CN208767223U - 一种开关控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及控制电路设计技术领域，特别涉及一种开关控制系统，为解决现有技术中因为电弧造成继电器触头熔化粘连，从而导致对输入回路对输出回路的控制失效的问题，本实用新型包括CPU和继电器，所述CPU具有第一控制端和第二控制端，所述继电器包括线圈和常开触头，继电器的线圈串接于CPU的第一控制端和直流电源之间，继电器的常开触头串接于负载供电回路中，其技术方案要点在于所述继电器的常开触头的两端并联有用于分流的控制件，所述控制件的控制端耦接于CPU的第二控制端，在集电极触头导通前先导通控制件，从而使得继电器的常开触头两端电压相同，从而减少继电器触头粘连现象的发生，进一步提高电路运行的稳定性。

Description

一种开关控制系统

技术领域

本实用新型涉及控制电路设计技术领域，特别涉及一种开关控制系统。

背景技术

电路设计中，通常会使用继电器实现小电流控制大电流的情况，即继电器的线圈连接于输入回路中，该继电器的触头连接于输出回路中，实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”，故继电器在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。

继电器是由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的，当线圈中接通较小的电流后，由于电磁效应，铁芯会产生很强的吸合力，带动衔铁的常闭触电与常开触点吸合，主触头接触面大受压大，主触头便能接通较大电流的负载用电，在电流切断后，电磁的吸力也就没有了，衔铁就又返回到原来的位置，将电路切断，实现小电流控制大电流。

当输出回路中的电机频繁起动时，需要继电器的触头频繁开闭，电机是感性负载，如果在电流正弦波的峰值分断触点时，由于电流不能突变此时的触头两端的感应电压将会变得非常高，形成强电场，并使得触头产生自由电子，正、负离子呈游离状态，使气体由绝缘状态转变为导电状态，并伴有高温、强光，即电弧，电弧会使得触头产生高温，最终继电器触头熔化粘连，从而导致对输入回路对输出回路的控制失效，从而降低电路运行的稳定性。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种开关控制系统，对继电器触头流经的电流进行分流，减少继电器触头粘连现象的发生，进一步提高电路运行的稳定性。

本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种开关控制系统，包括CPU和继电器，所述CPU具有第一控制端和第二控制端，所述继电器包括线圈和常开触头，继电器的线圈串接于CPU的第一控制端和直流电源之间，继电器的常开触头串接于负载供电回路中，所述继电器的常开触头的两端并联有用于分流的控制件，所述控制件的控制端耦接于CPU的第二控制端。

通过上述技术方案，由于继电器的线圈的得电与否是受CPU控制，而并联于继电器常开触头两端的控制件同样受控于CPU，故通过CPU在控制继电器线圈得电前控制控制件导通，从而使得电流从控制件流通，然后再导通继电器线圈的供电回路，以使得继电器的常开触头动作，如此设置，则使得继电器的常开触头在闭合时的两端电压相同，从而减少继电器常开触头两端之间电弧产生的现象，从而达到减少继电器常开触头粘连现象的发生，进一步提高电路运行的稳定性

进一步的，所述控制件为双向可控硅。

通过上述技术方案，双向可控硅被认为是一对反并联连接的普通可控硅的集成，工作原理与普通单向可控硅相同，只有导通和关断两种状态,且可以小功率控制大功率，反应极快，在微秒级内开通、关断；无触点运行、无火花、无噪音、效率高，成本低。

进一步的，所述控制件为MOS管。

通过上述技术方案，MOS管属于电压型驱动控制元件，驱动电路的设计比较简单，采用功率MOS管作为开关电源中的功率开关，用栅极电压来控制漏极电流，驱动电路简单，需要的驱动功率小，开关速度快，工作频率高。

进一步的，所述继电器的常开触头所在回路中串接有保险丝。

通过上述技术方案，保险丝是由电阻率较大、熔点较低的金属制成，当电路中的电流过大时，保险丝容易熔断，造成断路，起到限流的作用，进一步减少继电器常开触头由于长时间在大电流工作情况下造成粘连的现象的发生。

进一步的，所述继电器的常开触头两端还并联连接有压敏电阻。

通过上述技术方案，压敏电阻阻值与两端施加的电压大小有关，当加到压敏电阻器上的电压在其标称值以内时，电阻器的阻值呈现无穷大状态，几乎无电流通过；当压敏电阻器两端的电压略大于标称电压时，压敏电阻迅速击穿导通，其阻值很快下降，使电阻器处于导通状态；当电压减小至标称电压以下时，其阻值又开始增加，压敏电阻又恢复为高阻状态；当压敏电阻器两端的电压超过其最大限制电压时，它将完全击穿损坏，无法自行恢复，压敏电阻主要用于限制有害的大气过电压和操作过电压，能有效地保护系统或设备。

进一步的，还包括用于检测CPU第一控制端的输出信号与继电器的常开触头动作是否一致的检测电路和耦接于检测电路用于发出报警信号的提示电路。

通过上述技术方案，为进一步防止在控制件发生意外损伤时由于继电器常开触头粘连对负载的启闭控制长期失效，通过检测电路检测继电器常开触头是否发生粘连，并当继电器的常开触头发生粘连时，通过提示电路发出提示，提示工作人员及时对继电器进行更换，从而提高电路运行的可靠性。

进一步的，所述检测电路包括：

变压模块，具有输入侧和输出侧，其输入侧耦接于负载两端用于对负载两端的电压进行降压，并通过输出侧输出降压后的调整电压U1；

整流桥，具有两个交流引脚和两个直流引脚，其两个交流引脚耦接于变压模块的输出侧用于对交流电进行整流，并通过两个直流引脚输出检测直流电I1；

检测电阻，串接于检测直流电I1的回路中；

异或门，具有两个输入端和一个输出端，其第一输入端耦接于CPU的第一控制端，其第二输入端耦接于整流桥以接收检测直流电I1，并输出检测信号。

通过上述技术方案，通过变压模块对负载供电回路中的电压进行降压处理，并输出低电压的调整电压U1，并通过整流桥对降压后的交流电进行整理，使其输出检测直流电I1，并通过检测直流电I1代表负载供电回路的通断情况，当有检测直流电I1时，则表明继电器的常开触头闭合，当检测直流电I1为零时，则表明继电器的常开触头断开，切断了负载的供电回路；通过异或门对负载是否有电流以及CPU的第一控制端是否有信号来判断继电器线圈得电和常开触头动作的同步性，以实现对继电器常开触头是否粘合的判断。

进一步的，所述提示电路包括：

电阻R1，其一端耦接于检测电路的输出端；

三极管Q1，其基极耦接于电阻R1的另一端；

电阻 R2，串接于三极管Q1的集电极和直流电VCC之间；

蜂鸣器，耦接于三极管Q1的发射极和地之间，用于发出声音提示。

通过上述技术方案，当继电器的线圈失电后，而继电器的常开触头还处于闭合状态时，或当继电器的线圈得电后，而继电器的常闭触头还处于闭合状态时，则表明继电器的常开触头发生粘连，故异或门或同或门的输出端输出高电平的检测信号，三极管Q1导通，蜂鸣器发出声音提示。

综上所述，本实用新型具有以下有益效果：

（1）通过并联于继电器常开触头控制件在继电器常开触头闭合前进行导通，从而使得继电器的常开触头在闭合时的两端电压相等，减少电弧产生现象的发生，从而达到减少继电器触头粘连现象的发生，进一步提高电路运行的稳定性；

（2）通过检测电路对继电器线圈得电情况与继电器常开触头的动作的同步情况进行检测，并当继电器常开触头发生粘连时通过提示电路发生报警信号，提示工作人员及时对继电器进行更换，从而提高电路运行的可靠性。

附图说明

图1是实施例一的整体电路图；

图2是实施例二中检测电路和提示电路的电路图；

图3是实施例三的整体电路图。

附图标记：1、继电器；CON1、第一控制端；CON2、第二控制端；2、控制件；3、检测电路；4、提示电路；5、保险丝；6、压敏电阻；7、变压模块；8、整流桥；Rx、检测电阻；T1、异或门；9、一次侧线圈；10、铁芯；11、二次侧线圈；H、蜂鸣器。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

实施例一：

一种开关控制系统，如图1所示，包括CPU和继电器1，L表示负载供电回路的一端，L1表示负载供电回路的另一端，N代表接地端。CPU具有第一控制端CON1和第二控制端CON2，继电器1包括线圈和常开触头，继电器1的线圈串接于CPU的第一控制端CON1和直流电源之间，本实施例中，直流电源选用DC12V，继电器1的常开触头串接于负载的供电回路中，继电器1的常开触头的两端并联有控制件2，控制件2的控制端耦接于CPU的第二控制端CON2。

本实施例中，控制件2选用双向可控硅，双向可控硅被认为是一对反并联连接的普通可控硅的集成，工作原理与普通单向可控硅相同，只有导通和关断两种状态,且可以小功率控制大功率，反应极快，在微秒级内开通、关断；无触点运行、无火花、无噪音、效率高，成本低。

由于继电器1的线圈的得电与否是受CPU控制，而并联于继电器1常开触头两端的控制件2同样受控于CPU，故通过CPU在控制继电器1线圈得电前控制控制件2导通，从而使得电流从双向可控硅处流通，然后再导通继电器1线圈的供电回路，以使得继电器1的常开触头动作。

如此设置，则使得继电器1的常开触头在闭合时的两端电压相同，即减少电弧产生的现象的发生，从而达到减少继电器1常开触头粘连现象的发生，进一步提高电路运行的稳定性。

为对继电器1常开触头所在回路进行限流保护，继电器1常开触头所在回路中串联连接有两根保险丝5，保险丝5是由电阻率较大、熔点较低的金属制成，当电路中的电流过大时，保险丝5容易熔断，造成断路，进一步减少继电器1常开触头由于长时间在大电流工作情况下造成粘连的现象的发生。

进一步的，为保证电路的稳定运行，继电器1的常开触头两端还并联连接有压敏电阻6，压敏电阻6阻值与两端施加的电压大小有关，当加到压敏电阻6器上的电压在其标称值以内时，电阻器的阻值呈现无穷大状态，几乎无电流通过；当压敏电阻6器两端的电压略大于标称电压时，压敏电阻6迅速击穿导通，其阻值很快下降，使电阻器处于导通状态；当电压减小至标称电压以下时，其阻值又开始增加，压敏电阻6又恢复为高阻状态；当压敏电阻6器两端的电压超过其最大限制电压时，它将完全击穿损坏，无法自行恢复，压敏电阻6主要用于限制有害的大气过电压和操作过电压，能有效地保护系统或设备。

实施例二：

一种开关控制系统，如图1和图2所示，还包括检测电路3和提示电路4，第一控制端CON1和继电器1的线圈之间输出有信号Vp，检测电路3用于检测CPU第一控制端CON1的输出信号与继电器1的常开触头动作是否一致，提示电路4耦接于检测电路3的输出端，当第一控制端CON1的输出信号与继电器1的常开触头动作不一致时，通过提示电路4发出报警信号，以提示工作人员及时查看检修，提高系统运行可靠性。

如图2所示，检测电路3包括变压模块7、整流桥8、检测电阻Rx、以及异或门T1。

变压模块7包括一次侧线圈9、铁芯10、和二次侧线圈11，且一次侧线圈9的两端为变压模块7的输入侧，二次侧线圈11的两端为变压模块7的输出侧，其中，一次侧线圈9和二次侧线圈11的匝数不同，一次侧线圈9的两端分别耦接于L端和N端，用于对负载的电压进行降压，并通过输出侧输出降压后的调整电压U1。

整流桥8具有两个交流引脚和两个直流引脚，其两个交流引脚耦接于二次侧线圈11的两端，用于对交流电进行整流，并通过两个直流引脚输出检测直流电I1；

检测电阻Rx，串接于检测直流电I1的回路中，且检测电路3的一端输出信号Vq；

异或门T1，具有两个输入端和一个输出端，其第一输入端耦接于CPU的第一控制端CON1以接收信号Vp，其第二输入端耦接于整流桥8以接收信号Vq，并输出检测信号。

提示电路4包括：

电阻R1，其一端耦接于异或门T1的输出端；

三极管Q1，其基极耦接于电阻R1的另一端；

电阻 R2，串接于三极管Q1的集电极和直流电VCC之间；

蜂鸣器H，耦接于三极管Q1的发射极和地之间，用于发出声音提示。

通过变压模块7对负载供电回路中的电压进行降压处理，并输出低电压的调整电压U1，并通过整流桥8对降压后的交流电进行整理，使其输出检测直流电I1，并通过检测直流电I1代表负载供电回路的通断情况；

当有检测直流电I1时，则表明继电器1的常开触头闭合，当检测直流电I1为零时，则表明继电器1的常开触头断开，切断了负载的供电回路；

通过异或门T1对负载供电回路是否有电流以及CPU的第一控制端CON1是否有信号来判断继电器1线圈得电和常开触头动作的同步性，以实现对继电器1常开触头是否粘合的判断。

实施例三：

一种开关控制系统，如图3所示，与实施例一的不同之处在于控制件2为MOS管，MOS管属于电压型驱动控制元件，驱动电路的设计比较简单，采用功率MOS管作为开关电源中的功率开关，用栅极电压来控制漏极电流，驱动电路简单，需要的驱动功率小，开关速度快，工作频率高。

实施例四：

一种开关控制系统，与实施例二的不同之处在于控制件2为MOS管，MOS管属于电压型驱动控制元件，驱动电路的设计比较简单，采用功率MOS管作为开关电源中的功率开关，用栅极电压来控制漏极电流，驱动电路简单，需要的驱动功率小，开关速度快，工作频率高。

本具体实施例仅仅是对本实用新型的解释，其并不是对本实用新型的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本实用新型的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种开关控制系统，包括CPU和继电器(1)，所述CPU具有第一控制端(CON1)和第二控制端(CON2)，所述继电器(1)包括线圈和常开触头，继电器(1)的线圈串接于CPU的第一控制端(CON1)和直流电源之间，继电器(1)的常开触头串接于负载供电回路中，其特征在于：所述继电器(1)的常开触头的两端并联有用于分流的控制件(2)，所述控制件(2)的控制端耦接于CPU的第二控制端(CON2)。

2.根据权利要求1所述的一种开关控制系统，其特征在于：所述控制件(2)为双向可控硅。

3.根据权利要求1所述的一种开关控制系统，其特征在于：所述控制件(2)为MOS管。

4.根据权利要求1所述的一种开关控制系统，其特征在于：所述继电器(1)的常开触头所在回路中串接有保险丝(5)。

5.根据权利要求1所述的一种开关控制系统，其特征在于：所述继电器(1)的常开触头两端还并联连接有压敏电阻(6)。

6.根据权利要求1所述的一种开关控制系统，其特征在于：还包括用于检测CPU第一控制端(CON1)的输出信号与继电器(1)的常开触头动作是否一致的检测电路(3)和耦接于检测电路(3)用于发出报警信号的提示电路(4)。

7.根据权利要求6所述的一种开关控制系统，其特征在于，所述检测电路(3)包括：

变压模块(7)，具有输入侧和输出侧，其输入侧耦接于负载回路中用于对负载两端的电压进行降压，并通过输出侧输出降压后的调整电压U1；

整流桥(8)，具有两个交流引脚和两个直流引脚，其两个交流引脚耦接于变压模块(7)的输出侧用于对交流电进行整流，并通过两个直流引脚输出检测直流电I1；

检测电阻(Rx)，串接于检测直流电I1的回路中；

异或门(T1)，具有两个输入端和一个输出端，其第一输入端耦接于CPU的第一控制端(CON1)，其第二输入端耦接于整流桥(8)以接收检测直流电I1，并输出检测信号。

8.根据权利要求6所述的一种开关控制系统，其特征在于，所述提示电路(4)包括：

电阻R1，其一端耦接于检测电路(3)的输出端；

三极管Q1，其基极耦接于电阻R1的另一端；

电阻R2，串接于三极管Q1的集电极和直流电VCC之间；

蜂鸣器(H)，耦接于三极管Q1的发射极和地之间，用于发出声音提示。