[发明专利]电器开关触头系统

说明书

本发明涉及一种电器控制装置，尤其是用于接通、关断或转换电路的电器开关触头系统。

电器开关是常用的控制装置，应用广，形式各异种类繁多，有单极、双极、三极，有手动开关如刀开关、钮子开关、按键开关、滑动开关、空气开关(或称空气断路器)，……，本发明所述的电器开关包括转换开关，有一路转换的如电路的接通、关断，有多路转换的如负载1、负载2的转换，负载1、负载2、负载3的转换，……，也包括电动式开关如继电器、接触器，……等。电器开关的触头系统种类多，有一组动触头、静触头的触头系统；有多组动触头、静触头的触头系统；有一组或多组的转换型触头系统，转换型触头系统有二路转换型也有多路转换型，二路转换型触头系统有一个动触头、二个静触头，本文为便于说明任意分别称为第1静触头和第2静触头。不管其形式种类如何，都有共同的任务，就是接通、关断或转换电路，都有共同的核心部件，就是机械式触头系统，都有共同的特点，就是靠触头系统实现接通、关断或转换电路，都有共同缺点，就是在额定工作条件(电压、电流)下接通、关断或转换电路时触头间产生电弧，在高额定电压(例如交流220V～、380V～、直流440V_)重负荷条件下接通、关断或转换电路时触头间产生的电弧是具有破坏性的，电弧产生高热使触头表面熔化形成“毛刺”，进一步加快损坏触头使整个开关报废，电弧严重时烧毁触头甚至产生所谓“熔焊事故”使电路失控，造成电路系统更大的意外损失，现行大容量开关采用灭弧罩来抑制电弧，灭弧罩也常常烧坏使开关报废。

本发明的目的是提供一种电器开关触头系统，它不但能在额定条件下接通、关断或转换电路，且能抑制在接通、关断或转换电路时触头间的电弧。

本发明的目的是这样实现的：有第1、第2两类方案可实现本发明的目的。第1类方案是在一种用于接通、关断或转换电路并具有动触头、静触头的电器开关触头系统基础上，增加半导体无触点开关，半导体无触点开关两端分别与静触头、动触头电连接，利用半导体无触点开关进入导通处于低导通压降状态下触头系统实现接通电路，利用半导体无触点开关处于导通条件之下触头系统作初步分断，利用半导体无触点开关截止呈高阻抗状态下触头系统实现关断电路。电路处于关断状态时，半导体无触点开关因无驱动信号而截止呈高阻抗状态。接通电路过程是首先产生驱动信号驱动半导体无触点开关从截止进入导通状态，电子技术中驱动方法是很多的，导通状态的半导体无触点开关两端处于约1伏左右的低导通压降状态下，动触头与静触头接通即触头系统实现接通电路，不会产生破坏性电弧，关断电路过程是在半导体无触点开关处于导通条件之下即处于驱动信号驱动之下动触头与静触头分断即触头系统作初步分断，此时半导体无触点开关在驱动信号驱动之下能以微秒级的极短时间进入导通状态，使电路电流经半导体无触点开关持续流通，不会产生破坏性电弧，然后电路令驱动信号消失，半导体无触点开关因失去驱动信号而截止呈高阻抗状态，触头系统实现关断电路。本发明所述的半导体无触点开关K由半导体开关器件和辅助电子电路组成，一只晶体三极管便可成为半导体直流开关器件，双向晶闸管可成为半导体交流开关器件，随着半导体技术的发展，不断涌现出各种各样的半导体开关器件应用于半导体无触点开关，从单只半导体开关器件发展到集成电路的混合型开关器件，从早期的半控型器件发展到现在的全控型器件，有单极型器件、双极型器件及由双极型器件和单极型器件混合而成的混合型器件例如各种晶闸管、电力晶体管(GTR)、功率场控晶体管(功率MOSFET)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)、静电感应晶体管(SIT)、静电感应晶闸管(SITH)、MOS晶闸管(MCT)，……等，器件的耐压能力、过流能力、通态压降、小功率驱动、开关速度……等不断改进，这就给本发明提供了可供选用的半导体开关器件。辅助电子电路的任务是为不同的半导体开关器件提供不同形式(交流的、直流的、……)的驱动信号驱动半导体开关器件从截止进入导通，由于使用要求不同，采用的半导体开关器件不同，辅助电子电路的组成千变万化，辅助电子电路与半导体开关器件的组合形式有多种多样，驱动方式也多种多样。由于电子电路变化万千，驱动方式多种多样，第1类方案包括有若干方案可实现本发明的目的，本文列举第1A、第1B方案采说明，第1A方案是在一种用于接通、关断或转换电路并具有动触头、静触头的电器开关触头系统，设置半导体无触点开关及控制触头，半导体无触点开关两端分别与动触头、静触头电连接，半导体无触点开关控制端与控制触头电连接。电路处于关断状态时各触头处于分断状态，半导体无触点开关因无驱动信号而截止呈高阻抗，接通电路过程是首先动触头与控制触头接通，将驱动信号经控制触头传送给控制端，半导体无触点开关得到驱动信号进入导通，利用半导体无触点开关进入导通处于低导通压降状态下动触头与静触头接通即触头系统实现接通电路，不会产生破坏性电弧，关断电路过程是在动触头与控制触头仍保持接通即半导体无触点开关处于导通条件之下动触头与静触头分断即触头系统作初步分断，此时半导体无触点开关在驱动信号驱动之下能以极短时间进入导通，电路电流经半导体无触点开关持续流通，不会产生破坏性电弧，然后动触头又与控制触头分断，半导体无触点开关因失去驱动信号而截止呈高阻抗状态即触头系统实现关断电路，由于电子电路变化万千，驱动方式多种多样，可采用不同的驱动方式也可采用不同的电连接方法，所以第1A方案有多种实施方法实现本发明的目的。第1B方案是在一处用于接通、关断或转换电路并具有转换型触头的电器开关触头系统，设置半导体无触点开关，半导体无触点开关两端分别与第1静触头、动触头电连接，半导体无触点开关控制端与第2静触头电连接。电路处于关断状态时动触头与第2静触头接通使驱动信号被短路，半导体无触点开关因无驱动信号而截止呈高阻抗状态。接通电路过程是动触头首先与第2静触头分断，从分断瞬间起驱动信号被短路的状况随即解除，半导体无触点开关随即得到驱动信号能以极短时间之内进入导通处于低导通压降状态，然后动触头与第1静触头接通即触头系统实现接通电路，不会产生破坏性电弧。关断电路过程是在驱动信号被短路的状况已解除的情况下首先动触头与第1静触头分断，此时半导体无触点开关在驱动信号驱动之下能以极短时间之内进入导通状态，电路电流经半导体无触点开关持续流通，不产生破坏性电弧，然后动触头与第2静触头接通，驱动信号被短路，半导体无触点开关因失去驱动信号而截止呈高阻抗状态，触头系统实现关断电路，不产生电弧。第1类方案不足之处是关断电路时开路阻抗不是理想中的无穷大，但在大多数场合是满足使用要求的，其优点是结构简单，利于普及应用。