CN211879307U - 对功率输出器件的检测保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种对功率输出器件的检测保护电路，包括交流电检测单元、延时控制单元、继电器驱动单元及继电器开关，交流电检测单元的输入端用于连接外部的交流电，交流电检测单元的输出端与延时控制单元电连接，并且延时控制单元的控制输出端与继电器驱动单元电连接，继电器驱动单元的输出端与继电器开关电连接。本实用新型可以实时检测交流电中的电压，当检测到电压最低时，可以通过延时控制单元经过一定的延时后，再控制继电器驱动单元驱动继电器开关进行闭合操作，使得继电器开关经过一定延时后在下一个电压最低点完成闭合操作，从而可以减少了继电器的触电电流，保证了没有大电流经过继电器触点，进而就可以保护继电器的触点不受损伤。

Description

对功率输出器件的检测保护电路

技术领域

本实用新型涉及IOT产品领域，特别是涉及一种对功率输出器件的检测保护电路。

背景技术

在IOT产品中，有各种的执行机构，如可控硅，MOS管，继电器等，常常因用户所接的负载超过这些执行机构的负载能力而损坏，同时也因为没有根据这些执行机构的工作特性针对性的做规避设计，而造成这些执行器件的永久性损坏。

例如：目前采用的继电器，器件规格为8A/250V TV5的继电器，稳态额定电流为8A，抗冲击电流为78A，理论负载能力为2000W，但实际应用中，会遇到各种不同的性质的负载，其阻性，容性，感性或混合负载，经常不到200W负载，就会发生继电器触点烧结粘死的现象，从而造成失效，究其原因也是因为在闭合或断开的瞬间(触点的接触电阻相比在完全闭合时的电阻也要大很多)，通过触点的冲击电流太大而引起的。此时触点的发热功率为：P＝I2R，I为通过触点的电流，R为触点的瞬间电阻。可见此时触点的接触电阻越大，通过的电流越大，触点所承载的发热功率也就越大，当发热功率超过触点金属所能承受的功率时，触点就发生融化黏连，造成永久损坏。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种对功率输出器件的检测保护电路。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种对功率输出器件的检测保护电路，包括：交流电检测单元、延时控制单元、继电器驱动单元及继电器开关，

所述交流电检测单元的输入端用于连接外部的交流电，所述交流电检测单元的输出端与所述延时控制单元电连接，并且所述延时控制单元的控制输出端与所述继电器驱动单元电连接，所述继电器驱动单元的输出端与所述继电器开关电连接。

在其中一个实施例中，所述交流电检测单元包括二极管D8和光电耦合器，所述二极管D8的阳极与交流电的零线连接，所述二极管D8的阴极与交流电的火线连接，所述光电耦合器的第1脚和第2脚分别与所述二极管D8的两端电连接，所述光电耦合器的第3脚接地，所述光电耦合器的第4脚与所述延时控制单元电连接。

在其中一个实施例中，所述交流电检测单元还包括电阻R14，所述电阻R14的一端用于与5V电压电连接，所述电阻R14的另一端与所述光电耦合器的第4脚电连接。

在其中一个实施例中，所述延时控制单元包括MCU控制器及降压支路，所述降压支路的输入端与5V电压电连接，所述降压支路的输出端与所述MCU控制器的电压输入端电连接。

在其中一个实施例中，所述MCU控制器采用STC系列的单片机。

在其中一个实施例中，所述降压支路包括降压芯片、输入滤波器及输出稳压器，所述输入滤波器的输入端用于与5V电压电连接，所述输入滤波器的输出端与所述降压芯片电连接，所述降压芯片的输出端经所述输出稳压器后，输出3.3V电压至所述MCU控制器的电压输入端中。

在其中一个实施例中，所述检测保护电路还包括电源转换单元，所述电源转换单元的输入端用于连接外部的交流电，所述电源转换单元的输出端输出5V电压。

在其中一个实施例中，所述继电器驱动单元包括电阻R1、电阻R12、三极管Q1及二极管D1，所述电阻R1的第一端与所述延时控制单元的延时输出端电连接，所述电阻R1的第二端与所述三极管Q1的基极电连接，所述三极管Q1的集电极分别与所述二极管D1的阳极和所述继电器开关的输入端电连接，所述三极管Q1的发射极接地，所述二极管D1的阴极用于与5V电压电连接，所述电阻R12的一端与所述电阻R1的第一端电连接，所述电阻R12的另一端接地。

在其中一个实施例中，所述继电器开关的第一端与外部的负载电连接，所述继电器开关的第二端用于连接滤波和整流后的交流电。

在其中一个实施例中，所述检测保护电路包括多个继电器驱动单元和多个继电器开关，各所述继电器驱动单元的输入端分别与所述延时控制单元的输出端电连接，各所述继电器驱动单元分别一一对应与各所述继电器开关电连接。

本实用新型相比于现有技术的优点及有益效果如下：

本实用新型为一种对功率输出器件的检测保护电路，通过设置交流电检测单元、延时控制单元及继电器驱动单元，可以实时检测交流电中的电压，并且，当检测到电压最低时，可以通过延时控制单元经过一定的延时后，再控制继电器驱动单元驱动继电器开关进行闭合操作，使得继电器开关经过一定延时后在下一个电压最低点完成闭合操作，从而可以减少了继电器的触电电流，保证了没有大电流经过继电器触点，进而就可以保护继电器的触点不受损伤，大大延长了继电器寿命，保证IoT产品的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型一实施方式的对功率输出器件的检测保护电路的功能模块图；

图2为图1所示的检测保护电路的交流电检测单元的电路图；

图3为图1所示的检测保护电路的MCU控制器的电路图；

图4为图1所示的检测保护电路的降压支路的电路图；

图5为图1所示的检测保护电路的电源转换单元的电路图；

图6为图1所示的检测保护电路的继电器驱动单元的电路图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施方式。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本实用新型的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1，一种对功率输出器件的检测保护电路，包括：交流电检测单元100、延时控制单元200、继电器驱动单元300及继电器开关400，需要说明的是，交流电检测单元100用于检测交流电的电压变化，并且及时检测最低电压；延时控制单元200用于实现延时，即当检测到最低电压时，则延时输出控制电压给继电器驱动单元，进而延时控制继电器开关在下一个电压最低时进行闭合。

具体地，继电器开关触点的发热功率为：P＝I2R，I为通过触点的电流，R为触点的瞬间电阻。可见此时触点的接触电阻越大，通过的电流越大，触点所承载的发热功率也就越大，当发热功率超过触点金属所能承受的功率时，触点就发生融化黏连，造成永久损坏。

为避免这种现象，针对继电器执行机构的特性及交流电(220V/50hz)的特性，在IOT设备应用中做硬件和软件的改进，避免继电器触点在闭合和断开的瞬间大电流造成的烧毁触点。由于交流电220V是一个正弦波，这个电压只是个有效值，并不是最高值，最高值应为220V*1.41421≈311V，最低值为零伏；在负载一定的情况下，继电器触点电阻一定的情况下，如果继电器在交流电电压最大值时闭合和最小值时闭合，通过的电流完全是不同的，因此可以寻找交流电电压最小时闭合或断开，最大限度减少对继电器触点的热损伤。

根据继电器的机械特征可以知道，触点的闭合时间和断开时间(即给工作线圈施加额定电压到触点闭合的一瞬间)，硬件电路检测到电压最低时，由软件经过适当延迟后再给继电器线圈施加额定工作电压，加上继电器的机械动作时间，刚好到下一个交流电的电压最低点完全闭合，这样就减少了继电器的触电电流，保证了没有大电流经过继电器触点，这样就会保护继电器的触点不受损伤，大大延长了继电器寿命，保证IoT产品的可靠性。

可以理解，当检测到电压最低时，可以通过延时控制单元经过一定的延时后，例如，在正弦波的交流电中，电压最低点则是每经过半个周期π就可以出现电压最低点，因此，可以设定延时时间为π，即经过时间为π延时后，再控制继电器驱动单元驱动继电器开关进行闭合操作，使得继电器开关经过一定延时后在下一个电压最低点完成闭合操作，从而可以减少了继电器的触电电流，保证了没有大电流经过继电器触点，进而就可以保护继电器的触点不受损伤，大大延长了继电器寿命，保证IoT产品的可靠性。

交流电检测单元的输入端用于连接外部的交流电，交流电检测单元的输出端与延时控制单元电连接，并且延时控制单元的控制输出端与继电器驱动单元电连接，继电器驱动单元的输出端与继电器开关电连接。

如此，经过软硬件处理后，在实际产品应用中，无论用户的使用的什么性质的负载(阻性、容性，感性或是混合负载)，只要不超过继电器的额定功率，就会大大降低继电器损坏的可能性，延长继电器的使用寿命。

请参阅图2，交流电检测单元包括二极管D8和光电耦合器，二极管D8的阳极与交流电的零线连接，二极管D8的阴极与交流电的火线连接，光电耦合器的第1脚和第2脚分别与二极管D8的两端电连接，光电耦合器的第3脚接地，光电耦合器的第4脚与延时控制单元电连接。如此，可以实时检测交流电的电压值，并且交流电检测单元输出50HZ的信号至延时控制单元中。

请参阅图2，交流电检测单元还包括电阻R14，电阻R14的一端用于与5V电压电连接，电阻R14的另一端与光电耦合器的第4脚电连接。如此，通过设置电阻R14，可以起到稳压的作用。

请参阅图3和图4，延时控制单元包括MCU控制器及降压支路，降压支路的输入端与5V电压电连接，降压支路的输出端与MCU控制器的电压输入端电连接。优选的，MCU控制器采用STC系列的单片机。

请参阅图4，降压支路包括降压芯片、输入滤波器及输出稳压器，输入滤波器的输入端用于与5V电压电连接，输入滤波器的输出端与降压芯片电连接，降压芯片的输出端经输出稳压器后，输出3.3V电压至MCU控制器的电压输入端中。如此，通过设置降压芯片，可以实现将5V电压转换为3.3V电压，并且用于为MCU控制器提供必要的供电电源。

请参阅图5，检测保护电路还包括电源转换单元，电源转换单元的输入端用于连接外部的交流电，电源转换单元的输出端输出5V电压。如此，通过设置电源转换单元，可以使得220V的交流电转换为5V的直流电，并为整个电路提供供电电压。

请参阅图6，继电器驱动单元包括电阻R1、电阻R12、三极管Q1及二极管D1，电阻R1的第一端与延时控制单元的延时输出端电连接，电阻R1的第二端与三极管Q1的基极电连接，三极管Q1的集电极分别与二极管D1的阳极和继电器开关的输入端电连接，三极管Q1的发射极接地，二极管D1的阴极用于与5V电压电连接，电阻R12的一端与电阻R1的第一端电连接，电阻R12的另一端接地。如此，通过设置三极管Q1，可以作为开关接收控制电压，进而控制继电器开关的断开或者闭合。

需要说明的是，继电器开关的第一端与外部的负载电连接，继电器开关的第二端用于连接滤波和整流后的交流电。

需要说明的是，检测保护电路包括多个继电器驱动单元和多个继电器开关，各继电器驱动单元的输入端分别与延时控制单元的输出端电连接，各继电器驱动单元分别一一对应与各继电器开关电连接。如此，可以控制多个IoT产品或者装置。

本检测报告电路的优点在于了解继电器的机械特征，本特征是精确测量继电器的工作线圈从施加额定工作电压到其触点闭合的时间段的时间长短，结合硬件电路对交流电的最低电压点的检测，经过软件延迟处理，确保继电器触点闭合的瞬间刚好是交流电的电压最低点，保证继电器触点无电流或小电流通过，触点不会因自身的接触电阻和负载大电流通过而产生的热功率烧毁金属触点，最大可能的减少了对触点的损伤，延长了整机的使用寿命

本检测保护电路的优点还在于，降低了对用户所使用的负载功率及负载种类的限制，如负载经常为LED灯具，该灯具内置开关电源属容性负载，当用户接200瓦的灯具时，经常造成继电器损坏，现在经过电路处理后，用户可以接600W的灯具，而且也不会损坏，这样就提高的iot产品的负载适应能力，产品可靠性也大大提高。

本实用新型相比于现有技术的优点及有益效果如下：

本实用新型为一种对功率输出器件的检测保护电路，通过设置交流电检测单元、延时控制单元及继电器驱动单元，可以实时检测交流电中的电压，并且，当检测到电压最低时，可以通过延时控制单元经过一定的延时后，再控制继电器驱动单元驱动继电器开关进行闭合操作，使得继电器开关经过一定延时后在下一个电压最低点完成闭合操作，从而可以减少了继电器的触电电流，保证了没有大电流经过继电器触点，进而就可以保护继电器的触点不受损伤，大大延长了继电器寿命，保证IoT产品的可靠性。

以上所述实施方式仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种对功率输出器件的检测保护电路，其特征在于，包括：交流电检测单元、延时控制单元、继电器驱动单元及继电器开关，

所述交流电检测单元的输入端用于连接外部的交流电，所述交流电检测单元的输出端与所述延时控制单元电连接，并且所述延时控制单元的控制输出端与所述继电器驱动单元电连接，所述继电器驱动单元的输出端与所述继电器开关电连接。

2.根据权利要求1所述的对功率输出器件的检测保护电路，其特征在于，所述交流电检测单元包括二极管D8和光电耦合器，所述二极管D8的阳极与交流电的零线连接，所述二极管D8的阴极与交流电的火线连接，所述光电耦合器的第1脚和第2脚分别与所述二极管D8的两端电连接，所述光电耦合器的第3脚接地，所述光电耦合器的第4脚与所述延时控制单元电连接。

3.根据权利要求2所述的对功率输出器件的检测保护电路，其特征在于，所述交流电检测单元还包括电阻R14，所述电阻R14的一端用于与5V电压电连接，所述电阻R14的另一端与所述光电耦合器的第4脚电连接。

4.根据权利要求1所述的对功率输出器件的检测保护电路，其特征在于，所述延时控制单元包括MCU控制器及降压支路，所述降压支路的输入端与5V电压电连接，所述降压支路的输出端与所述MCU控制器的电压输入端电连接。

5.根据权利要求4所述的对功率输出器件的检测保护电路，其特征在于，所述MCU控制器采用STC系列的单片机。

6.根据权利要求4所述的对功率输出器件的检测保护电路，其特征在于，所述降压支路包括降压芯片、输入滤波器及输出稳压器，所述输入滤波器的输入端用于与5V电压电连接，所述输入滤波器的输出端与所述降压芯片电连接，所述降压芯片的输出端经所述输出稳压器后，输出3.3V电压至所述MCU控制器的电压输入端中。

7.根据权利要求1所述的对功率输出器件的检测保护电路，其特征在于，所述检测保护电路还包括电源转换单元，所述电源转换单元的输入端用于连接外部的交流电，所述电源转换单元的输出端输出5V电压。

8.根据权利要求1所述的对功率输出器件的检测保护电路，其特征在于，所述继电器驱动单元包括电阻R1、电阻R12、三极管Q1及二极管D1，所述电阻R1的第一端与所述延时控制单元的延时输出端电连接，所述电阻R1的第二端与所述三极管Q1的基极电连接，所述三极管Q1的集电极分别与所述二极管D1的阳极和所述继电器开关的输入端电连接，所述三极管Q1的发射极接地，所述二极管D1的阴极用于与5V电压电连接，所述电阻R12的一端与所述电阻R1的第一端电连接，所述电阻R12的另一端接地。

9.根据权利要求1所述的对功率输出器件的检测保护电路，其特征在于，所述继电器开关的第一端与外部的负载电连接，所述继电器开关的第二端用于连接滤波和整流后的交流电。

10.根据权利要求1所述的对功率输出器件的检测保护电路，其特征在于，所述检测保护电路包括多个继电器驱动单元和多个继电器开关，各所述继电器驱动单元的输入端分别与所述延时控制单元的输出端电连接，各所述继电器驱动单元分别一一对应与各所述继电器开关电连接。

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