TW508608B - Semiconductor relay and control method of semiconductor relay - Google Patents

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508608 A7 B7 五、發明説明（1 技術領域 本發明係關於半導體繼電器，例如固態繼電器（以下簡稱 SSR)等，詳言之係具有故障檢測功能的半導體繼電器。 背景技術 …半導體繼電器’例如SSR係用於以加熱器，電機或電磁闊 等為直接負載進行驅動的裝置，例如溫度調 動控制sSR㈣行料直接貞載的加熱器料電^^16 該SSR，係根據與例如溫度調節器等輸出的控制輸入信號 相對應的元件驅動信號，對例如三端雙向可控矽開關元件 等半導體元件進行接通/斷開控制，來進行加熱器等直接負 載的驅動控制的，但是斷開半導體元件時，由於此半導體 凡件的電壓下降而發熱，所以需要設置散熱片等來散埶。 依此種習知半導體繼電器，雖然常被用於控制板等、，但 是由於該控制板内部氣密性高，空氣的對流不順暢，使周 圍溫度上昇，導致半導體繼電器的溫度過分上昇，使二端 ，★向可控石夕開關元件等半導體元件易於發生短路（接通一)故 不能穩定地檢測出半 然而’依上述習知半導體繼電器 導體元件部的故障。 本發明#於上述問題而進行，其目的係為了提供能穩定 地檢測半導體元件部的故障的半導體繼電器。 發明揭示 為了達到上述目的，本發明的半導體繼電器配置在端子 之間’係具有根據元件驅動信號接通和斷開上述端子之間 -4-

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的半導體元件部的半導體繼 檢測出上述半導體元件部的 測裔部輸出信號者；和元件 元件驅動信號和上述感測器 部有無故障者。 電為’ ’具有：感測器部，其係 動作，根據該檢測結果輸出感 故障檢測電路，其係根據上述 輸出·信號判斷上述半導體元件 *因此，根據本發明的半導體繼電器，由於根據由檢測半 —元件。ρ的動作的感測益部輸出的感測器部輸出信號和 驅動上述半導體元件部的動作的元件驅動信號，判斷上述 半導體^件部有無故障，因此能穩定地檢測出半導體元件 部的故障。 、本發明的半導體繼電器中，上述感測器具有兩端電壓檢 測電路，其係檢測出上述半導體元件部兩端電壓，根據該 檢測結果輸出上述感測器部輸出信號（即元件間電壓檢測信 唬）者，上述元件故障檢測電路根據上述元件間電壓檢測信 號和上述元件驅動信號，能判斷上述半導體元件部有無故 障。 … 因此，根據本發明的半導體繼電器，由於能根據與上述 半導體元件部的兩端電壓有關的元件間電壓檢測信號和元 件驅動彳§號判斷半導體元件部有無故障，能穩定地判斷上 述半導體元件部有無故障，還由於使用兩端電壓檢測電 路’比採用CT (變流器）型電流感測器的半導體繼電器，還 能大幅地實現小型化。 本發明的半導體繼電器中，上述兩端電壓檢測電路係輪 出與有無上述兩端電壓對應的元件間電壓檢測信號者；上 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X 297公釐)

述元件故障檢測電路 殊上述元件間電壓檢 的邏輯判斷信號者； 信號輸出與上述半導 5虎者。 具有··邏輯判斷電 測k號和有無上述 和濾波電路，其係 體元件部有無故障 路，其係輸出與有 元件驅動信號對應 根據上述邏輯判斷 對應的元件安全信 μ ::根據本發明的半導體繼電器’由於能輸出與半導 和斷開狀態對應的根據有無元件間 有，元件驅動信號輸出邏輯判斷信號，根據該邏 1斷彳§錢㈣半導體元件㈣無㈣的元件安全产 \通過除去邏輯判斷信號中含有的雜波等 兀件安全信號。 千雊的 本灰明的半導體繼電器，|有電源電路，其係至少向上 返兩端電壓檢測電路和上述元件故障檢測電路的—方供電 :行該電源電路的供電由連接於上述端子的負編電路 币因此，根據本發明的半導體繼電器’由於當由負載電源 電路的供電被截斷時，向兩端電壓檢測電路或元件故障檢 測電路的供電也截斷，目此可以確實防止在負載電源電： 的供電戴斷時兩端電壓檢測電路或元件故障檢測電路錯誤 地檢測出半導體元件部有故障的情況的發生。 本發明的半導體繼電器，係具有以負載電源驅動負載的 負載電路和控制該負載電路的半導體元件部者；另具有： 與上述負載並聯的假負載部；和控制該假負載部和上述半 導體元件部的控制電路。 -6 - 508608 五、發明説明（4 另外，本發明的半導體繼電哭 的負載電路和控制該負栽電路：=:負載電源驅ί 具有：與上述負載並聯的假負㈣：卜元件部者；， 有接通和斷開上述負載電源 ·：上述負載電路上, 部；和控制上述假負載部 遙的接點的安全斷與 斷路部的控制電路。 上这+ ¥體元件部和上述安全 本發明的半導體繼電器，星 負載電路；控制該負載電路的==源驅動負裁的 電路上具有接通和斷開上述負載電在上述負載 安全斷路部；在上述負載的斷路負載的接點的 體;：由執行故障檢測的假負載部；和在2 = 邛上述假負載部和上述安全斷路部均〜 …投入電源的起始檢驗I態下 斷路部的故障檢測，該故障 丁上述女王 無故障時，執行上if本^ 上述安全斷路部為 ：+ +導體元件部的故障檢測，該故障檢 使A: 體兀件部為無故障時接通上述安全斷路部 匕動作，將上述負載電路控制在運轉狀態的控制手段。 上述控制手段係當上述安全斷路部正常時，在上述假負 _ 4確保上述半導體元件部的電流的路由執行上述半導體 ^件部的故障檢測一定時間’上述半導體元件部正常時^ if止執行上述半導體元件部的故障檢測的同時，接通上述 安全斷路部使它動作，可將上述負載電路控制在運轉狀 態。 另外，上述控制手段係當上述安全斷路部有故障時，在 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 508608 A7

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部、，當檢測出上述安全斷路部的上述接點未開放時，可以 上述兀件驅動電路控制不輸出上述元件驅動信號。 另外上述控制手段在投入電源時，可通過上述假負載 =使上述半導體元件部通電，確認上述半導體元件部為正 常後，控制上述安全斷路部的上述接點閉上。 一另外，具有元件故障檢測電路，其係檢測出上述半導體 元件。ρ的故障纟，上述控制手段在通常運轉時，當上述元 件欠障檢測电路確認了上述半導體元件部的故障時，可控 制上述安全斷路部的上述接點開放。 另外，上述控制手段在運轉停止時 路部之上述接點開放。 立 钇制手奴包括·感測器部，其係檢測半導體元件 j::作•’兀件故障檢測電路，其係對感測器部的感測 j出信號和元件驅動電路的元件驅動信號進行比較，能 涊係安全狀態（未發生短路故障或開路故 =：；號者；斷路電路監視電路，其係當安全斷路部處於 书作用（接點未發生溶著）狀態（例如能確認了斷路繼電 器接點❹接點閉上）時向假負載部輸出假負載信 斷路繼！器安全信?虎，而不能確認係安全狀態時 路繼電器安全信號者；和起始控制電路，其係投 ==使假負載部的假負載繼電器接通_^時間，能確 制於¥肢兀件邛的女全’或者在上述狀態下戴斷外來的控 韓二信：，向元件驅動電路輸出元件部起動時檢驗用運 斷者在上述狀態下向斷路電路監視電路輪出安全 邛核驗用“號，進行確認安全斷路部的熔著者等。 可控制上述安全斷 -9-

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A7 --—--— —_ B7 五、發明説明（7 ) ---— /導體元件部由咖服、電晶體、三端雙向可 導可控石夕整流器、GT〇等半導體開關元件構成。 g = t I發明的半導體繼電器具有··負載電路，其係以 拉載電源驅動負載者；半導體元件部，其係控制該負載電 、酋麟—〜件驅動電路，其係輸出元件驅動信號驅動上述半 ¥ 兀件部者；安全斷路部，其係接通和斷開上述負載電 原孝上述負載的接點者；感測器部，其係檢測上述半導體 广F的動作者;元件故障檢測電路，其係根據該感測器 二的感測器輸出信號和上述元件驅動元件電路的上述元件 /動L唬檢測上述半導體元件部的故障，輸出元件安全信 唬假負載部，其係在上述負載的斷路狀態下確保上述 =導體70件部的電流路由執行故障檢測者；斷路電路監視 電路；其係當上述安全斷路部處於能正常作用狀態時^出 斷路繼電安全信號者；起始控制電路，其係接通電源時動 =上述假負載部使上述半導體元件部處於能確認安全的狀 態，截斷外來的控制輸入信號，向上述元件驅動電路輸出 、一件邛起動4的檢驗用運轉信號，同時向上述斷路電路監 視電路輸出安全斷路部檢驗用信號，以確認上述安全斷路 部的熔著者；和邏輯電路，其係當上述元件安全信號和上 述斷路繼電器安全信號於到高電平時向上述元件安全斷路 部輸出安全確認信號者。 另外，感測器部也可用與半導體元件部並列連接的光電 變換元件耦合器構成。該感測器部檢測半導體元件部電 壓，向7L件故障檢測電路輸出感測器部輸出信號。

-1CU 友、 發明説明（8 而且，本發明的半 ，繼電器構成，亦；=器’可由安全繼電器形成的 雙器形成的斷路繼f H常通接,點的電磁式繼 電器形成的斷路繼 亦可由安全繼電器和通常繼 元件構成安全斷路部。 尚亦可由高耐壓性的半導體 迷半導體元件部：：： =繼電器的控制可根據輸入s,i上 :電器適當處於斷 性。 確貝進仃斷路，提高安全 安全繼電器以其強制導 接點都必定斷開♦ .者守所有a 的繼電器。用到以安全目的使用的控制電路内部 件^月的半‘體繼.電器，可將假負載部配置在半導體元 件部和安全斷路部 你干¥粗疋 栽部用電阻和電磁繼電串$】：並列：置’也可將假負 、，私态串耳外構成，假負載部也可用電阻 構成，該電阻可設定成與負載電流相比只流過小得可 的包"IL的電阻值。另外，假負載部的電磁繼電器可使用 王斷路部所使用的安全繼電器的匕接點。 另外，该感測器部可由檢測半導體元件部電壓的電 測電路構成。 灰 邊感測器部也可用與半導體元件部並列連接的光電變換 疋件ί禺合器構成。該感測器部檢測半導體元件部電壓，向 元件故障檢測電路输出感測器部輸出信號。 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X 297公釐） 508608 五、發明説明（9 另外，感測ϋ部可由檢測流過上述半導體元件部的電流 的電流檢測電路構成。該感測器部檢測流過半導體元件： 的電流，向元件故障檢測電路輸出感測器輸出信號。° 另外，感測器部和元件故障檢測電路可都做 有當一方有故障時使另一方处τ 早才便另方此正常動作的構成，以提高 障容限性。 ° ^ 另外’本發明的半導體繼電器，可具有從外部接到安全 控制信號，強制地開放上述安全斷路部的功能。 另，’本發明的半導體繼電器，可具有向外輸出安全控 制信號，亚具有當檢測出内部的故障狀態時控制安全 信號的功能。 工 另外，本發明涉及的半導體繼電器係用到三相電源的半 導體繼電器，可使安全斷路部斷開兩相。 另外，本發明的半導體繼電器的控制方法，係在半導體 元件部和假負載部和安全斷路部均為斷開狀態的無電源2 態投入電源的起始檢驗狀態下，執行上述安全斷路部的'故 障檢測，該故障檢測的結果上述安全斷路部為無故障時， 執行上述半導體元件部的故障檢測，上述半導體元件部為 無故障時接通上述安全斷路部使它動作，將負載電路控制 在運轉狀態，當上述安全斷路部的故障檢測的結果上述安 全斷路部有故障時，在上述假負載部不執行上述故障= 測’而控制上述負載電路不進入運轉狀態，還有當上述= 導體元件部的故障檢測的結果’上述半導體元件部有故障 時，控制上述負載電路不進入運轉狀態的。 -12- 508608 A7 B7

五、發明説明 因此’根據本發明的半導體繼電器的控制方法，由於能 早期檢測出半導體元件部的故障，可提高袭置的安二生， 另外，由於確保裝置本身的安全後允許輸 可 提高使用它的整個系統的安全性。 °⑴ 而且’由於感測器部能檢測出半導體元件部的特性值的 惡化，可在半導體元件部於収全故障地步前，被安全斷 路部斷開負载電路，或通過向使用者發出警報提醒注意， 在於到危險狀態前停止裝置，提高系統的安全性。 附圖的簡單的說明 圖1係表示本發明的半導體繼電器第！個實施形態的ssR的 外觀構成的立體圖。 圖2係表示第i個實施形態的SSR内部的概略構成的方塊 圖。 圖3係表示有關第丨個實施形態的元件間電壓檢測電路内 部的電路構成的示意圖 圖4a、b係表示有關第丨個實施形態的三端雙向可控矽開 關元件斷開時的元件間電壓和元件間電壓檢測信號的關係 的信號波形圖。 圖5a、b係表示有關第i個實施形態的三端雙向可控矽開 關元件接通時的元件間電壓和元件間電壓檢測信號的關係 的信號波形圖。 圖6係表示有關第丨個實施形態的有關元件驅動信號和元 件間電壓檢測信號的判斷算法的示意圖。 圖7a、b係有關第1個實施形態的三端雙向可控矽開關元 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) A7 B7

508608 五、發明説明（μ 件的正#斷開時的邏輯判斷信號和元件安全信號的信號 形圖。 圖8a、b係有關第1個實施形態的三端雙向可控矽開關元 件的斷開故障時的邏輯判斷信號和元件安全信號的信號 形圖。 圖9a、b係有關第i個實施形態的三端雙向可控矽開關元 件的接通故障時的邏輯判斷信號和元件安全信號的信號 形圖。 圖l〇a、b係有關第！個實施形態的三端雙向可控矽開關元 件的半波接通故障時的邏輯判斷信號和元件安全信號的作 號波形圖。 圖11A、B係有關第1個實施形態的三端雙向可控矽開關 兀件的正常動作時的電源電壓、元件驅動信號、元件間電 壓檢測彳§號’邏輯判斷信號和元件安全信號的信號波形 圖。 圖12 A、B係有關第1個實施形態的三端雙向可控矽開關元 件的接通故障時的電源電壓、元件驅動信號、元件間電壓 檢測信號’邏輯判斷信號和元件安全信號的信號波形圖。 圖13 A、B係有關第i個實施形態的三端雙向可控矽開關元 件的斷開故障時的電源電壓、元件驅動信號、元件間電壓 檢測信號，邏輯判斷信號和元件安全信號的信號波形圖。 圖14 A、B係有關第1個實施形態的三端雙向可控矽開關元 件的半波接通故障時的電源電壓、元件驅動信號、元件間 電壓檢測彳§號’邏輯判斷信號和元件安全信號的信號波形 -14- ^紙張尺度適财_賴準(CNi7I^21Q X 297公釐)

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508608 五 發明説明（12 圖。 圖15A、B係有關第!個實 :物供電時的電蝴、元件驅動“：二厂元 三相時:=弟1個實施形態的一三角㈣ 相咖適用到星形接… 成的方塊圖T第2個胃％形恶的半導體繼電器内部的概略構 圖19係该半導體繼電器的起動時的流程圖。 裝 圖20係該半導體繼電器的運轉時的流程圖。 圖21係該半導體繼電器的開放故障時的時間圖。 圖22係該半導體繼電器的短路故障時的時間圖。 圖23⑴、⑺係該半導體繼電器的控制狀態示音圖。 圖圖24⑴、⑺係該半導體繼電器的其它控制狀態示意 :電2路I將該半導體繼電器適用到三相電機的驅動電路時 圖26係在該半導體繼電器的感測器部上使用電流· 路時的故障檢測流程圖 包 實施發明的最佳形態 下面對實施本發明的最佳形態根據附圖加以說 (實施形態1) ° ° -15- 本紙張尺度適用中國國家標準(CMS) A4規格(210 X 297公愛）

^VJUO A7 〜丨1 " … __ B7 五、發明説明（13 ) --------- 圖係表π本發明的半導體繼電器第1個實施形態的的 外觀構成的立體圖。 、 圖1所示的SSR100,用螺絲安裝在散熱片上，該SSR100的 ::安裝了可搖擺的罩103，該罩1〇3上有與點燈顯示輸入 、心和警報輸出狀態等的指示LED對應的開口部⑽。 另外罩103的下面配置著一對輸入端子ι〇5和一對報馨 ㈣出端子U)6和電源端子1()7的5個端子。還有ss_的寬向 的兩側部有分別與負載電源和加熱器等負載連接的一對輸 出鳊子108(圖1只示出了 一方輸出端子ι〇8)。 圖2係表示第i個實施形態的徽⑽内部的概略構成的方 塊圖。 圖2所不的SSR1〇〇具有根據從外部負載電源電路1〇9的供 電，例如向產生5V的内部定電壓進行故障檢測的電路等供 電的電源電路110 ’和從溫度調節器等控制機器111輸入控 制輸t信號的輸人端子1(35，和根據該輸人端子1G5的控制 輸入信號輸出元件驅動信號的元件驅動電路112，與加埶哭 等負載⑴和負載電源電路109的串聯電 輸端; 和配置在輸出端子108之間的内裝著三端雙=: 開關兀件1 14作為半導體元件的半導體元件部.丨15。 表示第1實施形態的SSR100為了能檢測三端雙向可控矽開 開元件1 14的故障，具有以下構成。 . 幵 該SSR100具有··作為檢測三端雙向可控矽開關元件丨^的 兩端間電壓的作為感測器部的兩端電壓檢測電路1 1 6 ’·和根 據該元件間電壓檢測電路丨16發出的感測器部輸出信號一元 -16- 本紙承又度適财® 8家鮮(CNS) A4規格(2鮮297公爱） ^ -----一 508608

件間電壓檢測信號和元件驅動電路丨12發出的元件驅動信號 判斷二端雙向可控矽開關元件丨丨4有無故障，輸出與該有無 故障對應的元件安全信號的元件故障檢測電路1 1 7 ;和根據 該元件故障檢測電路丨17發出的元件安全信號輸出警報信號 的警報輸出電路118。 圖1所示的罩103的開口 104配置了根據元件驅動電路112 發出的元件驅動信號，點燈顯示輸入狀態的指示LEDl3〇， 和根據元件安全信號，點燈顯示警報輸出狀態等的指示 LED131。尚且，警報輪出電路118的警報輸出端子I%，如 圖2所示，連接著根據外部直流電源128和元件安全信號被 驅動的繼電器129或PLC等。 ^

元件故卩羊仏測電路117具有：邏輯判斷電路119， 據元件驅動信號和元件間電壓檢測信號輸出邏輯判 者，和濾波電路120，其係由邏輯判斷信號除去了雜 擾因素，輸出元件安全信號者。 70件間電壓檢測電路116，如圖3所示，具有：二 -/、係進行二端雙向可控石夕開關元件1 14的電 流者，電晶體122、電阻丨23和齊納二極體124，其係 電流亚同時穩定電壓者；齊納二極體125，其係為了 定檢測臨限值者；#光電變換元件耦合器126，其係 雙向可控矽開關元件丨14的兩端電壓即元件間電壓超 檢測臨限值時，輸出高電平元件間電壓檢測信號， 一]電壓未滿所定的檢測臨限值時輸出低電平者。 圖4和圖5表示元件間電壓和元件間電壓檢測信號 其係根 斷信號 波等干 的關係 -17-

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508608 五、發明説明（15 ) 的信號波形圖。圖4表示三端雙向可控石夕開關元件114斷開 ’圖5表示三端雙向可_開關元件m接通時的 三端雙向可控石夕開關元件114斷開時，如圖4⑷所示 為元件間電壓發生與負載電源電路1〇9對應的正弦波電壓， 根據超過檢測臨限值的部分，如圖4(b)所示，自元件間兩 壓檢測電路116輸出所需脈衝寬度的高電平元件間電壓檢： 信號。 一另外’三端雙向可控⑪開關元件114接通時，如圖5⑷所 :’兀件間電壓只發生不於到檢測臨限值的…左右的電 壓’如圖5(b)所示，由元件間電壓檢測電路ιΐ6輸出低電平 兀件間電壓檢測信號。 元件驅動電路112，係由控制機器lu有了控制輸入信號 :輸入時，向邏輯判斷電路119輸出高電平元件驅動信號，u 無控制輸入信號的輸入時’向邏輯判斷電路"9輸出低電平 元件驅動信號者。 以下對元件故障檢測電路丨17的故障判斷算法加以說明。 元件故障檢測電路丨丨7，係根據元件間電壓檢測電路1 ! 6 發出的元件間電壓檢測信號和元件驅動電路π2發出的元件 驅動信號，如圖6所示，檢測三端雙向可控矽開關元件π4 有無故障者。 疋件故障檢測電路11 7，例如元件驅動信號係高電平，元 件間電壓檢測信號係低電平時，由於元件驅動信號係高電 平所以三端雙向可控矽開關元件114係接通的’而且元件間 508608 A7 B7

五、發明説明 可判斷為三端雙向 電壓檢測信號係低電平，則如圖6所示 可控矽開關元件Π4係正常的。 另外，元件故障檢測電路117，例如元件驅動信號係高電 平，元件間電壓檢測信號係高電平時，由於元件驅動信號 係南電平所以三端雙向可控矽開開元件114係接通的，但是 由於元件@電壓檢測信號係高電平所以三端雙向可控石夕開 關元件114係斷開的，則如圖6所示，可判斷為三端雙向可 控矽開關元件1 1 4係斷開故障。 另外，元件故障檢測電路117,例如元件驅動信號係低電 平’元件間電壓檢測信號係高電平時，由於元件驅動信號 係低电平所以二端雙向可控矽開關元件i 14係斷開的’而且 由於元件間電壓檢測信號係高電平，則如圖6所示，可判斷 為二端雙向可控石夕開關元件1 14係正常的。 另外，元件故障檢測電路117 ,例如元件驅動信號係低電 平，元件間電壓檢測信號係低電平時，由於元件驅動信= 係低電平所以三端雙向可控矽開關元件丨14係斷開的，但是 由於元件間電壓檢測信號係低電平所以三端雙向可控矽開 關元件1 14係接通的，則如圖6所示，可判斷為三端雙向可 控矽開關元件Π 4係接通故障。 以下再對元件故障檢測電路1 1 7内部的邏輯判斷電路1 1 9 和濾波電路120的處理算法加以說明。 元件故障檢測電路1 Π的邏輯判斷電路1 19，取元件驅動 k號和元件間電壓檢測信號的排他性邏輯和（異），並將# 排他性邏輯和翻轉。濾波電路12()基本上以CR的時間常數使 -19- 發明説明（17 邏輯判斷電路119的邏輯判斷信號滑順，當它超過所定的臨 限值8寸，就視為故障而輸出高電平元件安全信號。 以下對元件故障檢測電路内部的邏輯判斷電路u 9和濾波 電路120的處理算法，舉故障判斷的例子加以說明。圖7至 圖1〇係由邏輯判斷電路119輸出的邏輯判斷信號和濾波電路 1 20輸出的元件安全信號的信號波形圖。圖7係三端雙向可 控矽開關元件1 14正常接通時，圖8係三端雙向可控矽開關 元件114斷開故障時，圖9係三端雙向可控矽開關元件接通 欠障時，圖1 〇係二端雙向可控矽開關元件丨丨4單側的半波接 、欠卩早t的邏輯判斷#號和元件安全信號的信號波形圖。 $如圖7所示，三端雙向可控矽開關元件114正常接通時， :輯判斷電路119，通過翻轉圖4(a)所示的所需脈衝寬度的 尚f平元件間電壓檢測信號和低電平元件驅動信號的排他 性邏輯和，將輸出圖7(a)所示的脈衝寬度小的邏輯判斷信 唬。亚且，由於濾波電路12〇的該邏輯判斷信號的脈衝寬产 :，不超過所定的臨限值，如圖7(b)所示，將輸出表示： 端雙向可控矽開關元件114正常的低電平元件安全信號。 另士外，如目8所#，三端雙向可控石夕開關元件114斷開故 卜邏輯判斷電路U9，通過翻轉圖所示的所 見度的兩電平元制電隸測㈣和高電平元件驅岭 邏輯和，將輸出圖8(a)所示的脈衝寬度小的邏= 且，由於濾波電路12G的該邏輯判斷信號的所 :一、衝見度超過所定的臨限值，如圖8(b)所示，將輸 不二端雙向可控矽開關元件1 14敌障的高電平元件安全^ 本紙張尺舰财目目 -20 A7 B7 五、發明説明（18 ) 號。 立另外，如圖9所示，三端雙向可控矽開關元件丨14接通故 障時，邏輯判斷電路丨19，通過翻轉圖5(b)所示的低電平元 件間電壓檢測信號和低電平元件驅動信號的排他性邏輯 、將輸出圖9( a)所示的高電平的邏輯判斷信號。並且， 一；濾波黾路12〇的該邏輯判斷信號的脈衝寬度超過所定的 一限值如圖9( b)所示，將輸出表示三端雙向可控矽開關 疋件114故障的高電平元件安全信號。 另外，如圖10所示，三端雙向可控矽開關元件114的單側 的半波接通故障時，邏輯判斷電路119，三端雙向可控矽開 關疋件114的單側將正f斷開，如圖1〇(b)所示，將輸出長 周期的所需脈衝寬度的邏輯判斷信號。並且，由於濾波電 路120的該邏輯判斷信號的所需脈衝寬度超過所定的臨限 士圖10( b)所示，將輸出表示三端雙向可控矽開關元件 114故障的高電平元件安全信號。 、尚且，濾波電路120，如果輸入特定占空係數（duty … 、上的遝輯判斷彳§號，將輸出高電平元件安全信號。 以下根據圖"至圖14的信號波形圖，對有關第赜施形態 的故障判斷動作加以詳細的說明。圖u係正常動作時的； 號波形圖，該圖（A)表示無控制輸入信號的輸入時，該圖 表不有控制輸入信號的輸入時，（a)係與負載電源電路1㈧ 對應的電源電壓，（b)係由元件驅動電路U2輸出的元件驅 動信號，（c)係由元件間電壓檢測電路116輸出的元件間電 壓礆測信號，（d)係由邏輯判斷電路丨19輸出的邏輯判斷= -21 - ^08608 五 、發明說明（19 該圖)/r)由4波電路i2G輸出的元件安全信號。 112如⑴所示，元件驅動信號成：二：件驅動電路 :梦開關元件m正常動作，並’：端雙向可 ()所不’成為所需脈衝寬度的元件門+ 電 號。並且，邏輯判斷電路119,通間電卷檢測信 件間電壓檢測仁啼M 4fc k翻轉疋件驅動信號和元 m ^ ^ 、彳5號的排他性邏輯和，將成為Cc〇 m - Μ - 判斷k號，由於兮，⑽站"β Λ ~ σ)所不的邏輯 政〗9Π收 ；σ亥避輯判斷信號的占空係數變小、者士 路120將如U)所示，將成為表 文广遽波電 正常的低電平元件安全信號。—知又向了控石夕開關元件 ’、 兀件驅動#號成為高電平，祐一 控矽開關元侏Η Z T A 4 十使二端雙向可 封兀件114正常動作，並係接 路116如所-,.^ 兀件間電壓檢測電 I _ ，成為低電平的元件間電堡檢^^ 、， 且，邂輯判斷電路〗19，iS禍-絲_ 杈別4唬。亚 壓檢測作於的η ° 疋件驅動信號和元件間電 i唬的排他性邏輯和，將 ^ 判斷信號，、、# 為（d)所不的低電平邏輯 向可控”ί : 將如(e)所示’將輸出表示三端雙 :，件114正常的低電平元件安全信號。 圖U/η唼通故障時的信 入信號的輸 1 θ，“圖（A)表示無控制輸 該圖(：： ()表示有控制輸入信號的輸入時。 (A),雖然由於無控制輸入信號 ' 路112如（b)所+ 一从^ 乜疏的輸入，兀件驅動電 端雔丄 動信號成為低電平，但是由於二 知又向可控矽開關元件114係接通狀離 ：由於- 路⑽⑷所示，成為低電平元㈣電壓檢測電 1千間電壓檢測信號。並 22 本纸張尺度咖料(CNS) A4^(2iqx挪公爱了 508608 五、發明説明（2〇 且，邏輯判斷電路丨19，通過翻 壓檢測信號的排他性邏輯和 區動信號和元件間電 判斷作泸，瀘，* Φ々 ’成為（d)所示的高電平邏輯 ㈣U ’ 4波電路12〇將如（e)所示 _ = 向可控矽開關元件U4 ’成為表不二鈿雙 Λ日兮的 冋兒+疋件安全信號。 尚且’该圖（Β)，由於有控制輸入 電路m如(b)所示，元件驅 -件驅動 三端雙向可控侧元件114的接通由=測 輸入信號的輸入時能檢測接通故障，所1門=控制 入m®，該圖（a)表示無控制輸 ΐ二二’該圖(B)表示有控制輸入信號的輸入時。 路心 於有控制輸入信號的輸入，元件驅動電 ，所不’元件驅動信號成為高 端雙向可控彻元件114係斷開狀態，元件間電=: 路Π6如（c)所示，成 ^双測包 硤。廿日咖处 1而^術見度的兀件間電壓檢測信 :門二〜 斷電路119，通過翻轉元件驅動信號和元 =/號的排他性邏輯和，成為⑷所示的所需脈 ㈣斷仏唬，濾波電路120將如（e)所示，將成 士 二編雙向可控矽開關元件"4故障的高電平元八 信號。 王 電=:(A)，由於無控制輸入信號的輸入，元件驅動 電路2如Ο)所示，元件驅動信號成為低電平，不能 三端雙向可控矽開關元件114的斷開故障，但是由於有控制 輸入信號的輸入時能檢測斷開故障，所以完全沒有問題。 圖14係三端雙向可控石夕開關元件單側的接通故障時的信 A7

號波形圖，該圖（A)表示無控 矣+古狄以^ 工⑴侧八L现的W入時，該圖（β) 表^有控制輪入信號的輸入時。 〇亥图（A) ’雖然由於益控 路H2如（b)戶斤干_杜、居[^輸入^的輸入’元件驅動電 、70件驅動信號成為低電平，但是由於三 &又向可控石夕開關S # 1 14單側係接通狀態，元件間電壓檢 測電路116如（（:）所+ , ^ , m 兀仵間电壓k 電壓檢測信號。並且期所需脈衝寬度的塌 動m此 且，34輯判断電路119，通過翻轉元件驅 件間電壓檢測信號的排他性邏輯和，將成為(d) =長周期所需脈衝寬度的邏輯判斷信號，遽波=: 二一e戶斤tf ’將成為表示三端雙向可控矽開_元件"4故 P早的南電平元件安全信號。 尚且’該圖(B) ’由於有控制輸入信號的輸入，元件驅動 電路112如（b)所示，元件驅動信號成為高電平，不能檢測 半波連接故’但是由於無控制輸人信號的輪人時能檢測 半波接通故障，所以完全沒有問題。 根據第1實施形態，根據與三端雙向可控石夕開關元件⑴ 的兩端電壓冑_ A件間電壓&測信號和元件驅動信號對 應的元件驅動㈣’可判斷三端雙向可控石夕開關幻牛⑴有 無故障，能穩定地檢測三端雙向可控矽開關元件114的故 障，還由於使用元件間電壓檢測電路116，比採用C丁（變流 器）型電流感測器的半導體繼電器，還能大大地實現小型 化0 另外，根據第1實施形態 元件間電壓檢測信號和有無元件驅動信 邏輯判斷電路119可根據有無 號輸出邏輯判斷信 -24-本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 508608 五、發明説明（22 ΐ干=路1二根據邏輯判斷信號的占空係數除去雜波 專：擾因素’冑出與有無故障對應的元件安 可％定地檢測三端雙向可控矽開 & 測—端簪-可批/ 件u 4的故障’還能檢 、J 了知雙向了控矽開關兀件丨14單侧的半波故障。 二據第1實施形態’如圖2所示，向檢測故障的元 Γ 檢測電路116和元件故障檢測電路m供電的電源 -路U0係受到負載電源電路109的供電的， 如社束、 斷開了斷路開關127’向半導體元件部115= 二：截：:：且，向電源電路"。的供電也同樣 ， =進灯故F早檢測動作，來自負載電源電路⑽的供電的截 斷’因此可以確貫防止錯誤地判斷羊導體元件部有故障。

圖15係斷開這種斷路開關127，向半導體元件部η 電被載斷狀態下的電源電壓、元件驅動信號、元件麗 檢測信號、邏輯判斷信號和元件安全信號的信號波形圖。 :半導體元件部115的供電被截斷時，向電源電路η。的供 電也同時被截斷，不能進行故障檢測動作，因此元 信號成為低電平。 I 對於上述第丨實施形態，使用丄臺“^⑻的單相為例做了 況明。但是適用到將2臺88尺100’如圖16連接成三角形接線 或如圖17連接成星形接線的三相上’當然也能取得同 效果。 於第1實施形態中，雖係以三端雙向可控矽開關元件i Μ 作為等半導體元件之例予以說明，但不庸置言使用其他輪 出元件亦可獲同樣之效果。 /' 則 第1實施形態，也可使用微電腦等來執行三端雙向可控矽 裝 訂 -25- 508608 A7 _____B7 i、發明説明（23 ) 酿~~~^ 開關元件1 1 4的故障判斷等。 (實施形態2) 下面對表示實施形態2的半導體繼電器加以說明。 一般的繼電器作為最終級輸出者使用電磁繼電器者，和 具有半導體元件的半導體繼電器者。 最終級使用半導體元件的半導體繼電器，雖狹在高速響 應性和壽命長的方面具有優越性，但是避免斷路故障㈣ 難’因此短路故障會導致危險的，均與電磁繼電器組^使 用。 尤其以安全目的使用的繼電器，還使用進一步提高了可 靠性的安全繼電器和周知技術的電磁繼電器，從上述角产 看，以往認為半導體繼電器係不夠格的。因此一般㈣： 開始就採用組合半導體繼電器和電磁繼電器的結構’以 高可靠性。 但是這種繼電器，要實際檢測半導體元件的故障，需要 向電路通電流，如果沒注意到半導體元件的短路故障=接 通了電源，繼電器有忽然開始動作或不能停止的危險，另 外還有因不能控制動作，致使繼電器本身的其它部位也 生故障的危險。 受 為此，第2個實施形態所示的半導體繼電器，係鑒於上述 問題所考慮的。該目的在於早期檢測出半導體元件部的故 障，提高繼電器的安全性’並提供能提高使用該繼電器的 整個系統的安全性的高可靠性半導體繼電器。 ’ 圖18係表示第2個實施形態的半導體繼電器内部的概略 成的方塊圖。圖19係該半導體繼電器的起動時的流程圖。 • 26 -

本紙張尺度適财g g涵準(CNS) Α4规格(210X 297公

發明説明 t \’控制電路（控制手段），包含：感測器部13、元件 故卩f檢測電路14、斷路電路監視電路15、起始控制電路16 、C輯屯路（AND電路）1 8。另外，電源電路7係由負載電 源电路5產生電路用電源，向各電路供應的。 另外半導體元件部9構成作為半導體繼電器的半導體元 件（半‘體開關元件；例如三端雙向可控矽開關元件）8， 係根據το件驅動電路丨〇發出的元件驅動信號控制負載電路2 豆、，，“ 具有輸入信號端子1和負載電路2的輪入侧 /，3B和輸出側端子4Α、4β，輸入側端子从、3β與負 包源電路5連接著，輸出側端子4A、盥 、 9、而且，”體繼電器A具有：電源電路;負:^；部 疋{驅動電路10、假負載部1 1、安全斷路部12、感測器 Π疋件故障檢測電路14、斷路電路監視電路15、起始 控制電路16和邏輯電路（及（AND)電路）18。 尚且’半導體元件部9，也可由其它種類的半導體開關元 件如M0SFET、f晶體、可控石夕整流器、GTC)等構成。 言另外’兀件驅動電路1〇，根據控制輸入信號產生驅動半 V 元件8的元件驅動信號。無相位控制信號時控制全〇N/ 王0FF °另外’為了向元件驅動電路10輸入外來的控制輸入 ^ j和起始控制電路16發出的元件部起動時檢驗用信號的 任思、一方’元件驅動電路丨〇的輸入側安裝著轉換開關部 17 σ亥轉換開關部17，係由起始控制電路16控制轉換的。 另外’假負載部11係為了確保截斷負載時確認半導體元 件9的女全性的電流路由者，由電阻和作為電磁繼電器 -27- ^尺度適用中國國家標準(c^il^T210 X 297公6

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線 j^6〇8 A7

)21]串 路2連接 的假負載繼電器21的繼電器接點（常通繼電器 聯構成，該假負載部i i對負載6並列地與2載= 另外’安全斷路部12’係將由兩個電磁繼 式安全繼電器)形成的斷路繼電器22、 ：(制導向 通繼電器接點） 負載ό並列地與負載電路2連接著。而且、 。 :皮輪入時，閉上斷路繼電器22、23的繼電二妾二 ^與負載電路2連接，另夕卜，當不能確認半導體元件部㈣ 女全（或整個系統的安全）時，立即斷開負載電路2 ’另 向斷路電路監視電路15輸出為確認接點料的㈣確舒 作為強制導向式安全繼電器的斷路繼電器Μ，U以其 :“i導向機構’使任意_個&接點_所。有b接點二 斷開，任意-個b接點溶著時所有成.點都必定斷開係用 Ϊ以女王目的使用的控制電路内部的繼電器者.。 另外，感測器部13以與半導體元件8並列連接的電壓檢測 電路-光電變換元件搞合器24構成，檢測半導體元件8的電 壓，向元件故障檢測電路14輸出感測器部輸出信號。 元件故障檢測電路14，係對元件驅動電路1〇的1元件驅動 信號和感測器部i 3的感測器輸出信號進行比較，能確認係 安全狀態（未發生短路故障或開放故障）後’輸出元件安全 信號者。 另外，斷路電路監視電路15，根據熔著確認信號判斷安 * 28 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公 A7 B7. 五、發明説明（26 ) 王斷路部處於能正常作用狀態 22、23的繼電器接點22-1、23 斷路繼電器安全信號。另外， 出斷路繼電器安全信號。 ’（例如能確認與斷路繼電器 -1成對的b接點閉上）時輸出 不能確認係安全狀態時不輸 另外’起始控制電路16’投入電源時向假負載和輸出 :負載部控制信號’將假負載部"的假負載繼電器21接通 一定時間’使它能夠確認半導體元件部9的安全，另外，在 士述狀.¾下載斷外來的控制輸入信號，向元件驅動電路 輪出元件部起動時檢驗用信[另外，在上述狀態下向斷 路電路監視電路15輸出安全斷路部檢驗用信號，執行溶著 ^尚且电源电路7係根據電源投入向起始控制電路1 6 輸出起動信號者。 另外’邏輯電路（AND電路）18，係當元件故障檢測電路 14輸出的元件安全信號和斷路電路監視電路輸出的斷路 Μ電⑽女王U虎同4被輸出時（成為高電平時）’向安全斷 路部12輸出安全確認信號者。 下面使用圖19所示的流程圖和圖21所示的時間圖，對上 述構成的半導體繼電器Α的動作加以說明。 在初期狀悲下，+導體元件8、假負載部i i的假負載繼電 裔2 1的繼電态接點2 1- 1和安全斷路器丨2的兩個斷路繼電器 22、23的繼電器接點22小23”均係斷開狀態。 而且，一投入電源，電源電路7就開始動作，由該電源電 路7向起始控制電路16輸入起動信號（步驟S1、步驟S2)。起 始控制電路16控制轉換開關部17，戴斷外來的控制輸入信 -29 - ¥紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297^17 五、 發明説明（27 :二：斷路電路監視電路15輪出安全斷路部檢驗 驟二广路部12的兩個斷路繼電器一執行炫著確二 =電路監視電路15、判斷安全斷路部12是否處於能正 生著接點熔著）的狀態（步驟S3)，判斷安全 :12係能正常作用的狀態時，起始控 | 輸出假負載控制信號，動作該假負載部尤= :電器21，使繼電器接點2"接通一定時間 源部5,體元件部9、假負載部" 二 S4)。 俜取97蜋路（步驟 另外，起始控制電路16，向元件驅動 起動檢驗用信號，元件驅動電路丨。產生元件驅== 8。因此，由負載電源部5、半導體元:牛二2元件 成的環路將隨著半導體元件8的接通和斷開流入電流。。11構 二”部13,檢測半導體元件部9的給半導體：件8的元 件間笔壓，向元件故障檢測電路14輸出該感測 (;件間電壓檢測信號）。另外’元件驅動電路10向元二： P早檢測電路Η輸出元件驅動信號。因此，元件故 路14根據感測器輸出信號和元件驅動信號來判轉電 件8是否正常動作（步驟S5)。 、把疋 “元件故障檢測電路14，判斷半導體元件8處於正常作用狀 態時’經-定時間後’起始控制電路16中止假負載控鮮 部11輸出，藉以使此假負載部11之假負載繼； 心之繼電器接點⑴為切斷’起始控制電路16切換切換 -30-

508608 五、發明説明（28 開關部1 7 (步驟6 )。 兀件故障檢測電路14，判斷半導體元件8處於正常作用狀 態時，元件故障檢測電路14輸出元件安全信號。另外，斷 路，路監視電路15，當安全斷路部12處於能正常作用（未發 ^者接點熔著）狀態（例如能確認斷路繼電器UU的繼電 器接點22-1、23-1的b接點已閉上）時，輸出斷路繼電器安全 信號。 全信號和斷路繼電器安全信號的兩個信號被輸入 砝^(AND電路）18時（元件安全信號和斷路繼電哭 ，全信號都係高電平時），由該邏輯電路UND電路）18向 文全斷路部12輸出安全確認信號。為此，斷路 =繼：器接點接通，讓外來的控制輸入信號 L几步=)電路I驅動負載電路2,進人運轉狀態（步 =^步驟S3中’安全斷路部12不能正常作用時（發生接 止：：：：，’將被斷路電路監視電路15檢測出，停 驟s: 安全信號的輸出’發出警報等後停止動作(步 另外::㈣中，半導體元件部9有故障時，感測器部Η 不^ =心檢測電路14輸出感測器部輸出信號。為此， 兀件心檢測電路14判斷半導體元件部9不在正常牛 '^2) ’斷路電路監視電路15停止斷路繼電器安全作號二 輸出。為此，安全斷路部12的斷路 。 ^ 接點22-1、23韻斷開，不進入運繼轉:^ 下面根據圖20所示的流程圖和圖21、：、(:驟° 圖22所不的時間圖 31 - 本紙張尺度適用巾S S家鮮(CNS) A4規格(細χ挪公董） 裝 訂

對開放（斷線）故障和斷路故障加以說明。 一運轉狀心中，以圖20所示的流程圖的步驟U1〜步驟仍所 不的？程監視半導體元件8的接通和斷開狀態。在此處，如 ，以三端雙向可控矽開關元件為半導體元件8考慮，為監視 元件：驅動狀恶’需要對元件的點弧狀態進行監視。尚 且丁‘肪·元件8的接通狀態設為運轉標誌丨的狀離、，半導 體元件8的斷開狀態設為運轉標誌0的狀態。， 轉狀步驟Tl)中，I導體元件8為接通狀態（運轉標 =1的狀恶）而且該半導體元件8的電壓絕對值小於1 · 5 V 枯，未發生著開放（斷線）故障，可判斷為正常（步驟Τ2、步 ^ y驟Τ4)，允s午繼續通電（步驟τ5)，因此運轉狀態被 V驟T3中半^體元件8的電壓絕對值大於1 · 5 V時，被判 斷為發生著開放（斷線）故障（步驟T6)，安全斷路部12的斷 路繼電！ 22、23被開放’負載電路2被停止通電，停止運轉 (步驟Τ 7)。 士這樣，當運轉之中發生開放（斷線）故障時，圖Η所示的 才間圖上，感測益輸出信號雖然成為低 號(驅動信號)仍係高電平。在此狀能下一此，' 门私卞隹此狀恶下，兀件安全信號將 ^低電平。®此，儘管低電平的元件安全信號和高電平 的斷路繼電器安全信號的兩個信號被輸入到and電路18， 由於該AND電路18不發出安全確認信號，在安全斷路部 2斷路繼電器22，23的繼電器接點22- 1、23_ 1就斷開， 使負載電路2停止運轉。 々I轉狀態（步驟T1)中，半導體元件8為斷開狀態（運轉標 一為〇的狀態）而且該半導體元件8的電壓絕對值大於ι〇ν -32- 本紙張々錢财S 8家標準(CNS) Α4規格(210X297公釐了

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線 观608 A7 ^^_— _B7_ 反、發明説明（~y " -----~ π，未發生著短路故障，可判斷為正常（步驟T8、步驟 4)，允許繼續通電（步驟Τ5)，因此運轉狀態被繼續。 步驟丁8中’半導體元件8的電壓絕對值小於ι〇ν，而且電 |’丰電壓也小於10V時，未發生著短路故障，被判斷為正常 (ν驟Τ8，步驟Τ9、步驟Τ4) ’允許繼續通電（步驟τ5)，因 此運轉狀態被繼續。 另外，步驟Τ8中，半導體元件8的電壓絕對值小於1 〇ν， 而且電源電壓大於1GV時’發生著短路故障，被判斷為異常 V驟丁10)，安全短路部12的短路繼電器22、23被開放，負 載電路2被停止通電，停止運轉（步驟T7)。 、 卜這樣，當運轉之中發生短路故障時，圖22所示的時間圖 I 、控制輸入信號（驅動信號）和感測器輸出信號都係低電 平狀態，感測器輸出信號產生高電平的信號F。因此，高電 平的元件安全信號成為低電平狀態。儘管該低電平元件安 f信號和高電平短路繼電器安全信號的兩個信號被輸入到 避輯電路（AND電路）18，由於該AND電路18不輸出安全確 認信號，在安全斷路部12，電磁繼電器22、23的繼 點22-1、234就斷開，使負載電路2停止運轉。 另外，使用圖23所示的控制狀態示意圖對第 示的半導體繼電器的控制方法加以說明。 “心所 乂在無電源狀態（初期狀態）下，如圖23的〇)所示，半導體 元件的半導體元件8、假負載部丨丨的假負載繼電器以的 繼電器接點21- 1和安全斷路部12的兩個斷路繼電器μ、23 的繼電器接點22-1、23-1均係斷開狀態（步驟Wl)。°°一 而且，一投入電源，就進入起始檢驗狀態（步驟，斷 路繼電器22、23的故障檢測和假負載部21開始動作，進行 -33- 本纸張[度適I中國國家標準(CNS) A4規格 川 OOU8 五 發明説明（31 電：體兀件部9的故障檢測。這些故障檢測的結果，斷路繼 _ 23和半導體元件部9被確認為無故障時，斷路繼電 一3的、’▲電為’接點22· 23- 1被接通’半導體元件部9 開始動作進入運轉狀態（步驟W3)。 在^運轉狀態下，如圖23的（2)所示，在停止狀態（步驟 W4)扠入驅動仏號，進入驅動狀態（步驟w5)，另外，在運 轉狀態斷開驅動信號，進人停止狀態（步驟W4)。另外，從 運轉狀悲截斷電源或戴斷負載，成為無電源狀態（初期狀 態）。 另外，在起始檢驗狀態（步驟W2)中，故障檢測的結果， 斷路繼電器22、23的繼電器接點22_ι、23-ι有熔著時，假 負載部11不通電，半導體元件部9的故障檢測被停止。 另外，在半導體元件部9處於有故障的故障狀態時（步驟 W6) ^斷路繼電器22、23的繼電器接點22_ 1 , 1係斷開狀 態，半導體it件部9不動作，成為負載停止狀態（步驟W7)。 另外，在運轉狀態（步驟W3)中，半導體元件部9發生了故 障％，假負載部11不通電，成為故障狀態（步驟W6),斷路 繼電器22、23的繼電器接點22-丨、23-1係斷開狀態，半導 體元件部9斷開，被控制不進入運轉狀態（步驟W7)。 根據第2實施形態，由於早期檢測出半導體元件8的故 障，可提高裝置的安全性，另外，由於確保裝置本身的安 全後允許輸出運轉信號，可提高使用它的整個系統的安全 性。 而且，由於能以感測器部13檢測出半導體元件8的特性值 -34- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) A7 B7 五、發明説明（32 ) 的惡化’可在半導體元件8於到完全故障地步前，被安全斷 路一 12斷開負載電路2 ’或通過向使用者發出藝報提醒注 意，在於到危㈣態前停止裝置，提“統的安。全性。 另外，作為第2實施形態所示的半導體繼電器的其它控制 方法’如圖24的（1)、（2)所示的控制狀態示意圖，安全斷 路部咖斷路繼電器22、23的㈣，可根據輸人到半導體 元件邛9的元件驅動信號，隨時進行。 該運轉狀態，如圖24的（2)所示’在停止狀態（步驟w4) =’半導體元件部9和斷路繼電器22'23係斷開狀態，在該 V止狀態投入驅動信號，進入驅動狀態(步驟。在該運 轉狀態，半導體元件部9和斷路繼電器22、23係接通狀態。 而且、在運轉狀態斷開驅動信號，進入停止狀能。另外， ，狀態載斷電源或截斷負載，成為無電嶋(初期狀 恕）。至於其它控制，與圖23的⑴、（2)的控制動作一樣。 根據圖24的控制動作，適宜使斷路繼電心、η處於斷 開狀態，可確實進行斷開，提高安全性。 =且’根據第2實施形態’安全繼電器以的斷路繼電器 22、23係由安全繼電器構成的。但是也可由至少有一個常 通接㈣電磁式繼電n構成安全斷路部12 ’ $外也可由安 全繼電器和通常繼電器構成安全繼電器，還可由耐麼性比 半導體70件8高的半導體元件構成.安全斷路部12。 雷-、：2實％1、係'將饭負載部11與電阻20和電磁繼 電益-假負載繼電器21的繼電器接點21.i串聯構成 是亦可由與負載電流相比只流過小得 于j忽視的電流（約1/10) 508608

的電阻值的電阻構成。 另外，假負載部1 i的假負載繼電器2 i可使用安全斷路部 12所使用的安全繼電器的b接點。 一另外，感測為部13和元件故障檢測電路丨4都做雙重化， 當-方有故障時使另一方能正常動作。這樣，能提高故障 容限期。 另外，根據第2實施方案，半導體繼電器A是以相位控制 的’但可以由周期控制。 另外，第2實施形態，可形成具有從外部接到安全控制信 號，強制地開放上述安全斷路部12的功能構成，另外，可 具有向外輸出安全控制信號的功能，而且可具有在檢測出 内部的故障狀態時，斷開安全控制信號的功能。 圖25表不第2實施形態的將半導體繼電器安裝到三相電機 M2的控制電路時時的狀態。 此時，負載電路具有一方負載電路2_丨和另一方負載電路 2-2、一方負載電路孓丨由負載線及和負載線8構成，另一方 負載電路2-2由負載線S和負載線丁構成。而且，負載線汉、 S、T的輸入側端子3A，3B、3C與負載電源電路/連接著， 負載線R、S、T的輸出側端子4A、4B、4C與負載6的三相電 機M2連接著。 ％ 而且，一方負載電路2-1安裝著一方半導體繼電器A:i， 另一方負載電路2-2安裝著另一方半導體繼電器A_2。此 時，一方半導體繼電器A-丨的安全斷路部12的斷路繼電器 22，23的繼電器接點22- 1、23- 1配置在負載線R、s上，另 -36- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) A7

’另-方半導體繼電器a_2的安全斷路部⑽ 2;'23的繼電器接點……配置在負載線S、T上二 ί述一：半導體繼電器A·1、"的其它構成，輿 返半導體Μ電器Α構成相同。 :時士的基本异法’當半導體元件8係接通狀態(點弧指令 如果發生了元件間電壓，峨 當

版7L件8係接通狀態（點弧指令接通）時如果未 間電壓，就係短路故障。 疋件 另外’電壓檢測算法的方式1，係各者主 士 w 你母S +波周期的點弧 裝 日：，掩蔽點弧時進行檢驗。方武2係常時監視，當元件間電 壓在所^時間以上仍不A於所定值時，判斷係短路故障。I 檢測故障時，與安全短路部12斷開負載線R、s、丁中的2 線或3線。3線中有1線熔著時也能截斷電力。

線 另外，上述半導體繼電器Α、Α]、Α·2，可由感測器部Η 檢測流過半導體元件8的電流的檢測電路構成。該檢測電路 如圖18所示，負載線配置著作為電流檢測器（電流檢測電路） 的CT30，讓CT30向元件故障檢測電路14輸出感測器輸出。 而且，如圖26所示，在故障的檢測狀態（步驟V1)，半導 體元件8係接通狀態（運轉標誌係1的狀態），該半導體元件8 的負載電流絕對值大於一定電流值Χ[Α]時，未發生開放（斷 線）故障，被判斷為正常（步驟V2、步驟V3、步驟V4)，允 許繼續通電（步驟V5)。 步驟V3中’半導體元件8的負載電流絕對值小於一定的電 流值X[A]時’被判斷為發生著開放（斷線）故障（步驟v6)， -37- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 508608 A7 B7 五、發明説明（35 ) 安全斷路部12的斷路繼電器22、23被開放，負載電路2被停 止通電，停止運轉（步驟V7)。 故障狀態（步驟VI)中’半導體元件8為斷開狀態（運轉標 諸為0的狀態）而且該半導體元件8的負載電流絕對值小於一 疋的電流值Y[ A]時，未發生短路故障，被判斷為正常（步驟 V8 ’步驟V4)，允許繼續通電（步驟V5)。 步驟V8中，半導體元件8的負載電流絕對值大於一定的電 流值Υ[ Α]時’發生短路故障，被判斷為異常（步驟ν9)，安 全斷路部12的斷路繼電器22、23被開放，停止負載電路2的 通電，停止運轉（步驟V7)。 根據上述構成的本發明的半導體繼電器，根據由檢測半 導體元件部的動作的感測器部輸出的感測 驅動上述半導體元件部的動作的元件驅動信號，判斷= +導體疋件冑有無㈣，因㈣穩定地檢測出+導體 部的故障。 a 根據本發明的半導體繼電器，由於能根據與半導體元 部兩端電壓有關的元件間電麗檢測信號和元件㈣= 判斷半導體元件部有無故障’能穩定地判斷上述半導^ 件部有無故障，還由於使用兩端電壓檢測電路，比^用^ (變流器）型電流感測器的半導體繼電器’還能大巾^杏

裝 訂

線 根據本發明的半導體繼電器 部的接通和斷開狀態對應的根 和有無元件驅動信號輸出邏輯 ，由於能輸出與半導體元件 據有無元件間電壓檢測信號 L嬈，根據該邏輯判斷信號 -38 - A7 ----^_____ B7 五、發明説明（36) ~" 一 " - 輸出/、半V體元件部有無故障的元件安全信號，通過除去 建輯判斷信號中含有的雜波等能輸出準確的元件安全信 號。 ° 根據本發明的半導體繼電器，由於當由負載電源電路的 供電被截斷時，向兩端電壓檢測電路或元件故障檢測電路 2供電也被截斷，因此可以確實防止在負載電源電路的供 電已截斷時兩端電壓檢測電路或元件故障檢測電路錯誤地 檢測出半導體元件部有故障的情況的發生。 根據本發明的半導體繼電器，由於能早期檢測出半導體 元件。卩的故卩早’可提高裝置的安全性，另外，由於確保裝 置本身的安全後允許輸出運轉信號，可提高使用其之整個 糸統的安全性。 而且，由於感測态部能檢測出半導體元件部的特性值的 惡化，可在半導體元件部於到完全故障地步前，被安全斷 路部斷開負載電路，或通過向使用者發出警報提醒注意， 在於到危險狀態前停止裝置，提高系統的安全性。 〜 另外，根據本發明的半導體繼電器的控制方法，由於能 早期檢測出半導體元件部的故障，可提高裝置的安全性， 另外，由於確保裝置本身的安全後允許輸出運轉信號，可 提高使用其之整個系統的安全性， -39- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)

Claims (1)

1. m導體繼電器，其特徵在於其係、具有配置在端子之 間根據元件驅動信號將上 半導體元㈣[ 間予以接通和斷開的 具有：感測器部’其係檢測出上述半導體元件部的動 作：根據該檢測結果輸出感測器部輸出信號者；及 :障杈測电路’其係根據上述元件驅動信號和上 迷感測器輪出信號判斷上述半導體元件部有無故障者。 +據申.月專利範圍第旧記載的半導體繼電器，盆中 述感測器部係具有兩端電壓檢測電路，其係、檢測^上述 +導體…牛部兩端電壓，根據該檢測結果輸 器部輸出信號-元件間電壓檢測信號者；这測 上迷疋件故障檢測電路根據上述元件間電壓檢測信號 和上述元件驅動信號，能判斷上述半導體元件部有= 障。 …、又 3.根據申請專利範圍第2項記載的半導體繼電器，其中上 述兩端電壓檢測電路係輸出與有無上述兩端電壓對 元件間電壓檢測信號； ^的 上述元件故障檢測電路具有：邏輯判斷電路，立 出與有無上述元件間電壓檢測信號和有無上述元；驅： 信號對應的邏輯判斷信號者；和 、濾波電路，其係根據上述邏輯判斷信號輸出與上 導體元件部有無故障對應的元件安全信號者。 4·根據申請專利範圍第2或3項記載的半導體繼電器，直 具有電源電路，其係至少向上述兩端電壓檢測電路^上 -40- )⑽ 608 )⑽ 608 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 述元件故障檢測電路的一方供電者， 該電源電路的供電由遠垃私i 电由連接於上述端子的負載電源電路 進行。 5· ~種半導體繼電器，i拄外> # ^ ^ “ 丨特徵在於其係具有以負載電源驅 動負載的負載電路和控制兮 者· 市』。哀負载電路的半導體元件部 具有：假負載部，其係與上述負載^聯者；和 者控制電路’其係控制該假負載部和上述半導體元件部 6· 一種半導體繼電器，其特徵在 裝 竹试在於其係具有以負載 動負載的負載電路和控_ # g # 、 ’'… 者， 布㈣该負载電路的半導體元件部 具有：假負載部’其係與上述負載並聯者； 安全斷路部，其係在上述 Ρ ϋ I + I貝戰電路上具有接通和斷開 上述負載电源和上述負載的接點者；和 控制電路，其係控制上述假負載部、上述半導體元件 部和上述安全斷路部者。 ，疋件 f.一種半導體繼電器，其特徵在於具有： 以負載電源驅動負載者： 、包，其係 半導體元件部’其係控制該負載電路者； 安全斷路部，其係在上述 卜、十，名善雨 、 '"路上具有接通和斷開 上14負载電源和上述負载的接點者； 斷開 :負載部’其係在上述負載的斷路狀態 導體元件部的電流路由執行故障檢刺者；#σ μ + -41 X 297公釐） 本紙狀度適財 六、申請專利範圍 .控制手段，其係在上述半導體元件部、上述假負載部 和上述安全斷路部均為斷開狀態的無電源狀態投入電源 的起始檢驗狀態下，執行上述安全斷路部的故障檢測， 該故障㈣的結果上述安全斷路部為無故障時，執行上 述半導體it件部的故障檢測，該故障檢測結果上述半導 to 7L件部為热故障時接通上述安全斷路部使它動作，將 上述負荷電路控制在運轉狀態者。 8.根據申請專利範圍第7項記載的半導體繼電器，其中上 述控制手段係當上述安全斷路部正常時，在上述假負載 部域保上述半導體元件部的電流的路由執行上述半導許 元件部的故障檢測-定時間，上述半導體元件部正^ 時’停止執行上述半導體元件部的故障檢測的同時，接 i上述安王斷路部使它動作，將上述負載電路控制在運 轉狀態者。 9·根據申明專利範圍第7項記載的半導體繼電器’其中上 遠控制手段係當上述安全斷路部有故障時，在上述假負 載邠不執行上述半導體元件部的故障檢測，而控制上述 負載電路不進人運轉狀態，當上述半導體元件部有故障 時，將上述負載電路控制在不進入運轉狀態者。 10·根據申請專利範圍第7或9項記載的半導體繼電器，其中 ’、有元件驅動電’其係輸出元件驅動信號驅動上述半 導體元件料；上述控帝】手段係監視上述安全斷路部， 當檢測出上述安全斷路部的上述接點未開放時，就以上 述疋件驅動電路控制不輸出上述元件驅動信號者。 -42- 六、申請專利範園 U據申請專利範圍第7或8項記載的半導體繼電L 半=制手段在投入電源時，通過上述 ：述 二導體元件部通電，確認上述半導體元件部為述 控制上述安全斷路部的上述接點閉上。 麦 12.根射料利範圍第⑷項記載的半導體繼^， 具有讀㈣㈣電路，其係檢測出上 ㈣ 的故障者；上述控制手段在通常運轉時，當上二: p早檢測電路確認了上述半導體元件部的故障時，控制上 述女全斷路部的上述接點開放。 13·根據中請專利範圍第7或9項記載的半導體繼電器， 上述控制手段在停止運轉時，控制上述安全斷路部的 述接點開放。 -種半導體繼電器’其特徵在於具有：負載電路，其伏 以負載電源驅動者； T 半導體元件部，其係控制該負載電路者； 7L件驅動電路，其係輸出元件驅動信號驅動上述半導 體元件部者； 女王斷路σρ，其係在上述負載電路上具有接通和斷開 上述負載電源和上述負載的接點者； 感測|§部’其係檢測上述半導體元件部的動作者； 元件故F爭檢測電路，其係根據該感測器部的感測器輸 出信號和上述元件驅動電路的上述元件驅動信號檢测上 述半導體7L件部的故障，輸出元件安全信號者； 假負載部’其係在上述負載的斷路狀態下確保上述半 -43- 本紙張尺度適用中國國豕標準(CNS) Α4規格(210 X 297公爱) Α8 Β8 C8

   導體元件部的電流路由執行故障檢測者； /路電路監視電路’其係、當上述安全斷路部處於能正 浜作用狀態時輸出斷路繼電安全信號者； 起始控制電路，其係接通電源時動作上述假負載部使 ^述半導體元件部處於能確認安全的狀態，戴斷外來的 二制輸入L號’向上述元件驅動電路輸出元件部起動時 A:驗用運轉仏號，同時向上述斷路電路監視電路輸出 :王斷路部檢驗用信號，以確認上述安全斷路部的 者；和 ^ 避輯電路，其係當上述元 15.根據申請專利範圍第 中上述安全斷路部係 構成者。 7或14項記載的半導體繼電器，其 由以安全繼電器形成的斷路繼電器

   裝 訂 16·根據申請專利範圍第 中上述安全斷路部係 電器形成的斷路繼電 17·根據申請專利範圍第 中上述安全斷路部係 斷路繼電器構成者。 7或14項記載的半導體繼電器，其 由至少有-個常通接‘點的電磁式繼 器構成者。 7或14項記載的半導體繼電器，其 由安全繼電器和通常繼電器形成的 18.根據申請專利筋圖赞 ,… 圍苐7或丨4項記载的半導體繼電哭，^ 中上述安全斷路部係士一 °。 /、 19·根據申請專利範圍室 午構成者。 寻”粑圍第7或14項記載的半導體繼電器，其 -44-

   ^08608 A8 B8 C8

   .上述安全斷路部的上述斷路繼電器的控制係根據輸 到上述半導體元件部的元件驅動信號隨時進行者。 20·根據申請專利範圍第7或14項記載的半導體繼電器， 令上述假負載部配置在上述半導體元件部和上述安全 路部之間，且對上述負載並列配置者。 入 其 斷 根據申明專利|£圍第7或14項記載的半導體繼電器，其 中上述假負載部係用電阻和電磁繼電ϋ串聯構成者。 22.根據申請專利範圍第7或⑷員記載的半導體繼電器，其 中上述假負載部係由電阻構成者。 -3·根據申明專利範圍第22項記載的半導體繼電器，其中將 述電阻广疋成與負載電流相比只流過小得可忽視的電 流的電阻值者。 . 〜 24. 根據申明專利範圍第丨5項記載的半導體繼電器，其中係 將^述安全斷路部所使用的安全繼電器的吨點用到上 述假負載部的上述電磁繼電器上者。 25. 根據申請專利範圍第14項記載的半導體繼電器，其中上 述感測器部係由檢測上述半導體元件部電壓的電壓檢測 電路構成者。 26.根據申明專利範圍第14項記載的半導體繼電器，其中上 述感測器部係由檢測流過上述半導體元件部的電流的電 流檢測電路構成者。 27·根據申請專利範圍第14項記載的半導體繼電器，其中上 述感測器部和上述元件故障檢測電路都做雙看化，當一 方有故障時另一方能正常動作。 -45- 本紙張尺度適用中國國家標準((：^8) Α4規格(21〇χ297公釐) Α8 Β8

   2δ·根據申請專利範圍 中具有從外部接到 斷路部的功能。 第8或14項記載的半導體繼電器，並 文全控制信號，強制地開放上述安全 况，據申請專利範圍第7或14項記載的半導體繼電器其 具有向外輸出安全控制信號，並具有當檢測出内部的 故障狀態時控制上述安全控制料的功能。 30.根據申請專利範圍第7或14項記載的半導體繼電器，其 中係用到三相電源的半導體繼電器’由上述安全斷路部 斷開兩相所構成。 31·:種半導體繼電器的控制方法，其特徵在於：在半導體 疋件部和假負載部和安全斷路部均為斷開I態的無電源 狀態投入電源的起始檢驗狀態下，執行上述安全斷路部 2故障檢測，該故障檢測的結果上述安全斷路部為無故 障時，執行上述半導體元件部的故障檢測，上述半導體 元件部為無故障時接通上述安全斷路部使它動作，將負 載電路控制在運轉狀態，當上述安全斷路部的故障檢測 的結果上述安全斷路部有故障時，在上述假負載部不執 行上述故障檢測，而控制上述負載電路不進入運轉狀 怨’且當上述半導體元件部的故障檢測的結果表示上述 半導體元件部有故障時’控制上述負載電路不進入運轉 狀態。 -46- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X297公釐)

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