[发明专利]双线电源电子开关

说明书

本发明涉及一种开关，它与交流电网电源的两个电极之间的一个负载串联连接，这种开关有两个端子，分别与电网电源的一个电极及负载连接，负载与电网电源的另一个电极连接，而且这种开关包括一个连接在两个开关端子之间的触发双向导通主开关，以及一个响应控制信号的活动状态，以相对两个开关端子之间的电压过零点按一个特定时延来适合于接通主开关的控制器，控制器包括一个整流电源部件，其有一个第一输入端，直接连接在两个开关端子中的第一端子，以及一个第二输入端，通过一个适合于限制电源部件中电流的电容器连接在第二端子。

中国实用新型专利No.87215117.4公开了一种节能开关，主要由双向可控硅、双向触发二极管及电阻、电容、开关组成。

这种类型的开关通常称为双线电源开关，因为电路只需要两条线。

在这种类型的电路中，假定当主开关为接通时，开关的两个端子之间的瞬时电压，并且因此电源部件输入端的瞬时电压几乎为零，那么如果开关是在两个端子之间电压过零点的时候接通的，则不再会对控制器供电。因此，开关相对这个过零点按一个特定时延接通，以便在开关端子之间出现近似三角电压，其峰值对应主开关触发之前时开关端子之间电压的伸度。负载的阻抗与控制器电源部件的阻抗比较通常可以忽略，因此只要主开关不接通，开关端子之间的电压就为电网电源电压，结果接通时延与开关端子之间的峰值电压严格相关。

不言而喻，控制器的电源部件必须为控制器提供相对稳定的直流电压，而不管电源部件输入端之间电压按照开关是断开还是闭合而在改变；除整流器下游稳压元件以外(耗散损失部分随所抑制变化成正比增加)，这种控制器需要一个与电源部件输入端串联的阻抗，有利地用一个无功阻抗以便不耗能，实际中这种阻抗用一个电容器得到，这在上文称为适合于限制电源部件中的电流。

限制电流主要在开关断开时，在电源部件输入端之间电压几乎与电网电源电极之间电压相同时有利，而在开关闭合时，施加在电源部件输入端之间的电压减小到电网电源电压各过零点与主开关顺次接通之间，即时延期间电网电源的电压。在这个短暂时间期间，电容器必须允许足够的能量传到电源部件(就控制器在开关闭合时经常消耗更多能量来说更加如此)。这样导致使用相对笨重和昂贵的电容器，要不就过分增加接通时延。

本发明的一个目的是通过减小限流电容器的尺寸，以及通过减小开关元件中的能量耗散来降低开关的总尺寸。

上述目的由一种适合于和交流电网电源的两个电极之间的一个负载串联连接的开关来实现，这种开关有两个端子，适合于和所述电网电源的一个电极及所述负载分别连接，所述负载与所述电网电源的另一个电极连接，而且这种开关包括一个连接在所述两个端子之间的触发双向导通主开关，以及一个响应命令信号的活动状态，以相对所述两个端子之间的电压过零点按一个特定时延来适合于接通所述主开关的控制器，所述控制器包括一个整流电源部件，其有一个第一输入端，直接连接在第一端子，以及一个第二输入端，通过一个适合于限制所述电源部件中电流的电容器连接在第二端子，其中所述控制器包括一个与所述电容器并联的触发双向导通辅助开关，所述辅助开关在所述命令信号为活动状态下，在所述两个端子之间电压的各过零点的时候接通。

因此，当开关闭合时，电容器由辅助开关短路，并且不限制电源部件吸收的能量；该能量于是在一个与主开关接通时候电源部件输入端的电压伸度大致对应的直流电压下，与供给控制器的能量成比例。电容器的值因此能选择为在开关断开时，在开关端子之间电压大致与电网电源电极之间(全波)电压相同时，保持由电源部件整流的电压，并且不大于此值。

因此，不但在开关闭合时而且在其断开时，电源部件都接收能量的实测量，以便使其输送的整流电压为适当值。

这样减小了限流电容器的值，并且因此减小了其总尺寸，而且使稳定整流电压所引起的能量耗散最小，这样减小了耗能元件的总尺寸和费用。

主开关和辅助开关优选地为三端双向可控硅元件，其具有一个按双向触发导通的触发端，以便使开关的元件数最少。

主开关优选地由电源部件输入端之间电压与一条预定水平线交叉所得到的电压接通。不过，如前文所述，接通时延和接通时的峰值电压严格相关，在电压与一条预定水平线交叉时接通技术上较简单，而且减小电源部件输入端电压的波动。

本发明的另外特点和优点将从以下参考附图通过例子所作叙述中显现出来。

图1是现有技术双线电源开关的示意图。

图2是电网电源电极之间，双线电源开关端子之间，以及负载端电压的曲线图。

图3是按照本发明的开关的示意图。