CN108233348B - 一种基于可控硅的智能开关浪涌抑制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于可控硅的智能开关浪涌抑制方法，其包括以下步骤：自学习步骤、小功率处理步骤以及大功率处理步骤。该系统包括微处理器，继电器，计量芯片以及可控硅。本发明可识别不同负载，并选取合适的开关动作执行方式，达到浪涌抑制的目的，小功率负载时通过在市电第一个过零点来临时，闭合继电器，根据欧姆定理可知，当负载一定时，电压决定电流的大小，从而达到浪涌抑制的效果；当大功率负载时，通过在市电第一个过零点来临时，闭合继电器和可控硅，利用可控硅分流浪涌电流，从而达到浪涌抑制的效果。本发明作为一种基于可控硅的智能开关浪涌抑制方法及系统，广泛适用于电子电路技术领域。

Description

一种基于可控硅的智能开关浪涌抑制方法及系统
技术领域
本发明涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种基于可控硅的智能开关浪涌抑制方法及系统。
背景技术
目前，公知的智能开关是由继电器或者可控硅实现弱电控制强电。开关收到命令后，直接进行强电的导通/关断，实现负载工作状态的控制。但是，一、工频电压以正弦波的方式周期变化，不同时机下导通/关断引起的浪涌电流大小有较大差别；二、不同负载的取电方式及通电时自身阻抗变化规律是不一致的。基于以上两点，传统的暴力开关方式容易造成强电导通/闭合瞬间伴随较大浪涌，不仅极易损耗负载、开关本身的使用寿命，甚至引起电路故障，严重威胁人们的生命财产安全。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种基于可控硅的智能开关浪涌抑制方法及系统。
本发明所采用的技术方案是：一种基于可控硅的智能开关浪涌抑制方法，其包括以下步骤：自学习步骤：智能开关上电后，采集负载正常工作下的电流采样参数，确定负载类型，如为小功率负载则执行小功率负载处理步骤，如为大功率负载则执行大功率负载处理步骤；小功率负载处理步骤：当智能开关接收到开关控制信号时，开始采集市电过零点信息，计算市电第一个过零点来临时间，当市电第一个过零点来临时，闭合继电器；大功率负载处理步骤：当智能开关接收到开关控制信号时，开始采集市电过零点信息，计算市电第一个过零点来临时间，当市电第一个过零点来临时，同时闭合继电器和可控硅，通过可控硅分流浪涌电流。
进一步，所述小功率负载处理步骤和大功率负载处理步骤中，所述智能开关通过无线通信方式接收开关控制信号。
进一步，所述小功率负载处理步骤具体包括：当智能开关接收到开关控制信号时，开始采集市电过零点信息，计算市电第一个过零点来临时间，预留继电器启动时间，确保当市电第一个过零点来临时，继电器的触点闭合。
进一步，所述大功率负载处理步骤还包括：在继电器闭合前进行预热处理。
一种基于可控硅的智能开关浪涌抑制系统，其用于实施上述的基于可控硅的智能开关浪涌抑制方法，该系统包括：微处理器、继电器、可控硅以及计量芯片，所述微处理器的输出端分别与所述继电器的输入端以及可控硅的输入端连接，所述计量芯片的输出端与所述微处理器的输入端连接；所述微处理器内置控制程序，所述微处理器执行控制程序用于实施，自学习步骤：智能开关上电后，采集负载正常工作下的电流采样参数，确定负载类型，如为小功率负载则执行小功率负载处理步骤，如为大功率负载则执行大功率负载处理步骤；小功率负载处理步骤：当智能开关接收到开关控制信号时，开始采集市电过零点信息，计算市电第一个过零点来临时间，当市电第一个过零点来临时，闭合继电器；大功率负载处理步骤：当智能开关接收到开关控制信号时，开始采集市电过零点信息，计算市电第一个过零点来临时间，当市电第一个过零点来临时，同时闭合继电器和可控硅，通过可控硅分流浪涌电流。
进一步，其还包括无线通信模块，其用于接收外部无线开关控制信号。
进一步，所述无线通信模块包括ZigBee通信模块、蓝牙通信模块或wifi通信模块。
进一步，所述微处理器执行控制程序用于实施：当智能开关接收到开关控制信号时，开始采集市电过零点信息，计算市电第一个过零点来临时间，预留继电器启动时间，确保当市电第一个过零点来临时，继电器的触点闭合。
进一步，所述微处理器执行控制程序用于实施：在继电器闭合前进行预热处理。
采集负载正常工作下的电流采样参数
本发明的有益效果是：本发明可识别不同负载，并选取合适的开关动作执行方式，达到浪涌抑制的目的，小功率负载时通过在市电第一个过零点来临时，闭合继电器，根据欧姆定理可知，当负载一定时，电压决定电流的大小，从而达到浪涌抑制的效果；当大功率负载时，通过在市电第一个过零点来临时，闭合继电器和可控硅，利用可控硅分流浪涌电流，从而达到浪涌抑制的效果。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
图1是本发明一种基于可控硅的智能开关浪涌抑制方法中市电电压、开关闭合命令信号、计量芯片给出的市电电压过零中断信号、继电器控制信号以及继电器的实际闭合状态随时间变化的波形图；
图2是本发明一种基于可控硅的智能开关浪涌抑制方法中市电电压、开关闭合命令信号、计量芯片给出的市电电压过零中断信号、继电器控制信号、继电器的实际闭合状态以及可控硅控制信号随时间变化的波形图；
图3是本发明中一种基于可控硅的智能开关浪涌抑制系统的结构示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
一种基于可控硅的智能开关浪涌抑制方法，其包括以下步骤：
自学习步骤：智能开关上电后，采集负载正常工作下的电流采样参数，确定负载类型，如为小功率负载则执行小功率负载处理步骤，如为大功率负载则执行大功率负载处理步骤；
智能开关上电时，执行一次自学习。开关上电后，在继电器闭合，闭合后负载通电启动；负载稳定后自学习阶段，一般为5～10个市电周期，此阶段计量芯片采集负载相关电参数，根据有功功率、无功功率、视在功率等执行二级分类。在一级分类中，根据功率阈值，进行大小功率区分，分为小功率负载和大功率负载；二级分类是对一级分类下大功率负载类型的细分，分为阻性负载、感性负载和容性负载。
小功率负载处理步骤：当智能开关接收到开关控制信号时，开始采集市电过零点信息，计算市电第一个过零点来临时间，当市电第一个过零点来临时，闭合继电器；
大功率负载处理步骤：当智能开关接收到开关控制信号时，开始采集市电过零点信息，计算市电第一个过零点来临时间，当市电第一个过零点来临时，同时闭合继电器和可控硅，通过可控硅分流浪涌电流。
优选的，所述小功率负载处理步骤和大功率负载处理步骤中，所述智能开关通过无线通信方式接收开关控制信号。
优选的，所述小功率负载处理步骤具体包括：当智能开关接收到开关控制信号时，开始采集市电过零点信息，计算市电第一个过零点来临时间，预留继电器启动时间，确保当市电第一个过零点来临时，继电器的触点闭合。
如图1所示，其示出了市电电压，开关闭合命令信号，计量芯片给出的市电电压过零中断信号，继电器控制信号，示继电器的实际闭合状态随时间变化的波形图，①是市电电压波形，②表示开关闭合命令(来自无线通信模块)，③代表计量芯片给出的市电电压过零中断信号，波形④是继电器控制信号(高电平继电器闭合)，波形⑤指示继电器的实际闭合时间(跳变点前继电器断开，跳变点后可靠闭合)。智能开关通过计量芯片捕获过零点，并根据继电器响应时间来推算最佳的闭合命令产生时间T3，保证继电器实际闭合时刻落在过零点附近。
当智能开关在T1时刻收到无线通信设备发送的开关命令，计量芯片开始采集市电过零中断，第一个过零点在T2时刻到来，产生中断。继电器闭合控制命令在T3时刻产生，T3的选取是根据T2和继电器的响应时间T来定，保证继电器落在T4～T5区间内。T4、T5靠近过零点(过零点电压为零)。根据欧姆定理可知，当负载一定时，电压决定电流的大小，从而达到浪涌抑制的效果。
优选的，所述大功率负载处理步骤还包括：在继电器闭合前进行预热处理。
如图2所示，其示出了市电电压、开关闭合命令信号、计量芯片给出的市电电压过零中断信号、继电器控制信号、继电器的实际闭合状态以及可控硅控制信号随时间变化的波形图。大功率负载浪涌抑制与小功率最大区别是在过零点附近(T4～T5)的处理方式上。继电器可靠导通区间前后，翻转可控硅，使其导通。当负载开始工作，初期(过零点至T6时刻)电流来自可控硅和继电器两路，实现浪涌的分流，从而起到保护开关的作用。增加可控硅控制波形⑥。在T4时刻至T6时刻可控硅导通，分担继电器上的浪涌电流。
具体实现时，会针对阻性负载、感性负载、容性负载，在图2所示的基础上做优化处理。对于感性负载和容性负载则会增加在过零点附近可控硅的切换速度与频次。如智能开关主要针对灯具类产品，以白炽灯为例，会增加预热处理。
如图3所示，其公开了一种基于可控硅的智能开关浪涌抑制系统，其用于实施上述的基于可控硅的智能开关浪涌抑制方法，该系统包括：微处理器、其用于接收开关控制信号，控制计量芯片采集市电过零点信息，根据过零点信息确保当市电第一个过零点来临时，发送开关命令至继电器，继电器、用于根据微处理器发送的开关命令，执行开关动作；计量芯片、由于检测市电的过零点信息，并发送至微处理器。
优选的，其还包括无线通信模块，其用于接收外部无线开关控制信号。所述无线通信模块包括ZigBee通信模块、蓝牙通信模块或wifi通信模块。
优选的，所述微处理器还用于：发送开关命令至继电器时预留继电器启动时间，确保当市电第一个过零点来临时，继电器的触点闭合。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (7)

1.一种基于可控硅的智能开关浪涌抑制方法，其特征在于，其包括以下步骤：
自学习步骤：智能开关上电后，5～10个市电周期，采集负载正常工作下的电流采样参数，在一级分类中，根据功率阈值进行大小功率区分，分为小功率负载和大功率负载；二级分类是对一级分类下大功率负载类型的细分，分为阻性负载、感性负载和容性负载，对于感性负载和容性负载会增加在过零点附近可控硅的切换速度与频次，如为小功率负载则执行小功率负载处理步骤，如为大功率负载则执行大功率负载处理步骤；
小功率负载处理步骤：当智能开关接收到开关控制信号时，开始采集市电过零点信息，计算市电第一个过零点来临时间，当市电第一个过零点来临时，闭合继电器；
大功率负载处理步骤：当智能开关接收到开关控制信号时，开始采集市电过零点信息，计算市电第一个过零点来临时间，当市电第一个过零点来临时，同时闭合继电器和可控硅，通过可控硅分流浪涌电流,在继电器闭合前进行预热处理。
2.根据权利要求1所述的基于可控硅的智能开关浪涌抑制方法，其特征在于，所述小功率负载处理步骤和大功率负载处理步骤中，所述智能开关通过无线通信方式接收开关控制信号。
3.根据权利要求1所述的基于可控硅的智能开关浪涌抑制方法，其特征在于，所述小功率负载处理步骤具体包括：当智能开关接收到开关控制信号时，开始采集市电过零点信息，计算市电第一个过零点来临时间，预留继电器启动时间，确保当市电第一个过零点来临时，继电器的触点闭合。
4.一种基于可控硅的智能开关浪涌抑制系统，其特征在于，其用于实施上述权利要求1至3任一项所述的基于可控硅的智能开关浪涌抑制方法，该系统包括：
微处理器、继电器、可控硅以及计量芯片，所述微处理器的输出端分别与所述继电器的输入端以及可控硅的输入端连接，所述计量芯片的输出端与所述微处理器的输入端连接；
所述微处理器内置控制程序，所述微处理器执行控制程序用于实施，自学习步骤：智能开关上电后，采集负载正常工作下的电流采样参数，确定负载类型，如为小功率负载则执行小功率负载处理步骤，如为大功率负载则执行大功率负载处理步骤；
小功率负载处理步骤：当智能开关接收到开关控制信号时，开始采集市电过零点信息，计算市电第一个过零点来临时间，当市电第一个过零点来临时，闭合继电器；
大功率负载处理步骤：当智能开关接收到开关控制信号时，开始采集市电过零点信息，计算市电第一个过零点来临时间，当市电第一个过零点来临时，同时闭合继电器和可控硅，通过可控硅分流浪涌电流。
5.根据权利要求4所述的基于可控硅的智能开关浪涌抑制系统，其特征在于：其还包括无线通信模块，所述无线通信模块包括ZigBee通信模块、蓝牙通信模块或wifi通信模块，其用于接收外部无线开关控制信号。
6.根据权利要求5所述的基于可控硅的智能开关浪涌抑制系统，其特征在于，所述微处理器执行控制程序用于实施：当智能开关接收到开关控制信号时，开始采集市电过零点信息，计算市电第一个过零点来临时间，预留继电器启动时间，确保当市电第一个过零点来临时，继电器的触点闭合。
7.根据权利要求5所述的基于可控硅的智能开关浪涌抑制系统，其特征在于，所述微处理器执行控制程序用于实施：在继电器闭合前进行预热处理。
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