CN110286263A - 过零检测装置及同步开关 - Google Patents

Abstract

本发明过零检测装置及同步开关属于电学领域，其包括一半导体开关、第一限流元件、第一光电耦合器、一整流器件、一电容，所述半导体开关的控制端通过所述第一限流元件与所需检测的机械开关连接，工作电源通过所述整流器件为所述电容充电，所述电容通过所述第一光电耦合器的控制端、所述半导体开关形成放电回路，所述第一光电耦合器输出检测信号，用于所述机械开关分断过程中所述机械开关的两端电压的检测。本发明过零检测装置具有电路简单、检测精度高、成本低的优点。

Description

过零检测装置及同步开关

技术领域

本发明过零检测装置及同步开关属于电学领域,特别是一种适合应用于接触器、继电器及其它机械开关中作为过零检测的过零检测装置，及一种无需电流传感器的同步开关。

背景技术

目前在电气控制***中，广泛使用光电耦合器串联一限流电阻组成过零检测装置，由于光电耦合器驱动电流大、驱动电流离散性大，存在限流电阻能耗大及检测过零盲区大的缺点（在220V交流***中，一般为十几伏以上），不适合在同步开关中用于机械开关断开的检测。

发明内容

本发明的目的在于针对现有过零检测装置的不足之处而提供一种工作能耗低、成本低、检测精度高，且可以在同步开关中使用的过零检测装置，及一种无需电流传感器、成本低、投切精度高的同步开关。

实现本发明的目的是通过以下技术方案来达到的：

一种过零检测装置，包括一半导体开关、第一限流元件、第一光电耦合器、一整流器件、一电容，半导体开关的控制端通过第一限流元件与所需检测的机械开关连接，工作电源通过整流器件为电容充电，电容通过第一光电耦合器的控制端、半导体开关形成放电回路，第一光电耦合器输出检测信号。

一种过零检测装置，半导体开关在检测到机械开关两端的电压大于零时导通。

一种过零检测装置，半导体开关包括一晶体管，或达林顿管，或一达林顿电路，或晶体管驱动晶体管电路。

一种过零检测装置，工作电源由一变压器输出绕组提供。

一种过零检测装置，为半波检测电路。

一种过零检测装置，包括第二限流元件、一稳压器件，第二限流元件与整流器件串联，稳压器件与电容并联，或稳压器件通过整流器件与电容并联。

一种过零检测装置，工作电源由中性线或相对于机械开关的另一相线提供。

一种同步开关，其包括所述的过零检测装置，还包括控制单元、机械开关，控制单元与机械开关连接，半导体开关的控制端通过第一限流元件与机械开关连接，第一光电耦合器输出信号传递至控制单元。

一种同步开关，控制单元根据第一光电耦合器输出的信号，调整控制机械开关闭合或分断的时间参数。

一种同步开关，连接一用于控制放电回路的第二光电耦合器，第二光电耦合器的控制端与控制单元连接。

一种同步开关，在闭合的工作过程中，控制单元提供第二光电耦合器控制信号，控制机械开关在放电回路导通后闭合。

一种同步开关，还包括一单向晶闸管，单向晶闸管与机械开关并联，半导体开关的控制端通过第一限流元件与单向晶闸管的阳极连接，电容通过半导体开关、单向晶闸管的触发极、单向晶闸管的阴极形成驱动回路，半导体开关用于检测单向晶闸管的导通时间，控制单元根据单向晶闸管的导通时间调整控制机械开关的时间参数。

一种同步开关，连接一用于控制放电回路的第二光电耦合器，第二光电耦合器的控制端与控制单元连接。

一种同步开关，在闭合的工作过程中，控制单元先提供第二光电耦合器控制信号，控制机械开关在单向晶闸管过零导通后四分之一周波内闭合。

一种同步开关，在分断的工作过程中，控制单元控制机械开关断开，且满足单向晶闸管导通时间小于半个周波。

一种同步开关，半导体开关包括第一晶体管、第二晶体管、二极管，第一晶体管为PNP型晶体管、第二晶体管为NPN型晶体管，第二晶体管的基极通过第一限流元件与单向晶闸管的阳极连接，第二晶体管的发射极与单向晶闸管的阴极连接，第二晶体管的集电极与第一晶体管的基极连接，第一晶体管的发射极、第一晶体管的集电极串联在放电回路中，二极管与第二晶体管的发射极、第二晶体管的基极反向并联。

本发明过零检测装置具有电路简单、检测精度高、成本低的优点。

利用本发明过零检测装置的本发明同步开关具有无需电流传感器、投切准确、性价比高的优点。

附图说明

图1本发明过零检测装置及同步开关的实施例一电路原理图。

图2本发明过零检测装置及同步开关的实施例一达林顿电路原理图。

图3本发明过零检测装置及同步开关的实施例二电路原理图。

图4本发明过零检测装置及同步开关的实施例三电路原理图。

图5本发明过零检测装置及同步开关的实施例三半导体开关电路原理图。

具体实施方式

本发明过零检测装置及同步开关的实施例一，如图1所示：

一种过零检测装置，其为半波检测电路，其包括半导体开关Q1、第一光电耦合器OPT1、第一限流元件R1（电阻）、整流器件D1（二极管）、电容C1，半导体开关Q1（晶体管）的控制端通过第一限流元件R1与所需检测的机械开关K1的两端连接，工作电源（工作电源由变压器输出绕组提供）通过整流器件D1为电容C1充电，电容C1通过第一光电耦合器OPT1的控制端、半导体开关Q1形成放电回路，第一光电耦合器OPT1输出检测信号，串联在电容C1放电回路的第三电阻R3用于限流，根据需要选用。

半导体开关Q1：为方便理解，图1为一晶体管Q1，第四电阻R4、二极管Z3与晶体管Q1的基极、发射极并联，当晶体管Q1内置有相关部件时，可省略，实际应用时为降低第一限流元件R1的功耗，也可以为达林顿管，或一达林顿电路，或晶体管驱动晶体管电路，相关电路如图2所示，半导体开关Q1在检测到机械开关K1两端电压大于零且满足半导体开关Q1驱动电压时导通。

一种同步开关包括以上所述的过零检测装置，还包括控制单元（A）、机械开关K1，控制单元（A）与机械开关K1连接，半导体开关Q1的控制端通过第一限流元件R1与机械开关K1连接，第一光电耦合器OPT1输出信号传递至控制单元（A）。

工作原理：在同步开关分断工作过程中，控制单元（A）控制机械开关K1两端电压在满足驱动半导体开关Q1导通电压方向，且导通时间小于四分之一周波分断，控制单元（A）可以根据第一光电耦合器OPT1输出的信号，调整控制机械开关K1分断的时间参数；如需过零接通，在同步开关闭合工作过程中，控制单元（A）控制机械开关K1在两端电压满足驱动半导体开关Q1导通电压方向时闭合，控制单元（A）可以根据第一光电耦合器OPT1输出的信号，调整控制机械开关K1闭合的时间参数。

本发明过零检测装置及同步开关的实施例二，如图3所示：

一种过零检测装置，其为半波检测电路，包括半导体开关Q1、第一限流元件R1（电阻）、整流器件D1（二极管）、电容C1、第二限流元件R2（电阻）、稳压器件Z1、第一光电耦合器OPT1、第二光电耦合器OPT2，半导体开关Q1（晶体管）的控制端通过第一限流元件R1与所需检测的机械开关K1的两端连接，工作电源（图中工作电源由中性线提供，也可以由相对于机械开关K1的另一相线提供）通过第二限流元件R2、整流器件D1为电容C1充电，电容C1通过第一光电耦合器OPT1的控制端、第二光电耦合器OPT2、半导体开关Q1形成放电回路，第一光电耦合器OPT1输出检测信号，稳压器件Z1与电容C1并联（也可以稳压器件Z1通过整流器件D1与电容C1并联），第二光电耦合器OPT2用于控制放电回路，其不限于与放电回路串联，也可以与半导体开关Q1控制端连接，当用在同步开关时，且不需要过零投入时，第二光电耦合器OPT2可以省略，串联在电容C1放电回路的第三电阻R3用于限流，根据需要选用。

半导体开关Q1：为方便理解，图3为一晶体管Q1，第四电阻R4、二极管Z3与晶体管Q1的基极、发射极并联，当晶体管Q1内置有相关部件时，可省略，实际应用时为降低第一限流元件R1功耗，也可以为达林顿管，或一达林顿电路，或晶体管驱动晶体管电路，相关电路如图2所示，半导体开关Q1在检测到机械开关K1两端电压大于零且满足半导体开关Q1驱动电压时导通。

一种同步开关包括以上所述的过零检测装置，还包括控制单元（A）、机械开关K1，控制单元（A）与机械开关K1连接，半导体开关Q1的控制端通过第一限流元件R1与机械开关K1连接，第一光电耦合器OPT1输出信号传递至控制单元（A），第二光电耦合器OPT2的控制端与控制单元（A）连接。

工作原理：如需过零接通，在闭合的工作过程中，控制单元（A）提供第二光电耦合器OPT2控制信号，控制机械开关K1在电容C1的放电回路导通后闭合，控制单元（A）控制机械开关K1在两端电压满足驱动半导体开关Q1导通电压方向时闭合，控制单元（A）根据第一光电耦合器OPT1输出的信号，调整控制机械开关K1闭合的时间参数。在同步开关分断工作过程中，控制单元（A）控制机械开关K1在两端电压满足驱动半导体开关Q1导通电压方向，且驱动时间小于四分之一周波分断，然后关闭第二光电耦合器OPT2导通控制信号，控制单元（A）根据第一光电耦合器OPT1输出的信号，调整控制机械开关K1分断的时间参数。

本实施例，无需变压器提供过零检测装置工作电源，直接有机械开关K1所在的交流电网非隔离供电，其采用电容储能驱动第一光电耦合器OPT1的驱动形式，通过第二限流元件R2电流可以设定为0.1毫安左右，设为0.1毫安，当工作电压为220V时，能耗仅为0.022W，在机械开关K1闭合时，半导体开关Q1截止，电容C1处于充电状态，当需要同步开关过零接通控制时，只需要增加用于控制电容C1放电的第二光电耦合器OPT2即可，本实施例具有电路简单、能耗小、成本低的优点。

本发明过零检测装置及同步开关的实施例三，如图4所示：

一种过零检测装置，其为半波检测电路，其包括半导体开关（B）、第一限流元件R1、整流器件D1（二极管）、电容C1、第二限流元件R2、稳压器件Z1、第一光电耦合器OPT1、第二光电耦合器OPT2，半导体开关（B）（晶体管）的控制端通过第一限流元件R1与所需检测的信号源（机械开关的K1两端）连接，工作电源（图中工作电源由中性线提供，也可以由相对于信号源的另一相线提供）通过第二限流元件R2、整流器件D1为电容C1充电，电容C1通过第一光电耦合器OPT1的控制端、第二光电耦合器OPT2、半导体开关（B）、单向晶闸管SCR1的触发极、单向晶闸管SCR1的阴极形成放电回路，第一光电耦合器OPT1输出检测信号，稳压器件Z1通过整流器件D1与电容C1并联（也可以稳压器件Z1直接与电容C1并联），第二光电耦合器OPT2用于控制放电回路，其不限于与放电回路串联，也可以与半导体开关（B）控制端连接，当用在同步开关，且不需要过零投入时，第二光电耦合器OPT2可以省略，串联在电容C1放电回路的第三电阻R3用于限流，根据需要选用。

半导体开关（B）：如图5所示，半导体开关（B）在检测到机械开关K1两端电压大于零且满足半导体开关（B）驱动电压时导通；半导体开关（B）包括第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、二极管D2、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7，第一晶体管Q1为PNP型晶体管、第二晶体管Q2为NPN型晶体管，第二晶体管Q2的基极通过第一限流元件R1与单向晶闸管SCR1的阳极连接，第二晶体管Q2的发射极与单向晶闸管SCR1的阴极连接，第二晶体管Q2的集电极与第一晶体管Q1的基极连接，第一晶体管Q1的发射极、第一晶体管Q1的集电极串联在电容C1的放电回路中，二极管D2与第二晶体管Q2的发射极、第二晶体管Q2的基极反向并联，第五电阻R5与二极管D1并联，第六电阻R6两端分别与第一晶体管Q1的基极、第一晶体管Q1的发射极连接，第七电阻R7串联在第一晶体管Q1的基极用于限流，第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7根据需要选用。

一种同步开关，包括以上所述的过零检测装置，还包括控制单元（A）、机械开关K1、单向晶闸管SCR1（半控型器件），控制单元（A）与机械开关K1连接，半导体开关（B）的控制端通过第一限流元件R1与机械开关K1连接，第一光电耦合器OPT1输出信号传递至控制单元（A），第二光电耦合器OPT2的控制端与控制单元（A）连接，单向晶闸管SCR1与机械开关K1并联，半导体开关（B）的控制端通过第一限流元件R1与单向晶闸管SCR1的阳极连接，电容C1通过第一光电耦合器OPT1的控制端、第二光电耦合器OPT2、半导体开关（B）、单向晶闸管SCR1的触发极、单向晶闸管SCR1的阴极形成驱动回路，半导体开关（B）用于检测单向晶闸管SCR1的导通时间，控制单元（A）根据单向晶闸管SCR1的导通时间调整控制机械开关K1的时间参数。注：第一光电耦合器OPT1的控制端、第二光电耦合器OPT2不限于与单向晶闸管SCR1的驱动回路串联，也可以串联在半导体开关（B）的内部电路中，如与半导体开关（B）的2脚、4脚回路串联。

工作原理：如需过零接通，在闭合的工作过程中，控制单元（A）提供第二光电耦合器OPT2控制信号，控制机械开关K1在单向晶闸管SCR1过零导通后四分之一周波内闭合，控制单元（A）根据第一光电耦合器OPT1输出的信号，调整控制机械开关闭合的时间参数，在分断的工作过程中，控制单元（A）控制机械开关K1满足单向晶闸管SCR1导通时间小于半个周波断开，控制单元（A）根据第一光电耦合器OPT1输出的信号，调整控制机械开关分断的时间参数。

本实施例，无需变压器提供过零检测装置工作电源及单向晶闸管SCR1的驱动能量，直接由机械开关K1所在的交流电网非隔离供电，其采用电容储能驱动第一光电耦合器OPT1和单向晶闸管SCR1的形式，通过第二限流元件R2的电流可以设定为0.1毫安左右，如设为0.1毫安，当工作电压为220V时，能耗仅为0.022W，在机械开关K1闭合时，半导体开关Q1截止，电容C1处于充电状态，当需要同步开关过零接通控制时，只需要增加用于控制电容C1放电的第二光电耦合器OPT2即可，单向晶闸管SCR1的驱动不需要高压电子开关（如3083光耦驱动）及触发变压器，本实施例具有单向晶闸管SCR1导通时间短、过载能力强、电路简单、性价比高、可靠性的优点；由一变压器一绕组提供单向晶闸管SCR1驱动能量和过零检测装置的工作电源时，本实施例的第二限流元件R2、稳压器件Z1、第二光电耦合器OPT2可以省略。

综上所述：本发明过零检测装置具有电路简单、功耗小、检测精度高、成本低的优点。

采用本发明过零检测装置的本发明同步开关具有无需电流传感器，不会因负载电流的大小影响精度，具有投切准确、性价比高的优点。

Claims (11)

1.一种过零检测装置，其特征是：其包括一半导体开关、第一限流元件、第一光电耦合器、一整流器件、一电容，所述半导体开关的控制端通过所述第一限流元件与所需检测的机械开关连接，工作电源通过所述整流器件为所述电容充电，所述电容通过所述第一光电耦合器的控制端、所述半导体开关形成放电回路，所述第一光电耦合器输出检测信号，用于所述机械开关分断过程中所述机械开关的两端电压的检测。

2.根据权利要求1所述的过零检测装置，其特征是：所述半导体开关在检测到所述机械开关两端的电压大于零时导通。

3.根据权利要求1所述的过零检测装置，其特征是：所述半导体开关包括一晶体管，或达林顿管，或一达林顿电路，或晶体管驱动晶体管电路。

4.根据权利要求1所述的过零检测装置，其特征是：所述工作电源由一变压器输出绕组提供。

5.根据权利要求1所述的过零检测装置，其特征是：其为半波检测电路。

6.根据权利要求1所述的过零检测装置，其特征是：包括第二限流元件、一稳压器件，所述第二限流元件与所述整流器件串联，所述稳压器件与所述电容并联，或所述稳压器件通过所述整流器件与所述电容并联。

7.根据权利要求6所述的过零检测装置，其特征是：所述工作电源由中性线或相对于所述机械开关的另一相线提供。

8.一种同步开关，其特征是：其包括根据权利要求1至7中任一权利要求所述的过零检测装置，还包括控制单元、所述机械开关，所述控制单元与所述机械开关连接，所述半导体开关的控制端通过所述第一限流元件与所述机械开关连接，所述第一光电耦合器输出信号传递至所述控制单元。

9.根据权利要求8所述的同步开关，其特征是：所述控制单元根据所述第一光电耦合器输出的信号，调整控制所述机械开关闭合或分断的时间参数。

10.根据权利要求9所述的同步开关，其特征是：连接一用于控制所述放电回路的第二光电耦合器，所述第二光电耦合器的控制端与所述控制单元连接。

11.根据权利要求10所述的同步开关，其特征是：在闭合的工作过程中，所述控制单元提供所述第二光电耦合器控制信号，控制所述机械开关在所述放电回路导通后闭合。