TWI497553B

TWI497553B - 繼電器控制器及其控制方法

Info

Publication number: TWI497553B
Application number: TW102122623A
Authority: TW
Inventors: Ching Chuan Wei; Yan Sheng Hung
Original assignee: Accu Therm Corp
Priority date: 2013-06-26
Filing date: 2013-06-26
Publication date: 2015-08-21
Also published as: TW201501164A

Description

繼電器控制器及其控制方法

本發明係有關一種繼電器控制器，特別是一種具有回授控制可精確預測下次作動時間之繼電器控制器。

繼電器(Relay)被廣泛的使用在控制電路中，在控制電路中具有自動調節、安全保護、轉換電路之作用。舉例說明，若繼電器被應用在使用市電220伏特交流電之設備之控制電路中，當繼電器作動的時候，不論是導通或斷開，若繼電器恰好是在220伏特之交流電之90度的時候作動，此時，設備兩端之電壓高達311伏特，則繼電器接點兩端容易產生電弧(arc)，導致火花進而造成設備損壞或人員傷亡。

再者，由於繼電器的導通時間容易受到以下三個因素影響，造成控制上之困難。第一，繼電器受到製造時人工線圈纏繞之不一致性的影響，導致每個繼電器接收到觸發命令後，實際反應之導通時間不一，進而使得難以一致性地控制。第二，繼電器受到溫度影響甚巨，在不同環境溫度下之繼電器具有截然不同的導通時間，其差距可高達幾百毫秒。第三，繼電器因不斷的在導通及斷開間切換，因此老化的狀況亦會影響繼電器的導通時間。

因此，控制器如何克服機械式繼電器反應時間不如固態繼電器(SSR)靈敏之問題，在適當的時間觸發機械式之繼電器使之導通，實為本技術領域人員急欲解決之問題。

本發明提供一種繼電器控制器，控制一繼電器，包含：一微處理器，耦接至該繼電器；一信號產生器，偵測一交流信號，當該交流信號為零時，該信號產生器輸出一脈衝信號至該微處理器；以及一回授電路，耦接於該微處理器與該繼電器之間，輸出一指示該繼電器之狀態之一回授信號至該微處理器，其中，該微處理器基於該脈衝信號並等待一時間段後輸出一控制信號至該繼電器。

本發明還提供一種繼電器控制方法，用於控制一繼電器，包含：利用一信號產生器偵測一交流信號；當該交流信號為零時，該信號產生器輸出一脈衝信號至一微處理器；該微處理器接收到該脈衝信號後，利用一計時器計時一第一時間段後輸出一控制信號至該繼電器；以及利用一回授電路回傳指示該繼電器之一狀態之一回授信號至該微處理器，其中，當輸出該控制信號至該繼電器後，該計時器開始計時，直至該回授信號指示該繼電器改變該狀態後，該計時器停止計時並得到一第二時間段，且其中，該第一時間段係利用(1/60)減去該第二時間段所計算而得。

2‧‧‧微處理器

4‧‧‧繼電器

6‧‧‧信號產生器

8‧‧‧繼電器控制器

10‧‧‧回授電路

12‧‧‧回授信號

14‧‧‧脈衝信號

16‧‧‧控制信號

202‧‧‧步驟

204‧‧‧步驟

206‧‧‧步驟

208‧‧‧步驟

210‧‧‧

圖1所示為根據本發明一實施例之繼電器控制器示意圖。

圖2所示為根據本發明一實施例之繼電器控制流程圖。

以下將對本發明的實施例給出詳細的說明。雖然本發明將結合實施例進行闡述，但應理解這並非意指將本發明限定於這些實施例。相反，本發明意在涵蓋由後附申請專利範圍所界定的本發明精神和範圍內所定義的各種變化、修改和均等物。

此外，在以下對本發明的詳細描述中，為了提供針對本發明的完全的理解，提供了大量的具體細節。然而，於本技術領域中具有通常知識者將理解，沒有這些具體細節，本發明同樣可以實施。在另外的一些實例中，對於大家熟知的方法、程序、元件和電路未作詳細描述，以便於凸顯本發明之主旨。

圖1所示為根據本發明一實施例之繼電器控制器8示意圖。在一實施例中，繼電器控制器8包含一微處理器2，輸出一控制信號16至繼電器4，以控制繼電器4動作、一信號產生器6，接收一交流信號V_AC 並耦接至微處理器2，信號產生器6可持續偵測V_AC ，當V_AC 為零時，信號產生器6會輸出一脈衝信號14(例如，60Hz)至微處理器2、一回授電路10，耦接於繼電器4與微處理器2之間，將一指示繼電器4動作狀態之回授信號12傳遞至微處理器2。

在操作中，當微處理器2第一次控制繼電器4動作時，微處理器2首先判斷脈衝信號14之邏輯狀態。在一實施例中，若此時脈衝信號14為邏輯高，則代表此時交流信號V_AC 為零，則微處理器2中之一計時器(圖中未示)被致能，開始計時一時間段T₁ 後，微處理器2才發送一控制信號16至繼電器4以觸發繼電器4。在一實施例中，時間段T₁ 可為一由使用者定義之預設時間段(例如，12ms)。同時，回授電路10根據繼電器4之狀態輸出指示繼電器4狀態之回授信號12至微處理器2。更具體而言，在一實施例中，由於繼電器4為機械式之開關，無法即時響應控制信號16，因此，當微處理器2發送控制信號16至繼電器以觸發繼電器4後且繼電器4尚未導通前，回授電路10輸出一指示繼電器4尚未導通之回授信號12至微處理器2，此時之回授信號可為邏輯高，但本發明並不以此為限，可依使用者設定之。接著，當回授電路10偵測到繼電器4的確導通後，輸出一回授電路10輸出一指示繼電器4已經導通之回授信號12至微處理器2。相同的，此時之回授信號12可為邏輯低，但本發明並不以此為限，可依使用者設定之。

微處理器2中之計時器根據回授信號12之邏輯狀態之變化，計算回授信號12由邏輯高轉變為邏輯低之時間長度T₂ 。接著，微處理器2根據T₁ =(1/60)-T₂ 之方程式計算出一新的時間段T₁ ’，作為預測下次將觸發繼電器4之時間。

亦即，當微處理器2要進行第二次及其之後之繼電器4觸發時，微處理器必須基於脈衝信號14以及新的時間段T₁ ’進行繼電器4之觸發。如此，本發明之繼電器控制器8可動態的預測下次繼電器4被觸發之時間，以達到克服機械式繼電器反應時間較慢之問題，進而可減少火花的產生，達到保護設備及人員的功能。更可克服繼電器本身對電壓、溫度、以及老化狀況敏感導致反應時間不一之問題。

在另一實施例中，微處理器2還包含一記憶單元(圖中未示)，其耦接至計時器，用以儲存時間段T₁ 、時間長度T₂ 、以及預設時間段。

在一實施例中，回授電路10係透過偵測繼電器4之導通狀態決定回授信號12之邏輯狀態。由於繼電器4所連接之設備大多是需流經大電流之電子設備，因此，回授電路10必須以隔離(isolate)的方式進行偵測，以避免電路以及微處理器2之損壞。在一實施例中，回授電路10可為變壓器(圖中未示)，變壓器之一次側(Primary)連接至繼電器與設備相耦接處，其二次側(secondary)連接至回授電路10，透過分壓器將感應之電壓降至可接受之電位，並可透過一運算放大器將感應而得之電壓轉換為可供微處理器2判讀之邏輯訊號(例如，回授信號12)。在另一實施例中，回授電路10亦可採用光耦合器達成隔離偵測之功能，在此不再贅述。然而，本發明之回授電路10並不侷限於這兩種架構。

圖2所示為根據本發明一實施例之繼電器控制流程圖。圖2將結合圖1一起說明。

在步驟202中，微處理器(例如，圖1中所示之微處理器2)判斷是否須觸發繼電器(例如，圖1中所示之繼電器4)。若需觸發繼電器，則步驟進行至步驟204。

在步驟204中，微處理器判斷此時是否為適合觸發繼電器之時間。在一實施例中，如圖1所示，微處理器2基於脈衝信號14，決定是否輸出控制信號16至繼電器4。其中，在一實施例中，脈衝信號14係透過偵測一交流信號之零點而產生，當交流信號為零時，脈衝信號14為邏輯高。

在步驟206中，當脈衝信號為邏輯高時，微處理器等待一時間段T₁ 後，輸出一控制信號至繼電器以觸發繼電器。在一實施例中，若微處理器2為第一次觸發繼電器4，則時間段T₁ 可為一預設時間段(例如，12ms)。其中，微處理器2中包含一計時器可計時時間段T₁ 且在步驟206時，待微處理器2輸出控制信號16後開始計時。

在步驟208中，微處理器偵測指示繼電器之導通狀態之回授信號是否改變狀態。在一實施例中，當控制信號16發送至繼電器4但繼電器4尚未導通前，回授信號12具有第一邏輯(例如，邏輯高)，指示繼電器4仍尚未導通。當繼電器4導通後，回授信號12改變其狀態具有第二邏輯(例如，邏輯低)，指示繼電器4已完成導通。

在步驟210中，計時器停止計時，得到一時間長度T2，微處理器依據時間長度T₂ 且利用方程式T₁ =(1/60)-T₂ 計算出一新的時間段T₁ ’。以預測下一次微處理器觸發繼電器之時間。

本發明的實施例提供了一繼電器控制器，可動態的預測下一次繼電器觸發的時間，利用回傳繼電器實際動作的時間計算出機械式繼電器接收到控制信號至真的動作之間的反應時間，可避免繼電器在不適當的時間點切換狀態，進而可克服機械式繼電器反應時間較慢、反應時間不一的問題。

上文具體實施方式和附圖僅為本發明之常用實施例。顯然，在不脫離權利要求書所界定的本發明精神和發明範圍的前提下可以有各種增補、修改和替換。本領域技術人員應該理解，本發明在實際應用中可根據具體的環境和工作要求在不背離發明準則的前提下在形式、結構、佈局、比例、材料、元素、元件及其它方面有所變化。因此，在此披露之實施例僅用於說明而非限制，本發明之範圍由後附權利要求及其合法等同物界定，而不限於此前之描述。