智能固態(tài)繼電器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種智能固態(tài)繼電器，具備自動保護功能的智能固態(tài)繼電器，有控制交流單相、交流三相和直流多種負載形式，智能固態(tài)繼電器可應(yīng)用于工業(yè)電機、可控阻性加熱器等場合。可通過設(shè)定輸出功率、精確的控制負載功率，用來調(diào)節(jié)溫度、轉(zhuǎn)速、流量、光亮度等。并有一組向控制中心輸出智能固態(tài)繼電器和所驅(qū)動的負載工作狀態(tài)的信號，以滿足工業(yè)自動化生產(chǎn)的需要。
【背景技術(shù)】
[0002]目前各種老式電磁式繼電器已經(jīng)無法滿足工業(yè)革命的要求，除了體積碩大，重要的還會在工作時產(chǎn)生的巨大電磁干擾，已經(jīng)淘汰。目前常規(guī)的各種固態(tài)繼電器已經(jīng)開始使用，但這類固態(tài)繼電器還是有各種缺點，體積還是偏大，可靠性有欠缺。這對于要求高可靠的設(shè)備來說還是致命傷。
[0003]常規(guī)固態(tài)繼電器失效、損壞主要形式有過溫、短路和過壓。造成常規(guī)固態(tài)繼電器過溫損壞的是器件內(nèi)部的熱疲勞現(xiàn)象，原因有散熱設(shè)計不當(dāng)，驅(qū)動電路設(shè)計不合理，外界負載發(fā)生的變化等。造成固態(tài)繼電器短路損壞的原因是負載絕緣不良，外界雜物引起的橋路短路等。造成固態(tài)繼電器過壓損壞的原因是母線電壓上升，外來噪聲(雷電浪涌)和感性負載發(fā)生的關(guān)斷峰值電壓等。以上的失效損壞形式已經(jīng)包含了固態(tài)繼電器的95%以上的失效損壞范圍。
[0004]固態(tài)繼電器必需是長期、高可靠工作，以確保安全。當(dāng)前一般都在固態(tài)繼電器外圍設(shè)置一些各種保護電路。但此類保護電路器件或者專業(yè)1C驅(qū)動器并不與固態(tài)繼電器在同一物理環(huán)境下工作。因此對器件所產(chǎn)生的各種失效損壞感應(yīng)速度，綜合處理能力等存在不一致性。
[0005]當(dāng)前隨著工業(yè)4.0概念的推廣，對智能制造設(shè)備所有的控制部件也提出了新的要求，需要有一個可靠與控制中心關(guān)聯(lián)的實時通訊控制信號。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的旨在提供一種智能固態(tài)繼電器，具備綜合保護功能及能把器件與負載的工作狀態(tài)及時反饋到控制中心，以克服上述現(xiàn)有技術(shù)的存在缺陷。
[0007]本發(fā)明提供一種智能固態(tài)繼電器，包括，整體鋁合金散熱外殼、安裝基板、金屬導(dǎo)熱板、功能感應(yīng)PCB板、控制板、電流感應(yīng)傳感器、電力半導(dǎo)體器件;其中電力半導(dǎo)體器件具有引出端子；電力半導(dǎo)體器件固定在安裝基板;安裝基板直接焊接在整體鋁合金散熱外殼上；電流感應(yīng)傳感電路套裝在引出端子上；功能感應(yīng)PCB板固定在引出端子上;最后引出端子和功能感應(yīng)PCB板引出線都與控制板連接。
[0008]進一步，本發(fā)明提供一種智能固態(tài)繼電器，還可以具有這樣的特征:整體鋁合金散熱外殼，并與在電力半導(dǎo)體器件上方金屬導(dǎo)熱板相連，構(gòu)成一個熱傳導(dǎo)閉合回路，并有良好電磁兼容(EMC)抗干擾能力。
[0009]進一步，本發(fā)明提供一種智能固態(tài)繼電器，還可以具有這樣的特征:安裝基板為陶瓷覆銅板，安裝基板直接焊接在整體鋁合金散熱外殼上。
[0010]進一步，本發(fā)明提供一種智能固態(tài)繼電器，還可以具有這樣的特征:電力半導(dǎo)體器件為增強型可控硅芯片組或高性能絕緣型晶體管芯片組。
[0011]進一步，本發(fā)明提供一種智能固態(tài)繼電器，還可以具有這樣的特征:功能感應(yīng)PCB板設(shè)置有過電壓保護電路和過溫保護電路。
[0012]進一步，本發(fā)明提供一種智能固態(tài)繼電器，還可以具有這樣的特征:采用二氧化硅顆粒與1C專用膠混合高導(dǎo)熱絕緣材料將器件封裝。
[0013]進一步，本發(fā)明提供一種智能固態(tài)繼電器，還可以具有這樣的特征:電流感應(yīng)傳感電路包括:調(diào)節(jié)電阻、輸出電阻、小型整流橋堆、單向觸發(fā)可控硅、電流感應(yīng)傳感器和光耦；調(diào)節(jié)電阻并聯(lián)在電流感應(yīng)傳感器的線圈的兩端；小型整流橋堆的輸入端與線圈的兩端相連，輸出端與光親的輸入端相連;單向觸發(fā)可控娃的正極與第一輸出端、光親的一個輸出端相連;負極與第二輸出端相連、觸發(fā)極經(jīng)過輸出電阻與光親的另一個輸出端相連。
[0014]進一步，本發(fā)明提供一種智能固態(tài)繼電器，還可以具有這樣的特征:過電壓保護電路包括壓敏電阻、限流電阻、雙向觸發(fā)二極管和發(fā)光二極管;壓敏電阻并聯(lián)在電力半導(dǎo)體器件上;限流電阻、雙向觸發(fā)二極管、發(fā)光二極管的正極串聯(lián)后，與壓敏電阻并聯(lián)。
[0015]進一步，本發(fā)明提供一種智能固態(tài)繼電器，還可以具有這樣的特征:過溫保護電路包括兩個溫度傳感器，緊鄰電力半導(dǎo)體器件設(shè)置。
[0016]另外，本發(fā)明提供一種智能固態(tài)繼電器，還可以具有這樣的特征:發(fā)光二極管與一個小型整流橋堆并聯(lián)，通過整流后輸出一個直流工作狀態(tài)信號，反饋到控制中心。
【附圖說明】
[0017]圖1是智能固態(tài)繼電器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2是交流單相智能固態(tài)繼電器的電路圖。
[0019]圖3是交流三相智能固態(tài)繼電器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖4是直流智能固態(tài)繼電器的的電路圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步的描述。
[0022]實施例一
[0023]圖1是智能固態(tài)繼電器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]如圖1所示，智能固態(tài)繼電器結(jié)構(gòu)包括:整體鋁合金散熱外殼1、焊錫層2、安裝基板(DBC)3、金屬導(dǎo)熱板4、功能感應(yīng)PCB板5、引出端子6、控制板7、電流感應(yīng)傳感器8、電力半導(dǎo)體芯片組9組成。
[0025]電力半導(dǎo)體芯片組9固化焊接在安裝基板(DBC)3上，電力半導(dǎo)體芯片組9可以是大功率雙向可控硅，也可以是二個大功率單向可控硅反向并聯(lián)形成的增強性電力控制器件，以上都可應(yīng)用于交流控制電路。還可以是大功率高性能絕緣型晶體管(IGBT)或大功率場效應(yīng)管(M0S)，應(yīng)用于直流控制電路。電力半導(dǎo)體芯片組9可按不同功能組成單芯組(交流單向或直流應(yīng)用)、雙芯組(交流單向增強型)、叁芯組(三相交流)和六芯組(三相交流增強型)。為了增強安裝基板(DBC)3的熱強度，不宜多芯同用一塊基板，最多不超過叁芯。把已經(jīng)焊接了芯片組的安裝基板(DBC)3通過中溫錫漿形成的焊錫層2直接焊接在整體鋁合金散熱外殼1上，能增加散熱面積，提高功率密度。
[0026]在電力半導(dǎo)體芯片組9上方設(shè)置一塊金屬導(dǎo)熱板4，兩端與整體鋁合金散熱外殼1緊密相連，構(gòu)成一個熱傳導(dǎo)閉合回路。這樣能非常有效的把在電力半導(dǎo)體芯片組9的工作溫度，我們稱為結(jié)溫，快速的傳導(dǎo)到整體鋁合金散熱外殼1，使結(jié)溫與殼溫同步。提高了智能固態(tài)繼電器的電功率密度。并且有效的屏蔽了電力半導(dǎo)體芯片組9工作時產(chǎn)生的電磁干擾和不受外界電磁波影響，具有良好的電磁兼容(EMC)功能。
[0027]以電力半導(dǎo)體芯片組9的引出端子6作為支撐，把電流感應(yīng)傳感器8套裝于上。再可根據(jù)不同的工作要求、功能需要，制作不同的功能感應(yīng)PCB板5，本實施例中，過電壓保護電路、過溫保護電路和短路保護電路就設(shè)置在功能感應(yīng)PCB板5上。功能感應(yīng)PCB板5也以電力半導(dǎo)體芯片組9的引出端子6作為支撐，可多層多塊，立體安裝，本實施例中，感應(yīng)PCB板5為兩層三塊，分別為過溫保護電路(5-1)和過電壓保護電路、控制信號輸出(5-2)為一層二塊，短路(過流)保護電路(8)為獨立一塊功能感應(yīng)PCB板。最后用二氧化硅顆粒和1C專用膠混合高導(dǎo)熱絕緣材料封裝完成。
[0028]圖2是交流單相智能固態(tài)繼電器的電路圖。
[0029]如圖2所示，以電力半導(dǎo)體芯片組(交流單相增強型可控硅芯片組)的電路連接進行說明，電力半導(dǎo)體芯片組9(交流單相增強型可控硅芯片組)由二個大功率單向可控硅SCR1、SCR2反向并聯(lián)構(gòu)成。
[0030]過溫保護電路(5-1)包括第一溫度傳感器R1和第二溫度傳感器R2。第一溫度傳感器R1為PCT溫度傳感器，一端與控制板7第一輸入端Vinl相連，另一端與增強型可控硅芯片的單向可控硅SCR1的觸發(fā)極相連。
[0031 ] 第二溫度傳感器R2也為PCT溫度傳感器，一端與控制板7第二輸入端Vin2相連，另一端與增強型可控硅芯片的單向可控硅SCR2的觸發(fā)極相連。第一溫度傳感器R1、第二溫度傳感器R2分別設(shè)置在單向可控硅SCR1、SCR2的上方。
[0032]過電壓保護電路和控制信號輸出(5-2)包括:壓敏電阻R3、限流電阻R4、雙向觸發(fā)二極管D1、發(fā)光二極管D2和小型整流橋堆D3。
[0033]壓敏電阻R3并聯(lián)在增強型可控硅芯片上，兩端分別與二個大功率單向可控硅SCR1、SCR2的兩個輸出端連接點相連。
[0034]限流電阻R4、雙向觸發(fā)二極管D1、發(fā)光二極管D2的正極串聯(lián)后，與壓敏電阻R3并聯(lián)，也就是與增強型可控硅芯片并聯(lián)。
[0035]發(fā)光二極管D2與小型整流橋堆D3輸入端連接，經(jīng)過整流后