CN116859231A - 一种继电器健康状态监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种继电器健康状态监测装置，包括监测芯片U1、双刀继电器K1、DC‑DC隔离电源、线性稳压电源LDO、功率电阻R、MOSFET；所述DC‑DC隔离电源一端连接输入电源，所述DC‑DC隔离电源另一端连接线性稳压电源LDO，所述线性稳压电源LDO连接被测继电器的一端，所述双刀继电器K1连接被测继电器的另一端，所述监测芯片U1的GPIO1引脚与VCH引脚连接于双刀继电器K1上，所述监测芯片U1的VSW引脚与MOSFET相连接，所述功率电阻R连接于双刀继电器K1与MOSFET之间。本发明与现有技术相比的优点在于：本发明的监测装置，可以实时在线监测继电器的触点接触阻抗，并可以准确得到触点的接触阻抗值，为估算继电器的健康状态和使用寿命提供准确的判断依据，是一种低成本高可靠的监测方法。
Description
技术领域
本发明涉及电源管理技术领域，具体是指一种继电器健康状态监测装置。
背景技术
阻抗表示具有电阻、电感和电容的电路对电流所起的阻碍作用，由于电阻产生的阻碍作用称作欧姆阻抗，电感产生的阻碍作用称作感抗，电容产生的阻碍作用称作容抗。
对电路施加一定频率的交流电流，通过监测电路的反馈电压，可以分析电路的欧姆阻抗、感抗、容抗等特性。感抗和施加的交流频率成正比，容抗和施加的交流频率成反比，当施加频率越高时，感抗会起主要作用，当施加频率约低时，容抗会起主要作用。如果要对一个电路的欧姆阻抗做分析，会选择一个合适的频率，比如1KHz下的交流频率，并通过复数计算得到的实部数据，为电路的欧姆阻抗值，排除了感抗和容抗的影响。
继电器的健康状态，可以通过监测它的触点吸合后的接触阻抗值来判断，接触阻抗满足欧姆定律，我们可以将它作为欧姆阻抗来处理，通过高精度万用表、内阻仪等设备可以测量继电器的接触阻抗值。
目前继电器的健康状态没有很准确的监测手段，常见的有带触点反馈装置的继电器，可以监测到继电器是否正常吸合或断开，但这种装置只能用来判断继电器是否已经出现问题，而无法提前预估继电器是否还能继续使用。另外一种判断方法就是根据继电器厂家提供的继电器最大吸合断开次数，通过控制器计数来判断继电器的寿命，这种方法同样无法准确监测出继电器当前的健康状态。
通过高精度万用表或内阻仪的设备，虽然可以准确监测继电器的触点接触阻抗情况，但设备不但比较昂贵，还无法在线实时监测，只能在维修阶段作为一种监测手段。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服上述缺陷，提供一种继电器健康状态监测装置。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种继电器健康状态监测装置，包括监测芯片U1、双刀继电器K1、DC-DC隔离电源、线性稳压电源LDO、功率电阻R、MOSFET；
所述DC-DC隔离电源一端连接输入电源，所述DC-DC隔离电源另一端连接线性稳压电源LDO，所述线性稳压电源LDO连接被测继电器的一端，所述双刀继电器K1连接被测继电器的另一端，所述监测芯片U1的GPIO1引脚与VCH引脚连接于双刀继电器K1上，所述监测芯片U1的VSW引脚与MOSFET相连接，所述功率电阻R连接于双刀继电器K1与MOSFET之间。
作为改进，所述DC-DC隔离电源连接线性稳压电源LDO的一端输出电压是5V，所述线性稳压电源LDO输出的电压是3V。
作为改进，所述监测芯片U1的VCL引脚与VSS引脚接地，所述MOSFET的一端接地，所述线性稳压电源LDO的一端接地，所述双刀继电器K1的接地端接地。
作为改进，所述监测芯片U1的Vbat引脚连接3V电源。
作为改进，所述监测芯片U1的DIOp引脚与DIOn引脚连接DIO。
本发明与现有技术相比的优点在于：本发明的监测装置，可以实时在线监测继电器的触点接触阻抗，并可以准确得到触点的接触阻抗值，为估算继电器的健康状态和使用寿命提供准确的判断依据，是一种低成本高可靠的监测方法。
附图说明
图1是本发明的继电器健康状态的监测装置原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
一种继电器健康状态监测装置，包括监测芯片U1、双刀继电器K1、DC-DC隔离电源、线性稳压电源LDO、功率电阻R、MOSFET；
主控MCU可以通过DIOp/n脚跟监测芯片U1通信，发送交流内阻启动/关闭命令、GPIO控制命令、读取数据等等。
DC-DC隔离电源一端连接输入电源，DC-DC隔离电源另一端连接线性稳压电源LDO，DC-DC隔离电源连接线性稳压电源LDO的一端输出电压是5V，输出的电压是3V，DC-DC隔离电源将系统的电源隔离并转换成线性稳压电源LDO的输入电压，常见的系统电压为12V，LDO输入电压为5V，线性稳压电源LDO可以将DC-DC隔离电源输出的电压转换成适合监测芯片U1工作的电压，比如3V，LDO同时给监测芯片U1的交流阻抗监测提供直流偏置电压。
功率电阻R阻值约为被测继电器触点吸合后的接触欧姆阻抗的2万倍，例如当被测继电器触点吸合后的接触欧姆阻抗约为1毫欧，则功率电阻R可以选择20欧姆的功率电阻，功率电阻R主要起的作用是当MOSFET吸合后，和被测主继电器一起形成放电回路产生放电电流，并且串联在线性稳压电源LDO输出电路中起分压作用。
线性稳压电源LDO连接被测继电器的一端，双刀继电器K1连接被测继电器的另一端，双刀继电器K1的接地端接地，监测芯片U1的VSW引脚与MOSFET相连接，功率电阻R连接于双刀继电器K1与MOSFET之间，监测芯片U1的VCL引脚与VSS引脚接地，MOSFET的一端接地，线性稳压电源LDO的一端接地，监测芯片U1的Vbat引脚连接3V电源，监测芯片U1的DIOp引脚与DIOn引脚连接DIO。
监测芯片U1的GPIO1引脚与VCH引脚连接于双刀继电器K1上，由监测芯片U1的GPIO1引脚控制吸合和断开，当需要监测被测主继电器的健康状态时，先吸合双刀继电器K1，将VCH和被测继电器连通，并将功率电阻R和MOSFET电路和被测主继电器也连通，当被测主继电器需要吸合或断开时，主控MCU可以提前通过监测芯片U1的GPIO口来断开双刀继电器K1，防止电路上的高压浪涌脉冲损坏该监测电路。
MOSFET由监测芯片U1的VSW脚控制，VSW可以输出制定频率的方波信号，控制MOSFET的漏极和源极导通或关闭，使得功率电阻R和被测主继电器形成放电回路，产生扰动电流。
监测芯片U1是一颗电化学交流阻抗谱监测芯片，它的VSW脚可以根据设定的交流频率值输出交流信号来控制MOS管的导通和关闭，在电芯上产生交流激励电流，基于该芯片，通过图1上的功率电阻R和MOSFET按照频率ω产生激励电流，相当于对被测继电器施加一个按照频率ω正弦波变化的交变扰动电压信号(如下公式1所示)
E(t)＝|E0|sin(ωt) (公式1)
通过VCH和VCL采集响应电压，可以获得一个同样频率ω但相移φ的反馈电流信号(如下公式2所示)
根据扰动电压和反馈电流的比值得到该频率ω下的交流内阻值(如下公式3所示)。
Z(ω)＝E(t)/l(t) (公式3)
由于继电器的触点吸合后的阻抗可以近似于欧姆阻抗，这里我们可以使用1KHz作为监测时施加的交流频率ω＝1KHz，得到的Z(1KHz)的实部值即被测继电器触点吸合后的接触欧姆阻抗值。
本发明在具体实施时，如图1所示，监测芯片U1是一颗电化学交流阻抗谱监测芯片，它的VSW脚可以根据设定的交流频率值输出交流信号来控制MOS管的导通和关闭，在电芯上产生交流激励电流，基于该芯片，通过图1上的功率电阻R和MOSFET按照频率ω产生激励电流，相当于对被测继电器施加一个按照频率ω正弦波变化的交变扰动电压信号(如下公式1所示)
E(t)＝|E0|sin(ωt) (公式1)
通过VCH和VCL采集响应电压，可以获得一个同样频率ω但相移φ的反馈电流信号(如下公式2所示)
根据扰动电压和反馈电流的比值得到该频率ω下的交流内阻值(如下公式3所示)。
Z(ω)＝E(t)/I(t) (公式3)
由于继电器的触点吸合后的阻抗可以近似于欧姆阻抗，这里我们可以使用1KHz作为监测时施加的交流频率ω＝1KHz，得到的Z(1KHz)的实部值即被测继电器触点吸合后的接触欧姆阻抗值。
以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种继电器健康状态监测装置，其特征在于，包括监测芯片U1、双刀继电器K1、DC-DC隔离电源、线性稳压电源LDO、功率电阻R、MOSFET；
所述DC-DC隔离电源一端连接输入电源，所述DC-DC隔离电源另一端连接线性稳压电源LDO，所述线性稳压电源LDO连接被测继电器的一端，所述双刀继电器K1连接被测继电器的另一端，所述监测芯片U1的GPIO1引脚与VCH引脚连接于双刀继电器K1上，所述监测芯片U1的VSW引脚与MOSFET相连接，所述功率电阻R连接于双刀继电器K1与MOSFET之间。
2.根据权利要求1所述的一种继电器健康状态监测装置，其特征在于：所述DC-DC隔离电源连接线性稳压电源LDO的一端输出电压是5V，所述线性稳压电源LDO输出的电压是3V。
3.根据权利要求1所述的一种继电器健康状态监测装置，其特征在于：所述监测芯片U1的VCL引脚与VSS引脚接地，所述MOSFET的一端接地，所述线性稳压电源LDO的一端接地，所述双刀继电器K1的接地端接地。
4.根据权利要求1所述的一种继电器健康状态监测装置，其特征在于：所述监测芯片U1的Vbat引脚连接3V电源。
5.根据权利要求1所述的一种继电器健康状态监测装置，其特征在于：所述监测芯片U1的DIOp引脚与DIOn引脚连接DIO。
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