CN110209083A - 半导体开关面板的控制结构、控制系统和控制方法 - Google Patents

半导体开关面板的控制结构、控制系统和控制方法 Download PDF

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Abstract

一种半导体开关面板的控制结构、控制系统和控制方法。所述半导体开关面板的控制结构包括：温度传感器，所述温度传感器用于与半导体开关接触在一起；微处理器，所述微处理器的第一引脚连接所述温度传感器，所述微处理器的第二引脚用于与所述半导体开关的受控端连接；无线通信模块，所述无线通信模块用于与智能终端的控制应用通信连接；所述温度传感器包括热敏电阻和分压电阻，所述热敏电阻用于与半导体开关接触在一起，从而使所述温度传感器与半导体开关接触在一起。所述控制结构能够保护半导体开关，保护半导体开关面板。

Description

半导体开关面板的控制结构、控制系统和控制方法
技术领域
本发明涉及智能家居领域，尤其涉及一种半导体开关面板的控制结构、控制系统和控制方法。
背景技术
目前市场上，有很多基于半导体开关设计的开关面板。因为半导体开关具有易发热的特性，因此，这些半导体开关面板都不能适用于大功率负载。
然而，往往大多数用户都没有去注意或者刻意记住其所购买到的半导体开关面板上所标识的负载适用范围，造成半导体开关面板使用在负载功率超出该开关面板适用范围的情况，从而影响了半导体开关面板的使用寿命，甚至损坏电路，出现电气险情等情况。
更多有关现有开关的控制电路可以参考公开号为CN205485541U的中国专利。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种半导体开关面板的控制结构、控制系统和控制方法，以防止半导体开关面板使用在负载功率超出允许范围等情况，确保半导体开关面板的正常使用寿命，防止出现损坏电路和电气险情等情况。
为解决上述问题，本发明提供一种半导体开关面板的控制结构，包括：温度传感器，所述温度传感器用于与半导体开关接触在一起；微处理器，所述微处理器的第一引脚连接所述温度传感器，所述微处理器的第二引脚用于与所述半导体开关的受控端连接；无线通信模块，所述无线通信模块用于与智能终端的控制应用通信连接；所述温度传感器包括热敏电阻和分压电阻，所述热敏电阻用于与半导体开关接触在一起，从而使所述温度传感器与半导体开关接触在一起。
可选的，所述控制结构还包括滤波电阻和滤波电容，所述滤波电阻连接在所述热敏电阻和所述微处理器的模数转换引脚之间，所述滤波电容的一端连接在所述模数转换引脚，另一端接地。
可选的，所述半导体开关为三极管开关、MOS管开关或晶闸管开关。
可选的，所述半导体开关为单路开关或多路开关；当所述半导体开关为多路开关时，每路开关都与一个所述热敏电阻紧贴在一起。
可选的，所述控制结构还包括压敏电阻，所述压敏电阻与所述半导体开关并联。
可选的，所述控制结构还包括保险丝，所述保险丝串联在所述火线上。
为解决上述问题，本发明还提供了一种半导体开关面板的控制系统，包括如上所述的半导体开关面板的控制结构，并包括半导体开关面板，所述半导体开关面板具有半导体开关，所述热敏电阻与所述半导体开关接触在一起，所述半导体开关连接在火线与零线之间，所述半导体开关与负载串联。
可选的，运用于如上所述的半导体开关面板的控制系统，所述控制方法包括：所述无线通信模块与智能终端的控制应用通信连接；所述微处理器通过所述无线通信模块，接收指令信息；在所述半导体开关接通后，对所述半导体开关面板的控制结构进行校准；在所述校准之后，所述半导体开关面板的控制结构的所述微处理器读取所述温度传感器的参数，以采集在所述负载下所述半导体开关的初始温度和实时温度，并记录温度变化；根据所述半导体开关的所述初始温度和所述实时温度，计算所述负载的功率。
可选的，根据所述温度变化得到所述半导体开关的温度变化曲线，根据所述温度变化曲线判断所述负载的功率是否在所述半导体开关面板的适用功率范围；所述负载的功率超出所述半导体开关面板的适用功率范围，通过所述智能终端的所述控制应用提示用户及时断电并更换合适的负载。
可选的，设定第一温度阈值和第二温度阈值；当采集的所述实时温度超过所述第一温度阈值时，通过所述无线通信模块向所述智能终端的所述控制应用发送提醒，以提示用户及时断电，调整负载功率；当采集的所述实时温度超过所述第二温度阈值时，所述微处理器控制所述半导体开关断开，并发出警报。
可选的，通过所述微处理器处理所述初始温度和所述实时温度后，再将数值传输给所述智能终端的所述控制应用；或者，直接将采集的所述初始温度和所述实时温度传输给所述智能终端的所述控制应用，所述控制应用对所述初始温度和所述实时温度进行处理。
本发明技术方案的其中一个方面中，利用相应的控制结构，能够防止半导体开关面板使用在负载功率超出允许范围等情况发生，一旦半导体开关面板使用在负载功率超出相应范围时，就会立即向用户发出提醒或者断电，从而保护半导体开关，保护半导体开关面板，确保半导体开关面板的正常使用寿命，防止出现损坏电路和电气险情等情况。
附图说明
图1是实施例中半导体开关面板的控制系统原理框图；
图2是实施例中半导体开关面板的控制系统电路图；
图3是实施例中半导体开关面板的控制方法应用场景流程图。
具体实施方式
现有半导体开关面板易因为相应负载过大而出现受损，导致开关面板易出现损坏，甚至出现其它电气险情。
为此，本发明提供一种新的半导体开关面板的控制结构、控制系统和控制方法，以解决上述存在的不足。
为更加清楚的表示，下面结合附图对本发明做详细的说明。
本发明实施例提供一种半导体开关面板的控制系统，请结合参考图1和图2，图1是控制系统的原理框图，图2是控制系统的电路图。
如图1和图2所示，所述半导体开关面板的控制系统包括半导体开关面板(未标注)，半导体开关面板具有半导体开关200，半导体开关200连接在火线(L)与零线(N)之间，半导体开关200与负载300串联。负载300可以是灯具、窗帘、风扇或音响等，可以是一个或者是多个。
如图1和图2所示，所述半导体开关面板的控制系统还包括半导体开关面板的控制结构(未标注)。
所述半导体开关面板的控制结构包括温度传感器110、微处理器120和无线通信模块130。
本实施例中，温度传感器110用于与相应的半导体开关(本实施例中为半导体开关200)接触在一起。
本实施例中，微处理器120的第一引脚连接温度传感器110，微处理器120的第二引脚用于与半导体开关200的受控端(未标注)连接，可以结合参考图1和图2。本实施例中，如图2，半导体开关200采用晶闸管开关Q1(或称可控硅开关)，其受控端为其G极，即G极连接微处理器120的第二引脚，后续进一步说明。
其它实施例中，半导体开关也可以为三极管开关或MOS管开关。
本实施例中，无线通信模块130用于与智能终端的控制应用通信连接，此部分内容可参考后续方法部分内容。
需要说明的是，本实施例中，图2显示，图1中的无线通信模块130是集成在微处理器120中的，因此图2中未显示。即在图2中，无线通信模块是微处理器芯片120的一部分(一个功能模块)。当如图2所示，无线通信模块是集成在微处理器时，微处理器可以采用型号为RTL8762CMF-CG的单片机芯片。
但是，其它实施例中，无线通信模块可以是单独的模块。当无线通信模块可以是单独的模块(芯片)时，微处理器可以采用型号为STM32F103ZET6D的单片机芯片，此时无线通信模块与微处理器的通信引脚连接。
另外，图2还显示了电路中具有天线结构ANT1，天线结构ANT1用于连接相应的无线通信模块，从而使得无线通信模块能够进行相应的无线通讯。
为配合天线结构ANT1，本实施例还在微处理器外围设置电感L1，电容C2和电容C3，它们的接法具体请参考图2，它们的设置是为了与天线结构ANT1的RF天线匹配，从而调整天线线路的阻抗，例如可以将天线线路的阻抗调为约50Ω。
如图2，本实施例中，图1中的温度传感器200包括热敏电阻RV1和分压电阻R2。而且，如前所述，图1中的半导体开关200具体采用晶闸管开关Q1。热敏电阻RV1用于与晶闸管开关Q1(半导体开关)接触在一起，从而实现温度传感器110与半导体开关200接触在一起。晶闸管开关Q1的T1极(图2中显示1端)与G极(图2中显示3端)之间还串接一个偏置电阻R3，偏置电阻R3的电阻可以为1KΩ左右。
为使热敏电阻RV1与晶闸管开关Q1(半导体开关)接触在一起，具体的接触方式可以是紧贴，例如粘贴等方式。在不影响半导体开关的情况下，也可以采用磁吸等方式，或者，也可以用其它固定方式，将两个结构紧贴接触固定在一起。
请继续参考图2，所述半导体开关面板的控制结构还包括滤波电阻R1和滤波电容C1，滤波电阻R1连接在热敏电阻RV1和微处理器的模数转换引脚之间，滤波电容C1的一端连接在模数转换引脚(ADC)，滤波电容C1的另一端接地。通过滤波电阻R1和滤波电容C1，本实施例的微处理器120能够获得更加精确的数据，但其它实施例中，滤波电阻R1也可以省略。
需要说明的是，图2显示的是半导体开关为单路开关，其它实施例中，半导体开关也可以是多路开关，即包括多个开关。当半导体开关为多路开关时，每路开关都与一个热敏电阻紧贴在一起，即每个开关都可以与一个温度传感器接触，从而分别获得每个开关负载时的温度。
如图2，本实施例的半导体开关面板的控制结构还包括压敏电阻RZ1，压敏电阻RZ1与半导体开关200(晶闸管开关Q1)并联。压敏电阻RZ1器可以对微处理器等芯片及其它结构的电路进行保护，防止因静电放电、浪涌及其它瞬态电流(如雷击等)而造成对它们的损坏。
如图2，本实施例的半导体开关面板的控制结构还包括保险丝F1，保险丝F1串联在火线上，保险丝F1使整个电路结构更加安全。
本实施例提供的半导体开关面板的控制系统，由于具有相应的半导体开关面板的控制结构，能够通过相应的检测和控制作用，及时发现电路中的负载是不是适应于相应半导体开关面板的负载适用范围，从而防止半导体开关面板使用在负载功率超出允许范围(如额定范围)等情况，确保半导体开关面板的正常使用寿命，防止出现损坏电路和电气险情等情况。
本发明实施例还提供一种半导体开关面板的控制方法。
所述控制方法运用于前述实施例提供的半导体开关面板的控制系统，由于是运用于前述实施例的控制系统，因此，相应的温度传感器是接触(紧贴)在半导体开关的。通常，半导体开关与负载串联后接入市电，相应系统的相应结构中，微处理器既用于接收用户的指令信息，又用于控制半导体开关面板工作，并用于读取和分析各温度传感器的参数等。温度传感器用于测量半导体开关的工作温度。无线通信模块用于主控芯片与智能终端之间相互通信。
所述控制方法包括：
无线通信模块与智能终端的控制应用通信连接；
微处理器通过无线通信模块，接收指令信息；
在半导体开关接通后，对半导体开关面板的控制结构进行校准；
在校准之后，半导体开关面板的控制结构的微处理器读取温度传感器的参数，以采集在负载下半导体开关的初始温度和实时温度，并记录温度变化；
根据半导体开关的初始温度和实时温度，计算负载的功率。
上述方法过程可知，当用户使用本开关面板接通电路(即负载开始工作)，微处理器芯片可以开始读取紧贴在半导体开关上的温度传感器的参数。也就是说，当用户使用本开关面板接通某路负载后，微处理器芯片就能够读取相应温度传感器的参数，开始采集该工作线路上的半导体开关温度。通过采集的温度数据，就可以计算出开关面板所连接的负载的功率，根据计算结果来判断接入的负载是否符合开关面板的功率要求。在另一种情况下，可以直接通过判断采集到的半导体开关的工作温度是否超出设定的温度阈值，将判断结果推送到所绑定的控制应用(APP)上。
本实施例中，为了使系统和结构的功耗尽量的低，系统通常处于睡眠状态，以省电。更进一步的，可以设置微处理器等器件在大部分的时间处于深度睡眠。而只有当用户通过智能终端(如智能手机)，发出相应控制指令，或者只有在开关面板被触发时通电(闭合通电)，微处理器等器件才会被唤醒，并执行相应的动作。如前所述，一旦微处理器芯片接收到控制指令，即开始读取紧贴在半导体开关上的温度传感器的参数，通过采集的温度数据计算出接入该电路的负载功率，并判断所用负载功率超出适用范围，或直接通过判断采集到的半导体开关的工作温度是否超出设定的温度阈值。
本实施例中，进行上述校准的原因在于，温度传感器与半导体开关的耦合(接触)程度，会影响到系统对所接负载大小的判断精度。校准时，系统预先测量环境温度，并记录下该温度数值。然后，再在系统接入一个固定并且已知的负载，并工作一定的时间，系统再次测量此时的温度。当系统测量的温度在预定范围内时，表明温度传感器与半导体开关耦合程度很好；相反，当系统测量的温度偏低时表明温度传感器与半导体开关耦合程度较弱，可以调整相应的接触结构之后重新校准。
在上述校准过程中，获取一个相对精确的数值后，系统后续实际工作，就能够将此数值作为参照，从而与实际的温度变化进行均衡，得到更加准确的精确(避免环境温度以及温度传感器与半导体开关耦合程度等因素，对测量结果造成影响的因素)。此时，再采用所述方法的后续步骤，即通过测量半导体开关相应的温度，就能够真实和准确的反应所接负载的大小。
需要说明的是，在进行上述校准情况下，也可以根据半导体开关的初始温度和温度变化情况，再结合环境温度(此时环境温度被利用两次)，计算出对应电路上所接入负载的功率。
本实施例中，微处理器能够接收的指令信息，包括无线通信模块传输过来的控制指令，以及直接通过半导体开关面板的开关控制反馈信息。
本实施例中，还可以包括根据温度变化得到半导体开关的温度变化曲线，根据温度变化曲线判断负载的功率是否在半导体开关面板的适用功率范围；负载的功率超出半导体开关面板的适用功率范围，通过智能终端的控制应用提示用户及时断电并更换合适的负载。
本实施例中，为防止温度过高导致半导体开关失控，设定第一温度阈值和第二温度阈值；当采集的实时温度超过第一温度阈值时，通过无线通信模块向智能终端的控制应用(APP)发送提醒，以提示用户及时断电，调整负载功率(更换合适的负载)；当采集的实时温度超过第二温度阈值时，微处理器控制半导体开关断开(强制断电)，并发出警报。即此时，当半导体开关的工作温度超出第一级温度阈值(第一温度阈值)，用户没有根据APP推送的提醒信息立即断电，则当半导体开关的工作温度升到下一级温度阈值(第二温度阈值)以上时，系统会自动控制半导体开关断电，并发出警报。
需要说明的是，其它实施例中，所述方法可以预先设定多级温度阈值，每个温度阈值可以有不同的功能。例如，根据不同功率负载，对应不同半导体开关发热量，设置不同预先的温度曲线，以用于预测不同的情况，同时，设置不同路开关的不同保护门限。
本实施例中，可以通过微处理器处理初始温度和实时温度后，再将数值传输给智能终端的控制应用，也可以直接将采集的初始温度和实时温度传输给智能终端的控制应用，控制应用对初始温度和实时温度进行处理。控制应用处理后，可以进一步将分析计算结果更新显示在界面上。
请参考图3，显示了控制方法的一种具体场景过程：
步骤S1，判断微处理器是否接收到相应的控制指令；如果没有收到，整个系统进入睡眠(深度睡眠)，以节省功耗，即进入步骤S6；相反，如果收到，系统则开始工作，即进入步骤S2，采集温度传感器数据并分析。
在步骤S2之后，进入步骤S3，即判断相应负载功率(或者说相应温度)是否超出半导体开关面板的适用范围(阈值)；如果超出相应阈值，则进入步骤S5，即微处理器向智能终端的控制应用(APP)发送提醒，以便APP提醒用户更换合适的负载；如果没有超出相应阈值，则进入步骤S4，即将相应数据进行更新，更新APP的相关信息，并且，进一步进入步骤S6，整个系统进入睡眠(深度睡眠)，以节省功耗。
需要说明的是，在步骤S5之后，图3虽然没有进一步显示，但是，可以进一步包括判断用户是否根据提醒更换合适的负载；如果判断用户已经更换合适的负载，则重新进入步骤S1，或者直接进入步骤S6；如果判断用户没有更换合适的负载，则可以继续进入步骤S2，进一步采集温度传感器的数据并分析，在半导体开关的温度升高至另一阈值时，直接控制半导体开关断开，然后再进入步骤S6。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种半导体开关面板的控制结构，其特征在于，包括：
温度传感器，所述温度传感器用于与半导体开关接触在一起；
微处理器，所述微处理器的第一引脚连接所述温度传感器，所述微处理器的第二引脚用于与所述半导体开关的受控端连接；
无线通信模块，所述无线通信模块用于与智能终端的控制应用通信连接；
所述温度传感器包括热敏电阻和分压电阻，所述热敏电阻用于与半导体开关接触在一起，从而使所述温度传感器与半导体开关接触在一起。
2.如权利要求1所述的半导体开关面板的控制结构，其特征在于，还包括滤波电阻和滤波电容，所述滤波电阻连接在所述热敏电阻和所述微处理器的模数转换引脚之间，所述滤波电容的一端连接在所述模数转换引脚，另一端接地。
3.如权利要求2所述的半导体开关面板的控制结构，其特征在于，所述半导体开关为三极管开关、MOS管开关或晶闸管开关。
4.如权利要求3所述的半导体开关面板的控制结构，其特征在于，所述半导体开关为单路开关或多路开关；当所述半导体开关为多路开关时，每路开关都与一个所述热敏电阻紧贴在一起。
5.如权利要求4所述的半导体开关面板的控制结构，其特征在于：还包括压敏电阻，所述压敏电阻与所述半导体开关并联；还包括保险丝，所述保险丝串联在所述火线上。
6.一种半导体开关面板的控制系统，其特征在于，包括如权利要求1至5任意一项所述的半导体开关面板的控制结构，并包括半导体开关面板，所述半导体开关面板具有半导体开关，所述热敏电阻与所述半导体开关接触在一起，所述半导体开关连接在火线与零线之间，所述半导体开关与负载串联。
7.一种半导体开关面板的控制方法，其特征在于，运用于如权利要求6所述的半导体开关面板的控制系统，所述控制方法包括：
所述无线通信模块与智能终端的控制应用通信连接；
所述微处理器通过所述无线通信模块，接收指令信息；
在所述半导体开关接通后，对所述半导体开关面板的控制结构进行校准；
在所述校准之后，所述半导体开关面板的控制结构的所述微处理器读取所述温度传感器的参数，以采集在所述负载下所述半导体开关的初始温度和实时温度，并记录温度变化；
根据所述半导体开关的所述初始温度和所述实时温度，计算所述负载的功率。
8.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，根据所述温度变化得到所述半导体开关的温度变化曲线，根据所述温度变化曲线判断所述负载的功率是否在所述半导体开关面板的适用功率范围；所述负载的功率超出所述半导体开关面板的适用功率范围，通过所述智能终端的所述控制应用提示用户及时断电并更换合适的负载。
9.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，
设定第一温度阈值和第二温度阈值；
当采集的所述实时温度超过所述第一温度阈值时，通过所述无线通信模块向所述智能终端的所述控制应用发送提醒，以提示用户及时断电，调整负载功率；
当采集的所述实时温度超过所述第二温度阈值时，所述微处理器控制所述半导体开关断开，并发出警报。
10.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，通过所述微处理器处理所述初始温度和所述实时温度后，再将数值传输给所述智能终端的所述控制应用；或者，直接将采集的所述初始温度和所述实时温度传输给所述智能终端的所述控制应用，所述控制应用对所述初始温度和所述实时温度进行处理。
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