專利名稱：脈寬調制輸入全數(shù)字化交流固態(tài)繼電器控制器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種交流固態(tài)繼電器的控制裝置，確切地說，涉及一種利用脈寬調制輸入全數(shù)字化交流固態(tài)繼電器控制器。
固態(tài)繼電器(簡稱SSR:Solid State Relay)通常都是用于工業(yè)自動控制的驅動模塊，其輸入端通過光電耦合器和接收工業(yè)控制計算機命令的控制器相連，輸出端則與用電器或交流電網(wǎng)相連。而一般固態(tài)繼電器的內部通常是用可控硅結構的晶閘管作為電路開關元件的，在這種晶閘管的交流調壓、周波過零的控制電路中，其控制信號通常采用模擬電壓或電流輸入，經過放大電路對該控制信號進行調理和用A/D模數(shù)變換器將模擬量變?yōu)閿?shù)字量后，再送入單片微機進行處理，其輸出還需經D/A轉換后，方可改變晶閘管的觸發(fā)角，達到交流調壓目的，所以其控制線路復雜，過零同步部分采用的是簡單的阻容濾波，且輸出部分是脈沖變壓器，體積較大，即使采用單片微處理機控制，也只能實現(xiàn)單一類型的控制方式。
本實用新型的目的是提供一種采用脈寬調制輸入全數(shù)字化交流固態(tài)繼電器控制器，該裝置采用脈寬調制信號輸入，經光電耦合后直接與單片微計算機相聯(lián)接，單片微機經數(shù)據(jù)處理后，直接輸出脈沖驅動固態(tài)繼電器，以完成交流調壓和周波過零調功的目的。
本實用新型是這樣實現(xiàn)的它包括有外殼和其上安裝有單片微計算機的控制電路板，其特征在于該控制電路是由光電耦合器件構成的脈寬調制輸入端、單片微型計算機、與交流電源相連接的鎖相環(huán)同步器、由晶體管開關電路構成的輸出端及電源電路所組成；其中光電耦合器件的輸出端和鎖相環(huán)同步器的輸出端分別與單片微機的輸入端相連接，鎖相環(huán)同步器的同步輸入則接自系統(tǒng)電源，單片微機的輸出端則與晶體管開關電路的輸入端相連接。
其中鎖相環(huán)同步器可以選用CD4046鎖相環(huán)電路構成。
其中單片微型計算機芯片的型號是美國Microchip公司的PIC12C509。
本實用新型作為一種全數(shù)字化的交流固態(tài)繼電器的控制器，其特點是在其輸入部分采用脈寬調制輸入，經過光電耦合器直接與單片微型計算機相連接，不僅省略了信號放大器和A/D轉換器，還使其上位機省略了D/A轉換器，不僅使電路結構簡單，體積小，還便于光電隔離及提高測量的精確性與可靠性；鎖相環(huán)壓控振蕩器用數(shù)字鑒相原理產生和系統(tǒng)電源頻率精密同步和高抗干擾的脈沖信號，并送入單片微計算機，單片機只需測量PWM輸入脈沖寬度，就能計算出相應的延遲時間(移相控制方式)或通/斷周波數(shù)(周波過零控制方式)。輸出部分則取消脈沖變壓器，直接輸出脈沖信號驅動固態(tài)繼電器，節(jié)省了電路體積，并降低功耗。
本實用新型的另一特點是其控制電路中安設有美國Microchip公司的PIC12C509單片微機，可以利用其存儲器中放置不同的應用程序模塊而使本實用新型可適合多種不同性質的負載，還具有緩起動、緩關斷、限電流控制、自動相序判別、過壓、過流、欠壓、欠流保護等各項功能，且控制電路結構簡單、工作可靠。
本實用新型的使用將使固態(tài)繼電器的控制方式，由單一的電壓開關控制方式擴展到周波過零和移相控制。而采用周波過零控制，可以合理分配電網(wǎng)能源，減少對電網(wǎng)的干擾，提高功率因數(shù)。需要指出的是盡管目前PWM轉換的速度最高為0.5秒，但是用于一般工業(yè)控制的場合已經足夠精確了。此外，本實用新型內部設有一體化的電源電路，工作時無需外接電源，結構緊湊。


圖1是本實用新型的控制電路方框圖。
圖2是本實用新型的一個實施例控制電路電原理圖。
圖3是本實用新型的軟件流程圖。
圖4是本實用新型的一個實施例應用示意圖。
參見
圖1，本實用新型的控制電路是由光電耦合器件1構成的脈寬調制輸入端、單片微型計算機2、與交流電源相連接的鎖相環(huán)同步器3、由晶體管開關電路構成的輸出驅動電路4、微處理機的功能選擇電路5和電源電路6所組成，其中光電耦合器件的輸出端和鎖相環(huán)同步器3的輸出端分別與單片微處理機的輸入端相連接，鎖相環(huán)同步器3的輸入則接自電源電路5中的電源變壓器的初級或次級，單片微機2的輸出端則與晶體管開關電路構成的輸出驅動電路4相連接，以驅動交流固態(tài)繼電器6動作，從而控制負載(用電器或電源)的運行。
參見圖2，結合圖2所示的本實用新型一個實施例的電原理圖介紹其工作原理來自控制儀表或計算機I/O口輸出的脈寬調制PWM數(shù)字信號，接到本實用新型的端子1、2經光電耦合器(PC817)輸送到單片微處理機IC1(PIC12C509)的GPO端(7腳)，該單片機利用定周期計數(shù)方式，測量脈寬調制數(shù)字信號的輸入脈沖寬度，并計算出相對于負載電壓過零點的延時觸發(fā)時間。而負載電壓過零同步信號由鎖相環(huán)同步器(CD4046)從電源變壓器TRANSI的次級(注也可從初級引出，圖中未示出)輸出，經R10、C6阻容濾波后，經C9送到鎖相環(huán)CD4046的輸入端(14腳)，經鎖相環(huán)壓控振蕩器用數(shù)字鑒相原理產生和系統(tǒng)電源頻率精密同步的36KHZ脈沖信號，再經數(shù)字電路分頻和三相裂相后提供給單片微處理機一個與電壓同步、具有固定相位差、頻率相同的方波脈沖信號，該信號能自動跟蹤電源過零同步信號的頻率變化。該信號比電源過零同步信號的優(yōu)點是將電源過零同步信號從干擾中提取出來，無波形失真，無毛刺干擾，可以作為一個穩(wěn)定的、純凈的過零同步方波信號提供給單片機的GP2端(5腳)，作為其鎖相過零的檢測信號。單片微處理機將由GP2端輸入的鎖相過零方波同步信號延時一段時間，修正鎖相過零同步方波與負載電壓過零同步的相位差，找出實際電壓過零點；并以此為計時起點，再根據(jù)計算出的延時觸發(fā)時間，延時后經GP5端(2腳)輸出觸發(fā)脈沖驅動三極管T1，經端子9、10接P型固態(tài)繼電器輸入端，使固態(tài)繼電器輸出導通。同理，端子3、8分別可接另外兩個固態(tài)繼電器構成三相交流繼電器，使之輸出導通。從而方便地實現(xiàn)交流調壓或周波過零調功的功能。
本實用新型中的單片機還可進行多種功能選擇，圖3展示了本實用新型中單片微機的軟件處理流程圖。硬件上也可在端子4、5(PUN/STOP輸入端)之間接入一個按鈕開關，可以作為軟啟動、軟關斷的功能選擇，以減少起動時的電流對負載沖擊。GP1端(6腳)是脈寬周期時間1秒、2秒的選擇。端子8是主回路加電檢測輸入端。因軟件不屬于本實用新型保護范圍內，在此不再贅述。
本實用新型已經試制出樣品若干，并送入工業(yè)生產現(xiàn)場進行試驗實施。圖4即為用本實用新型控制一臺72千瓦三相電阻性加熱燒結爐的接線示意圖，圖中A、B、C分別是交流三相電流，O為電源中線。
權利要求1.一種脈寬調制輸入全數(shù)字化交流固態(tài)繼電器控制器，它包括有外殼和其上安裝有單片微計算機的控制電路板，其特征在于該控制電路是由光電耦合器件構成的脈寬調制輸入端、單片微型計算機、與交流電源相連接的鎖相環(huán)同步器、由晶體管開關電路構成的輸出端及電源電路所組成；其中光電耦合器件的輸出端和鎖相環(huán)同步器的輸出端分別與單片微機的輸入端相連接，鎖相環(huán)同步器的同步輸入則接自系統(tǒng)電源，單片微機的輸出端則與晶體管開關電路的輸入端相連接。
2.如權利要求1所述的一種脈寬調制輸入全數(shù)字化交流固態(tài)繼電器控制器，其特征在于其中鎖相環(huán)同步器可以選用CD4046鎖相環(huán)電路構成。
3.如權利要求1所述的一種脈寬調制輸入全數(shù)字化交流固態(tài)繼電器控制器，其特征在于其中單片微型計算機芯片的型號是美國Microchip公司的PIC12C509。
專利摘要一種脈寬調制輸入全數(shù)字化交流固態(tài)繼電器控制器,是采用脈寬調制輸入,經光電耦合器直接與單片微型計算機相連接,省略了信號放大器和A/D轉換器,使電路結構簡單,體積減小,鎖相環(huán)壓控振蕩器用數(shù)字鑒相原理產生和系統(tǒng)電源頻率精密同步和高抗干擾的脈沖信號送入單片微機,由單片微機計算出相應延遲時間或通/斷周波數(shù)直接輸出脈沖驅動固態(tài)繼電器。該裝置控制電路結構簡單、功能多、能耗省、工作可靠。
文檔編號H03K17/00GK2323520SQ97231589
公開日1999年6月9日 申請日期1997年12月26日 優(yōu)先權日1997年12月26日
發(fā)明者毛海云, 姜守仁 申請人:毛海云, 姜守仁