固態繼電器和負載驅動電路的製作方法
2023-05-04 00:35:31 2
專利名稱：固態繼電器和負載驅動電路的製作方法
技術領域：
本發明的實施方式涉及一種固態繼電器和一種包括該固態繼電器的負載驅動電路。
背景技術：
傳統地，已知一種固態繼電器，其包括將組成緩衝電路的電容器與電阻器的節點連接到三端雙向可控娃開關元件(triac)的柵極端子(gateterminal)的第三連接線(例如，參照日本專利申請特開公開N0.2009-60322)。然而,傳統的固態繼電器具有一個問題在於，由於衝擊等，可能在電容器中發生破裂，導致緩衝電路被燒壞；或是三端雙向可控矽開關元件可能被斷開，導致包括三端雙向可控矽開關元件的控制電路被燒壞。
發明內容
本發明被設計為解決上述問題，並且這些實施方式的一個目的是提供一種固態繼電器以及一種包括該固態繼電器的負載驅動電路，其中固態繼電器不僅具有簡單且不昂貴的構造而且還具有即使緩衝電路(snubbercircuit)或者控制電路被損壞也能夠適當地防止電子部件被燒壞的功能。根據這些實施方式的一個方面，一種固態繼電器包括:一對輸入端子；發光兀件，該發光元件位於一對輸入端子之間；光接收元件，該光接收元件構造為在從發光元件輸出的光上執行光電轉換並構造為輸出電流；一對輸出端子，該一對輸出端子構造為連接到交流電源和負載，這對輸出端子對包括第一輸出端子與第二輸出端子；第一連接線，該第一連接線將光接收元件的第一端部連接到第一輸出端子；第二連接線，該第二連接線將光接收元件的第二端部連接到第二輸出端子；開關元件(switching element),該開關元件位於第一連接線與第二連接線之間並且構造為通過從光接收元件輸出的電流接通；以及緩衝電路，該緩衝電路位於第一連接線與第二連接線之間並且包括電容器與電阻器，該電容器與電阻器串聯連接，電阻器在光接收元件的第一端部與開關元件的一個端部之間位於第一連接線中，過電流保護元件在電阻器的第一端部和第二端部中的一個端部與開關元件的一個端部之間位於第一連接線中。通過該構造，當緩衝電路的電容器短路時，由於輸出端子經由緩衝電路和過電流保護元件相互連接，即使過電流在輸出端子之間流動，因為過電流保護元件也防止了其他部件的燃燒。此外，當開關元件被斷開時，由於輸出端子經由光接收元件相互連接，即使過電流在輸出端子之間流動，因為過電流保護元件也防止了其他部件的燃燒。通過這種方式，即使在緩衝電路與開關元件任一個中發生問題，也能夠通過利用單個過電流保護元件防止其他部件燒壞。因此，能夠通過簡單且不昂貴的構造處理在緩衝電路以及開關元件中的任何故障。優選的是緩衝電路的電阻器被設置在第一連接線中。
通過這種構造，當開關元件斷開時能夠通過利用緩衝電路的電阻器防止過電流流到光接收元件側。光接收元件可以是光敏可控娃稱合器(phototriac coupler),並且開關元件和電容器可以並聯連接到光敏可控矽耦合器。光接收元件可以是光敏電晶體I禹合器(photo-transistor coupler),橋式全波整流電路以及用於接通/關閉橋式全波整流電路的晶閘管可以經由輸出電路連接到光敏電晶體耦合器，開關元件和電容器可以並聯連接，並且橋式全波整流電路的輸出端子可以連接到開關元件。根據這些實施方式的另一個方面，負載驅動電路包括上述固態繼電器中的任一個，並且負載和電源串聯連接到該固態繼電器。根據本實施方式，由於認真設計當電容器短路時以及當開關元件斷開時緩衝電路的連接方法，因此通過利用單個電流保護元件能夠防止由於過電流導致的其他電子部件被燒壞。為此，該構造被簡化並且未增加成本。
圖1是示出根據第一實施方式的負載驅動電路的圖；圖2是示出在圖1的負載驅動電路中當緩衝電路的電容器短路時的通電路徑的電路圖；圖3是示出在圖1的負載驅動電路中當三端雙向可控矽開關元件斷開時的通電路徑的電路圖；圖4是示出根據第二實施方式的負載驅動電路的圖；圖5是示出在圖4的負載驅動電路中當緩衝電路的電容器短路時的通電路徑的電路圖；以及圖6是示出在圖4的負載驅動電路中當三端雙向可控矽開關元件斷開時的通電路徑的電路圖。
具體實施例方式在下文中，將參照附圖描述一些優選的實施方式。除非另外特別說明，否則「一個(a)」或「一個(an)」表示「一個或多個」。(第一個實施方式)圖1是根據第一實施方式的包括固態繼電器2的負載驅動電路I的構造圖。負載驅動電路I包括固態繼電器2、交流電源3、以及負載4。當電能經由一對輸入端子5a和5b從電源(未示出)供給到固態繼電器2時，固態繼電器2進入到接通狀態(ON state)，使得能夠將電能從交流電源3供給到連接在輸出端子6a與6b之間的諸如電機的負載4。輸入端子5a和5b連接到輸入電路7，光電耦合器8的發光元件連接到輸入電路。這裡，發光二極體9被用作發光兀件。光敏可控娃稱合器10被用作光電稱合器8的光接收元件。光敏可控矽耦合器10的兩個端子與輸出端子6a和6b分別地經由第一連接線11與第二連接線12相互連接。三端雙向可控矽開關元件13與緩衝電路14中的每個都連接在第一連接線11與第二連接線12之間。三端雙向可控娃開關元件13是雙向晶閘管(bidirectional thyristor),其將由輸入到柵極端子15的具有預定電流值的電流所接通。在三端雙向可控矽開關元件13中，一個主要端子(第一主要端子16)在第一節點17處連接到第一連接線11，並且柵極端子15與另一個主要端子(第二主要端子18)分別地在第二節點19和第三節點20處連接到第二連接線12。在此構造中，三端雙向可控矽開關元件13並聯連接到光敏可控矽耦合器10。此夕卜，緩衝電路14的電阻器R3、電阻器R2、和保險絲21從光敏可控矽耦合器一側以這個順序串聯連接在光敏可控矽耦合器10的一個端部與第一節點17之間的第一連接線11中。電阻器Rl在第二節點19與第三節點20之間連接在第二連接線12中。緩衝電路14包括電阻器R2和電容器Cl，並且電阻器R2連接在第一連接線11的電阻器R3與三端雙向可控矽開關元件13的一個端子之間。電容器Cl連接到電阻器R3與R2兩者之間的第一連接線11，並且連接到三端雙向可控矽開關元件13的第二主要端子18與相對側上的輸出端子6b之間的第二連接線12。保險絲21，作為過電流保護元件的一個實例，連接在第一連接線11中，位於緩衝電路14的電阻器R2的一個端部與三端雙向可控矽開關元件13的第一主要端子16連接到其上的第一節點之間。接著，描述包括具有上述構造的固態繼電器2的負載驅動電路I的運作。當電流從電源(未示出)供給到諸如端子5a和5b時，光從用作發光元件的發光二極體9輸出，並且該光被接收並且然後通過光敏可控矽耦合器10轉換成電流。S卩，光敏可控矽耦合器10進入接通狀態。當光敏可控矽耦合器10進入接通狀態並且超過參考值的電流輸入到三端雙向可控矽開關元件13的柵極端子15時，三端雙向可控矽開關元件13也進入接通狀態。從而，如圖1的粗線所指示的，交流電源3、負載4、以及三端雙向可控矽開關元件13形成閉合電路，從而負載4將進入驅動狀態。偶然地，緩衝電路14的電容器在由於衝擊等發生破裂時或者當電路使用很長的時間時可能發生短路。在此情形中，通過交流電源3、負載4、和三端雙向可控矽開關元件13形成的閉合電路將會通過如圖2中的粗線指示的交流電源3、負載4、以及緩衝電路14形成。為此，儘管比需要更多的電流流入緩衝電路14的電阻器R2中，保險絲21連接在閉合電路的中間。因此，保險絲21熔斷，防止了電阻器R2被燒壞。當三端雙向可控矽開關元件13由於衝擊等斷開時，通常地通過交流電源3、負載
4、和三端雙向可控矽開關元件13形成的閉合電路將會通過如圖3中的粗線指示的交流電源3、負載4、以及光敏可控矽耦合器10形成。為此，比需要更多的電流流入到電阻器R2或光敏可控矽耦合器10中，但是用作過電流保護元件的保險絲21連接在該閉合電路中，特別地到連接到光電耦合器8的負載4的一側而不是連接到三端雙向可控矽開關元件13的一偵U。因此，保險絲21熔斷，防止了電阻器Rl或R3、或光敏可控矽耦合器10被燒壞。此外，由於存在緩衝電路14的電阻器R2，可以抑制過電流到光敏可控矽耦合器10的流動。因此，保險絲21首先熔斷，從而光敏可控矽耦合器10等將不會燒壞。此外，由於緩衝電路14的電阻器R2共享提供雙重目的，因此可以抑制成本的增加。因此，根據上述實施方式，因為保險絲21熔斷能夠可靠地防止除了受損電子部件以外的其他部件燒壞。為此，可以容易地執行隨後的維修工作。此外，由於該措施利用單個保險絲21解決了三端雙向可控矽開關元件13斷開以及電容器短路兩種情形，因此可以適當地防止其他部件被燒壞，並且可以抑制成本的增加。(第二個實施方式)圖4示出了根據第二實施方式的包括固態繼電器2的負載驅動電路22的構造。負載驅動電路22包括與第一實施方式類似的固態繼電器23、交流電源24、以及負載25。與第一實施方式相比，固態繼電器23同樣在於使用發光二極體27用於光電I禹合器26的發光元件,但是不同的是光敏電晶體稱合器(photo-transistor coupler) 28被用作光接收元件。為此，固態繼電器23如下所述構造。即，輸入電路30連接到輸入端子29a和29b，並且光電耦合器26的發光二極體27連接到輸入電路30。此外，光敏電晶體耦合器28的每個端子連接到輸出電路31。緩衝電路38的電阻器Rll和保險絲34中的每個均連接在將輸出電路31連接到一個輸出端子32a的第一連接線33的中間。橋式全波整流電路36、三端雙向可控矽開關元件37、以及緩衝電路38的電容器C2連接在第一連接線33與將輸出電路31連接到另一輸出端子32b的第二連接線35之間。橋式全波整流電路36的一個端子在第一節點39處連接到第一連接線33，並且通過從輸出電路31供給的信號接通/關閉的晶閘管40連接到另一端子。橋式全波整流電路36的另一端子經由第三連接線41連接到輸出電路31，並且作為保留端子的又一端子經由第四連接線42連接到三端雙向可控矽開關元件37的柵極端子43。因此，當來自輸出電路31的接通信號輸出到晶閘管40並且晶閘管40被接通時，來自橋式全波整流電路36的接通信號被輸出到晶閘管37。在三端雙向可控矽開關元件37中，一個主要端子(第一主要端子44)在第二節點45處連接到第一連接線33，並且另一個主要端子(第二主要端子46)在第三節點47處連接到第二連接線35。響應於從橋式全波整流電路36輸出並且輸入到柵極端子43的接通信號，三端雙向可控矽開關元件37進入接通狀態，並且在交流電源24與負載25之間形成閉合電路。如上所述，緩衝電路38的電阻器Rll連接到第一連接線33上的第一節點39與第二節點45 (三端雙向可控矽開關元件37的一個端子的節點的位置)之間。此外，第二電容器C2連接在第一連接線33的第四節點48 (在第一節點39與電阻器Rll之間)與第二連接線35的第五節點49 (在三端雙向可控矽開關元件37的第二主要端子與另一輸出端子32b之間)之間。接著，描述包括具有上述構造的固態繼電器23的負載驅動電路22的運作。當直流電(DC)從直流電源提供到輸入端子29a和29b時，從發光二極體27輸出光，並且光敏電晶體耦合器28進入接通狀態。從而，電壓從輸出電路31施加到橋式全波整流電路36，並且接通信號輸出到晶閘管40。因此，接通信號從橋式全波整流電路36輸入到三端雙向可控矽開關元件37的柵極端子15，從而三端雙向可控矽開關元件37進入接通狀態。即，與第一實施方式類似，通過如圖4中的粗線指示的交流電源24、負載25、以及三端雙向可控矽開關元件37形成閉合電路，並且負載25進入驅動狀態。此外，緩衝電路38的電容器C2在由於衝擊等發生破裂時或者當其被使用很長的時間時可能發生短路。在此情形中，通過交流電源24、負載25、和三端雙向可控矽開關元件37形成的閉合電路將會通過如圖5中的粗線指示的交流電源24、負載25、以及緩衝電路38形成。為此，儘管比需要更多的電流流入緩衝電路38的電阻器中，保險絲34連接在閉合電路的中間。因此，保險絲34熔斷，防止了電阻器被燒壞。此外，當三端雙向可控矽開關元件37由於衝擊等斷開時，通過交流電源24、負載25、和三端雙向可控矽開關元件37形成的閉合電路將會通過如圖6中的粗線指示的交流電源24、負載25、橋式全波整流電路36、以及電阻器形成。為此，儘管比需要更多的電流流入到橋式全波整流電路36、晶閘管40、和電阻器R12，保險絲34連接在閉合電路的中間，特別地連接到負載25的連接到光敏電晶體耦合器28的一側而不是連接到三端雙向可控矽開關元件37的一側。因此，保險絲34熔斷並且防止了橋式全波整流電路36、晶閘管40、或電阻器Rll中任一個被燒壞。此外，由於存在緩衝電路38的電阻器R11，因此可以抑制過電流到橋式全波整流電路36的流動。因此，保險絲34首先熔斷，從而橋式全波整流電路36等可能不會燒壞。此外，由於緩衝電路38的電阻器Rll共享提供雙重目的，因此可以抑制成本的增加。因此，根據第二實施方式，由於保險絲34類似於第一實施方式熔斷，可以可靠地防止除了受損電子部件以外的部件被燒壞。為此，可以容易地執行隨後的維修工作。此外，由於該措施利用單個保險絲34解決了三端雙向可控矽開關元件37斷開以及電容器C2短路兩種情形，因此可以適當地防止部件被燒壞，並且可以抑制成本的增加。本實施方式不限於上述構造，並且可以以多種方式進行修改。例如，儘管上述實施方式結合保險絲用作過電流保護元件的情形描述，但是諸如熱敏電阻的其他電子部件也可以用作過電流保護元件。根據本實施方式的固態繼電器2可以用作適於使供給到諸如電機的負載的電能接通/關閉的負載驅動電路的通用部件。因此已經示出並且描述一種固態繼電器以及一種使用該固態繼電器的負載驅動電路，其實現了為此尋求的全部目的和優點。然而，在考慮公開了本發明優選實施方式的該說明書以及附圖以後，對於本領域的技術人員而言，本發明主題的多種改變、修改、變型和其他用途和應用將會變得顯而易見。沒有偏離本發明的精神和範圍的全部這些改變、修改、變型和其他用途和應用都視為被本發明所覆蓋，本發明僅通過下面的權利要求限定。儘管為了說明的目的根據當前視為最實際並且優選的實施方式詳細地描述了本發明，應該理解的是，該細節僅用於此目的，並且本發明不限於公開的實施方式，而是相反地，旨在覆蓋落入所附權利要求的精神和範圍內的修改和等同的布置方式。例如，應該理解的是，本發明設想到可能的程度，任何實施方式的一個或多個特徵都能夠與任何其他實施方式的一個或多個特徵結合。
權利要求
1.一種固態繼電器，包括: 一對輸入端子； 發光兀件，所述發光兀件位於所述一對輸入端子之間； 光接收元件，所述光接收元件構造為在從所述發光元件輸出的光上執行光電轉換並且構造為輸出電流； 一對輸出端子，所述一對輸出端子構造為連接到交流電源和負載，所述一對輸出端子包括第一輸出端子和第二輸出端子； 第一連接線，所述第一連接線將所述光接收元件的第一端部連接到所述第一輸出端子; 第二連接線，所述第二連接線將所述光接收元件的第二端部連接到所述第二輸出端子; 開關元件，所述開關元件位於所述第一連接線與所述第二連接線之間並且構造為通過從所述光接收元件輸出的電流而接通；以及 緩衝電路，所述緩衝電路位於所述第一連接線與所述第二連接線之間並且包括電容器和電阻器，所述電容器和所述電阻器串聯連接，其中 所述電阻器在所述光接收元件的所述第一端部與所述開關元件的端部之間連接到所述第一連接線， 過電流保護元件在所述電阻器的第一端部和第二端部中的一個端部與所述開關元件的端部之間連接到所述第一連接線。
2.根據權利要求1所述的固態繼電器，其中， 所述光接收元件是光敏可控矽耦合器，並且 所述開關元件和所述電容器並聯連接到所述光敏可控矽耦合器。
3.根據權利要求1所述的固態繼電器，其中， 所述光接收元件是光敏電晶體耦合器， 所述光敏電晶體耦合器將橋式全波整流電路連接到晶閘管，所述晶閘管構造為經由輸出電路接通/關閉所述橋式全波整流電路， 所述開關元件和所述電容器並聯連接，並且 所述橋式全波整流電路的輸出端子連接到所述開關元件。
4.一種負載驅動電路,包括: 固態繼電器，所述固態繼電器包括: 一對輸入端子； 發光兀件，所述發光兀件位於所述一對輸入端子之間； 光接收元件，所述光接收元件構造為在從所述發光元件輸出的光上執行光電轉換並且構造為輸出電流； 一對輸出端子，所述一對輸出端子構造為連接到交流電源和負載，所述一對輸出端子包括第一輸出端子與第二輸出端子； 第一連接線，所述第一連接線將所述光接收元件的第一端部連接到所述第一輸出端子; 第二連接線，所述第二連接線將所述光接收元件的第二端部連接到所述第二輸出端子; 開關元件，所述開關元件位於所述第一連接線與所述第二連接線之間並且構造為通過從所述光接收元件輸出的電流而接通；以及 緩衝電路，所述緩衝電路位於所述第一連接線與所述第二連接線之間並且包括電容器和電阻器，所述電容器和所述電阻器串聯連接，其中 所述電阻器在所述光接收元件的所述第一端部與所述開關元件的端部之間連接到所述第一連接線， 過電流保護元件在所述電阻器的第一端部和第二端部中的一個端部與所述開關元件的端部之間連接到所述第一連接線， 其中，所述負載和電源串聯連接到所述固態繼電器。
5.根據權利要求4所述的負載驅動電路，其中， 所述光接收元件是光敏可控矽耦合器，並且 所述開關元件和所述電容器並聯連接到所述光敏可控矽耦合器。
6.根據權利要求4所述的負載驅動電路，其中， 所述光接收元件是光敏電晶體耦合器， 所述光敏電晶體耦合器將橋式全波整流電路連接到晶閘管，所述晶閘管構造為經由輸出電路接通/關閉所述橋式全波整流電路， 所述開關元件和所述電容器並聯連接，並且 所述橋式全波整流電路的輸出端子連接到所述開關元件。
全文摘要
本發明提供了一種固態繼電器和負載驅動電路，該固態繼電器包括光接收元件、構造為連接到交流電源和負載的輸出端子、將光接收元件連接到第一輸出端子的第一連接線、將光接收元件的第二端部連接到第二輸出端子的第二連接線、位於第一連接線與第二連接線之間並且構造為通過從光接收元件輸出的電流而接通的開關元件、以及其中有電容器和電阻器串聯連接的緩衝電路。緩衝電路的電阻器在光接收元件的第一與第二端部中的一個與開關元件的端部之間連接到第一連接線，並且過電流保護元件在電阻器與開關元件的端部之間連接到第一連接線。
文檔編號H03K17/08GK103095262SQ20121041467
公開日2013年5月8日 申請日期2012年10月25日 優先權日2011年11月4日
發明者北原康行, 新馬場健 申請人:歐姆龍株式會社