CN202905606U

CN202905606U - 机械电子组合式继电器

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Publication number: CN202905606U
Application number: CN 201220525262
Authority: CN
Inventors: 陆东海
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-10-15
Filing date: 2012-10-15
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2022-10-15

Abstract

本实用新型公开了一种机械电子组合式继电器，包括驱动电路、机械继电器和电子继电器；所述机械继电器的触点和所述电子继电器的触点并联；所述电子继电器的控制端和所述驱动电路的第一控制信号输出端连接；所述机械继电器的控制端和所述驱动电路的第二控制信号输出端连接。本实用新型实施例提供的机械电子组合式继电器具有能量损耗低、触点容量大的特点。

Description

机械电子组合式继电器

技术领域

本实用新型涉及继电器，尤其涉及一种机械电子组合式继电器。

背景技术

继电器是一种当输入量达到一定值时，输出量将发生跳跃式变化的自动控制器件。其中，输入量是指激励量或控制量，其形式包括电、磁、声、光、热等，输出量是指被控制量。继电器是具有隔离功能的自动开关元件，广泛应用于遥控、遥测、通信、自动控制、机电一体化及电力电子设备中，是目前应用最为广泛、最重要的控制元件之一，在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。

目前，继电器可以分为两类，一类是以机械触点作为通/断媒介的“机械继电器”，一类是以半导体材料为通/断媒介的“电子继电器”。

机械继电器具有两个控制管脚，作为其输入部分或控制部分，并具有两个机械触点，用于控制机械继电器的所连接的负载的电压和电流等。

最简单的电子继电器之一是采用一个三极管来构成，其将三极管的基极和发射极作为输入控制端，将三极管的集电极和发射极作为开关端，可用于对直流电源的通/断控制。为了描述方便，将电子继电器的两个开关端称为电子触点。目前，绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor，简称IGBT）、金属-氧化层-半导体-场效晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，简称MOSFET）、三极管、固态继电器等作为电子继电器的应用场合已十分普遍。

机械继电器和电子继电器各有优缺点。机械继电器的优点是导通电阻低，导通损耗小，缺点是触点容量小；与之相反，电子继电器的缺点是导通电阻大，即导通损耗大，优点是触点容量大。

在导通电阻方面，相对机械继电器来说，电子继电器的导通电阻（或导通压降折算的等效电阻）比较大，因而其导通损耗比较大。例如，一个10A的电子继电器，如果其导通元件是可控硅或IGBT或三极管，就存在一个1～3V左右最低固定压降，若取均值2V，那么10A电流就有20W的损耗；即使其导通元件采用的是场效应管，就目前技术来看，其至少存在50毫欧的导通电阻，将产生10A×10A×0.05Ω＝5W的能量损耗。但是对机械继电器来说，其导通电阻仅2毫欧左右，10A电流只产生0.2W左右的损耗。因而在能量损耗方面来看，电子继电器显然逊色得多。

在继电器容量方面，继电器开关两端在脱离瞬间，电压会有一个从零到最大值的转换，而电流有一个从最大值到零的转换，那么，继电器就会经历一个最大瞬时功率（电压×电流）的瞬间。对于机械继电器，由于机械触点反应速度慢而不能迅速离开，随着时间的积累，焦耳热最终会导致机械触点被烧熔而永久性地连结在一起，从而使机械继电器失效。而对于电子继电器，其两个开关输出端的容量则比机械继电器的触点容量要大得多。这是因为电子继电器的“摆脱”速度比机械继电器的要快很多。通常电子继电器在1微妙的时间内就可以实现从导通到截止的转换，因而电子继电器的电子触点在积累更多的可引起损坏的焦耳热之前就已经脱离危险状态，而机械继电器的触点在脱离瞬间所花的时间往往毫秒级的，是电子继电器的1000倍以上。因此，机械继电器的机械触点容量相对较小。

因此，目前现有技术中的机械继电器与电子继电器各有优劣。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种继电器，兼备机械继电器与电子继电器两者的优点，使得继电器具有低损耗，高容量的特性。

为解决以上技术问题，本实用新型实施例提供一种机械电子组合式继电器，包括驱动电路、机械继电器和电子继电器；

所述机械继电器的触点和所述电子继电器的触点并联；

所述电子继电器的控制端和所述驱动电路的第一控制信号输出端连接；

所述机械继电器的控制端和所述驱动电路的第二控制信号输出端连接。

其中，所述电子继电器是由绝缘栅双极型晶体管IGBT、金属-氧化层-半导体-场效晶体管MOSFET或三极管所构成的开关器件。

本实用新型实施例提供的机械电子组合式继电器，包括驱动电路、机械继电器和电子继电器。本机械电子组合式继电器兼备机械继电器与电子继电器两者的优点，具有低损耗，高容量的特性。

附图说明

图1是本实用新型提供的机械电子组合式继电器的第一实施例的结构示意图；

图2是本实用新型提供的机械电子组合式继电器的第二实施例的结构示意图；

图3是本实用新型提供的机械电子组合式继电器的第三实施例的结构示意图；

图4是本实用新型提供的机械电子组合式继电器的第四实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本实用新型提供的一种机械电子组合式继电器，包括驱动电路、机械继电器和电子继电器；

所述机械继电器的触点和所述电子继电器的触点并联；

其中，驱动电路的第一控制信号输出端用于输出控制信号，控制所述电子继电器断开或闭合；驱动电路的第二控制信号输出端用于输出控制信号，控制所述机械继电器断开或闭合。

为了描述方便，下面将电子继电器的触点称为电子触点，将机械继电器的触点称为机械触点。

下面结合图1~图4，对实用新型实施例提供的机械电子组合式继电器的结构及工作原理进行详细说明。需要说明的是，为了简化附图，图1~图4未画出驱动电路。

参见图1，是本实用新型提供的机械电子组合式继电器的第一实施例的结构示意图。

机械电子组合式继电器包括驱动电路、机械继电器和电子继电器。所述机械继电器包括第一控制端IN1、第二控制端IN2、第一机械触点Q1和第二机械触点Q2；所述电子继电器包括第三控制端IN3、第四控制端IN4、第一电子触点S1和第二电子触点S2。

其中，机械继电器的第一控制端IN1、第二控制端IN2与电子继电器的第三控制端IN3、第四控制端IN4作为所述机械电子组合式继电器的四个控制输入端，用于连接驱动电路；机械继电器的第一机械触点Q1、第二机械触点Q2与电子继电器的第一电子触点S1、第二电子触点S2并联，并作为机械电子组合式继电器的两个输出端OUT1、OUT2。

在本实用新型实施例中，机械继电器和电子继电器的控制时序如下：

在触点从断开到闭合的过程中，控制电子继电器先于机械继电器闭合；

在触点从闭合到断开的过程中，控制电子继电器后于机械继电器断开。

具体实施时，对组合触点控制系统进行控制，包括：在机械电子组合式继电器从断开到闭合的过程中，驱动电路首先向电子继电器发送闭合控制信号，控制第一电子触点S1、第二电子触点S2呈闭合状态，再向机械继电器发送闭合控制信号，控制第一机械触点Q1、第二机械触点Q2闭合；在机械电子组合式继电器从闭合到断开的过程中，驱动电路首先向机械继电器发送断开控制信号，控制第一机械触点Q1、第二机械触点Q2呈断开状态，再向电子继电器发送断开控制信号，控制第一电子触点S1、第二电子触点S2断开。

在控制触点从断开到闭合的过程中，由于电子触点首先闭合，因电子继电器器件本身的特性，电子继电器先将机械继电器的机械触点两端的电压降低，即将后闭合的机械触点在闭合时所承受的瞬时功率降低了，因而机械触点处的焦耳热相应被降低，机械触点允许通过更大的电流，也即提高了整个机械电子组合式继电器的触点容量。

机械触点导通后，虽然电子触点和机械触点同时导通，但是由于机械继电器的导通电阻要小于电子继电器的导通电阻，电流会流向机械继电器，而这个时候的电子继电器相当于被短路，从而保证了整个机械电子组合式继电器的能量损耗降到最低。

在控制触点从闭合到断开的过程中，机械触点首先断开，同理，机械触点在断开时所承受的瞬时功率被降低，机械触点处的焦耳热相应被降低，机械触点有更大的流通电流承受能力，后断开的电子继电器速度快，可以迅速实现导通到截止的转换，从而确保了整个机械电子组合式继电器的容量，使得其能在积累更多的焦耳热之前就脱离危险状态。

因此，在本实施例中提供的机械电子组合式继电器中，其内部的电子继电器实际上是在保护机械继电器的使用。显然，具体实施时，为保证所述机械电子组合式继电器取得低损耗、高容量的效果，必须实行以上所述的对电子继电器和机械继电器两者合理的时序控制。

具体实施时，所述电子继电器可以是由绝缘栅双极型晶体管IGBT、金属-氧化层-半导体-场效晶体管MOSFET或三极管所构成的开关器件。

参见图2，是本实用新型提供的机械电子组合式继电器的第二实施例的结构示意图。

在第二实施例提供的机械电子组合式继电器中，所述电子继电器包括一个IGBT。

所述IGBT的栅极为所述电子继电器的第三控制端IN3，发射极为所述电子继电器的第四控制端IN4和第二电子触点S2，集电极为所述电子继电器的第一电子触点S1。如图2所示，第一电子触点S1与第一机械触点Q1连接，作为本实施例中所述的机械电子组合式继电器的输出端OUT1；第二电子触点S2与第二机械触点Q2连接，作为本实施例中所述的机械电子组合式继电器的输出端OUT2。

第二实施例提供的机械电子组合式继电器的时序控制过程以及基本工作原理与上述第一实施例相同，在此不予赘述。

进一步地，第二实施例中的IGBT可采用MOSFET来代替。

在另一个可选的实施方式中，所述电子继电器包括一个MOSFET；所述MOSFET的栅极为所述电子继电器的第三控制端，源极为所述电子继电器的第四控制端和第二电子触点，漏极为所述电子继电器的第一电子触点。

在具体实施当中，第二实施例提供的机械电子组合式继电器可适用于对直流电源的通断控制。

参见图3，是本实用新型提供的机械电子组合式继电器的第三实施例的结构示意图。

在第三实施例提供的机械电子组合式继电器中，所述电子继电器包括第一IGBT（即图3中标记为10的IGBT）、第二IGBT（即图3中标记为20的IGBT）、第一二极管11和第二二极管21；

所述第一IGBT的栅极为所述电子继电器的第三控制端IN3，与第二IGBT的栅极连接；

所述第一IGBT的发射极为所述电子继电器的第四控制端IN4，与所述第二IGBT的发射极、所述第一二极管11的正极以及所述第二二极管21的正极连接；

所述第一IGBT的集电极为所述电子继电器的第一电子触点S1，与所述第一二极管11的负极连接；所述第二IGBT的集电极为所述电子继电器的第二电子触点S2，与所述第二二极管21的负极连接。

如图3所示，电子继电器的第一电子触点S1与机械继电器的第一机械触点Q1连接，作为本实施例提供的机械电子组合式继电器的第一输出端OUT1；电子继电器的第二电子触点S2与机械继电器的第二机械触点Q2连接，作为本实施例提供的机械电子组合式继电器的第二输出端OUT2。

第三实施例提供的机械电子组合式继电器的时序控制过程以及基本工作原理与上述第一实施例相同，在此不予赘述。

需要说明的是，第三实施例中所述的IGBT可采用MOSFET代替。在具体实施当中，第三实施例提供的机械电子组合式继电器可适用于对交流电源的通断控制。

参见图4，是本实用新型提供的机械电子组合式继电器的第四实施例的结构示意图。

在第四实施例中，电子继电器包括一个IGBT和极性转换电路。

其中，IGBT的栅极为电子继电器的第三控制端IN3；IGBT的发射极为电子继电器的第四控制端IN4。

极性转换电路包括第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端。具体的，极性转换电路的第一输入端与IGBT的集电极连接；极性转换电路的第二输入端与IGBT的发射极连接；极性转换电路的第一输出端为的电子继电器的第一电子触点，与机械继电器的第一机械触点连接；极性转换电路的第二输出端为的电子继电器的第二电子触点，与机械继电器的第二机械触点连接。

在一个可选的实施方式中，如图4所示，所述极性转换电路为桥式整流器，由二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4连接构成。其中，二极管D1的负极与二极管D3的负极连接；二极管D2的正极与二极管D4的正极连接；二极管D1的正极与二极管D2负极连接；二极管D3的正极与二极管D4的负极连接。

二极管D1与二极管D3之间的连接点A1为极性转换电路的第一输入端；二极管D2与二极管D4之间的连接点A2为极性转换电路的第二输入端；二极管D1与二极管D2之间的连接点B1为极性转换电路的第一输出端；二极管D3与二极管D4之间的连接点B2为极性转换电路的第二输出端。

所述电子继电器的第一电子触点与所述机械继电器的第一机械触点Q1连接，作为本实施例所提供的机械电子组合式继电器的输出端OUT1。

所述电子继电器的第二电子触点与所述机械继电器的第二机械触点Q2连接，作为本实施例所提供的机械电子组合式继电器的输出端OUT2。

第四实施例提供的机械电子组合式继电器的时序控制过程与上述第一实施例相同。与上述第一实施例相比，第四实施例的不同点在于：可以控制交流电流的导通与断开，且在电子继电器中配置极性转换电路，可将电路中的交流电流转换成直流电流。

本实用新型实施例提供的机械电子组合式继电器包括机械继电器和电子继电器，其电子继电器确保了机械继电器的机械触点工作在较低的电压之间，而其中的机械继电器使得所述机械电子组合继电器具有较低的导通电阻，兼备了机械继电器和电子继电器两者的优势，具有能量损耗低、触点容量大的特点，因而不需要额外的散热器，也降低了继电器的生产成本。且本实用新型能实现对直流电源或交流电源的通/断控制。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种机械电子组合式继电器，其特征在于，包括驱动电路、机械继电器和电子继电器；

所述机械继电器的触点和所述电子继电器的触点并联；

所述电子继电器的控制端和所述驱动电路的第一控制信号输出端连接；所述机械继电器的控制端和所述驱动电路的第二控制信号输出端连接。

2. 如权利要求1所述的机械电子组合式继电器，其特征在于，所述电子继电器是由绝缘栅双极型晶体管IGBT、金属-氧化层-半导体-场效晶体管MOSFET或三极管所构成的开关器件。

3. 如权利要求1或2所述的机械电子组合式继电器，其特征在于，所述机械继电器包括第一控制端、第二控制端、第一机械触点和第二机械触点；

所述电子继电器包括第三控制端、第四控制端、第一电子触点和第二电子触点。

4. 如权利要求3所述的机械电子组合式继电器，其特征在于，所述电子继电器包括一个IGBT；

所述IGBT的栅极为所述电子继电器的第三控制端，发射极为所述电子继电器的第四控制端和第二电子触点，集电极为所述电子继电器的第一电子触点。

5. 如权利要求3所述的机械电子组合式继电器，其特征在于，所述电子继电器包括一个MOSFET；

所述MOSFET的栅极为所述电子继电器的第三控制端，源极为所述电子继电器的第四控制端和第二电子触点，漏极为所述电子继电器的第一电子触点。

6. 如权利要求3所述的机械电子组合式继电器，其特征在于，所述电子继电器包括第一IGBT、第二IGBT、第一二极管和第二二极管；

所述第一IGBT的栅极为所述电子继电器的第三控制端，与第二IGBT的栅极连接；

所述第一IGBT的发射极为所述电子继电器的第四控制端，与所述第二IGBT的发射极、所述第一二极管的正极以及所述第二二极管的正极连接；

所述第一IGBT的集电极为所述电子继电器的第一电子触点，与所述第一二极管的负极连接；所述第二IGBT的集电极为所述电子继电器的第二电子触点，与所述第二二极管的负极连接。

7. 如权利要求3所述的机械电子组合式继电器，其特征在于，所述电子继电器包括一个IGBT和极性转换电路；

所述IGBT的栅极为所述电子继电器的第三控制端；

所述IGBT的发射极为所述电子继电器的第四控制端；

所述极性转换电路包括第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端；

所述极性转换电路的第一输入端与所述IGBT的集电极连接；

所述极性转换电路的第二输入端与所述IGBT的发射极连接；

所述极性转换电路的第一输出端为所述的电子继电器的第一电子触点，与所述机械继电器的第一机械触点连接；

所述极性转换电路的第二输出端为所述的电子继电器的第二电子触点，与所述机械继电器的第二机械触点连接。

8. 如权利要求7所述的机械电子组合式继电器，其特征在于，所述极性转换电路为桥式整流器。