CN113871253A - 一种继电器抗拉弧电路及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种继电器抗拉弧电路及控制方法，继电器抗拉弧电路包括继电器及与继电器连接的继电器驱动电路，还包括电压检测电路、中央控制器和主功率驱动电路；电压检测电路、中央控制器和主功率驱动电路依次进行连接，控制方法包括：电压检测电路检测继电器中的电压信号，并将电压信号送至中央控制器，中央处理器根据接收的电压信号进行逻辑分析和判断，当异常故障发生时，及时控制主功率驱动电路关闭主功率传输，从而实现继电器是在零电流或者小电流条件下，进行触点簧片的脱离，实现正常情况下的功率变换和异常情况下的快速保护，提高整个电路的可靠性，本发明提出的检测控制方案占用空间小，成本低廉，能够很好的实现继电器触点断开。
Description
技术领域
本发明属于继电器技术领域，尤其涉及一种继电器抗拉弧电路及控制方法。
背景技术
随着智能电网和能源互联化的快速发展，将电能进行双向变换传输的产品逐步成为该领域的市场热点。
功率继电器是双向变换器的关键器件之一，继电器的可靠性是变换器可靠性的重要保证。由于功率继电器，在异常情况下断开触点时，触点簧片之间会拉弧，拉弧的能量往往会烧毁触点簧片，甚至整个继电器。因此需要一种解决继电器拉弧问题的解决方案，以保证在异常情况下，继电器也能进行可靠的分断，进而提高整个变换器的可靠性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种继电器抗拉弧电路及控制方法，旨在解决传统继电器断开触点时，拉弧产生能量容易烧毁触点弹簧的问题。
为解决上述技术问题，本发明是这样实现的：
本发明第一方面提供一种继电器抗拉弧电路，包括继电器及与所述继电器连接的继电器驱动电路、电压检测电路、中央控制器和主功率驱动电路；其中，
所述电压检测电路，用于检测所述继电器的电压信号，并将所述电压信号输送至所述中央控制器；
所述中央控制器，用于对所述电压信号进行逻辑分析及控制，并根据逻辑分析结果输出控制信号；
所述主功率驱动电路，用于根据所述控制信号关闭或维持对所述继电器的电流输入。
进一步地，所述电压检测电路的输入端连接于所述继电器及所述继电器驱动电路之间。
进一步地，所述电压检测电路的输入端连接于所述继电器的触点。
进一步地，所述触点包括两个，所述电压检测电路包括第一电压检测电路和第二电压检测电路，所述第一电压检测电路的输入端连接于其中一个所述触点，所述第二电压检测电路的输入端连接于另一个所述触点。
进一步地，所述电压检测电路包括分压电阻及滤波电路，所述分压电阻的一端为所述电压信号的输入端，所述分压电阻的另一端经所述滤波电路连接于所述中央控制器。
进一步地，所述电压检测电路为运算放大电路，或外部硬件比较电路。
进一步地，所述中央控制器为DSP控制单元，所述DSP控制单元设置有至少一个电压采样AD口或者IO口，所述DSP控制单元设置有PWM驱动信号输出接口。
进一步地，所述主功率驱动电路控制的主电路为DC－DC变换器电路、AC－DC变换器电路中的其中一种。
本发明第二方面提供一种控制方法，应用于继电器抗拉弧电路，所述继电器抗拉弧电路包括继电器、与所述继电器连接的继电器驱动电路、电压检测电路、中央控制器和主功率驱动电路，所述控制方法包括：
电压检测电路检测所述继电器的电压信号，并将所述电压信号输送至所述中央控制器；
中央控制器对所述电压信号进行逻辑分析及控制，并根据逻辑分析结果输出控制信号；
主功率驱动电路根据所述控制信号关闭或维持对所述继电器的电流输入。
进一步地，所述中央控制器对所述电压信号进行逻辑分析及控制，并根据逻辑分析结果输出控制信号包括：
所述中央控制器根据所述电压信号对电压值进行计算，并将电压值与电压阈值进行比较；
在所述电压值大于电压阈值时，继续将所述电压值持续时间与时间阈值进行比较；
在所述持续时间大于时间阈值时，判断继电器出现故障，进而输出控制信号。
进一步地，所述中央控制器根据所述电压信号对电压值进行计算，并将电压值与电压阈值进行比较包括：
所述中央控制器获取所述继电器触点的电压信号，并根据所述电压信号计算所述继电器触点的电压值，并将所述电压值与所述电压阈值进行比较；
和/或所述中央控制器获取所述继电器线圈的电压信号，并根据所述电压信号计算所述继电器线圈的电压值，并将所述电压值与所述电压阈值进行比较。
本发明提供的继电器抗拉弧电路及控制方法与现有技术相比，有益效果在于：本发明设置的电路结构简单，对继电器设置有电压检测电路，并设置中央控制器连接电压检测电路。本发明提出控制方法：电压检测电路检测所述继电器的电压信号，并将所述电压信号输送至所述中央控制器；中央控制器对所述电压信号进行逻辑分析及控制，并根据逻辑分析结果输出控制信号；主功率驱动电路根据所述控制信号关闭或维持对所述继电器的电流输入。本发明通过电压检测电路对电压信号的检测，中央控制器的逻辑分析判断，以及中央控制器对主功率驱动电路的驱动信号的控制，实现正常情况下的功率变换和异常情况下的快速保护，来提高整个电路的可靠性。
附图说明
图1是本发明实施例中继电器抗拉弧电路的整体结构示意图；
图2是本发明实施例中实现抗拉弧功能的控制流程图；
图3是图2中实现抗拉弧功能的细化流程框图；
图4是图3所示控制流程中继电器触点电压时序图；
图5是图3所示控制流程中继电器线圈电压时序图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在相关技术中，达到继电器灭弧功能主要有两种方案，第一种是用接触器或者自带磁灭弧功能的继电器，该方案的优点是简单易行，但成本太高，体积太大；第二种是增加一个或多个开关管，并联在继电器触点之间，辅助继电器进行零电流断开，避免拉弧，该方案的优点是可以很好的实现继电器的触点零电流脱离，但增加了开关管及驱动电路，成本相对较高，控制相对复杂。
实施例1
如图1所示，本发明第一方面提供了一种继电器抗拉弧电路，包括继电器及其驱动电路，还包括电压检测电路、中央控制器和主功率驱动电路；其中，
电压检测电路，用于检测继电器的电压信号，并将电压信号输送至中央控制器；
中央控制器，用于对电压信号进行逻辑分析及控制，并根据逻辑分析结果输出控制信号；
主功率驱动电路，用于根据控制信号关闭或维持对继电器的电流输入。
在图1所示中，将继电器及其驱动电路划分为一个部分，其中电压检测电路包括两组，因此，图1所示的继电器抗拉弧电路将本申请的电路组成划分为5个部分，分别为继电器及其驱动电路、电压检测电路(包括两组)、中央控制器和主功率驱动电路。本发明提出的检测控制方案成本低廉，能够对继电器故障进行快速检测判断，当异常故障发生时，及时关闭主功率传输，从而实现继电器是在零电流或者小电流条件下，进行触点簧片的脱离，实现正常情况下的功率变换和异常情况下的快速保护，来提高整个电路的可靠性。
具体地，图1所示Part＿1是继电器的功率触点的电压检测电路。继电器触点包含两个，分别为第一触点m和第二触点p，相应的，电压检测电路分为第一电压检测电路和第二电压检测电路，其第一电压检测电路的输入端连接第一触点m，第二电压检测电路的输入端连接第二触点p，用于对两个触点的电压信号进行检测，并分别将检测的电压信号送到中央控制器。
如图1所示，作为本实施例的其中一种实施方式，第一电压检测电路由电容C1，电阻R1、R4、R7组成，用于检测第一触点m相对控制地的相对电压值，其中，电阻R1为分压电阻，电阻R4、R7和电容C1组成滤波电路，第一触点m的电压经电阻分压及滤波后，将检测电压信号送到中央控制器。第二电压检测电路由电容C2、电阻R2、R5、R8组成，用于检测第二触点p相对控制地的相对电压值，其中，电阻R2为分压电阻，电阻R5、R8和电容C2组成滤波电路，第二触点p的电压经电阻分压及滤波后，将检测电压信号送到中央控制器。
图1中所示Part＿2是继电器的驱动信号的电压检测电路。电压检测电路的输入端连接于继电器及继电器驱动电路之间，用于检测继电器线圈相对地的相对电压值，该电压检测电路由电容C3，电阻R3、R6、R9组成，其中，电阻R3为分压电阻，电阻R6、R9和电容C3组成滤波电路，驱动信号经过电阻分压及滤波后，将检测电压信号送到中央控制器。
需要说明的是，以上电压检测电路均为电阻分压的检测方式，作为本实施例的其他实施方式，还可以采用如运算放大电路或外部硬件比较电路等其他检测方式。
图1中所示Part＿3为中央控制器。优选地，控制器选用DSP控制单元，DSP控制单元设置有至少一个电压采样AD口或者I0口，DSP控制单元还设置有PWM驱动信号输出接口。具体参见图1所示，DSP控制单元设置有接口AD1、AD2和AD3，用于继电器的驱动信号的电压检测和继电器的功率触点簧片的电压检测，并设置有“PWM1、PWM2、PWM3、PWM4、PWM5、PWM6、PWM7、PWM8”8路PWM驱动信号输出接口，用于驱动主功率驱动电路的功率开关管。
其中，经DSP控制单元的运算可以得到第一触点m和第二触点p之间的电压差值，正常情况下，在继电器吸合时，触点电压差值接近于零，异常情况下，触点电压差值会远大于零；同时，经DSP控制单元接收继电器线圈相对地的电压值可以判断继电器的状态，正常情况下，在继电器吸合时，检测的电压值近于零，异常情况下，检测的电压值接近于供电电压VCC的值。DSP控制单元对上述采样信号进行逻辑分析及控制，当逻辑分析的结果为“继电器出现了故障”时，立即关闭主功率驱动电路的驱动，从而关闭主功率。进而实现，继电器是在零电流或者很小电流条件下，进行可靠关断。DSP对上述采样信号进行逻辑分析及控制，当逻辑分析的结果为“继电器正常”时，继续保持8路PWM驱动信号的驱动，主功率驱动电路进行功率传输，传输的电流经过继电器的触点到达负载端。
需要说明的是，以上3个部分中，Part＿1和Part＿2分别检测了继电器触点电压和线圈电压。在实际使用中，可以只检测其中的任意一个，也能达到故障检测的目的，但在两者同时检测时，将会达到更好的效果。
图1中所示Part＿4是继电器及其驱动电路，其中继电器驱动电路包括一个三极管Q1，三极管Q1的发射极接地，基极连接驱动信号输入端，集电极连接于继电器的输入端，基极输入继电器驱动信号Relay＿Drive”，正常情况下，“Relay＿Drive”信号为高电平，继电器触点吸合，有电流经过继电器的触点簧片，进一步地，三极管Q1的集电极与继电器的输入端之间还连接有电阻R10。需要说明的是，以上示出的继电器驱动电路只是作为本实施例中的其中一种简单的实施方式，本发明提供的继电器驱动电路还可为其他驱动电路，再此不作限定。
图1中所示Part＿5为主功率驱动电路，主功率驱动电路为DC－DC变换器电路，正常情况下，来自中央控制器DSP的驱动信号“PWM1、PWM2、PWM3、PWM4、PWM5、PWM6、PWM7、PWM8”驱动DC/DC变换器的功率开关管，实现DC/DC变换器的功率变换。当“PWM1、PWM2、PWM3、PWM4、PWM5、PWM6、PWM7、PWM8”全部为低电平时，DC－DC变换器停止功率传输，进而流入继电器触点的电流很小或为零电流。
需要说明的是，本实施例中的继电器抗拉弧电路应用于DC/DC变换器电路只是其中的一种实施方式，该继电器抗拉弧电路还可应用于AC－DC变换器电路、等其他用到继电器的系统中。
实施例2
本发明第二方面提供一种控制方法，应用于上述的继电器抗拉弧电路中，继电器抗拉弧电路包括继电器、与继电器连接的继电器驱动电路、电压检测电路、中央控制器和主功率驱动电路，具体电路结构可参见实施例1中的描述，在此不再赘述，其中，控制方法如图2所示，包括：
步骤S10、电压检测电路检测继电器的电压信号，并将电压信号输送至中央控制器。
电压信号的检测可采用上述的电阻分压的检测方式，在实施例1中已具体说明其电路拓扑结构，或采用运算放大电路或外部硬件比较电路等其他检测方式，在确定电路检测方式的基础上，可进一步设置继电器触点电压检测电路和继电器线圈电压检测电路，分别采集触点电压信号和线圈电压信号，并将触点电压信号和线圈电压信号输送至中央控制器。
需要说明的是，触点电压信号及线圈电压信号只需其中一个输送至中央控制器，或两个都输送至中央控制器，以获取更好的控制效果。
步骤S20、中央控制器对电压信号进行逻辑分析及控制，并根据逻辑分析结果输出控制信号。
该步骤进一步包括；
中央控制器根据电压信号对电压值进行计算，并将电压值与电压阈值进行比较。在步骤S10的基础上，中央控制器可获取继电器触点的电压信号，并根据该电压信号计算继电器触点的电压值，并将该电压值与电压阈值进行比较；和/或，中央控制器获取继电器线圈的电压信号，并根据线圈电压信号计算继电器线圈的电压值，并将该电压值与电压阈值进行比较。
在比较的电压值大于电压阈值时，继续将电压值持续时间与时间阈值进行比较；并在该持续时间大于时间阈值时，判定继电器出现故障，进而输出控制信号。
步骤S30、主功率驱动电路根据控制信号关闭或维持对继电器的电流输入。以实现继电器是在零电流或者小电流条件下，进行触点簧片的脱离。
如图3所示的细化流程框图，图中包括对继电器触点电压的采样和对继电器线圈电压的采样。具体包括，方案一、对继电器触点电压采样，并对继电器触点的电压值进行计算，在触点电压大于电压阈值V1时，继续判断持续时间，在持续时间大于时间阈值T1时，判断继电器出现故障，故障信号发送至中央控制器，由中央控制器关闭主功率变换器；方案二、对继电器线圈电压采样，并对继电器线圈的电压值进行计算，在触点电压大于电压阈值V2时，继续判断持续时间，在持续时间大于时间阈值T2时，判断继电器出现故障，故障信号发送至中央控制器，由中央控制器关闭主功率变换器；以上方案一和方案二可同时进行，如图4－5分别提供了继电器触点电压时序图和继电器线圈电压时序图。
综上所述，申请人认为本发明提供的继电器抗拉弧电路及控制方法，电路结构简单，占用空间小，能够实现继电器是在零电流或者小电流条件下，进行触点簧片的脱离，是一种成本低廉的抗拉弧解决方案。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种继电器抗拉弧电路，其特征在于，包括：继电器、与所述继电器连接的继电器驱动电路、电压检测电路、中央控制器和主功率驱动电路；其中，
所述电压检测电路，用于检测所述继电器的电压信号，并将所述电压信号输送至所述中央控制器；
所述中央控制器，用于对所述电压信号进行逻辑分析及控制，并根据逻辑分析结果输出控制信号；
所述主功率驱动电路，用于根据所述控制信号关闭或维持对所述继电器的电流输入。
2.根据权利要求1所述的继电器抗拉弧电路，其特征在于，所述电压检测电路的输入端连接于所述继电器及所述继电器驱动电路之间。
3.根据权利要求1所述的继电器抗拉弧电路，其特征在于，所述电压检测电路的输入端连接于所述继电器的触点。
4.根据权利要求3所述的继电器抗拉弧电路，其特征在于，所述触点包括两个，所述电压检测电路包括第一电压检测电路和第二电压检测电路，所述第一电压检测电路的输入端连接于其中一个所述触点，所述第二电压检测电路的输入端连接于另一个所述触点。
5.根据权利要求2或3任一项所述的继电器抗拉弧电路，其特征在于，所述电压检测电路包括分压电阻及滤波电路，所述分压电阻的一端为所述电压信号的输入端，所述分压电阻的另一端经所述滤波电路连接于所述中央控制器。
6.根据权利要求5所述的继电器抗拉弧电路，其特征在于，所述电压检测电路为运算放大电路，或外部硬件比较电路。
7.根据权利要求6所述的继电器抗拉弧电路，其特征在于，所述中央控制器为DSP控制单元，所述DSP控制单元设置有至少一个电压采样AD口或者IO口，所述DSP控制单元设置有PWM驱动信号输出接口。
8.根据权利要求7所述的继电器抗拉弧电路，其特征在于，所述主功率驱动电路控制的主电路为DC－DC变换器电路、AC－DC变换器电路中的其中一种。
9.一种控制方法，其特征在于，应用于继电器抗拉弧电路，所述继电器抗拉弧电路包括继电器、与所述继电器连接的继电器驱动电路、电压检测电路、中央控制器和主功率驱动电路，所述控制方法包括：
电压检测电路检测所述继电器的电压信号，并将所述电压信号输送至所述中央控制器；
中央控制器对所述电压信号进行逻辑分析及控制，并根据逻辑分析结果输出控制信号；
主功率驱动电路根据所述控制信号关闭或维持对所述继电器的电流输入。
10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述中央控制器对所述电压信号进行逻辑分析及控制，并根据逻辑分析结果输出控制信号包括：
所述中央控制器根据所述电压信号对电压值进行计算，并将电压值与电压阈值进行比较；
在所述电压值大于电压阈值时，继续将所述电压值持续时间与时间阈值进行比较；
在所述持续时间大于时间阈值时，确定继电器出现故障，进而输出控制信号。
11.根据权利要求10所述的控制方法，其特征在于，所述中央控制器根据所述电压信号对电压值进行计算，并将电压值与电压阈值进行比较包括：
所述中央控制器获取所述继电器触点的电压信号，并根据所述电压信号计算所述继电器触点的电压值，并将所述电压值与所述电压阈值进行比较；
和/或，所述中央控制器获取所述继电器线圈的电压信号，并根据所述电压信号计算所述继电器线圈的电压值，并将所述电压值与所述电压阈值进行比较。
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