具有集成相位控制切换的继电器制造技术

一种继电器电路(100)包括对继电器电路施加交流输入线电压的电源(14)、继电器线圈(22)和由继电器线圈致动的至少一对触点(24)。另外公开了用于继电器电路的过零检测电路(12)和控制逻辑电路(16)。控制逻辑电路响应于过零检测电路的输出信号确定零交叉点，并且当负载连接到所述至少一对继电器触点时，控制继电器线圈以致动继电器触点，从而在负载电流的零交叉点处切换负载，使得通过继电器触点的电压和电流为零。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本申请总体涉及一种电气继电器。本申请更具体地涉及一种具有集成相位控制切换的继电器，用于适应变换的状态和不同继电器来降低浪涌电流以优化和/或降低生产成本。
技术介绍
交流供电电容和感性负载会难以用常规的继电器控制。如果继电器触点在电力线的峰值电压处接通，则在电容性负载对峰值电压充电时会产生大的冲击电流。限制冲击电流的唯一因素由负载中的寄生电感和阻抗提供。如以下公开的，继电器触点的集成相位控制切换确保继电器触点仅在输入电压的零交叉点处、即当通过继电器触点的电压大致为零时接通。电压的正弦波形限制了在电容性负载上的电流的增长率。另外，一些感性负载，诸如互感器(transformers)，设计为使得电流将铁芯的通量密度驱动为接近于饱和。稳态通量被正反交替地驱动。在起动期间，铁芯中的通量是零，并且如果触点与零交叉符合地接触，则通量在线电压的全半周期上增大。这比稳态将通量驱动得更高，并且超过铁芯饱和。一旦变压器铁芯是饱和的，则电感快速降低，并且电流例如仅由连接线的阻抗和互感器初级绕组的阻抗限制。对于在1000VA范围中的互感器，电流能够超过100安培。如果继电器触点在峰值线电压处接通，则铁芯通量具有仅1/4周期来建立磁通量。电压极性然后倒置，并且完全正弦波半周期的通量密度不达到峰值。通量密度不达到峰值，这是因为变压器铁芯具有从先前1/4周期建立的相反值，即输入电压起始地不为零。当这发生时，阻止了铁芯饱和以及高电流。传统的电气继电器在延长的使用年限上获得可靠运行方面有许多困难。如果连接负载与继电器不兼容，则由于在继电器触点在电流流过它们之间情形下切换时的发弧导致触点的烧熔和粘结，继电器触点会劣化。许多应用要求合适范围的电压和电流驱动可用，这对系统设计提出了额
外要求。对于包括有许多继电器的大系统，在系统设计中需要许多的电线和驱动器。过大过载电流会导致继电器过热和故障。现有的电气继电器中存在的其它问题包括强电流驱动。另外，会因继电器触点的烧熔和粘结引起的故障而发生继电器的过热。
技术实现思路
因此，待解决的问题在于通过减低或者消除继电器触点断开和闭合时的发弧和冲击电流来实现更大的继电器寿命。减低或者消除继电器触点断开或闭合时的发弧的一个方法是将继电器的操作控制为在交流负载电路的零电流点处断开或接通，以消除继电器触点处的发弧。根据本说明书，其它的特征和优点将变得明显。所公开的教导由落在权利要求范围内的那些实施方式提供，而与它们是否达到前述要求中的一个或多个要求无关。解决方案由一种用于电磁继电器组件的继电器电路提供，该继电器电路包括继电器线圈和由继电器线圈致动的至少一对触点，包括对继电器电路施加交流输入线电压的电源、过零检测电路(zero cross detection circuit)；和控制逻辑电路。控制逻辑电路响应于来自过零检测电路的输出信号而适应性地确定零交叉点。当负载连接到所述至少一对继电器触点时，控制逻辑电路控制继电器线圈以致动继电器触点而在负载电流的零交叉点处切换负载，使得通过继电器触点的电压和电流为零。附图说明现在将参考附图举例说明本专利技术，在所述附图中：图1是用于示例性继电器电路的块图。图2是示例性过零检测电路的电路原理图。图3是具有A-D转换器的控制逻辑的电路原理图。图4是继电器双驱动器的原理图。图5是用于对继电器供电的AC-DC或者DC-DC 5伏电源。图6示出了继电器部分和电流标定偏移电路。图7是图1至6中的示例性继电器的完整原理图。图8示出了继电器电路的替代实施方式。图9示出了继电器电路的替代实施方式的原理图。图10示出了用于图9的继电器电路的示例性电压传感器电路。图11示出了用于测量继电器线圈阻抗的示例性继电器驱动电路。图12示出了用于图9的继电器电路的示例性电源电路。图13示出了用于确定过零开关的导通延迟的示例性自适应算法。图14示出了数据通信示意图，其中配备与图7和9中的继电器电路相关联的数据总线控制模块。具体实施方式在一个实施方式中，用于电磁继电器组件的继电器电路包括继电器线圈和由继电器线圈致动的至少一对触点，包括对继电器电路施加交流输入线电压的电源、过零检测电路；和控制逻辑电路。控制逻辑电路响应于来自过零检测电路的输出信号而适应性地确定零交叉点。当负载连接到所述至少一对继电器触点时，控制逻辑电路控制继电器线圈以致动继电器触点而在负载电流的零交叉点处切换负载，使得通过继电器触点的电压和电流为零。在另一实施方式中，公开了用于继电器的控制逻辑电路，该控制逻辑电路包括微控制器。该微控制器能够被编程以响应于过零检测电路的输出信号确定零交叉点；以及当负载连接到所述至少一对继电器触点时，控制继电器线圈以致动继电器触点而在负载电流的所述零交叉点处切换负载，使得通过继电器触点的电压和电流为零。另一实施方式涉及包括与控制逻辑电路通信的适应性过零检测电路的机电继电器。提供有电源，用于驱动控制逻辑电路、电流标定偏移电路、继电器线圈和能够由继电器线圈控制的至少一对继电器触点。控制逻辑电路包括用于将控制信号输入到控制逻辑电路的A-D转换器和用于操作继电器线圈的接通保持驱动电路。电源对电流标定偏移电路提供参考电压。电流标定偏移电路布置成驱动A/D转换器。关联于继电器线圈的继电器触点能够控制以切换负载，使得当被切换时通过继电器触点的电压和电流为零。本文所述实施方式的一些优点包括具有集成相位控制切换的继电器降低了浪涌电流且具有更长寿命。公开的继电器包括集成自调节特征部，其允许继电器适应变换的状态和不同继电器以优化/降低生产成本。继电器公开了另外的优点，诸如数字隔离的串行/无线通信方案、用于过电流保护的温度感测以及可动态设置以用于如果电流超过阈值则关断继电器的电流阈值及温度阈值。附加地，继电器可以经由通信方案受控以用于它的ON/OFF功能性。内部继电器诊断能够经由通信方案报告各种问题或者指示继电器故障，例如继电器线圈断路或者当继电器触点接通时出现空载电流。通过提供电流监测和过零检测特征，继电器触点能够受控以在电流波形的过零点处断开。具有零电流的感性负载不具有储存能量并且不能产生感应性反冲电压或者发弧触点。通过减低继电器触点的发弧，继电器触点经历减弱的侵蚀和EMI(电磁体磁场干扰)。相位控制切换可以自动地配置。即，系统能够评估负载并且相对交流电力线过零点调节触点接通的时序，以用于最佳性能。不太昂贵的直流继电器线圈可用于继电器线圈22，以代替交流继电器线圈，从而不需要包括屏蔽环以在零交叉期间防止颤振或者触点抖动。公开的专利技术另外提供了对继电器在交流应用中的反应时间进行适应性控制的机构，使得继电器在过零点处切换。由于线圈、触点及其他继电器部件的劣化和损耗，继电器切换时间可从继电器寿命的起始至其寿命的终了变化，并且适应性过零检测特征适应可变的切换时间。参考图1，示出了继电器电路100的块图。交流输入线电压10在过零检测电路12和电源14的输入处施加到电路100。过零检测电路12提供输出信号至控制逻辑电路16，用于确定切换负载的准确零交叉点，如稍后更详细地说明的。电源14对控制逻辑电路16提供电力5V直流电力，对电流标定偏移电路20提供参考电压18。控制逻辑电路16控制继电器线圈22的操作，以致动继电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种继电器电路，包括：对所述继电器电路施加交流输入线电压的电源、继电器线圈和由所述继电器线圈致动的至少一对触点；过零检测电路；和控制逻辑电路；其中：所述控制逻辑电路配置成响应于来自所述过零检测电路的输出信号确定零交叉点；并且所述控制逻辑电路配置成当负载连接到所述至少一对继电器触点时，控制所述继电器线圈以致动继电器触点，从而在负载电流的零交叉点处切换负载，使得通过继电器触点的电压和电流为零。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.13 US 61/915,848;2014.12.08 US 14/563,4521.一种继电器电路，包括：对所述继电器电路施加交流输入线电压的电源、继电器线圈和由所述继电器线圈致动的至少一对触点；过零检测电路；和控制逻辑电路；其中：所述控制逻辑电路配置成响应于来自所述过零检测电路的输出信号确定零交叉点；并且所述控制逻辑电路配置成当负载连接到所述至少一对继电器触点时，控制所述继电器线圈以致动继电器触点，从而在负载电流的零交叉点处切换负载，使得通过继电器触点的电压和电流为零。2.根据权利要求1所述的继电器电路，其中所述电源另外对所述控制逻辑电路提供5V直流电力输入。3.根据权利要求1所述的继电器电路，其中所述过零检测电路包括与二极管装置串联连接的多个电阻器，其中所述过零检测电路的输入信号被施加到所述多个电阻器。4.根据权利要求3所述的继电器电路，其中所述过零检测电路包括与输入电压和所述二极管装置并联连接的、并且连接在所述多个电阻器之间的电容器，所述电容器配置成排放输入电压的高频噪声。5.根据权利要求3所述的继电器电路，其中所述二极管装置包括与第三二极管反向并联连接的一对串联连接的二极管，以及与所述第三二极管...

【专利技术属性】
技术研发人员：MS阿迈德，RH科勒，G巴特，
申请(专利权)人：泰科电子公司，
类型：发明
国别省市：美国;US