CN211828542U - 一种开关控制*** - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种开关控制***。该开关控制***包括通讯控制模块及分布开关控制模块；通讯控制模块通过通讯单元接收外部上位机的操控指令，根据操控指令控制第一直流载波通讯电路输出直流载波信号以驱动分布开关控制模块工作；其中，分布开关控制模块中电压过零检测电路对交流输入电源输出的交流电进行过零检测，电压过零检测电路在检测到过零状态时输出过零信号；主控器接收到过零信号时控制功率驱动电路与外部用电负载的传输路径导通。本实用新型实施例实现了开关控制***的小型化、模块化及大功率输出控制等效果。

Description

一种开关控制***

技术领域

本实用新型实施例涉及开关控制领域，尤其涉及一种开关控制***。

背景技术

在工业及照明回路中，通常使用开关控制装置连接在交流电源和外部用电负载之间，实现交流电源和外部用电负载之间的开关控制。

现有开关控制装置主要包括多回路功率开关控制电路。该多回路功率开关控制电路采用交流接触器作为开关控制器件，但现有的交流接触器无法实现对大功率用电负载的开关控制。

另外，现有开关控制装置还包括由外部控制器和附加的电流互感器构成的独立模块，该独立的模块与多回路功率开关控制电路通过外部线路电连接。外部控制器用来实现对多回路功率开关控制电路的控制，电流互感器用来实现对外部交流电源的采集和检测，相互配合完成交流电源和外部用电负载之间的开关控制。显然，这样至少由外部控制器、附加的电流互感器及多回路功率开关控制电路组成的开关控制装置存在占用空间大、接线复杂和故障率高等问题。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种开关控制***，以实现开关控制装置的小型化、模块化和大功率输出控制等效果。

本实用新型实施例提供了一种开关控制***，该开关控制***包括：通讯控制模块及分布开关控制模块。

所述通讯控制模块包括通讯单元和第一直流载波通讯电路，所述通讯控制模块用于通过所述通讯单元接收外部上位机的操控指令，根据所述操控指令控制所述第一直流载波通讯电路输出直流载波信号以驱动所述分布开关控制模块工作；

所述分布开关控制模块包括交流输入电源、主控器、电压过零检测电路和功率驱动电路；

所述交流输入电源分别与所述电压过零检测电路的输入端和所述功率驱动电路的输入端电连接，所述电压过零检测电路的输出端与所述主控器的输入端电连接，所述主控器的输出端与所述功率驱动电路的控制端电连接，所述功率驱动电路的输出端与外部用电负载电连接；

所述电压过零检测电路用于对所述交流输入电源输出的交流电进行过零检测，并在检测到过零状态时输出过零信号；

所述主控器用于在接收到所述过零信号时控制所述功率驱动电路导通以使所述交流输入电源与所述外部用电负载的传输路径的导通。

可选的，所述功率驱动电路包括开关控制电路，所述开关控制电路包括可控硅驱动电路、可控硅、磁保持继电器及磁保持继电器驱动电路；

所述主控器分别与所述可控硅驱动电路和所述磁保持继电器驱动电路电连接；所述可控硅驱动电路与所述可控硅的控制端电连接；所述磁保持继电器驱动电路与所述磁保持继电器的控制端电连接；所述可控硅与所述磁保持继电器并联连接，所述可控硅与所述磁保持继电器的并联输入端电连接所述交流输入电源，所述可控硅与所述磁保持继电器的并联输出端电连接所述外部用电负载；

所述主控器用于根据所述过零信号控制所述可控硅驱动电路驱动所述可控硅导通，再控制所述磁保持继电器驱动电路驱动所述磁保持继电器导通或断开，顺序的当所述磁保持继电器导通或关断时，控制所述可控硅关断。

可选的，所述功率驱动电路还包括功率采集电路；

所述功率采集电路电连接在所述外部用电负载以及所述可控硅与所述磁保持继电器的并联输出端之间；

所述功率采集电路用于当所述主控器控制所述开关控制电路导通以使所述交流输入电源与所述外部用电负载的传输路径的导通时，对流入所述外部用电负载的所述交流输入电进行功率采集以反馈所述外部用电负载的功率异常情况。

可选的，所述分布开关控制模块还包括第二直流载波通讯电路及直流转换器；

所述第二直流载波通讯电路与所述第一直流载波通讯电路电连接，所述第二直流载波通讯电路与所述直流转换器的输入端电连接，所述直流转换器的输出端分别与所述功率驱动电路和所述主控器电连接。

可选的，所述分布开关控制模块包括N个所述功率驱动电路，其中，N大于或等于2；

一个所述功率驱动电路与一个所述外部用电负载对应设置，每个所述功率驱动电路的输入端均与所述交流输入电源电连接，所述功率驱动电路的输出端与所对应的所述外部用电负载电连接。

可选的，所述通讯控制模块还包括交直流电源转换器；

所述交直流电源转换器分别与所述通讯单元和所述第一直流载波通讯电路电连接。

可选的，所述通讯控制模块还包括微处理器和备份电池，所述微处理器分别与所述通讯单元、所述第一直流载波通讯电路及所述交直流电源转换器电连接，所述备份电池和所述交直流电源转换器电连接；

所述微处理器用于根据所述操控指令控制所述第一直流载波通讯电路给所述分布开关控制模块输出所述直流载波信号，还用于在判定所述交直流电源转换器断电时，采用所述备份电池进行供电，并将所述断电信息通过所述通讯单元发送给所述外部上位机。

可选的，所述通讯单元为蓝牙通讯模块、ZigBee通讯模块或无线广域网。

本实用新型实施例中，通讯控制模块通过通讯单元接收外部上位机的操控指令，根据操控指令控制第一直流载波通讯电路输出直流载波信号以驱动分布开关控制模块工作；其中，通过分布开关控制模块中电压过零检测电路对交流输入电源输出的交流电进行过零检测，电压过零检测电路并在检测到过零状态时输出过零信号；然后主控器接收到过零信号时控制功率驱动电路与外部用电负载的传输路径的导通。解决了主控器通过控制小功率开关器件等功率驱动电路与外部用电负载的导通，小功率开关器件无法实现大功率输出控制等问题，同时还解决了现有技术中外部控制器与功率驱动电路作为独立的模块，外部控制器与功率驱动电路通过外部线路电连接，这样会引起的整个开关控制***占用空间大、接线复杂、故障率高等问题，实现了开关控制***的小型化、模块化及控制大功率输出等效果。

附图说明

图1为本实用新型实施例一提供的一种开关控制***的结构框图；

图2是本实用新型实施例二提供的一种开关控制***的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1为本实用新型实施例一提供的一种开关控制***的结构框图，如图1所示，该开关控制***包括通讯控制模块10及分布开关控制模块20；通讯控制模块10包括通讯单元11和第一直流载波通讯电路12，通讯控制模块10用于通过通讯单元11接收外部上位机的操控指令，根据操控指令控制第一直流载波通讯电路12输出直流载波信号以驱动分布开关控制模块20工作。分布开关控制模块20包括交流输入电源21、主控器22、电压过零检测电路23和功率驱动电路24。交流输入电源21分别与电压过零检测电路23的输入端和功率驱动电路24的输入端电连接，电压过零检测电路23的输出端与主控器22的输入端电连接，主控器22的输出端与功率驱动电路24的控制端电连接，功率驱动电路24的输出端与外部用电负载电连接。电压过零检测电路23用于对交流输入电源21输出的交流电进行过零检测，并在检测到过零状态时输出过零信号。主控器22用于在接收到过零信号时控制功率驱动电路24导通以使所述交流输入电源21与外部用电负载的传输路径的导通。

其中，为实现对开关控制***的智能开关控制，本实用新型实施例中开关控制***的开关控制过程为：上位机发出操控指令，开关控制***的通讯控制模块10通过通讯单元11接收上位机的操控指令，通讯单元11接收操控指令并发送至第一直流载波通讯电路12，第一直流载波通讯电路12根据该操控指令产生直流载波信号并输出给分布开关控制模块20以驱动分布开关控制模块20工作。当分布开关控制模块20中的主控器22接收到直流载波信号时，分布开关控制模块20上电以使其中各个器件可以正常工作。

电压过零检测电路23对交流输入电源21输出的交流电进行过零检测，并在检测到过零状态时传输过零信号给主控器22。主控器22接收到电压过零检测电路23输出的过零信号时，控制功率驱动电路24导通，以使交流输入电源21与外部用电负载的传输路径导通。功率驱动电路24与交流输入电源21电连接，功率驱动电路24可以采用大功率开关器件构成，因此功率驱动电路24可以承受来自交流输入电源21输出的较大功率的交流电，这样功率驱动电路24导通时，可以将交流输入电源21的大功率交流电供给给外部用电负载，功率驱动电路24实现了对大功率负载的开关控制。在非过零状态下，主控器22控制功率驱动电路24断开，以使交流输入电源与外部用电负载断开。

另外，分布开关控制模块20中集成有主控器22、功率驱动电路24和交流输入电源23，主控器22在接收到过零信号时控制功率驱动电路24导通，以使交流输入电源21与外部用电负载的传输路径的导通，如此分布开关控制模块20作为一个整体实现了模块化。此外，与现有技术相比，外部控制器与功率驱动电路作为独立的模块，外部控制器与功率驱动电路需通过外部线路电连接，分布开关控制模块20作为一个整体，内部结构简单，接线方式简单，降低了开关控制***占用空间和器件故障率。

实施例二

在上述实施例一的基础上，进一步优化，可选的，图2是本实用新型实施例二提供的一种开关控制***的结构框图，如图2所示，功率驱动电路24包括开关控制电路242，开关控制电路242包括可控硅驱动电路2421、可控硅2422、磁保持继电器2423及磁保持继电器驱动电路2424；

参照图2，主控器22分别与可控硅驱动电路2421和磁保持继电器驱动电路2424电连接；可控硅驱动电路2421与可控硅2422的控制端电连接；磁保持继电器驱动电路2424与磁保持继电器2423的控制端电连接；可控硅2422与磁保持继电器2423并联连接，可控硅2422与磁保持继电器2423的并联输入端电连接交流输入电源21，可控硅2422与磁保持继电器2423的并联输出端电连接外部用电负载。

主控器22根据过零信号控制可控硅驱动电路2421驱动可控硅2422导通，再控制磁保持继电器驱动电路2424驱动磁保持继电器2423导通，顺序的当磁保持继电器2423导通时，控制可控硅2422关断。

其中，主控器22根据过零信号控制可控硅驱动电路2421以驱动可控硅2422导通，这样零电压触发可控硅2422开通可以降低可控硅2422的开通损耗。它可以让可控硅2422的损耗降到最低，从而可以延长可控硅2422寿命。

一般地，磁保持继电器是利用电磁线圈在一定的电压下，产生电磁效应，进而产生磁场促使磁保持继电器的动触点和静触电接触或释放，触点一般采用银合金材料，接触阻值较小，发热量低，可以适用于控制大功率负载。但磁保持继电器触点接触和释放的过程中，触点间有施加电流，在导通和切断电流过程中会有电弧的产生，电弧温度较高，会造成触点的烧融，最终会造成磁保持继电器失效。而可控硅作为半导体器件驱动电流负载，是电子开关器件，因存在固定的PN结电压，当持续导通大电流时，可控硅2422会产生大量的热量，会引起大量的热损耗。

基于此，本实施例中主控器22根据过零信号先控制可控硅驱动电路2421以驱动可控硅2422导通，即可控硅2422在瞬间大电流负荷的状态下导通，然后再控制磁保持继电器驱动电路2424驱动磁保持继电器2423导通，避免了磁保持继电器2424承受瞬态大电流负荷进而产生电弧的问题，顺序的当磁保持继电器2423导通时，控制可控硅2422关断，避免了可控硅2422长期导通产生的热损耗等问题。同样的，当要做断开开关控制回路242操作时，主控器22根据过零信号先控制可控硅驱动电路2421驱动可控硅2422导通，而后控制磁保持继电器驱动电路2424驱动磁保持继电器2423断开，顺序地当磁保持继电器2423断开时，控制可控硅2422关断，同样避免了开关控制电路242断开时，磁保持继电器2424瞬间大电流产生电弧的问题。

可选的，继续参照图2，功率驱动电路24还包括功率采集电路241；

功率采集电路241电连接在外部用电负载以及可控硅2422与磁保持继电器2423的并联输出端之间；

功率采集电路241用于当主控器22控制开关控制电路242导通以使交流输入电源21与外部用电负载的传输路径的导通时，对流入外部用电负载的交流输入电进行功率采集以反馈外部用电负载的功率异常情况。

其中，当交流输入电源21与外部用电负载的传输路径的导通时，功率采集电路241可以对流过开关控制电路242的交流输入电进行功率采集，当功率采集电路241采集流过开关控制电路242的交流输入电异常时，一定程度上可以反馈出外部用电负载的功率异常，以作出后续断电操作，实现对外部用电负载的用电保护；当功率采集电路241采集流过开关控制电路242的交流电正常时，可以反馈出外部用电负载的功率正常。

可选的，参照图2，分布开关控制模块20还包括第二直流载波通讯电路25及直流转换器26；

第二直流载波通讯电路25与第一直流载波通讯电路12电连接，第二直流载波通讯电路25与直流转换器26的输入端电连接，直流转换器26的输出端分别与功率驱动电路24和主控器22电连接。

其中，第二直流载波通讯电路25通过电缆与第一直流载波通讯电路12电连接，接收来自第一直流载波通讯电路12的通讯信号和传输的直流电，直流转换器26接收到第一直流载波通讯电路12传输的直流电，经过进一步的降压处理，为主控器22及功率驱动电路24中的各个器件提供安全电压。

可选的，分布开关控制模块20包括N个功率驱动电路24，其中，N大于或等于2。一个功率驱动电路24与一个外部用电负载对应设置，每个功率驱动电路24的输入端均与交流输入电源21电连接，功率驱动电路24的输出端与所对应的外部用电负载电连接。

其中，分布开关控制模块20包括N个功率驱动电路24，主控器22可以灵活控制至少一个功率驱动电路24与对应设置的至少一个外部用电负载的导通，这样实现了交流输入电源21通过至少一个功率驱动电路24为不同回路的外部用电负载供电。需要说明的是，在实际的工业及照明回路中，通常有多路外部用电负载，一个功率驱动电路24与一路外部用电负载对应设置以此实现对该路外部用电负载的独立的开关控制，基于此对于多路外部用电负载的开关控制***中需设置多路控制外部用电负载的功率驱动电路24，来满足不同场景下的需求。这样分布开关模块20中主控器22独立驱动N个功率驱动电路24，提高了主控器22控制功率驱动电路24与外部负载电路导通的灵活性和可扩展性。

可选的，参照图2，通讯控制模10还包括交直流电源转换器13。交直流电源转换器13分别与通讯单元11和第一直流载波通讯电路12电连接。

其中，交直流电源转换器13作为一类开关电源，其提供的交流信号可以经高压整流滤波得到一个直流高压并输出，以此为通讯单元11及第一直流载波通讯电路12供电。具体的，交直流转换器13具有多个输出端，分别与通讯单元11和第一直流载波通讯电路12电连接，可以给通讯单元11和第一直流载波通讯电路12独立供电，通讯单元和第一直流载波通讯电路12的电压可以不同。

可选的，通讯控制模块10还包括微处理器14和备份电池15，微处理器14分别与通讯单元11、第一直流载波通讯电路12及交直流电源转换器13电连接，备份电池15和交直流电源转换器13电连接；

微处理器14用于根据操控指令控制第一直流载波通讯电路12给分布开关控制模块20输出直流载波信号，还用于在判定交直流电源转换器13断电时，采用备份电池15进行供电，并将断电信息通过通讯单元11发送给外部上位机。

其中，微处理器14与交直流电源转换器13电连接，可以判断交直流电源转换器13是否断电，若处于断电状态时，备份电池15为交直流转换器13供电以使微处理器14和通讯单元11正常工作，此时微处理器14可以将检测得到的断电信息通过通讯单元11发送外部上位机，外部上位机发出操控指令给通讯控制模块10以执行后续分布开关控制模块20的断电操作。或者当微处理器14检测到交直流电源转换器13处于断电状态时，采用备份电池15为交直流转换器13供电，实现通讯控制模块10与分布控制模块20的通讯信号的传输，以控制分布控制模块20执行断电操作或者供电操作。

可选的，通讯单元11为蓝牙通讯模块、ZigBee通讯模块或无线广域网。

本实用新型实施例中，功率驱动电路24包括功率采集电路241和开关控制电路242，开关控制电路242包括可控硅驱动电路2421、可控硅2422、磁保持继电器2423及磁保持继电器驱动电路2424；主控器22用于根据过零信号控制可控硅驱动电路2421以驱动可控硅2422导通，然后控制磁保持继电器驱动电路2424驱动磁保持继电器2423导通，顺序的当磁保持继电器2423导通时，控制可控硅2422关断，这样在实现了开关控制***控制大功率输出的基础上，还避免了开关控制电路242中的磁保持继电器2423电弧的产生，还减少了可控硅2422的热损耗；另外分布开关模块20包括N个功率驱动电路24；提高了主控器22控制功率驱动电路24与外部用电负载的传输路径的导通的灵活性和可扩展性。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (8)

1.一种开关控制***，其特征在于，包括：通讯控制模块及分布开关控制模块；

所述通讯控制模块包括通讯单元和第一直流载波通讯电路，所述通讯控制模块用于通过所述通讯单元接收外部上位机的操控指令，根据所述操控指令控制所述第一直流载波通讯电路输出直流载波信号以驱动所述分布开关控制模块工作；

所述分布开关控制模块包括交流输入电源、主控器、电压过零检测电路和功率驱动电路；

所述交流输入电源分别与所述电压过零检测电路的输入端和所述功率驱动电路的输入端电连接，所述电压过零检测电路的输出端与所述主控器的输入端电连接，所述主控器的输出端与所述功率驱动电路的控制端电连接，所述功率驱动电路的输出端与外部用电负载电连接；

所述电压过零检测电路用于对所述交流输入电源输出的交流电进行过零检测，并在检测到过零状态时输出过零信号；

所述主控器用于在接收到所述过零信号时控制所述功率驱动电路导通以使所述交流输入电源与所述外部用电负载的传输路径的导通。

2.根据权利要求1所述的开关控制***，其特征在于，所述功率驱动电路包括开关控制电路，所述开关控制电路包括可控硅驱动电路、可控硅、磁保持继电器及磁保持继电器驱动电路；

所述主控器分别与所述可控硅驱动电路和所述磁保持继电器驱动电路电连接；所述可控硅驱动电路与所述可控硅的控制端电连接；所述磁保持继电器驱动电路与所述磁保持继电器的控制端电连接；所述可控硅与所述磁保持继电器并联连接，所述可控硅与所述磁保持继电器的并联输入端电连接所述交流输入电源，所述可控硅与所述磁保持继电器的并联输出端电连接所述外部用电负载；

所述主控器用于根据所述过零信号控制所述可控硅驱动电路驱动所述可控硅导通，再控制所述磁保持继电器驱动电路驱动所述磁保持继电器导通或断开，顺序的当所述磁保持继电器导通或关断时，控制所述可控硅关断。

3.根据权利要求2所述的开关控制***，其特征在于，所述功率驱动电路还包括功率采集电路；

所述功率采集电路电连接在所述外部用电负载以及所述可控硅与所述磁保持继电器的并联输出端之间；

所述功率采集电路用于当所述主控器控制所述开关控制电路导通以使所述交流输入电源与所述外部用电负载的传输路径的导通时，对流入所述外部用电负载的所述交流输入电进行功率采集以反馈所述外部用电负载的功率异常情况。

4.根据权利要求1所述的开关控制***，其特征在于，所述分布开关控制模块还包括第二直流载波通讯电路及直流转换器；

所述第二直流载波通讯电路与所述第一直流载波通讯电路电连接，所述第二直流载波通讯电路与所述直流转换器的输入端电连接，所述直流转换器的输出端分别与所述功率驱动电路和所述主控器电连接。

5.根据权利要求1所述的开关控制***，其特征在于，所述分布开关控制模块包括N个所述功率驱动电路，其中，N大于或等于2；

一个所述功率驱动电路与一个所述外部用电负载对应设置，每个所述功率驱动电路的输入端均与所述交流输入电源电连接，所述功率驱动电路的输出端与所对应的所述外部用电负载电连接。

6.根据权利要求1所述的开关控制***，其特征在于，所述通讯控制模块还包括交直流电源转换器；

所述交直流电源转换器分别与所述通讯单元和所述第一直流载波通讯电路电连接。

7.根据权利要求6所述的开关控制***，其特征在于，所述通讯控制模块还包括微处理器和备份电池，所述微处理器分别与所述通讯单元、所述第一直流载波通讯电路及所述交直流电源转换器电连接，所述备份电池和所述交直流电源转换器电连接；

所述微处理器用于根据所述操控指令控制所述第一直流载波通讯电路给所述分布开关控制模块输出所述直流载波信号，还用于在判定所述交直流电源转换器断电时，采用所述备份电池进行供电，并将所述断电信息通过所述通讯单元发送给所述外部上位机。

8.根据权利要求1所述的开关控制***，其特征在于，所述通讯单元为蓝牙通讯模块、ZigBee通讯模块或无线广域网。

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