本發(fā)明涉及智能開關(guān)，更具體地說是指高性能智能開關(guān)控制系統(tǒng)及該智能開關(guān)的控制方法。

背景技術(shù)：

近幾年，智能家居高速發(fā)展，其中單品智能開關(guān)與智能插座銷量驚人。

目前市場存在的智能開關(guān)或智能插座，一般使用繼電器控制強電，但是繼電器是物理接觸，觸點耐浪涌較低。在日常生活中見設(shè)備，在開啟設(shè)備時，浪涌電流非常大，普通白熾燈浪涌電流為工作電流10到15倍；容性負(fù)載60則更高，高達(dá)20到40倍。例如選擇一個5A的繼電器，接上1000W白熾燈，工作電流4.5A，但是開啟實測高達(dá)40A，長時間如此強大開啟電流，將對繼電器造成不可恢復(fù)性損傷，大大減少繼電器壽命。

另外，智能開關(guān)強電控制還可選擇使用可控硅控制，但是可控硅在大電流工作時，發(fā)熱高，例如一個3A的可控硅，當(dāng)流過2A的工作電流時，本身功耗就接近5W，相當(dāng)于一個小燈泡在持續(xù)發(fā)熱，溫度高達(dá)100度，2A的電流，僅僅相當(dāng)于400W功率，僅僅能點亮一兩個燈泡。

因此，有必要設(shè)計帶有可控硅與繼電器的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)啟動設(shè)備時浪涌電流小，當(dāng)電流穩(wěn)定時，啟用繼電器工作，避免了繼電器壽命與可控硅發(fā)熱問題，提高繼電器的使用壽命。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供高性能智能開關(guān)控制系統(tǒng)及其方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：高性能智能開關(guān)控制系統(tǒng)，包括輸出電路、MCU以及采樣電路，所述采樣電路包括與輸入電源連接的電壓檢測電路以及與輸入電源連接的電流檢測電路，所述電壓檢測電路的輸出端與所述MCU連接，所述電流檢測電路的輸出端與所述MCU連接，所述輸出電路包括繼電器電路以及可控硅電路，所述繼電器電路的輸入端以及所述可控硅電路的輸入端分別與所述MCU連接，所述繼電器電路以及所述可控硅電路的輸出端分別連接有負(fù)載，所述可控硅電路與所述繼電器電路并聯(lián)。

其進(jìn)一步技術(shù)方案為：所述電流檢測電路包括一級運算放大器以及二級運算放大器，所述一級運算放大器的非反相輸入端以及反相輸入端分別與所述輸入電源連接，所述一級運算放大器的輸出端與所述二級運算放大器的非反相輸入端連接，所述一級運算放大器的反相輸入端和輸出端分別接地，所述二級運算放大器的反相輸入端和輸出端接地，所述二級運算放大器的輸出端還與所述MCU連接。

其進(jìn)一步技術(shù)方案為：所述一級運算放大器的非反向輸入端通過第一電阻與所述輸入電源連接，所述一級運算放大器的反向輸入端通過第二電阻與所述輸入電源連接。

其進(jìn)一步技術(shù)方案為：所述二級運算放大器的非反向輸入端通過第三電阻與所述一級運算放大器的輸出端連接，所述二級運算放大器的反向輸入端通過第四電阻以及第一電容接地。

其進(jìn)一步技術(shù)方案為：所述電壓檢測電路包括電壓運算放大器，所述電壓運算放大器的非反相輸入端與所述二級運算放大器的非反相輸入端連接，所述電壓運算放大器的反相輸入端與輸入電源連接，所述電壓運算放大器的輸出端與所述MCU連接，所述電壓運算放大器的反相輸入端與輸出端接地。

其進(jìn)一步技術(shù)方案為：所述電壓運算放大器的反相輸入端與所述輸入電源之間連接有第九電阻，所述電壓運算放大器的反相輸入端還連接有第十電阻以及第四電容，所述第十電阻以及所述第四電容并聯(lián)接地。

其進(jìn)一步技術(shù)方案為：所述輸入電源為交流電，所述交流電的零線分別與所述一級放大運算器的非反相輸入端和所述電壓放大運算器的反相輸入端連接，所述交流電的火線與所述一級放大運算器的反相輸入端連接。

其進(jìn)一步技術(shù)方案為：所述可控硅電路包括可控硅，所述可控硅的輸入端與輸出端之間并聯(lián)有第十一電阻以及第五電容，所述MCU與所述可控硅的輸入端之間連接有第十二電阻以及第十三電阻，所述第十二電阻與所述第十三電阻連接。

其進(jìn)一步技術(shù)方案為：所述繼電器電路包括繼電器，所述繼電器的兩個常閉觸點分別與所述MCU以及地面連接，所述MCU與所述繼電器的常閉觸點之間連接有第十四電阻、三極管以及高速開關(guān)二極管，所述三極管的基極與所述第十四電阻連接，所述三極管的發(fā)射極接地，所述高速開關(guān)二極管的正極與所述三極管的集電極連接，且所述高速開關(guān)二極管的負(fù)極與所述繼電器的另一常閉觸點連接，所述繼電器的公共端與所述交流電的火線連接，所述繼電器的外部開關(guān)公共端與所述負(fù)載連接。

本發(fā)明還提供了高性能智能開關(guān)的控制方法，包括以下具體步驟：

步驟一、信號采樣步驟，利用電壓檢測電路以及電流檢測電路，采樣輸入電源的交流電信號，并將信號發(fā)送至MCU，獲取電壓過零點、電流值以及相位信息，作為MCU控制決策的依據(jù)；

步驟二、可控硅電路導(dǎo)通步驟，打開負(fù)載開關(guān)，在輸入電源的交流電壓靠近電壓過零點前，導(dǎo)通輸出電路中的可控硅電路，同時檢測電流值，下一個交流電周期，可控硅電路的導(dǎo)通時間加上，如此重復(fù)，慢慢加大可控硅電路打開時間；

步驟三、繼電器電路導(dǎo)通步驟，當(dāng)電流檢測電路檢測到電流穩(wěn)定后，導(dǎo)通繼電器電路，繼電器電路驅(qū)動負(fù)載工作。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：本發(fā)明的高性能智能開關(guān)控制系統(tǒng)，通過設(shè)置輸出電路、MCU以及采樣電路，利用電流檢測電路以及電壓檢測電路實時檢測輸入電源的電信號，當(dāng)負(fù)載開始工作時，先打開輸出電路的可控硅電路，直至檢測電流穩(wěn)定后，打開繼電器電路，電流通過繼電器供給負(fù)載，實現(xiàn)啟動設(shè)備時浪涌電流小，當(dāng)電流穩(wěn)定時，啟用繼電器電路工作，避免了繼電器壽命與可控硅發(fā)熱問題，提高繼電器的使用壽命。

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

附圖說明

圖1為本發(fā)明具體實施例提供的高性能智能開關(guān)控制系統(tǒng)的原理框圖；

圖2為本發(fā)明具體實施例提供的高性能智能開關(guān)控制系統(tǒng)的電流曲線示意圖；

圖3為本發(fā)明具體實施例提供的電流檢測電路的電路示意圖；

圖4為本發(fā)明具體實施例提供的電壓檢測電路的電路示意圖；

圖5為本發(fā)明具體實施例提供的輸出電路的電路示意圖。

附圖標(biāo)記

10 MCU 20 電流檢測電路

30 電壓檢測電路 40 繼電器電路

50 可控硅電路 C39 第一電容

C40 第二電容 C56 第三電容

C57 第四電容 C80 第五電容

D9 高速開關(guān)二極管 Q6 三極管

R119 第十三電阻 R13 第一電阻

R14 第二電阻 R18 第六電阻

R19 第七電阻 R19 第三電阻

R20 第四電阻 R22 第五電阻

R23 第九電阻 R24 第十電阻

R26 第八電阻 R62 第十四電阻

R89 第十一電阻 R9 第十二電阻

60 負(fù)載

具體實施方式

為了更充分理解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)一步介紹和說明，但不局限于此。

如圖1～5所示的具體實施例，本實施例提供的高性能智能開關(guān)控制系統(tǒng)，可以運用在智能開關(guān)或智能插座中，實現(xiàn)啟動設(shè)備時浪涌電流小，當(dāng)電流穩(wěn)定時，啟用繼電器工作，避免了繼電器壽命與可控硅發(fā)熱問題，提高繼電器的使用壽命。

高性能智能開關(guān)控制系統(tǒng)，包括輸出電路、MCU10以及采樣電路，所述采樣電路包括與輸入電源連接的電壓檢測電路30以及與輸入電源連接的電流檢測電路20，所述電壓檢測電路30的輸出端與MCU10連接，所述電流檢測電路20的輸出端與MCU10連接，所述輸出電路包括繼電器電路40以及可控硅電路50，繼電器電路40的輸入端以及可控硅電路50的輸入端分別與所述MCU10連接，繼電器電路40以及可控硅電路50的輸出端分別連接有負(fù)載60，所述可控硅電路50與所述繼電器電路40并聯(lián)。

如圖2所示，MCU10使用采樣電路的電流檢測電路20以及電壓檢測電路30分別采樣輸入電源的電信號，獲取電壓過零點、電流值、相位等信息，用于控制決策；當(dāng)負(fù)載60的開關(guān)打開時，先在輸入電源的電流靠近過零點前打開可控硅電路50(窄箭頭)，同時檢測電流值，下一個交流電周期，可控硅電路50的導(dǎo)通時間加上，即在寬箭頭地方打開可控硅電路50，如此重復(fù)，慢慢加大可控硅電路50打開時間；當(dāng)電流檢測電路20檢測到電流穩(wěn)定后，打開繼電器電路40，負(fù)載60正常工作。

上述的高性能智能開關(guān)控制系統(tǒng)，通過設(shè)置輸出電路、MCU10以及采樣電路，利用電流檢測電路20以及電壓檢測電路30實時檢測輸入電源的電信號，當(dāng)負(fù)載60開始工作時，先打開輸出電路的可控硅電路50，直至檢測電流穩(wěn)定后，打開繼電器電路40，電流通過繼電器電路40供給負(fù)載60，實現(xiàn)啟動設(shè)備時浪涌電流小，當(dāng)電流穩(wěn)定時，啟用繼電器電路40工作，避免了繼電器壽命與可控硅發(fā)熱問題，提高繼電器的使用壽命。

更進(jìn)一步的，上述的電流檢測電路20包括一級運算放大器以及二級運算放大器，所述一級運算放大器的非反相輸入端以及反相輸入端分別與輸入電源連接，一級運算放大器的輸出端與二級運算放大器的非反相輸入端連接，所述一級運算放大器的反相輸入端和輸出端分別接地，所述二級運算放大器的反相輸入端和輸出端接地，所述二級運算放大器的輸出端還與所述MCU10連接。

輸入電源的電流經(jīng)過一級運算放大器以及二級運算放大器進(jìn)行信號放大器處理后，得到ACIIN信號，ACIIN信號輸入到MCU10，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后的電流信息，即電流檢測電路20將此輸入電源的電流轉(zhuǎn)換成電壓后，再送MCU10的ADC轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，得到電流信息。

更近一步，一級運算放大器的非反向輸入端通過第一電阻R13與輸入電源連接，一級運算放大器的反向輸入端通過第二電阻R14與輸入電源連接。

另外，所述二級運算放大器的非反向輸入端通過第三電阻R19與一級運算放大器的輸出端連接，二級運算放大器的反向輸入端通過第四電阻R20以及第一電容C39接地。

更進(jìn)一步的，所述二級運算放大器的非反向輸入端還通過第二電容C40與所述一級運算放大器的輸出端連接，所述第三電阻R19與所述第二電容C40串聯(lián)。

另外，所述二級運算放大器的輸出端與所述MCU10之間連接有第五電阻R22。所述二級運算放大器的反向輸入端通過第六電阻R18與第三電容C56接地，所述第六電阻R18與第三電容C56并聯(lián)。

在本實施例中，所述電壓檢測電路30包括電壓運算放大器，所述電壓運算放大器的非反相輸入端與二級運算放大器的非反相輸入端連接，所述電壓運算放大器的反相輸入端與輸入電源連接，所述電壓運算放大器的輸出端與MCU10連接，所述電壓運算放大器的反相輸入端與輸出端接地。

輸入電源的電壓從電壓運算放大器的反相輸入，使用電壓運算放大器與二級運算放大器的非反相輸入端傳輸?shù)碾妷哼M(jìn)行信號處理，輸出采樣電壓信號，采樣電壓信號輸入MCU10，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，MCU10得到輸入電源的電壓信息。

所述二級運算放大器的非反相輸入端與所述電壓運算放大器的非反相輸入端之間串聯(lián)有第七電阻R19以及第八電阻R26，將電流轉(zhuǎn)換成電壓，輸入電壓運算放大器中進(jìn)行處理。

另外，所述電壓運算放大器的反相輸入端與輸入電源之間連接有第九電阻R23，所述電壓運算放大器的反相輸入端還連接有第十電阻R24以及第四電容C57，所述第十電阻R24以及第四電容C57并聯(lián)接地。

在本實施例中，所述輸入電源為交流電，所述交流電的零線分別與所述一級放大運算器的非反相輸入端和所述電壓放大運算器的反相輸入端連接，所述交流電的火線與所述一級放大運算器的反相輸入端連接。

所述可控硅電路50包括可控硅，所述可控硅分別與交流電的火線和負(fù)載60連接，繼電器與交流電的火線和負(fù)載60連接，即所述可控硅與所述繼電器并聯(lián)，這樣，交流電的火線輸入，MCU10通過控制可控硅打開，電流經(jīng)過可控硅后輸出，當(dāng)電流穩(wěn)定后，MCU10通過RELD1控制繼電器打開，電流經(jīng)過繼電器輸出。

所述可控硅的輸入端與輸出端之間并聯(lián)有第十一電阻R89以及第五電容C80。所述MCU10與所述可控硅的輸入端之間連接有第十二電阻R9以及第十三電阻R119，所述第十二電阻R9與所述第十三電阻R119連接。

所述繼電器電路40包括繼電器，所述繼電器的兩個常閉觸點分別與MCU10以及地面連接，所述MCU10與繼電器的常閉觸點之間連接有第十四電阻R62、三極管Q6以及高速開關(guān)二極管D9，所述三極管Q6的基極與第十四電阻R62連接，所述三極管Q6的發(fā)射極接地，所述高速開關(guān)二極管D9的正極與所述三極管Q6的集電極連接，且所述高速開關(guān)二極管D9的負(fù)極與所述繼電器的另一常閉觸點連接，所述繼電器的公共端與交流電的火線連接，所述繼電器的外部開關(guān)公共端與負(fù)載60連接。

本實施例還提供了高性能智能開關(guān)的控制方法，包括以下具體步驟：

步驟一、信號采樣步驟，利用電壓檢測電路30以及電流檢測電路20，采樣輸入電源的交流電信號，并將信號發(fā)送至MCU10，獲取電壓過零點、電流值以及相位信息，作為MCU10控制決策的依據(jù)；

步驟二、可控硅電路50導(dǎo)通步驟，打開負(fù)載60開關(guān)，在輸入電源的交流電壓靠近電壓過零點前，打開輸出電路中的可控硅電路50，同時檢測電流值，下一個交流電周期，可控硅的導(dǎo)通時間加上，如此重復(fù)，慢慢加大可控硅電路50打開時間；

步驟三、繼電器電路40導(dǎo)通步驟，當(dāng)電流檢測電路20檢測到電流穩(wěn)定后，導(dǎo)通繼電器電路40，繼電器電路40驅(qū)動負(fù)載60工作。

在所述步驟一中，電流檢測電路20的工作步驟為：輸入電源的電流經(jīng)過一級運算放大器以及二級運算放大器進(jìn)行信號放大器處理后，得到ACI IN信號，ACIIN信號輸入到MCU10，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后的電流信息，即電流檢測電路20將此輸入電源的電流轉(zhuǎn)換成電壓后，再送MCU10的ADC轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，得到電流信息。

在所述步驟一中，電壓檢測電路30的工作步驟為：輸入電源的電壓從電壓運算放大器的反相輸入，使用電壓運算放大器與二級運算放大器的非反相輸入端傳輸?shù)碾妷哼M(jìn)行信號處理，輸出采樣電壓信號，采樣電壓信號輸入MCU10，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，MCU10得到輸入電源的電壓信息。

當(dāng)MCU10接受外部控制信號，負(fù)載60頻繁地導(dǎo)通和斷開時，可控硅持續(xù)導(dǎo)通。

上述的負(fù)載60導(dǎo)通和斷開的頻率為1Hz至100Hz。

上述僅以實施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，以便于讀者更容易理解，但不代表本發(fā)明的實施方式僅限于此，任何依本發(fā)明所做的技術(shù)延伸或再創(chuàng)造，均受本發(fā)明的保護(hù)。本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書為準(zhǔn)。