专利名称：一种无火花安全开关、插座及安全通断电方法
技术领域：
本发明涉及一种安全开关，具体地说，是一种在执行开关操作时无火花、无冲击型的安全开关，本发明还涉及包含这种安全开关的插座及安全通断电的方法。
背景技术：
工业设备、家用电器等负荷都呈现一定的感性和容性，负荷与电源的接通过程中， 电路接通时负荷电容瞬间通电，电容从没有电到充满电的过程时间越短，感应冲击电流越 强，往往会拉弧产生火花；负荷与电源的开断过程，电路断开时感性负载瞬间断电，电感从 大电流到断电的过程时间越短，感应冲击电压越强，也会拉弧产生火花。开关触点或插头与 插座的触点接触面不贴靠，接触不良，在开合和带电拔插时也会产生火花。这些火花是危险 的，尤其是在易燃易爆场所，需要避免开关电源引起的火花导致爆炸等危险。现有的密封式安全防爆插座和安全防爆开关设备，是通过密封隔绝可燃物与触点 电弧的接触而防止爆炸的，这种方式在密封体内部电触点还是存在电弧和火花，存在潜在 危险。例如当密封壳体有损坏、有缝隙泄漏时，也会引起危险。现有技术存在的主要缺点和不足有1、无法完全杜绝负荷接入电源或退出电源时产生电弧、火花引起燃烧或爆炸事 故；2、开关触头和插头插座被电弧烧灼损坏，降低开关电器的工作可靠性和使用寿 命；3、投入电容性负荷设备会产生过电流冲击；4、切除电感性负荷设备会产生过电压冲击；5、负荷接入电源或退出电源时容易发生触电危险事故。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种通断电时不会产生火花的安全开关、插座及 安全通断电方法。为了解决上述技术问题，本发明提供了一种安全开关，包括电性连接的开关触发 电路和开关晶体管，所述开关晶体管串接在电源线上，所述开关触发电路用于输出触发信 号给所述开关晶体管，控制开关晶体管的断开与导通，所述电源线两端分别用于连接电源 和负载。进一步地，还包括一整流电路，所述整流电路的输入端接电源，输出端接所述开关 触发电路，用于为所述开关触发电路提供工作电源。进一步地，所述整流电路由依次电性连接的分压电容电阻、整流二极管、稳压管和 滤波电容组成。进一步地，所述开关晶体管由一对反并联的晶闸管，及晶闸管两端并联的保护二 极管和电阻组成。
进一步地，所述开关触发电路由依次电性连接的限流电阻、红外反射式光耦、过零 触发双向可控硅光耦组成，由所述过零触发双向可控硅光耦向所述开关晶体管输出触发信号。进一步地，所述开关晶体管与负载之间的电源线上还串接有隔离电路。进一步地，所述隔离电路由接地电容、电阻组成，所述电容、电阻并联，接于电源火 线与地线之间。本发明还提供了 一种包含上述安全开关的插座。本发明还提供了一种实现安全通断电的方法，包括将开关晶体管以断开状态接入电源与负载之间；由一开关触发电路接收一接通电源指令，并在电源电压过零时输出触发信号给所 述开关晶体管；所述开关晶体管接收到所述触发信号后导通，使电源与负载之间的通路接通。进一步地，在接通电源与负载之间的通路后，还包括开关触发电路接收一断开电源指令，终止输出给所述开关晶体管的触发信号；所述开关晶体管在电流过零后关断，使电源与负载之间的通路断开。本发明的安全开关电路中完全无触点，不会出现拉弧现象在插头插入时插座时 不带电，负载电容电压为零，没有突变，无感应电流，不会拉弧产生火花；插头拔出前在负载 电流过零点自动切断电源，负载电感电流为零，没有突变，无感应高压，也不会拉弧产生火 花。
图1是本发明的安全开关应用于单相电路的实施例；图2是本发明的安全开关应用于单相电路的实施例；图3是本发明中整流电路的一实施例的电路图；图4是本发明中开关触发电路的一实施例的电路图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以 更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。如图1所示，为本发明的安全开关应用于单相电路的实施例。该安全开关包括电 性连接的开关触发电路和开关晶体管，开关晶体管串接在电源线上，电源线两端分别连接 电源和负载。还包括一整流电路，整流电路的输入端接电源，输出端接开关触发电路，用于 为所述开关触发电路提供直流工作电源。其中，整流电路可以采用半桥整流电路、全桥整流电路等，如图3所示，本实施例 中的整流电路由依次电性连接的分压电容Cl、分压电阻R1、整流二极管D1、D2、稳压管D3和 滤波电容C2组成。开关晶体管由一对反并联的晶闸管组成，实现电源与负载电路的开断与 闭合，晶闸管两端并联保护二极管和电阻。反并联指两个晶闸管反向并联。晶闸管在有触 发信号时导通，电源与负载电路闭合；在无触发信号时，晶闸管电流过零后关断，电源与负 载电路断开。此处的晶闸管可以用其他电力电子开关晶体管器件代替。
如图4所示，本实施例中开关触发电路由依次电性连接的限流电阻R2、红外反射式光耦U2和过零触发双向可控硅光耦Ul组成。工作时，开关触发电路通过红外反射式光 耦U2检测物理开关状态(开、关)并转换为电气量，由过零触发双向可控硅光耦Ul输出触 发信号控制晶闸管导通。触发电路也可用其他触发方式。开关晶体管与负载之间的电源线上还串接有隔离电路，隔离电路由接地电容和电 阻组成，所述电容、电阻并联，接于电源火线与地线之间。隔离电路消除电子开关器件关断 后仍然存在的感应电压和漏电流的影响，保证晶闸管断开后负载与电源完全断开。在本实施例中，只在火线上串接有开关晶体管，在其它实施例中，也可以同时在火 线和零线上串接开关晶体管，火线和零线上的开关晶体管受开关触发电路的同步控制。如图2所示，本发明的安全开关应用于三相电路时，在三根火线上均串接有开关 晶体管，各开关晶体管受开关触发电路的同步控制，整流电路可从任意一根火线与零线上 取电。本发明的实现安全通断电的方法，包括以下步骤将开关晶体管以断开状态接入电源与负载之间；由一开关触发电路接收一接通电源指令，并在电源电压过零时输出触发信号给所 述开关晶体管；所述开关晶体管接收到所述触发信号后导通，使电源与负载之间的通路接通。在接通电源与负载之间的通路后，还可包括以下步骤开关触发电路接收一断开电源指令，终止输出给所述开关晶体管的触发信号；所述开关晶体管在电流过零后关断，使电源与负载之间的通路断开。本发明的安全开关在操作时较传统产品更安全、简单、方便。插头插入或拔出即完 成操作，且操作均是在断电状态下进行，不会发生触电事故。传统产品在插入或拔出时是带 电操作，所以避免不了插接和拔出时的起弧、拉弧现象。部分采用电磁继电器的产品，继电 器的吸合与断开时触点也会产生打火现象。本发明在插头拔插的过程中完全不带电，且电 路开关部分采用完全无触点的方法，故不会产生火花现象。用电设备都有一定的电容与电 感，传统产品在插拔时造成负载的电容与电感的电压或电流突变，产出冲击电压和电流，影 响设备的使用寿命，严重的造成设备损坏。本发明在插头拔插时都是断电状态，电路开关过 程电压电流平稳变化，且电流在过零点切断，负载不会产生冲击电压电流。本发明中开关触 发电路工作电源通过对供电电源进行分压整流滤波取得，无需外置控制电源。本发明在使 用中的电接触性相当可靠，不会因接触不良而引起控制系统失灵、通信系统中断、计算机错 码和文件丢失、传输图象及信号失真、电器断电等。同时也能有效防止因接触不良而引起的 接触部分过热现象。以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范 围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明 的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
权利要求
一种无火花安全开关，其特征在于，包括电性连接的开关触发电路和开关晶体管，所述开关晶体管串接在电源线上，所述开关触发电路用于输出触发信号给所述开关晶体管，控制开关晶体管的断开与导通，所述电源线两端分别用于连接电源和负载。
2.根据权利要求1所述的安全开关，其特征在于，还包括一整流电路，所述整流电路的 输入端接电源，输出端接所述开关触发电路，用于为所述开关触发电路提供工作电源。
3.根据权利要求2所述的安全开关，其特征在于，所述整流电路由依次电性连接的分 压电容电阻、整流二极管、稳压管和滤波电容组成。
4.根据权利要求1所述的安全开关，其特征在于，所述开关晶体管由一对反并联的晶 闸管，及晶闸管两端并联的保护二极管和电阻组成。
5.根据权利要求1所述的安全开关，其特征在于，所述开关触发电路由依次电性连接 的限流电阻、红外反射式光耦、过零触发双向可控硅光耦组成，由所述过零触发双向可控硅 光耦向所述开关晶体管输出触发信号。
6.根据权利要求1所述的安全开关，其特征在于，所述开关晶体管与负载之间的电源 线上还串接有隔离电路。
7.根据权利要求6所述的安全开关，其特征在于，所述隔离电路由接地电容、电阻组 成，所述电容、电阻并联，接于电源火线与地线之间。
8.一种包含权利要求1 7中任意一项所述安全开关的插座。
9.一种实现安全通断电的方法，其特征在于，包括将开关晶体管以断开状态接入电源与负载之间；由一开关触发电路接收一接通电源指令，并在电源电压过零时输出触发信号给所述开 关晶体管；所述开关晶体管接收到所述触发信号后导通，使电源与负载之间的通路接通。
10.根据权利要求1所述的实现安全通断电的方法，其特征在于，在接通电源与负载之 间的通路后，还包括开关触发电路接收一断开电源指令，终止输出给所述开关晶体管的触发信号；所述开关晶体管在电流过零后关断，使电源与负载之间的通路断开。
全文摘要
本发明公开了一种无火花安全开关及包含该开关的插座，该开关包括电性连接的开关触发电路和开关晶体管，所述开关晶体管串接在电源线上，所述开关触发电路用于输出触发信号给所述开关晶体管，控制开关晶体管的断开与导通，所述电源线两端分别用于连接电源和负载。本发明的安全开关电路中完全无触点，不会出现拉弧现象在插头插入时插座时不带电，负载电容电压为零，没有突变，无电流，不会拉弧产生火花；插头拔出前在负载电流过零点自动切断电源，负载电感电流为零，没有突变，无感应高压，也不会拉弧产生火花。
文档编号H03K17/22GK101820274SQ20101015113
公开日2010年9月1日 申请日期2010年4月20日 优先权日2010年4月20日
发明者李新军, 程传银 申请人:武汉星火投资咨询中心(普通合伙)