專利名稱：電壓過零檢測裝置及過零投切開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明電壓過零檢測裝置及過零投切開關(guān)屬于電子電器領(lǐng)域，特別是一種能方便應(yīng)用在各種需電壓過零檢測的場合，且能準(zhǔn)確檢測電壓過零、能耗低、光電隔離的電壓過零檢測裝置及一種接通涌流小、可靠性高的過零投切開關(guān)。
背景技術(shù)：
目前在電力系統(tǒng)中，廣泛使用晶閘管、同步開關(guān)、復(fù)合開關(guān)這幾種過零投切開關(guān)對電容等負(fù)載進(jìn)行電壓過零投入，為了使電容投入沖擊電流小，必須保證開關(guān)能在電壓過零點(diǎn)準(zhǔn)確接通，這就要求與主回路開關(guān)兩端連接的電壓過零檢測裝置檢測準(zhǔn)確，目前常用的是由光電耦合器OPTl輸入端與限流電阻Rl串聯(lián)組成輸入回路(見附圖1)，由光電耦合器 OPTl的輸出端輸出電壓過零檢測信號的電壓過零檢測裝置，在交流電壓較低時光電耦合器 OPTl輸出端截止，輸出電壓過零信號，因光電耦合器受目前半導(dǎo)體材料和制造工藝的限制， 都要達(dá)到1毫安以上驅(qū)動輸入電流才能可靠輸出，光電耦合器存在驅(qū)動電流大和光電傳輸效率離散性大的缺點(diǎn)，如要求電壓過零檢測裝置檢測準(zhǔn)確度達(dá)到正負(fù)5V，則要求限流電阻的阻值為5伏/0. 001安=5000歐姆，這里光電耦合器的導(dǎo)通壓降忽略不計，當(dāng)輸入電壓為交流380V時，輸入回路的能耗為(380伏/5000歐姆)X 380伏=28. 88瓦，這就要求限流電阻功率很大來保證足夠的驅(qū)動電流，為兼顧到可接受的能耗，一般限流電阻功率控制在5W 左右，如按5W計算，限流電阻的阻值為380伏/ (5瓦/380伏)=28880歐姆；電壓過零檢測裝置檢測準(zhǔn)確度為0. 001安>^8880歐姆=28. 88伏，大多數(shù)這種簡單采用限流電阻串聯(lián)光電耦合器的電壓過零檢測裝置，電壓過零檢測有正負(fù)幾十伏特偏差，由于電壓過零檢測準(zhǔn)確差的原因，開關(guān)接通會產(chǎn)生較大的浪涌電流，對負(fù)載和開關(guān)本身的使用壽命和可靠性帶來極其不利的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于避免現(xiàn)有電壓過零檢測裝置的不足之處而提供一種電壓過零檢測準(zhǔn)確、能耗低的電壓過零檢測裝置及一種電壓過零投入準(zhǔn)確、可靠性高的過零投切開關(guān)。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來達(dá)到的一種電壓過零檢測裝置，限流電阻與整流電路連接，所述整流電路輸出回路連接儲能電容，電壓檢測電路連接在輸入回路中，所述電壓檢測電路輸出端與所述光電耦合器連接，所述電壓檢測電路在電壓過零時控制所述光電耦合器輸出電壓過零信號，所述光電耦合器的工作能量由所述儲能電容提{共。一種電壓過零檢測裝置，其特征在于所述電壓檢測電路輸入端與所述整流電路輸出端連接，所述電壓檢測電路輸出端與所述光電耦合器連接，所述整流電路輸出端通過二極管與所述儲能電容連接。一種電壓過零檢測裝置，其特征在于所述整流電路輸出回路連接有限幅電路。
—種電壓過零檢測裝置，其特征在于所述整流電路輸入回路連接有限幅電路。一種電壓過零檢測裝置，其特征在于所述電壓檢測電路工作電源端連接至所述儲能電容。一種過零投切開關(guān)，其特征在于，包括以上所述任意項(xiàng)的電壓過零檢測裝置、主回路開關(guān)、控制電路，所述電壓過零檢測裝置輸入端與所述主回路開關(guān)連接，所述電壓過零檢測裝置輸出端與所述控制電路連接，所述控制電路與所述主回路開關(guān)控制端連接，所述控制電路連接有供電電源；一種過零投切開關(guān)，其特征在于所述控制電路連接有控制端口。一種過零投切開關(guān)，其特征在于所述主回路開關(guān)為機(jī)械開關(guān)。一種過零投切開關(guān)，其特征在于所述主回路開關(guān)為功率半導(dǎo)體。一種過零投切開關(guān)，其特征在于所述主回路開關(guān)由機(jī)械開關(guān)與功率半導(dǎo)體并聯(lián)組成。其工作原理本電壓過零檢測裝置在輸入電壓非過零期間通過限流電阻、整流電路對儲能電容儲能，利用電容儲存的能量提供光電耦合器工作能量，電壓檢測電路在輸入電壓過零期間驅(qū)動光電耦合器輸出電壓過零信號。本發(fā)明設(shè)計合理，本電壓過零檢測裝置利用輸入電壓在非過零期間通過限流電阻、整流電路整流對儲能電容儲能，由儲能電容儲存的能量提供光電耦合器工作能量，電壓檢測電路在輸入電壓過零期間驅(qū)動光電耦合器導(dǎo)通輸出，由于交流電非過零期間時間長， 儲能電容能有足夠的時間進(jìn)行儲能，而光電耦合器驅(qū)動輸出過零信號時間極短(幾微秒至數(shù)十微秒)，這樣整個電路消耗能量很小的情況下，光電耦合器也能獲的足夠的驅(qū)動電流， 具有極快的響應(yīng)速度，可以使得電壓過零檢測裝置選用阻值較大、功率很小的限流電阻，也可達(dá)到電壓過零檢測準(zhǔn)確的目的(可達(dá)幾伏范圍內(nèi))，本電壓過零檢測裝置具有電壓過零檢測準(zhǔn)確、能耗低的特點(diǎn)，適合于各種需電壓過零檢測的場合中應(yīng)用。采用本發(fā)明電壓過零檢測裝置作為過零檢測的過零投切開關(guān)，很大地提高了主回路開關(guān)電壓過零接通的準(zhǔn)確性，減少了接通負(fù)載瞬間對主回路開關(guān)的大電流沖擊，使得本發(fā)明的過零投切開關(guān)具有接通涌流小、可靠性高、電壽命長的優(yōu)點(diǎn)。


附圖1是目前常用的電壓過零檢測裝置電路示意圖。附圖2是本發(fā)明電壓過零檢測裝置實(shí)施例之一電路示意圖。附圖3是本發(fā)明電壓過零檢測裝置實(shí)施例之二電路示意圖。附圖4是本發(fā)明電壓過零檢測裝置實(shí)施例之三電路示意圖。附圖5是本發(fā)明過零投切開關(guān)實(shí)施例之一電路示意圖。附圖6是本發(fā)明過零投切開關(guān)實(shí)施例之二電路示意圖。附圖7是本發(fā)明過零投切開關(guān)實(shí)施例之三電路示意圖。
具體實(shí)施例方式如附圖2所示的電壓過零檢測裝置，JU J2為電壓過零檢測裝置輸入回路的輸入端點(diǎn)，J3、J4為本電壓過零檢測裝置輸出端點(diǎn)，輸入信號經(jīng)限流電阻R1、整流電路Dl整流(附圖2中Dl為二極管)、儲能電容Cl儲能，儲能電容Cl連接限幅電路Zl (附圖2中限幅電路由穩(wěn)壓二極管Zl組成)，電壓檢測電路A連接在本裝置的輸入回路中，電壓檢測電路A 輸出端與光電耦合器OPTl連接，光電耦合器OPTl供電能量由儲能電容Cl提供。工作過程本電壓過零檢測裝置在輸入電壓非過零期間通過限流電阻R1、整流電路Dl整流對儲能電容Cl儲能，當(dāng)電壓檢測電路A在輸入電壓過零期間輸出為低電平，儲能電容Cl提供驅(qū)動工作能量驅(qū)動光電耦合器OPTl，輸出電壓過零檢測信號。注在此實(shí)施例中，整流電路D1與限流電阻Rl連接不分前后，即限流電阻Rl可以放在整流電路Dl輸入端也可以放在整流電路Dl輸出端，工作原理相同，限幅電路有兩個 穩(wěn)壓二極管Z1、穩(wěn)壓二極管Z2，當(dāng)在輸入電壓較低時可以省略；電壓檢測電路A中，R2為限流電阻，ICl為電壓監(jiān)控IC。如附圖3所示的電壓過零檢測裝置，JU J2為電壓過零檢測裝置輸入回路的輸入端點(diǎn)，J3、J4為本電壓過零檢測裝置輸出端點(diǎn)，輸入信號經(jīng)限流電阻R1、整流電路BR1、二極管Dl ( 二極管Dl用于在輸入電壓過零時阻止儲能電容Cl電流回流，避免影響到電壓檢測電路A的電壓過零檢測)，給儲能電容Cl儲能，整流電路BRl輸出回路中連接有限幅電路 Zl (附圖3中限幅電路由穩(wěn)壓二極管Zl組成，當(dāng)電壓檢測電路A內(nèi)置有限幅電路時，限幅電路Zl可以省略)，電壓檢測電路A輸入端與整流電路BRl輸出端連接，電壓檢測電路A輸出端與光電耦合器OPTl連接，光電耦合器OPTl由儲能電容Cl提供驅(qū)動工作能量。工作過程本電壓過零檢測裝置在輸入電壓非過零期間通過限流電阻Rl限流、整流電路BRl整流、限幅電路Zl限幅、再經(jīng)二極管Dl對儲能電容Cl儲能，當(dāng)電壓檢測電路A 在輸入電壓過零期間輸出為低電平，光電耦合器OPTl輸入端由儲能電容Cl提供工作能量， 光電耦合器OPTl輸出過零檢測信號。注在此實(shí)施例中，由于驅(qū)動輸出過零信號時間極短約幾微秒至幾十微秒，儲能電容Cl能量消耗很低，在驅(qū)動輸出過零信號期間儲能電容Cl時間已處于一種充滿電狀態(tài)，本裝置整個輸入回路呈現(xiàn)的是高阻狀態(tài)(即呈現(xiàn)阻性而非容性)，輸出電壓過零信號不會產(chǎn)生附加相移；電壓檢測電路A，可以用電壓監(jiān)控IC、比較器或晶體管分立元件電路組成，由于電路簡單在此就不贅述，在此實(shí)施例附圖中，限幅電路Zl連接在整流電路BRl的輸出端， 在實(shí)際應(yīng)用中也可以連接在整流電路BRl的輸入回路中(限幅電路Zl由附圖3的單只穩(wěn)壓二極管改為兩只穩(wěn)壓二極管反相串聯(lián)即可)，或連接在整流電路BRl輸出回路中的儲能電容Cl兩端，工作原理完全相同。如附圖4所示的電壓過零檢測裝置，Jl、J2為電壓過零檢測裝置輸入端點(diǎn)，J3、J4 為本電壓過零檢測裝置輸出端點(diǎn)，輸入信號經(jīng)限流電阻R1、整流電路BR1、二極管元件Dl隔離，給儲能電容Cl儲能，整流電路BRl輸入回路連接有由穩(wěn)壓二極管Zl與穩(wěn)壓二極管Z2 反向串聯(lián)組成的限幅電路，電壓檢測電路A輸入端與整流電路BRl輸出端連接，電壓檢測電路A工作電源端與儲能電容Cl連接，電壓檢測電路A輸出端與光電耦合器OPTl連接，光電耦合器OPTl驅(qū)動工作能量由儲能電容Cl提供。工作過程本電壓過零檢測裝置在輸入電壓非過零期間通過限流電阻Rl限流、限幅電路限幅、整流電路BRl整流、再通過二極管Dl對儲能電容Cl儲能，當(dāng)電壓檢測電路A 在輸入電壓過零期間輸出為高電平，光電耦合器OPTl輸入端由儲能電容Cl提供工作能量， 光電耦合器OPTl輸出過零檢測信號。
注實(shí)施例3與實(shí)施例4主要不同之處在于，電壓檢測電路A有一工作電源連接至儲能電容Cl端，適合于需要穩(wěn)定電壓才能工作的電壓檢測電路使用；與整流電路BRl輸入回路連接的由穩(wěn)壓二極管Z1、Z2組成的限幅電路，完全也可以連接在整流電路BRl輸出回路中(如整流電路BRl整流輸出端、儲能電容Cl兩端)，工作原理相同。如附圖5所示的過零投切開關(guān)，Jl、J2為主回路開關(guān)KMl (附圖5主回路開關(guān)KMl 為機(jī)械開關(guān))的輸入和輸出端點(diǎn)，電壓過零檢測裝置C與主回路開關(guān)KMl連接，電壓過零檢測裝置C的輸出端和主回路開關(guān)KMl控制端與控制電路B連接，J3、J4為控制電路B的電源輸入端口，J5、J6為控制電路B控制端口(當(dāng)過零投切開關(guān)是上電閉合，斷電分?jǐn)嗫刂品绞降?，J5、J6控制端口可以省略)。工作過程控制電路B得電，當(dāng)控制電路B的控制端口 J5、J6輸入有控制信號時， 控制電路B根據(jù)電壓過零檢測裝置C輸入的過零電壓信號，控制電路B開始打開內(nèi)部定時器定時，根據(jù)機(jī)械開關(guān)KMl的控制線圈上電到機(jī)械開關(guān)KMl閉合的時間來計算出控制電路B 輸出到機(jī)械開關(guān)KMl控制線圈的控制信號相對于電壓過零點(diǎn)的滯后時間，使得在電壓過零時機(jī)械開關(guān)KMl接通，控制電路B輸出驅(qū)動機(jī)械開關(guān)KMl的控制線圈期間，控制電路B不斷檢測由電壓過零檢測裝置C輸入的電壓過零信號，如機(jī)械開關(guān)KMl閉合不是在電壓零點(diǎn)的要求范圍內(nèi)，修正控制電路B內(nèi)的存儲器數(shù)據(jù)，以便下次準(zhǔn)確電壓過零投入，此開關(guān)很適合對電容等負(fù)載無涌流投入。如附圖6所示的過零投切開關(guān)，JU J2為主回路開關(guān)功率半導(dǎo)體SCRl (附圖6功率半導(dǎo)體SCRl為晶閘管)輸入和輸出端點(diǎn)，電壓過零檢測裝置C與主回路開關(guān)SCRl連接， 電壓過零檢測裝置C的輸出端和主回路開關(guān)SCRl控制端與控制電路B連接，J3、J4為控制電路B的電源輸入端口，J5、J6為控制電路B控制端口(當(dāng)過零投切開關(guān)是上電閉合，斷電分?jǐn)嗫刂品绞降?，J5、J6控制端口可以省略)。工作過程控制電路B得電，當(dāng)控制電路B的控制端口 J5、J6輸入有控制信號時， 控制電路B在電壓過零檢測裝置C輸入有過零電壓信號期間，控制主回路開關(guān)SCRl電壓過零接通，可以達(dá)到對負(fù)載(如電容)電壓過零投入的目的，消除接通涌流沖擊對主回路開關(guān)功率半導(dǎo)體SCRl和負(fù)載電容壽命的影響；當(dāng)控制電路B在控制端口 J5、J6輸入無控制信號時，控制電路B控制主回路開關(guān)SCRl關(guān)閉。如附圖7所示的過零投切開關(guān)，主回路開關(guān)由功率半導(dǎo)體SCRl與機(jī)械開關(guān)KMl并聯(lián)組成，JU J2為主回路開關(guān)的輸入和輸出端點(diǎn)，電壓過零檢測裝置C與主回路開關(guān)連接， 電壓過零檢測裝置C的輸出端、主回路開關(guān)SCRl的控制端和機(jī)械開關(guān)KMl的控制端與控制電路B連接，J3、J4為控制電路B的電源輸入端口，J5、J6為控制電路B控制端口(當(dāng)過零投切開關(guān)是上電閉合，斷電分?jǐn)嗫刂品绞降?，J5、J6控制端口可以省略)。工作過程控制電路B得電，當(dāng)控制電路B的控制端口 J5、J6輸入有控制信號時， 控制電路B在電壓過零檢測裝置C輸入有過零電壓信號期間，控制主回路開關(guān)SCRl電壓過零接通，然后控制機(jī)械開關(guān)KMl接通，達(dá)到對電容等負(fù)載無涌流投入的目的，消除接通涌流沖擊對主回路開關(guān)功率半導(dǎo)體SCRl和負(fù)載電容壽命的影響；當(dāng)控制電路B在控制端口 J5、 J6輸入無控制信號時，控制電路B控制主回路開關(guān)SCRl導(dǎo)通，然后控制機(jī)械開關(guān)KMl分?jǐn)啵?機(jī)械開關(guān)KMl分?jǐn)嗪?，關(guān)閉功率半導(dǎo)體SCR1，完成分?jǐn)噙^程。
權(quán)利要求
1.一種電壓過零檢測裝置，包括限流電阻、光電耦合器，其特征在于其還包括整流電路、儲能電容、電壓檢測電路；所述限流電阻與所述整流電路連接，所述整流電路輸出回路連接所述儲能電容，所述電壓檢測電路連接在輸入回路中，所述電壓檢測電路輸出端與所述光電耦合器連接，所述電壓檢測電路在電壓過零時控制所述光電耦合器輸出電壓過零信號，所述光電耦合器的工作能量由所述儲能電容提供。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓過零檢測裝置，其特征在于所述電壓檢測電路輸入端與所述整流電路輸出端連接，所述電壓檢測電路輸出端與所述光電耦合器連接，所述整流電路輸出端通過二極管與所述儲能電容連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓過零檢測裝置，其特征在于所述整流電路輸出回路連接有限幅電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓過零檢測裝置，其特征在于所述整流電路輸入回路連接有限幅電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓過零檢測裝置，其特征在于所述電壓檢測電路工作電源端連接至所述儲能電容。
6.一種過零投切開關(guān)，其特征在于包括根據(jù)權(quán)利1至5任意項(xiàng)的電壓過零檢測裝置、主回路開關(guān)、控制電路，所述電壓過零檢測裝置輸入端與所述主回路開關(guān)連接，所述電壓過零檢測裝置輸出端與所述控制電路連接，所述控制電路與所述主回路開關(guān)控制端連接，所述控制電路連接有供電電源。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的過零投切開關(guān)，其特征在于所述控制電路連接有控制端口。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的過零投切開關(guān)，其特征在于所述主回路開關(guān)為機(jī)械開關(guān)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的過零投切開關(guān)，其特征在于所述主回路開關(guān)為功率半導(dǎo)體。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的過零投切開關(guān)，其特征在于所述主回路開關(guān)由機(jī)械開關(guān)與功率半導(dǎo)體并聯(lián)組成。
全文摘要
本發(fā)明電壓過零檢測裝置及過零投切開關(guān)屬于電子電器領(lǐng)域，本電壓過零檢測裝置利用輸入電壓在非過零期間對儲能電容儲能，由儲能電容儲存的能量提供光電耦合器工作能量，電壓檢測電路在輸入電壓過零期間控制光電耦合器導(dǎo)通輸出，具有電壓過零檢測準(zhǔn)確、能耗低的特點(diǎn)；采用本發(fā)明電壓過零檢測裝置作為過零檢測的過零投切開關(guān)，很大地提高了主回路開關(guān)電壓過零接通的準(zhǔn)確性，減少了接通負(fù)載瞬間對主回路開關(guān)的大電流沖擊，使得本發(fā)明的過零投切開關(guān)具有接通涌流小、可靠性高、電壽命長的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G01R19/175GK102323472SQ201110279188
公開日2012年1月18日 申請日期2011年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月8日
發(fā)明者郭橋石 申請人:廣州市金矢電子有限公司