功率开关控制电路、功率开关元件、电子元器件和功率开关控制元件的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及开关控制领域。本实用新型的功率开关控制电路，包括：一个电磁继电器、一个双向可控硅、一个温度保险丝、一个电磁继电器的导通控制单元和一个双向可控硅的导通控制单元，该温度保险丝的一端与该双向可控硅的一个开关端串联后，该电磁继电器的开关两端再分别并联于该温度保险丝的另一端和该双向可控硅的另一个开关端，该电磁继电器的控制端连接于该电磁继电器的导通控制单元，该双向可控硅的控制端连接于该双向可控硅的导通控制单元。本实用新型还提出一种功率开关元件、一种功率开关控制元件和一种电子元器件，用于在上述功率开关控制电路中。本实用新型用于功率负载的开关控制中。
【专利说明】功率开关控制电路、功率开关元件、电子元器件和功率开关控制元件
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及开关控制领域，更涉及功率开关控制电路和功率开关元件。
【背景技术】
[0002]对于较大功率负载，通常借由连接的功率开关控制电路进行开关控制，多数采用电磁继电器或者采用可控硅作为功率开关而实现的开关控制电路。
[0003]电磁继电器是采用电磁线圈产生磁场促使动触点与静触点接触或释放开，本质上是物理开关，可用于控制更大功率负载。触点一般采用银合金材料，接触阻抗小，发热量低。但是电磁继电器触点接触或释放的过程中触点间有施加电流，在切断电流的过程中会有电弧产生，电弧温度可达3000摄氏度，正是这个电弧的高温造成继电器触点的烧熔，最终造成继电器失效。同时继电器的触点吸合和释放的时间个体之间存在一定差异，无法可靠确认其动作的具体时间。
[0004]可控硅(晶闸管)作为半导体器件驱动主电流负载，是电子开关器件，用于控制相对小点功率负载，但其没有任何电弧的高温问题。然而可控硅是半导体器件，存在固定的PN结电压所以当持续导通大电流的时候会产生发热，使用的时候需要优先考虑散热问题，也就是要增加散热片等材料，体积增大，固定温升较高。
[0005]上述无论是采用电磁继电器或者采用可控硅作为功率开关而实现的开关控制电路都会存在各自的不足之处。为此， 申请人:提出一个专利申请案，该申请案是电磁继电器和可控硅结合使用，这在一般正常情况下的使用过程基本上是没有问题的。但是在一些少数异常情况下，如雷击或者高温导致可控硅失效的话，可控硅将会成为此方案中的一个危险体存在。因为没有良好散热情况下，所以一旦可控硅失效一直导通下去的话，其表面温度会急剧增加甚至达到400摄氏度以上，很可能对使用者造成危险。
实用新型内容
[0006]因此，本实用新型是在电磁继电器和可控硅结合的申请案的基础上，再优化改进的方案，可以解决可控硅失效之后问题的更加安全保护的方案。
[0007]本实用新型采用如下技术方案实现:
[0008]一种功率开关控制电路，包括:一个电磁继电器、一个双向可控硅、一个温度保险丝、一个电磁继电器的导通控制单元和一个双向可控硅的导通控制单元，该温度保险丝的一端与该双向可控硅的一个开关端串联后，该电磁继电器的开关两端再分别并联于该温度保险丝的另一端和该双向可控硅的另一个开关端，该电磁继电器的控制端连接于该电磁继电器的导通控制单元，该双向可控硅的控制端连接于该双向可控硅的导通控制单元。
[0009]进一步改进的，该电磁继电器的导通控制单元和双向可控硅的导通控制单元均是一个三极管开关电路。优选的，该三极管开关电路是由一个NPN三极管和二个电阻组成，NPN三极管的发射极和基极之间并联一个电阻，NPN三极管的基极还串联另一个电阻。[0010]其中，该电磁继电器的控制端是其电磁线圈连接端，该电磁线圈的其中一个连接端连接于导通电压正端，该电磁线圈的另一个连接端接于该NPN三极管的集电极，该NPN三极管的发射极接地。
[0011 ] 其中，该双向可控硅的控制端是其控制门极，该控制门极连接于该NPN三极管的集电极，该NPN三极管的发射极接地。
[0012]一种功率开关元件，具体是:将一个双向可控硅的一个开关极与一个温度保险丝的一端串联后，一个电磁继电器的两个开关触点再分别并联在该温度保险丝的另一端和该双向可控硅的另一个开关极，并作为该功率开关元件的2个开关端，且该温度保险丝的位置紧贴该双向可控硅，将该温度保险丝、该双向可控硅和该电磁继电器封装一体。
[0013]一种功率开关控制元件，具体是:将具有电磁继电器的导通控制单元和双向可控硅的导通控制单元的开关控制逻辑单元与上述的功率开关元件封装成一体。
[0014]一种电子元器件，具体是:将一个双向可控硅的一个开关极与一个温度保险丝的一端串联，并且该温度保险丝的位置紧贴该双向可控硅，将该温度保险丝和该双向可控硅封装一体。
[0015]本实用新型的功率开关控制电路可以实现大功率负载的开关控制，并且最大限度的延长开关控制电路中的电磁继电器的使用寿命，同时也实现了可控硅失效之后的安全保护。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是一实施例的具体应用电路图。
【具体实施方式】
[0017]现结合附图和【具体实施方式】对本实用新型进一步说明。
[0018]参阅图1所示，以一应用于加热管功率器件为例的功率开关控制电路进行说明。图1中，直接接入火线L和零线N的是加热体PTCl，虚线框部分是该功率开关控制电路，以及火线L和零线N之间还连接电源电路以输出低压直流电分别来驱动控制器(图未示出)和电磁继电器RLl的线圈Kl。
[0019]该功率开关控制电路中，包括:一个电磁继电器RU、一个双向可控硅Tl、一个温度保险丝TFusel、一个电磁继电器的导通控制单元和一个双向可控硅的导通控制单元。该温度保险丝TFusel的一端与该双向可控硅Tl的一个开关端串联后，该电磁继电器RLl的开关两端(两个开关触点)再分别并联于该温度保险丝TFusel的另一端和该双向可控硅Tl的另一个开关端，而后一体作为一个开关与该加热体PTCl串联，而接入火线L和零线N的交流通道。该电磁继电器RLl的控制端连接于该电磁继电器的导通控制单元，该双向可控硅Tl的控制端连接于该双向可控硅的导通控制单元。该电磁继电器的导通控制单元和双向可控硅的导通控制单元可以通过多种驱动电路和端口来实现，如通过集成的开关芯片驱动、通过单片机芯片的I/O端口直接驱动、通过半导体开关电路驱动，等等。实施例中优选的，该电磁继电器的导通控制单元和双向可控硅的导通控制单元均是采用电路简单的三极管开关电路。具体是:该三极管开关电路是由一个NPN三极管和二个电阻组成，NPN三极管的发射极和基极之间并联一个电阻，NPN三极管的基极还串联另一个电阻。[0020]具体地说:该电磁继电器RLl的控制端是其电磁线圈Kl的2个连接端，该电磁线圈Kl的其中一个连接端连接于导通电压正端(如接于图中电源电路的+24V)，该电磁线圈Kl的另一个连接端接于NPN三极管Q2的集电极，该NPN三极管Q2的发射极接地，NPN三极管Q2的发射极和基极之间并联电阻R13，基极串联电阻R12，作为该电磁继电器的导通控制单元的控制信号输入端RELAY。
[0021]该双向可控硅Tl的控制端是其控制门极G，该控制门极G连接于NPN三极管Ql的集电极，该NPN三极管Ql的发射极接地，NPN三极管Ql的发射极和基极之间并联电阻R8，基极串联电阻R7，作为该双向可控硅的导通控制单元的控制信号输入端TRIAC。
[0022]该功率开关控制电路可以通过任意的控制器或者逻辑器件进行控制，如常采用的单片机控制器实现，将该电磁继电器的导通控制单元的控制信号输入端RELAY和该双向可控硅的导通控制单元的控制信号输入端TRIAC分别连接至一单片机控制器的2个I/O控制端口。该单片机控制器的I/O控制端口输出控制信号可以进行如下控制:在输出高低电平的导通关断信号至控制信号输入端RELAY的每个上升沿或下降沿的提前很小时间内，向控制信号输入端TRIAC输出一个高电平导通脉冲，从而使电磁继电器RLl的触点吸合和释放的瞬间，先让双向可控硅Tl预先导通。这样驱动负载(加热体PTCl)的电流就可以通过双向可控硅Tl形成回路，在此利用了双向可控硅Tl导通电流的时候不会产生电弧的优点。同时，双向可控硅Tl导通的过程只是在电磁继电器RLl触点吸合或释放的瞬间，时间极短，而且其他任何时间双向可控硅Tl都处于不导通的状态，因此也避免了双向可控硅Tl长期导通而产生的温升的问题。在正常情况下，该温度保险丝TFusel在双向可控硅Tl导通时导通电流(阻抗很小)。一旦发生如雷击或者高温等而导致双向可控硅Tl失效的话，开始失效的双向可控硅Tl必然产生高温，该温度保险丝TFusel受双向可控硅Tl的高温影响而断路，从而起到保护作用。
[0023]由此可见，实施例中的功率开关控制电路是使用电磁继电器为主要的电流控制器件，利用电磁继电器体积小，带载能力强，触点温升低的优点，同时又利用了可控硅导通电流的时候不会产生电弧的优点，又通过温度保险丝对可控硅进行失效保护，而实现的大功率负载的开关控制，也最大限度的延长开关控制电路中的电磁继电器的寿命，同时该功率开关控制电路体积也不会有大的增加。
[0024]据此，本实用新型还提出一种功率开关元件，该功率开关元件是:将一个双向可控硅的一个开关极与一个温度保险丝的一端串联后，一个电磁继电器的两个开关触点再分别并联在该温度保险丝的另一端和该双向可控硅的另一个开关极，并作为该功率开关元件的2个开关端，且该温度保险丝的位置紧贴该双向可控硅，将该温度保险丝、该双向可控硅和该电磁继电器封装一体。该功率开关元件可以作为一个独立的开关元件而被应用到电路中，如上述图1所示的实施例中。
[0025]另外，本实用新型还提出一种功率开关控制器件，该功率开关控制器件是:将具有上述电磁继电器的导通控制单元和双向可控硅的导通控制单元的开关控制逻辑单元与上述的功率开关元件封装成一体。这样，可以大大减少外围器件和方便外围驱动。
[0026]以及，本实用新型还提出一种电子元器件，具体是:将一个双向可控硅的一个开关极与一个温度保险丝的一端串联，并且该温度保险丝的位置紧贴该双向可控硅，将该温度保险丝和该双向可控硅封装一体。该电子元器件的双向可控硅与温度保险丝串联且贴合在一起的方式可以做成一个专门的模组产品或者在整机内用分立器件单独加工。
[0027]尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本实用新型做出各种变化，均为本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种功率开关控制电路，其特征在于，包括:一个电磁继电器、一个双向可控娃、一个温度保险丝、一个电磁继电器的导通控制单元和一个双向可控硅的导通控制单元，该温度保险丝的一端与该双向可控硅的一个开关端串联后，该电磁继电器的开关两端再分别并联于该温度保险丝的另一端和该双向可控硅的另一个开关端，该电磁继电器的控制端连接于该电磁继电器的导通控制单元，该双向可控硅的控制端连接于该双向可控硅的导通控制单元。
2.根据权利要求1所述的功率开关控制电路，其特征在于:该电磁继电器的导通控制单元和双向可控硅的导通控制单元均是一个三极管开关电路。
3.根据权利要求2所述的功率开关控制电路，其特征在于:该三极管开关电路是由一个NPN三极管和二个电阻组成，NPN三极管的发射极和基极之间并联一个电阻，NPN三极管的基极还串联另一个电阻。
4.根据权利要求3所述的功率开关控制电路，其特征在于:该电磁继电器的控制端是其电磁线圈连接端，该电磁线圈的其中一个连接端连接于导通电压正端，该电磁线圈的另一个连接端接于该NPN三极管的集电极，该NPN三极管的发射极接地。
5.根据权利要求3所述的功率开关控制电路，其特征在于:该双向可控硅的控制端是其控制门极，该控制门极连接于该NPN三极管的集电极，该NPN三极管的发射极接地。
6.一种功率开关元件，其特征在于:将一个双向可控硅的一个开关极与一个温度保险丝的一端串联后，一个电磁继电器的两个开关触点再分别并联在该温度保险丝的另一端和该双向可控硅的另一个开关极，并作为该功率开关元件的2个开关端，且该温度保险丝的位置紧贴该双向可控硅，将该温度保险丝、该双向可控硅和该电磁继电器封装一体。
7.—种功率开关控制元件，其特征在于:将具有电磁继电器的导通控制单元和双向可控硅的导通控制单元的开关控制逻辑单元与上述权利要求6的功率开关元件封装成一体。
8.一种电子元器件，其特征在于:将一个双向可控硅的一个开关极与一个温度保险丝的一端串联，并且该温度保险丝的位置紧贴该双向可控硅，将该温度保险丝和该双向可控硅封装一体。
【文档编号】G05B19/042GK203658770SQ201320734604
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2013年11月20日 优先权日:2013年11月20日
【发明者】刘全喜, 郑铠, 魏肃, 杨叔仲, 王长根 申请人:厦门市芯阳科技有限公司