TWI642077B - 繼電器控制裝置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

繼電器的控制裝置及控制方法。控制方法包括：偵測繼電器的輸入電壓以及流經繼電器的電流；依據輸入電壓以及參考電壓值來獲得電壓零交越點資訊；依據電壓零交越點資訊在初始開啟時間點以使繼電器導通，並依據繼電器導通後的該電流來獲得繼電器的實際導通時間點；依據初始開啟時間點以及實際導通時間點來獲得繼電器的開啟時間延遲，並依據開啟時間延遲來調整初始開啟時間點以獲得補償後開啟時間點。

Description

繼電器控制裝置及其控制方法

本發明是有關於一種繼電器控制裝置及控制方法，且特別是有關於一種可減低電弧現象的繼電器控制裝置及控制方法。

在電子裝置中，繼電器是一種常用的開關裝置，可利用電磁效應來控制電源傳輸通路的導通或斷開。在應用上，繼電器供應商會提供繼電器相關的電氣參數例如導通延遲以及斷開延遲。然而，供應商所提供的繼電器的導通延遲以及斷開延遲的相關數據，通常以較大的範圍來呈現，因此，在實際使用上，很難控制繼電器實際被導通及實際被斷開的時間點。在這樣的情況下，繼電器可會被導通在高輸入電壓值的時間點，或被斷開在有高電流通過繼電器的時間點，這些情況都可能使繼電器產生電弧現象，而可能使繼電器的連接點產生碳化現象或甚至產生損壞。如此一來，繼電器及其所屬系統的可靠度將會降低，影響整體的表現度。

本發明提供一種繼電器控制裝置及其控制方法，有效減低繼電器在被導通或被斷開時所產生的電弧現象。

本發明的繼電器的控制方法包括：偵測繼電器的輸入電壓以及流經繼電器的電流；依據輸入電壓以及參考電壓值來獲得電壓零交越點資訊；依據電壓零交越點資訊在初始開啟時間點以使繼電器導通，並依據繼電器導通後的該電流來獲得繼電器的實際導通時間點；依據初始開啟時間點以及實際導通時間點來獲得繼電器的開啟時間延遲，並依據開啟時間延遲來調整初始開啟時間點以獲得補償後開啟時間點。

在本發明的一實施例中，當上述的繼電器被導通後，繼電器的控制方法更包括：依據流經繼電器的該電流以及參考電流值來獲得電流零交越點資訊；設定初始關閉時間點以使繼電器被斷開，並獲得繼電器被斷開後的電流的峰值發生時間點；設定補償單位時間，在當峰值發生時間點大於預設時間時，逐步依據補償單位時間以調整初始關閉時間點並獲得補償後關閉時間點。

本發明的繼電器控制裝置包括電壓偵測器、電流偵測器、驅動器以及控制器。電壓偵測器偵測輸入電壓。電流偵測器耦接繼電器，偵測流經繼電器的電流。驅動器耦接繼電器，並驅動繼電器被導通或被斷開。控制器耦接電壓偵測器、電流偵測器以及驅動器。控制器用以依據流經繼電器的該電流以及參考電流值來獲得電流零交越點資訊；依據電流零交越點資訊在初始關閉時間點以使繼電器被斷開，並獲得繼電器被斷開後的電流的峰值發生時間點；設定補償單位時間，在當峰值發生時間點大於預設時間時，逐步依據補償單位時間以調整初始關閉時間點並獲得補償後關閉時間點。

基於上述，本發明提供繼電器的控制裝置以針對繼電器被導通或斷開時所產生的導通時間延遲以及斷開時間延遲進行補償，並使繼電器可以在電壓零交越時間點實際被導通，並使繼電器可以在合適的時間點實際被斷開。如此一來，繼電器所可能產生的電弧現象可以有效地被避免，提升所屬系統的可靠度。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

請參照圖1，圖1繪示本發明一實施例的繼電器的控制方法的流程圖。圖1的實施例用以使繼電器導通。在圖1中，步驟S110偵測繼電器的輸入電壓以及流經繼電器的一電流，並在步驟S120中依據輸入電壓以及參考電壓值來獲得電壓零交越點資訊。關於步驟S120的動作細節，請參照圖2，圖2繪示本發明實施例的電壓零交越點的獲得方式的示意圖。以輸入電壓VIN為弦波電壓為範例，電壓零交越點的獲得方式，可以透過將輸入電壓VIN與參考電壓值VREF進行比較，並透過查找出輸入電壓VIN與參考電壓值VREF交會的時間點來做為電壓零交越點ZV1~ZV3的相關資訊。

在圖2中，參考電壓值VREF可以等於接地電壓的電壓值（例如0伏特），或也可以是非零的電壓值，沒有特別的限定。另外，考慮系統取樣之直流信號的偏差，參考電壓值VREF可以為一個基準值再加上一動態分布範圍。

在圖2的繪示中，相鄰的電壓零交越點（例如電壓零交越點ZV1與電壓零交越點ZV2間）相距1/2的輸入電壓VIN的週期。因此，可以透過電壓零交越點ZV1~ZV3其中之一的時間點來推算出其餘的電壓零交越點的時間點。本發明實施例中的電壓零交越點ZV1~ZV3對應的時間點，可以作為電壓零交越點資訊。

請重新參照圖1，在獲得輸入電壓的電壓零交越點資訊後，步驟S130依據電壓零交越點資訊在初始開啟時間點以使繼電器導通，並依據繼電器導通後的電流來獲得繼電器的實際導通時間點。接著，在步驟S140中，可依據初始開啟時間點以及實際導通時間點來獲得繼電器的開啟時間延遲，並依據開啟時間延遲來調整初始開啟時間點以獲得補償後開啟時間點。關於步驟S130、S140的實施細節，請參照圖3，圖3繪示本發明實施例的繼電器的開啟時間延遲的獲得方式的示意圖。其中，可依據電壓零交越點資訊設定初始開啟時間點IST1，並使繼電器在初始開啟時間點IST1依據所接收的驅動信號開始導通。值得注意的是，在初始開啟時間點IST1，由於繼電器尚未被有效地導通，此時流經繼電器的電流I1幾乎等於0而無法被偵測到。而在時間點RST1時，流經繼電器的電流I1可被有效地偵測出，表示此時繼電器在此時已經有效地實際被導通，時間點RST1為繼電器的實際導通時間點。

如此一來可以得知，繼電器的開啟時間延遲ONDEL可以透過計算時間點RST1以及初始開啟時間點IST1間的差值來獲得。而如此一來，補償後開啟時間點可以依據初始開啟時間點IST1以及開啟時間延遲ONDEL來計算出來，如此一來，可在下一個週期透過補償後開啟時間點驅使繼電器開始導通，並使繼電器在電壓零交越點實際被導通，可有效地降低電弧現象發生。

以下請參照圖4，圖4繪示本發明實施例獲得電壓零交越點資訊的一實施方式的示意圖。在圖4中，可針對輸入電壓VIN在連續的時間點進行多個取樣時間點SA1~SA(N+1)的多次的取樣動作，並分別獲得多數個電壓取樣值。透過使獲得的多個電壓取樣值與參考電壓值VREF進行比較（例如相減）以產生多個差值。在所獲得的差值中，可以查找出對應取樣時間點SAN的差值為正值，而相鄰於對應取樣時間點SA(N+1)的差值為變更為負值，此時表示電壓零交錯時間點ZV發生在取樣時間點SAN以及SA(N+1)所發生的時間點之間。因此，取樣時間點SAN以及SA(N+1)的其中之一可以選作為電壓零交越點資訊。

進一步來說明，為簡化上述動作的計算複雜度，本發明實施例可針對取樣時間點SA1~SA(N+1)分別進行編號，並計算出各個編號對應的電壓取樣值與參考電壓值VREF的大小關係來查找出電壓零交越點資訊。

請參照圖5，圖5繪示本發明另一實施例的繼電器的控制方法的流程圖。圖5的實施例是用以斷開已被導通的繼電器。在步驟S510中，針對流經繼電器的電流進行偵測，並依據流經繼電器的電流以及參考電流值來獲得電流零交越資訊。其中，步驟S510的動作細節可以依據本發明實施例的電壓零交越資訊的獲得方式相同原理來獲得（如圖3以及圖4的繪示）。

接著，在步驟S520中，設定繼電器的初始關閉時間點，並在初始關閉時間點提供命令以驅動繼電器執行斷開動作，其中可依據電流零交越資訊來設定初始關閉時間點。而依據繼電器的斷開時間延遲的大小，流經繼電器的電流的狀態可能有兩種，如圖6A以及圖6B繪示的本發明實施例的繼電器斷開後的電流波形示意圖。

在圖6A中，繼電器在初始關閉時間點ICT1接收命令以開始進行斷開的動作，並在斷開時間延遲OFFDEL後的實際關閉時間點RCT1時，繼電器實際被斷開。在本實施方式中，在初始關閉時間點ICT1後，針對流經繼電器的電流I1持續進行偵測，並找出峰值電流IPK的發生時間點，以判斷峰值電流IPK的發生時間點與最鄰近的電流零交越點ZC間的時間差是否大於1/4個輸入電壓的週期（判斷是否大於預設時間）。若如圖6A所繪示的，峰值電流IPK的峰值發生時間點與最鄰近的電流零交越點ZC間的時間差並未大於1/4個輸入電壓的週期，此時不會產生電弧現象，如此一來，繼電器的實際關閉時間點RCT1可以不受電弧現象的影響而被偵測出，並透過計算初始關閉時間點ICT1以及實際關閉時間點RCT1的時間差，可以獲知繼電器的斷開時間延遲OFFDEL。

在獲得繼電器的斷開時間延遲OFFDEL後，可依據斷開時間延遲OFFDEL來進行初始關閉時間點ICT1的補償動作。具體來說，就是使初始關閉時間點ICT1與電流零交越點ZC間的時間差等於計算出來的斷開時間延遲OFFDEL，如此一來，繼電器可在電流零交越點ZC的時間點上實際被斷開。

相對地，如圖6B所示，峰值電流IPK的峰值發生時間點與最鄰近的電流零交越點ZC間的時間差大於或等於1/4個輸入電壓的週期，此時可能會產生電弧現象。在此情況下，所偵測出的繼電器的實際關閉時間點RCTA1可能並非真正的繼電器的實際關閉時間點RCT1。如此一來，繼電器的實際關閉時間點RCT1並無法被真正地偵測出來。

針對上述的問題，請重新參照圖5，在針對初始關閉時間點ICT1需進行補償時，可執行步驟S530以設定補償單位時間DT，在當峰值電流IPK的峰值發生時間點與最鄰近的電流零交越點ZC間的時間差大於或等於輸入電壓的1/4週期時，逐步依據補償單位時間DT以調整初始關閉時間點ICT1並獲得補償後關閉時間點NICT。上述的調整步驟是逐步進行的，具體來說明，可先使初始關閉時間點ICT1減去補償單位時間DT以獲得補償後關閉時間點NICT，並在下一次執行繼電器的斷開動作時依據補償後關閉時間點NICT來驅使驅動器斷開。若此時還會發生如圖6B的電弧現象，則針對補償後關閉時間點NICT再一次依據補償單位時間DT進行調整。

透過一次或多次的補償動作，在當峰值電流IPK的峰值發生時間點與最鄰近的電流零交越點ZC間的時間差小於輸入電壓的1/4週期時，此時電弧現象不會再發生。此外，繼電器的實際關閉時間點RCT1將不再受電弧現象的影響而可被偵測出（如圖6A的狀況）。如此一來，可透過計算初始關閉時間點ICT1以及實際關閉時間點RCT1的時間差，來獲知繼電器的斷開時間延遲OFFDEL，並依據繼電器的斷開時間延遲OFFDEL來針對最後一次的補償後關閉時間點NICT再進行一次性補償動作，也就是使繼電器的初始關閉時間點ICT1等於最後一次的補償後關閉時間點NICT減去繼電器的斷開時間延遲OFFDEL。

以下請參照圖7，圖7繪示本發明再一實施例的繼電器的控制方法的示意圖。其中，在圖7中，輸入電壓並非弦波，而是為方波的輸入電壓。方波的輸入電壓VIN的一個週期中包括四個子週期DT1~DT4，其中子週期DT2以及DT4為靜默時間。值得注意的是，在輸入電壓VIN的波形為方波的狀態下，在電壓零交換點實際導通繼電器及/或在電流零交換點實際斷開繼電器都是不合適的。因此，當在輸入電壓VIN的波形為方波的狀態下，繼電器的實際導通及斷開的時間點需要被設定在靜默時間的子週期的中心點MV上，也就是說，用來導通繼電器的補償後開啟時間點可依據電壓零交錯時間點ZV來進行調整（例如提早半個靜默時間週期SC），用來斷開繼電器的補償後關閉時間點則可依據同樣原理進行調整。

以下請參照圖8，圖8繪示本發明一實施例的繼電器控制裝置的示意圖。繼電器控制裝置800包括電壓偵測器810、電流偵測器820、驅動器830以及控制器840。電壓偵測器810偵測輸入電壓VIN。電流偵測器820耦接繼電器RLY，偵測流經繼電器RLY的一電流。驅動器830耦接繼電器RLY，並驅動繼電器RLY以使繼電器RLY被導通或被斷開。控制器840耦接電壓偵測器810、電流偵測器820以及驅動器850。控制器840可依據前述的多個實施例來控制繼電器RLY的導通及斷開動作。

值得一提的是，在本實施例中，控制器840還可依據負載850的形式來決定繼電器RLY被斷開的時間。其中，當輸入電壓為弦波，且負載850的電流需求（流經繼電器RLY的電流擺幅）小於一參考值時，繼電器RLY的初始關閉時間點可依據如圖2所繪示的電壓零交越點的資訊來進行補償，並使繼電器RLY的實際關閉時間點可以實質上等於電壓零交越點的時間點。

另外，負載850的電流需求（流經繼電器RLY的電流擺幅）大於上述的參考值，且負載850為電容式負載時，控制器840同樣可依據如圖2所繪示的電壓零交越點的資訊來進行繼電器RLY的初始關閉時間點的補償動作，並使繼電器RLY的實際斷關閉間點可以實質上等於電壓零交越點的時間點。相對地，當負載850的電流需求（流經繼電器RLY的電流擺幅）大於上述的參考值，且負載850為電感式或電阻式負載時，控制器840可依據如圖6A或圖6B的補償後關閉時間點NICT來切斷繼電器RLY，也就是說，使繼電器RLY實際被切斷的時間點可發生在電流零交越點上。

此外，當輸入電壓為方波，且負載850的電流需求（流經繼電器RLY的電流擺幅）小於一參考值時，繼電器RLY的初始關閉時間點可依據如圖2所繪示的電壓零交越點的資訊，並依據圖7繪示的靜默時間的子週期的中心點MV資訊來進行補償，並使繼電器RLY的實際關閉時間點可以實質上發生在靜默時間的子週期的中心點MV上。

另外，當輸入電壓為方波，且負載850的電流需求（流經繼電器RLY的電流擺幅）大於上述的參考值，且負載850為電容式負載時，控制器840同樣可依據如圖2所繪示的電壓零交越點的資訊，並依據圖7繪示的靜默時間的子週期的中心點MV資訊來進行繼電器RLY的初始關閉時間點的補償動作。相對地，當負載850的電流需求（流經繼電器RLY的電流擺幅）大於上述的參考值，且負載850為電感式或電阻式負載時，控制器840則可依據如圖6A或圖6B的補償後關閉時間點NICT，並依據圖7繪示的靜默時間的子週期的中心點MV資訊，來設定繼電器RLY的初始關閉時間點，也就是說，繼電器RLY實際被切斷的時間點可發生在靜默時間的子週期的中心點MV上。

在另一方面，控制器840更偵測繼電器RLY有無發生一過電壓現象及一過電流現象。控制器840並在當過電壓現象及過電流現象中的至少其中之一發生時，發送命令使驅動器830使繼電器RLY被斷開，以確保系統的安全。

綜上所述，本發明提供繼電器的控制裝置的控制方法，可有效使繼電器的導通及斷開動作不會產生電弧效應，提升繼電器的工作穩定度，並提升所屬系統的效能。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

S110~S140、S510~S530‧‧‧繼電器的控制步驟

VREF‧‧‧參考電壓值

VIN‧‧‧輸入電壓

ZV1~ZV3‧‧‧電壓零交越點

RST1‧‧‧時間點

IST1‧‧‧初始開啟時間點

I1‧‧‧電流

ONDEL‧‧‧開啟時間延遲

SA1~SA(N+1)‧‧‧取樣時間點

OFFDEL‧‧‧斷開時間延遲

ICT1‧‧‧初始關閉時間點

RCT1、RCTA1‧‧‧實際關閉時間點

IPK‧‧‧峰值電流

ZC‧‧‧電流零交越點

DT1~DT4‧‧‧子週期

ZV‧‧‧電壓零交錯時間點

SC‧‧‧半個靜默時間週期

MV‧‧‧子週期的中心點

800‧‧‧繼電器控制裝置

810‧‧‧電壓偵測器

820‧‧‧電流偵測器

830‧‧‧驅動器

840‧‧‧控制器

RLY‧‧‧繼電器

850‧‧‧負載

DT‧‧‧補償單位時間

NICT‧‧‧補償後關閉時間點

圖1繪示本發明一實施例的繼電器的控制方法的流程圖。 圖2繪示本發明實施例的電壓零交越點的獲得方式的示意圖。 圖3繪示本發明實施例的繼電器的開啟時間延遲的獲得方式的示意圖。 圖4繪示本發明實施例獲得電壓零交越點資訊的一實施方式的示意圖。 圖5繪示本發明另一實施例的繼電器的控制方法的流程圖。 圖6A以及圖6B繪示的本發明實施例的繼電器被斷開後的電流波形示意圖。 圖7繪示本發明再一實施例的繼電器的控制方法的示意圖。 圖8繪示本發明一實施例的繼電器控制裝置的示意圖。

Claims (19)

1. 一種繼電器的控制方法，包括：偵測該繼電器的一輸入電壓以及流經該繼電器的一電流；依據該輸入電壓以及一參考電壓值來獲得一電壓零交越點資訊；依據該電壓零交越點資訊在一初始開啟時間點以使該繼電器導通，並依據該繼電器導通後的該電流來獲得該繼電器的一實際導通時間點；依據該初始開啟時間點以及該實際導通時間點來獲得該繼電器的一開啟時間延遲，並依據該開啟時間延遲來調整該初始開啟時間點以獲得一補償後開啟時間點；在該繼電器被導通後，依據流經該繼電器的該電流以及一參考電流值來獲得一電流零交越點資訊；設定一初始關閉時間點以使該繼電器被斷開，並獲得該繼電器被斷開後的該電流的一峰值發生時間點；以及設定一補償單位時間，在當該峰值發生時間點大於或等於一預設時間時，逐步依據該補償單位時間以調整該初始關閉時間點並獲得一補償後關閉時間點。
2. 如申請專利範圍第1項所述的繼電器的控制方法，其中更包括：當該峰值發生時間點小於該預設時間時，計算該繼電器的該初始關閉時間點以及一實際關閉時間點的時間差以獲得該繼電器 的一斷開時間延遲。
3. 如申請專利範圍第1項所述的繼電器的控制方法，其中偵測該繼電器的該輸入電壓以及流經該繼電器的該電流的步驟包括：連續取樣該輸入電壓以獲得多個電壓取樣值；以及連續取樣該電流以獲得多個電流取樣值。
4. 如申請專利範圍第3項所述的繼電器的控制方法，其中依據流經該繼電器的該電流以及該參考電流值來獲得該電流零交越點資訊的步驟包括：使該參考電流值與該些電流取樣值進行比較以獲得多個比較結果；以及依據該些比較結果獲得該電流零交越點資訊。
5. 如申請專利範圍第1項所述的繼電器的控制方法，其中依據該輸入電壓以及該參考電壓值來獲得該電壓零交越點資訊的步驟包括：使該參考電壓值與該些電壓取樣值進行比較以獲得多個比較結果；以及依據該些比較結果獲得該電壓零交越點資訊。
6. 如申請專利範圍第1項所述的繼電器的控制方法，其中當該輸入電壓為一方波電源電壓，且該方波電源電壓具有週期性的多個靜默時間時，更依據該靜默時間的時間長度來調整該補償後關閉時間點以及該補償後開啟時間點。
7. 如申請專利範圍第1項所述的繼電器的控制方法，其中在該繼電器被導通後，更包括：當流經該繼電器的電流擺幅小於一參考值時，依據該電壓零交越點資訊來斷開該繼電器。
8. 如申請專利範圍第7項所述的繼電器的控制方法，其中在該繼電器被導通後，更包括：當流經該繼電器的電流擺幅大於該參考值，且該繼電器的負載為電容式負載時，依據該電壓零交越點資訊來斷開該繼電器。
9. 如申請專利範圍第7項所述的繼電器的控制方法，其中在該繼電器被導通後，更包括：當流經該繼電器的電流擺幅大於該參考值，且該繼電器的負載為電感式負載或電阻式負載時，依據該補償後關閉時間點來切斷該繼電器。
10. 一種繼電器控制裝置，包括：一電壓偵測器，偵測一輸入電壓；一電流偵測器，耦接該繼電器，偵測流經該繼電器的一電流；一驅動器，耦接該繼電器，並驅動該繼電器導通或被斷開；以及一控制器，耦接該電壓偵測器、該電流偵測器以及該驅動器，用以：依據該輸入電壓以及一參考電壓值來獲得一電壓零交越點資訊； 依據該電壓零交越點資訊在一初始開啟時間點以使該繼電器導通，並依據該繼電器導通後的該電流來獲得該繼電器的一實際導通時間點；依據該初始開啟時間點以及該實際導通時間點來獲得該繼電器的一開啟時間延遲，並依據該開啟時間延遲來調整該初始開啟時間點以獲得一補償後開啟時間點；在該繼電器被導通後，依據流經該繼電器的該電流以及一參考電流值來獲得一電流零交越點資訊；設定一初始關閉時間點以使該繼電器被斷開，並獲得該繼電器被斷開後的該電流的一峰值發生時間點；以及設定一補償單位時間，在當該峰值發生時間點大於一預設時間時，逐步依據該補償單位時間以調整該初始關閉時間點並獲得一補償後關閉時間點。
11. 如申請專利範圍第10項所述的繼電器控制裝置，其中該控制器更用以：在當該峰值發生時間點小於一預設時間時，計算該繼電器的該初始關閉時間點以及一實際關閉時間點的時間差以獲得該繼電器的一斷開時間延遲。
12. 如申請專利範圍第10項所述的繼電器控制裝置，其中該電壓偵測器連續取樣該輸入電壓以獲得多個電壓取樣值，該電流偵測器連續取樣該電流以獲得多個電流取樣值。
13. 如申請專利範圍第12項所述的繼電器控制裝置，其中該控制器使該參考電流值與該些電流取樣值進行比較以獲得多個比較結果，並依據該些比較結果獲得該電流零交越點資訊。
14. 如申請專利範圍第12項所述的繼電器控制裝置，其中該控制器使該參考電壓值與該些電壓取樣值進行比較以獲得多個比較結果，並依據該些比較結果獲得該電壓零交越點資訊。
15. 如申請專利範圍第10項所述的繼電器控制裝置，其中當該輸入電壓為一方波電源電壓，且該方波電源電壓具有週期性的多個靜默時間時，該控制器更依據該靜默時間的時間長度來調整該補償後關閉時間點以及該補償後開啟時間點。
16. 如申請專利範圍第10項所述的繼電器控制裝置，其中在該繼電器被導通後，當流經該繼電器的電流擺幅小於一參考值時，該控制器依據該電壓零交越點資訊來斷開該繼電器。
17. 如申請專利範圍第16項所述的繼電器控制裝置，其中在該繼電器被導通後，當流經該繼電器的電流擺幅大於該參考值，且該繼電器的負載為電容式負載時，該控制器依據該電壓零交越點資訊來斷開該繼電器。
18. 申請專利範圍第16項所述的繼電器控制裝置，其中在該繼電器被導通後，當流經該繼電器的電流擺幅大於該參考值，且該繼電器的負載為電感式負載或電阻式負載時，該控制器依據該補償後關閉時間點來斷開該繼電器。
19. 如申請專利範圍第10項所述的繼電器控制裝置，其中該控制器更偵測該繼電器有無發生一過電壓現象及一過電流現象，並在當該過電壓現象及該過電流現象中的至少其中之一發生時，使該繼電器被斷開。