CN101577192B - 电磁继电器过零开关方法及电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开电磁继电器过零开关方法及电路，其中电磁继电器过零吸合方法，包括以下步骤：设定电磁继电器吸合提前量初始值；检测输入交流电压；根据吸合控制信号和预测的输入交流零点，以所述电磁继电器吸合提前量初始值在所述输入交流零点前提前吸合所述电磁继电器；检测所述电磁继电器实际吸合时间点和所述输入交流零点；若所述电磁继电器实际吸合时间点和所述输入交流零点吻合，则结束，否则根据所述电磁继电器实际吸合时间点和所述输入交流零点间的误差修正所述电磁继电器吸合提前量，然后重复执行上述步骤。本发明以一种电路自学习的方式解决了电磁继电器打火的问题和EMI问题，提高了继电器的使用寿命，降低了电路设计制造成本。

Description

电磁继电器过零开关方法及电路 

技术领域

本发明属于电子电路技术领域，尤其涉及电磁继电器过零开关方法及电路。 

背景技术

在电熨斗、电热水器、电烤箱、空调、冰箱等大功率家电的控制电路中大多采用电磁继电器控制，而继电器触点开关过程中的打火则是继电器触点的致命杀手，大大减少了继电器寿命，并同时带来了EMI干扰问题。 

而本申请人已就继电器的打火问题递交过解决该问题的有关过零触发电路的专利申请，具体可参见专利ZL 2006 2 0039011.1，本申请是在前一专利的基础上改进，去掉了可控硅，降低了成本，不但可以达到同样的目的，同时还可以适应更多的继电器。 

发明内容

本发明的目的是公开一种提高电磁继电器使用寿命，解决EMI干扰问题的电磁继电器过零开关方法及电路。 

本发明的技术方案是，一种电磁继电器过零吸合方法，包括以下步骤： 

A1，设定电磁继电器吸合提前量初始值； 

A2，检测输入交流电压； 

A3，根据吸合控制信号和预测的输入交流零点，以所述电磁继电器吸合提前量初始值在所述输入交流零点前提前吸合所述电磁继电器； 

A4，检测所述电磁继电器实际吸合时间点和所述输入交流零点； 

A5，若所述电磁继电器实际吸合时间点和所述输入交流零点吻合，则结束，否则执行步骤A6； 

A6，根据所述电磁继电器实际吸合时间点和所述输入交流零点间的误差修正所述电磁继电器吸合提前量，然后转执行步骤A3，A4，A5。 

一种电磁继电器过零断开方法，包括以下步骤： 

B1，设定电磁继电器断开提前量初始值； 

B2，检测输入交流电压； 

B3，根据断开控制信号和预测的输入交流零点，以所述电磁继电器断开提前量初始值在所述输入交流零点前提前断开所述电磁继电器； 

B4，检测所述电磁继电器实际断开时间点和所述输入交流零点； 

B5，若所述电磁继电器实际断开时间点和所述输入交流零点吻合，则结束，否则执行步骤B6； 

B6，根据所述电磁继电器实际断开时间点和所述输入交流零点间的误差修正所述电磁继电器断开提前量，然后转执行步骤B3，B4，B5。 

一种电磁继电器过零开关电路，包括智能控制芯片、跟踪检测电路和交流采样电路，其中： 

所述交流采样电路用于对输入交流电压信号的检测； 

所述跟踪检测电路用于对电磁继电器触点开关信号的检测； 

所述智能控制芯片用于对所述输入交流电压信号和所述电磁继电器触点开关信号的采集、存储和计算，和对于所述电磁继电器的开关控制。 

所述交流采样电路由电阻器三和电容器二的并联电路与电阻器一串联组成。 

所述电阻器三取值10KΩ，电容器二取值0.01μF，电阻器一取值1MΩ。 

所述跟踪检测电路由电阻器四和电容器三的并联电路与电阻器二串联组成。 

所述电阻器四取值10KΩ，电容器三取值0.01μF，电阻器二取值1MΩ。 

下面就笨发明的技术方案的原理做一简单说明。 

电磁继电器就是一个机械的电磁开关，其基本原理是在给线圈加电时，其产生的磁场会将衔铁从一个常闭触点上吸下来转到常开触点上，因为是金属触点，所以继电器具有导通电阻非常小的特点，可以应用在大功率控制的场合。 

也因为电磁继电器的通断是机械性的动作，所以在给继电器加电的时候开关从一边移动到另外一边是需要一定的时间的，这就是继电器的动作时间，一般功率继电器的动作时间在5-30mS左右，而且具有较大的个体差异，这个时间对电器工作一般是没有什么影响的，但是这样就导致无法去对准电压过零点进行开启和关断负载，开关带来的浪涌电流就会给电网造成干扰，这是继电器一直无法解决的问题，有些在研发的使用继电器的控制的产品中基本是计算一个继电器的平均吸合时间，然后在过零点提前一定的时间去开启继电器，这样基本可以使部分开关动作是在过零点附近，但考虑个体差异，还是没有真正解决问题。 

另外电磁继电器在控制高压大电流时在开关的瞬间在开关触点上往往会出现拉弧现象，也就是一般看到的打火现象，此时就会出现电磨损，而这种磨损要远远超过机械磨损，所以导致继电器的电气寿命远远小于其机械寿命，一般电气寿命都在5-10万次左右，而纯机械寿命一般可以达到100万次以上，为此业界很多人都在致力于电子灭弧的研究，一般会使用灭弧罩、阻容消弧或者电子消弧器来消除电弧。 

针对上述问题，本发明的技术方案在过零点前面提前一个时间给电磁继电器线圈加电，如果这个时间正好等于继电器的动作时间，则继电器的触点就可以正好在过零点吸合。对于不同类型的电磁继电器，或者同一种继电器的不同个体，甚至同一个体的不同驱动电压或者温度等外界条件，都有较大的动作时间的差异。因为无法给所有的继电器一样的提前量，本发明的技术方案在每次继电器吸合或者断开的时候跟踪检测触点真正吸合或者断开的时间，将数据送入IC内部，进行存储、计算，以修正提前量，从而达到正好让提前量等于动作时间，实现了过零触发。同时，本发明的电路也不需要额外的灭弧装置。 

本发明以一种电路自学习的方式解决了电磁继电器打火的问题和EMI问题，提高了继电器的使用寿命，降低了电路设计制造成本。 

附图说明

图1是本发明一实施例中电磁继电器过零吸合方法流程图 

图2是本发明一实施例中电磁继电器过零断开方法流程图 

图3是本发明一实施例中电磁继电器过零开关电路模块原理框图 

图4是本发明一实施例中电磁继电器过零开关电路原理图 

具体实施方式

一下结合附图，对本发明的具体实施方式做进一步说明。 

如图1所示，电磁继电器过零吸合方法，包括以下步骤： 

S101，设定电磁继电器吸合提前量初始值； 

S102，检测负载输入交流电压； 

S103，根据吸合控制信号和预测的负载输入交流零点，以所述电磁继电器吸合提前量初始值在所述负载输入交流零点前提前吸合所述电磁继电器； 

S104，检测所述电磁继电器实际吸合时间点和所述负载输入交流零点； 

S105，若所述电磁继电器实际吸合时间点和所述负载输入交流零点吻合，则结束，否则执行步骤S106； 

S106，根据所述电磁继电器实际吸合时间点和所述负载输入交流零点间的误差修正所述电磁继电器吸合提前量，然后转执行步骤S103，S104，S105。 

如图2所示，电磁继电器过零断开方法，包括以下步骤： 

S201，设定电磁继电器断开提前量初始值； 

S202，检测负载输入交流电压； 

S203，根据断开控制信号和预测的负载输入交流零点，以所述电磁继电器断开提前量初始值在所述负载输入交流零点前提前断开所述电磁继电器； 

S204，检测所述电磁继电器实际断开时间点和所述负载输入交流零点； 

S205，若所述电磁继电器实际断开时间点和所述负载输入交流零点吻合，则结束，否则执行步骤S206； 

S206，根据所述电磁继电器实际断开时间点和所述负载输入交流零点间的误差修正所述电磁继电器断开提前量，然后转执行步骤S203，S204，S205。 

本发明在电路内部存储有一个首次开启继电器提前量的默认初始值，在首次接到开启继电器信号后，根据默认提前量开启继电器，随后则检测继电器的触点真正吸合时间，若正好是在过零点，则下次继续以这个提前量进行控制，而一般继电器阵阵吸合时间都会有一点提前或者滞后，则IC会将这个提前和滞后的时间存入IC，经过加权计算用来修正提前量，提前则减，滞后则加，第二次就以修正后的时间来开启继电器，同样若正好过零则不作处理，若有提前或者滞后则再修正提前量，如此几次即可完成跟踪，以后继电器都会在过零点吸合。 

关闭的过程与开启相同。 

如图3所示，电磁继电器过零开关电路模块，包括智能控制芯片、跟踪检测电路和交流采样电路，其中，交流采样电路用于对输入交流电压信号的检测，跟踪检测电路用于对电磁继电器触点开关信号的检测，智能控制芯片用于对所述输入交流电压信号和所述电磁继电器触点开关信号的采集、存储和计算，和对于所述电磁继电器的开关控制。控制电路主要完成继电器信号的采集、存储、计算、输出处理，过交流采样电路只需一个电阻即可，为安全可靠可以增加一个电阻和一个电容，而跟踪采样电路可以跟交流采样电路具有同样的结构，而继电器可以 是目前市面使用的所有的直流驱动继电器。 

如图4所示，图中U1是PTI专用控制芯片，是控制电路的核心，控制协调其它电路的工作；R1，R3和C2用来采集交流电源的过零点信息，R2，R4和C3是继电器触点工作状态检测电路，检测继电器是否已经在过零点吸合或断开，IC根据这些信息以进行吸合控制的调整；R5，Q1和D1则是继电器线圈驱动电路，用以控制继电器吸合或断开。C1是IC的电源滤波电容。所述交流采样电路由电阻器R3和电容器C2的并联电路与电阻器R1串联组成，电阻器R3取值10KΩ，电容器C2取值0.01μF，电阻器R1取值1MΩ。跟踪检测电路由电阻器R4和电容器C3的并联电路与电阻器R2串联组成，电阻器R4取值10KΩ，电容器C3取值0.01μF，电阻器R2取值1MΩ。 

总之，本发明的技术方案主要是一种自学习型继电器过零开关的实现方法，电路由智能控制IC、交流采样电路、跟踪检测电路、继电器和负载等组成，其中智能控制电路为本公司专用芯片的部分或者全部电路，它是系统的核心，收到控制指令后会根据交流信号相位以及目前继电器的状态作出判断后给出一个驱动信号，去开启或者关闭继电器。交流采样电路负责采样交流相位；跟踪检测电路则采样继电器触点的工作状态，确认有没有真正吸合。本方案运用自动学习跟踪继电器的吸合动作时间的原理，根据继电器本身的开关延迟，给予相应的提前量的方法，实现了电磁继电器过零开关。本发明技术方案无需其它附件器件，自动适应各种继电器，继电器的个体差异不再成为问题。 

Claims (2)

1.一种电磁继电器过零吸合方法，其特征在于，包括以下步骤：

A1，设定电磁继电器吸合提前量初始值；

A2，检测输入交流电压；

A3，根据吸合控制信号和预测的输入交流零点，以所述电磁继电器吸合提前量初始值在所述输入交流零点前提前吸合所述电磁继电器；

A4，检测所述电磁继电器实际吸合时间点和所述输入交流零点；

A5，若所述电磁继电器实际吸合时间点和所述输入交流零点吻合，则结束，否则执行步骤A6；

A6，根据所述电磁继电器实际吸合时间点和所述输入交流零点间的误差修正所述电磁继电器吸合提前量，然后转执行步骤A3，A4，A5。

2.一种电磁继电器过零断开方法，其特征在于，包括以下步骤：

B1，设定电磁继电器断开提前量初始值；

B2，检测输入交流电压；

B3，根据断开控制信号和预测的输入交流零点，以所述电磁继电器断开提前    量初始值在所述输入交流零点前提前断开所述电磁继电器；

B4，检测所述电磁继电器实际断开时间点和所述输入交流零点；

B5，若所述电磁继电器实际断开时间点和所述输入交流零点吻合，则结束，否则执行步骤B6；

B6，根据所述电磁继电器实际断开时间点和所述输入交流零点间的误差修正所述电磁继电器断开提前量，然后转执行步骤B3，B4，B5。

Images