固態繼電器的製作方法

2023-10-22 16:05:27

專利名稱：固態繼電器的製作方法
技術領域：
固態繼電器技術領域實用新型涉及一種固態繼電器電子開關，尤其是關於帶判別及報警結 構的固態繼電器電子開關。 背錄技術固態繼電器(Solid State Relay簡稱SSR)，可以用較小的輸入電流控 制較大電負載電流，具有無火花、無噪聲、耐腐蝕、耐振動、防爆、防粉 塵等特點，是一種無觸點電子開關，被廣泛應用於工業自動化領域，特別 適用於要求頻繁開關、腐蝕、潮溼及要求防爆的場合。然而一般SSR存在 損壞後不易察覺，導致負載不能正常工作；以及待機狀態時不能方便判別 負載及電源電路是否正常。臺灣專利531038，提出一種在SSR的觸發電路 及輸出電路間，設置一光偶合器與一個三極體組成的偵測電路，在SSR輸 出電路電流異常時，發出蝥示信號，提示SSR發生故障。然而此電路只能 判別固態繼電器自身輸出端短路故障，而不能判別固態繼電器輸出端出現 的開路故障(有信號電壓輸入，輸出端晶閘管不能正常導通)。中國專利 00220080.5公開的固態繼電器，提出在SSR內晶閘管輸出端設置耦合電路， 耦合電路的次級線圈連接發光二極體，以此顯示晶閘管本身和其負載迴路 運行狀態是否正常。然而此電路在待機狀態不能判別晶閘管以及電源與負 載迴路是否正常，並且此電路需要有一定負載電流驅動才能發光，當負載 功率較小時，例如負載電流小於0.5A時，發光二極體因電流過小不能正常 發光，從而不能判斷SSR本身及電源與負載迴路是否正常；而且此電路在 SSR或負載電源迴路發生故障時不能輸出電信號用於控制、報警等。此外，前述二個專利的一個共同缺陷是，不能判別SSR輸出端晶閘管 出現單向導通(即有信號時，SSR輸出端晶閘管單向導通)故障。這種故障使 流過負載的電流為脈動直流，除負載不能正常工作外，對有些負載(如電 動機)後果是致命的。再就是，上述二個專利的另一不足是，附設電路均不適用於直流型固 態繼電器，也就限制了應用範圍。
《用新M隨實用新型的目的在於克服上述已有技術的不足，提供一種不僅能判別 固態繼電器自身輸出端短路、開路、單向導通故障，而且還能判別負載及 電源迴路工作狀態是否正常的固態繼電器。實用新型另一目的在於提供一種不僅能通過發光二極體的亮、滅判別 故障，而且還可以在SSR輸出端的晶閘管出現開路或單向導通故障時，輸 出電信號控制計算機或其他報警電路的固態繼電器。實用新型再一目的在於提供一種還可以在SSR輸出端晶閘管出現短路 故障，及電源負載迴路不正常時，輸出電信號控制計算機或其他報警電路 的固態繼電器。實用新型第一 目的實現，主要改進是在固態繼電器輸出端跨接一有降 壓電路與發光二極體串接的顯示電路，從而實現在有或無輸入控制電壓情 況下，發光二極體的亮、滅判別SSR自身或電源與負載迴路是否正常。具 體說，實用新型屆態繼電器，其特徵在於固態繼電器輸出端跨接一有降壓 電路與發光二極體串接的顯示電路。實用新型所述固態繼電器，其輸入電路可以釆用恆流源電路，還可以採用穩壓電路， 或者其他限流龜路。觸發電路，可以由分立元件組成，也可以用集成電路； 既可以過零觸發，還可以隨機觸發。輸出電路可以用雙向晶閘管，還可以 用單向晶閘管反並組成。固態繼電器既可以是交流型，也可以是直流型。降壓電路，主要作用是提供發光二極體正常的工作電壓，可以採用現 有技術中各種降壓方式，例如電容、電阻降壓電路，或者單獨電阻降壓， 對於直流型固態繼電器，應採用電阻降壓。為確保在SSR輸出端導通，輸出端呈低電壓時，避免發光二極體發出 微光導致判別誤差，還可以與發光二極體反向串聯一穩壓二極體，使之可 靠截止。穩壓二極體，可以是雙向觸發二極體，及具有齊納效應的其他電 子器件代替。對於交流型SSR，為避免發光二極體承受較高的反向電壓而損壞，可 在發光二極體與穩壓二極體串聯電路兩端，並聯一二極體，使二極體極性 與發光二極體相反；或者在顯示電路中串接全波整流電路，將發光二極與
穩壓二極體的串聯電路跨接在整流輸出端。對於直流型SSR，輸出狀態顯示電路由降壓電阻、穩壓二極體、發光 二極體串聯電路組成，該電路跨接在SSR輸出端,這時應使發光二極體極性 與SSR輸出端極性相同，穩壓管與SSR輸出端極性相反。實用新型第二目的實現，是在再設置一由光耦合器、觸發器組成固態 繼電器故障檢測電路，光耦合器的輸入端與輸出狀態顯示電路中發光二極 管順向串聯，故障檢測電路的電源取自SSR輸入控制電壓。光耦合器將SSR輸出端的電壓變化，傳輸給觸發器，使觸發器輸出相 應的故障信號，並使觸發器與SSR輸出端保持可靠的電氣隔離。光耦合器， 可以是現有技術中多種形式，其中優選採用由發光二極體與光敏三級管組 成集成電路。所述觸發器，可以採用現有技術中多種形式，其中優選採用斯密特觸 發器。SSR正常時，有輸入控制電壓，SSR輸出端導通而只有很低的電壓降， 開路故障檢測電路的光耦合器輸入端截止，觸發器輸出低電平信號；如SSR 出現開路故障或單向導通故障時，當有輸入信號電壓，SSR輸出端不能正 常導通而有較高的電壓，光耦合器輸入端導通，觸發器輸入端為低電平， 這時觸發器輸出高電平信號。實用新型第三目的實現，是使故障檢測電路採用外接電源，從而不僅 可以檢測SSR輸出端晶閘管開路或單向導通故障，而且可以檢測SSR輸出 端晶閘管等元件出現的短路故障，及判別負載電源迴路是否正常。SSR正常時，無輸入控制電壓，SSR輸出端開路而有高電壓(電源電 壓)，光耦合器輸入端導通，觸發器輸入端為低電平，這時觸發器輸出高 電平信號；如SSR出現短路故障或電源負載電路出現故障時，當無輸入控 制電壓，SSR輸出端短路或電源負載電路有故障而使SSR輸出端無電壓或 呈很低的導通電壓降時，光耦合器輸入端截止，使觸發器輸入端為高電平， 這時觸發器輸出低電平信號。實用新型固東繼電器，由於採用在輸出端跨接一有降壓電路與發光二 極管串接的顯示電路，不僅能判別固態繼電器自身輸出端短路、開路、單 嚮導通故障，而且還能判別負載及電源迴路工作狀態是否正常；由於是通 過SSR輸出端的電壓變化，控制發光二極體亮、滅，因此附設的顯示電路， 不僅可以用於交流固態繼電器，而且還能用於直流固態繼電器。其次，由 於增設有光耦合器、觸發器組成固態繼電器故障檢測電路，不僅能通過發 光二極體的亮、滅判別故障，而且還可以在SSR輸出端的晶閘管出現開路 或單向導通故障時，輸出電信號控制計算機或其他報警電路。再就是，故 障檢測電路採用外接電源，還可以在SSR輸出端晶閘管出現短路故障，及 電源負載迴路不正常時，輸出電信號控制計算機或其他報警電路，從而使 得故障判別，不僅可以多樣化，而且可以起到控制作用，大大提高了固態 繼電器工作可靠性。以下通過三個具體實施方式
，進一步說明實用新型構造及功能。

圖1為實用新型第一實施例原理圖。 圖2為實用新型第二實施例原理圖。 圖3為實用新型第三實施例原理圖。
具體實施方式
實施例1:參見圖1,實用新型固態繼電器1，由恆流源電路2、觸發 電路3、晶閘管輸出電路4順次連接組成。在固態繼電器輸出端，跨接有輸 出狀態顯示電路5。輸出狀態顯示電路，由電容器5.1、電阻5.2降壓，經 橋式整流電路53整流，發光二極體5.5與穩壓二極體5.4反向串聯後，跨 接在橋式整流電路5.3整流輸出端，使發光二極體處於正向偏置，並使穩壓 二極體處於反向偏置。工作原理1、待機狀態(即無輸入控制電壓)時，SSR輸入端的LED不亮，輸出 端晶閘管開路。此時SSR輸出端電壓(電源電壓)，經電容器5.1、電阻 5.2降壓限流，經橋式整流電路5.3整流後的直流電壓使穩壓管5.4反向擊 穿，正向電壓加在輸出端LED5.5上，使之發光，表明電源及負載電路正常， 而且SSR輸出端晶閘管等元件不存在短路故障。此時如SSR輸出端晶閘管 等元件出現短路故障，或電源負載電路不正常，SSR輸出端無電壓或電壓 很低，不足以使穩壓二極體5.4反向擊穿，輸出端LED5.5無正向電壓截止不發光。
2、有控制電壓輸入，輸入端LED點亮，SSR輸出端晶閘管導通。這時 SSR輸出端只有很低的晶閘管導通壓降(一般小於1.8V AC)，此電壓不足 以使穩壓二極體5.4反向擊穿，輸出端LED5.5無正向電壓不發光，表明SSR 本身及電源負載電路均正常。此時如SSR出現晶閘管開路或單向導通故障， 輸出端有較高電壓，穩壓二極體5.4反向擊穿，正向電壓加在輸出端LED5.5 上保持發光。實施例2:參見圖2，在圖1電路的穩壓二極體5.4與發光二極體5.5 串聯電路中，再串聯二由發光二極體及光敏三極體組成的光耦合器6.1，及 斯密特觸發器6.2組成的故障檢測電路6，輸出故障電信號。光耦合器由發光二極體與光敏三級管組成集成電路，其中光耦合器輸出端的光敏三極體 跨接在斯密特觸發器6.2的輸入端，斯密特觸發器的電源取自輸入控制電 壓。為限制因輸入控制電壓較高時，輸出高電平故障信號時電壓值過高， 可在斯密特觸發器輸出端加一由穩壓二極體6.3及電阻組成的穩壓電路。當有輸入控制電壓時，如SSR正常，則輸出端為很低的導通壓降，穩 壓二極體5.4不能反向擊穿，輸出LED5.5不發光，光耦合器6.1輸入端無 電壓而截止，輸出端光敏三極體截止，斯密特觸發器輸入端三極體導通而 輸出三極體截止，故障檢測電路6輸出端呈低電平(小於0.1VDC);如SSR 的晶閘管出現開路或單向導通，穩壓二極體5.4反向擊穿，輸出LED5.5發 光，光耦合器6.1輸入得電使光敏三極體導通，斯密特觸發器輸入三極體截 止，輸出三極體導通，輸出高電平(如5VDC)。實施例3:參見圖3，如實施例2，故障檢測電路6的電源由外電源供 給，不僅可以檢測SSR輸出端晶閘管開路或單向導通故障，而且可以檢測 SSR輸出端晶閘管等元件出現的短路故障，及判別負載電源迴路是否正常。有輸入控制電壓時，若故障檢測電路輸出低電平，表明SSR輸出端晶 閘管不存在開路或單向導通故障，若故障檢測電路輸出高電平，表明輸出 端晶閘管出現開路或單向導通故障。無輸入控制電壓時，若故障檢測電路 輸出高電平，表明SSR及負載電源電路均正常，若故障檢測電路輸出低電 平，表明SSR輸出端可能出現短路故障或負載電源電路不正常。此外，穩壓二極體5.4還可以用雙向觸發二極體及等具有齊納特性的其 他電子器件代替。
權利要求1、固態繼電器，其特徵在於固態繼電器輸出端跨接一有降壓電路與發光二極體串接的顯示電路。
2、 根據權利要求1所述固態繼電器，其特徵在於所說發光二極體反向串 聯有使其在SSR輸出端低電壓時可靠載止的齊納穩壓元件。
3、 根據權利要求2所述固態繼電器，其特徵在於發光二極體與反向串聯 的齊納穩壓元件電路兩端並聯接有二極體。
4、 根據權利要求1所述固態繼電器，其特徵在於顯示電路中串接有全波 整流電路，並使發光二極體與穩壓二極體元件的串聯電路跨接在整流輸出端， 並使發光二極體處於正向偏置，穩壓二極體元件處於反向偏置。
5、 根據權利要求1或2所述固態繼電器，其特徵在於還有一由光耦合器、 觸發器組成的國態繼電器故障檢測電路，其中光耦合器輸入端與輸出狀態顯 示電路中發光二極體順向串聯，故障檢測電路的電源取自輸入控制電壓。
6、 根據權利要求5所述固態繼電器，其特徵在於光耦合器由發光二極體與光敏三級管緝成集成電路。
7、 根據權利要求5所述固態繼電器，其特徵在於觸發器為斯密特觸發器。
8、 根據權利要求5所述固態繼電器，其特徵在於觸發器輸出端有穩壓二 極管及電阻組成的穩壓電路。
9、 根據權利要求5所述固態繼電器，其特徵在於故障檢測電路電源為外 接電源。
專利摘要本實用新型涉及一種帶判別及報警結構的SSR電子開關，其特徵是固態繼電器輸出端跨接一有降壓電路與發光二極體串接的顯示電路；以及附設有一由光耦合器、觸發器組成的SSR故障檢測電路。不僅能判別SSR自身輸出端短路、開路、單向導通故障，而且還能判別負載及電源迴路工作狀態是否正常，以及還可以在SSR輸出端的晶閘管出現開路或單向導通故障時，輸出電信號控制計算機或其他報警電路。當故障檢測電路採用外接電源，還可以在SSR輸出端晶閘管出現短路故障，及電源負載迴路不正常時，輸出電信號控制計算機或其他報警電路，從而使得故障判別，不僅可以多樣化，而且可以起到控制作用，大大提高了固態繼電器工作可靠性。其故障判別電路，不僅可以用於交流SSR，而且還能用於直流SSR。
文檔編號H03K17/79GK201048366SQ200720037730
公開日2008年4月16日 申請日期2007年5月18日 優先權日2007年5月18日
發明者堵京中 申請人:堵京中