專利名稱：一種基于過零啟動過壓保護的負載控制器的制作方法
技術領域：
一種基于過零啟動過壓保護的負載控制器技術領域[0001]本實用新型屬于控制技術領域，具體涉及一種基于過零啟動過壓保護的負載控制 器。
背景技術：
[0002]現有市場中，利用遠程通信技術制作的控制器，控制負載啟動的方式都是采用了 繼電器常閉觸點給負載供電，但是繼電器常閉觸點的方式中，通過電力載波通信控制器對 負載進行關閉后(即斷電)，第二次重新啟動負載過程中，繼電器從斷開狀態恢復成常閉狀 態，繼電器觸點需要承受的電流非常的大，尤其是在控制純感性負載時，和處于交流峰值的 時候閉合觸點，需要承受的交流電流是觸點本身的電流的十幾倍，甚至更大。因此市面上采 用的都是大電流觸點的繼電器，例如16A/250V的觸點容量。但是這樣的繼電器往往成本 高，體積較大。[0003]且目前的控制器多數存在繼電器使用壽命不長的問題，主要是因為繼電器處于頻 繁的開關狀態下，啟動電流非常大，致使繼電器接點熔敷或者接點的異常消耗等，造成繼電 器燒損。[0004]在遠程通信控制器中，往往都沒有安裝過壓保護切斷負載供電的電路。在現場安 裝過程中，由于施工人員不仔細或者接線錯誤的情況下，都會將控制器接入到相線與相線 之間，使得控制器承受了 380V交流電，而大部分的負載都是使用220V交流供電，且負載內 部也未有電壓過壓保護的電路，因此造成負載電壓過大而造成燒毀。[0005]對于現存的具有過壓保護電路的控制器，當發生電壓過壓時，多數情況執行了切 斷電路達到隔離的目的，但是，過壓險情撤銷后，電路無法自動重新接通，恢復正常工作狀 態。發明內容[0006]針對現有技術所存在的上述技術缺陷，本發明提供了 一種基于過零啟動過壓保護 的負載控制器，克服了大電流啟動負載和施工人員誤接電路造成電壓過高等問題。[0007]—種基于過零啟動過壓保護的負載控制器，包括采樣電路、與采樣電路連接的過 零檢測電路和過壓檢測電路、與過零檢測電路和過壓檢測電路連接的綜合保護電路以及與 綜合保護電路連接的繼電控制電路。[0008]所述的采樣電路用于對工頻交流電進行零點采樣，得到零點信號；同時對工頻交 流電進行電壓采樣，得到電壓信號；[0009]所述的過零檢測電路用于使所述的零點信號與給定的基準電壓信號Vrefl進行 比較，得到過零啟動信號；[0010]所述的過壓檢測電路用于根據遠程控制器提供的遠程控制信號使所述的電壓信 號與基準電壓信號Vrefl進行比較，得到過壓保護信號；[0011]所述的綜合保護電路用于根據所述的過零啟動信號和過壓保護信號進行判斷，根據判斷結果輸出驅動信號；[0012]所述的繼電控制電路用于根據所述的驅動信號控制負載通斷電。[0013]優選地，所述的過壓檢測電路連接有隔離電路，其用于對所述的遠程控制信號進 行電平轉換；能夠使負載控制電路與各類遠程控制器通用。[0014]所述的隔離電路采用光耦合器。[0015]優選地，所述的過零檢測電路由兩個比較器、三個電阻、兩個二極管和一個電容組 成；其中，二極管D4的陰極接電源電壓，二極管D4的陽極與比較器UlA的正相輸入端相連 并接收零點信號，比較器UlA的反相輸入端接收給定的基準電壓信號Vref 1，比較器UlA的 輸出端與電阻R48的一端和二極管DlO的陽極相連，電阻R48的另一端接電源電壓，二極管 DlO的陰極與電阻R47的一端、電阻R46的一端和電容C19的一端相連，電阻R47的另一端 與電容C19的另一端相連并接地，電阻R46的另一端與比較器UlB的反相輸入端相連，比較 器UlB的正相輸入端接收給定的基準電壓信號Vref2，比較器UlB的輸出端輸出過零啟動信 號；該電路結構能夠檢測得到較為精確的過零啟動信號。[0016]所述的過壓檢測電路由兩個電容、三個電阻和一個比較器；其中，比較器U2A的反 相輸入端與電容C34的一端相連并接收電壓信號，電容C34的另一端與電阻R37的一端相 連，電阻R37的另一端接電源電壓，比較器U2A的正相輸入端與電阻R89的一端、電阻R90 的一端和電容C33的一端相連并接收遠程控制信號，電阻R89的另一端接收給定的基準電 壓信號Vrefl，電容C33的另一端接地，電阻R90的另一端與比較器U2A的輸出端相連并輸 出過壓保護信號。[0017]所述的綜合保護電路由兩個三極管、四個二極管、六個電阻、一個電容和一個比較 器；其中，電容C21的一端接收過零啟動信號，電容C21的另一端與電阻R50的一端相連，電 阻R50的另一端與電阻R51的一端、電阻R52的一端和二極管Dll的陰極相連，電阻R51的 另一端與電阻R55的一端、二極管Dll的陽極和三極管Q5的發射極相連并接地，電阻R52的 另一端與三極管Q5的門極相連，三極管Q5的集電極與電阻R53的一端相連，電阻R53的另 一端與三極管Q6的門極相連，三極管Q6的發射極與二極管D13的陰極相連并接收過壓保 護信號，三極管Q6的集電極與二極管D12的陽極相連，二極管D12的陰極與二極管D13的 陽極、電阻R55的另一端、電阻R59的一端和比較器U2B的正相輸入端相連，比較器U2B的 反相輸入端接收給定的基準電壓信號Vrefl，比較器U2B的輸出端與二極管D14的陽極和電 阻R58的一端相連，二極管D14的陰極與電阻R59的另一端相連，電阻R58的另一端輸出驅 動信號。[0018]本實用新型通過采用過零檢測電路實現了過零啟動，保證繼電器在電壓過零點的 時候執行動作，避免了啟動時的大電流，極大保護了繼電器及后級電路，同時使小容量、小 電流、低成本的繼電器在電路中的應用成為可能；另一方面，本實用新型還通過采用過壓檢 測電路實現了過壓保護功能，當電壓過高時，能及時切斷電路起到保護的效果，一旦過壓險 情撤銷，能自動恢復電路，進入正常工作狀態。[0019]故本實用新型克服了大電流啟動負載和施工人員誤接電路造成電壓過高等問題， 起到交流過零啟動負載和過壓保護斷開負載，且通過遠程控制器提供控制信號的三重保護 功能。交流過零時啟動負載，交流過零點時的交流電流很小，繼電器觸點閉合，此時觸點上 承受的電流也很小，因此并不會出現大電流燒灼繼電器觸點的情況。同時檢測交流電壓是否超過設定的電壓值，超過設定電壓值則認為電壓過高，繼電器不閉合，負載斷電。同時滿足交流過零，交流電壓滿足負載要求前途下，通過遠程通信控制器控制繼電器通斷，給負載供電。此電路結構簡單實用，安全可靠。
[0020]圖1為本實用新型的結構示意圖。[0021]圖2為采樣電路的結構示意圖。[0022]圖3為過零檢測電路的結構示意圖。[0023]圖4為過壓檢測電路的結構示意圖。[0024]圖5為綜合保護電路的結構示意圖。[0025]圖6為繼電控制電路的結構示意圖。[0026]圖7為基準電壓提供電路的結構不意圖。
具體實施方式
[0027]為了更為具體地描述本實用新型，
以下結合附圖及具體實施方式
對本實用新型的技術方案及其相關原理進行詳細說明。[0028]如圖1所示，一種基于過零啟動過壓保護的負載控制器，包括采樣電路、過零檢測電路、過壓檢測電路、綜合保護電路、隔離電路和繼電控制電路。[0029]采樣電路與220V的交流電網相接，其用于對工頻交流電進行零點采樣，得到零點信號ZCD ;同時對工頻交流電進行電壓采樣，得到電壓信號OVP ;本實施方式中，采樣電路采用如圖2所示的電路構建，L和N分別接火線和零線。[0030]過零檢測電路與采樣電路相連，其用于使零點信號ZCD與給定的基準電壓信號 Vrefl進行比較，得到過零啟動信號I3ULSE ;本實施方式中，過零檢測電路由兩個比較器、三個電阻、兩個二極管和一個電容組成，如圖3所示；其中，二極管D4的陰極接電源電壓VS1， 二極管D4的陽極與比較器UlA的正相輸入端相連并接收零點信號，比較器UlA的反相輸入端接收給定的基準電壓信號Vrefl，比較器UlA的輸出端與電阻R48的一端和二極管DlO的陽極相連，電阻R48的另一端接電源電壓，二極管DlO的陰極與電阻R47的一端、電阻R46的一端和電容C19的一端相連，電阻R47的另一端與電容C19的另一端相連并接地，電阻R46 的另一端與比較器UlB的反相輸入端相連，比較器UlB的正相輸入端接收給定的基準電壓信號Vref2，比較器UlB的輸出端輸出過零啟動信號PULSE ;基準電壓信號Vrefl和Vref2 由如圖7所述的電路提供，基準電壓信號Vrefl為2. 5V。[0031]過壓檢測電路與采樣電路和隔離電路相連，其用于根據遠程控制器提供的遠程控制信號Relay使電壓信號OVP與基準電壓信號Vrefl進行比較，得到過壓保護信號OutA ； 本實施方式中，過壓檢測電路由兩個電容、三個電阻和一個比較器，如圖4所示；其中，比較器U2A的反相輸入端與電容C34的一端相連并接收電壓信號0VP,電容C34的另一端與電阻 R37的一端相連，電阻R37的另一端接電源電壓VS1，比較器U2A的正相輸入端與電阻R89 的一端、電阻R90的一端、電容C33的一端和隔離電路的輸出端相連并接收信號RelayDI,電阻R89的另一端接收給定的基準電壓信號Vrefl，電容C33的另一端接地，電阻R90的另一端與比較器U2A的輸出端相連并輸出過壓保護信號OutA ;信號RelayDI由隔離電路提供，其采用光耦合器，光耦合器的輸入端接收遠程控制器提供的遠程控制信號Relay，輸出端輸 出信號RelayDI。[0032]綜合保護電路與過零檢測電路和過壓檢測電路相連，其用于根據過零啟動信號 PULSE和過壓保護信號OutA進行判斷，根據判斷結果輸出驅動信號OutB ;本實施方式中，綜 合保護電路由兩個三極管、四個二極管、六個電阻、一個電容和一個比較器，如圖5所示；其 中，電容C21的一端接收過零啟動信號I3ULSE,電容C21的另一端與電阻R50的一端相連， 電阻R50的另一端與電阻R51的一端、電阻R52的一端和二極管Dll的陰極相連，電阻R51 的另一端與電阻R55的一端、二極管Dll的陽極和三極管Q5的發射極相連并接地，電阻R52 的另一端與三極管Q5的門極相連，三極管Q5的集電極與電阻R53的一端相連，電阻R53的 另一端與三極管Q6的門極相連，三極管Q6的發射極與二極管D13的陰極相連并接收過壓 保護信號OutA，三極管Q6的集電極與二極管D12的陽極相連，二極管D12的陰極與二極管 D13的陽極、電阻R55的另一端、電阻R59的一端和比較器U2B的正相輸入端相連，比較器 U2B的反相輸入端接收給定的基準電壓信號Vrefl，比較器U2B的輸出端與二極管D14的陽 極和電阻R58的一端相連，二極管D14的陰極與電阻R59的另一端相連，電阻R58的另一端 輸出驅動信號OutB。[0033]繼電控制電路與綜合保護電路相連，其用于根據驅動信號OutB控制負載RL通斷 電，本實施方式中，繼電控制電路采用如圖6所示的電路構建，其中繼電器J常開觸點的一 端接火線，另一端接負載RL。[0034]本實施方式的工作原理如下[0035]對于交流過零判斷[0036]過零檢測電路中由比例運放UlA確定交流過零啟動繼電器J,Vrefl確定交流過零 參考點，Vref2確定繼電器J工作電壓參考點，即當ZCD電壓低于Vrefl及VSl電壓滿足繼 電器J工作電壓時，則認定交流處于過零點。[0037]實施過程如下交流電源經橋堆BDl整流之后，電阻分壓之后取出電壓Z⑶輸入到 比例運放UlA正端A+，由比例運放UlA對Z⑶電壓與Vrefl電壓進行比較，當Z⑶電壓低 于Vrefl電壓時，比例運放UlA的輸出端輸出電壓0V，電容C19經電阻R47放電，放電后當 電壓低于Vref2時，比例運放UlB的輸出端輸出高電平(VSl)，此時則認定為交流已經處于 過零點，比例運放UlB驅動Q5、Q6使其處于飽和導通狀態，再判斷交流電壓是否過壓，如果 交流電壓滿足負載電壓要求，則在此狀態下閉合繼電器J，若交流電壓不滿足負載要求情況 下，則不閉合繼電器J。[0038]如果Z⑶大于Vrefl時，則比例運放UlA的輸出端輸出為高電平，經二極管DlO對 電容C19快速充電后經R46輸入到比例運放UlB負端B-，經運放比較器UlB與Vref 2進行 比較，高于Vref2時，比例運放UlB的輸出端輸出為低電平，Q5及Q6處于截止狀態，此狀態 則認為交流并未處于過零狀態，即使比例運放2判斷交流電壓滿足負載要求，繼電器J也不 會閉合。[0039]對于交流過壓保護判斷[0040]交流過壓保護判斷采集點為交流電源經橋堆BD1、C4、C5整流濾波后經電阻分壓 取得的電壓OVP輸入到比例運放U2A負端A-。[0041]當交流處于過零點狀態下，OVP經比例運放U2A對Vrefl進行比較，當OVP低于Vrefl時，比例運放U2A的輸出端輸出高電平(VSl)，經三極管Q6、二極管D12輸入至比例運 放U2B正端B+，此時經比例運放U2B與Vrefl比較，比例運放U2B的輸出端輸出高電平，此 時電路認為交流工作電壓滿足負載供電電壓要求，則驅動三極管Q7飽和導通，繼電器J吸 合；同時比例運放U2B的輸出端輸出電壓經二極管D14經電阻R59和電阻R55分壓輸入比 例運放U2B的正端B+，對繼電器進行自鎖。[0042]如果OVP電壓高于Vrefl時，比例運放U2B的輸出端輸出電壓為0V，無論此時是否 處于交流過零點，比例運放U2B的正端B+都將經二極管D13被拉低至低電平0V，則比例運 放U2B的輸出端輸出為低電平0V，斷開繼電器J，起到電路過壓保護，斷開后續負載電路。[0043]對于綜合保護[0044]繼電器觸點處于斷開狀態下，必須滿足交流電壓滿足負載要求同時必須處于交流 過零狀態，電路才將繼電器觸點閉合，否則任意一個條件不滿足，繼電器觸點都不會閉合。[0045]電路中還增加了 RelayDI控制點，該控制點可由遠程通信控制IC中的Relay 口通 過光耦輸出提供。Relay為高電平時，比例運放U2A的正輸入端A+為低電平0V，此時比例運 放U2A的輸出端輸出低電平，將比例運放U2B正輸入端B+電位拉低至0V,比例運放U2B的 輸出端輸出低電平0V，繼電器J觸點斷開，負載斷電；Relay為低電平時，比例運放U2A的正 輸入端A+為Vrefl，此時判斷交流電壓是否過壓及交流電是否處于過零狀態，繼電器J在滿 足過零及滿足負載電壓狀態下觸點閉合，給負載供電；這樣既保護了后續負載電路的安全， 同時提高了繼電器的安全性能及使用壽命，同時繼電器受遠程通信控制器控制。
權利要求1.一種基于過零啟動過壓保護的負載控制器，其特征在于，包括采樣電路、與采樣電路連接的過零檢測電路和過壓檢測電路、與過零檢測電路和過壓檢測電路連接的綜合保護電路以及與綜合保護電路連接的繼電控制電路。
2.根據權利要求1所述的基于過零啟動過壓保護的負載控制器，其特征在于所述的過壓檢測電路連接有隔離電路。
3.根據權利要求2所述的基于過零啟動過壓保護的負載控制器，其特征在于所述的隔離電路采用光耦合器。
4.根據權利要求1所述的基于過零啟動過壓保護的負載控制器，其特征在于所述的過零檢測電路由兩個比較器、三個電阻、兩個二極管和一個電容組成；其中，二極管D4的陰極接電源電壓，二極管D4的陽極與比較器UlA的正相輸入端相連并接收零點信號，比較器 UlA的反相輸入端接收給定的基準電壓信號Vrefl，比較器UlA的輸出端與電阻R48的一端和二極管DlO的陽極相連，電阻R48的另一端接電源電壓，二極管DlO的陰極與電阻R47的一端、電阻R46的一端和電容C19的一端相連，電阻R47的另一端與電容C19的另一端相連并接地，電阻R46的另一端與比較器UlB的反相輸入端相連，比較器UlB的正相輸入端接收給定的基準電壓信號Vref2，比較器UlB的輸出端輸出過零啟動信號。
5.根據權利要求1所述的基于過零啟動過壓保護的負載控制器，其特征在于所述的過壓檢測電路由兩個電容、三個電阻和一個比較器；其中，比較器U2A的反相輸入端與電容 C34的一端相連并接收電壓信號，電容C34的另一端與電阻R37的一端相連，電阻R37的另一端接電源電壓，比較器U2A的正相輸入端與電阻R89的一端、電阻R90的一端和電容C33 的一端相連并接收遠程控制信號，電阻R89的另一端接收給定的基準電壓信號Vrefl，電容 C33的另一端接地，電阻R90的另一端與比較器U2A的輸出端相連并輸出過壓保護信號。
6.根據權利要求1所述的基于過零啟動過壓保護的負載控制器，其特征在于所述的綜合保護電路由兩個三極管、四個二極管、六個電阻、一個電容和一個比較器；其中，電容 C21的一端接收過零啟動信號，電容C21的另一端與電阻R50的一端相連，電阻R50的另一端與電阻R51的一端、電阻R52的一端和二極管Dll的陰極相連，電阻R51的另一端與電阻 R55的一端、二極管Dll的陽極和三極管Q5的發射極相連并接地，電阻R52的另一端與三極管Q5的門極相連，三極管Q5的集電極與電阻R53的一端相連，電阻R53的另一端與三極管 Q6的門極相連，三極管Q6的發射極與二極管D13的陰極相連并接收過壓保護信號，三極管 Q6的集電極與二極管D12的陽極相連，二極管D12的陰極與二極管D13的陽極、電阻R55的另一端、電阻R59的一端和比較器U2B的正相輸入端相連，比較器U2B的反相輸入端接收給定的基準電壓信號Vrefl，比較器U2B的輸出端與二極管D14的陽極和電阻R58的一端相連，二極管D14的陰極與電阻R59的另一端相連，電阻R58的另一端輸出驅動信號。
專利摘要本實用新型公開了一種基于過零啟動過壓保護的負載控制器，包括采樣電路、與采樣電路連接的過零檢測電路和過壓檢測電路、與過零檢測電路和過壓檢測電路連接的綜合保護電路以及與綜合保護電路連接的繼電控制電路。本實用新型通過采用過零檢測電路實現了過零啟動，保證繼電器在交流電壓過零點的時候執行動作，避免了啟動時的大電流，極大保護了繼電器及后級電路，同時使小容量、小電流、低成本的繼電器在電路中的應用成為可能；另一方面，本實用新型還通過采用過壓檢測電路實現了過壓保護功能，當電壓過高時，能及時切斷電路起到保護的效果，一旦過壓險情撤銷，能自動恢復電路，進入正常工作狀態。
文檔編號G01R19/165GK202888791SQ201220536509
公開日2013年4月17日 申請日期2012年10月19日 優先權日2012年10月19日
發明者宋宏偉 申請人:浙江方大智控科技有限公司