[实用新型]由低损耗交流电子开关电路构成的单相交流接触器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种可广泛用于低压电器制造行业，特别适合用来制造各种规格的固态交流继电器、固态交流接触器、固态交流控制模块、自复式电子保险器、无火花电磁式交流接触器的由低损耗交流电子开关电路构成的单相交流接触器，属电子产品制造领域。

背景技术

目前，市场上销售的固态交流电子开关的电路通常通过两种技术方案实现：一种是直接采用双向可控硅来控制交流电流的通断，另一种则是由桥式整流电路(俗称桥堆)和各种单向的直流电子开关管，诸如晶体三极管、场效应管、单向可控硅等等构成，原理是先将交流电流整流成直流电流，然后再对其直流电流进行通断控制，从而间接达到控制交流电流通断目的。其不足之处：无论采用上述哪种技术方案，都存在一个共同的缺点，就是当交流电子开关处于导通状态时，由于单个硅材料PN结0.7V左右压降的存在，总要导致整个交流电子开关，至少存在1V到1.5V左右的电压降。这个压降虽然很小，但是在控制大功率负载，大电流状况下却是致命的。设想一下如果要控制数百，乃至数千安培的交流电流，导通压降损耗的电能将会达到数百瓦特乃至数千瓦特。这样大的电能损耗，不仅造成极大的电能浪费，而且还会导致器件发热，于是不得不给可控硅，整流桥堆加装体积庞大的散热器，或者提供良好的通风设备，这就大大限制了交流电子开关的应用场合和范围。因此硅材料PN结0.7V左右的压降，确实已经成为限制固态大功率交流电子开关、交流控制模块推广应用的最大的技术瓶颈。

电磁式交流接触器的最大弊病是触点火花，触点火花不仅会大大削减交流接触器的使用寿命，而且还产生较强的电磁干扰造成电磁污染。因此无法适用于自动化控制要求较高的场合。

发明内容

设计目的：避免背景技术中的不足之处，设计一种一是不受硅材料PN结固有的0.7V压降技术瓶颈制约的，全新结构的固态交流电子开关电路；二是对于电磁式交流接触器，改变现有的控制回路电路，使得电磁式交流接触器的触点，在交流电流过零时接通，交流电流过零时断开。

设计方案：为了实现上述设计目的。1、对于N沟道型VMOS功率场效应管来说，当D极(漏极)接正，S极(源极)接负时，为正常工作电压，内部寄生二极管反偏，因此当G极(栅极)栅压为0时，VMOS功率场效应管呈关闭状态，只有当G极(栅极)输入正栅压时，VMOS功率场效应管才处于导通状态。但是VMOS功率场效应管的特性，不同于晶体管，晶体管是不能在反向电压下工作的，而VMOS功率场效应管可以在反向电压状态下工作，即D极(漏极)接负，S极(源极)接正，这时内部的寄生二极管正偏，既处于导通状态，因此无论G极(栅极)是否有正电压信号输入，管子还是导通的，只不过，没有栅压时，电流通过内部寄生二极管，并且产生0.7V压降，当有栅压时，电流通过N沟道电阻，由于N沟道电阻阻值很小，当电流通过N沟道电阻时，如果产生的压降小于PN结固有的0.7V压降时，那么认为，电流已经完全的通过N沟道电阻了。2、参见附图1，在交流回路中，串联着两个按相反工作方向联接的VMOS功率场效应管V1，V2，(为方便起见，仅以N沟道型场效应VMOS管为例)。两个VMOS功率场效应管的栅极正信号电压，由E提供，并通过K控制。当K断开时，两个VMOS功率场效应管的栅极电压为零，因此N沟道电阻都呈开路状态，当交流电流相线为正，零线为负的时候，虽然V2内部的寄生二极管正向导通，但是交流电流因为受V1的阻断，所以还是呈断路状态。反之当交流电流相线为负，零线为正的时候，虽然V1内部的寄生二极管正向导通，但是交流电流因为受V2的阻断，所以仍然呈显断路状态。当K闭合时，此时两个VMOS功率场效应管的栅极电压为正偏，因此N沟道电阻都呈低阻导通状态，因此无论交流的相线零线正负如何变化，交流电流的两个方向电流都能够顺利通过两个VMOS功率场效应管，于是整个交流回路呈开路状态。也就是说，交流回路的通断受栅极信号电压控制，当两个VMOS功率场效应管的栅极电压同时为正偏时，交流回路开路，当两个VMOS功率场效应管的栅极电压同时为零偏时，交流回路断路。

技术方案：由低损耗交流电子开关电路构成的单相交流接触器，单片机至少有三个输入端口分别用于连接由电流互感器构成的交流电流过零检测电路，由电源变压器构成的交流电压过零检测电路，由电阻、光偶器构成的控制信号输入电路，单片机至少有一个输出端用于连接两个直流电磁继电器。

本实用新型与背景技术相比，只要被控制的交流电流足够小，或者N沟道电阻足够小，那么通态压降可以作到远小于0.7V以下，可以使得开关损耗降到最低限度，这是目前现有任何固态交流电子开关都无可比拟的最大优点。