CN213185491U - 一种智能开关继电器的过零检测保护电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种智能开关继电器的过零检测保护电路，由交流电输入的火线(L)，交流电的输入零线(N)，电阻R1、R2、R3，光电耦合器U1，三极管Q1共同组成降压、隔离、整形电路,单片机控制电路作为中间信号转换电路,负责将整形后的矩形波脉冲检测信号，经过延时处理，得到一个继电器驱动控制信号；继电器控制电路作为驱动负载继电器电路，起到控制继电器触点通断的作用，能够使继电器的开关触点只有在工频交流电的零点时才会吸合导通，从而减小工频交流电波峰电压造成的冲击电流，避免产生电火花现象，延长了继电器的使用寿命。
Description
技术领域
本实用新型属于继电器电路技术领域，具体涉及一种智能开关继电器的过零检测保护电路。
背景技术
继电磁式继电器因为能用较小的电流，较低的电压去控制大电流，大电压的一种自动开关器件，且价格相对便宜，在智能化开关类产品中得到了极为广泛的应用。电磁式继电器作为控制后端电器设备使用的一个关键物件，它在弱电控制工频交流强电时，是通过电磁线圈吸合继电器开关触点来完成的，在控制市电火线的情况下，由于工频交流市电是一个电压为220V，频率50Hz、正负极性交替传输的正弦波信号，一个周期有两个零点。若继电器的触点在交流电过零点时吸合导通，则此时电压值为零，流过继电器主回路上的电流也为零，这种情况下不会对继电器触点造成冲击，也不会产生电火花现象，如果继电器触点吸合的瞬间刚好遇上工频交流电的波峰电压，极易产生电火花，损坏开关触点，会大大地影响继电器的使用寿命。
目前市场上所通用的继电器为电磁式继电器，控制电路大多只考虑到继电器触点的导通和断开，并没有考虑到继电器触点吸合的瞬间存在市电波峰电压的影响，导致产生的电火花现象。或者有相关电路但是功能设计过于简化，保护作用十分有限。为了能够更好地保证在继电器触点吸合的瞬间，刚好在交流电零点附近，避免交流市电波峰电压的冲击，触碰触点产生电火花，以致不会对继电器的使用寿命产生影响。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种智能开关继电器的过零检测保护电路，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种智能开关继电器的过零检测保护电路，由交流电输入的火线(L)，交流电的输入零线(N)，电阻 R1、R2、R3，光电耦合器U1，三极管 Q1共同组成降压、隔离、整形电路,单片机控制电路作为中间信号转换电路,负责将整形后的矩形波脉冲检测信号，经过延时处理，得到一个继电器驱动控制信号；
继电器控制电路作为驱动负载继电器电路，起到控制继电器触点通断的作用；
所述光电耦合器 U1 型号为 PC817，所述三极管 Q1 型号为 S8050；
所述电阻 R1 的一端与交流电输入的火线(L)连接，所述电阻 R1 的另一端接所述光电耦合器 U1 的1脚;
所述光电耦合器 U1 的2脚接交流电的输入零线(N); 所述光电耦合器 U1 的3脚和所述三极管 Q1 的发射极接地；所述光电耦合器 U1的4脚接所述电阻 R2 的一端以及所述三极管 Q1 的基极；
所述电阻 R2 的另一端接所述电阻 R3 的一端、电压 VCC，所述电阻 R3 的另一端接所述三极管 Q1 的集电极以及接单片机控制电路；
单片机控制电路输出的继电器驱动控制信号接入继电器控制电路。
进一步的，所述交流电输入的火线(L)与零线(N)是 220V/50Hz 工频交流电供电端。
进一步的，所述电阻 R1 是分压限流电阻，所述电阻R2和所述电阻R3 是偏置电阻。
进一步的，所述三极管 Q1 是驱动隔离用的三极管，单片机控制电路是过零信号检测处理电路；继电器控制电路作为继电器是否工作的驱动电路，光电耦合器 U1 的作用是对交流电进行电气隔离和交流电压波形整形。
与现有技术相比，本实用新型提供了一种智能开关继电器的过零检测保护电路，具备以下有益效果：能够使继电器的开关触点只有在工频交流电的零点时才会吸合导通，从而减小工频交流电波峰电压造成的冲击电流，避免产生电火花现象，延长了继电器的使用寿命。
附图说明
附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：
图 1 为智能开关继电器的过零检测保护电路示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
请参阅图 1，本实用新型提供一种技术方案：一种智能开关继电器的过零检测保护电路，由交流电输入的火线(L)，交流电的输入零线(N)，电阻 R1、R2、R3，光电耦合器 U1，三极管 Q1共同组成降压、隔离、整形电路,单片机控制电路作为中间信号转换电路,负责将整形后的矩形波脉冲检测信号，经过延时处理，得到一个继电器驱动控制信号；继电器控制电路作为驱动负载继电器电路，起到控制继电器触点通断的作用。
所述光电耦合器 U1 型号为 PC817，所述三极管 Q1 型号为 S8050；所述电阻 R1的一端与交流电输入的火线(L)连接，所述电阻 R1 的另一端接所述光电耦合器 U1 的1脚; 所述光电耦合器 U1 的2脚接交流电的输入零线(N); 所述光电耦合器 U1 的3脚和所述三极管 Q1 的发射极接地；所述光电耦合器 U1的4脚接所述电阻 R2 的一端以及所述三极管 Q1 的基极；所述电阻 R2 的另一端接所述电阻 R3 的一端、电压 VCC，所述电阻 R3的另一端接所述三极管 Q1 的集电极以及接单片机控制电路；单片机控制电路输出的继电器驱动控制信号接入继电器控制电路。
优选的技术方案，所述交流电输入的火线(L)与零线(N)是 220V/50Hz 工频交流电供电端。
优选的技术方案，所述电阻R1 是分压限流电阻，电阻R2和R3 是偏置电阻。
优选的技术方案，所述三极管 Q1 是驱动隔离用的三极管；单片机控制电路是过零信号检测处理电路；继电器控制电路作为继电器是否工作的驱动电路，光电耦合器 U1的作用是对交流电进行电气隔离和交流电压波形整形。
本实用新型的工作原理：
设置成边沿触发模式：电阻 R1 是分压限流电阻，光电耦合器 U1 的作用是对交流电进行隔离和整形，把交流电正弦周期性信号转变成矩形波脉冲检测信号。当交流电从负半波穿过零点，进入正半波电压时，光电耦合器 U1 内的发光二极管工作，光敏三极管导通，三极管 Q1 截止；而当交流电从正半波穿过零点，进入负半波电压时，光电耦合器 U1内的发光二极管不工作，光敏三极管不导通，三极管 Q1 导通，从而在三极管 Q1 的集电极得到一个连续输出正的矩形方波脉冲检测信号给单片机控制电路进行处理。
由于继电器的触点从开始动作到完全吸合这个过程需要大约 5ms 的时间，如果此时单片机检测到过零信号，马上输出驱动控制信号去控制继电器工作(即开启继电器)，那么继电器触点接通时就不是在零点，而是过零点后 5ms 的波峰。所以单片机要计算处理这 5ms 左右的延时时间，否则触点接通就不是在零点上。
从交流电的特性可知，交流电的（周期）T=1/f(频率)，工频交流电的频率为 50Hz。经计算可得交流电的一个周期时间 T 为 20ms，过零点后经过 20ms 又是一个过零点。所以继电器驱动控制信号在控制继电器触点的吸合需要在交流电零点时间提前 5ms，而不是在交流电零点时触点才吸合。可以设定当交流电从负半波穿过零点，进入正半波电压时，检测到这个过零点的上升沿后，单片机延时 15ms 再发出控制继电器触点接通信号指令，使继电器开始工作，留出的这 5ms 时间差是为了确保继电器触点能够完全吸合上。这时刚好运行了 15ms+5ms=20ms,交流电刚好到了下一个过零点，正好继电器触点在此期间吸合上。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后
端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
Claims (4)
1.一种智能开关继电器的过零检测保护电路，其特征在于：
由交流电输入的火线(L)，交流电的输入零线(N)，电阻 R1、R2、R3，光电耦合器 U1，三极管 Q1共同组成降压、隔离、整形电路,单片机控制电路作为中间信号转换电路,负责将整形后的矩形波脉冲检测信号，经过延时处理，得到一个继电器驱动控制信号；
继电器控制电路作为驱动负载继电器电路，起到控制继电器触点通断的作用；
所述光电耦合器 U1 型号为 PC817，所述三极管 Q1 型号为 S8050；
所述电阻 R1 的一端与交流电输入的火线(L)连接，所述电阻 R1 的另一端接所述光电耦合器 U1 的1脚；
所述光电耦合器 U1 的2脚接交流电的输入零线(N); 所述光电耦合器 U1 的3脚和所述三极管 Q1 的发射极接地；
所述光电耦合器 U1的4脚接所述电阻 R2 的一端以及所述三极管 Q1 的基极；
所述电阻 R2 的另一端接所述电阻 R3 的一端、电压 VCC，所述电阻 R3 的另一端接所述三极管 Q1 的集电极以及接单片机控制电路，单片机控制电路输出的继电器驱动控制信号接入继电器控制电路。
2.根据权利要求 1 所述的一种智能开关继电器的过零检测保护电路，其特征在于：所述交流电输入的火线(L)与零线(N)是 220V/50Hz 工频交流电供电端。
3.根据权利要求 1 所述的一种智能开关继电器的过零检测保护电路，其特征在于：所述电阻 R1 是分压限流电阻，所述电阻R2和所述电阻R3 是偏置电阻。
4.根据权利要求 1 所述的一种智能开关继电器的过零检测保护电路，其特征在于：所述三极管 Q1 是驱动隔离用的三极管；单片机控制电路是过零信号检测处理电路；
继电器控制电路作为继电器是否工作的驱动电路，光电耦合器 U1 的作用是对交流电进行电气隔离和交流电压波形整形。
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| CN202020809859.8U CN213185491U (zh) | 2020-05-15 | 2020-05-15 | 一种智能开关继电器的过零检测保护电路 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113629458A (zh) * | 2021-07-27 | 2021-11-09 | 广州市威士丹利智能科技有限公司 | 一种带过零检测保护的智能插座 |
| CN114552525A (zh) * | 2022-04-22 | 2022-05-27 | 四川力士达照明设备股份有限公司 | 基于隔离型过零开关的综合保护电路及方法 |
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