一种继电器过零开断的单火开关电路论文和设计-龙海岸

全文摘要

本实用新型适用于单火开关技术领域，提供了一种继电器过零开断的单火开关电路。其中的第一过零检测电路用于收集当继电器模块处于开通状态时使用所述单火开关电路的产品的电流过零信号，并输出电流过零信号给所述控制模块；第二过零检测电路用于收集当继电器模块处于关断状态时使用单火开关电路的产品的电压过零信号，并输出电压过零信号给所述控制模块；所述控制模块用于根据电流过零信号和电压过零信号计算使用单火开关电路的产品的电压过零点。由于将过零检测功能的实现分成开态与关态两种不同电路，只需要非常小的功耗，即可实现继电器模块的过零开关动作，大幅度提高了使用单火开关电路的产品的使用寿命。

主设计要求

1.一种继电器过零开断的单火开关电路，其特征在于，包括：继电器模块、控制模块、第一过零检测电路、第二过零检测电路；所述第一过零检测电路用于收集当所述继电器模块处于开通状态时的电流过零信号，并输出所述电流过零信号给所述控制模块；所述第二过零检测电路用于收集当所述继电器模块处于关断状态时的电压过零信号，并输出所述电压过零信号给所述控制模块；所述控制模块用于根据所述电流过零信号和所述电压过零信号计算电压过零点，当在非零点对应用所述单火开关电路的产品进行电源开断操作时，所述控制模块自动延时到所述电压过零点对所述继电器模块进行开断操作。

设计方案

1.一种继电器过零开断的单火开关电路，其特征在于，包括：

继电器模块、控制模块、第一过零检测电路、第二过零检测电路；

所述第一过零检测电路用于收集当所述继电器模块处于开通状态时的电流过零信号，并输出所述电流过零信号给所述控制模块；

所述第二过零检测电路用于收集当所述继电器模块处于关断状态时的电压过零信号，并输出所述电压过零信号给所述控制模块；

所述控制模块用于根据所述电流过零信号和所述电压过零信号计算电压过零点，当在非零点对应用所述单火开关电路的产品进行电源开断操作时，所述控制模块自动延时到所述电压过零点对所述继电器模块进行开断操作。

2.如权利要求1所述的继电器过零开断的单火开关电路，其特征在于，还包括：

连接在火线进端口与所述继电器模块之间，当电流超过阈值时过热断开的保护电路。

3.如权利要求1所述的继电器过零开断的单火开关电路，其特征在于，还包括：

在所述继电器模块开通状态下取得能量的开态取电电路；

在所述继电器模块关断状态下取得能量的关态取电电路。

4.如权利要求1-3任一所述的继电器过零开断的单火开关电路，其特征在于，所述第一过零检测电路，包括：

与所述继电器模块连接，将通过火线进端口进入所述继电器模块的市电信号送入第一光耦器件的互感器；

连接在所述互感器的次级与第一光耦器件之间，对所述继电器模块开通状态下经过所述互感器的市电信号进行整流的第一整流电路；

与所述控制模块连接，由所述第一整流电路输出的信号导通的第一光耦器件。

5.如权利要求3所述的继电器过零开断的单火开关电路，其特征在于，所述关态取电电路包括：连接在火线出端口与所述第一过零检测电路之间的第一二极管，以及与所述第一二极管并联的MOS管，所述MOS管还与所述控制模块的PWM端口相连。

6.如权利要求1-3任一所述的继电器过零开断的单火开关电路，其特征在于，所述第二过零检测电路，包括：

与火线进端口连接，对通过火线进端口的市电信号进行整流后送到第二光耦器件的第二整流电路；

与火线出端口以及所述控制模块连接，由所述第二整流电路输出的信号导通，将信号送入所述控制模块的第二光耦器件。

7.如权利要求4所述的继电器过零开断的单火开关电路，其特征在于，所述第一整流电路，包括：用于对传到所述互感器的次级的信号整流的第二二极管和第三二极管，以及用于对整流后的信号滤波的第一电容和第二电容；

所述第二二极管和所述第三二极管的正极分别与所述互感器的次级连接，所述第二二极管和所述第三二极管的负极分别与所述第一光耦器件中的两个发光二极管正极连接；与所述第二二极管负极连接的发光二极管负极与所述第三二极管正极连接，与所述第三二极管负极连接的发光二极管负极与所述第二二极管正极连接，所述第一电容和所述第二电容分别并联到所述第一光耦器件中的两个发光二极管两端。

8.如权利要求4所述的继电器过零开断的单火开关电路，其特征在于，所述第一整流电路，包括：用于对传到所述互感器的次级的信号整流滤波的第二二极管和第三二极管；

所述第二二极管和所述第三二极管的正极分别与所述互感器的次级连接，所述第三二极管负极连接到所述第二二极管的正极与所述互感器的次级的连接线上；所述第二二极管负极连接所述第一光耦器件中的发光二极管正极，所述第三二极管正极连接所述第一光耦器件中的发光二极管负极，所述第一光耦器件中的三极管集电极连接所述控制模块，发射极接地。

9.如权利要求6所述的继电器过零开断的单火开关电路，其特征在于，所述第二整流电路，包括：

正极与火线进端口连接，负极与所述第二光耦器件连接的第四二极管。

10.如权利要求6所述的继电器过零开断的单火开关电路，其特征在于，所述第二整流电路，包括：全波整流电路。

设计说明书

技术领域

本实用新型属于单火开关技术领域，尤其涉及一种继电器过零开断的单火开关电路。

背景技术

墙壁开关作为全屋智能方案中最优选的智能端入口，其智能化趋势一直是各个厂家不断努力的技术研发方向，智能单火开关就是在这个情况下产生的。目前的智能单火开关方案，主要有使用可控硅控制和使用继电器控制两种方向。上述的可控硅控制有可实现调光的优点，但是因取电、发热和本身开关体积大小的原因，该方案产品只能适配中等功率的负载，而其针对小负载和大负载都会产生不同的问题。

上述的继电器控制目前可以适配最大几千瓦，最小3W灯具的超宽范围，是一种理想的优选方案，但是继电器在非过零点动作，将严重降低其使用寿命，成为制约整个智能开关寿命的瓶颈。

由于单火开关的功耗小，过零检测芯片的功耗比较大，如果在上述继电器控制方案中加入过零检测芯片检测继电器的过零点，会影响使用单火开关的小功率负载的使用效果。

实用新型内容

本实用新型提供一种继电器过零开断的单火开关电路，旨在解决基于过零点检测来开关继电器模块，延长继电器模块使用寿命，同时使得整个电路功耗很低，不影响小负载时开关使用的问题。

本实用新型是这样实现的，一种继电器过零开断的单火开关电路，包括：

继电器模块、控制模块、第一过零检测电路、第二过零检测电路；

所述第一过零检测电路用于收集当所述继电器模块处于开通状态时使用所述单火开关电路的产品的电流过零信号，并输出所述电流过零信号给所述控制模块；

所述第二过零检测电路用于收集当所述继电器模块处于关断状态时使用所述单火开关电路的产品的电压过零信号，并输出所述电压过零信号给所述控制模块；

所述控制模块用于根据所述电流过零信号和所述电压过零信号计算使用所述单火开关电路的产品的电压过零点，当在非零点对应用所述单火开关电路的产品进行电源开断操作时，所述控制模块自动延时到所述电压过零点对所述继电器模块进行开断操作。

更进一步地，所述继电器过零开断的单火开关电路，还包括：

连接在火线进端口与所述继电器模块之间，当电流超过阈值时过热断开的保护电路。

更进一步地，所述继电器过零开断的单火开关电路，还包括：

在所述继电器模块开通状态下取得能量的开态取电电路；

在所述继电器模块关断状态下取得能量的关态取电电路。

更进一步地，所述第一过零检测电路，包括：

与所述继电器模块连接，将通过火线进端口进入所述继电器模块的市电信号送入第一光耦器件的互感器；

连接在所述互感器的次级与第一光耦器件之间，对所述继电器模块开通状态下经过所述互感器的市电信号进行整流的第一整流电路；

与所述控制模块连接，由所述第一整流电路输出的信号导通的第一光耦器件。

更进一步地，所述关态取电电路包括：连接在火线出端口与所述第一过零检测电路之间的第一二极管，以及与所述第一二极管并联的MOS管，所述MOS管还与所述控制模块的PWM端口相连。

更进一步地，所述第二过零检测电路，包括：

与火线进端口连接，对通过火线进端口的市电信号进行整流后送到第二光耦器件的第二整流电路；

与火线出端口以及所述控制模块连接，由所述第二整流电路输出的信号导通，将信号送入所述控制模块的第二光耦器件。

更进一步地，所述第一整流电路，包括：用于对传到所述互感器的次级的信号整流的第二二极管和第三二极管，以及用于对整流后的信号滤波的第一电容和第二电容；

所述第二二极管和所述第三二极管的正极分别与所述互感器的次级连接，所述第二二极管和所述第三二极管的负极分别与所述第一光耦器件中的两个发光二极管正极连接；与所述第二二极管负极连接的发光二极管负极与所述第三二极管正极连接，与所述第三二极管负极连接的发光二极管负极与所述第二二极管正极连接，所述第一电容和所述第二电容分别并联到所述第一光耦器件中的两个发光二极管两端。

更进一步地，所述第一整流电路，包括：用于对传到所述互感器的次级的电流信号整流滤波的第二二极管和第三二极管；

所述第二二极管和所述第三二极管的正极分别与所述互感器的次级连接，所述第三二极管负极连接到所述第二二极管的正极与所述互感器的次级的连接线上；所述第二二极管负极连接所述第一光耦器件中的发光二极管正极，所述第三二极管正极连接所述第一光耦器件中的发光二极管负极，所述第一光耦器件中的三极管集电极连接所述控制模块，发射极接地。更进一步地，所述第二整流电路，包括：

正极与火线进端口连接，负极与所述第二光耦器件连接的第四二极管。

更进一步地，所述第二整流电路，包括：全波整流电路。

本实用新型提供的继电器过零开断的单火开关电路，由于将过零检测功能的实现分成开态与关态两种不同电路，因此只需要非常小的功耗，即可实现继电器模块的过零开关动作，大幅度提高了使用单火开关电路的产品的使用寿命。

附图说明

图1是本实用新型实施例一至三提供的继电器过零开断的单火开关电路框图；

图2是本实用新型实施例四、实施例五以及实施例七提供的继电器过零开断的单火开关电路图；

图3是本实用新型实施例六、实施例九提供的继电器过零开断的单火开关电路图；

图4是本实用新型实施例八提供的继电器过零开断的单火开关电路图；

图5是本实用新型实施例十提供的继电器过零开断的单火开关电路图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型实施例提供了一种继电器过零开断的单火开关电路，包括：继电器模块、控制模块、第一过零检测电路、第二过零检测电路。所述第一过零检测电路用于收集当所述继电器模块处于开通状态时使用所述单火开关电路的产品的电流过零信号，并输出所述电流过零信号给所述控制模块。所述第二过零检测电路用于收集当所述继电器模块处于关断状态时使用所述单火开关电路的产品的电压过零信号，并输出所述电压过零信号给所述控制模块。所述控制模块用于根据所述电流过零信号和所述电压过零信号计算使用所述单火开关电路的产品的电压过零点，当在非零点对应用所述单火开关电路的产品进行电源开断操作时，所述控制模块自动延时到所述电压过零点对所述继电器模块进行开断操作。通过将过零检测分成开态和关态两种模式的架构，每一种模式有一个过零检测电路进行工作，仅需非常小功耗即可实现继电器模块的过零开关动作，大幅度提高整个开关产品的使用寿命。

实施例一<\/u>

本实用新型实施例提供了一种继电器过零开断的单火开关电路，如图1所示，包括：

继电器模块100、第一过零检测电路200、第二过零检测电路300、控制模块400；

第一过零检测电路200用于收集当继电器模块100处于开通状态时使用单火开关电路的产品的电流过零信号，并输出电流过零信号给控制模块400；

第二过零检测电路300用于收集当继电器模块100处于关断状态时使用单火开关电路的产品的电压过零信号，并输出电压过零信号给控制模块400；

控制模块400用于根据电流过零信号和电压过零信号计算使用单火开关电路的产品的电压过零点，当在非零点对应用单火开关电路的产品进行电源开断操作时，控制模块400自动延时到电压过零点对继电器模块100进行开断操作。

本实施例提供的继电器过零开断的单火开关电路工作原理如下：

当继电器模块100处在关断状态时，第二过零检测电路300工作，收集使用单火开关电路的产品的电流过零信号输出给控制模块400；当继电器模块100处在开通状态时，第一过零检测电路200工作，收集使用单火开关电路的产品的电压过零信号输出给控制模块400。控制模块400根据收集到的上述电流过零信号和电压过零信号计算使用单火开关电路的产品的电压过零点，当在非零点对应用单火开关电路的产品进行电源开断操作时，控制模块400自动延时到电压过零点对继电器模块100进行开断操作。

本实施例将过零检测分成开态和关态两种模式的架构，每一种模式有一个过零检测电路进行工作，过零检测功能的实现分成第一过零检测电路200和第二过零检测电路300，仅需非常小功耗即可实现继电器模块100的过零开关动作，大幅度提高使用单火开关电路的产品的使用寿命。基于使用单火开关电路的产品的电压过零点检测来开关继电器模块100，延长了继电器模块100使用寿命，同时使得使用单火开关电路的产品功耗很低，不影响小负载时开关的使用。继电器模块100、控制模块400均采用市场采购的模块，具体的结构及电路不是本申请的创新点，因此，继电器模块100、控制模块400具体的结构及电路在此不做限定及赘述。

实施例二<\/u>

本实用新型实施例提供了一种继电器过零开断的单火开关电路，如图1所示，在实施例一基础上，继电器过零开断的单火开关电路，还进一步包括：

连接在火线进端口与继电器模块100之间，当电流超过阈值时过热断开的保护电路500。

本实施例中的保护电路优选采用保险丝F1，对整个单火开关电路的电流使用情况实现保护，当超过阈值的电流流入单火开关电路时，保护电路会过热断开，以保护后续的电路。

实施例三<\/u>

本实用新型实施例提供了一种继电器过零开断的单火开关电路，如图1所示，在实施例一基础上，继电器过零开断的单火开关电路，还进一步包括：

在继电器模块100开通状态下取得能量的开态取电电路600；

在继电器模块100关断状态下取得能量的关态取电电路700。

还可以包括：

将开态取电电路600或者关态取电电路700取得的能量转化为稳定的直流电压输出至控制模块400的稳压电路800。

本实施例中的开态取电电路600和关态取电电路700分别在继电器模块100的开关两个状态下取得能量，输出给后续的稳压电路800，从稳压电路800输出稳定的直流电压提供给后续的控制模块400。

实施例四<\/u>

本实用新型实施例提供了一种继电器过零开断的单火开关电路，如图2所示，在实施例一基础上，第一过零检测电路200，包括：

与继电器模块100连接，将通过火线进端口进入继电器模块100的市电信号送入第一光耦器件203的互感器201；

连接在互感器201的次级与第一光耦器件203之间，对继电器模块100开通状态下经过互感器201的市电信号进行整流的第一整流电路202；

与控制模块400连接，由第一整流电路202输出的信号导通的第一光耦器件203。

本实施例中，市电信号通过火线进端口进入，继电器模块100由控制模块400通过I\/O_4端口控制开断，互感器201为图中的T1，采用穿心电流互感器类器件，第一光耦器件203为图中的U1，当继电器模块100处在开通状态时，互感器201将市电信号传输到次级，通过第一整流电路202整流后，信号轮流导通第一光耦器件203内部的两个发光二极管，将信号传输到第一光耦器件203的两个引脚，这两个引脚分别接控制模块400的I\/O_2和I\/O_1，从而使控制模块400接收到使用单火开关电路的产品的电流过零点信号。

实施例五<\/u>

本实用新型实施例提供了一种继电器过零开断的单火开关电路，如图2所示，在实施例三基础上，关态取电电路700包括：连接在火线出端口与第一过零检测电路200之间的第一二极管D1，以及与第一二极管D1并联的MOS管Q1，MOS管Q1还与控制模块400的PWM端口相连。

本实施例中通过第一二极管D1及与其并联的MOS管Q1能够实现在继电器模块100关断状态下取得能量，并将取得的能量输出给后续的稳压电路800，从稳压电路800输出稳定的直流电压提供给后续的控制模块400。

实施例六<\/u>

本实用新型实施例提供了一种继电器过零开断的单火开关电路，如图3所示，在实施例一基础上，第二过零检测电路300，包括：

与火线进端口连接，对通过火线进端口的市电信号进行整流后送到第二光耦器件302的第二整流电路301；

与火线出端口以及控制模块400连接，由第二整流电路301输出的信号导通，将信号送入控制模块400的第二光耦器件302。

本实施例中，当继电器模块处在关断状态时，市电信号通过第二整流电路301整流后，依次经过电阻R3、R4、R5，进入第二光耦器件302(图3中的U2)，通过U2内部的光电耦合传输到U2的两个输出引脚，这两个输出引脚中一个接控制模块400的I\/O_3引脚，另一个接地。当使用单火开关电路的产品的电压过零点来到时，U2的两个输出引脚之间关断，I\/O_3被VCC置高，从而使控制模块400检测到使用单火开关电路的产品的电压过零点信号。

实施例七<\/u>

本实用新型实施例提供了一种继电器过零开断的单火开关电路，如图2所示，在实施例四基础上，第一整流电路202，包括：用于对传到互感器201的次级的信号整流的第二二极管D2和第三二极管D3，以及用于对整流后的信号滤波的第一电容C1和第二电容C2；

第二二极管D2和第三二极管D3的正极分别与互感器201的次级连接，第二二极管D2和第三二极管D3的负极分别与第一光耦器件203中的两个发光二极管正极连接；与第二二极管D2负极连接的发光二极管负极与第三二极管D3正极连接，与第三二极管D3负极连接的发光二极管负极与第二二极管D2正极连接，第一电容C1和第二电容C2分别并联到第一光耦器件203中的两个发光二极管两端。

本实施例中，当继电器模块100处在开通状态时，互感器201将市电信号传输到次级，通过第二二极管D2和第三二极管D3整流，再通过第一电容C1和第二电容C2滤除高频杂波后，信号轮流导通第一光耦器件203内部的两个发光二极管，将信号传输到第一光耦器件203的两个引脚，这两个引脚分别接控制模块400的I\/O_2和I\/O_1，从而使控制模块400接收到使用单火开关电路的产品的电流过零点信号。

实施例八<\/u>

本实用新型实施例提供了一种继电器过零开断的单火开关电路，如图4所示，在实施例四基础上，第一整流电路202，包括：用于对传到互感器201的次级的电流信号整流滤波的第二二极管D2和第三二极管D3；

第二二极管D2和第三二极管D3的正极分别与互感器201的次级连接，第三二极管D3负极连接到第二二极管D2的正极与互感器201的次级的连接线上；第二二极管D2负极连接第一光耦器件203中的发光二极管正极，第三二极管D3正极连接第一光耦器件203中的发光二极管负极，第一光耦器件203中的三极管集电极连接控制模块400，发射极接地。

本实施例中互感器201的次级只检测市电信号正波的过零点，将其输出给第一光耦器件203后，通过第一光耦器件203一个输出引脚传输到控制模块400的I\/O_1脚。

实施例九<\/u>

本实用新型实施例提供了一种继电器过零开断的单火开关电路，如图3所示，在实施例六基础上，第二整流电路301，包括：

正极与火线进端口连接，负极与第二光耦器件302连接的第四二极管D4。

本实施例中，当继电器模块100处在开通状态时，互感器201将市电信号传输到次级，通过第四二极管D4实现半波整流后，市电信号依次通过电阻R3、R4、R5进入第二光耦器件302，通过其内部的光电耦合传输到U2的两个输出引脚，这两个输出引脚中一个接控制模块400的I\/O_3引脚，另一个接地。当过零点来到时，U2的两个输出引脚之间关断，I\/O_3通过电阻R6被VCC置高，从而使控制模块400检测到使用单火开关电路的产品的电压过零点信号。

实施例十<\/u>

本实用新型实施例提供了一种继电器过零开断的单火开关电路，如图5所示，在实施例六基础上，第二整流电路301，包括：全波整流电路。

本实施例中，第二整流电路301采用桥式全波整流电路BD1，第二光耦器件302将信号反馈到一个输出引脚，该输出引脚外接驱动三极管Q2的基极，驱动三极管Q2的发射极与第二光耦器件302的另一个引脚共同接地。当过零点过来时，第二光耦器件302的两个输出引脚之间关断，驱动三极管Q2的基极被VCC通过电阻R6置高，驱动三极管Q2的发射极和集电极导通后，控制模块400通过I\/O_3的拉低信号得到使用单火开关电路的产品的电压过零信号。

本实用新型实施例提供的继电器过零开断的单火开关电路中，过零检测分成开态和关态两种模式的架构，每一种模式有一个过零检测电路进行工作，仅需非常小功耗即可实现继电器模块的过零开关动作，大幅度提高使用单火开关电路的产品的使用寿命。基于使用单火开关电路的产品的电压过零点检测来开关继电器模块，延长了继电器模块使用寿命，同时使得使用单火开关电路的产品的功耗很低，不影响小负载时开关的使用。通过保护电路对整个单火开关电路的电流使用情况实现保护，当超过阈值的电流流入单火开关电路时，保护电路会过热断开，以保护后续的电路。通过开态取电电路和关态取电电路分别在继电器模块的开关两个状态下取得能量，输出给后续的稳压电路，从稳压电路输出稳定的直流电压提供给后续的控制模块。市电信号通过火线进端口进入，继电器模块由控制模块控制开断，当继电器模块处在开通状态时，互感器将市电信号传输到次级，通过第一整流电路整流后，信号轮流导通第一光耦器件内部的两个发光二极管，将信号传输到第一光耦器件的两个引脚，从而使控制模块接收到使用单火开关电路的产品的电流过零点信号。当继电器模块处在关断状态时，市电信号通过第二整流电路整流后进入第二光耦器件，通过内部的光电耦合传输到两个输出引脚，这两个输出引脚中一个接控制模块，另一个接地。当使用单火开关电路的产品的电压过零点来到时，两个输出引脚之间关断，控制模块端口被VCC置高，从而使控制模块检测到使用单火开关电路的产品的电压过零点信号。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

设计图