專利名稱：車用無觸點喇叭、燈光、啟動繼電器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及到一種汽車電器無觸點電子繼電器。
目前，車船使用的繼電器大部分是有觸點的電磁繼電器，因電流大，觸點易燒損，成了車船上的易損件。目前雖然有多種電子繼電器問世，但它們有的電路中仍使用電磁繼電器，還是有觸點電路；有的電路結構復雜，不能與目前使用的電磁繼電器互換使用；有的只適用于阻性負載一一轉向燈；有的雖然是控制感性負載一一起動電機，卻是控制電機的吸鐵開關，僅起中間繼電器的作用。
本實用新型的目的是利用現(xiàn)代電力電子技術，提供一種采用電子元件組成的適合汽車電路供電特點的、既能適應電阻負載、也能適應電感負載、并能控制較大電流的無觸點繼電器基本電路制成的繼電器，并使基本電路加上各種技術成熟的附加電路后組成基本電路的擴展電路制作成車用的各種繼電器。它無觸點、無火花、可靠耐用，電磁相容性好，造價較低，并能與目前使用的各種汽車電磁繼電器互換使用。
本實用新型是由下列技術方案實施的(一)采用功率VMOS管為負載的開關器件，實現(xiàn)無觸點開關。
(二)用DC-DC變換電路作為VMOS觸發(fā)電路。
(三)DC-DC變換電路中采用簡單實用的振蕩電路，所用元件最少，電路簡單、工作穩(wěn)定。
(四)DC-DC變換電路中采用變壓器耦合，使振蕩電路與開關電路是電磁耦合交連，同時可通過改變匝比滿足VMOS管要求的開通電壓，使VMOS管上的壓降達到最小。
(五)DC-DC變換電路中的濾波電路中的電容器，既起平波作用，又利用它的儲能特性，在振蕩器停振時，延長VMOS管的關斷時間，根據ϵ=LΔIΔt]]>，使開關電路在關斷感性負載時，產生的反電動勢較小，達到保護目的。
(六)一般保護的基本電路中采用了延長關斷時間保護外，在VMOS管的柵極接有泄放電阻防止靜電擊穿，VMOS管中的寄生二極管具有反向續(xù)流作用，起保護作用。
具有過流、過壓、超溫保護的基本電路，采用了智能型VMOS管，它內部已集成了智能邏輯電路，同時在電路中接入外圍的限流電阻、柵極穩(wěn)壓管，漏極穩(wěn)壓管，使電路具有過流、過壓、超溫保護。
(七)基本電路與其它電路配合，用各種成熟電路控制DC-DC變換電路中振蕩器的起振條件，達到各種條件下控制負載的通斷。
(八)DC-DC變換電路中，振蕩器電路中加入限流負反饋電阻，使電源電壓在6V升至24V變換時，振蕩器電流改變，則限流電阻上交、直流壓降增大，使振蕩器直流電壓增長不致過高，同時交流負反饋也加大，從而使DC-DC變換電路能在6V～24V輸出不致過高，保證繼電器在6V～24V正常工作。
(九)在閃光繼電器中安裝了單向充電儲能平波電路，從而使VMOS管在導通，VMOS管兩端電壓接近零時多諧振蕩器還能繼續(xù)工作。
(十)外型結構可借用目前使用的電磁繼電器的接插件和外殼，內芯用環(huán)氧樹脂固封，既能適應車船使用環(huán)境，又能直接替換目前使用的電磁繼電器?？刂拼箅娏鞯睦^電器VMOS管上要安裝散熱器。
具體電路中基本電路分兩種一種是簡單保護型電路(圖2)，另一種是過流、過壓、超溫保護型電路(圖3)。
簡單保護型電路的連接如下電源正極接線柱(1)出發(fā)，一路線接VMOS管漏極(D1)，另一路線接降壓電阻(R2)；降壓電阻(R2)的另一端接基極偏置電阻(R1)和振蕩變壓器(T)的初級中心抽頭；基極偏置電阻(R1)的另一端與振蕩三極管(Q1)的基極(b)、振蕩電容(C1)相接；振蕩電容(C1)的另一端接振蕩變壓器(T)初級的一端；振蕩變壓器初級的另一端接振蕩三極管(Q1)的集電極(C)；振蕩三極管的發(fā)射極(e)通過接線柱(2)接汽車上的控制開關(S1)，并通過開關搭鐵(接電池負極)；變壓器(T)的次級一端接整流二極管(D1)的正極，二極管(D1)的負極與濾波電容(C2)的一端、泄放電阻(R3)的一端、VMOS管(Q2)的柵極(G)聯(lián)接在一起；變壓器(T)的次級另一端與VMOS管(Q2)的源極(S)、接線柱(3)、泄放電阻的另一端相接，并通過接線柱(3)接汽車上的負載喇叭、燈或起動電機，負載的另一端搭鐵接電池負極。
過流、過壓、超溫保護型電路，其電路特征是將簡單保護型電路中的普通VMOS管改用智能型VMOS管；并在整流二極管(D1)負極與VMOS管的柵極(G)間串接一只降壓電阻(R4)；VMOS管柵、源極間并接一只穩(wěn)壓二極管(DW1)，穩(wěn)壓二極管(DW1)的正極接源極；VMOS管漏、源極間并接一只穩(wěn)壓二極管(DW2)，穩(wěn)壓二極管(DW2)的正極接源極。其余電路聯(lián)接與簡單保護型電路相同。
基本電路的擴展應用電路如圖(4)、圖(5)。其基本特征是此類電路是由基本電路和附加電路組成，附加電路可以是各種成熟電路溫控、聲控、光控、延時控制、方波發(fā)生器、多諧振蕩器等電路。利用附加電路控制基本電路中DC-DC變換電路中振蕩電路的起振條件，從而達到控制VMOS管的導通和截止，進而控制車船負載中電流的通斷。
基本電路的工作過程是當開關(S1)接通，振蕩器振蕩，振蕩電流經變壓器耦合到整流電路，整流后為VMOS管的觸發(fā)電壓，使VMOS管導通；當開關(S1)斷開，振蕩器停振，濾波電容上的儲能維持VMOS管開通一段短時間后關斷。
本實用新型有下述積極效果1、摒棄觸點，采用電子開關，無電弧燒熔之慮，無機械故障，具有半導體器件體積小、壽命長的特點。由于無火花，減少電磁干擾，改善電磁相容性。
2、VMOS管中存在寄生二極管，具有對反向電壓續(xù)流保護作用，加上電路中泄放電阻，減小關斷速度使電路具有保護功能。如果電路中采用智能VMOS管(如BTS240，BTS130)，該繼電器能做到過流、過壓、超溫保護。
3、VMOS管用電壓開啟，其開啟電流極小，無觸點繼電器振蕩器電流在2-4mA，遠比電磁繼電器一次電路電流在250mA-4A小，節(jié)能。(摩托車起動電機繼電器一次電路電流約4A)。
4、與電磁繼電器相比，節(jié)約金屬材料，尤其節(jié)約銅材。
5、VMOS管均流性能極佳。該電路能采用VMOS并聯(lián)運行，使開關電流可達上百安培，所以本實用新型適應范圍廣泛?？捎糜谄?、摩托車、輪船、拖拉機、坦克等低壓供電的車船上開關電器之用。也可以做成直流低壓大電流繼電器，并能適應阻性、感性負載。
6、功率VMOS管的開通電壓在4V-20V之間有一較大范圍，所以無觸點繼電器可以做到6V-24V通用。電磁式繼電器則不能。
7、本實用新型充分考慮了汽車電路特點，能做到電路結構、外形結構與電磁繼電器通用。適應一線“搭鐵”一線供電的特點。
8、閃爍繼電器、時間控制繼電器時間控制穩(wěn)定。
9、VMOS功率晶體管在同樣電流的功率器件中價格最便宜，用它做無觸點電子開關，成本可以與同類型電磁繼電器成本相比較。
10、與電磁繼電器相比，無觸點繼電器生產中工、裝具較少，尤其模具較少，生產易組織，省工、省時。
11、體積可以做到比同類電磁繼電器小。
12、基本電路中選擇不同規(guī)格的VMOS管，并將基本電路與各種附加電路組合，可以形成車用繼電器的整套系列產品。這是其它車用繼電器做不到的。
以下結合附圖對本實用新型的具體實施方式
作進一步詳細的描述基本電路與各種附加電路中負反饋降壓電阻(R2)是對振蕩器電流起負反饋，對直流起降壓作用。當電源電壓在6V-24V范圍內變動，三極管(Q1)的集電極電流增大時，增大(R2)上的直流壓降和負反饋量，使振蕩器在6V-24V電源電壓下都能起振工作，且保證DC-DC變換電路輸出電壓都在VMOS管開通電壓值的工作范圍?；鶚O電阻(R1)是為三極管(Q1)提供偏壓。(T)是振蕩線圈兼耦合變壓器。(C1)是振蕩正反饋耦合電容。(Q1)是振蕩三極管。(D1)是整流二極管。(C2)是濾波儲能電容，它一方面起整流后的濾波作用，另一方面當振蕩器停振時，利用它儲存的電荷，減慢VMOS管關斷速度，減少感性負載上的反電動勢，(R3)是泄放電阻，防止VMOS管柵極電荷積聚靜電擊穿。(Q2)是功率VMOS管，它處于開關狀態(tài)，控制負載通斷。VMOS管中存在寄生二極管(D0)，作續(xù)流二極管用，在VMOS管上加反壓時起保護作用。電源(VCC)由汽車電瓶提供。負載及開關(S1)都是汽車上原有的設施。有過流、過壓、超溫保護功能的基本電路中使用的VMOS管是智能型VMOS管，管子中已集成了智能邏輯電路具有保護功能。(R4)是限流電阻，(DW1)是柵源穩(wěn)壓二極管，(DW2)是漏源穩(wěn)壓二極管，它們組成智能VMOS管過流、過壓保護的外部附加電路。


如下附圖(1)是繼電器基本電路的框圖，是一個由DC-DC變換電路作觸發(fā)電路的功率VMOS管開關電路。DC-DC變換電路又是由振蕩電路，變壓器耦合電路、整流濾波電路組成。VMOS管開關電路是由開關電路與保護電路組成。圖(2)是有一般保護的繼電器基本電路。圖(3)是具有過流、過壓、超溫保護的基本電路。圖(4)是利用雙穩(wěn)態(tài)電路控制基本電路的轉向閃爍燈光繼電器電路。圖(5)是用長延時電路控制基本電路延時控制電路。圖(6)是基本電路印刷電路接線圖。
本實用新型最佳實施方案是按(圖6)印刷電路裝成機芯塊后，利用各種現(xiàn)有車用電磁繼電器的外殼作為外殼，只要將機芯塊的引線，對應焊接在現(xiàn)有車用電磁繼電器的外殼的接插件上，然后用環(huán)氧封裝即可。其中(R1)是基極偏置電阻，(R2)是降壓電阻，(R3)是泄放電阻，(C1)是振蕩電容，(C2)是濾波電容，(D1)是整流二極管，(Q1)是振蕩三極管，(Q2)是VMOS管，(T)是振蕩隔離變壓器。
權利要求1.一種車用喇叭、燈光、啟動電子繼電器，在帶接插件的絕緣外殼中裝有繼電器芯，其特征在于繼電器芯是由無觸點喇叭、燈光、啟動繼電器基本電路或其擴展電路制作而成，基本電路可分簡單保護型電路和過流、過壓、超溫保護型電路。
2.根據權利要求1所述的繼電器，其特征在于基本電路是以DC-DC變換、變壓器耦合為觸發(fā)電路的VMOS開關電路，其電路程式是由DC-DC變換電路和VMOS管開關電路組成，其中DC-DC變換電路又是由降壓負反饋電路、振蕩電路、變壓器耦合電路、整流濾波電路組成，其功能是VMOS管的觸發(fā)電路，VMOS開關電路是由開關電路和保護電路組成，電源由汽車上的電池提供，開關電路的負載是汽車上的喇叭、燈或起動電機，基本電路分兩種一種是簡單保護型電路，另一種是過流、過壓、超溫保護型電路，簡單保護型電路的連接如下由電源正極接線柱(1)出發(fā)，一路線接VMOS管漏極(D)，另一路線接降壓電阻(R2)，降壓電阻(R2)的另一端接基極偏置電阻(R1)和振蕩變壓器(T)的初級中心抽頭，基極偏置電阻(R1)的另一端與振蕩三極管(Q1)的基極(b)、振蕩電容(C1)相接，振蕩電容(C1)的另一端接振蕩變壓器(T)初級的一端，振蕩變壓器初級的另一端接振蕩三極管(Q1)的集電極(C)，振蕩三極管的發(fā)射極(e)通過接線柱(2)接汽車上的控制開關(S1)，并通過開關搭鐵接電池負極，變壓器(T)的次級一端接整流二極管(D1)的正極，二極管(D1)的負極與濾波電容(C2)的一端、泄放電阻(R3)的一端、VMOS管(Q2)的柵極(G)聯(lián)接在一起，變壓器(T)次級的另一端與VMOS管(Q2)的源極(S)、接線柱(3)、泄放電阻的另一端相接，并通過接線柱(3)接汽車上的負載喇叭、燈或起動電機，負載的另一端搭鐵接電源負極，過流、過壓、超溫保護型電路，其電路特征是將簡單保護型電路中的普通VMOS管改用智能型VMOS管，并在整流二極管(D1)負極與VMOS管的柵極(G)間串接一只降壓電阻(R4)，VMOS管柵、源極間并接一只穩(wěn)壓二極管(DW1)，穩(wěn)壓二極管(DW1)的正極接源極，VMOS管漏源極間并接一只穩(wěn)壓二極管(DW2)，穩(wěn)壓二極管(DW2)的正極接源極，其余電路聯(lián)接與簡單保護型電路相同。
3.根據權利要求1所述的繼電器，其特征在于基本電路和附加電路組成基本電路的擴展應用電路，此類電路中必須包含權利要求2中所述的基本電路，而附加電路是各種成熟的溫控、聲控、光控、延時控制、方波發(fā)生器、多諧振蕩器等電路，利用附加電路控制基本電路的DC-DC變換電路中振蕩電路的起振條件，從而達到控制VMOS管的導通與截止，進而控制車船負載中電流的通斷。
專利摘要本實用新型是用于汽車、摩托車等車船的無觸點喇叭、燈光、啟動用電子繼電器系列。它解決了電子繼電器適應目前汽車負極搭鐵一線供電的特點,無觸點、無火花、可靠,做到電源電壓6V～24V通用。其基本電路是由DC－DC變換、變壓器隔離耦合觸發(fā)電路、VMOS管開關電路連接組成。按基本電路和基本電路擴展電路制成機芯裝入目前各種車船用電磁繼電器外殼中,能直接替代目前車用電磁繼電器。
文檔編號H03K17/08GK2417637SQ9921907
公開日2001年1月31日 申請日期1999年8月13日 優(yōu)先權日1999年8月13日
發(fā)明者胡坤濤, 顧于任 申請人:胡坤濤, 顧于任