CN106653483B - 交流继电器过零动作控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种交流继电器过零动作控制电路。该交流继电器过零动作控制电路包括处理器、继电器驱动电路以及信号隔离电路；处理器分别与继电器驱动电路以及信号隔离电路连接，继电器驱动电路与信号隔离电路连接，信号隔离电路用于将继电器关断瞬间的交流电转换成隔离的电信号，并将电信号传输至处理器；处理器用于通过继电器驱动电路控制继电器的励磁线圈，检测信号隔离电路传输的电信号，计算并保存继电器的动作延时时间。上述交流继电器过零动作控制电路，实现了在交流电环境中检查出继电器的动作延时时间，从而可以控制继电器在交流零点导通，无需选用高抗浪涌继电器就能延长继电器使用寿命，实现精度高，体积小，成本低，稳定可靠的特点。

Description

交流继电器过零动作控制电路

技术领域

本发明涉及电子电路技术领域，特别是涉及一种交流继电器过零动作控制电路。

背景技术

随着工业化水平的不断提高，智能化家电产品也越来越多。智能化家电产品也越来越离不开继电器的控制。因家电产品均由市电供电的，继电器控制交流电的通断尤为明显。然而继电器的使用寿命严重影响产品的使用寿命。为了延长产品的使用寿命，下面是传统的解决方法，但都存在一定缺陷。

1、可控硅替代继电器，没有机械和触点老化的问题，但是可控硅无法承受开关瞬间的冲击电流。

2、选用更高规格的继电器，但是带来的材料成本压力。

3、逐个测试继电器的动作延时时间，让其在零点导通，但是目前的技术继电器的动作延时时间只能在直流环境，如果继电器是应用在交流环境，动作延时时间只能在线下用直流电去逐个测试和匹配，这无疑带来巨大的人工成本。

发明内容

基于此，有必要针对逐个测试继电器的动作延时时间，让其在零点导通的人工成本高的技术问题，提供一种交流继电器过零动作控制电路。

一种交流继电器过零动作控制电路，该交流继电器过零动作控制电路包括处理器、继电器驱动电路以及信号隔离电路；所述处理器分别与所述继电器驱动电路以及所述信号隔离电路连接，所述继电器驱动电路与所述信号隔离电路连接，所述信号隔离电路用于将继电器关断瞬间的交流电转换成隔离的电信号，并将电信号传输至所述处理器；所述处理器用于通过所述继电器驱动电路控制继电器的励磁线圈，检测所述信号隔离电路传输的电信号，计算并保存继电器的动作延时时间。

在其中一个实施例中，所述继电器驱动电路包括开关电路及单向导通电路，所述开关电路的输入端与所述处理器的延时控制端连接，所述开关电路的输出端用于连接所述继电器的励磁线圈的第一输入端，所述单向导通电路的输入端与所述开关电路的输出端连接，所述单向导通电路的输出端还用于连接所述继电器的励磁线圈的第二输入端。

在其中一个实施例中，所述开关电路包括晶体管Q1，所述单向导通电路包括二极管D6；晶体管Q1的基极与所述处理器的延时控制端连接，发射极接地；二极管D6的阳极与晶体管Q1的集电极连接，阴极连接电源输入端VCC；晶体管Q1的集电极还用于连接所述继电器的励磁线圈的第一输入端，二极管D6的阳极还用于连接所述继电器的励磁线圈的第二输入端。

在其中一个实施例中，所述开关电路还包括电阻R27及电阻R28，晶体管Q1的基极通过电阻R28接地并通过电阻R27与所述处理器的延时控制端连接。

在其中一个实施例中，所述信号隔离电路包括整流电路、恒流电路及光电耦合电路，所述整流电路的第一电源输入端用于通过所述继电器的励磁线圈的输出端与火线输入端连接，所述整流电路的第二电源输入端用于连接零线输入端；所述恒流电路的输入端与所述整流电路的输出端连接，所述恒流电路的输出端与所述光电耦合电路的输入端连接；所述光电耦合电路的输出端与所述处理器的动作端连接。

在其中一个实施例中，所述整流电路包括整流桥BD2，所述恒流电路包括稳压管ZD1及MOS管Q3，所述光电耦合电路包括光电耦合器OP1，整流桥BD2的第一电源输入端AC1用于通过所述继电器的励磁线圈的输出端与火线输入端L连接，整流桥BD2的第二电源输入端AC2用于连接零线输入端N；整流桥BD2的第一电压输出端与光电耦合器OP1的阳极连接；整流桥BD2的第二电压输出端分别与稳压管ZD1的阳极以及MOS管Q3的源极连接；MOS管Q3的栅极与稳压管ZD1的阴极连接，MOS管Q3的漏极与光电耦合器OP1的阴极连接；光电耦合器OP1的集电极与所述处理器的动作端连接，光电耦合器OP1的发射极接地。

在其中一个实施例中，所述恒流电路还包括电阻R19、电阻R20、电阻R22、电阻R24，稳压管ZD1的阴极通过电阻R20、电阻R19与光电耦合器OP1的阳极连接，并且，稳压管ZD1的阴极还通过电阻R22与稳压管ZD1的阳极连接；整流桥BD2的第二电压输出端通过电阻R24与MOS管Q3的源极连接。

在其中一个实施例中，所述光电耦合电路还包括电阻R25；光电耦合器OP1的集电极通过电阻R25连接电源输入端VCC。

在其中一个实施例中，所述整流电路还包括保险丝F2，整流桥BD2的第一电源输入端AC1通过保险丝F2与所述继电器的励磁线圈的输出端连接。

在其中一个实施例中，所述处理器为单片机。

上述交流继电器过零动作控制电路，实现了在交流电环境中检查出继电器的动作延时时间，从而可以控制继电器在交流零点导通，无需选用高抗浪涌继电器就能延长继电器使用寿命，实现精度高，体积小，成本低，稳定可靠的特点。

附图说明

图1为一个实施方式中交流继电器过零动作控制电路的原理示意框图；

图2为一个实施方式中交流继电器过零动作控制电路的电路示意图；

图3为图2所示电路中的电压Uac的波形示意图；

图4为图2所示电路中的电压U1的波形示意图；

图5为图2所示电路中的电压Ugs、电压Ur以及电压Ua的波形示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

请参阅图1，为一个实施方式中交流继电器过零动作控制电路的原理示意框图，例如，一种交流继电器过零动作控制电路包括处理器110、继电器驱动电路120以及信号隔离电路130。例如，处理器110为单片机。

处理器110分别与继电器驱动电路120以及信号隔离电路130连接，继电器驱动电路120与信号隔离电路130连接。继电器驱动电路120用于继电器并驱动该继电器动作，即驱动该继电器的开关闭合或者断开。

信号隔离电路130用于将继电器关断瞬间的交流电转换成隔离的电信号，并将电信号传输至处理器110。也就是说，信号隔离电路是将继电器关断瞬间的交流电转换成隔离的电信号，把电信号提供给单片机处理器。

处理器110用于通过继电器驱动电路120控制继电器的励磁线圈，检测信号隔离电路130传输的电信号，计算并保存继电器的动作延时时间。也就是说，单片机处理器是用于控制继电器的励磁线圈，检测信号隔离电路提供的电信号，保存继电器的动作延时时间。

因单片机无法直接驱动继电器，故需要继电器驱动电路去驱动继电器的励磁线圈。如此，整个过程形成闭环，就可以实现在交流电环境中检查出继电器的动作延时时间。

上述交流继电器过零动作控制电路，实现了在交流电环境中检查出继电器的动作延时时间，从而可以控制继电器在交流零点导通，无需选用高抗浪涌继电器就能延长继电器使用寿命，实现精度高，体积小，成本低，稳定可靠的特点，解决了产品在线测试和随时校正继电器动作延时时间的问题。

请参阅图2，其为一个实施方式中交流继电器过零动作控制电路的电路示意图，结合图1和图2，例如，继电器驱动电路120包括开关电路121及单向导通电路122，开关电路121的输入端与处理器MCU的延时控制端Relay连接，开关电路121的输出端用于连接继电器的励磁线圈的第一输入端。

本实施例中，继电器包括励磁线圈SW1A和开关SW1B。例如，开关电路121在由延时控制端Relay传来的控制信号后，根据该控制信号控制励磁线圈SW1A。例如，该控制信号为闭合开关SW1B的动作信号时，开关电路121控制励磁线圈SW1A动作，产生磁场以使开关SW1B闭合。

单向导通电路122的输入端与开关电路121的输出端连接，单向导通电路122的输出端还用于连接继电器的励磁线圈的第二输入端。这样通过单向导通电路122的单向导通的特性，可以吸收继电器的励磁线圈SW1A在驱动开关SW1B开始到停止的过程中的反向电压，提高电路稳定性。

进一步的，开关电路121包括晶体管Q1，单向导通电路122包括二极管D6；晶体管Q1的基极与处理器MCU的延时控制端连接，发射极接地。二极管D6的阳极与晶体管Q1的集电极连接，阴极连接电源输入端VCC。电源输入端VCC用于对开关电路121和继电器供电。

本实施例中，晶体管Q1的集电极还用于连接继电器的励磁线圈SW1A的第一输入端a1，二极管D6的阳极还用于连接继电器的励磁线圈SW1A的第二输入端a2。也就是说，继电器的励磁线圈SW1A的第一输入端a1与二极管D6的阴极连接，继电器的励磁线圈SW1A的第二输入端a2与二极管D6的阳极连接。二极管D6的作用是吸收继电器的励磁线圈SW1A驱动到停止的反向电压，这样，以吸收继电器的励磁线圈SW1A在驱动开关SW1B开始到停止的过程中的反向电压，提高电路稳定性。

进一步的，开关电路121还包括电阻R27及电阻R28，晶体管Q1的基极通过电阻R28接地并通过电阻R27与处理器MCU的延时控制端连接。这样通过电阻R27及电阻R28的限流分压作用，可以进一步地提高电路的稳定性。

请再次参阅图3，例如，信号隔离电路130包括整流电路131、恒流电路132及光电耦合电路133。整流电路131用于将输入的交流电整流成直流电。恒流电路132用于使得流经光电耦合电路133的电流稳定。光电耦合电路133用于向处理器MCU输出继电器的励磁线圈SW1A的动作信号。

整流电路131的第一电源输入端用于通过继电器的励磁线圈的输出端与火线输入端连接，整流电路131的第二电源输入端用于连接零线输入端。本实施例中，整流电路131的第一电源输入端为整流桥BD2的第一电源输入端AC1，整流电路131的第二电源输入端为整流桥BD2的第二电源输入端AC2。

恒流电路132的输入端与整流电路131的输出端连接，恒流电路132的输出端与光电耦合电路133的输入端连接；光电耦合电路133的输出端与处理器MCU的动作端连接。

进一步的，整流电路131包括整流桥BD2，恒流电路132包括稳压管ZD1及MOS管Q3，光电耦合电路133包括光电耦合器OP1，整流桥BD2的第一电源输入端AC1用于通过继电器的励磁线圈SW1A的输出端(即驱动开关SW1B)与火线输入端L连接。MOS管Q3优选为N沟道场效应管。

整流桥BD2的第二电源输入端AC2用于连接零线输入端N；整流桥BD2的第一电压输出端与光电耦合器OP1的阳极连接；整流桥BD2的第二电压输出端分别与稳压管ZD1的阳极以及MOS管Q3的源极连接。

MOS管Q3的栅极与稳压管ZD1的阴极连接，MOS管Q3的漏极与光电耦合器OP1的阴极连接；光电耦合器OP1的集电极与处理器MCU的动作端连接，光电耦合器OP1的发射极接地。

进一步的，恒流电路132还包括电阻R19、电阻R20、电阻R22、电阻R24，稳压管ZD1的阴极通过电阻R20、电阻R19与光电耦合器OP1的阳极连接，并且，稳压管ZD1的阴极还通过电阻R22与稳压管ZD1的阳极连接；整流桥BD2的第二电压输出端通过电阻R24与MOS管Q3的源极连接。也就是说，电阻R19、电阻R20、电阻R22、电阻R24、稳压管ZD1、MOS管Q3等组成恒流源，使得流过光电耦合器OP1中的二极管电流恒定。

进一步的，光电耦合电路133还包括电阻R25；光电耦合器OP1的集电极通过电阻R25连接电源输入端VCC。这样通过电阻R25分压、限流的作用，可以提高电路的稳定性。

进一步的，整流电路131还包括保险丝F2，整流桥BD2的第一电源输入端AC1通过保险丝F2与继电器的励磁线圈的输出端连接。这样，在保险丝F2的过流保护下，在输入整流电路131的电流过大时切断整流电路131与外部的连通，从而有效保护电路，提高电路的安全性。

结合图2、图3、图4以及图5，对交流继电器过零动作控制电路的电路控制流程做出说明，其中，图3为图2所示电路中的电压Uac的波形示意图，图4为图2所示电路中的电压U1的波形示意图，图5为图2所示电路中的电压Ugs、电压Ur以及电压Ua的波形示意图。

该电路控制流程具体为：

首先，单片机处理器MCU的延时控制端Relay脚提供高电平电压Ur，同时内部计时器开始计时。电压Ur的高电平使得晶体管Q1导通，使得继电器的励磁线圈被激励。

然后，由于继电器的开关需要在一定的机械延时后，才会完全闭合。市电的火线输入端和零线输入端之间具有电压Uac，电压Uac通入信号隔离电路，电压Uac通入信号隔离电路得到交流信号U1，交流信号U1经过保险丝F2、整流桥BD2后被整流为“馒头波”直流信号U2。

最后，当直流信号U2的电压值大于MOS管Q3的电压Ugs，光电耦合器被恒流源驱动，单片机处理器MCU就可以接收到Action的下降沿信号，此时MCU计时器停止，MCU读取计时器数据即为继电器的动作延时时间Ta。

需要说明：因为Ugs电压(约2V)远远小于低于市电Uac峰值电压(120V～240V的1.414倍)，所以死区时间Td引起时间误差为：Ugd/Uac，约为0.5％-1％。在工程应用中可以忽略不记。

本发明的优点在于，实现了在交流电环境中检查出继电器的动作延时时间，从而可以控制继电器在交流零点导通，无需选用高抗浪涌继电器就能延长继电器使用寿命，实现精度高，体积小，成本低，稳定可靠的特点，解决了产品在线测试和随时校正继电器动作延时时间的问题。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种交流继电器过零动作控制电路，其特征在于，包括处理器、继电器驱动电路以及信号隔离电路；

所述处理器分别与所述继电器驱动电路以及所述信号隔离电路连接，所述继电器驱动电路与所述信号隔离电路连接，

所述信号隔离电路用于将继电器关断瞬间的交流电转换成隔离的电信号，并将电信号传输至所述处理器；

所述处理器用于通过所述继电器驱动电路控制继电器的励磁线圈，检测所述信号隔离电路传输的电信号，计算并保存继电器的动作延时时间；

所述信号隔离电路包括整流电路、恒流电路及光电耦合电路，所述整流电路的第一电源输入端用于通过所述继电器的励磁线圈的输出端与火线输入端连接，所述整流电路的第二电源输入端用于连接零线输入端；所述恒流电路的输入端与所述整流电路的输出端连接，所述恒流电路的输出端与所述光电耦合电路的输入端连接；所述光电耦合电路的输出端与所述处理器的动作端连接；

所述整流电路包括整流桥BD2，所述恒流电路包括稳压管ZD1及MOS管Q3，所述光电耦合电路包括光电耦合器OP1，整流桥BD2的第一电源输入端AC1用于通过所述继电器的励磁线圈的输出端与火线输入端L连接，整流桥BD2的第二电源输入端AC2用于连接零线输入端N；整流桥BD2的第一电压输出端与光电耦合器OP1的阳极连接；整流桥BD2的第二电压输出端分别与稳压管ZD1的阳极以及MOS管Q3的源极连接；MOS管Q3的栅极与稳压管ZD1的阴极连接，MOS管Q3的漏极与光电耦合器OP1的阴极连接；光电耦合器OP1的集电极与所述处理器的动作端连接，光电耦合器OP1的发射极接地。

2.根据权利要求1所述的交流继电器过零动作控制电路，其特征在于，所述继电器驱动电路包括开关电路及单向导通电路，所述开关电路的输入端与所述处理器的延时控制端连接，所述开关电路的输出端用于连接所述继电器的励磁线圈的第一输入端，

所述单向导通电路的输入端与所述开关电路的输出端连接，所述单向导通电路的输出端还用于连接所述继电器的励磁线圈的第二输入端。

3.根据权利要求2所述的交流继电器过零动作控制电路，其特征在于，所述开关电路包括晶体管Q1，所述单向导通电路包括二极管D6；

晶体管Q1的基极与所述处理器的延时控制端连接，发射极接地；

二极管D6的阳极与晶体管Q1的集电极连接，阴极连接电源输入端VCC；

晶体管Q1的集电极还用于连接所述继电器的励磁线圈的第一输入端，二极管D6的阳极还用于连接所述继电器的励磁线圈的第二输入端。

4.根据权利要求3所述的交流继电器过零动作控制电路，其特征在于，所述开关电路还包括电阻R27及电阻R28，晶体管Q1的基极通过电阻R28接地并通过电阻R27与所述处理器的延时控制端连接。

5.根据权利要求1所述的交流继电器过零动作控制电路，其特征在于，所述恒流电路还包括电阻R19、电阻R20、电阻R22、电阻R24；

稳压管ZD1的阴极通过电阻R20、电阻R19与光电耦合器OP1的阳极连接，并且，稳压管ZD1的阴极还通过电阻R22与稳压管ZD1的阳极连接；

整流桥BD2的第二电压输出端通过电阻R24与MOS管Q3的源极连接。

6.根据权利要求1所述的交流继电器过零动作控制电路，其特征在于，所述光电耦合电路还包括电阻R25；

光电耦合器OP1的集电极通过电阻R25连接电源输入端VCC。

7.根据权利要求1所述的交流继电器过零动作控制电路，其特征在于，所述整流电路还包括保险丝F2，整流桥BD2的第一电源输入端AC1通过保险丝F2与所述继电器的励磁线圈的输出端连接。

8.根据权利要求1至7任一项所述的交流继电器过零动作控制电路，其特征在于，所述处理器为单片机。

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