专利名称：自维持式电子开关电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电子开关电路。
由常规的电子开关器件设计的常规电子开关电路，需要在其输入控制端建立一个持久的或直流信号或周期性连续脉冲信号，才能保证其处于持久的接通状态。
本发明自维持式电子开关电路是在常规电子开关电路中引入一个维持电源。其目的在于，只要在开关电路输入控制端加一个勿需要持久存在的或直流信号或周期性连续脉冲信号，就可以保证该开关电路处于稳定持久的接通状态。
本发明自维持式电子开关电路是由维持电路、开门脉冲、维持电源、工作信号源、混合电路、关门电路、主开关器件、工作负载所组成。其特征在于其一，维持电源可采用直流电压源、直流电流源或交流电压源。其二，采用电压型自维持工作方式时，维持电流流往专门设置的维持电路。其三，采用电流型自维持工作方式时，维持电流与工作电流一起流往工作负载。
本发明自维持式电子开关电路框图如附图
一所示。其中，(1)为维持电路，它是由滤波、整流、辅助电子开关或引擎等电路所组成。这里用虚线框表示的意思是，当本发明电子开关电路采用电压型自维持工作方式并且只有某几种器件做为本电路的主开关器件时才必须完整或者部分设立维持电路。(2)为开门脉冲，采用单脉冲触发信号即非持久或周期性连续信号。(3)为维持电源，可使用直流电压源、直流电流源或交流电压源。它是根据本电子开关电路工作在电压型或电流型两种不同的自维持状态而选择不同的维持电源。(4)为工作信号源，它可以是交流电压或直流电流。(5)为混合电路，是由电阻、电容或电感、电容所组成。其作用是将工作信号源(4)和维持电源(3)混合成单路信号送至关门电路(6)，当采用含有直流成份的交流电压或电流充当工作信号源时，可利用其中的直流电压或电流兼任维持电源，故可不需要再设立混合电路和维持电源。(6)为关门电路，可采用带有触点的常通式机械开关或与此类似的无触点电子开关所构成。(7)为主开关器件，可采用单、双向式的晶闸管或单、双极型的半导体分立或集成式开关器件。(8)为工作负载，当工作信号源(4)是交流电压时，其工作负载是由电阻负载所组成。当工作信号源(4)是直流电流时，其工作负载是由电流型负载所组成。
下面结合附图一分别介绍电压型和电流型自维持工作方式的特点。
(一)电压型自维持工作方式，当主开关器件(7)导通后，由维持电源(3)产生的维持电流不跟随工作电流一起流向工作负载(8)而是流入专门的维持电路(1)，这便称为电压型自维持方式。在这种工作方式下，首先是维持电源(3)和工作信号源(4)通过混合电路(5)后再通过关门电路(6)送至主开关器件(7)的主信号输入端上。但因开门脉冲(2)没有发出触发脉冲，所以主开关器件(7)不导通，工作负载(8)上也就不会出现工作信号电压。当开门脉冲(2)发出触发脉冲并作用于维持电路(1)的输入控制端上时，维持电路(1)通过若干个辅助环节又作用到主开关器件(7)的输入控制端上，使主开关器件(7)导通，于是就在主开关器件(7)的主信号输出端上出现由工作信号源(4)送来的工作信号和由维持电源(3)送来的维持电流。前者使工作负载(8)得到工作电流，后者使维持电路(1)产生主开关器件(7)总是保持开门状态所需要的维持电流，从而保证了主开关主器件(7)一旦被开门脉冲(2)触发导通后就不会自行关闭，这样便完成了电压型自维持式的交流双向传送功能。如果要让已导通的主开关器件(7)关闭，只有让关门电路(6)暂时离开“常通”状态而断开少许时刻，待主开关器件(7)关断后，关门电路(6)又重新回到“常通”状态。这样，主开关器件(7)便因没有受到开门脉冲(2)的作用而始终保持关闭状态。
(二)电流型自维持工作方式，电流型自维持工作方式与电压型自维持工作方式二者的区别在于，前者不设立维持电路，开门脉冲(2)是直接作用到主开关器件(7)的输入控制端上，而主开关器件(7)导通后，在其主信号输出端上获得的工作电压(或电流)和与此同时产生的维持电流一起送往工作负载(8)，只要工作负载(8)中的维持电流不消失，那么主开关器件(7)一经被开门脉冲(2)触发导通，它就会一直处于导通状态，这就是电流型自维持工作方式。其关断过程与电压型自维持工作方式相同。
下面结合具体实施例详细介绍电压型、电流型自维持式电子开关电路工作过程。
实施例一，电压型自维持式电子开关电路，如附图三所示。图中，交流电压eZ3为工作信号源，直流电压EP3为维持电源，C31和R3组成混合电路。关门电路由B3担任。主开关器件GE3采用光电耦合式双向开关管，维持电路由辅助开关三极管T3和维持电流的回路电阻RP3所组成。C3起到隔离维持电流IP3的作用，RL3为工作负载，eK3为开门脉冲。假设开门脉冲eK3没有触发脉冲输出，主开管器件GE3处于关闭状态。当eK3只输出一个单脉冲触发信号时，辅助开关三极管T3导通，维持电流IP3首先流入GE3的控制端并由光电耦合使GE3中的双向开关管导通，由关门电路B3送来的eZ3＋EP3立刻通过GE3送至工作负载RL3和维持电流的回路电阻RP3。前者形成工作电流iZ3，后者产生直流维持电流IP3。如果EP3大于(eZ3)max(eZ3的最大峰值)并使(IP3)min(≈EP3-(eZ3)maxR3+RP3)]]>大于GE3的开门控制电流，则在工作负载RL3上就可获得完整的双向工作电流iZ3。这种电子开关电路由关闭状态到导通状态的转换只依赖于eK3单个脉冲的触发，一旦导通状态完成eK3即可消失，而之后的状态保持则是依赖于维持电流IP3，只要IP3存在，本开关的交流双向导通状态将会一直保持下去。
本电子开关电路的关断控制是由关门电路B3来完成。当GE3导通后，需要关断本电子开关电路时，可将B3由常处位置K3掷于N3，使GE3强迫关断，工作电流iZ3和维持电流IP3亦被关断，这时再将B3掷回到K3位置上，GE3因没有再次受到eK3的触发，只好处于稳定的关闭状态。
实施例二，电压型自维持方式电子开关电路，如附图四所示。图中，直流电压EP4为维持电源，交流电压eZ4为工作信号源。EP4和eZ4串联混合后变成EP4＋eZ4经关门电路B4的常处位置K4送至主开关器件单向晶闸管SCR4的阳极上。由于开门脉冲eK4没有输出，所以SCR4无法导通。这时，本电子开关电路处于关闭状态，工作负载RL4上也就没有工作电流流动。RP4是维持电流的回路电阻，C4是用来隔离EP4并顺利通过eZ4的电容器，D42和D41是工作电流iZ4的半桥式正负半周分流支路。当eK4有单个触发脉冲输出时，SCR4即刻导通，这时eZ4＋EP4共同送至维持电流回路电阻RP4和工作负载RL4。其中，由EP4在RP4上产生的直流电流IP4是本电子开关电路的维持电流。在设计上，如果使EP4始终大于eZ4的最大峰值(eZ4)max，再让(IP4)min(≈EP4-(eZ4)maxRP4)]]>大于SCR4的本征维持电流(即半导体晶闸管的维持电流IH)，那么不论是eZ4为正半周还是为负半周，SCR4都不会关断。当eZ4为正半周时，它是经SCR4和D42向工作负载RL4供电，当eZ4为负半周时，它是经D41向工作负载RL4供电。至于说本电子开关电路的关断原理与实施例一相同。
实施例三，电压型自维持式电子开关电路如附图五所示。图中，交流电压eZ5为工作信号源，交流电压eP5为维持电源，混合电路由L51和C51组成，B5为关门电路，主开关器件是由互补型场效应对管P沟增强型管T51和N沟增强型管T52所组成，工作负载为RL5，维持电路是由整流滤波电路D51、C54、R51和D52、C55、R52所组成；辅助开关电路由光电耦合器GE51～GE53及SCR5组成；工作信号源eZ5的带阻滤波器由L52和C53所组成。eK5为开门脉冲。如果平时eK5没有触发脉冲信号输出，这时SCR5处于关断状态，从关门电路B5的K5位置上送出的eP5＋eZ5电压通过D51、D52、C54、C55在C54、C55上建立一个从eP5中整流出的直流电压，如果eP5的频率、幅值都远远高于eZ5再加上C52是对工作信号源的频谱上限频率呈现高阻抗来选择，所以，C54、C55上的直流电压大小是由eP5来决定。虽然C54、C55上的直流电压始终存在，但由于eK5没有触发脉冲信号输出，SCR5不导通，于是主开关器件T51、T52也就不导通。
当eK5有触发脉冲输出时，GE53给SCR5的栅极控制回路提供一条直流通路，此时SCR5便立即导通，使维持电流回路的电阻RP5受整流电路在C54、C55上建立的直流电压的作用，于是产生维持电流IP5流入GE51和GE52的输入控制端，使GE51和GE52导通，进而使R51、R52获得一个使主开关器件开通所需要的直流控制电压，于是T51、T52导通，使工作信号源eZ5的双方向上的电压幅值都输送到工作负载RL5上，如此便完成了由断到通的全部转换过程。另外，当主开关器件T51、T52导通后，由于L52对维持电源eP5呈现出高阻抗，对工作信号源eZ5呈现出低阻抗，所以整流滤波电路还是能继续供给产生维持电流IP5用的直流维持电压，保证了IP5不间断，也就是说本电子开关电路只须eK5的一次性单脉冲触发就可以持久将导通状态永远地保持下去。至于说本电子开关电路的关断原理与实施例一、二相同不再说明。
实施例四，电流型自维持式电子开关电路如附图六所示。图中，交流电压eZ6为工作信号源，直流电流源IP6(或直流电压源EP6)为维持电源，混合电路由C6或R6(当维持电源采用EP6时)组成，关门电路为B6，主开关器件是由单向晶闸管SCR6担任，工作负载为RL6，开门脉冲为eK6。
假设eK6没有脉冲输出时，SCR6处于截止状态。当eK6输出一个单触发脉冲时，SCR6即刻导通，eZ6＋IP6通过B6的K6位置再经已导通的SCR6在工作负载RL6上产生出iZ6＋IP6，其中iZ6是eZ6作用于RL6上的工作电流。很显然，由于IP6的作用，使本来应该在正反两个方向上变化的由交流电压eZ6作用于R16而产生的交流电流iZ6，加入IP6后，变成了在一个方向上但仍按原交流形状变化的脉动直流电流。为此，这一脉动直流中的真正直流成份即维持电流IP6并不象在电压型自维持式电子开关电路中那样有专门的维持电流通路供它流通而是与工作电流iZ6一起流入工作负载RL6中去。这样，SCR6中流过最小电流的时刻就必然发生在iZ6的为负半周的峰值时刻，当正确设计IP6的值，使得(IP6-(iZ6)max)＞IH，式中，(iZ6)max为iZ6的最大峰值，IH为晶闸管特征参数中的特征维持电流，那么，工作电流iZ6在正负半波的全相位传送中，SCR6就会一直保持导通状态，且并不需要eK6再次输出持久或周期性连续的触发信号作用在SCR6的门极上。这就是本电子开关电路利用单向晶闸管工作在电流型自维持式电子开关电路传送全相位信号时的导通工作原理。
至于说本电子开关电路关断操作及原理与前述电压型自维持式相同，不再说明。
实施例五，电流型自维持式电子开关电路如附图七所示。图中，工作信号源为程控式直流阶梯电流源IZ7，共有m个阶值，每个阶值为a安培，第0个阶值的电流值为0安培。维持电源是直流电流源IP7，关门电路为B7，主开关器件是单向晶闸管SCR7，工作负载是直流电流型继电器P700—P7m0。(P700—P7m0是m行n列继电器矩阵当中的第0列继电器)。开门脉冲为eK7。当eK7无信号输出时，SCR7截止，本电子开关电路处于“关断”状态。当eK7输出一个单触发脉冲作用到SCR7门极上时，SCR7即刻导通，IZ7和IP7直接混合后通过B7的K7位置和已导通的SCR7在P700—P7m0中流过电流IZ7＋IP7。它与电压型自维持式不同的是，这里的维持电流IP7与工作电流IZ7一起流入工作负载P7中去，如果设计IP7的值大于SCR7的本征维持电流(即晶闸管特征参数中的维持电流IH)，则当IZ7即使处于第0个阶值上，即只有IP7流过SCR7时，它也会从eK7输出触发脉冲一开始始终保持导通状态不变，并不要求eK7输出的触发信号连续持久地存在着。为此，本电子开关电路导通状态的建立即告完成。
SCR7导通后，P7mn行列矩阵中的第0列电流型继电器被选中。之后，即可由程控电流源IZ7对被选中的这列继电器再进行行选择。
行选原理是这样形成的，即让P700—P7m0列中的电流型继电器按电流步长a安培递增工作，即第0行继电器P700的吸合电流为a安培，第1行继电器P710的吸合电流为2a安培……那么第m行继电器P7m0的吸合电流就为(m＋1)a安培。当SCR7导通后，如果要让第i行以内的继电器工作，那么就可以让程控电流源IZ7发出第i个阶值(等于i＋1个a安培)的电流。于是在被选中的这列继电器中，第P700—P7i0总共有i＋1个继电器将全部吸合，从而完成了行选择。
至于说本电子开关电路的关断操作原理与前述相同。
下面简单介绍一下有关各种混合电路，如附图二所示。
(a)IZ2与IP21并联式混合电路IZ2是直流电流型工作信号源，IP21是直流电流型维持电源。二者直接并联后从A21点一起流往关门电路。
(b)eZ21与IP22(或EP21)并联式混合电路eZ21为交流电压型工作信号源，C21是混合电容，其作用是让eZ21顺利去往A22点，阻止IP22流往eZ21。当维持电源是直流电流型电源IP22时可直接与eZ21并联，二者由A22点一同去往关门电路。当维持电源为直流电压源EP21时，则通过混合电阻R2与EZ21并联。R2是用来防止eZ21进入EP21中，起到隔离作用。
(c)eZ22与eP2并联式混合电路
eZ22为交流电压型工作信号源，其频谱上限频率为(fZ22)max，eP2是交流电压型维持电源，其频率为fP2，L2为混合电感，C22为混合电容。若让fP2＞＞(fZ22)max则在A23点可获得eZ22＋eP2电压。
(d)eZ23与EP22串联式混合电路eZ23是交流电压型工作信号源，EP22为直流电压型维持电源，BY2为变压器，在A24点可获得一个eZ23＋EP22的电压送往关门电路。
本发明的自维持式电子开关电路与常规的电子开关电路相比较具有如下效果。在多路选通系统中，要从n个被控负载中只选出其中一个给其送上工作电流，若按常规方法是将n个电子开关的控制端采用n根导线通过一只多路选择开关与工作信号源相连接，如果控制方与被控制方相距遥远，势必造成导线用量大，材料成本提高。为了解决这个问题，有的厂家利用在被控方设置n个数字选通电路的方法，即在控制方与被控制方两根总线之外再增加一根导线担任选通控制线，这显然是前进了一大步，但毕竟还是三条线。如果采用本发明的自维持式电子开关电路再辅以分时控制技术就可以完全取消这条多余的选通控制线，也就是说只采用两根连接导线就可以达到预期的效果，从而可大大缩短导线长度，降低了生产成本。
权利要求
1.自维持式电子开关电路是由维持电路(1)、开门脉冲(2)、维持电源(3)、工作信号源(4)、混合电路(5)、关门电路(6)、主开关器件(7)及工作负载(8)所组成，其特征在于，它还包括A、维持电源(3)可采用直流电压源、直流电流源或交流电压源；B、采用电压型自维持工作方式时，维持电流流往专门设置的维持电路；C、采用电流型自维持工作方式时，维持电流与工作电流一起流往工作负载。
全文摘要
本发明涉及一种电子开关电路。它包括维持电路、开门脉冲、维持电源、工作信号源、混合电路、关门电路、主开关器件及工作负载，采用维持电源后，只需开门脉冲一次性触发就可以保证电子开关电路达到稳定持久的双向接通状态。若再辅以分时控制技术就很容易实现共线(二总线)式的远距离多路选通和遥控遥测技术。
文档编号H03K17/00GK1127958SQ95110029
公开日1996年7月31日 申请日期1995年1月27日 优先权日1995年1月27日
发明者张守昌 申请人:张守昌