CN101876684A - 可控硅失效检测与保护方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可控硅失效检测与保护方法，包括以下步骤：中央处理器检测电源过零信号是否发生跳变；当可控硅的电压在过零信号发生跳变后一直小于0.5V或者一直大于4.8V时，对可控硅做开路标记；当可控硅的电压在过零信号发生跳变后一直处于2.5V至4.0V之间时，对可控硅做短路标记；中央处理器对可控硅运行可控硅保护程序。本发明还公开了一种可控硅失效检测与保护装置。本发明所提供的可控硅失效检测与保护方法及其装置，准确判断出故障发生元件是否为可控硅，并通过显示故障信息及自动切断负载供电继电器方式，以方便维修，提高产品安全性能及智能化程度。

Description

可控硅失效检测与保护方法及其装置

【技术领域】

本发明涉及家用电器，尤其涉及家用电器的控制器件可控硅的失效检测与安全保护方法及其装置。

【背景技术】

可控硅作为电器最常用的电子控制器件，广泛应用于马达调速、电热丝调温等控制场合，与CPU一起构成是家电控制的核心部件。可控硅作为关键执行部件，一旦开短路，将造成电热设备温度失控、马达失速，对设备的安全使用直接构成了危险，温度失控的后果将可能导致火灾，马达转速失控将可能造成意外的突然启动或转速“飞车”，导致用户意外受伤。现有电器控制技术大都采用感温器件或马达测速机构(如：霍耳元件、光电开关)等来检测负载工作是否异常，虽然可以起到最后一道的安全保险防护作用，但其智能化较低，用户无法知晓到底是哪一部分出了问题，不能提示故障的准确发生部位，维修因而较为费事。

因此，现有技术需要改进和提高。

【发明内容】

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种可控硅失效检测与保护方法及其装置，准确判断出故障发生元件是否为可控硅，并通过显示装置显示故障信息，以方便维修，提高产品智能化程度。

本发明提供了一种可控硅失效检测与保护方法，包括以下步骤：中央处理器对可控硅的输出变化标记位进行检测；所述中央处理器的模数转换口对所述可控硅进行检测；所述模数转换口检测所述可控硅的电压；中央处理器检测电源过零信号是否发生跳变；当所述可控硅的电压在过零信号发生跳变后一直小于0.5V或者一直大于4.8V时，对所述可控硅做开路标记；当所述可控硅的电压在过零信号发生跳变后一直处于2.5V至4.0V之间时，对所述可控硅做短路标记；判断所述可控硅的状态是否与要求的工作状态相同；若不相同，所述中央处理器对所述可控硅运行可控硅保护程序切断马达供电继电器RY1的供电，并显示异常；若相同，则结束本次检测，继续下一次同样的检测循环。

作为本发明的进一步改进，当所述可控硅的电压在过零信号发生跳变后一直小于0.5V或者一直大于4.8V时，对所述可控硅做开路标记；当所述可控硅的电压在过零信号发生跳变后一直处于2.5V至4.0V之间时，对所述可控硅做短路标记包括以下步骤：在过零信号发生跳变后，所述中央处理器判断所述可控硅的电压是否一直小于0.5V；若是，则对所述可控硅进行开路标记；若否，则判断在过零信号发生跳变后所述可控硅的电压是否一直处于2.5V至4.0V之间；若所述可控硅的电压一直处于2.5V至4.0V之间，则对所述可控硅做短路标记；若在过零信号发生跳变后，所述可控硅的电压不处于2.5V至4.0V之间，则判断可控硅的电压是否大于4.8V；若在过零信号发生跳变后，所述可控硅的电压一直大于4.8V，则对所述可控硅进行开路标记；若否，则结束本次检测，继续下一次同样的检测循环。

作为本发明的进一步改进，在过零信号发生跳变后，所述可控硅的电压一直处于0.5V至2.5V之间以及一直处于4.0V至4.8V之间时，结束检测，电路失效，判为可控硅开短路故障。

作为本发明的进一步改进，所述可控硅的电压，为所述中央处理器的模数转换口与所述可控硅的节点处的电压。

作为本发明的进一步改进，还包括所述中央处理器过零检测脚检测所述可控硅正负半周高低电平跳变后，设置可控硅输出变化标记位＝1这一过程。

作为本发明的进一步改进，中央处理器对可控硅的输出变化标记位进行检测包括以下步骤：所述中央处理器的过零检测脚检测所述可控硅输出变化标记位是否等于1；若不等于1，则所述中央处理器的模数转换口不对所述可控硅进行检测；若等于1，则进行延时计数，延时计数结束后，中央处理器的模数转换口对所述可控硅进行检测。

作为本发明的进一步改进，若等于1，则进行延时计数，延时计数结束后，中央处理器的模数转换口对所述可控硅进行检测还包括以下步骤：判断延时是否大于500US；若不大于500US，则重复设置可控硅输出变化标记位＝1这一步骤；若大于500US，则将所述可控硅输出变化标记位清零，中央处理器的模数转换口对所述可控硅进行检测。

本发明还提供了一种失效检测与保护装置，包括中央处理器，包括过零检测脚与模数转换口；过零检测电路，连接至所述中央处理器，反馈可控硅正负半周高低电平跳变至所述过零检测脚，以供所述中央处理器对可控硅的输出变化标记位进行标记与检测；失效检测电路，连接至所述中央处理器，反馈所述可控硅的电压至所述数模转换口，在过零信号发生跳变后，所述中央处理器对所述可控硅的电压一直小于0.5V或者大于4.8V做开路标记，对所述可控硅的电压一直处于2.5V至4.0V之间做短路标记；RY1继电器保护电路，连接至所述中央处理器，根据所述中央处理器的可控硅保护程序，对所述短路标记与所述开路标记的可控硅及负载做断电保护；显示装置，显示所述可控硅的异常状态信息。

本发明的有益效果是：

(1)利用可控硅开路、短路故障状态下的电压识别方法，在负载运行工作时同步检测可控硅是否开路、短路，提高了检测的智能化程度；

(2)通过对可控硅工作时不间断的检测，及时发现可控硅失效的发生，并及时切断负载供电，避免了事故的发生，起到安全保护作用；

(3)准确判断出故障发生部位是否发生在可控硅，并通过显示装置显示出来，方便维修。

【附图说明】

图1是本发明可控硅失效检测与保护方法及其装置的系统模块图；

图2是本发明可控硅失效检测与保护方法的流程图；

图3是本发明可控硅失效检测与保护装置的电路图。

【具体实施方式】

下面结合附图说明及具体实施方式对本发明进一步说明。

如图1所示是可控硅失效检测与保护方法及其装置的系统模块图。本实施方式包括中央处理器(CPU)10，过零检测电路20，失效检测电路30，保护电路40，负载50与显示装置60。

如图2所示是本发明可控硅失效检测与保护方法的流程图。在本实施方式中，首先中央处理器对可控硅的输出变化标记位进行检测。具体为：中央处理器过零检测脚检测可控硅正负半周高低电平跳变后，设置可控硅输出变化标记位＝1；在步骤S100中，中央处理器的过零检测脚检测可控硅输出变化标记位是否等于1；若不等于1，则进入步骤S108，中央处理器的模数转换口不对可控硅进行检测；若等于1，则执行S102，进行延时计数(防干扰)；执行S104，判断延时是否大于500US；若不大于500US，则重新开始，重复设置可控硅输出变化标记位＝1这一步骤；若大于500US，则执行S106，将可控硅输出变化标记位清零，中央处理器的模数转换接口对可控硅进行检测。

执行S108，进行模数转换检测程序，模数转换口检测可控硅的电压。

在上一次过零信号发生跳变到下一次过零信号发生跳变的这段时间内，当可控硅的电压一直小于0.5V或者大于4.8V时，对可控硅做开路标记；当可控硅的电压一直处于2.5V至4.0V之间时，对可控硅做短路标记。具体为：执行S110，CPU10判断可控硅的电压是否小于0.5V？若是，则执行S118，对可控硅进行开路标记。若否，则执行S112，判断可控硅的电压是否一直为2.5V至4.0V之间？若可控硅的电压一直处于2.5V至4.0V之间，则执行S116，对可控硅做短路标记。若可控硅的电压不处于2.5V至4.0V之间，则执行S114，判断可控硅的电压是否一直大于4.8V？若可控硅的电压大于4.8V，则执行S118，对可控硅进行开路标记；若否，则结束，之后重复下一次检测循环。

从步骤S116与步骤S118进入步骤S120，判断做了开路标记与短路标记的可控硅的状态是否与要求的工作状态相同？若不相同，则执行S122，CPU10对可控硅运行可控硅保护程序，并显示异常至显示装置60；若相同，则结束。

在本实施方式中，在上一次过零信号发生跳变到下一次过零信号发生跳变期间，可控硅的电压一直处于0.5V至2.5V之间以及处于4.0V至4.8V之间时，结束检测，电路失效，为可控硅开短路故障。可控硅的电压，为CPU10的模数转换口与可控硅的节点处的电压。

如图3所示是本发明可控硅失效检测与保护装置的电路图。本实施方式提供CPU10包括过零检测脚与模数转换口。过零检测电路20连接至CPU10，反馈可控硅正负半周高低电平跳变至所述过零检测脚。失效检测电路30连接至CPU，反馈所述可控硅的电压至所述数模转换口。保护电路40，连接至CPU10，根据CPU10的可控硅保护程序，对所述短路标记与所述开路标记的可控硅做开短路保护。显示装置60显示所述可控硅的异常状态。

过零检测电路20，包括电阻R10、电阻R11、电阻R12与晶体管TR1。过零检测电路20把交流电正弦波整形成方波信号，当正弦波在正半周时，方波为低电平，正弦波在负半周时，方波为高电平。CPU10检测过零检测电路20输出的方波电平信号是否发生跳变，当检测到跳变时，延时一段时间t(即：导通角)，然后输出触发可控硅导通的脉冲信号，使可控硅导通。CPU过零检测脚检测到有正负半周高低电平跳变后，设置正负半周跳变标志位＝1。

失效检测电路30包括电阻R4、电阻R5与电阻R6，所述电阻R4与电阻R5串联于电源与负载50之间，所述电阻R6的一端连接至所述R4与所述电阻R5的节点，所述电阻R6的另一端连接至所述模数转换口，所述数模转换口检测所述电阻R6另一端以得到所述可控硅的电压。在本实施方式中所述电阻R6的另一端为A点，R4与所述电阻R5的节点为C点。CPU对所述可控硅的电压一直小于0.5V或者大于4.8V做开路标记，对所述可控硅的电压一直处于2.5V至4.0V之间做短路标记。

当可控硅开路状态时，可控硅两端的电压降经电阻R4与电阻R5分压后，在A点形成幅值大于10V的对地交流电正弦波(A点电压是取自交流电)，当可控硅两端的电压处于正弦波的负半周时，A点的电压会比0V还低，通过二极管D3钳位所得电压为-0.6V；当可控硅两端的电压处于正弦波的正半周时，可控硅两端的电压大于+5V，通过二极管D4钳位所得电压为+5.7V，处于正半周与负半周期间，A点电压均不会出现变化。

正常可控硅触发导通时，在正半周还是负半周期间，A点电压会有可控硅触发导通前电压与导通前电压明显不同的变化。

当可控硅短路状态时，可控硅两端无电压降，相当于电阻R4与电阻R5一直并联于+5V电源及C点两端，电阻R4、电阻R5并联后的总电阻与R6构成分压。可控硅两端的电压在正弦波的负半周与正弦波的正半周时，A点电压均为+5V电源直流电中的分压＝5V*R6/[R4*R5/(R4+R5)+R6]＝3.6V。

因为CPU只能检测到与0V～VDD<+5V>范围内的电压，所以通过CPU10数模转换(A/D)口检测A点的电压是否约为3.6V，或者一直为0V或5V来判断可控硅处在开路还是短路状态。在程序上可以这样处理：

在CPU10过零检测脚检测到有正负半周高低电平跳变后，设置正负半周跳变标志位＝1。

主程序检测到正负半周跳变标志位＝1后，A/D口一直检测A点的电平状况。设置CPU发出触发脉冲时的标志位为1。当CPU发出触发脉冲时，CPU发出触发脉冲前标志位为“0”至CPU发出触发脉冲后标志位为“1”期间，A点电压都是位于2.5V～4V范围，则可判断可控硅为短路。

当CPU10发出触发脉冲时，CPU发出触发脉冲前标志位为“0”至CPU10发出触发脉冲后标志位为“1”期间，A点电压都是位于小于0.5V或大于4.8V的范围，由于A点电压对CPU触发脉冲没有反应，则可判断可控硅为开路。

保护电路40包括继电器RY1。可控硅被检测到失效后，CPU10开启保护程序，关断继电器RY1，来达到切断负载50供电、关闭负载50工作的目的。

可控硅具体的异常信息可以显示装置60直观显示出来，供用户知晓、方便检修，显示装置60可以采用LCD、LED或数码管。

在本实施方式中，电阻R4、电阻R5与电阻R6可取200K～560KΩ，R4＝300K，R5＝R6＝470K。电路中电阻R2、晶体管TR2与电力调整器SCR构成可控硅驱动电路。电容C9与电阻R3为RC吸收回路，用于保护可控硅。电阻R8为过流检测电阻。

本发明所提供的可控硅失效检测与保护方法及其装置，利用可控硅开路、短路故障状态下的电压识别方法，在负载50运行工作时同步检测可控硅是否开路、短路，提高了检测的智能化程度；通过对可控硅工作时不间断的检测，及时发现可控硅失效的发生，并及时切断负载50供电，避免了事故的发生，起到安全保护作用；准确判断出故障发生部位是否发生在可控硅，并通过显示装置60显示出来，方便维修。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种可控硅失效检测与保护方法，其特征在于，包括以下步骤：

中央处理器对可控硅的输出变化标记位进行检测；

所述中央处理器的模数转换口对所述可控硅进行检测；

所述模数转换口检测所述可控硅的电压；

中央处理器检测电源过零信号是否发生跳变；

当所述可控硅的电压在过零信号发生跳变后一直小于0.5V或者一直大于4.8V时，对所述可控硅做开路标记；

当所述可控硅的电压在过零信号发生跳变后一直处于2.5V至4.0V之间时，对所述可控硅做短路标记；

判断所述可控硅的状态是否与要求的工作状态相同；

若不相同，所述中央处理器对所述可控硅运行可控硅保护程序切断马达供电继电器RY1的供电，并显示异常；

若相同，则结束本次检测，继续下一次同样的检测循环。

2.根据权利要求1所述的可控硅失效检测与保护方法，其特征在于，当所述可控硅的电压在过零信号发生跳变后一直小于0.5V或者一直大于

4.8V时，对所述可控硅做开路标记；当所述可控硅的电压在过零信号发生跳变后一直处于2.5V至4.0V之间时，对所述可控硅做短路标记包括以下步骤：

在过零信号发生跳变后，所述中央处理器判断所述可控硅的电压是否一直小于0.5V；

若是，则对所述可控硅进行开路标记；

若否，则判断在过零信号发生跳变后所述可控硅的电压是否一直处于2.5V至4.0V之间；

若所述可控硅的电压一直处于2.5V至4.0V之间，则对所述可控硅做短路标记；

若在过零信号发生跳变后，所述可控硅的电压不处于2.5V至4.0V之间，则判断可控硅的电压是否大于4.8V；

若在过零信号发生跳变后，所述可控硅的电压一直大于4.8V，则对所述可控硅进行开路标记；

若否，则结束本次检测，继续下一次同样的检测循环。

3.根据权利要求2所述的可控硅失效检测与保护方法，其特征在于：在过零信号发生跳变后，所述可控硅的电压一直处于0.5V至2.5V之间以及一直处于4.0V至4.8V之间时，结束检测，电路失效，判为可控硅开短路故障。

4.根据权利要求3所述的可控硅失效检测与保护方法，其特征在于：所述可控硅的电压，为所述中央处理器的模数转换口与所述可控硅的节点处的电压。

5.根据权利要求1所述的可控硅失效检测与保护方法，其特征在于：还包括所述中央处理器过零检测脚检测所述可控硅正负半周高低电平跳变后，设置可控硅输出变化标记位＝1这一过程。

6.根据权利要求5所述的可控硅失效检测与保护方法，其特征在于，中央处理器对可控硅的输出变化标记位进行检测包括以下步骤：

所述中央处理器的过零检测脚检测所述可控硅输出变化标记位是否等于1；

若不等于1，则所述中央处理器的模数转换口不对所述可控硅进行检测；

若等于1，则进行延时计数。

7.根据权利要求6所述的可控硅失效检测与保护方法，其特征在于，若等于1，则进行延时计数还包括以下步骤：

判断延时是否大于500US；

若不大于500US，则重复设置可控硅输出变化标记位＝1这一步骤；

若大于500US，则将所述可控硅输出变化标记位清零，中央处理器的模数转换口对所述可控硅进行检测。

8.一种可控硅失效检测与保护装置，其特征在于：包括

中央处理器，包括过零检测脚与模数转换口；

过零检测电路，连接至所述中央处理器，反馈可控硅正负半周高低电平跳变至所述过零检测脚，以供所述中央处理器对可控硅的输出变化标记位进行标记与检测；

失效检测电路，连接至所述中央处理器，反馈所述可控硅的电压至所述数模转换口，在过零信号发生跳变后，所述中央处理器对所述可控硅的电压一直小于0.5V或者大于4.8V做开路标记，对所述可控硅的电压一直处于2.5V至4.0V之间做短路标记；

保护电路，连接至所述中央处理器，根据所述中央处理器的可控硅保护程序，对所述短路标记与所述开路标记的可控硅及负载做断电保护；

显示装置，显示所述可控硅的异常状态信息。

9.根据权利要求8所述的可控硅失效检测与保护装置，其特征在于：所述失效检测电路包括电阻R4、电阻R5与电阻R6，所述电阻R4与电阻R5串联于电源与负载之间，所述电阻R6的一端连接至所述R4与所述电阻R5的节点，所述电阻R6的另一端连接至所述模数转换口，所述数模转换口检测所述电阻R6另一端以得到所述可控硅的电压。

10.根据权利要求8所述的可控硅失效检测与保护装置，其特征在于：所述保护电路包括继电器RY1，所述中央处理器开启保护程序，关断所述继电器RY1，以切断负载供电。

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