CN103871784B - 继电器抗突变冲击保护系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
Description
技术领域
[0001]本发明涉及电子技术领域，具体为一种继电器抗突变冲击保护系统及其方法。
背景技术
[0002]继电器是一种基本的负载开关电路，由于其瞬时触点往往与负载串接在同一回路中，故负载特性对继电器的工作状态有很大影响，一些负载在交流电给电瞬间即继电器闭合时将会产生很大的电流冲击，进而对继电器造成一定的危害，例如现有技术中的智能家居系统，几乎所有的智能家居节点控制均是通过继电器驱动负载的方式输出，因此智能家居的控制节点大量使用不同型号的继电器。现有技术中的智能家居产品中对继电器的操作控制均未考虑负载状态和特性，实时操作继电器开合，而智能家居系统中的负载，如LED灯等由于使用开关式稳压电源，故属于容性负载，而冰箱等由于使用电机，属于感性负载，由于容性负载在上电一瞬间相当于短路，而电机在启动瞬间，由于定子和转子之间相对运动的速度几乎为零，即没有切割磁场的运动，则不会在电路中产生反电动势，因此在交流电给电瞬间即继电器闭合接通交流回路时，智能家居系统中的负载往往会产生很大的冲击电流，这样大的突变冲击对继电器的可靠运行是十分不利的，尤其是在实时操作继电器开合的场合中，因继电器动作随机，其直接承受突变冲击电流，造成继电器的瞬时触点不可逆损坏，致使继电器不能响应操作指示，从而使得智能家居节点控制电路整体失效。为解决这一问题现有技术中对继电器选型通常要考虑冲击电流最大值，不仅增加了硬件成本和产品体积，且继电器的使用寿命在不同负载情况下差异较大，难以达到产品理想使用状况。
发明内容
[0003]本发明针对以上问题的提出，而研制一种继电器抗突变冲击保护系统及其方法。
[0004]本发明采用的技术手段如下:
[0005] —种继电器抗突变冲击保护系统，应用于包括继电器和负载的电路中，所述继电器的触点与负载相互串联接在交流电回路中，包括:交流电过零点检测电路、继电器触点动作检测电路、产生可调延时时间的延时电路、和处理电路；
[0006] 所述处理电路包括:
[0007]用于发送触发信号的继电器触发模块；
[0008]连接交流电过零点检测电路、继电器触发模块、继电器触点动作检测电路和延时电路，用于获取延时时间、交流电过零检测点时间、触发信号发送时间和继电器触点动作时间的第一处理模块；
[0009]连接第一处理模块，用于根据触发信号发送时间和继电器触点动作时间计算得出两者之间的时间差的第一计算模块；
[0010]连接第一计算模块和存储模块，用于将最近三次触发信号发送时间和继电器触点动作时间之间的时间差存储至存储模块的第二处理模块；
[0011]用于存储波动时间、以及最近三次触发信号发送时间和继电器触点动作时间之间的时间差的存储模块；
[0012]连接存储模块，用于根据最近三次触发信号发送时间和继电器触点动作时间之间的时间差确定触发信号参考时间的第三处理模块；
[0013]连接第一处理模块、存储模块和第三处理模块，用于判断触发信号参考时间是否大于延时时间与波动时间之和的判断模块；
[0014]所述继电器触发模块与第一处理模块和判断模块相连接，当触发信号参考时间大于延时时间与波动时间之和时，所述继电器触发模块以交流电过零检测点的时间作为起始点，当经过延时时间和波动时间后发送触发信号，当触发信号参考时间小于等于延时时间与波动时间之和时，所述继电器触发模块以交流电过零检测点的时间作为起始点，当经过触发信号参考时间后发送触发信号；
[0015]进一步地，所述第一处理模块还用于接收来自外部的继电器开合控制指令，当所述第一处理模块接收到来自外部的继电器开合控制指令后获取交流电过零检测点的时间；
[0016]进一步地，所述第二处理模块还与第一处理模块相连接，当第一处理模块首次接收到来自外部的继电器开合控制指令时，所述第二处理模块设定最近三次触发信号发送时间和继电器触点动作时间之间的时间差等于延时时间；
[0017]进一步地，所述最近三次触发信号发送时间和继电器触点动作时间之间的时间差分别为:最近一次触发信号发送时间和继电器触点动作时间之间的时间差V 1、所述V I的上一次触发信号发送时间和继电器触点动作时间之间的时间差t〃 1、以及所述t〃 I的上一次触发信号发送时间和继电器触点动作时间之间的时间差V/71;当所述V I在所述V ' I和所述V '' I的平均波动范围内，则第三处理模块确定V I为触发信号参考时间，当所述V I超出所述V ' I和所述V '' I的平均波动范围，则第三处理模块确定与V I值最接近的V ' I或V 〃 I作为触发信号参考时间；
[0018]进一步地，所述处理电路采用单片机；
[0019]进一步地，所述交流过零点检测电路包括:阻容分压电路、稳压二极管Dl、光耦Ul和上拉电阻R3;所述阻容分压电路由电容Cl、电阻R2和电阻R3串联构成;所述稳压二极管Dl和所述光耦Ul具有的发光二极管均与电阻R2并联;所述光耦Ul具有的光敏三极管的发射极接地，所述光敏三极管集电极连接所述单片机的第一中断接口，以及通过上拉电阻R3连接电源VCC;
[0020]进一步地，所述继电器触点动作检测电路包括:电容C2、整流桥D2、稳压二极管D3、限流电阻R4、光耦U2和上拉电阻R5;所述整流桥D2的交流输入端与电容C2、继电器触点相互串联接在交流电回路中；所述电阻R4与所述光耦U2的发光二极管相互串联构成的支路、与所述稳压二极管D3均并联接在所述整流桥D2的直流输出端;所述光耦U2具有的光敏三极管的发射极接地，所述光敏三极管集电极连接所述单片机的第二中断接口，以及通过上拉电阻R5连接电源VCC;
[0021 ] 进一步地，所述延时电路包括由可调电阻R6和电容C3串联构成的RC充电电路、以及与所述电容C3并联的电阻R7;所述电容C3—端接地，另一端连接所述单片机的模数转换接口，以及通过可调电阻R6连接所述单片机的通用输入输出接口。
[0022] —种继电器抗突变冲击保护方法，包括如下步骤:
[0023]步骤1:事先存储波动时间，执行步骤2;
[0024]步骤2:产生延时时间，执行步骤3;
[°°25]步骤3:检测交流电过零点，执行步骤4;
[0026]步骤4:获取延时时间和交流电过零检测点的时间，执行步骤5;
[0027]步骤5:是否接收到来自外部的继电器开合控制指令，是则执行步骤6，否则返回步骤3;
[0028]步骤6:是否为首次接收到来自外部的继电器开合控制指令，是则执行步骤7，否则执行步骤8 ；
[0029]步骤7:设定最近三次触发信号发送时间和继电器触点动作时间之间的时间差等于延时时间，执行步骤8;
[0030]步骤8:根据最近三次触发信号发送时间和继电器触点动作时间之间的时间差确定触发信号参考时间，执行步骤9;
[0031]步骤9:判断触发信号参考时间是否大于延时时间与波动时间之和，是则执行步骤10，否则执行步骤11;
[0032]步骤10:以交流电过零检测点的时间作为起始点，当经过延时时间与波动时间后发送继电器触发信号，执行步骤12;
[0033]步骤11:以交流电过零检测点的时间作为起始点，当经过触发信号参考时间后发送继电器触发信号，执行步骤12;
[0034]步骤12:检测继电器触发信号发送时间和触点动作时间，执行步骤13;
[0035]步骤13:根据触发信号发送时间和继电器触点动作时间计算得出两者之间的时间差，执行步骤14;
[0036]步骤14:存储最近三次触发信号发送时间和继电器触点动作时间之间的时间差，执行步骤15;
[0037]步骤15:根据最近三次触发信号发送时间和继电器触点动作时间之间的时间差确定触发信号参考时间，返回步骤3;
[0038] 进一步地，所述步骤15具体为:
[0039 ]所述最近三次触发信号发送时间和继电器触点动作时间之间的时间差分别为:最近一次触发信号发送时间和继电器触点动作时间之间的时间差V 1、所述V I的上一次触发信号发送时间和继电器触点动作时间之间的时间差V ' 1、以及所述V ' I的上一次触发信号发送时间和继电器触点动作时间之间的时间差V 〃 I;当所述V I在所述V ' I和所述V 〃 I的平均波动范围内，则确定V I为触发信号参考时间，当所述V I超出所述V ’ I和所述V ’ ’ I的平均波动范围，则确定与V I值最接近的V ' I或V 〃 I作为触发信号参考时间。
[0040]由于采用了上述技术方案，本发明提供的继电器抗突变冲击保护系统及其方法，能够结合交流电过零检测点的时间，并根据继电器接收到触发信号后具有开合动作延迟的特性，以及实际应用时的继电器特性和负载特性，进而通过调整继电器的触发信号发送时序，使得继电器的触点动作时间能够避开冲击电流的影响，避免了负载产生的冲击电流对继电器的寿命影响，不仅延长了继电器的使用寿命，提高了继电器的工作可靠性，且利于产品设计时减小继电器选型的电流参数，从而缩小产品体积，降低成本。
附图说明
[0041 ]图1是本发明所述系统的结构框图；
[0042]图2是本发明所述交流过零点检测电路的电路原理图；
[0043]图3是本发明所述继电器触点动作检测电路的电路原理图；
[0044]图4是本发明所述延时电路的电路原理图；
[0045]图5是本发明所述方法的流程图。
具体实施方式
[0046] 如图1、图2、图3和图4所示的一种继电器抗突变冲击保护系统，应用于包括继电器和负载的电路中，所述继电器的触点与负载相互串联接在交流电回路中，包括:交流电过零点检测电路、继电器触点动作检测电路、产生可调延时时间的延时电路、和处理电路;所述处理电路包括:用于发送触发信号的继电器触发模块;连接交流电过零点检测电路、继电器触发模块、继电器触点动作检测电路和延时电路，用于获取延时时间、交流电过零检测点时间、触发信号发送时间和继电器触点动作时间的第一处理模块;连接第一处理模块，用于根据触发信号发送时间和继电器触点动作时间计算得出两者之间的时间差的第一计算模块；连接第一计算模块和存储模块，用于将最近三次触发信号发送时间和继电器触点动作时间之间的时间差存储至存储模块的第二处理模块；用于存储波动时间、以及最近三次触发信号发送时间和继电器触点动作时间之间的时间差的存储模块;连接存储模块，用于根据最近三次触发信号发送时间和继电器触点动作时间之间的时间差确定触发信号参考时间的第三处理模块;连接第一处理模块、存储模块和第三处理模块，用于判断触发信号参考时间是否大于延时时间与波动时间之和的判断模块;所述继电器触发模块与第一处理模块和判断模块相连接，当触发信号参考时间大于延时时间与波动时间之和时，所述继电器触发模块以交流电过零检测点的时间作为起始点，当经过延时时间和波动时间后发送触发信号，当触发信号参考时间小于等于延时时间与波动时间之和时，所述继电器触发模块以交流电过零检测点的时间作为起始点，当经过触发信号参考时间后发送触发信号;进一步地，所述第一处理模块还用于接收来自外部的继电器开合控制指令，当所述第一处理模块接收到来自外部的继电器开合控制指令后获取交流电过零检测点的时间；进一步地，所述第二处理模块还与第一处理模块相连接，当第一处理模块首次接收到来自外部的继电器开合控制指令时，所述第二处理模块设定最近三次触发信号发送时间和继电器触点动作时间之间的时间差等于延时时间；进一步地，所述最近三次触发信号发送时间和继电器触点动作时间之间的时间差分别为:最近一次触发信号发送时间和继电器触点动作时间之间的时间差V1、所述V I的上一次触发信号发送时间和继电器触点动作时间之间的时间差t〃 1、以及所述t7' I的上一次触发信号发送时间和继电器触点动作时间之间的时间差V 〃 I;当所述V I在所述t〃 I和所述V 〃 I的平均波动范围内，则第三处理模块确定V I为触发信号参考时间，当所述V I超出所述t〃 I和所述t'〃 I的平均波动范围，则第三处理模块确定与V I值最接近的V ' I或V 〃 I作为触发信号参考时间;进一步地，所述处理电路采用单片机;进一步地，所述交流过零点检测电路包括:阻容分压电路、稳压二极管D1、光耦Ul和上拉电阻R3;所述阻容分压电路由电容Cl、电阻R2和电阻R3串联构成;所述稳压二极管Dl和所述光耦Ul具有的发光二极管均与电阻R2并联;所述光耦Ul具有的光敏三极管的发射极接地，所述光敏三极管集电极连接所述单片机的第一中断接口/INTO，以及通过上拉电阻R3连接电源VCC;进一步地，所述继电器触点动作检测电路包括:电容C2、整流桥D2、稳压二极管D3、限流电阻R4、光耦U2和上拉电阻R5;所述整流桥D2的交流输入端与电容C2、继电器触点相互串联接在交流电回路中；所述电阻R4与所述光耦U2的发光二极管相互串联构成的支路、与所述稳压二极管D3均并联接在所述整流桥D2的直流输出端;所述光耦U2具有的光敏三极管的发射极接地，所述光敏三极管集电极连接所述单片机的第二中断接口 /INTl，以及通过上拉电阻R5连接电源VCC ；进一步地，所述延时电路包括由可调电阻R6和电容C3串联构成的RC充电电路、以及与所述电容C3并联的电阻R7;所述电容C3—端接地，另一端连接所述单片机的模数转换接口 ADC，以及通过可调电阻R6连接所述单片机的通用输入输出接口 GP1;所述交流电过零点为输入交流电由正半波变为负半波或负半波变为正半波的过零点;所述交流电过零检测点的时间为交流电过零点的时间与交流电过零点检测电路检测时所花费的时间之和。
[0047]如图5所示的一种继电器抗突变冲击保护方法，包括如下步骤:
[0048]步骤1:事先存储波动时间，执行步骤2;
[0049]步骤2:产生延时时间，执行步骤3;
[0050]步骤3:检测交流电过零点，执行步骤4;
[0051 ]步骤4:获取延时时间和交流电过零检测点的时间，执行步骤5;
[0052]步骤5:是否接收到来自外部的继电器开合控制指令，是则执行步骤6，否则返回步骤3;
[0053]步骤6:是否为首次接收到来自外部的继电器开合控制指令，是则执行步骤7，否则执行步骤8 ；
[0054]步骤7:设定最近三次触发信号发送时间和继电器触点动作时间之间的时间差等于延时时间，执行步骤8;
[0055]步骤8:根据最近三次触发信号发送时间和继电器触点动作时间之间的时间差确定触发信号参考时间，执行步骤9;
[0056]步骤9:判断触发信号参考时间是否大于延时时间与波动时间之和，是则执行步骤10，否则执行步骤11;
[0057]步骤10:以交流电过零检测点的时间作为起始点，当经过延时时间与波动时间后发送继电器触发信号，执行步骤12;
[0058]步骤11:以交流电过零检测点的时间作为起始点，当经过触发信号参考时间后发送继电器触发信号，执行步骤12;
[0059]步骤12:检测继电器触发信号发送时间和触点动作时间，执行步骤13;
[0060]步骤13:根据触发信号发送时间和继电器触点动作时间计算得出两者之间的时间差，执行步骤14;
[0061]步骤14:存储最近三次触发信号发送时间和继电器触点动作时间之间的时间差，执行步骤15;
[0062]步骤15:根据最近三次触发信号发送时间和继电器触点动作时间之间的时间差确定触发信号参考时间，返回步骤3;
[0063] 进一步地，所述步骤15具体为:
[0064]所述最近三次触发信号发送时间和继电器触点动作时间之间的时间差分别为:最近一次触发信号发送时间和继电器触点动作时间之间的时间差V 1、所述V I的上一次触发信号发送时间和继电器触点动作时间之间的时间差' 1、以及所述' I的上一次触发信号发送时间和继电器触点动作时间之间的时间差V 〃 I;当所述V I在所述V ' I和所述V 〃 I的平均波动范围内，则确定V I为触发信号参考时间，当所述V I超出所述V ’ I和所述V ’ ’ I的平均波动范围，则确定与V I值最接近的V ' I或V 〃 I作为触发信号参考时间。
[0065]假设交流电过零检测点的时间为T，本次继电器触发信号发送时间和触点动作时间之间的时间差为tl，最近一次触发信号发送时间和继电器触点动作时间之间的时间差为t7 1(本次触发的上一次)，所述V I的上一次触发信号发送时间和继电器触点动作时间之间的时间差为V ' I，所述V ' I的上一次触发信号发送时间和继电器触点动作时间之间的时间差为t' ^l,当所述I在所述’ I和所述’ ’ I的平均波动范围内，其中所述’ I和所述V1的平均波动范围可以取值[(t'q+VD/2] 土波动时间来获知，则确定V I为触发信号参考时间，当所述V I超出所述V ' I和所述t'〃 I的平均波动范围，则确定与V I值最接近的V ’ I或V ’ ’ I作为触发信号参考时间，假设延时时间为T2，延时时间T2通过延时电路产生，实际应用中延时时间T2和波动时间根据不同型号继电器的工作参数对应调整和设置，具体为根据大量采样继电器样品和相关实验获得经验值，且可以通过调节RC充电电路的可调电阻R6进而改变充电延时时间T2，进而便于产品设计时适配不同的继电器型号，同时在首次接收到来自外部的继电器开合控制指令时，设定V l、t〃 I和V" I等于延时时间T2，那么触发信号参考时间则为延时时间Τ2，由于延时时间Τ2小于等于延时时间Τ2与波动时间之和，则此时将以交流电过零检测点时间T作为起始点，当经过触发信号参考时间即延时时间Τ2后发送触发信号。
[0066]本发明采用时序选择方式，以交流电过零检测点时间为起始参考点，同时结合继电器接收到触发信号后具有开合动作延迟的特性，以及根据当前继电器型号所设定的延时时间和波动时间，进而调整继电器触发信号的发送时序，使得继电器的触点动作时间能够避开冲击电流的影响，解决了现有技术中在交流电给电瞬间即继电器闭合接通交流回路时，负载往往会产生很大的冲击电流，这样大的突变冲击对继电器的可靠运行造成不利影响的问题，也避免了现有技术中对继电器选型通常要考虑冲击电流最大值，不仅增加了硬件成本和产品体积，且继电器的使用寿命在不同负载情况下差异较大的问题，本发明提供的继电器抗突变冲击保护系统及其方法，能够结合交流电过零检测点的时间，并根据继电器接收到触发信号后具有开合动作延迟的特性，以及实际应用时的继电器特性和负载特性，进而通过调整继电器的触发信号发送时序，使得继电器的触点动作时间能够避开冲击电流的影响，实际应用时可以调节所述触点动作时间使其接近单向过零点的时间，避免了负载产生的冲击电流对继电器的寿命影响，且所述触发信号发送时间可以根据不同的继电器型号进行调整，实现适配不同的继电器和负载，不仅延长了继电器的使用寿命，提高了继电器的工作可靠性，且利于产品设计时减小继电器选型的电流参数，从而缩小产品体积，降低成本。
[0067]以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |