基于继电器的无源电流型控制开关的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一款基于继电器的无源电流型控制开关电路结构，由电流互感器、整流滤波电路、继电器、闪烁指示灯电路组成。电流互感器感知主负载工作电流，当主负载电流达到一定数值后，驱动继电器开通从负载供电电路，闪烁指示灯做电路状态指示，其有益之处是控制电路自身功耗较小，特别适合移动式作业。
【专利说明】
基于继电器的无源电流型控制开关
技术领域
[0001] 本发明涉及的内容属于电子技术应用领域，涉及一种由负载电流直接控制的自动 开关电路。
【背景技术】
[0002] 不同电子设备的供电控制拥有各自的开关，如果多台设备配套使用时对每一台设 备都要独立控制，总是显得不方便。电器设备的相互联动控制是电气自动控制中经常被采 用的手段，如大功率电器温度升至一定值后往往需要启动冷却风扇、夜间行车需要开启照 明灯等。实现配套设备之间的自动关联能够大大降低管理操作人员的工作量。
[0003] 联动控制有三个关键要素:信息获取、信息处理、控制执行，目前它们都依靠电子 技术实现。对于电气负载是否处于工作状态，最基本的信息是负载电流，采用电流传感器获 取电流信息输出采样信号。通常电流互感器输出的采样信号能量较小，需要将信号放大后 才能驱动控制执行器件，因而信息处理模块均为有源电路，有一些甚至采用智能化处理手 段，有源电路是指专门需要为电子器件提供独立工作电源的一类电路，如有源滤波器必定 要为运算放大器提供电源之后才能发挥滤波作用，有源音箱除了音频线之外还需要供电源 线。有源电路复杂，部件规模较大，至少要配置一个工作电源。相对应的无源电路是指直接 利用被测信号或需要处理的信号自身能量进行工作的一类电路，如无源RC滤波器等，只有 被处理的电信号作用在器件上就能够发挥作用。显然，无源电路的结构要简单得多。完成开 关动作的执行部件比较简单，有交流接触器、继电器、晶闸管、IGBT元件等。交流接触器和 IGBT元件一般用于大功率负载，继电器一般用于小功率负载中，IGBT元件和晶闸管属于无 触点开关器件，在大小功率负载中均有采用，驱动能量较小。
[0004] 许多电器设备的联动控制是固定式的，采用有源结构集成在控制电路之中，在系 统设计时完成配置。对于移动式设备临时组建联动控制关系，最好是采用简单的无源结构， 直接利用主负载的电流能量驱动执行部件。
[0005] 本发明涉及到的是一种采用负载电流控制的无源自动开关，是基于传统电流互感 器的改进，既不干扰被测电路的工作，又无需另外供电，自身功耗较小，特别适合移动式作 业。
【发明内容】
[0006] 本发明基于继电器的无源电流型控制开关能够利用交流电网重负载电流控制另 一路负载的开关状态，从技术层面上看，具有以下特征：
[0007] 基于继电器的无源电流型控制开关由电流互感器、整流滤波电路、继电器、闪烁指 示灯电路组成，如附图1所示；电流互感器的磁芯选用铁氧体磁环，一次侧绕制4匝，匝数比η 控制在100-120之内，以此为依据电流互感器二次侧绕组绕制400-500匝线圈；电流互感器 二次侧输出经过桥式整流电路和电容滤波后转换成直流电压，分作二路输出，一路输出至 继电器，另一路输出至闪烁指示灯电路;继电器触点串联被控制负载、电流取样电阻与二 极管并联电路后连接至交流电网，如附图2所示。
[0008] 本发明所述的继电器额定驱动电压为5V，触点额定电流不小于2A，用作受控制负 载的自动开关。
[0009] 本发明所述的铁氧体磁环采用Φ (25-15) X 12mm规格。
[0010]本发明所述的闪烁指示灯电路采用RC延迟反馈式振荡电路，其中的运算放大器采 用低电压微电流轨到轨芯片LMV358。为了防止加在LMV358芯片上的工作电压过高，在电流 互感器输出的整流滤波电路上并联了一个5. IV稳压二极管D5b，将最高电压限制在5. IV以下 安全范围以内。闪烁指示灯的作用是显示自动开关是否已经接通，若自动开关接通但受控 制负载没有工作，指示灯闪烁;若自动开关接通，且负载也在工作中，则指示灯持续发光。
[0011] 本发明所述的电流互感器不仅仅是检测电流大小，还要负责从主负载网络中提取 微小能量供给继电器和闪烁指示灯电路工作。电流互感器通过磁路传输的功率可以分作两 部分:一是由磁芯储能转移的功率，主要在互感器输出电压比较高的状态下起作用，Φ (25-15) X 12mm常规铁氧体磁环的储能量约为0.156mJ，50Hz交流电频率下依靠储能最大传输 15.6mW功率;二是直接耦合传输的功率，由电流比关系制约，与磁芯体积大小无关。在本实 用新型中两者均有利用。如附图2所示的电路最小开启功率约为75mW，采用Φ (25-15) X 12mm铁氧体磁环就能够满足50Hz交流电的能量传输要求。
[0012] 电流互感器原边线圈又称为一次侧线圈，副边线圈又称为二次侧线圈，设电流互 感器的匝数比为n，一次侧电流为I1，感应电压为V 1，二次侧电流为12,感应电压为V2。必定存 在以下制约关系：
[0013] 电流互感器输出口短路时存在
[0014] 电流互感器在任意状态下均存在
[0015]电压比关系则始终成立，而电流比关系只有当二次侧电流出现时才成立。电流互 感器本质上是隔离式变流，原边电流与副边电流的变流比一般控制在几百至几千倍，输出 的副边电流远小于原边电流，便于适应电子电路的工作需要。在变流的同时也存在电压变 比，表现为升电压的效果，升压比同样为几百倍。但与电压互感器不同的是电流互感器原边 电压由原边电流流经少数几匝线圈时产生，匝数较少的原边电感量较小，所产生的原边电 压降也十分微小，因而副边输出的电压值也不会很高。若电流互感器输出4V电压，根据电压 比关系，电流互感器一次侧的电压％应该达到4n以上。若η= 1:100,一次侧的电压V1应该达 至lj40mV以上。此电压与一次侧的电感量L1有关，也就是与磁芯材料和原边绕组匝数见相关。 [0016] 40mV = 23ifLi(Ii-I2/n)
[0018] 附图2所示电路的最小工作电流I2约为25mA，如果在5A主负载电流下就启动控制 开关，则电流互感器一次侧电感量应该达到51μΗ，一次侧线圈至少绕制5匝。
【附图说明】
[0019] 附图1是基于继电器的无源电流型控制开关组成框图。
[0020] 附图2是基于继电器的无源电流型控制开关电原理图。
[0021] 图中Plb是交流电源输入口，P2b是主负载接口，P3b是被控制负载接口，L lb是电流互 感器，(^是双向晶闸管，D6b是用作指示灯的发二极管。
【具体实施方式】
[0022]所用电流互感器的磁芯材料的磁导率越大，自动开关开启的激励电流就越小；电 流互感器一次侧的匝数越多，自动开关开启的激励电流也越小。因此采用高磁导率的磁环 既有利于提高灵敏度，又可以降低电流互感器自身的储能力量，消除二次侧开路时的危害 因素。实际需要联动控制的电器设备中，主电器的功率较大，工作电流也较大，采用铁氧体 类磁环已经能够满足控制要求。
[0023]继电器可以采用小体积的4100F型。
[0024]开通被控制负载的最低主负载电流值可以称为开启阈值。当确定电流互感后，发 现开启阈值过高，可以增加一次侧的绕组匝数，这样相当于增加了一次侧的电流值。本实用 新型的试样采用Φ0.15mm的漆包线在Φ (25-15) X 12mm的铁氧体磁环上绕制4OO0L以Bi数 比400:4做测试，4匝对应的一次侧电感量约为36μΗ，通以6.2A电流时即可进入工作状态灯， 即开启阈值为6.2Α。一次侧若增加到5匝，开启阈值可以降低至5Α，相当于1100W主负载即可 开通辅助负载。
[0025] 利用线圈进行互感的电流互感器只能用于正弦交流电网络。无源无触点电流型控 制开关做成模块结构，特别适合与移动接线板配套，带动小功率辅助性负载。
【主权项】
1. 基于继电器的无源电流型控制开关，其结构特征在于：由电流互感器、整流滤波电 路、继电器、闪烁指示灯电路组成；电流互感器的磁芯选用铁氧体磁环，一次侧绕制4匝，匝 数比η控制在100-120之内，电流互感器二次侧绕组绕制400-500匝线圈；电流互感器二次侧 输出经过桥式整流电路和电容滤波后转换成直流电压，分作二路输出，一路输出至继电器， 另一路输出至闪烁指示灯电路;继电器触点串联被控制负载、电流取样电阻与二极管并联 电路后连接至交流电网。2. 根据权利要求1所述的基于继电器的无源电流型控制开关中，继电器额定驱动电压 为5V。
【文档编号】H01F27/30GK205487691SQ201620286864
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月1日
【发明人】季小刚, 陈庭勋, 童佳俊
【申请人】浙江海洋学院