一種具有高效保護功能的智能固態繼電器的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種具有高效保護功能的智能固態繼電器，包括殼體，所述殼體內設置有散熱裝置，散熱裝置設置于殼體底板上，其上安裝有DCB板，DCB板上設有集成電路；所述集成電路包括耦合電路、觸發電路、開關電路、吸收電路和過零控制電路；還包括控制系統，所述控制系統包括檢測模塊、控制模塊和執行模塊，所述檢測模塊，用于檢測繼電器電路中的電壓、電流和元件的溫度；所述控制模塊，用于接收檢測模塊的數據，并與預設閾值進行比較，發出執行命令；執行模塊，用于接收控制模塊發送的執行命令，進行過壓、過流和過熱保護。本發明能夠自動和快速的進行散熱處理和過流過壓保護，有效保護固態繼電器的正常工作。
【專利說明】
一種具有高效保護功能的智能固態繼電器
技術領域
[0001]本發明涉及固態繼電器，尤其是一種具有自動保護和散熱功能的智能固態繼電器。
【背景技術】
[0002]固態繼電器(Solid State Relay，縮寫SSR)，是由微電子電路，分立電子器件，電力電子功率器件組成的無觸點開關。用隔離器件實現了控制端與負載端的隔離。固態繼電器的輸入端用微小的控制信號，達到直接驅動大電流負載。固態繼電器是具有隔離功能的無觸點電子開關，在開關過程中無機械接觸部件，因此固態繼電器除具有與電磁繼電器一樣的功能外，還具有邏輯電路兼容，耐振耐機械沖擊，安裝位置無限制，具有良好的防潮防霉防腐蝕性能，在防爆和防止臭氧污染方面的性能也極佳，輸入功率小，靈敏度高，控制功率小，電磁兼容性好，噪聲低和工作頻率高等特點。
[0003]常規固態繼電器失效、損壞主要形式有過溫、短路和過壓。一般情況下，無論是固態繼電器運作環境的溫度還是它自身運作過程中的升溫情況都對它的負載能力有較大的影響。繼電器自身會發熱是由于工作過程中內部芯片的功率損耗需要被消耗掉，因此發熱是消耗損耗的一種形式。造成常規固態繼電器過溫損壞的是器件內部的熱疲勞現象，原因有散熱設計不當，驅動電路設計不合理，外界負載發生的變化等。
[0004]固態繼電器是以半導體開關器件作為功率輸出部件的，對溫度的變化較為敏感，過電流會使半導體芯片過熱而造成品質下降，壽命降低甚至永久性損壞。雖然固態繼電器在瞬間可以承受額定電流10倍以上的浪涌電流，但超過此值很容易造成永久性損壞。造成固態繼電器短路損壞的原因是負載絕緣不良，外界雜物引起的橋路短路等。
[0005]當負載為感性或容性時，很可能產生大于固態繼電器所能承受的瞬態電壓(阻斷電壓)和電壓上升率。若保護措施不當或響應不靈敏，不僅會造成固態繼電器失控，嚴重時還可能燒毀固態繼電器或設備。造成固態繼電器過壓損壞的原因是母線電壓上升，外來噪聲(雷電浪涌)和感性負載發生的關斷峰值電壓等。以上的失效損壞形式已經包含了固態繼電器的95%以上的失效損壞范圍。
【發明內容】
[0006]本發明的發明目的在于:針對上述存在的問題，提供一種能夠自動檢測繼電器電路中的電流和電壓，同時檢測繼電器中器件的溫度，自動和快速的進行散熱處理和過流過壓保護的智能固態繼電器。
[0007]本發明采用的技術方案如下:
本發明一種具有高效保護功能的智能固態繼電器，包括殼體，所述殼體內設置有散熱裝置，散熱裝置設置于殼體底板上，其上安裝有DCB板，DCB板上設有集成電路;所述集成電路包括耦合電路、觸發電路、開關電路、吸收電路和過零控制電路。
[0008]以上結構，繼電器中的散熱裝置可以解決繼電器的過熱熱問題，加快繼電器的散熱效果。
[0009]本發明一種具有高效保護功能的智能固態繼電器，所述殼體為石墨烯外殼，內設有一防磁層。
[0010]以上結構中的石墨烯外殼具有很好的導熱性能，可以加快繼電器的散熱；防磁層可以減小外界的磁場干擾，保證繼電器的正常工作。
[0011]本發明一種具有高效保護功能的智能固態繼電器，所述散熱裝置包括散熱板和風扇;所述散熱板由基板和肋片組成，肋片設置于基板上，肋片之間有間隔，肋片的高度小于肋片的長度，肋片與殼體之間有間隙，可以進行空氣流通，基板上設置有風扇。
[0012]以上結構中的散熱板，通過相鄰之間不接觸的肋片，再配置風扇，能夠達到快速散熱的功能，防止繼電器器件的損壞。
[0013]本發明一種具有高效保護功能的智能固態繼電器，所述耦合電路由限流電阻R3和光親合器組成，所述光親合器為發光二極管D2和三極管Ql的組合，光親合器將輸入與輸出電路在電氣上隔離開;所述發光二極管D2串聯一個LED，用于指示輸入端控制信號，同時發光二極管D2上還并聯了二極管Dl，可防止當輸入信號正負極性接反時以保護光耦合器；三極管Ql的集電極串聯電阻R2，連接CA3059的引腳9;三極管Ql的發射極連接CA3059的引腳7，同時連接輸出端;所述CA3059的輸出引腳4，連接雙向可控硅VS，同時并聯R6—C2吸收電路;所述觸發電路和過零控制電路集成于CA3059上。
[0014]以上結構中使用的是光耦合器可以避免機械接觸進行電器隔離，能夠很好的將輸入電路和輸出電路隔開;CA3059集成電路內有過零檢測電路、觸發電路，并且有外圈元件少、體積小、成本低和無射頻干擾的特點，在本發明中可以替代過零檢測和觸發的作用，同時減小占用空間，發熱少，有利于過熱問題的改善。
[0015]本發明一種具有高效保護功能的智能固態繼電器，還包括控制系統，所述控制系統包括檢測模塊、控制模塊和執行模塊，所述檢測模塊，用于檢測繼電器電路中的電壓、電流和元件的溫度;所述控制模塊，用于接收檢測模塊的數據，并與預設閾值進行比較，發出執行命令;執行模塊，用于接收控制模塊發送的執行命令，進行過壓、過流和過熱保護。
[0016]以上結構中的控制系統，可以自動和快速的檢測到繼電器電路中的過流、過壓和過熱，及時解決這些問題，保證繼電器的正常工作。
[0017]本發明一種具有高效保護功能的智能固態繼電器，所述檢測模塊包括電流采樣電路、電壓采樣電路和溫度傳感器;所述控制模塊采用的是PIC18F2580單片機;所述執行模塊采用智能開關，包括用于過流保護設置于輸出端的快速熔斷器，用于過壓保護并聯于輸出端的的R6—C2吸收回路和設置于快速熔斷器之后的壓敏電阻，用于過熱保護設置于輸入端的開關和控制風扇的執行器。
[0018]以上結構，快速熔斷器可以反映并執行在10Ms(50Hz)以內超過SSR浪涌電流承受值的浪涌電流和短路電流的保護;R6—C2吸收回路可以有效地抑制瞬間電壓，壓敏電阻保護吸收寬脈沖的過電壓，進行過壓保護;風扇可以加快散熱，解決過熱問題。
[0019]本發明一種具有高效保護功能的智能固態繼電器，所述電流采樣電路包括GCT-201B電流互感器，其并聯電阻，輸出測量電流。
[0020]以上結構，采樣電路簡單，由于不使用運放，不需要外接直流電源，避免了運放的溫飄等不穩定因素，大大提高了可靠性。
[0021]本發明一種具有高效保護功能的智能固態繼電器，所述電壓采樣電路包括霍爾電壓傳感器CHV-50P，其與被測量電路并聯連接，串聯電阻，輸出電流正比于輸入電壓。
[0022]以上結構，霍爾電壓傳感器CHV-50P的輸出端與輸入電路是電隔離，可測量直流、交流和脈沖電壓，電壓采樣電路性能穩定可靠，易于安裝。
[0023]本發明一種具有高效保護功能的智能固態繼電器，所述控制系統還包括設置于DCB板上的無線通訊模塊，連接控制模塊，用于發送檢測信號和接收遠程控制信號。
[0024]以上結構中的無線通訊模塊可以使繼電器進行遠程的控制，方便使用于惡劣的環境中。
[0025]本發明一種具有高效保護功能的智能固態繼電器，還包括基于控制系統的控制方法，其步驟為:步驟一:電流采樣電路將采集到的電流信息轉化為電流數字信號，上傳到PIC18F2580 單片機；
步驟二:電壓采樣電路采集電壓，轉化為電壓數字信號，上傳到PIC18F2580單片機；步驟三:溫度傳感器對繼電器中的電子元件的溫度進行檢測，將檢測的溫度信號轉化為溫度數字信號，上傳到PIC18F2580單片機；
步驟四:PIC18F2580單片機接受電流數字信號，并與預設電流進行比對，若檢測電流大于17mA，快速熔斷器開始工作，斷開輸出端;PIC18F2580單片機接受電壓數字信號，并與預設電壓進行比對，若檢測電壓大于33V，通過智能開關，R6—C2吸收回路抑制瞬間電壓，壓敏電阻保護吸收寬脈沖的過電壓;PIC18F2580單片機接受溫度數字信號，并與預設溫度進行比對，若檢測溫度大于75度，通過智能開關，加快風扇的功率，提高降溫效率，若檢測溫度大于80度，通過輸入端開關，斷開輸入信號；
步驟五:無線通訊模塊接收外界的控制信號，并將控制信號上傳到單片機，進行遠程控制；同時將固態繼電器的運行狀況的數據通過無線通訊模塊發送，進行遠程查看。
[0026]綜上所述，由于采用了上述技術方案，本發明的有益效果是:
1、自動快速解決過熱、過流和過壓的問題。系統中的溫度監測模塊能夠自動檢測器件的溫度，在過熱時，及時采取降溫措施；自動采集電路的電流和電壓，在過流和過壓時，能夠自動斷開繼電器，防止繼電器損壞，延長繼電器的使用壽命，使繼電器正常安全工作。
[0027]2、散熱效果高。本發明繼電器的殼體使用的材料熱傳導性很好，可以及時將器件產生的熱量散發出去，同時在殼體內設置有散熱板，還配置有風扇，可以達到快速散熱的目的。
[0028]3、可以屏蔽外界的磁干擾。在殼體內壁有防磁層，可以減小外界的磁場對繼電器電路的影響。
【附圖說明】
[0029]本發明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中:
圖1是本發明一種具有高效保護功能的智能固態繼電器的結構示意圖。
[0030]圖中標記:1為殼體，2為防磁層，3為DCB板，4為散熱板，5為風扇。
[0031 ]圖2是本發明中散熱板的結構示意圖。
[0032]圖中標記:41為基板，42為肋片。
[0033]圖3是本發明中控制系統的結構示意圖。
[0034]圖4是本發明的電路圖。
【具體實施方式】
[0035]本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
[0036]本說明書(包括任何附加權利要求、摘要)中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。
[0037]如圖1，本發明一種具有高效保護功能的智能固態繼電器，包括殼體I，所述殼體I內設置有散熱裝置，散熱裝置設置于殼體I底板上，散熱裝置上安裝有DCB板3，DCB板3上設有集成電路;所述集成電路包括耦合電路、觸發電路、開關電路、吸收電路和過零控制電路；所述殼體I為石墨烯外殼，內設有一防磁層2;所述散熱裝置包括散熱板4和風扇5。
[0038]如圖2，所述散熱板4由基板41和肋片42組成，肋片42設置于基板41上，肋片42之間有間隔，肋片42的高度小于肋片42的長度，肋片42與殼體I之間有間隙，可以進行空氣流通，基板41上設置有風扇5。
[0039]如圖3，所述控制系統包括檢測模塊、控制模塊和執行模塊，所述檢測模塊，用于檢測繼電器電路中的電壓、電流和元件的溫度;所述控制模塊，用于接收檢測模塊的數據，并與預設閾值進行比較，發出執行命令;執行模塊，用于接收控制模塊發送的執行命令，進行過壓、過流和過熱保護。
[0040]如圖4，本發明一種具有高效保護功能的智能固態繼電器，所述耦合電路由限流電阻R3和光親合器組成，所述光親合器為發光二極管D2和三極管Ql的組合，光親合器將輸入與輸出電路在電氣上隔離開;所述發光二極管D2串聯一個LED，用于指示輸入端控制信號，同時發光二極管D2上還并聯了二極管D1，可防止當輸入信號正負極性接反時以保護光耦合器;三極管Ql的集電極串聯電阻R2，連接CA3059的引腳9;三極管Ql的發射極連接CA3059的引腳7，同時連接輸出端;所述CA3059的輸出引腳4，連接雙向可控硅VS，同時并聯R6—02吸收電路;所述觸發電路和過零控制電路集成于CA3059上。
[0041]本發明的集成電路的工作原理:在輸入電路端加入信號后，光電耦合器內光敏三極管Ql呈導通狀態，R3串接電阻對輸入信號進行限流，以保證光耦合器不致損壞;LED發光二極管指示輸入端控制信號，Dl可防止當輸入信號正負極性接反時以保護光電耦合器。
[0042]電流進入CA3059，從過零檢測電路和觸發電路通過，再通過開關電路，開關電路是由雙向可控硅(TTG)構成的。雙向可控硅有TI極，、T2極和G極三個引腳；當G極和T2極相對于Tl的電壓均為正時，T2是陽極，Tl是陰極;反之，當G極和T2極相對于Tl的電壓均為負時，Tl變成陽極，T2為陰極;雙向可控硅由于正、反向特性曲線具有對稱性，所以它可在任何一個方向導通;吸收電路是為防止從電源中傳來的尖峰、浪涌(電壓)對開關器件雙向可控硅管的沖擊和干擾而設計的，使用“R6-C2”串聯電路進行吸收。
[0043]本發明一種具有高效保護功能的智能固態繼電器，所述檢測模塊包括電流采樣電路、電壓采樣電路和溫度傳感器;所述控制模塊采用的是PIC18F2580單片機;所述執行模塊采用智能開關，包括用于過流保護設置于輸出端的快速熔斷器，用于過壓保護并聯于輸出端的的R6—C2吸收回路和設置于快速熔斷器之后的壓敏電阻，用于過熱保護設置于輸入端的開關和控制風扇5的執行器。
[0044]所述電流采樣電路包括GCT-201B電流互感器，其并聯電阻，輸出測量電流;所述電壓采樣電路包括霍爾電壓傳感器CHV-50P，其與被測量電路并聯連接，串聯電阻，輸出電流正比于輸入電壓。
[0045]本發明的溫度傳感器設置于DCB板3上和基板41上，對DCB板3上的器件和基板41的溫度進行檢測，同時將溫度轉化為數字信號，上傳到單片機進行處理。
[0046]本發明一種具有高效保護功能的智能固態繼電器，所述控制系統還包括設置于DCB板3上的無線通訊模塊，連接控制模塊，用于發送檢測信號和接收遠程控制信號，在惡劣的環境中，可以進行遠程操作。
[0047]本發明一種具有高效保護功能的智能固態繼電器，還包括基于控制系統的控制方法，其步驟為:
步驟一:電流采樣電路將采集到的電流信息轉化為電流數字信號，上傳到PIC18F2580單片機；
步驟二:電壓采樣電路采集電壓，轉化為電壓數字信號，上傳到PIC18F2580單片機；步驟三:溫度傳感器對繼電器中的電子元件的溫度進行檢測，將檢測的溫度信號轉化為溫度數字信號，上傳到PIC18F2580單片機；
步驟四:PIC18F2580單片機接受電流數字信號，并與預設電流進行比對，若檢測電流大于17mA，快速熔斷器開始工作，斷開輸出端;PIC18F2580單片機接受電壓數字信號，并與預設電壓進行比對，若檢測電壓大于33V，通過智能開關，R6—C2吸收回路抑制瞬間電壓，壓敏電阻保護吸收寬脈沖的過電壓;PIC18F2580單片機接受溫度數字信號，并與預設溫度進行比對，若檢測溫度大于75度，通過智能開關，加快風扇的功率，提高降溫效率，若檢測溫度大于80度，通過輸入端開關，斷開輸入信號；
步驟五:無線通訊模塊接收外界的控制信號，并將控制信號上傳到單片機，進行遠程控制；同時將固態繼電器的運行狀況的數據通過無線通訊模塊發送，進行遠程查看。
[0048]本發明并不局限于前述的【具體實施方式】。本發明擴展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。
【主權項】
1.一種具有高效保護功能的智能固態繼電器，其特征在于:包括殼體，所述殼體內設置有散熱裝置，散熱裝置設置于殼體底板上，散熱裝置上安裝有DCB板，DCB板上設有集成電路;所述集成電路包括耦合電路、觸發電路、開關電路、吸收電路和過零控制電路。2.根據權利要求1所述一種具有高效保護功能的智能固態繼電器，其特征在于:所述殼體為石墨烯外殼，內設有一防磁層。3.根據權利要求1所述一種具有高效保護功能的智能固態繼電器，其特征在于:所述散熱裝置包括散熱板和風扇;所述散熱板由基板和肋片組成，肋片設置于基板上，肋片之間有間隔，肋片的高度小于肋片的長度，肋片與殼體之間有間隙，可以進行空氣流通，基板上設置有風扇。4.根據權利要求1所述一種具有高效保護功能的智能固態繼電器，其特征在于:所述耦合電路由限流電阻R3和光耦合器組成，所述光耦合器為發光二極管D2和三極管Ql的組合，光耦合器將輸入與輸出電路在電氣上隔離開;所述發光二極管D2串聯一個LED，用于指示輸入端控制信號，同時發光二極管D2上還并聯了二極管Dl，可防止當輸入信號正負極性接反時以保護光耦合器;三極管Ql的集電極串聯電阻R2，連接CA3059的引腳9;三極管QI的發射極連接CA3059的引腳7，同時連接輸出端;所述CA3059的輸出引腳4，連接雙向可控硅VS，同時并聯R6—C2吸收電路;所述觸發電路和過零控制電路集成于CA3059上。5.根據權利要求1所述一種具有高效保護功能的智能固態繼電器，其特征在于:還包括控制系統，所述控制系統包括檢測模塊、控制模塊和執行模塊，所述檢測模塊，用于檢測繼電器電路中的電壓、電流和元件的溫度;所述控制模塊，用于接收檢測模塊的數據，并與預設閾值進行比較，發出執行命令;執行模塊，用于接收控制模塊發送的執行命令，進行過壓、過流和過熱保護。6.根據權利要求5所述一種具有高效保護功能的智能固態繼電器，其特征在于:所述檢測模塊包括電流采樣電路、電壓采樣電路和溫度傳感器；所述控制模塊采用的是PIC18F2580單片機;所述執行模塊采用智能開關，包括用于過流保護設置于輸出端的快速熔斷器，用于過壓保護并聯于輸出端的的R6—C2吸收回路和設置于快速熔斷器之后的壓敏電阻，用于過熱保護設置于輸入端的開關和控制風扇的執行器。7.根據權利要求6所述一種具有高效保護功能的智能固態繼電器，其特征在于:所述電流采樣電路包括GCT- 201B電流互感器，其并聯電阻，輸出測量電流。8.根據權利要求6所述一種具有高效保護功能的智能固態繼電器，其特征在于:所述電壓采樣電路包括霍爾電壓傳感器CHV-50P，其與被測量電路并聯連接，串聯電阻，輸出電流正比于輸入電壓。9.根據權利要求5所述一種具有高效保護功能的智能固態繼電器，其特征在于:所述控制系統還包括設置于DCB板上的無線通訊模塊，連接控制模塊，用于發送檢測信號和接收遠程控制信號。10.根據權利要求5至9之一所述一種具有高效保護功能的智能固態繼電器，其特征在于:還包括基于控制系統的控制方法，其步驟為: 步驟一:電流采樣電路將采集到的電流信息轉化為電流數字信號，上傳到PIC18F2580單片機； 步驟二:電壓采樣電路采集電壓，轉化為電壓數字信號，上傳到PIC18F2580單片機； 步驟三:溫度傳感器對繼電器中的電子元件的溫度進行檢測，將檢測的溫度信號轉化為溫度數字信號，上傳到PIC18F2580單片機； 步驟四:PIC18F2580單片機接受電流數字信號，并與預設電流進行比對，若檢測電流大于17mA，快速熔斷器開始工作，斷開輸出端;PIC18F2580單片機接受電壓數字信號，并與預設電壓進行比對，若檢測電壓大于33V，通過智能開關，R6—C2吸收回路抑制瞬間電壓，壓敏電阻保護吸收寬脈沖的過電壓;PIC18F2580單片機接受溫度數字信號，并與預設溫度進行比對，若檢測溫度大于75度，通過智能開關，加快風扇的功率，提高降溫效率，若檢測溫度大于80度，通過輸入端開關，斷開輸入信號； 步驟五:無線通訊模塊接收外界的控制信號，并將控制信號上傳到單片機，進行遠程控制；同時將固態繼電器的運行狀況的數據通過無線通訊模塊發送，進行遠程查看。
【文檔編號】H03K17/78GK106027004SQ201610376564
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月31日
【發明人】謝敏
【申請人】成都德善能科技有限公司