專利名稱：無接點繼電器－磁性繼電器開關驅動電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種電磁開關元件的電路，具體地說，是涉及一種并聯連接的無接點繼電器和磁性繼電器，并控制它們來取得有序的電源開關方式的電路。
背景技術：
無接點繼電器(Solid State Relay)，或稱固體繼電器，簡稱SSR，跟普通的繼電器沒兩樣，只是用半導體材料制作，讓永久的壽命和無噪音，高速運作變為可能。無接點繼電器一般包括起開關作用的三端雙向可控硅開關元件和它的控制部分，構成一光電耦合器的構件。無接點繼電器只起到開/關作用，所以主要用在經常發生開/關動作的地方。
無接點繼電器作為電源開關的電路經常用在電子產品上，這種時候無接點繼電器會發熱，過多的發熱會損傷三端雙向可控硅開關，所以需要解決這個問題。把常用的無接點繼電器以發熱方式的不同分類，有利用散熱板散熱的方式和并聯連接一普通磁性繼電器的方式以防止三端雙向可控硅開關元件的發熱，但散熱型因需要加入散熱片，所以產品體積會變大，很難用在追求小型化的產品上，所以一般采用第二個方式。
把無接點繼電器和磁性繼電器并聯連接，例如構成對發熱器或者發動機供電的無散熱型開關電路，之前的方式是同時開關磁性繼電器和無接點繼電器。但同時開關這兩個繼電器的時候會消耗比平時更多的觸發電流，會在無接點繼電器上發生電火花，從而引發錯誤的工作，當電火花過分強烈的時候會直接損傷磁性繼電器的接點和可控硅開關，讓產品的整體性能降低。
圖1簡單表示了傳統開啟方式的無接點繼電器-磁性繼電器構成的驅動電路，圖2是這個開關電路的開/閉動作時間表格。參照圖1，可以看到無接點繼電器(14)和磁性繼電器(16)在電源和負荷(18)之間并聯連接，這兩個繼電器的開/閉由晶體管電路(12)控制。即，對無接點繼電器(14)的光電耦合器和磁性繼電器(16)母線圈的電流控制，都是用晶體管電路(12)的集電器電流控制。
所以這兩個開關元件，即無接點繼電器(14)和磁性繼電器(16)的開/閉總是同時進行。
晶體管電路(12)正如圖2，從外部接到開啟無接點繼電器(14)和磁性繼電器(16)的控制命令，同時把第一開關信號(CS1)和第二開關信號(CS2)提供給無接點繼電器(14)和磁性繼電器(16)。外部信號是關閉信號時也相同。根據晶體管電路提供的第一和第二開關信號(CS1，CS2)，無接點繼電器(14)和磁性繼電器(16)同時開啟或關閉。
這樣，由于無接點繼電器(14)磁性繼電器(16)的開/閉是由像晶體管電路(12)一樣的模擬電路的輸出信號控制，所以無接點繼電器(14)和磁性繼電器(16)難免要同時開/閉。但如果這兩個電子元件(14，16)同時開/閉的時候會有很大的瞬時電流。所以兩個繼電器上會發生電火花現象。結果繼電器的連接部分和半導體開關元件的性能會下降，壽命也會減少。而且可以引發周圍的錯誤動作。我們需要這個問題的解決方案。
發明內容
為了解決以上的問題，本發明提出一種在無接點繼電器和磁性繼電器并聯連接的電路中，讓這兩個繼電器元件按一定的時間間隔，有序開/閉的無接點繼電器-磁性繼電器開關驅動電路，以有效防止開/閉過程中發生的電火花，從而可以延長配件壽命。
為了達到以上目的，所設計的無接點繼電器-磁性繼電器開關驅動電路，包括連接在負荷和電源之間，隨著母線圈的磁化進行開/閉動作的磁性繼電器、并聯磁性繼電器上隨著開關信號開/閉電路的無接點繼電器，其特征在于具有一個微處理器電路，該微處理器電路具備分別連接到所述的無接點繼電器和所述的磁性繼電器控制端口的輸出端口，當該微處理器電路接到控制信號時，其兩個輸出端口按照一定的時間間隔有序地向所述的無接點繼電器和所述的磁性繼電器控制端口輸出第一開關信號(MCS1)和第二開關信號(MCS2)，以分別控制所述的無接點繼電器和所述的磁性繼電器進行開/閉動作。
以上微處理器電路如果接到開啟電源的控制信號，開啟電源的第一開關信號(MCS1)和第二開關信號(MCS2)，按照第一時間間隔有序地提供給無接點繼電器和磁性繼電器控制端口，即，當所述的微處理器電路接到開啟電源的控制信號后，按照第一時間間隔先向所述的無接點繼電器輸出開啟無接點繼電器的第一開關信號(MCS1)，再向所述的磁性繼電器輸出開啟磁性繼電器的第二開關信號(MCS2)；以上微處理器電路如果接到關閉電流的控制信號，關閉磁性繼電器的第二開關信號(MCS2)和關閉無接點繼電器的第一開關信號(MCS1)以第二時間間隔向兩個繼電器發送，即，當所述的微處理器電路接到關閉電源的控制信號后，按照第二時間間隔先向所述的磁性繼電器輸出關閉磁性繼電器的第二開關信號(MCS2)，再向所述的無接點繼電器輸出關閉無接點繼電器的第一開關信號(MCS1)。由于是在投入無接點繼電器的狀態下使磁性繼電器開啟或關閉，可有效地防止在磁性繼電器上發生電火花現象。
在以上開關驅動電路中，第一和第二時間間隔最好在100毫秒和200毫秒之間。如果接到開啟電源的控制信號，第一開關信號的輸出從接到信號開始在經過100毫秒以上200毫秒以內的時間之后進行；而在接到切斷電源的控制信號的時候，第二開關信號的輸出要在得到控制信號后馬上進行。即當所述的微處理器電路接到開啟電源的控制信號后，經過100～200毫秒的時間間隔后，向所述的無接點繼電器輸出開啟無接點繼電器的第一開關信號；當所述的微處理器電路接到關閉電源的控制信號后，馬上向所述的磁性繼電器輸出關閉磁性繼電器的第二開關信號(MCS2)。
而且，為了增加穩定性，可以加設并聯連接在磁性繼電器上，防止電火花能量傳到負荷上的電火花防止電路。
以上開關驅動電路可以是三相。為此無接點繼電器和磁性繼電器按三相用各自具備3個，每相有一并聯的無接點繼電器和磁性繼電器，其中，3個無接點繼電器串聯，具有同一控制端口；3個磁性繼電器串聯，也具有同一控制端口。
本發明由于實現無接點繼電器和磁性繼電器有序開/閉，同時，由于磁性繼電器的開啟或者關閉，總是在無接點繼電器處于開啟的狀態下進行，可以防止損傷元件的瞬時電流，結果有效防止電火花的發生，從而達到防止電子元件損傷和錯誤操作的目的。
圖1為傳統開啟方式的無接點繼電器-磁性繼電器構成的驅動電路框圖；圖2為傳統開啟方式的無接點繼電器-磁性繼電器的開/閉動作時間圖示；圖3為本發明的無接點繼電器-磁性繼電器開關驅動電路框圖；圖4為本發明的無接點繼電器-磁性繼電器開關驅動電路的開/閉動作時間圖示；圖5為本發明的無接點繼電器-磁性繼電器開關驅動電路中的微處理器的程序流程圖示；圖6為本發明的無接點繼電器-磁性繼電器開關驅動電路的一種具體電路方式。
具體實施例方式
以下結合附圖對本發明的具體實施方式
作進一步的詳細說明。
圖3所示的本發明的無接點繼電器-磁性繼電器開關驅動電路框圖，跟圖1相比較，主要差別是以提供有序控制(通過軟件)開關信號的微處理器42代替使無接點繼電器14和磁性繼電器16同時開/閉的晶體管電路12。
具體的說，本發明的開關驅動電路，負荷48和電源之間連接無接點繼電器44和磁性繼電器46，在這里兩個繼電器并聯。無接點繼電器44和磁性繼電器46的控制端口連接微處理器42，連接在無接點繼電器44和磁性繼電器46上的微處理器42的輸出端互相不同。微處理器42的輸入端口連接到為了控制無接點繼電器44和磁性繼電器46的開/閉發送信號的外部設備(無圖示)上。
微處理器42中有為外部控制信號而做出反應，并輸出開/閉兩個繼電器的開關信號(MCS1，MCS2)的程序。這個程序控制無接點繼電器44和磁性繼電器46進行有序的開啟或者關閉。
圖5的流程圖給出了微處理器42中所執行程序的圖示。
按照該圖示我們可以知道，微處理器42周期檢查外部的控制信號。在S10階段檢查控制信號的級別，如果認定是開啟信號，微處理器42就會把第一開關信號MCS1和第二開關信號MCS2分別向無接點繼電器44和磁性繼電器46上輸出。這時候正如圖4所示，微處理器42從接到控制信號開始經過一段時間(T1)后，才把第一開關信號(MCS1)發送到無接點繼電器44，并且從那個時候開始經過一定時間(T2)之后把第二開關信號(MCS2)發送到磁性繼電器46(S12階段)。這樣無接點繼電器先投入之后再投入磁性繼電器。這里所給的一定時間T1，T2控制在100毫秒和200毫秒之間。
微處理器接到外部信號是“關閉”的時候也相同。即在S14階段如果認定控制信號是關閉信號，微處理器42把第一開關信號(MCS1)和第二開關信號(MCS2)各向無接點繼電器44和磁性繼電器46發送。在關閉兩個繼電器的時候也是，在無接點繼電器正在動作的狀態下關閉磁性繼電器46。為此，微處理器一旦認定控制信號是關閉信號，就會先把第二開關信號(MCS2)發送到磁性繼電器46的控制端口，再過一定時間(T3)之后把第一開關信號(MCS1)發送到無接點繼電器44的控制端口(S16階段)。在這里的T3也希望控制在100毫秒和200毫秒之間。
無接點繼電器44和磁性繼電器46接到第一，第二開關信號(MSC1，MCS2)之后，馬上按照信號的級別開啟或關閉流向負荷48的電流。微處理器反復以上的處理過程。
按照圖4的方式發送開關信號，負荷48總是在無接點繼電器44處于開啟動作的狀態下，磁性繼電器46進行開/閉。這么做是為了磁性繼電器46開/閉的時候總是有無接點繼電器44在動作，從而防止電火花的產生。
因為用軟件程序控制兩個開關時間，所以兩個開關元件44，46的開/閉時間差可以按照元件的特性適當設置。了解采用的無接點繼電器44和磁性繼電器46的元件性能，就可以算出兩個元件不受損害地進行開/閉動作的最小時間間隔，并且把得到的時間間隔儲存到微處理器42中的程序上。最好把時間間隔設定在100毫秒到200毫秒之間。如果時間間隔少于100毫秒可以引發錯誤的處理。
相反，超過200毫秒的時候三端雙向可控硅開關元件的發熱量超過標準。兩個繼電器44，46的動作時間間隔值是本發明人經過無數次實驗和分析得來的，無法輕視。
圖6是本發明的開關驅動電路的具體實施方式
。無接點繼電器44的光電耦合器連接到晶體管電路Q1，磁性繼電器46的母線圈RL-A連接到晶體管電路Q2。微處理器42接到開啟電源信號之后經過T1的時間后通過輸出端口7發送第一開關信號(MCS1)，再經過T2時間后通過輸出端口8發送第二開關信號(MCS2)。第一和第二開關信號(MCS1，MCS2)按照T2時間間隔先后輸入到晶體管Q1，Q2的端口。從而晶體管Q1，Q2按照T2的時間間隔先后開啟，三端雙向可控硅開關和繼電器母線圈RL-B的接點也是按照大致和T2相同的時間差進行開啟。
當控制信號是關閉信號的時候，微處理器42接到該控制信號后會馬上通過輸出端口8發送第二開關信號(MCS2)，再經過T3時間后通過輸出端口7發送第一開關信號(MCS1)。第二和第一開關信號(MCS2，MCS1)按照T3時間間隔先后輸入到晶體管Q2，Q1的端口。從而晶體管Q2，Q1按照T3的時間間隔先后關閉，繼電器母線圈RL-B的接點和三端雙向可控硅開關也是按照大致和T3相同的時間差進行關閉動作。
為了增加穩定性，可以附加并聯到磁性繼電器46的繼電器接點(RL-B)上，防止電火花能量傳到負荷上的電火花阻止器(TNR1，C，R)。
以上是本發明的詳細解說，相關領域的技術人員可以在專利法允許的范圍內，即在本發明的思想以及領域許可的范圍內，進行適當的變化或修改。比如說，如果具有可以有序地產生兩個開關信號(MCS1，MCS2)的裝置，就可用之替代微處理器42，不一定要采用微處理器(42)。本發明的開關驅動電路可以適用在三相電路上。即，每個相都有無接點繼電器和磁性繼電器，然后把3個光電耦合器串連，把另一端連接到晶體管(Q1)，三相用的3個母線圈并列連接，把各自的一端共同連接到晶體管(Q2)上。專利申請范圍內的所有等價意義或者變化都在本發明的權利范疇內。
權利要求
1.一種無接點繼電器-磁性繼電器開關驅動電路，包括連接在負荷和電源之間，隨著母線圈的磁化進行開/閉動作的磁性繼電器、并聯于磁性繼電器上隨著開關信號開/閉電路的無接點繼電器，其特征在于具有一個微處理器電路，該微處理器電路具備分別連接到所述的無接點繼電器和所述的磁性繼電器控制端口的輸出端口，當該微處理器電路接到開啟或切斷電源的控制信號時，其兩個輸出端口按照一定的時間間隔有序地向所述的無接點繼電器和所述的磁性繼電器控制端口輸出第一開關信號(MCS1)和第二開關信號(MCS2)，以分別控制所述的無接點繼電器和所述的磁性繼電器進行開/閉動作。
2.根據權利要求1所述的無接點繼電器-磁性繼電器開關驅動電路，其特征在于當所述的微處理器電路接到開啟電源的控制信號后，按照第一時間間隔先向所述的無接點繼電器輸出開啟無接點繼電器的第一開關信號(MCS1)，再向所述的磁性繼電器輸出開啟磁性繼電器的第二開關信號(MCS2)；當所述的微處理器電路接到關閉電源的控制信號后，按照第二時間間隔先向所述的磁性繼電器輸出關閉磁性繼電器的第二開關信號(MCS2)，再向所述的無接點繼電器輸出關閉無接點繼電器的第一開關信號(MCS1)。
3.根據權利要求2所述的無接點繼電器-磁性繼電器開關驅動電路，其特征在于當所述的微處理器電路接到開啟電源的控制信號后，經過100～200毫秒的時間間隔后，向所述的無接點繼電器輸出開啟無接點繼電器的第一開關信號；當所述的微處理器電路接到關閉電源的控制信號后，馬上向所述的磁性繼電器輸出關閉磁性繼電器的第二開關信號(MCS2)。
4.根據權利要求1、2或3所述的無接點繼電器-磁性繼電器開關驅動電路，其特征在于所述的第一、第二時間間隔為100毫秒到200毫秒之間。
5.根據權利要求1所述的無接點繼電器-磁性繼電器開關驅動電路，其特征在于所述的磁性繼電器并聯有電火花阻止器。
6.根據權利要求1所述的無接點繼電器-磁性繼電器開關驅動電路，其特征在于用在三相電路上，每相有一并聯的無接點繼電器和磁性繼電器，其中，3個無接點繼電器串聯，具有同一控制端口；3個磁性繼電器串聯，也具有同一控制端口。
全文摘要
一種無接點繼電器－磁性繼電器開關驅動電路，這個電路把無接點繼電器和磁性繼電器并聯連接在電源和負荷之間，當作開關電路使用。有一個微處理器電路連接到無接點繼電器和磁性繼電器上，當該微處理器電路接到開啟或切斷電源的控制信號時，微處理器以設定程序按一定時間間隔有序地向無接點繼電器和磁性繼電器發送開/閉繼電器的第一開關信號和第二開關信號，而磁性繼電器的開啟或者關閉，總是在無接點繼電器處于開啟的狀態下進行，從而達到防止電子元件損傷和錯誤操作的目的。
文檔編號H01H47/02GK1783386SQ20051011413
公開日2006年6月7日 申請日期2005年10月18日 優先權日2004年10月28日
發明者金仁植, 林采福 申請人:金仁植, 林采福