CN104505818B - 一种开关控制方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种开关控制方法和装置，所述方法包括：当受控开关需要断开时，采集所述受控开关两端的脉冲直流电压；将所述受控开关的响应时间与所述脉冲直流电压的波形的周期进行比较；根据比较的结果确定向所述受控开关发出断开信号的时刻，使所述受控开关在所述脉冲直流电压为0的时间段内断开。本发明提供的开关控制方法和装置可以控制受控开关在其两端电压为0的时间段内断开，完全避免了电弧的产生、实现了灭弧的目的，提高了受控开关的安全性、延长了受控开关的使用寿命。由于本发明提供了一个允许受控开关执行断开动作的时间段，所以对于受控开关的硬件参数的要求并非十分苛刻，实际应用时比较容易实现。

Description

一种开关控制方法和装置

技术领域

本发明涉及电器控制领域，具体涉及一种开关控制方法和装置。

背景技术

现有的断路器在接通时是依靠接通一个直流线圈产生磁场，由该磁场的吸力达到接通断路器的目的。给直流线圈供电的电源是将220V交流电通过二极管整流得到的脉冲直流电源。控制直流线圈的接通和断开是依靠开关器件(例如继电器)实现的，该直流线圈的电阻非常小，因此线圈在接通时电流非常大。由于产品体积等原因，通常只能选择5A的继电器，所以在继电器断开时会产生电弧，由此则会影响开关器件的使用寿命。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于避免在开关断开时产生电弧，延长开关器件的使用寿命。

本发明提供一种开关控制方法，包括：当受控开关需要断开时，采集所述受控开关两端的脉冲直流电压；将所述受控开关的响应时间与所述脉冲直流电压的波形的周期进行比较；根据比较的结果确定向所述受控开关发出断开信号的时刻，使所述受控开关在所述脉冲直流电压为0的时间段内断开。

优选地，当所述受控开关的响应时间小于所述脉冲直流电压的波形的半周期时，所述根据比较的结果确定向所述受控开关发出断开信号的时刻的步骤进一步包括：获取脉冲直流电压降为0的第一时间点；在所述第一时间点发出所述断开信号。

优选地，当所述受控开关的响应时间大于所述脉冲直流电压的波形的半周期且小于所述脉冲直流电压的波形的周期时，所述根据比较的结果确定向所述受控开关发出断开信号的时刻的步骤进一步包括：获取脉冲直流电压从0开始上升的第二时间点；在所述第二时间点发出所述断开信号。

相应地，本发明提供一种开关控制装置，包括：采集单元，用于当受控开关需要断开时，采集所述受控开关两端的脉冲直流电压；比较单元，将所述受控开关的响应时间与所述脉冲直流电压的波形的周期进行比较；执行单元，根据比较的结果确定向所述受控开关发出断开信号的时刻，使所述受控开关在所述脉冲直流电压为0的时间段内断开。

优选地，当所述受控开关的响应时间小于所述脉冲直流电压的波形的半周期时，所述执行单元包括：第一获取子单元，用于获取脉冲直流电压降为0的第一时间点；第一执行子单元，用于在所述第一时间点发出所述断开信号。

优选地，当所述受控开关的响应时间大于所述脉冲直流电压的波形的半周期且小于所述脉冲直流电压的波形的周期时，所述执行单元包括：第二获取子单元，用于获取脉冲直流电压从0开始上升的第二时间点；第二执行子单元，用于在所述第二时间点发出所述断开信号。

与现有技术相比，本发明提供的开关控制方法和装置可以在受控开关需要断开时对其两端的电压进行采集和分析，并根据分析结果控制受控开关在其两端电压为0的时间段内断开，完全避免了电弧的产生、实现了灭弧的目的，提高了受控开关的安全性、延长了受控开关的使用寿命。由于本发明提供了一个允许受控开关执行断开动作的时间段，所以对于受控开关的硬件参数的要求并非十分苛刻，实际应用时比较容易实现。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1是本发明提供的开关控制方法的流程图；

图2是本发明一实施例中所采集的受控开关两端电压的波形图；

图3是本发明提供的开关控制装置的结构框图；

图4是应用本发明的开关控制装置的半波整流电路的电路图；

图5是应用本发明的开关控制装置的全波整流电路的电路图；

图6是应用本发明的开关控制装置的交流电分断电路的电路图。

具体实施方式

本发明提供一种开关控制方法，如图1所示该方法包括：

S1：当受控开关需要断开时，采集所述受控开关两端的脉冲直流电压。具体地，流经受控开关的电流必须是脉冲直流，例如可以是利用二极管对交流信号进行整流得到的直流电信号，受控开关可以是继电器。获知受控开关需要断开的方式有多种，例如可以是接收到受控开关驱动电路发出的驱动信号等。

S2：将所述受控开关的响应时间与所述脉冲直流电压的波形的周期进行比较。图2示出了受控开关两端的脉冲直流电压波形图，根据波形可以得知脉冲直流电压信号的周期特性，其中例如从0到C点或从C点到E点的时间为该信号的周期t，从0到B点或从B点到C点的时间为该信号的半周期t/2。

受控开关的响应时间T0即发出断开信号到受控开关执行断开动作的时间，该响应时间T0与脉冲直流电压信号的周期长度t的关系例如T0<t/2、t/2>T0>t、T0>t等。

S3：根据比较的结果确定向所述受控开关发出断开信号的时刻，使所述受控开关在所述脉冲直流电压为0的时间段内断开。假设在A0点得知受控开关需要断开，根据受控开关的响应时间T0与受控开关两端的脉冲直流电压波形周期t的关系可以确定发出断开信号的时间点，使受控开关在脉冲直流电压为0的时间段内执行断开动作，所述脉冲直流电压为0的时间段例如可以是B点与C点之间的时间段，或者是D与E之间的时间段。

上述方法可以用于控制供电电源是半波脉冲直流电源的电路中，例如可以用于控制整流桥电路、交流分断等电路中的开关、继电器、MOS管等受控开关器件。由于各种受控开关的响应时间不相同，所以发出断开信号的时刻也不相同，但受控开关的断开动作必须是在脉冲直流电压为0的时间段。

根据本发明实施例提供的开关控制方法，可以在受控开关需要断开时对受控开关两端的电压波形进行采集和分析，并根据分析结果控制受控开关在其两端电压为0的时间段内断开，避免开关断开时产生电弧、实现了灭弧的目的，提高了受控开关的安全性、延长了受控开关的使用寿命。由于本方法提供了一个允许受控开关执行断开动作的时间段，所以对于硬件参数的要求并非十分苛刻，实际应用时比较容易实现。

假设图2所示的脉冲直流电压是由50Hz交流电经过整流得到的，则其中一个周期t为20ms，半周期t/2为10ms，即图中B点到C点的时间长度为10ms，当上述步骤S2中的比较结果为T0<t/2时，即受控开关的响应时间小于10ms，根据比较结果确定向受控开关发出断开信号的时刻的步骤包括：

S31：获取脉冲直流电压降为0的第一时间点，例如捕捉到如B点所示的时间点。获取第一时间点的方式可以是实时监测电压值的变化，从而确定其降为0的时间点，假设在A0点得知受控开关需要断开，则从A0点开始实时监测，在B点时电压降为0则B点即为所述第一时间点；如果在A1点得知受控开关需要断开，则从A1点开始实时监测，在D点时电压降为0则D点即为所述第一时间点。

S32：在所述第一时间点发出所述断开信号。

根据上述方案，当受控开关的响应时间小于所述脉冲直流电压的波形的半周期时，在脉冲直流电压降为0的第一时间点(例如B点)发出所述断开信号，可以保证受控开关在脉冲直流电压为0的时间段内(例如B点与C点之间)执行断开动作，由此则可以确保继电器断开时其两端的电压为0，进而确保没有电弧产生。

如前所述，假设图2所示的脉冲直流电压是由50Hz交流电经过整流得到的，则其中一个周期t为20ms，半周期t/2为10ms，即图中B点到C点的时间长度为10ms，假设上述步骤S2中的比较结果为t/2<T0<t时,，即当所述受控开关的响应时间大于所述脉冲直流电压的波形的半周期且小于所述脉冲直流电压的波形的周期时，所述根据比较结果确定向受控开关发出断开信号的时刻的步骤包括：

S31：获取脉冲直流电压信号从0开始上升的第二时间点，例如捕捉到如C点所示的时间点。获取第二时间点的方式可以是实时监测电压值的变化，从而确定其从0开始上升的时间点，假设在A0点得知受控开关需要断开，则从A0点开始实时监测，在C点时电压从0开始上升则C点即为所述第二时间点；如果在A1点得知受控开关需要断开，则第二时间点仍为C点。

S32：在所述第二时间点发出所述断开信号。

根据上述方案，当受控开关的响应时间大于所述脉冲直流电压的波形的半周期且小于所述脉冲直流电压的波形的周期时，在脉冲直流电压从0开始上升的第二时间点(例如C点)发出所述断开信号，可以保证受控开关在脉冲直流电压为0的时间段内(例如D点与E点之间)执行断开动作，由此则可以确保继电器断开时其两端的电压为0，进而确保没有电弧产生。

以上介绍的方案中，我们将t<T0的情况分为T0<t/2和t/2>T0>t两种情况分别进行分析以确定不同的解决方案。本领域技术人员应当理解，对于T0>t的情况，与t<T0的情况相比，只是延迟了一个甚至多个周期，其原理相同，因此此处不再赘述。

实际应用中，执行本方法的硬件通常是单片机，其发出断开信号的时间点比较容易确定，但受控开关的响应时间可能存在误差，如果选用的受控开关的响应时间与电压信号的半周期(或周期)比较接近，并且存在较大误差，则可能使实际的响应时间与电压周期的关系不符合预先比较的结果。所以在选用受控开关时，应当选择响应时间与电压信号的半周期或周期长度有明显区别的开关器件，并且响应时间的误差应当较小，以避免影响本方法的灭弧效果。由于本方法提供了一个允许受控开关执行断开动作的时间段，所以对于硬件参数的要求并非十分苛刻，实际应用时比较容易实现。

本发明提供一种开关控制装置，如图3所示该装置包括：

采集单元31，用于当受控开关需要断开时，采集所述受控开关两端的脉冲直流电压；

比较单元32，将所述受控开关的响应时间与所述脉冲直流电压的波形的周期进行比较；

执行单元33，根据比较的结果确定向所述受控开关发出断开信号的时刻，使所述受控开关在所述脉冲直流电压为0的时间段内断开。

根据本发明实施例提供的开关控制装置，可以在受控开关需要断开时对受控开关两端的电压波形进行采集和分析，并根据分析结果控制受控开关在其两端电压为0的时间段内断开，避免了电弧的产生、实现了灭弧的目的，提高了受控开关的安全性、延长了受控开关的使用寿命。由于本装置提供了一个允许受控开关执行断开动作的时间段，所以对于硬件(受控开关)参数的要求并非十分苛刻，实际应用时比较容易实现。

当所述受控开关的响应时间T0小于所述脉冲直流电压的波形的半周期t/2时，所述执行单元33包括：

第一获取子单元，用于获取脉冲直流电压降为0的第一时间点；

第一执行子单元，用于在所述第一时间点发出所述断开信号。

根据上述方案，当受控开关的响应时间小于所述脉冲直流电压的波形的半周期时，在脉冲直流电压降为0的第一时间点发出所述断开信号，可以保证受控开关在脉冲直流电压为0的时间段内执行断开动作，由此则可以确保继电器断开时其两端的电压为0，进而确保没有电弧产生。

当所述受控开关的响应时间T0大于所述脉冲直流电压的波形的半周期t/2且小于所述脉冲直流电压的波形的周期t时，所述执行单元33包括：

第二获取子单元，用于获取脉冲直流电压从0开始上升的第二时间点；

第二执行子单元，用于在所述第二时间点发出所述断开信号。

根据上述方案，当受控开关的响应时间大于所述脉冲直流电压的波形的半周期且小于所述脉冲直流电压的波形的周期时，在脉冲直流电压从0开始上升的第二时间点发出所述断开信号，可以保证受控开关在脉冲直流电压为0的时间段内执行断开动作，由此则可以确保继电器断开时其两端的电压为0，进而确保没有电弧产生。

以上介绍的方案中，我们将t<T0的情况分为T0<t/2和t/2>T0>t两种情况分别进行分析以确定不同的解决方案。本领域技术人员应当理解，对于T0>t的情况，与t<T0的情况相比，只是延迟了一个甚至多个周期，其原理相同，因此此处不再赘述。

本发明提供的开关控制装置可以应用于图4所示的交流转直流的电路中，其中Vin是交流电源，通过二极管D1整流可以得到直流电源Vout。K1是一个单片机可控的开关(例如继电器)，其作用是控制电源的通断，二极管D1用于将交流电转换为脉冲直流，二极管D2起到隔离作用。上述开关控制装置可以用于控制K1，其中Trip端与本发明提供的开关控制装置连接，在需要断开线路供电电源时，先利用开关控制装置对电压进行采样，然后将K1的响应时间与脉冲直流电压的周期进行比较，根据比较的结果控制K1在两端电压为0的时间段内断开，由此则不会产生电弧，虽然二极管D1会产生漏电流，但其数值较小可以忽略不计，因此不会影响本发明的实施效果。本装置特别适用于高压大电流电路，利用本装置可以降低对K1触头材料的要求。

本发明提供的开关控制装置还可以应用于图5所示的整流电路中，其中L、N分别为火线和零线。二极管D1、D2、D3、D4构成整流桥，K1、K2是单片机可控开关(例如继电器)，二极管D5和D6起隔离作用。在此电路中流经K1和K2的电流波形为脉冲直流。可以设置两个开关控制装置，分别用于控制K1和K2，当需要分断主电路时，先利用开关控制装置对电压进行采样，然后分别将K1和K2的响应时间与脉冲直流电压的周期进行比较，根据比较的结果控制K1和K2在达到各自的断开条件(在两端电压为0的时间段内)时断开，由此可以在全波整流的电路中实现灭弧。

本发明提供的开关控制装置还可以应用于如图6所示的交流电分断电路中，其中K1、K2是单片机可控开关(例如继电器)，可以设置两个开关控制装置，分别用于控制K1和K2。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种开关控制方法，其特征在于，包括：

当受控开关需要断开时，采集所述受控开关两端的脉冲直流电压；

将所述受控开关的响应时间与所述脉冲直流电压的波形的周期以及所述脉冲直流电压的波形的半周期进行比较；

根据比较的结果确定向所述受控开关发出断开信号的时刻，使所述受控开关在所述脉冲直流电压为0的时间段内断开。

2.根据权利要求1所述的开关控制方法，其特征在于，当所述受控开关的响应时间小于所述脉冲直流电压的波形的半周期时，所述根据比较的结果确定向所述受控开关发出断开信号的时刻的步骤进一步包括：

获取脉冲直流电压降为0的第一时间点；

在所述第一时间点发出所述断开信号。

3.根据权利要求1所述的开关控制方法，其特征在于，当所述受控开关的响应时间大于所述脉冲直流电压的波形的半周期且小于所述脉冲直流电压的波形的周期时，所述根据比较的结果确定向所述受控开关发出断开信号的时刻的步骤进一步包括：

获取脉冲直流电压从0开始上升的第二时间点；

在所述第二时间点发出所述断开信号。

4.一种开关控制装置，其特征在于，包括：

采集单元，用于当受控开关需要断开时，采集所述受控开关两端的脉冲直流电压；

比较单元，将所述受控开关的响应时间与所述脉冲直流电压的波形的周期以及所述脉冲直流电压的波形的半周期进行比较；

执行单元，根据比较的结果确定向所述受控开关发出断开信号的时刻，使所述受控开关在所述脉冲直流电压为0的时间段内断开。

5.根据权利要求4所述的开关控制装置，其特征在于，当所述受控开关的响应时间小于所述脉冲直流电压的波形的半周期时，所述执行单元包括：

第一获取子单元，用于获取脉冲直流电压降为0的第一时间点；

第一执行子单元，用于在所述第一时间点发出所述断开信号。

6.根据权利要求4所述的开关控制装置，其特征在于，当所述受控开关的响应时间大于所述脉冲直流电压的波形的半周期且小于所述脉冲直流电压的波形的周期时，所述执行单元包括：

第二获取子单元，用于获取脉冲直流电压从0开始上升的第二时间点；

第二执行子单元，用于在所述第二时间点发出所述断开信号。