CN202917398U - 电磁继电器自调节过零控制电路 - Google Patents

电磁继电器自调节过零控制电路 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及电子电路技术领域。一种电磁继电器自调节过零控制电路,包括继电器电路、负载电路、采样电路、控制芯片电路和驱动电路,采样电路包括交流过零采样电路和继电器断开检测电路,交流过零采样电路对继电器电路输出到负载电路的交流波形进行过零检测,继电器断开检测电路对电磁继电器的触点何时断开进行检测。采样电路将过零信号和继电器状态信号输出至控制芯片电路,控制芯片电路对接收到的信号进行判断处理后,调整输出继电器通断信号至驱动电路进而对继电器电路进行通断控制。本实用新型应用于电磁继电器的自调节过零关断控制。

Description

电磁继电器自调节过零控制电路
技术领域
[0001 ] 本实用新型涉及电子电路技术领域,具体涉及电磁继电器的控制电路。
背景技术
[0002] 现有的电磁继电器的自调节过零控制电路,一般由控制芯片和采样电路组成,采样电路主要用于过零检测,控制芯片通过采样电路的检测结果对电磁继电器进行开关控制。
[0003] 现有的过零检测方案是取一个固定的延时t0,比如当检测到市电过零时,先延时to,再通过控制芯片断开电磁继电器,to的选择是根据事先测得的电磁继电器的延时时间tr得到的,t0=交流电的半周期_tr,如果交流电的频率是50Hz,则其一个周期为20ms,即t0+tr=10ms,也就是刚好在交流电的下一次过零时刚好电磁继电器触点分离。
[0004] 上述做法中,电磁继电器释放时的延时时间tr 一般是取一个固定值,而实际上电磁继电器释放时的延时时间是各不相同的,每个电磁继电器个体都有差异,且工作条件不同时,延时时间也各不相同,于是现有的过零检测方案就会产生如下问题:
[0005]1.如果电磁继电器的延时时间大于预设值tr,那么当该电磁继电器断开时,交流电已经超过了零点,这时不再有减小火花的作用,反而加大火花,因为火花将从电磁继电器断开时一直持续到下一次过零;
[0006] 2.如果电磁继电器的延时时间小于预设值tr,那么当该电磁继电器断开时,交流电还离零点有一段时间,这样的话虽然能够减小火花,但效果不够理想。
实用新型内容
[0007] 本实用新型所要解决的技术问题是,提供一种电磁继电器自调节过零控制电路,通过判断每一个电磁继电器在具体工况下的延时时间,从而得到最理想的延时,以最大限度减小火花,从而解决背景技术中所述的问题。
[0008] 为了解决上述技术问题,本实用新型所采用的技术方案是,一种电磁继电器自调节过零控制电路,包括继电器电路、负载电路、采样电路、控制芯片电路和驱动电路,所述继电器电路的电源端连接交流电电源,所述继电器电路的输出端连接负载电路的输入端及采样电路的输入端,所述采样电路的输出端连接控制芯片电路的输入端,所述控制芯片电路的输出端连接驱动电路的输入端,所述驱动电路的输出端连接继电器电路的输入端。
[0009] 所述采样电路包括:交流过零采样电路和继电器断开检测电路,所述交流过零采样电路和继电器断开检测电路连接,所述交流过零采样电路对继电器电路输出到负载电路的交流波形进行过零检测,所述继电器断开检测电路对电磁继电器的触点何时断开进行检测。在实际应用中,为了方便实现和节约成本,交流过零采样电路和继电器断开检测电路往往通过一个采样电路来实现,即通过一个采样电路实现过零检测和继电器断开检测。
[0010] 所述控制芯片电路至少包括实时接收采样电路的输出信号的接收单元、对接收到的信号进行判断处理的控制单元,以及输出继电器通断信号至驱动电路的输出单元,所述接收单元、控制单元和输出单元依次连接。
[0011] 所述采样电路将交流过零采样电路检测到的过零信号和继电器断开检测电路检测的状态信号输出至控制芯片电路,所述控制芯片电路对接收到的信号进行判断处理后,调整输出继电器通断信号至驱动电路,所述驱动电路对继电器电路进行通断控制。
[0012] 进一步的,继电器电路包括触点A、触点B和线圈,采样电路是由电阻R2和电阻R3实现,驱动电路是由三极管Ql和电阻Rl实现,控制芯片电路由控制芯片实现,触点A连接交流电的输入端,触点B连接负载的一端和电阻R2的一端,线圈的一端连接电源24V,线圈的另一端连接三极管Ql的C极,负载的另一端、三极管Ql的E极、电阻R3的一端和控制芯片的接地引脚连接交流电的地端,电阻R3的另一端连接电阻R2的另一端和控制芯片,三极管Ql的B极连接电阻Rl的一端,电阻Rl的另一端连接控制芯片。
[0013] 本实用新型在每次电磁继电器的触点开关断开的时候,跟踪检测电磁继电器的触点真正断开的时间,并将数据输出至控制芯片,通过控制芯片进行存储、计算,以修正延时时间,进而实现过零关断。这样,本实用新型以一种自学习电路实现了使电磁继电器的触点恰在过零点断开,解决了背景技术中所述的火花问题和效果不够理想的问题,提高了电磁继电器的使用寿命,且电路结构简单,降低了电路设计制造成本。
附图说明
[0014] 图1是本实用新型电磁继电器自调节过零控制电路的电路框图;
[0015] 图2是本实用新型电磁继电器用于交流供电的通断控制场合时的波形示意图;
[0016] 图3是本实用新型的具体实施例的电路示意图;
[0017] 图4是本实用新型的控制芯片的信号处理的流程图。
具体实施方式
[0018] 现结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。
[0019] 电磁继电器是一个机械的电磁开关,其包括线圈和一对触点,基本原理是在给线圈加电时,其产生的磁场会将衔铁从一个常闭触点上吸下来转到常开触点上。因为其触点是金属触点,所以电磁继电器具有导通电阻非常小的特点,可以应用在大功率控制的场合。也因为电磁继电器的通断是机械性的动作,所以在给电磁继电器加电的时候触点从一边移动到另外一边是需要一定的时间的,这就是电磁继电器的吸合时间。在停止给电磁继电器加电的时候,线圈产生的磁场需要一定时间才会消失,触点在簧片的弹力作用下分离,这个时间就是电磁继电器的释放时间。一般电磁继电器的释放时间在5-30ms左右,而且具有较大的个体差异,这个时间对电器工作一般是没有什么影响的,但是这样就导致无法去对准电压过零点进行开启和关断负载,如此将使继电器的触点在开启和关断时产生很大火花,极大地减小继电器的寿命,这是电磁继电器一直无法解决的问题。现有的使用电磁继电器的控制的产品中基本是计算一个电磁继电器的平均释放时间,然后在过零点提前一定的时间去关闭电磁继电器,这样基本可以使大部分开关动作是在过零点附近,但考虑个体差异,一旦关闭动作在过零点之后,将产生更大的火花,不但没有真正解决问题,还使得问题更大。若考虑到这一点,将关闭继电器的延时提前,那么由于关闭时离过零点还有一段时间,火花也会比较大,问题仍然没有很好地解决。[0020] 如图1所示,以电磁继电器用于交流供电的通断控制场合时为例,电磁继电器通断时,触点两端放电大小,对电磁继电器寿命有着极大影响;而放电的大小,与触点通断时所处的交流电相位位置关系很大,特别是断开时所处的相位,对寿命影响起主要作用。图中,若电磁继电器触点的释放时间在Tl范围内,则触点间放电时间为释放时间到B点,同理,释放时间在T2内,则放电时间为释放时间到C点。
[0021] 原因为,电磁继电器两触点间距离设为L,当二者从接触到分开,最初的距离是非常小的,此时只需要很低的电压,就可在两个触点间形成火花,也就是将触点间的空气电离了,随着L的增大,不论此时两个触点间的电压是增大还是减小,因为触点间空气已经被电离,导通电阻很小,所以不需要多高的电压即可维持该放电过程,直到触点间电压接近于零,也即接近B点或C点的位置,放电才会结束。
[0022] 放电的过程越长,放电的电流越大,则对触点的损伤越大,由此可见电磁继电器在Tl范围内释放,越靠近A点,损伤越大,越靠近B点,损伤越小;T2周期类似。
[0023] 本实用新型通过一自学习电路使电磁继电器的触点尽量在快到过零点时断开,具体是在每次电磁继电器的触点断开的时候,跟踪检测电磁继电器的触点真正断开的时间,并将数据输出至控制芯片,通过控制芯片进行存储、计算,以修正提前量,使得该提前量恰好等于电磁继电器的动作时间,进而实现过零关断。
[0024] 如图2所示,本实用新型一种电磁继电器自调节过零控制电路,包括继电器电路、负载电路、采样电路、控制芯片电路和驱动电路,所述继电器电路的电源端连接交流电电源,所述继电器电路的输出端连接负载电路的输入端及连接采样电路的输入端,所述采样电路的输出端连接控制芯片电路的输入端,所述控制芯片电路的输出端连接驱动电路的输入端,所述驱动电路的输出端连接继电器电路的输入端。
[0025] 所述采样电路包括:交流过零采样电路和继电器断开检测电路,所述交流过零采样电路和继电器断开检测电路连接,所述交流过零采样电路对继电器电路输出到负载电路的交流波形进行过零检测,所述继电器断开检测电路对电磁继电器的触点何时断开进行检测。本例中,交流过零采样电路和继电器断开检测电路往往通过一个采样电路来实现,即通过一个采样电路实现过零检测和继电器断开检测。
[0026] 所述控制芯片电路至少包括实时接收采样电路的输出信号的接收单元、对接收到的信号进行判断处理的控制单元,以及输出继电器通断信号至驱动电路的输出单元,所述接收单元、控制单元和输出单元依次连接。
[0027] 所述采样电路将交流过零采样电路检测到的过零信号和继电器断开检测电路检测的状态信号输出至控制芯片电路,所述控制芯片电路对接收到的信号进行判断处理后,调整输出继电器通断信号至驱动电路,所述驱动电路对继电器电路进行通断控制。
[0028] 作为一个具体实施例,如图3所示,继电器电路包括触点Α、触点B和线圈,采样电路是由电阻R2和电阻R3实现,驱动电路是由三极管Ql和电阻Rl实现,控制芯片电路由控制芯片实现,触点A连接交流电的输入端,触点B连接负载的一端和电阻R2的一端,线圈的一端连接电源24V,线圈的另一端连接三极管Ql的C极,负载的另一端、三极管Ql的E极、电阻R3的一端和控制芯片的接地引脚连接交流电的地端,电阻R3的另一端连接电阻R2的另一端和控制芯片,三极管Ql的B极连接电阻Rl的一端,电阻Rl的另一端连接控制芯片。
[0029] 上述电路中,电阻R2和电阻R3组成的采样电路实时检测线圈输出到负载的交流波形何时过零,以及电磁继电器的触点A (即电磁继电器的常开触点)何时断开,并将结果信号输出至控制芯片,控制芯片接收到过零信号时(记此时为ts),首先按照预设的延时时间td输出继电器通断信号经过电阻Rl至三极管Q1,从而断开电磁继电器;然后继续通过电阻R2和电阻R3组成的采样电路检测过零信号何时结束(记此时为te),同时定义te_ts=ta。
[0030] 上电时,电路在每次电磁继电器释放时,输出不同延时的td,找出td最大而ta最小的情况,此时的td即可使电磁继电器的释放点最接近B点或C点,也即对电磁继电器损伤最小的延时时间。在此后进行释放动作时,即可按照此延时td对电磁继电器进行释放。[0031 ] 本实施例的电路中,将采样电路的交流电过零采样电路和继电器断开检测电路合二为一,并接在电磁继电器输出端,则控制芯片只需一个端口便可实现二个功能,使得电路结构简单。
[0032] 如图4所示,控制芯片的具体处理流程如下:
[0033] 过程1:控制芯片实时监测采样电路的检测结果;
[0034] 过程2:控制芯片接收到采样电路输出的过零信号,则按照预设值延时,断开电磁继电器;
[0035] 过程3:通过采样电路检测是否在下一零点前断开;如果是则转到过程4,否则转到过程7 ;
[0036] 过程4:增大预设值,闭合电磁继电器,并等待过零信号;
[0037] 过程5:当过零信号到时,按照增大后的预设值延时,断开电磁继电器;
[0038] 过程6:通过采样电路检测是否在下一零点前断开;如果是则转到过程4,否则保存该预设值,转到过程10;
[0039] 过程7:减小预设值,闭合电磁继电器,并等待过零信号;
[0040] 过程8:当过零信号到时,按照减小后的预设值延时,断开电磁继电器;
[0041] 过程9:通过采样电路检测是否在下一零点前断开;如果是则转到过程7,否则保存该预设值,转到过程10;
[0042] 过程10:将保存的预设值作为断开电磁继电器的延时时间,对电磁继电器进行操作。
[0043] 这样,控制芯片通过上述过程,对接收到的采样电路的信号进行判断处理,进而得到最理想的延时时间,以最大限度减小火花,从而解决背景技术中所述的问题
[0044] 尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型,但所属领域的技术人员应该明白,在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内,在形式上和细节上可以对本实用新型做出各种变化,均为本实用新型的保护范围。

Claims (2)

1.一种电磁继电器自调节过零控制电路,包括继电器电路、负载电路、采样电路、控制芯片电路和驱动电路,所述继电器电路的电源端连接交流电电源,所述继电器电路的输出端连接负载电路的输入端,所述负载电路的输出端连接采样电路的输入端,所述采样电路的输出端连接控制芯片电路的输入端,所述控制芯片电路的输出端连接驱动电路的输入端,所述驱动电路的输出端连接继电器电路的输入端; 其特征在于: 所述采样电路包括:交流过零采样电路和继电器断开检测电路,所述交流过零采样电路和继电器断开检测电路连接,所述交流过零采样电路对继电器电路输出到负载电路的交流波形进行过零检测,所述继电器断开检测电路对电磁继电器的触点何时断开进行检测; 所述控制芯片电路至少包括实时接收采样电路的输出信号的接收单元、对接收到的信号进行判断处理的控制单元,以及输出继电器通断信号至驱动电路的输出单元,所述接收单元、控制单元和输出单元依次连接; 所述采样电路将交流过零采样电路检测到的过零信号和继电器断开检测电路检测的状态信号输出至控制芯片电路,所述控制芯片电路对接收到的信号进行判断处理后,调整输出继电器通断信号至驱动电路,所述驱动电路对继电器电路进行通断控制。
2.根据权利要求1所述的电磁继电器自调节过零控制电路,其特征在于:继电器电路包括触点A、触点B和线圈,采样电路是由电阻R2和电阻R3实现,驱动电路是由三极管Ql和电阻Rl实现,控制芯片电路由控制芯片实现,触点A连接交流电的输入端,触点B连接负载的一端和电阻R2的一端,线圈的一端连接电源24V,线圈的另一端连接三极管Ql的C极,负载的另一端、三极管Ql的E极、电阻R3的一端和控制芯片的接地引脚连接交流电的地端,电阻R3的另一端连接电阻R2的另一端和控制芯片,三极管Ql的B极连接电阻Rl的一端,电阻Rl的另一端连接控制芯片。
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