiàn)，將該電磁繼電器的導通控制單元的控制信號輸入端RELAY和該雙向可控硅的導通控制單元的控制信號輸入端TRIAC分別連接至一單片機控制器的2個I/O控制端口。該單片機控制器的I/O控制端口輸出控制信號可以進行如下控制:在輸出高低電平的導通關斷信號至控制信號輸入端RELAY的每個上升沿或下降沿的提前很小時間內(nèi)，向控制信號輸入端TRIAC輸出一個高電平導通脈沖，從而使電磁繼電器RLl的觸點吸合和釋放的瞬間，先讓雙向可控硅Tl預先導通。這樣驅(qū)動負載(加熱體PTCl)的電流就可以通過雙向可控硅Tl形成回路，在此利用了雙向可控硅Tl導通電流的時候不會產(chǎn)生電弧的優(yōu)點。同時，雙向可控硅Tl導通的過程只是在電磁繼電器RLl觸點吸合或釋放的瞬間，時間極短，而且其他任何時間雙向可控硅Tl都處于不導通的狀態(tài)，因此也避免了雙向可控硅Tl長期導通而產(chǎn)生的溫升的問題。在正常情況下，該溫度保險絲TFusel在雙向可控硅Tl導通時導通電流(阻抗很小)。一旦發(fā)生如雷擊或者高溫等而導致雙向可控硅Tl失效的話，開始失效的雙向可控硅Tl必然產(chǎn)生高溫，該溫度保險絲TFusel受雙向可控硅Tl的高溫影響而斷路，從而起到保護作用。
[0023]由此可見，實施例中的功率開關控制電路是使用電磁繼電器為主要的電流控制器件，利用電磁繼電器體積小，帶載能力強，觸點溫升低的優(yōu)點，同時又利用了可控硅導通電流的時候不會產(chǎn)生電弧的優(yōu)點，又通過溫度保險絲對可控硅進行失效保護，而實現(xiàn)的大功率負載的開關控制，也最大限度的延長開關控制電路中的電磁繼電器的壽命，同時該功率開關控制電路體積也不會有大的增加。
[0024]據(jù)此，本實用新型還提出一種功率開關元件，該功率開關元件是:將一個雙向可控硅的一個開關極與一個溫度保險絲的一端串聯(lián)后，一個電磁繼電器的兩個開關觸點再分別并聯(lián)在該溫度保險絲的另一端和該雙向可控硅的另一個開關極，并作為該功率開關元件的2個開關端，且該溫度保險絲的位置緊貼該雙向可控硅，將該溫度保險絲、該雙向可控硅和該電磁繼電器封裝一體。該功率開關元件可以作為一個獨立的開關元件而被應用到電路中，如上述圖1所示的實施例中。
[0025]另外，本實用新型還提出一種功率開關控制器件，該功率開關控制器件是:將具有上述電磁繼電器的導通控制單元和雙向可控硅的導通控制單元的開關控制邏輯單元與上述的功率開關元件封裝成一體。這樣，可以大大減少外圍器件和方便外圍驅(qū)動。
[0026]以及，本實用新型還提出一種電子元器件，具體是:將一個雙向可控硅的一個開關極與一個溫度保險絲的一端串聯(lián)，并且該溫度保險絲的位置緊貼該雙向可控硅，將該溫度保險絲和該雙向可控硅封裝一體。該電子元器件的雙向可控硅與溫度保險絲串聯(lián)且貼合在一起的方式可以做成一個專門的模組產(chǎn)品或者在整機內(nèi)用分立器件單獨加工。
[0027]盡管結合優(yōu)選實施方案具體展示和介紹了本實用新型，但所屬領域的技術人員應該明白，在不脫離所附權利要求書所限定的本實用新型的精神和范圍內(nèi)，在形式上和細節(jié)上可以對本實用新型做出各種變化，均為本實用新型的保護范圍。
【權利要求】
1.一種功率開關控制電路，其特征在于，包括:一個電磁繼電器、一個雙向可控娃、一個溫度保險絲、一個電磁繼電器的導通控制單元和一個雙向可控硅的導通控制單元，該溫度保險絲的一端與該雙向可控硅的一個開關端串聯(lián)后，該電磁繼電器的開關兩端再分別并聯(lián)于該溫度保險絲的另一端和該雙向可控硅的另一個開關端，該電磁繼電器的控制端連接于該電磁繼電器的導通控制單元，該雙向可控硅的控制端連接于該雙向可控硅的導通控制單元。
2.根據(jù)權利要求1所述的功率開關控制電路，其特征在于:該電磁繼電器的導通控制單元和雙向可控硅的導通控制單元均是一個三極管開關電路。
3.根據(jù)權利要求2所述的功率開關控制電路，其特征在于:該三極管開關電路是由一個NPN三極管和二個電阻組成，NPN三極管的發(fā)射極和基極之間并聯(lián)一個電阻，NPN三極管的基極還串聯(lián)另一個電阻。
4.根據(jù)權利要求3所述的功率開關控制電路，其特征在于:該電磁繼電器的控制端是其電磁線圈連接端，該電磁線圈的其中一個連接端連接于導通電壓正端，該電磁線圈的另一個連接端接于該NPN三極管的集電極，該NPN三極管的發(fā)射極接地。
5.根據(jù)權利要求3所述的功率開關控制電路，其特征在于:該雙向可控硅的控制端是其控制門極，該控制門極連接于該NPN三極管的集電極，該NPN三極管的發(fā)射極接地。
6.一種功率開關元件，其特征在于:將一個雙向可控硅的一個開關極與一個溫度保險絲的一端串聯(lián)后，一個電磁繼電器的兩個開關觸點再分別并聯(lián)在該溫度保險絲的另一端和該雙向可控硅的另一個開關極，并作為該功率開關元件的2個開關端，且該溫度保險絲的位置緊貼該雙向可控硅，將該溫度保險絲、該雙向可控硅和該電磁繼電器封裝一體。
7.—種功率開關控制元件，其特征在于:將具有電磁繼電器的導通控制單元和雙向可控硅的導通控制單元的開關控制邏輯單元與上述權利要求6的功率開關元件封裝成一體。
8.一種電子元器件，其特征在于:將一個雙向可控硅的一個開關極與一個溫度保險絲的一端串聯(lián)，并且該溫度保險絲的位置緊貼該雙向可控硅，將該溫度保險絲和該雙向可控硅封裝一體。
【文檔編號】G05B19/042GK203658770SQ201320734604
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2013年11月20日 優(yōu)先權日:2013年11月20日
【發(fā)明者】劉全喜, 鄭鎧, 魏肅, 楊叔仲, 王長根 申請人:廈門市芯陽科技有限公司