开关电路制造技术

公开了开关电路，如ＲＣＤ，其包括：交流电源（Ｎ，Ｌ）中的一对机械触点（Ｍ），以及用于响应于开关信号（Ｓ）来开路触点以切断电源的电路部件（ＳＣＲ）。该开关电路还包括：用于限定在其期间电源电压的大小不是处于最大值的连续时间段（“激活窗口”）并且仅在该窗口期间允许所述触点响应于开关信号而开路的电路部件（Ｒｓ、Ｃｓ、Ｄ２、Ｄ３、Ｑ１、Ｑ２）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及开关电路，其包含交流电源(alternating current electricity supply)中的至少一对才几械触点，以及用于响应于开关信号来改 变该触点的状态(即，将其开路或闭合)的部件。本专利技术适用但不局限于剩余 电流设备(RCD， residual current device)。
技术介绍
在交流电源中，RCD用于提供保护，防止电击及危险的接地故障电流。 它们中的大部分使用电子电路来检测接地故障电流，如果接地故障电流超过 某个阈值长达确定时间段，该电子电路导致RCD切断(trip)。 RCD通常装配 在电源插座(插座)、插头和适配器中，在大多数这些应用中，可用的空间和 成本是关键的参数。然而，除了尺寸和成本的约束，RCD还必须能够以一致 且可靠的方式来执行其被要求的功能。在故障情况下，RCD将开路交流电源中的 一个或多个机械触点以将电源 从负载处断开。所有这种设备遇到的一个问题是需要确认对于预期流入受 保护电路中的最大接地故障电流，该触点的额定值合适。根据特定的应用， 在最大电源电压处，该故障电流可能处于几百甚至几千安培的范围，该触点 必须具有合适的额定值以中断故障电流。开^4乘作可在RCD内产生相当大的 电弧(arcing)、热量以及碳颗粒产物，并且必须为RCD准备措施以足够承受 这些应力(stress)。通常的解决方案是提供大触点，具有小电弧特性、高 速开路动作的触点；最大化触点间隙；以及装配电弧抑制或灭弧的部件，其 所有都增加了成本、尺寸和复杂性。当触点闭合时也出现电弧，因此会发生类似的问题。
技术实现思路
本专利技术的目标是提供减轻上述缺点并能以简单且节约成本的方式来制造 的开关设备。根据本专利技术，提供了一种开关电路，其包含交流电源中的至少一对机械触点，以及用于响应于开关信号来改变该触点的状态的部件，该 开关电路还包括用于限定在其期间电源电压的大小不是处于最大值的连续 时间段(激活窗口)并且仅在该窗口期间允许触点响应于开关信号来改变状 态的部件。在本专利技术的实施例中，该开关电路包括固态开关设备，其响应于施加在 该开关设备的控制端的既定电压电平的开关信号而被导通，其中，用于限定 激活窗口的部件包含用于在激活窗口的外部将控制端保持为非既定电压电平 的电压的部件，并且其中，触点响应于开关设备的导通而改变状态。在该实施例中，用于将控制端保持为非所述既定电压电平的电压的部件 包含另一个固态开关设备，其连接在控制端和非既定电压的电压之间，在激 活窗口的外部该另一个开关设备被导通。优选地，通过相移电源电压所得到的信号来限定激活窗口 。在本专利技术的一个应用中，该开关电路是RCD,并且响应于接地故障电流 产生开关信号。附图说明现在参考附图，通过例子的方式描述本专利技术的实施例，其中:图1示出典型现有技术的RCD电路。图2示出根据本专利技术的第一实施例的RCD电路。图3是图解图2的电路的操作的波形图。图4示出根据本专利技术的第二实施例的RCD电路。图5示出根据本专利技术的第三实施例的电^^。具体实施例方式图1中的现有技术电路包含对于负载LD的交流电源(mains supply)。电 源导线(当前情况中包含火线L和零线N)穿过变流器CT。在交流电源中有两 个通常闭合的机械触点M,导线L、 N中各有一个。 一电子电路通过二极管D1 连接至交流电源，该电子电路包含集成电路(IC)类型的WA050，其通过电 阻器R1被供电；电容器C1，其通过电阻器R2获取电荷。WA050是爱尔兰的 西方自动化研究与开发有限公司提供的工业标准RCD IC。在正常情况下，流入火线L和零线N的电流的大小相等，^E是，当其穿过CT时，电流在每个导线中以相反的方向流动，其结果是CT没有看到任何 净电流流动。如果CT的负载端上发生接地故障，那么一部分流入火线L的电 流将通到大地，而不通过零线N返回。在这种情况下，火线和零线电流的大 小将不再相等，CT将产生结果输出(resultant output)。该输出将由WA050 IC 感应，并且如果接地故障电流的流量的大小和持续时间超过某个预定界限， 那么WA050 IC的输出S将变高以产生用于可控硅整流器SCR的开关信号，将 SCR导通。当SCR导通时，电容器C1将通过电;兹线圈S0L放电，因此激活了 电磁线圈，并导致其自动地开路机械触点M。电阻器Rb将剩余电流的阈值设 置为(或大于)使WA050 IC输出变高以导通SCR的值。该阈值可通过改变Rb 的值而变化。电容器C提供对于SCR选通极(gate)的某种程度的抑制以最'J、 化由于噪声等引起的SCR导通的风险。这种RCD电路是大家很熟悉的，这里 不需要进一步的描述。在上面的配置中，使触点开路的AC电源电压的波形点(POW)将是完全随 机的。对于电阻性的故障情况，故障电流在AC电压波形的峰值处最大，在其 它点将较小。如果触点在峰值处开路，那么其必须在最大电压处中断最大电 流，因此须承受最大能量，但此外，结果电弧(resultant arcing)、热量与 碳颗粒也将最大。如果触点在低于波形的峰值的电压处开路，那么断路电流 将较小，并且电弧、热量与颗粒也将减少。因此，如果可安排配置来确保触 点仅在显著低于峰值电源电压的电压处开路，并因而改善了上面的问题，那 么这将会很有益。图2示出了这种配置。图2区别于图1在于其具有六个额外的组件电阻器Rs、电容器Cs、 二极管D2和D3、 npn晶体管Ql和pnp晶体管Q2。先不考虑电容器Cs,每当电源周期为正时，Q1将通过D3被导通，而每 当电源周期为负时，Q2将通过D2被导通。结果，即使检测到故障电流，SCR 的选通极也将几乎始终保持为低，而不可能通过IC的输出S处的开关信号来 导通SCR并给电磁线圈通电。然而，添加电容器Cs导致在交流电源电压与流入二极管D2和D3的电流 之间的相移。众所周知，当向电容器施加AC电压时，通过电容器的电流将会 超前至多90° ,以致当电压处于其峰值时电流处于最小值，反之亦然。现在 不考虑Rs,可得出结论当AC电源电压处于其峰值电平(或正或负)时，D3 和D2中的电流将为零，其结果是Ql和Q2均将被截止。那么在峰值AC电源电压处IC的输出S上将能够出现开关信号来导通SCR，并且触点M将开路。 Rs和Cs的组合具有导致D2和D3中的电流超前交流电源电压介于0 90°之 间的某一角度的效果。通过合适地选择这些电阻器和电容器值，可精确地设 定电流超前电压的量。假设Rs和Cs值已选择为提供lO。相移，并且先考虑 交流电源的正半周期，可得出结论当电源电压开始^v零上升时，电流将已 经处于某较大值，其结果是D3将在电源电压上升至显著大于OV之前导通并 导通Q1。只要Q1被导通，那么SCR不会被导通。随着正周期的继续，电流 最终将开始朝着0电平(level)下降,在该阶段D3将停止导通并且Ql将截止。 在该点电源电压将处于大于0V的电压，并且如果IC输出S变高，那么尽管 处于相对较低的电压且电压正朝着OV下降，SCR也将能够导通并导致触点M 开路。对于相同的组件值和相移，考虑交流电源的负半周期，可以看到，当电 压大小为O时，通过D2的电流将会为某较大值，其结果是Q2将被导通并且 SCR将本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开关电路，其包含：交流电源中的至少一对机械触点，以及用于响应于开关信号来改变该触点的状态的部件，该电路还包括：用于限定在其期间电源电压的大小不是处于最大值的连续时间段（“激活窗口”）并且仅在该窗口期间允许该触点响应于开关信号来改变状态的部件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】IE 2006-6-15 S2006/04531. 一种开关电路，其包含交流电源中的至少一对机械触点，以及用于响应于开关信号来改变该触点的状态的部件，该电路还包括用于限定在其期间电源电压的大小不是处于最大值的连续时间段(“激活窗口”)并且仅在该窗口期间允许该触点响应于开关信号来改变状态的部件。2. 如权利要求1所述的开关电路，其中，该激活窗口由通过相移电源电压所得到的信号来限定。3. 如权利要求1所述的开关电路，包括固态开关设备，其响应于施加在该开关设备的控制端的既定电压电平的开关信号而被导通，其中，用于限定该激活窗口的部件包含用于在该激活窗口的外部将...

【专利技术属性】
技术研发人员：帕特里克沃德，
申请(专利权)人：沙基拉有限公司，
类型：发明
国别省市：IE[爱尔兰]