CN207114622U

CN207114622U - 一种单火线检测电路、控制电路及开关

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Publication number: CN207114622U
Application number: CN201720817540.8U
Authority: CN
Inventors: 董林华
Original assignee: Shenzhen Topband Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Topband Co Ltd
Priority date: 2017-07-07
Filing date: 2017-07-07
Publication date: 2018-03-16
Anticipated expiration: 2027-07-07

Abstract

本实用新型适用于电路设计领域，提供了一种单火线检测电路、控制电路及开关。该单火线过零检测电路包括：单火线回路，以及用于过零检测的信号处理回路；该单火线回路包括相互串联的负载及高阻电压采样单元；该信号处理回路包括：与该高阻电压采样单元耦接的压控转换单元，以及与该压控转换单元耦接的处理器，其中，该压控转换单元包括与该高阻电压采样单元耦接的MOS管，该MOS管可将该高阻电压采样单元输出的交流信号转换为该处理器可识别的方波信号，使该处理器根据该方波信号计算过零点。本实用新型实施例提供的单火线过零检测电路可在交流电波形变化较大时仍然能够准确地采集到过零点且功耗低，并可缓解单火线开关的闪灯问题。

Description

一种单火线检测电路、控制电路及开关

技术领域

本发明属于电路设计技术领域，尤其涉及一种单火线检测电路、控制电路及开关。

背景技术

单火线开关面板是一种常用的电器开关器件，是用来接通和断开用电器的电源，实现开关用电器的功能。单火线开关面板一般使用继电器来控制灯具等用电器的通断。但容性负载的灯具等用电器在闭合的瞬间会产生极大的冲击电流，容易引起继电器的触点粘连，使单火线开关面板的控制失效。然而，在交流电的零点附近闭合继电器可以减少/避免单火线开关面板在闭合瞬间产生的大电流冲击引起继电器的触点粘连发生。

在单火线开关面板上接上不同功率的负载后，交流电的波形会出现不同程度的变形，比如：波峰值时大时小、零点变宽、交流电上出现尖脉冲等。现有的过零采样电路大都是通过驱动三极管、光耦之类的器件，然后输出过零点的信号，但是现有的过零采样电路存在以下缺陷：在交流电的波形变化较大的情况下，容易出现采样的周期断续(在某些周期采集不到过零点)或采集到的过零点不准确；采样电路需要电流驱动的方式输出过零信号，功耗较大。

发明内容

本发明实施例提供一种单火线过零检测电路，旨在解决现有的过零采样电路在采样的过程中容易出现采样周期断续或者采集到的过零点不准确，且采样电路需要电流驱动的方式输出过零信号，功耗较大的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种单火线过零检测电路，所述电路包括：单火线回路，以及用于过零检测的信号处理回路；

所述单火线回路包括相互串联的负载及高阻电压采样单元；

所述信号处理回路包括：与所述高阻电压采样单元耦接的压控转换单元，以及与所述压控转换单元耦接的处理器，其中，所述压控转换单元包括与所述高阻电压采样单元耦接的MOS管，所述MOS管可将所述高阻电压采样单元输出的交流信号转换为所述处理器可识别的方波信号，使所述处理器根据所述方波信号计算过零点。

优选的，所述高阻电压采样单元包括：相互串联的高阻值电阻与采样电阻，以及与所述高阻值电阻、采样电阻耦接的单向导通模块。

优选的，所述单向导通模块为一二极管。

优选的，所述二极管与所述采样电阻并联，或者与所述高阻值电阻及采样电阻串联。

优选的，所述MOS管的G极与所述二极管的阴极端耦接，S极与地连接， D极与所述处理器耦接。

优选的，所述采样电阻的一端接地，所述MOS管的G极与S极并联于所述分压电阻两端。

本发明实施例还提供了一种单火线过零检测电路处理方法，该方法包括如下步骤：

所述处理器根据所述方波信号，计算出所述交流信号的波峰点，并根据所述波峰点计算所述过零点。

进一步的，所述处理器根据所述方波信号，计算出所述交流信号的波峰点，并根据所述波峰点计算所述过零点的步骤具体包括:

获取一个所述方波信号的上升沿时间点与下降沿时间点；

根据所述上升沿时间点与下降沿时间点计算所述方波信号的中心点时间；

将所述中心点时间与一延时时间相加获得过零点时间；所述延时时间根据市电的频率获得。

本发明实施例还提供了一种单火线控制电路，该控制电路包括上述的单火线过零检测电路；以及

与所述负载串联，并与所述高阻电压采样单元并联的继电器，所述继电器的控制端与所述处理器相连，通过所述处理器控制，使所述继电器在交流电零点或零点附近时才能闭合。

本发明实施例还提供了一种单火线开关，包括：开关外壳；

上述的单火线控制电路，所述单火线控制电路设于所述开关外壳内；

设于所述开关外壳内，为所述单火线控制电路供电的开关电源；以及

设于所述外壳上的操作界面。

优选的，所述开关电源包括：负载通电运行时，为所述单火线控制电路供电的第一开关电源模块；以及负载断电时，为所述单火线控制电路供电的第二开关电源模块。

本发明实施例提供的单火线过零检测电路可通过压控转换单元将高阻电压采样单元输出的过零点信号转换为处理器可以识别的方波信号，且处理器可根据该方波信号计算过零点，并控制继电器在交流电的零点或零点附近时才闭合。该单火线过零点检测电路不但可以在交流电的波形变化较大的时候能够准确地采集到其零点，而且该电路结构简单，易于实现，功耗低。另外，该控制电路中的处理器可以根据该过零检测电路所采集到的准确的过零点，准确地控制继电器在交流电的零点或零点附近时才闭合，从而减少继电器在负载导通的瞬间出现触点粘连的问题，提高了继电器的使用有效性及延长了其使用的寿命。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种单火线过零检测电路整体结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种单火线过零检测电路的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的另一种单火线过零检测电路的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种单火线过零检测电路处理方法的流程图；

图5是本发明实施例提供的一种单火线过零检测电路的时序图；

图6是本发明实施例提供的一种单火线控制电路的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的一种单火线开关的电路结构示意图。

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。

本发明实施例提供的单火线过零检测电路可在交流电波形变化较大时仍然能够准确且连续地采集到过零点，并在采样过零点的过程中使用电压驱动的方式输出过零点信号，功耗低，且可缓解单火线开关的闪灯问题。

以下结合具体的实施例对本发明的实现作进一步详细的描述。

参见图1，本发明的一个实施例提供了一种单火线过零检测电路，该电路包括:单火线回路，以及用于过零检测的信号处理回路；该单火线回路包括相互串联的负载及高阻电压采样单元；该信号处理回路包括：与该高阻电压采样单元耦接的压控转换单元，以及与该压控转换单元耦接的处理器，其中，该压控转换单元包括与该高阻电压采样单元耦接的MOS管，该MOS管可将该高阻电压采样单元输出的交流信号转换为该处理器可识别的方波信号，使该处理器根据该方波信号计算过零点。

其中，本发明实施例对处理器的要求较为普通，采用一般的单片机(MCU) 即可实现，例如Philips公司的80C51单片机即可满足要求。另外，本文涉及到的“耦接”这个词可以指通过导线进行连接，也可以指通过电磁耦合、电感耦合、电容耦合等方式实现电路元件之间的连接，其具体含义应结合所在语境进行判断。

在本发明实施例中，高阻电压采样单元采样出交流电正压的正波峰值信号，然后再将正波峰值信号输出到压控转换单元，压控转换单元中的MOS管将接收到的正波峰值信号转换成单片机能够识别的的方波信号，然后单片机中的软件计算模块根据该方波信号进行计算并得出过零点。

参见图2，在本发明的一个实施例中，该高阻电压采样单元包括：相互串联的高阻值电阻与采样电阻，以及与该高阻值电阻、采样电阻耦接的单向导通模块。进一步的，该单向导通模块可为一二极管，该二极管的阳极端与单火线的电流输入端耦接，阴极端与MOS管的G极耦接。MOS管的S极与地连接， D极与处理器耦接，G极耦接于采样电阻R5与高阻值电阻R4之间，采样电阻 R5的另一端接地。

更进一步的，该二极管可以串联于单火线的电流输入端至采样电阻R5与 MOS管的G极端的电路上，即该二级管可以串接在负载的电流输入端，或串接在负载与高阻值电阻R1之间，或串接在高阻值电阻R1与高阻值电阻R2之间，或串接在高阻值电阻R2与高阻值电阻R3之间，或串接在高阻值电阻R3 与高阻值电阻R4之间，或串接在高阻值电阻R4与MOS管的G极之间。

在实际应用中，若在电路设计时需要较高阻值的电阻进行限流，而现有的单个电阻的阻值却不能够满足设计的需求时，则可以选择同时将多个高电阻值的电阻串联成一个分压电阻组，以提高整个电路的电阻值，使其能够满足限流、分压、降低功耗的要求。另外，一般单火线开关面板为86盒开关，其内部的空间十分有限，不能够摆放过多的电路元件，所以在电路设计的时候需要同时考虑到电路元件的合理分布以及数量的选择。

作为本发明的一个实施例，为了满足该电路低功耗的设计要求，可将4个高阻值的电阻(R1，R2，R3，R4)串联成分压电阻组，其中，每个电阻的阻值均为10MΩ，即组成的分压电阻的阻值可达40MΩ，可满足电路的限流、分压要求，同时也能够在满足电路正常工作的基础上，进一步降低电路的功耗。

需要说明的是，高阻值电阻的阻值的选择以及串联的个数可以根据电路的工作性质、能耗、电路元件的装配空间等方面进行综合考虑确定，例如，在实际的电路设计应用中，其中某款家电的电路需要用50MΩ的高阻值电阻来进行分压、限流，则可以选择将2个15MΩ和2个10MΩ串联成一个分压电阻组，以满足要求。因此，在本发明实施例中不对此作限定。

在本发明的实施例中，MOS管的导通电压一般为2V～3V，故采样电阻R5 可采用低阻值的电阻，如阻值为680K的电阻，使R5电阻两端的电压在正波峰的时候可以导通MOS管，输出正波峰的信号。

通过相互串联的高阻值电阻与低阻值的采样电阻，以及与该高阻值电阻、采样电阻耦接的二极管组成的采样电路，不但可以实现低功耗采样，而且在采样的过程中，通过电路的电流非常小，可缓解单火线开关的闪灯问题。

在本发明的一个优选实施例中，压控转换单元可由N沟道MOS管以及上拉电阻R6组成，由于N沟道MOS管的输入阻抗非常大，驱动N沟道MOS管时，基本上不需要吸收高阻电压采样单元电路中的电流，即可实现超低功耗的压控转换。另外，根据N沟道MOS管的特性，当Vgs大于一定值时，N沟道 MOS管就可以导通，一般只要栅极电压达4V～10V即可实现驱动，因此只要将高阻值电阻与采样电阻匹配适合，使高阻电压采样单元输出的正波峰值信号在 Vgs的范围内，就能够控制N沟道MOS管将接收到的正波峰值信号转换成单片机能够识别的的方波信号，并将该方波信号输出给单片机。这样就可以解决单火线开关面板在接上负载后，交流电变形而采样不准确或在某个区段采不到样的问题。

在本发明实施例中，通过在N沟道MOS管与单片机之间串联一个上拉电阻R6，以提供电流分量，并将电平拉高，保证单片机能够检测到N沟道MOS 管输出的信号，从而提高了过零检测电路的检测连续性以及准确性。其中，上拉电阻R6采用阻值较低的电阻即可满足要求，如阻值为100K的电阻。此时，电路不但可以正常工作，而且其整体的功耗非常低。

参见图3，本发明的另一实施例提供了一种单火线过零检测电路结构示意图，该电路结构与图2所示实施例相比，差别仅在于该二极管与采样电阻R5 的连接方式是并联，因此以下仅对本实施例与图2所示实施例的差别部分进行详细说明，其余部分在此不再一一赘述。

在本发明实施例中，该MOS管的G极与该二极管的阴极端耦接，该MOS 管的S极接地；该二极管的阳极端接地，阴极端与采样电阻R5的一端耦接。

图4示出了本发明实施例提供的一种单火线过零检测电路处理方法的流程图，为了说明，仅示出了与本发明相关的部分。

在本发明实施例中，该的方法包括如下步骤：

处理器根据方波信号，计算出所述交流信号的波峰点，并根据所述波峰点计算所述过零点。

在本发明的实施例中，处理器可以为普通的单片机(MCU)，例如Philips 公司的80C51单片机即可满足要求。

在本发明的实施例中，压控转换单元将输入其中的交流信号转换成方波信号，处理器识别到从压控转换单元输出的方波信号，并根据该方波信号，进行软件运算，得出该交流信号的正波峰的波峰点，并根据计算出波峰点值计算出该交流信号的过零点。

结合图4和图5，在本发明的实施例中，该处理方法具体包括如下步骤：

步骤S101，获取一个该方波信号的上升沿与下降沿之间的时间。

在本发明的实施例中，处理器识别从压控转换单元输出的方波信号，并获取该方波信号的上升沿时间点t₁及下降沿时间点t₂。

步骤S102，根据该上升沿时间点与下降沿时间点计算该方波信号的中心点时间。

在本发明的实施例中，处理器根据所获取的上升沿时间点t₁与下降沿时间点t₂，计算该方波信号的中心点时间t₀，其中，t₀＝(t₂-t₁)/2，该中心点时间即为该方波信号所对应的交流信号中的波峰点。

步骤S103，将所述中心点时间与一延时时间相加获得过零点时间；所述延时时间根据市电的频率获得。

在本发明的实施例中，延时时间根据市电的频率获得，例如，当市电频率为50H_Z时，根据峰值的检测原理，该延时时间为t₃＝(1s/50H_Z)×0.25＝5ms，所以此时过零点时间t＝t₀+t₃。

参见图6，本发明实施例还提供了一种单火线控制电路，该控制电路包括：单火线回路，以及用于过零检测的信号处理回路；该单火线回路包括相互串联的负载及高阻电压采样单元；该信号处理回路包括：与该高阻电压采样单元耦接的压控转换单元，以及与该压控转换单元耦接的处理器，其中，该压控转换单元可将该高阻电压采样单元输出的信号转换为该处理器可识别的方波信号，使该处理器根据该方波信号计算过零点；以及与该负载串联，并与该高阻电压采样单元并联的继电器，该继电器的控制端与该处理器相连，通过该处理器控制，使该继电器在交流电零点或零点附近时才能闭合，从而减少了继电器在负载导通的瞬间引起极大的冲击电流而造成的触点粘连情况的发生，可保护继电器的安全有效使用。

结合图7，本发明实施例还提供了一种单火线开关，该单火线开关包括：开关外壳；设于该开关外壳内，为上述单火线控制电路供电的开关电源；以及设于该开关外壳上的操作界面。

在本发明的实施例中，设于该开关外壳上的操作界面包括按键式和/或触屏式的开关操作按钮，操作参数的设置面板等。该开关电源包括：用于负载通电运行时为上述单火线控制电路供电的第一开关电源模块；以及用于负载断电时，为上述单火线控制电路供电的第二开关电源模块。其中，第一开关电源模块与继电器及负载串接，第二开关电源模块并接于该高阻电压采样单元的两端。

在本发明的实施例中，当继电器处于断开的状态时，第一开关电源模块没有电压，此时，第二开关电源模块可以从单火线上分出电压提供给处理器，处理器即可使用该电压进行工作。然而，当继电器处于闭合的状态时，负载通电，第二开关电源两端的电压很低，此时，就切换到第一开关电源模块从单火线上分出电压给处理器供电。通过第一开关电源模块与第二开关电源模块交替式的供电模式，不但保证了处理器可持续正常的工作，还可以降低功耗。

本发明实施例提供的单火线过零检测电路可通过压控转换单元将高阻电压采样单元输出的信号转换为处理器可以识别的方波信号，且处理器可根据该方波信号计算过零点，然后处理器控制继电器在交流电零点或零点附近时闭合。该单火线过零点检测电路不但可以在交流电的波形变化较大的时候能够采集到其零点，而且该电路结构简单，易于实现，功耗低，并可缓解单火线开关的闪灯问题。另外，该单火线控制电路中的处理器可以根据该过零检测电路所采集到的准确的过零点，准确地控制继电器在交流电的零点或零点附近时才闭合，从而可减少继电器在负载导通的瞬间出现触点粘连的问题，提高了继电器的使用有效性及延长了其使用的寿命。

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

1.一种单火线过零检测电路，其特征在于，所述电路包括：单火线回路，以及用于过零检测的信号处理回路；

所述单火线回路包括相互串联的负载及高阻电压采样单元；

2.如权利要求1所述的单火线过零检测电路，其特征在于，所述高阻电压采样单元包括：相互串联的高阻值电阻与采样电阻，以及与所述高阻值电阻、采样电阻耦接的单向导通模块。

3.如权利要求2所述的单火线过零检测电路，其特征在于，所述单向导通模块为一二极管。

4.如权利要求3所述的单火线过零检测电路，其特征在于，所述二极管与所述采样电阻并联，或者与所述高阻值电阻及采样电阻串联。

5.如权利要求3所述的单火线过零检测电路，其特征在于，所述MOS管的G极与所述二极管的阴极端耦接，S极与地连接，D极与所述处理器耦接。

6.如权利要求2所述的单火线过零检测电路，其特征在于，所述采样电阻的一端接地，所述MOS管的G极与S极并联于所述采样电阻两端。

7.一种单火线控制电路，其特征在于，包含如权利要求1～6任意一项所述的单火线过零检测电路；以及

8.一种单火线开关，其特征在于，包括：

开关外壳；

如权利要求7所述的单火线控制电路，所述单火线控制电路设于所述开关外壳内；

设于所述外壳上的操作界面。

9.如权利要求8所述的单火线开关，其特征在于，所述开关电源包括：

负载通电运行时，为所述单火线控制电路供电的第一开关电源模块；以及

负载断电时，为所述单火线控制电路供电的第二开关电源模块。