CN100477524C - 总线继电器 - Google Patents

Abstract

本总线继电器包括电源供电电路、单片机控制电路、有场效应管的隔离驱动电路，还有与单片机连接的总线通讯接口，为RS485或CAN总线通讯接口，本继电器经总线与主控电路连接。还有检测电路将负载电压和电流检测结果送入单片机、实时监测。当负载短路或者电流过载时，单片机按过载电流保护曲线进行控制，断开负载，防止器件损坏。过载电流保护值可根据需要设定。每个继电器有唯一的地址。单片机接受到与本地址相应的控制指令或查询指令时，立即响应，根据控制指令控制负载通断，或向上位控制系统汇报运行状态。本继电器使用总线挂接，减少了配电系统电缆长度重量，便于实现分布式安装；便于调试维护，提高系统可靠性、可测试性，还具有数据记录功能。

Description

总线继电器

(一)技术领域

本发明涉及继电器领域，具体为一种固态的总线继电器。

(二)技术背景

固态继电器是一种无触点通断电子开关，它利用电子元件(如开关三极管、双向可控硅、场效应管等半导体器件)的开关特性，可达到无触点无火花地接通和断开电路的目的。现有的继电器大多为四端有源器件，两个端子为输入控制端，另外两端为输出受控端。通过控制端信号的接通与断开来控制输出端所接负载的通断。这种模式要求每个继电器的控制信号引出线均为独立，比较适合用于集中控制的场合。当一个系统中有多组负载分布于不同地点时，各个负载要分别通过电线电缆与控制中心相连，整个系统需要大量的电线电缆，使系统的安装、调试、维护工作繁冗，还降低了系统的可靠性，增加了成本。此外，也难以对系统运行状态进行实时监测。

现有的继电器不适合用于日益复杂庞大的具有大量分布式负载的系统。

(三)发明内容

本发明的目的是设计一种总线继电器，多个此类继电器可通过总线与控制中心连接，各继电器的单片机按地址接受控制中心给本继电器的指令进行动作。

本发明设计的总线继电器包括电源供电电路、单片机控制电路、有场效应管的隔离驱动电路，电源供电电路为调压稳压电路，其连接电源并连接本继电器内的单片机及隔离驱动电路，为其供电。隔离驱动电路与负载连接。还有与单片机控制电路连接的总线通讯接口。本继电器通过总线通讯接口经总线与主控电路连接。

本总线继电器还有检测电路，其与负载端相连接，检测电路接入单片机控制电路。检测负载端的电压和电流，检测结果送入单片机。单片机实时监测实际的通断情况，并经总线向上位控制系统传送本继电器运行状态。当负载短路或者电流过载时，单片机按其存储的过载电流保护曲线进行控制，发出信号，断开负载，防止过载过热造成器件损坏，提高系统的可靠性。过载电流保护值可根据需要，在最大允许范围内设定，根据电流与所设过载电流保护值相比的过载倍数确定保护动作时间。

挂接在总线上的每个本总线继电器均有唯一的地址。各个总线继电器的单片机存储本继电器的地址，当上位控制系统从总线传来数据，单片机根据数据的地址信息筛选识别，接受到与本继电器地址相应的控制指令或查询指令时，立即响应，根据控制指令送出信号，使场效应管接通或关断，从而隔离驱动电路控制接通或关断负载，根据查询指令，向上位控制系统汇报该继电器当前运行状态、负载实际通断情况以及是否发生过负载短路、电流过载。

本发明总线继电器的优点为：1、适用于多种标准总线，如RS485总线可挂接不少于128个继电器，CAN总线可挂接多达110个继电器，由于使用总线挂接，大大减少了配电系统的电缆长度，减轻系统重量，节省空间，便于实现分布式安装；便于调试维护，提高了系统的可靠性；2、总线上的各继电器地址可根据需要在线设置，上位控制系统发送指令即可及时控制各继电器的通断；3、本总线继电器有过载保护功能，过载电流保护值在额定保护值内可精确设定，满足不同应用场合的需要；4、本总线继电器具有自检测功能，能够对所接负载的实际通断进行实时监测，并可定期向上位控制系统汇报，上位控制系统也可随时查询，满足系统上电自检和周期自检的要求，提升了系统的可测试性；5、还具有工作状态数据记录功能，本总线继电器工作过程中，当出现负载短路或电流过载时，单片机自动记录保存，并传送到上位控制系统，断电时数据也不会丢失，便于系统维护和数据汇总。

(四)附图说明

图1为本总线继电器实施例原理结构框图；

图2为本总线继电器实施例电路示意图；

图3本总线继电器实施例装配结构示意图。

(五)具体实施方式

本总线继电器实施例如图1所示，包括电源供电电路2、单片机控制电路3、有场效应管的隔离驱动电路6，电源供电电路2为调压稳压电路，其连接电源并连接本继电器内的单片机及隔离驱动电路6，为其供电。隔离驱动电路6与负载7连接。还有与单片机控制电路3连接的总线通讯接口5，检测电路1与负载端连接，并接入单片机控制电路3。本继电器通过总线通讯接口5经总线4与主控电路连接。

所述总线通讯接口5为RS485总线通讯接口或者是CAN总线通讯接口，分别用于挂接RS485总线或CAN总线。

根据需要，本继电器的单片机控制电路3为单片机及其外围电路，可接1～8个独立的隔离驱动电路6，接1～8个负载7，各个隔离驱动电路6中的场效应管6-1根据所接负载选用。各场效应管6-1各有子地址按其子地址接受单片机指令独立通断。与之配套还有1～8个与各负载端连接的检测电路1，接入单片机控制电路3。

如图2所示，所述隔离驱动电路6包括驱动场效应管6-1的驱动电路和磁环6-2，单片机控制电路3的高频振荡电路与磁环6-2主边连接，场效应管6-1的驱动电路则与磁环6-2的副边连接。驱动电路与单片机控制电路3之间通过磁环6-2实现磁隔离。当单片机通过总线4接收到接通指令时，启动单片机控制电路3中的高频振荡电路，通过磁环6-2将能量耦合到接在磁环6-2副边的场效应管6-1的驱动电路，驱动电路将驱动电压加至场效应管6-1栅极使之导通，负载7接通；当单片机通过总线4接收到关断指令或者自检得到负载电流超过设定的保护值时，高频振荡电路停振，场效应管6-1的驱动电路通过加速电路放电，场效应管6-1栅极放电、电压下降，场效应管6-1截止，负载7断开。

检测电路1为负载端所接的霍尔电流传感器1-1，流经负载7的电流通过霍尔电流传感器1-1进行检测，负载电流流经霍尔电流传感器1-1时产生的磁场转为电压信号，传入单片机，单片机进行数模转换得到对应的负载电流数字信号，实时监测负载电流。无负载电流时即场效应管6-1关断，由此判断本继电器实际通断状态。同时，单片机根据电流采样进行电流过载积分运算，按可设定的过载保护曲线，判断负载电流是否过载，出现负载短路或电流过载时，根据所检测的负载电流超过设定的保护值的倍数，按过载电流保护曲线单片机控制电路及时对高频振荡电路发送停振信号，截止场效应管6-1，断开负载7，进行保护，单片机记录存储工作数据和电流过载的数据。当接到上位控制系统的查询指令时，单片机通过总线4将数据上传。

本总线继电器实施例实际装配结构如图3所示，本继电器的电源供电电路2、单片机控制电路3、隔离驱动电路6、检测电路1和总线通讯接口5，均设计安装于印制电路板II，印制电路板II安装在本继电器的外壳I内，底座III上有多根插接管脚，分别连接印制电路板II上的电源供电电路的输入端、隔离驱动电路的输入端、总线通讯接口的接线端。封装在外壳I内的本总线继电器，便于用户安装使用，也保护了各电路。

Claims (8)

1一种总线继电器，包括电源供电电路、单片机控制电路、有场效应管的隔离驱动电路，电源供电电路为调压稳压电路，其连接电源并连接本继电器内的单片机、及隔离驱动电路，隔离驱动电路与负载连接，其特征在于：

还有与单片机控制电路(3)连接的总线通讯接口(5)，本总线继电器通过总线通讯接口(5)经总线(4)与主控电路连接；

所述总线通讯接口(5)为RS485总线通讯接口或者是CAN总线通讯接口，分别用于挂接RS485总线或CAN总线；

挂接在总线(4)上的每个本总线继电器均有唯一的地址；各个总线继电器的单片机存储本继电器的地址，当上位控制系统从总线(4)传来数据，单片机根据数据的地址信息筛选识别，接受到与本继电器地址相应的控制指令或查询指令时立即响应，根据控制指令送出信号控制负载接通或关断，根据查询指令向上位控制系统汇报该继电器当前运行状态、自检的负载实际通断情况以及是否发生过负载短路、电流过载。

2根据权利要求1所述的总线继电器，其特征在于：

还有与负载端连接的检测电路(1)，检测电路(1)接入单片机控制电路(3)。

3根据权利要求1或2所述的总线继电器，其特征在于：

所述隔离驱动电路(6)包括驱动场效应管(6-1)的驱动电路和磁环(6-2)，单片机控制电路(3)的高频振荡电路与磁环(6-2)主边连接，场效应管(6-1)的驱动电路则与磁环(6-2)的副边连接；当单片机通过总线(4)接收到接通指令时，启动单片机控制电路(3)中的高频振荡电路，通过磁环(6-2)将能量耦合到接在磁环(6-2)副边的场效应管(6-1)的驱动电路，驱动电路将驱动电压加至场效应管(6-1)栅极使之导通，负载(7)接通；当单片机通过总线(4)接收到关断指令或者自检得到负载电流超过设定的保护值时，高频振荡电路停振，场效应管(6-1)的驱动电路通过加速电路放电，场效应管(6-1)栅极放电、电压下降，场效应管(6-1)截止，负载(7)断开。

4根据权利要求2所述的总线继电器，其特征在于：

所述检测电路(1)为负载端所接的霍尔电流传感器(1-1)，流经负载(7)的电流通过霍尔电流传感器(1-1)进行检测，霍尔电流传感器(1-1)将负载电流信号转为电压信号传入单片机，单片机进行数模转换得到对应的负载电流数字信号。

5根据权利要求1或2所述的总线继电器，其特征在于：

无负载电流时场效应管(6-1)关断，由此判断本继电器实际通断状态；同时，单片机根据电流采样进行电流过载积分运算，按设定的过载电流保护值，判断负载电流是否过载，出现负载短路或电流过载时，根据所检测的负载电流超过设定的保护值的倍数，按过载电流保护曲线单片机控制电路(3)及时对高频振荡电路发送停振信号，截止场效应管(6-1)，断开负载(7)。

6根据权利要求1或2所述的总线继电器，其特征在于：

所述过载电流保护值在额定保护值内设定，在单片机内存储设定的电流过载保护曲线。

7根据权利要求1或2所述的总线继电器，其特征在于：

单片机记录存储工作数据和电流过载的数据。

8根据权利要求1或2所述的总线继电器，其特征在于：

本继电器的单片机控制电路(3)接1～8个独立的场效应管隔离驱动电路(6)，接1～8个负载(7)，各场效应管(6-1)各有子地址按其子地址接受单片机指令独立通断；与之配套还有1～8个与各负载端连接的检测电路(1)，接入单片机控制电路(3)。

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