專利名稱：具有相對較佳電弧保護電路的繼電器系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于消除繼電器所產(chǎn)生的電弧的繼電器保護電路及其控制方法，特別涉及一種繼電器系統(tǒng)的具有相對較佳效果的電弧保護電路及其控制方法。
背景技術(shù)：
在一般應(yīng)用上繼電器是不可缺少的一個元件，但時常會有繼電器耐壓不足的困擾，或者因繼電器流過的直流電流較大，而導(dǎo)致電弧發(fā)生，輕者造成繼電器接點的使用壽命縮短，重者則造成繼電器的接點熔毀，更嚴重的會有起火的危險，而造成安全事件。另一種情況為當(dāng)繼電器接點的使用電壓上升時，將導(dǎo)致繼電器可承受的電流嚴重下降，輕者占用產(chǎn)品體積卻無法達到預(yù)期要求，重者因該繼電器無法使用而須修改成較繁雜的電路。因此發(fā)明具有相對較佳效果的消除電弧的繼電器保護電路是必要的。
一般公知的繼電器電弧保護電路多數(shù)加裝在繼電器跳脫接點的兩端，其使用方式不外乎具有電阻(R)的電弧保護電路、具有電阻電容(RC)的電弧保護電路以及具有二極管(D)的電弧保護電路等，但在較大直流電壓及電流下仍無法使繼電器有效脫離跳脫點。還存在有無法按照繼電器規(guī)格有效及完整使用的問題。
基于以上的考慮，本發(fā)明使用僅具有高阻抗元件及儲能元件等兩個簡單元件的保護電路，就能使繼電器操作在最大規(guī)格范圍，又能解決電弧問題，以避免產(chǎn)品成本增加及安全事件的發(fā)生。
一般繼電器使用在電力系統(tǒng)中時(例如用作電源輸出端的隔離開關(guān))，最惱人的問題就是如何消除電弧，而其中最為困難的也就是消除直流電源所產(chǎn)生的電弧。尤其是當(dāng)繼電器接點(connector)兩端的電壓大于繼電器所能承受的電壓時，常因此而必須降低該繼電器的接點電壓，或是尋找耐壓等級更高的元件，以防止安全事件或客戶端設(shè)備斷電問題。為消除直流電壓所產(chǎn)生的電弧，現(xiàn)在一般的做法，已有例如以下幾種已知的保護電路被提出如圖1所示，其為包含具有電阻電容的電弧保護電路的繼電器系統(tǒng)1。該具有電阻電容的電弧保護電路11具有電阻R1以及電容C1，彼此串聯(lián)，且并聯(lián)連接在該繼電器X1的跳脫接點兩端，該電路除了需特別注意R1的電阻值大小之外，在連續(xù)搭合及脫離時，仍會有消除電弧不完全的現(xiàn)象，以致于造成繼電器X1的接點熔毀的結(jié)果，尤其當(dāng)繼電器X1接點的電壓大于繼電器X1的規(guī)格時，則該保護電路11會完全失去功能。
如圖2所示，其為傳統(tǒng)的具有電容的電弧保護電路的繼電器系統(tǒng)2。該具有電容的電弧保護電路21具有電容C1，并聯(lián)連接在該繼電器X1的跳脫接點兩端，若有大電弧產(chǎn)生時，該電容C1很快就會被充飽，而產(chǎn)生消除電弧不完全的結(jié)果，以致于造成該繼電器X1的接點熔毀現(xiàn)象。
如圖3所示，其為傳統(tǒng)的具有兩個接點串聯(lián)繼電器的電弧保護電路的繼電器系統(tǒng)3，其包含兩個繼電器(X1與X2)，并使其接點串聯(lián)以構(gòu)成具有兩個接點串聯(lián)繼電器的電弧保護電路31，用于消除電弧。而圖4則為傳統(tǒng)的具有雙閘(刀)接點串聯(lián)繼電器的電弧保護電路的繼電器系統(tǒng)4，其包含具有雙閘(刀)的繼電器(X1)，用作具有雙閘(刀)接點串聯(lián)繼電器的電弧保護電路41。如圖3與圖4所示的所述電弧保護電路31與41均可用來消除電弧。使用兩個繼電器的接點串聯(lián)所構(gòu)成的該電弧保護電路31，雖然可解決電弧問題，但也相對衍生出產(chǎn)品體積變大，并且成本增加的問題。而使用圖4的雙閘(刀)繼電器做接點串聯(lián)所構(gòu)成的該電弧保護電路41來消除電弧，也有其缺點，即無法使用在具有相對較大電流的電路中；因為目前雙閘(刀)接點的繼電器其本身元件的限制，致使其無法被運用在具有相對較大電流的電路中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種具有相對較佳抑制直流電弧效果的繼電器保護電路及其控制方法，可應(yīng)用于需要相對較高工作電壓的大型繼電器，或者做為隔離開關(guān)使用在電源電路的輸出端，以避免因繼電器接點兩端電壓大于該繼電器的規(guī)格所能承受的電壓而產(chǎn)生繼電器接點熔毀的現(xiàn)象，或必須降低工作電壓來使用該繼電器的問題。
本發(fā)明的另一主要目的在于提供一種具有電弧保護電路的繼電器系統(tǒng)，包含負載，具有第一端與第二端；繼電器，耦合于公共接地點與該負載的第一端，以及電弧保護電路，用于消除該繼電器所產(chǎn)生的電弧，該電弧保護電路包括儲能元件，并聯(lián)連接于該繼電器，且耦合于該負載的第一端，用于能量的儲存和釋放；以及高阻抗元件，耦合于該負載的第二端，用于使該儲能元件實現(xiàn)快速充電和慢速放電。
根據(jù)上述的方案，該儲能元件具有第一端與第二端，該儲能元件的第一端耦合于該負載的第一端，該高阻抗元件具有第一端與第二端，該高阻抗元件的第一端耦合于該負載的第二端，該高阻抗元件的第二端耦合于該儲能元件的第二端，并且該繼電器還包括跳脫接點，具有常開接點、常閉接點與公共接點，連接該常開接點與該公共接點以構(gòu)成第一回路并形成該繼電器的開啟，或者連接該常閉接點與該公共接點以構(gòu)成第二回路并形成該繼電器的關(guān)斷，該常開接點與該常閉接點耦合于該儲能元件，并且該公共接點耦合于該公共接地點；以及控制線圈，用于控制該跳脫接點的切換以構(gòu)成該第一回路或該第二回路。
根據(jù)上述的方案，該繼電器系統(tǒng)還包括繼電器開關(guān)控制電路，用于控制該繼電器的開啟及關(guān)斷，包括二極管，具有陽極與陰極，并聯(lián)連接于該控制線圈；第一電阻，具有第一端與第二端，該第一端耦合于該二極管的陰極，并且該第二端耦合于該高阻抗元件的第二端；以及開關(guān)，具有第一端與第二端，該第一端耦合于該二極管的陽極，并且該第二端耦合于該公共接地點。
根據(jù)上述的方案，該二極管是線圈泄放二極管。
根據(jù)上述的方案，該繼電器系統(tǒng)還包括分壓電路，串聯(lián)連接于該高阻抗元件與該儲能元件之間，用于接收流經(jīng)該高阻抗元件的電流的分流信號，并提供輸出信號；以及報警系統(tǒng)，具有第一端與第二端，該報警系統(tǒng)的第一端耦合于該儲能元件的第二端，而該報警系統(tǒng)的第二端耦合于該分壓電路，或者報警系統(tǒng)的第二端耦合于該儲能元件的第二端，而報警系統(tǒng)的第一端耦合于該分壓電路，用于該繼電器跳脫時，發(fā)出報警信號。
根據(jù)上述的方案，該報警系統(tǒng)還包括報警接點，具有第一端與第二端，用于當(dāng)繼電器跳脫時，產(chǎn)生報警信號；以及報警繼電器，具有控制線圈、常開接點、常閉接點與公共接點，該控制線圈耦合于該報警系統(tǒng)的第一端與第二端，該常閉接點耦合于該報警接點的第一端并且該常開接點為開路，或者該常閉接點為開路并且該常開接點耦合于該報警接點的第一端，并且該公共接點耦合于該報警接點的第二端。
根據(jù)上述的方案，該繼電器與該報警繼電器都為復(fù)合型繼電器(changeover繼電器)。
根據(jù)上述的方案，該分壓電路還包括第二電阻，具有第一端與第二端，并且該第一端耦合于該高阻抗元件的第二端；第三電阻，具有第一端與第二端，該第一端耦合于該第二電阻的第一端，并且該第二端耦合于該第二電阻的第二端；以及隧道二極管，具有陽極與陰極，該陰極耦合于該第三電阻的第二端，該陽極耦合于該儲能元件的第二端，并且該隧道二極管并聯(lián)連接于該報警繼電器的控制線圈。
根據(jù)上述的方案，該高阻抗元件為二極管或第四電阻，并且該第四電阻具有相對高阻值。
根據(jù)上述的方案，該儲能元件為電容。
根據(jù)上述的方案，該繼電器系統(tǒng)，還包括直流電源，用于提供電壓，包括正極端，耦合于該負載的第二端；以及負極端，耦合于該公共接地點。
本發(fā)明的另一主要目的在于提供一種具有電弧保護電路的繼電器系統(tǒng)的控制方法，其中該繼電器系統(tǒng)還包括負載，處于啟動狀態(tài)；電弧保護電路，具有儲能元件，耦合于該負載；高阻抗元件，耦合于該儲能元件；以及繼電器，并聯(lián)連接該儲能元件，該方法包含下列步驟(a)當(dāng)該繼電器處于關(guān)斷狀態(tài)時，對該儲能元件進行充電至飽和電壓；(b)當(dāng)該繼電器從該關(guān)斷狀態(tài)切換至開啟狀態(tài)時，該儲能元件經(jīng)過該高阻抗元件進行放電，而當(dāng)該繼電器處于該開啟狀態(tài)時，該儲能元件上電壓以反向電壓方式加在繼電器上，用以消除該繼電器的電?。?c)當(dāng)該繼電器處于開啟狀態(tài)時，對該儲能元件進行充電以產(chǎn)生電壓值；(d)當(dāng)該繼電器切換狀態(tài)而處于跳脫時，該儲能元件經(jīng)過該繼電器形成放電回路，并且使該繼電器具有反向電壓以消除電??；以及(e)當(dāng)該繼電器處于關(guān)斷狀態(tài)時，則重新回到步驟(a)。
根據(jù)上述的方案，該繼電器系統(tǒng)還包括直流電源，具有正極端與負極端，該正極端耦合于該負載，該負極端耦合于該儲能元件與公共接地點，并且該步驟(a)還包含下列步驟(a1)當(dāng)儲能元件進行充電時，自該電源的正極端經(jīng)過該負載、該儲能元件、該繼電器至該電源的負極端形成第一充電回路。
根據(jù)上述的方案，該步驟(b)還包含下列步驟(b1)自該儲能元件經(jīng)過該負載與該高阻抗元件形成放電回路以進行放電；(b2)當(dāng)該繼電器處于該開啟狀態(tài)時，該儲能元件的電壓極性瞬間反向，而使該繼電器上具有反向電壓；以及(b3)當(dāng)該繼電器正常處于該開啟狀態(tài)時，使該電源正極端經(jīng)過該負載、該繼電器至該電源負極端形成主要大電流回路而導(dǎo)通。
根據(jù)上述的方案，該步驟(c)還包含下列步驟(c1)自該電源正極端經(jīng)過該高阻抗元件、該儲能元件、該繼電器至該電源負極端形成第二充電回路以進行充電；以及(c2)當(dāng)該繼電器正常處于開啟狀態(tài)時，使該主要大電流回路也同時導(dǎo)通。
根據(jù)上述的方案，該繼電器系統(tǒng)還包含報警系統(tǒng)，用于當(dāng)該繼電器發(fā)生關(guān)斷時發(fā)出報警信號，該報警系統(tǒng)包括分壓電路，串聯(lián)連接于該儲能元件與該高阻抗元件之間，該分壓電路包括電阻，具有第一端與第二端，該電阻的第一端耦合于該高阻抗元件；以及隧道二極管，其陽極耦合于該儲能元件，并且其陰極耦合于該電阻的第二端，該報警系統(tǒng)還包括報警繼電器，并聯(lián)連接于該隧道二極管。
根據(jù)上述的方案，該放電回路與該第二充電回路均包括該分壓電路。
根據(jù)上述的方案，該繼電器與該報警繼電器為復(fù)合型繼電器(changeover繼電器)。
根據(jù)上述的方案，該繼電器還包括常開接點，耦合于該儲能元件；常閉接點，耦合于該儲能元件；以及公共接點，耦合于該電源負極端，其中當(dāng)該繼電器處于該開啟狀態(tài)時，該常開接點與該公共接點連接，當(dāng)該繼電器處于關(guān)閉時，該常閉接點與該公共接點電連接，并且當(dāng)該繼電器由該常開接點轉(zhuǎn)換到該常閉接點時，該儲能元件上的電壓會轉(zhuǎn)變成反向電壓，該反向電壓使該繼電器內(nèi)電場強度減弱，而消除該電弧。
根據(jù)上述的方案，該步驟(d)還包含下列步驟(d1)當(dāng)該繼電器處于開啟狀態(tài)時，因為該儲能元件上電壓變?yōu)榉聪?，因此使該繼電器具有反向電壓；以及(d2)當(dāng)該繼電器處于開啟狀態(tài)時，使該主要大電流回路也同時導(dǎo)通。
綜上所述，依據(jù)本發(fā)明方案的具有電弧保護電路的繼電器系統(tǒng)及其控制方法，具有以下的優(yōu)點1、可不受繼電器接點電壓大小的影響，同樣能使用該繼電器的規(guī)格的最大電流值，不需要由于電弧的存在而降低其耐壓的規(guī)格。
2、因為本發(fā)明所提出的消除電弧的保護電路，只包含高阻抗元件以及儲能元件，所以其相對于已知的包含有兩個接點串聯(lián)繼電器的電弧保護電路的繼電器系統(tǒng)與包含有雙閘(刀)繼電器做接點串聯(lián)所構(gòu)成的電弧保護電路的繼電器系統(tǒng)，本發(fā)明所提出的包含有高阻抗元件與儲能元件的電弧保護電路的繼電器系統(tǒng)，可以相對地縮小該繼電器系統(tǒng)的產(chǎn)品體積與降低該產(chǎn)品的相關(guān)制造成本。
3、本發(fā)明所提出的包含有高阻抗元件與儲能元件的電弧保護電路的繼電器系統(tǒng)如果使用在電源電路中，因為其構(gòu)造相對較簡單，所以可以簡化電路。
4、本發(fā)明所提出的包含具有高阻抗元件與儲能元件的電弧保護電路的繼電器系統(tǒng)同樣擁有隔離功能，可用于電源電路中的輸出端作為隔離開關(guān)。


本發(fā)明通過下列附圖及詳細說明，以獲得更深入了解圖1顯示包含具有電阻電容的電弧保護電路的繼電器系統(tǒng)；圖2顯示包含具有電容的電弧保護電路的繼電器系統(tǒng)；圖3顯示包含具有兩個接點串聯(lián)繼電器的電弧保護電路的繼電器系統(tǒng)；圖4顯示包含具有雙閘(刀)接點串聯(lián)繼電器的電弧保護電路的繼電器系統(tǒng)；圖5(a)顯示根據(jù)本發(fā)明方案的包含具有高阻抗元件與儲能元件的電弧保護電路的繼電器系統(tǒng)的較佳實施例的電路與其第一充電/C1放電/第二充電等回路的電流的示意圖；圖5(b)顯示根據(jù)本發(fā)明方案的包含具有高阻抗元件與儲能元件的電弧保護電路的繼電器系統(tǒng)的較佳實施例的主要電路與其第一充電/C1放電等回路的電流的示意圖；圖6(a)顯示根據(jù)本發(fā)明方案的包含具有高阻抗元件與儲能元件的電弧保護電路的繼電器系統(tǒng)的較佳實施例的電路與其第二充電/主要大電流等回路的電流的示意圖；以及圖6(b)顯示根據(jù)本發(fā)明方案的包含具有高阻抗元件與儲能元件的電弧保護電路的繼電器系統(tǒng)的較佳實施例的主要電路與其第一充電/第二充電/主要大電流/放電等回路的電流的示意圖。
其中，附圖標記說明如下1 包含具有電阻電容的電弧保護電路的繼電器系統(tǒng)11具有電阻電容的電弧保護電路2 包含具有電容的電弧保護電路的繼電器系統(tǒng)21具有電容的電弧保護電路3 包含具有兩個接點串聯(lián)繼電器的電弧保護電路的繼電器系統(tǒng)31具有兩個接點串聯(lián)繼電器的電弧保護電路4 包含具有雙閘(刀)接點串聯(lián)繼電器的電弧保護電路的繼電器系統(tǒng)41具有雙閘(刀)接點串聯(lián)繼電器的電弧保護電路5 包含具有高阻抗元件與儲能元件的電弧保護電路的繼電器系統(tǒng)51具有高阻抗元件與儲能元件的電弧保護電路52繼電器521 跳脫接點522 控制線圈53繼電器開關(guān)控制電路54 報警系統(tǒng)541 報警繼電器5411 跳脫接點 5412 控制線圈542 報警接點55分壓電路具體實施方式
參考圖5(a)，其顯示根據(jù)本發(fā)明方案的包含具有高阻抗元件與儲能元件的電弧保護電路的繼電器系統(tǒng)的較佳實施例的電路與其第一充電/C1放電/第二充電等回路的電流的示意圖。其中，該包含具有高阻抗元件與儲能元件的電弧保護電路的繼電器系統(tǒng)5包括直流電源V1，具有正極端與負極端，該負極端耦合于公共接地點；負載RL，具有第一端與第二端，該第二端耦合于該直流電源V1的正極端；具有高阻抗元件與儲能元件的電弧保護電路51、繼電器52、繼電器開關(guān)控制電路53、報警系統(tǒng)54以及分壓電路55。其中，該具有高阻抗元件與儲能元件的電弧保護電路51，用于消除該繼電器52所產(chǎn)生的電弧，電弧保護電路51包括儲能元件(如圖5(a)所示為電容C1，其也可為其它不同的儲能元件)，用于能量的儲存和釋放；以及高阻抗元件(在圖5(a)中所示為第一二極管DD1，其也可為具有相對高阻值的電阻)，用于使該儲能元件實現(xiàn)快速充電和慢速放電；該高阻抗元件耦合于該負載RL的第二端，并且該儲能元件耦合于該負載RL的第一端。該繼電器52包含跳脫接點521以及控制線圈522，控制線圈522用于控制該繼電器5的切換以形成開啟(turn-on)或關(guān)斷(turn-off)，其中該跳脫接點521還包含常開接點(NO)、常閉接點(NC)以及公共接點(C)。當(dāng)該繼電器52的常開接點(NO)與公共接點(C)完全搭合時，形成該繼電器52的開啟，而當(dāng)該繼電器52的常閉接點(NC)與公共接點(C)完全搭合時，則形成該繼電器52的關(guān)斷。參見圖5(a)，其中521的接點1為繼電器的常開接點(NO)，521的接點2為繼電器的常閉接點(NC)，521的接點3為繼電器的公共接點(C)，該接點3耦合于該公共接地點，并且該接點1耦合于該負載的第一端。另外，該繼電器開關(guān)控制電路53用于控制該繼電器52的開啟與關(guān)斷，該繼電器開關(guān)控制電路53包括第一電阻RD1、第二二極管DD2與開關(guān)SW1，彼此串聯(lián)連接，該第一電阻RD1耦合于該高阻抗元件(該第一二極管DD1)的陰極，該開關(guān)SW1耦合于該公共接地點，并且該第二二極管DD2耦合于該控制線圈522。此外，該報警系統(tǒng)54用于當(dāng)該繼電器發(fā)生關(guān)斷時產(chǎn)生報警信號，該報警系統(tǒng)54包括報警繼電器541與報警接點542。其中該報警繼電器541包含跳脫接點5411以及控制線圈5412(其具有第一端與第二端，也就是說為該報警系統(tǒng)54的第一端與第二端)，而該跳脫接點5411也包含常開接點(NO)、常閉接點(NC)以及公共接點(C)。參見圖5(a)，該跳脫接點5411的常開接點(NO)為該跳脫接點5411的接點1，該常閉接點(NC)為接點2，該公共接點(C)為該跳脫接點5411的接點3，并且其中該接點2與該接點3形成開路。該分壓電路55包括第二電阻RD2與第三電阻RD3彼此并聯(lián)連接(RD2//RD3，所述兩個并聯(lián)電阻也可被阻值相等的單一電阻所取代)，以及隧道二極管ZD1，并聯(lián)連接該控制線圈5412，其陰極串聯(lián)連接于該并聯(lián)連接的第二電阻RD2與該第三電阻RD3，并且其陽極電連接于該儲能元件C1與該跳脫接點521的接點2。
請再參看圖5(a)，其中該具有高阻抗元件與儲能元件的保護電路的繼電器系統(tǒng)5的該報警電路54與該分壓電路55可以省略。這時，該繼電器系統(tǒng)5仍可完全發(fā)揮其消除電弧的功能，但是當(dāng)流經(jīng)該高阻抗元件(該第一二極管DD1)的電流值為零時，則該繼電器系統(tǒng)5就無法發(fā)出報警信號。當(dāng)該報警電路54與該分壓電路55被省略時，該高阻抗元件(該第一二極管DD1)的陰極與該儲能元件(該電容C1)耦合。
有關(guān)依據(jù)本發(fā)明方案的該具有高阻抗元件與儲能元件的電弧保護電路的繼電器系統(tǒng)5的控制方法，現(xiàn)在依據(jù)其操作原理，按照圖5(a)至圖5(b)與圖6(a)至圖6(b)的順序逐一說明如下。
請參考圖5(a)至圖5(b)與圖6(a)至圖6(b)，以說明依據(jù)本發(fā)明方案的具有高阻抗元件與儲能元件的保護電路的繼電器系統(tǒng)5的控制方法，其中該繼電器系統(tǒng)5還包括負載RL，處于啟動狀態(tài)；電弧保護電路51，具有儲能元件C1，耦合于該負載RL；高阻抗元件DD1，耦合于該儲能元件C1；以及繼電器52，并聯(lián)連接該儲能元件C1(當(dāng)然該繼電器系統(tǒng)5還包括直流電源以及上述的繼電器開關(guān)控制電路53、報警系統(tǒng)54與分壓電路55等元件)，該方法包含下列步驟1、(參見圖5(a)至圖5(b))當(dāng)該繼電器52形成關(guān)斷時(跳脫接點521的接點2(NC)與接點3(C)搭合)，并且該負載啟動時，C1一端接電源負極端(連接該公共接地點)，另一端接到電源正極端(+)，此時第一充電回路由該電源V1(+)→RL→C1→繼電器52(跳脫接點521的接點2與3搭合)→電源V1負極端，該電源對該儲能元件C1充電至飽合電壓V1，其電流流經(jīng)的回路如圖5(a)和圖5(b)(其為圖5(a)顯示的較佳實施例的主要電路與其第一充電/C1放電回路的電流的示意圖)的“第一充電回路”所示；2、(參閱圖5(a)至圖5(b)與圖6(b))當(dāng)該繼電器52由該關(guān)斷狀態(tài)(該跳脫接點521的接點2(NC)與3(C)搭合)切換至開啟狀態(tài)(該跳脫接點521的接點1(NO)與3(C)搭合)以及RL啟動時，而C1(+)→RL→DD1→RD2//RD3→ZD1//控制線圈5412→C1(-)是C1的放電回路，其電流流經(jīng)的回路如圖5(a)或圖5(b)的“C1放電回路”所示，當(dāng)該繼電器52開啟(該跳脫接點521的接點1(NO)與3(C)搭合)時，第二充電回路由該電源(+)→DD1→RD2//RD3→ZD1//控制線圈5412→C1→繼電器52(該跳脫接點521的接點1(NO)與3(C)搭合)→電源(-)，如圖5(a)的“第二充電回路”所示，當(dāng)該繼電器52開啟的瞬間，由于該繼電器52通過跳脫而切換狀態(tài)時使C1電壓極性瞬間反向，因而使繼電器52的接點1(NO)與接點3(NC)之間具有反向能量(或電壓)來消除該繼電器52的電弧，這時，由該電源(+)→RL→該繼電器52(該跳脫接點521的接點1(NO)與3(C)搭合)→電源(-)形成主要大電流回路，其電流流經(jīng)的回路，如圖6(b)的“主要大電流回路”所示；3、(如圖6(a)至圖6(b))當(dāng)該繼電器52形成該開啟狀態(tài)(該跳脫接點521的接點1(NO)與3(C)搭合)并且該負載啟動時，C1一端接電源負極端，另一端接到隧道二極管ZD1的陽極，形成第二充電回路{電源(+)→DD1→RD2//RD3→ZD1//控制線圈5412→C1→該繼電器52(該跳脫接點521的接點1(NO)與3(C)搭合)→電源(-)}，使C1產(chǎn)生電壓，其電流流經(jīng)的回路，如圖6(a)與圖6(b)(其為圖6(a)顯示的較佳實施例的主要電路與其第一充電/第二充電/主要大電流/放電等回路的電流的示意圖)的“第二充電回路”所示，這時，上述的該主要大電流回路也被導(dǎo)通，其電流流經(jīng)的回路，如圖6(b)的“主要大電流回路”所示。
4、(如圖6(a)至圖6(b))當(dāng)該繼電器52由該開啟狀態(tài)(該跳脫接點521的接點1(NO)與3(C)搭合)切換至該關(guān)斷狀態(tài)(該跳脫接點521的接點2(NC)與3(C)搭合)，由于該繼電器52跳脫切換，這時DD1反向?qū)?，C1無放電回路，因而使C1有足夠能量，在該繼電器52的NO與NC接點之間產(chǎn)生反向能量(或電壓)來消除該繼電器52的電弧，放電回路如圖6(b)中的“放電回路”所示，若該繼電器52的跳脫接點521的NC與C接點之間完全搭合時(就形成上述的該第一充電回路，其電流流經(jīng)的回路，如圖6(b)的該“第一充電回路”所示)，則回到第一個步驟重新開始。
綜上所述，依據(jù)本發(fā)明方案的包含具有高阻抗元件與儲能元件的保護電路的繼電器系統(tǒng)5的裝置與控制方法，具有以下的優(yōu)點1、可不受繼電器接點電壓大小的影響，同樣能使用該繼電器的規(guī)格的最大電流值，不需要由于電弧的存在而降低其耐壓的規(guī)格。
2、因為本發(fā)明所提出的消除電弧的保護電路，只包含高阻抗元件以及儲能元件，所以其相對于已知的包含有兩個接點串聯(lián)繼電器的電弧保護電路的繼電器系統(tǒng)與包含有雙閘(刀)繼電器做接點串聯(lián)所構(gòu)成的電弧保護電路的繼電器系統(tǒng)，本發(fā)明所提出的包含有高阻抗元件與儲能元件的電弧保護電路的繼電器系統(tǒng)，可以相對地縮小該繼電器系統(tǒng)的產(chǎn)品體積與降低該產(chǎn)品的相關(guān)制造成本。
3、本發(fā)明所提出的包含有高阻抗元件與儲能元件的電弧保護電路的繼電器系統(tǒng)如果使用在電源電路中，因為其構(gòu)造相對較簡單，所以可以簡化電路。
4、本發(fā)明所提出的包含具有高阻抗元件與儲能元件的電弧保護電路的繼電器系統(tǒng)同樣擁有隔離功能，可用于電源電路中的輸出端作為隔離開關(guān)。
由以上的敘述可知，依據(jù)本發(fā)明方案的包含有高阻抗元件與儲能元件的保護電路的繼電器系統(tǒng)及其控制方法，其主要特征是運用該高阻抗元件對該儲能元件做相對地快速充電及慢速放電的原理，以該儲能元件上所儲存的反向能量(或電壓)來消除該繼電器的該電弧。其可應(yīng)用于需要相對較高工作電壓的大型繼電器或做為隔離開關(guān)使用于電源電路的輸出端，以避免因繼電器接點兩端電壓大于該繼電器的規(guī)格所能承受的電壓而產(chǎn)生繼電器接點熔毀的現(xiàn)象，或者必須降低該繼電器的工作電壓等結(jié)果。
因此，即使本發(fā)明已由上述的實施例所詳細敘述而可由熟悉本技術(shù)的人作出各種修改，然而都不脫離所附權(quán)利要求書的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種具有電弧保護電路的繼電器系統(tǒng)，包含負載，具有第一端與第二端；繼電器，耦合于公共接地點與該負載的第一端；以及電弧保護電路，用于消除該繼電器產(chǎn)生的電弧，該電弧保護電路包括儲能元件，并聯(lián)連接于該繼電器，并且耦合于該負載的第一端，用于能量的儲存和釋放；以及高阻抗元件，耦合于該負載的第二端，用于使該儲能元件實現(xiàn)快速充電和慢速放電。
2.如權(quán)利要求1所述的繼電器系統(tǒng)，其中該儲能元件具有第一端與第二端，該儲能元件的第一端耦合于該負載的第一端，該高阻抗元件具有第一端與第二端，該高阻抗元件的第一端耦合于該負載的第二端，該高阻抗元件的第二端耦合于該儲能元件的第二端，并且該繼電器還包括跳脫接點，具有常開接點、常閉接點以及公共接點，連接該常開接點與該公共接點以構(gòu)成第一回路并形成該繼電器的開啟，或者連接該常閉接點與該公共接點以構(gòu)成第二回路并形成該繼電器的關(guān)斷，該常開接點與該常閉接點耦合于該儲能元件，并且該公共接點耦合于該公共接地點；以及控制線圈，用于控制該跳脫接點的切換以構(gòu)成該第一回路或該第二回路。
3.如權(quán)利要求2所述的繼電器系統(tǒng)，還包括繼電器開關(guān)控制電路，用于控制該繼電器的開啟及關(guān)斷，該繼電器開關(guān)控制電路包括二極管，具有陽極與陰極，并聯(lián)連接于該控制線圈；第一電阻，具有第一端與第二端，該第一端耦合于該二極管的陰極，并且該第二端耦合于該高阻抗元件的第二端；以及開關(guān)，具有第一端與第二端，該第一端耦合于該二極管的陽極，并且該第二端耦合于該公共接地點。
4.如權(quán)利要求3所述的繼電器系統(tǒng)，其中該二極管為線圈泄放二極管；或該繼電器系統(tǒng)還包括分壓電路，串聯(lián)連接于該高阻抗元件與該儲能元件，用于當(dāng)該繼電器跳脫時提供輸出信號；以及報警系統(tǒng)，具有第一端與第二端，該第一端耦合于該儲能元件的第二端并且該第二端耦合于該分壓電路，或者該第二端耦合于該儲能元件的第二端并且該第一端耦合于該分壓電路，用于當(dāng)該繼電器跳脫時發(fā)出報警信號，其中該報警系統(tǒng)還包括報警接點，具有第一端與第二端，用于當(dāng)該輸出信號為零時產(chǎn)生該報警信號；以及報警繼電器，具有控制線圈、常開接點、常閉接點以及公共接點，該控制線圈耦合于該報警系統(tǒng)的第一端與該報警系統(tǒng)的第二端，該常閉接點耦合于該報警接點的第一端并且該常開接點為開路，或者該常閉接點為開路并且該常開接點耦合于該報警接點的第一端，并且該公共接點耦合于該報警接點的第二端；該繼電器與該報警繼電器均為復(fù)合型繼電器；該分壓電路還包括第二電阻，具有第一端與第二端，并且該第一端耦合于該高阻抗元件的第二端；第三電阻，具有第一端與第二端，該第一端耦合于該第二電阻的第一端，并且該第二端耦合于該第二電阻的第二端；以及隧道二極管，具有陽極與陰極，該陰極耦合于該第三電阻的第二端，該陽極耦合于該儲能元件的第二端，并且該隧道二極管并聯(lián)連接于該報警繼電器的控制線圈；以及該高阻抗元件為二極管或第四電阻，并且該第四電阻具有相對高阻值。
5.如權(quán)利要求1所述的繼電器系統(tǒng)，其中該儲能元件為電容；和/或該繼電器系統(tǒng)還包括直流電源，用于提供電壓，該直流電源包括正極端，耦合于該負載的第二端；以及負極端，耦合于該公共接地點。
6.一種具有電弧保護電路的繼電器系統(tǒng)的控制方法，其中該繼電器系統(tǒng)還包括負載，處于啟動狀態(tài)；電弧保護電路，具有儲能元件，耦合于該負載；高阻抗元件，耦合于該儲能元件；以及繼電器，并聯(lián)連接該儲能元件，該方法包含下列步驟(a)當(dāng)該繼電器處于關(guān)斷狀態(tài)時，對該儲能元件進行充電至飽和電壓；(b)當(dāng)該繼電器從該關(guān)斷狀態(tài)切換至開啟狀態(tài)時，使該儲能元件通過該高阻抗元件進行放電，而當(dāng)該繼電器處于該開啟狀態(tài)時，使該儲能元件上電壓以反向電壓方式加在該繼電器上，用以消除該繼電器的電弧；(c)當(dāng)該繼電器處于該開啟狀態(tài)時，對該儲能元件進行充電以產(chǎn)生電壓值；(d)當(dāng)該繼電器切換狀態(tài)而處于跳脫時，使該儲能元件通過該繼電器形成放電回路，并且使該繼電器具有反向電壓以消除該電弧；以及(e)當(dāng)該繼電器處于該關(guān)斷狀態(tài)時，則重新回到步驟(a)。
7.如權(quán)利要求6所述的控制方法，其中該繼電器系統(tǒng)還包括直流電源，該直流電源具有正極端與負極端，該正極端耦合于該負載，該負極端耦合于該儲能元件與公共接地點，并且該步驟(a)還包含下列步驟(a1)當(dāng)儲能元件進行充電時，自該電源的正極端流經(jīng)該負載、該儲能元件、該繼電器至該電源該負極端形成第一充電回路。
8.如權(quán)利要求6所述的控制方法，其中該步驟(b)還包含下列步驟(b1)自該儲能元件流經(jīng)該負載與該高阻抗元件形成放電回路以進行放電；(b2)當(dāng)該繼電器剛處于該開啟狀態(tài)時，該儲能元件的電壓極性瞬間反向，而使該繼電器具有該反向電壓；以及(b3)當(dāng)該繼電器正常處于該開啟狀態(tài)時，使該電源正極端經(jīng)過該負載、該繼電器至該電源負極端形成主要大電流回路而導(dǎo)通。
9.如權(quán)利要求8所述的控制方法，其中該步驟(c)還包含下列步驟(c1)自該電源正極端流經(jīng)該高阻抗元件、該儲能元件、該繼電器至該電源負極端形成第二充電回路以進行充電；以及(c2)當(dāng)該繼電器正常處于該開啟狀態(tài)時，使該主要大電流回路也同時導(dǎo)通；和/或該步驟(d)還包含下列步驟(d1)當(dāng)該繼電器處于該開啟狀態(tài)時，該儲能元件的電壓變?yōu)榉聪?，使該繼電器具有該反向電壓；以及(d2)當(dāng)該繼電器處于該開啟狀態(tài)時，使該主要大電流回路也同時導(dǎo)通。
10.如權(quán)利要求9所述的控制方法，其中該繼電器系統(tǒng)還包含報警系統(tǒng)，用于當(dāng)該繼電器跳脫時發(fā)出報警信號，該報警系統(tǒng)包括分壓電路，串聯(lián)連接于該儲能元件與該高阻抗元件之間，該分壓電路包括電阻，具有第一端與第二端，并且該第一端耦合于該高阻抗元件；以及隧道二極管，該隧道二極管的陽極耦合于該儲能元件，并且該隧道二極管的陰極耦合于該電阻的第二端；以及報警繼電器，并聯(lián)連接于該隧道二極管；該放電回路與該第二充電回路均包括該分壓電路；該繼電器與該報警繼電器均為復(fù)合型繼電器；以及該繼電器還包括常開接點，耦合于該儲能元件；常閉接點，耦合于該儲能元件；以及公共接點，耦合于該電源負極端，其中當(dāng)該繼電器處于該開啟狀態(tài)時，該常開接點與該公共接點連接，當(dāng)該繼電器處于該關(guān)閉狀態(tài)時，該常閉接點與該公共接點連接，并且當(dāng)該繼電器由該常開接點轉(zhuǎn)換到該常閉接點時，該儲能元件的電壓會轉(zhuǎn)變成反向電壓，該反向電壓使該繼電器內(nèi)電場強度減弱，而消除該電弧。
全文摘要
本發(fā)明公開一種具有相對較佳電弧保護電路的繼電器系統(tǒng)及其控制方法。該具有電弧保護電路的繼電器系統(tǒng)包含負載，具有第一端與第二端；繼電器，耦合于公共接地點與該負載的第一端；以及電弧保護電路，用于消除該繼電器所產(chǎn)生的電弧，該電弧保護電路包括儲能元件，具有第一端與第二端，并聯(lián)連接于該繼電器，并且該儲能元件的第一端耦合于該負載的第一端，用于能量的儲存和釋放；以及高阻抗元件，耦合于該負載的第二端，用于使該儲能元件達到快速充電和慢速放電的目的。本發(fā)明可以避免因繼電器接點兩端電壓大于該繼電器的規(guī)格所能承受的電壓而產(chǎn)生繼電器接點熔毀的現(xiàn)象，或必須降低工作電壓來使用該繼電器的缺點。
文檔編號H01H9/42GK101047072SQ200610068378
公開日2007年10月3日 申請日期2006年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月30日
發(fā)明者陶紀明 申請人:臺達電子工業(yè)股份有限公司