[发明专利]一种驱动交流负载的开关器件的开闭控制方法及电路

说明书

技术领域

本发明涉及电器领域，特别是一种驱动交流负载的开关器件的开闭控制方法及电路。

背景技术

在家用电器、工业用各种机械电器设备等电子电器设备中，都需要由低电压、小电流的电子开关器件来控制高电压、大电流的电子负载。开关器件如电磁继电器、半导体继电器等。它们的控制端通常由MCU直接连接控制或者MCU连接三极管等驱动回路来驱动，控制电流一般为12V，或者5V等DC电压，电流为几十毫安不等。驱动负载端通常为220V/380V，50Hz/60Hz的交流电压。

该类交流开关器件的负载多数是电感类器件，如空调器的AC风扇马达，四通阀等等。在连通或者断开的瞬间产生高于正常电压数倍的感应电动势，对交流回路里的电子器件造成极大的破坏。这时交流开关器件必须考虑到对破坏阀值足够的余量，因此交流开关器件的设计值必须远远大于正常使用值，增加了回路的整体成本。比如空调里四通阀负载电流为0.2A的回路，但是使用的开关器件电流规格值为3A。

同时，诱导电压的存在会对开关器件产生恶劣的影响。交流开关器件中的半导体类开关器件，在交流电压的非零点开断，会产生强大的感应电动势，达到很高的电压、电流变化率（dV/dt、dI/dt),从而破坏半导体器件，或者减小其使用寿命，降低可靠性。交流开关器件中的电磁继电器开闭时，还会产生电弧，电弧不仅会产生臭氧，吸引昆虫及破坏零件，还会降低继电器触点的使用寿命及可靠性；而市场电网电压等情况复杂，如何选择余量仍有风险。

针对上述问题，本领域技术人员进行了很多方面的尝试和研究改进。现在解决方法基本集中在以下几个方面：提高开关器件最大可承受的电压、电流值；机械型开关器件外壳打开一个供臭氧消散的孔洞；开关器件并联或串联用于消除浪涌电压、电流的电子元器件，如CR（减弧器）等；提高半导体开关器件的可承受电压变化率（dV/dt）、电流变化率（dI/dt）。

但是，上述解决方案存在以下缺点：提高开关器件最大可承受的电压、电流值，增加硬件回路成本，且不能完全保证风险余量；机械型开关器件打开的空洞由于臭氧存在，吸引昆虫前来，会破坏器件的电气或者机械性能；开关器件连接消除浪涌电流、浪涌电压的电子元器件，增加硬件成本，且增加的电子器件会增加新的不良率发生；较高的电压变化率和电流变化率不仅会降低半导体开关器件的使用寿命，还会产生EMC（电磁兼容性）风险；机械型开关器件产生电弧，引起火灾风险，电弧产生的臭氧还会进一步腐蚀开关器件，降低器件使用寿命。

发明内容

为克服现有技术中的缺点，本发明的目的是提供一种驱动交流负载的开关器件的开闭控制方法，其能从根本上解决了开关器件开闭时的产生电弧、浪涌电压、浪涌电流等有害因素的问题。

本发明的另一个目的是提供一种实现上述方法的驱动交流负载的开关器件的开闭控制电路。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种驱动交流负载的开关器件的开闭控制方法，其特征在于：在AC交流输入电源和主控芯片MCU之间连接有过零检知回路，过零检知回路对AC交流输入电源进行检测，产生信号并传递给主控芯片MCU；主控芯片MCU根据过零检知回路提供的信号，通过开关器件驱动电路控制交流负载开关器件在电压过零点时开闭。

所述的主控芯片MCU根据过零检知回路发出的信号，并叠加开关器件驱动电路延时情况、交流负载开关器件开闭延时情况，决定发出指令的时间，使交流负载开关器件在交流电压的过零点开闭。

所述过零点的检知方法是：过零检知回路采用数字低通滤波器对原始信号进行滤波,再进行线性插值提取电压零点；或者，利用光电转换特性,主控芯片MCU检测整形后梯形波信号的前后沿对应时间,计算得出过零点的时刻；或者，过零检知回路采用光耦在交流电压接近过零点时产生脉冲信号，主控芯片MCU根据脉冲信号推算过零点时刻。

一种驱动交流负载的开关器件的开闭控制电路，其特征在于包括：AC交流输入电源；过零检知回路，对AC交流输入电源进行检测，产生过零信号；主控芯片MCU，根据过零检知回路提供的过零信号发出指令；开关器件驱动电路，接收主控芯片MCU的指令并控制下述交流负载开关器件的开闭；交流负载开关器件，根据开关器件驱动电路的信号控制AC交流输入电源与AC电源负载模块之间的通断。

所述的交流负载开关器件选自为机械继电器、固态继电器或可控硅半导体型继电器。