开关控制电路及开关控制系统的制作方法

本发明涉及电子电路技术领域，具体涉及开关控制电路及开关控制系统。

背景技术：

用电设备电源开关的操作一般都是由用户在本地控制进行控制，而且只能在一个固定的位置进行操作，只有当用户需要走到用电设备旁边才能进行操作。

随着人们生活水平和质量的提高，市场上用电设备的种类不断增多，人们对用电设备智能化的要求越来越高，而用电设备电源开关控制的智能化显得尤为重要。上述对于用电设备的控制方式在某些用电设备种类和数量繁多的场合，需要用户依次走到多个用电设备旁边手动控制各个用电设备的电源开关，操作十分不便。

因此，现有技术中为解决上述技术问题，常采用光耦，或基于通讯芯片(例如，zigbee等等)实现用电设备的开关控制。然而现有技术中的开关控制电路需要处理多种类型的信号(例如，光信号、电信号、通信信号等等)，而不同类型信号之间的转换存在一定的误差，会导致开关控制电路的可靠性偏低。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供了一种开关控制电路及开关控制系统，以解决现有开关控制电路的可靠性低的问题。

根据第一方面，本发明实施例提供了一种开关控制电路，包括：

多个并联的信号处理单元，其中，所述信号处理单元具有第一可控开关；所述第一可控开关的第一端接入第一电压信号，第二端与控制器第一端口连接，第三端接入第二电压信号；所述第一电压信号与第二电压信号控制所述第一可控开关的导通与截止，将第一电压信号转换为第三电压信号；所述第三电压信号接入所述控制器第一端口；

所述控制器，用于基于所述第三电压信号，向待控制端发送开关控制指令。

本发明实施例提供的开关控制电路，利用信号处理单元将第一电压信号转换为适于控制器工作的第三电压信号，再利用控制器实现对待控制端的多路开关控制；该电路在将高的强电信号转换为低的稳定的弱电信号之后，结合控制器实现多路开关控制，在整个电路中仅处理电压信号，避免了多种类型信号的处理，保证了多路开关控制的可靠性。

结合第一方面，在第一方面第一实施方式中，所述信号处理单元包括：

预处理电路，与所述第一可控开关的第一端连接；其中，所述预处理电路的输入端接入所述第一电压信号，用于对所述第一电压信号进行整流、分压以及限流中的至少之一；

其中，所述第一可控开关的第二端接入第一直流电源，且所述第二电压信号为零。

本发明实施例提供的开关控制电路，在对第一电压信号进行转换之前，通过对第一电压信号进行预处理，能够保证输入至第一可控开关的电信号的稳定性，为后续转换提供了条件；此外，通过第一可控开关将第一电压信号转换为第三电压信号，使得该开关电路的结构简单，易于实现。

结合第一方面第一实施方式，在第一方面第二实施方式中，所述预处理电路包括：

第一二极管，用于对所述第一电压信号进行整流；

第一电阻，与所述第一二极管串联，用于对所述第一电压信号进行限流；

分压支路，具有第二电阻以及第三电阻，其中，所述第二电阻串联与所述第一二极管与所述第一电阻之间，所述第三电阻的一端接入所述第一电阻与所述第二电阻之间。

结合第一方面第二实施方式，在第一方面第三实施方式中，所述预处理电路还包括：

第二二极管，与所述第三电阻并联，用于对所述第一电压信号进行稳压；

第一电容，与所述第三电阻并联，用于对所述第一电压信号进行滤波。

结合第一方面第一实施方式，在第一方面第四实施方式中，所述第一可控开关为第一三极管，所述第一端为所述第一三极管的基极，所述第二端为所述第一三极管的集电极，所述第三端为所述第一三极管的发射极。

根据第二方面，本发明实施例还提供了一种开关控制系统，包括：

本发明第一方面或第一方面任一实施方式中所述的开关控制电路；

负载，与所述控制器的输出端连接；所述开关控制电路用于所述负载的多路开关控制。

本发明实施例提供的开关控制系统，利用信号处理单元将第一电压信号转换为适于控制器工作的第三电压信号，再利用控制器实现对待控制端的多路开关控制；即，该电路在将高的强电信号转换为低的稳定的弱电信号之后，结合控制器实现多路开关控制，在整个电路中仅处理电压信号，避免了多种类型信号的处理，保证了多路开关控制的可靠性。

结合第二方面，在第二方面第一实施方式中，所述负载为继电器负载电路；其中，所述系统包括：

两组并联的所述信号处理单元，其中，每组信号处理单元的输入端分别连接至对应的开关；

过零采样电路，具有第二可控开关；所述过零采样电路的输入端接入所述负载的电源，输出端接入所述控制器的第二端口；其中，所述过零采样电路利用所述第二可控开关的导通与截止，将所述负载的电源转换为直流信号；

所述控制器利用所述直流信号提取出所述负载的电源的零电压点，并基于所述第三电压信号以及所述零电压点，向所述继电器负载电路发送开关控制指令。

本发明实施例提供的开关控制系统，通过过零采样电路使得控制器能够提取出负载的电源的零电压点，控制器在向继电器负载电路发送开关控制指令时，结合零电压点能够保证继电器在电压零点吸合，提高了继电器吸合点的寿命。

结合第二方面第一实施方式，在第二方面第二实施方式中，所述过零采样电路包括：

第二可控开关，具有第四端、第五端以及第六端；其中，所述第四端接入所述负载的电源；所述第五端接入第二直流电源，且所述第五端与所述控制器的第二端口连接；所述第六端接地；

第四电阻，所述负载的电源通过所述第四电阻接入所述第四端；其中，所述第四电阻用于对所述负载的电源进行限流。

本发明实施例提供的开关控制系统，通过第二可控开关将负载的电源转换为直流信号，电路结构简单，易于实现。

结合第二方面第二实施方式，在第二方面第三实施方式中，所述第二可控开关为第二三极管，所述第四端为所述第二三极管的基极，所述第五端为所述第二三极管的集电极，所述第六端为所述第二三极管的发射极。

结合第二方面第一实施方式，在第二方面第四实施方式中，所述基于所述第三电压信号以及所述零电压点，向所述继电器负载电路发送开关控制指令，包括：

获取所述继电器负载电路中继电器的吸合时间以及所述负载的电源的过零点周期；

计算所述过零点周期与所述吸合时间的差值；

基于所述第三电压信号，在所述零电压点延时所述差值，发送所述开关控制指令。

本发明实施例提供的开关控制系统，通过控制继电器在过零点后延时一定时间后执行继电器动作，能够使得继电器在过零点准确闭合，从而有效保护继电器的触点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的开关控制电路的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的信号处理单元的结构示意图；

图3是根据本发明实施例的开关控制电路的结构示意图；

图4是根据本发明实施例的开关控制系统的结构示意图；

图5是根据本发明实施例的过零点检测电路的结构示意图；

图6是根据本发明实施例的继电器负载电路的结构示意图；

图7是根据本发明实施例的控制器的信号处理流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本发明实施例提供了一种开关控制电路，如图1所示，该电路包括：多个并联的信号处理单元，以及控制器。其中，信号处理单元的输入接入第一电压信号，分别为mltcon1、mltcon2、…、以及mltconm，对应输出的第三电压信号，分别为mltconin1、mltconin2、…、以及mltconinm；此外，每个信号处理单元的输出端接入控制器的一个引脚，控制器的输出信号out用于控制待控制端的开关。

具体地，信号处理单元具有第一可控开关，该第一可控开关的第一端接入对应的第一电压信号，第二端与控制器第一端口连接，第三端接入第二电压信号；第一电压信号与第二电压信号控制第一可控开关的导通与截止，将第一电压信号转换为第三电压信号。

进一步地，对于第一可控开关而言，当第一电压信号的电压值大于第二电压信号的电压值时，第一可控开关导通，其输出第一电压值(即，第二电压信号的电压值)；当第一电压信号的电压值小于第二电压信号的电压值时，第一可控开关截止，其输出第二电压值。因此，当第一电压信号发生变化时，第三电压信号(即第一可控开关的输出)也发生变化。

此外，控制器基于第三电压信号，向待控制端发送开关控制指令。由于信号转换电路将第一电压信号转换为适于控制器工作的第三电压信号，且当第一电压信号发生变化时，第三电压信号也相应地变化。因此，控制器可以通过第一端口的各个引脚对应的第三电压信号是否发生变化，判断出对应位置的第一电压信号是否变化，从而可以利用判断结果向待控制端发送开关控制指令，以实现待控制端的多路开关控制。

本实施例提供的开关控制电路，利用信号处理单元将第一电压信号转换为适于控制器工作的第三电压信号，再利用控制器实现对待控制端的多路开关控制；即，该电路在将高的强电信号转换为低的稳定的弱电信号之后，结合控制器实现多路开关控制，在整个电路中仅处理电压信号，避免了多种类型信号的处理，保证了多路开关控制的可靠性。

可选地，第一可控开关可以是三极管，也可以是其他电压控制型晶体管，只需保证其能够将第一电压信号转换为适于控制器工作的第三电压信号即可。

进一步可选地，信号转换单元还可以包括其他信号处理单元，以实现对第一电压信号的处理。

作为本实施的一种可选实施方式，其中，信号转换单元还包括有预处理电路，用于对第一电压信号进行预处理。信号转换单元接入的第一电压信号经过预处理电路的处理之后再接入第一可控开关的第一端，第一可控开关通过第一电压信号与第三端接入的第二电压信号的关系，导通或关断，从而在第二端输出不同的第三电压信号。

具体地，图2示出了信号转换单元的结构示意图，如图2所示，mltcon为该信号转换单元输入端接入的信号，即第一电压信号；mltconin为该信号转换单元输出端的信号，即输入至控制器第一端口的第三电压信号。

进一步地，预处理电路为mltcon的接入点与第一可控开关第一端之间的电路，该预处理电路的输入端第一电压信号(mltcon)接入与第一可控开关q1的第一端连接，用于对第一电压信号进行整流、分压及限流中的至少之一。其中，预处理电路中元器件的功能以及数量可以根据实际情况进行具体设置，在此不做限定。可选地，如图2所示，该预处理电路包括第一二极管d1、第一电阻r1以及分压支路。其中，第一二极管d1的阳极接入第一电压信号，阴极与分压支路连接，用于对第一电压信号进行整流；第一电阻r1的一端与分压支路连接，另一端接入第一可控开关q1的第一端，用于对第一电压信号进行限流；分压支路包括第二电阻r2以及第三电阻r3，其中，第二电阻r2串联与第一二极管d1与第一电阻r1之间(即，一端接入第一二极管d1的阴极，另一端与第一电阻r1连接)，第三电阻r3的一端接入第一电阻r1与第二电阻之间，另一端接地。

再进一步地，如图2所示预处理电路还包括有第二二极管d2以及第一电容c1。其中，第二二极管d2以及第一电容c1分别与第三电阻r3并联，且第二二极管d2以及第一电容c1接入第一电阻r1与第二电阻r2之间。第二二极管d2用于对第一电压信号进行稳压，第一电容c1用于滤除第一电压信号中小的杂波信号。

此外，第一可控开关q1的第二端通过上拉电阻r5接入第一直流电源dc1，且第三端接地，即第三端接入的第二电压信号为零。该第一可控开关q1为第一三极管，第一端为第一三极管的基极，第二端为第一三极管的集电极，第三端为第一三极管的发射极；则，第一三极管的基极接入经过预处理电路处理之后的第一电压信号，集电极输出第三电压信号，发射极接地。

该信号处理单元在工作时，输入端接入的第一电压信号mltcon经过预处理电路处理后，接入第一三极管的基极，当第一电压信号的电压值大于第一三极管发射极的电压大小时(即，当第一电压信号的电压值大于零时)，第一三极管导通，其发射极输出的第二电压信号为低电平；当第一电压信号的电压值小于或等于第一三极管发射极的电压大小时(即，当第一电压信号的电压值小于或等于零时)，第一三极管截止，其发射极输出的第二电压信号为高电平。因此，第一三极管的导通或截止会使得集电极输出不同的第三电压信号，后续控制器通过该不同的第三电压信号即可确定出输入至信号转换单元的第一电压信号是否发生变化，从而当该第一电压信号为待控制端的开关信号时，控制器通过向待控制端发送不同的开关控制信号，即可实现对待控制端的多路开关控制。

作为本实施例的一种具体实施方式，mltcon端可以接入3种不同的信号(火线l、零n、负载线lout1)，mltcon端输入信号经过第一二极管d1整流；然后经分压支路分压；第二二极管d2起到稳压保护作用，使得输出电压在允许范围内；第一电容c1起到一定程度的滤波作用，滤除小的杂波信号；第一电阻r1起到限流作用，电阻r5将mltconin信号上拉至第一直流电源电压(例如，+3.3v)。当第一三极管导通时，mltconin被拉低并输出低电平；当第一三极管截止时，mltconin被拉高并输出高电平。mltconin信号最终输出至控制器的第一端口进行处理。经过信号转换单元处理后的mltconin信号输入到控制器的第一端口，控制器结合第一电压信号的不同将使用不同功能的判断机制。

例如：(1)第一电压信号接入l火线，当第一电压信号与火线接通时，mltconin输出低电平；当第一电压信号与火线断开时，mltconin输出高电平。后续控制器通过对该高低电平的变化滤波，可以用于多路开关控制功能的判断依据。

(2)第一电压信号接入n零线时，当第一电压信号与零线接通时，mltconin输出一定占空比的脉冲电平；当第一电压信号与零线断开时，mltconin输出高电平。后续控制器通过对该脉冲电平、高电平的变化滤波，可以用于多路开关控制功能的判断依据。

(3)第一电压信号接入lout1负载线时，结合图6所示的继电器负载电路原理图部分可知，在继电器断开状态下，当第一电压信号与lout1负载线接通时，mltconin输出一定占空比的脉冲电平；当第一电压信号与lout1负载线断开时，mltconin输出高电平。在继电器导通状态下，当第一电压信号与lout1负载线接通时，mltconin输出低电平；当第一电压信号与lout1负载线断开时，mltconin输出高电平。后续控制器通过对该脉冲电平、低电平、高电平的变化滤波，可以用于多路开关控制功能的判断依据。

本发明实施例还提供了一种开关控制系统，该系统包括如图3所示的开关控制电路，以及负载。其中，关于开关控制电路的具体结构细节，请参见图1以及图2所示实施例的描述，在此不再赘述。其中，在图3中，为区分同一元器件在不同的信号处理单元中，通过序号将其区分开。例如，对于第一二极管d1而言，在不同的信号处理单元中分别用d11、…、d1m表示，其余元器件的表示方式类似。

此外，负载与控制器的输出端连接，开关控制电路用于实现负载的多路开关控制。

本实施例提供的开关控制系统，利用信号处理单元将第一电压信号转换为适于控制器工作的第三电压信号，再利用控制器实现对待控制端的多路开关控制；即，该电路在将高的强电信号转换为低的稳定的弱电信号之后，结合控制器实现多路开关控制，在整个电路中仅处理电压信号，避免了多种类型信号的处理，保证了多路开关控制的可靠性。

作为本实施例的一个具体应用实例，该开关控制系统在实际工作时，信号处理单元输入端接入的第一电压信号为负载的电源，即，负载的电源(例如，火线)通过开关接入信号处理单元，信号处理单元的数量与负载的控制支路的数量对应。例如，需要实现负载的4路控制，则4个不同地方的电源分别通过各自的开关接入对应的信号处理单元，各个信号处理单元的输出端分别接入控制器的引脚。控制器通过对各个引脚所接入的第三电压信号的变化，确定是否需要向负载发送开关控制指令。具体地，例如，在负载与电源接通的情况下，4路控制对应的开关的状态相同，为火线与信号转换单元的输入端接通，控制器中各个引脚的为低电平；若某一时刻，控制器的某一引脚为高电平，在控制器向负载发送开关控制指令，使得负载与电源断开；若下一时刻，控制器的某一引脚再次发生电平的变化，则向负载发送开关控制指令，使得负载与电源接通等等。

作为本实施例的一种可选实施方式，该开关控制系统用于实现对负载的两路开关控制，该负载为继电器负载电路。如图4所示，该开关控制系统包括两组并联的信号处理单元(其中，不同信号处理单元中的同一元器件的标号与图3所示实施例相同，例如，d11以及d12都表示第一二极管)以及过零采样电路。其中，每组信号处理单元的输入端分别连接至对应的开关。

具体地，过零采样电路具有第二可控开关，该过零采样电路的输入端接入负载的电源，输出端接入控制的第二端口；其利用第二可控开关的导通与截止，将负载的电源转换为直流信号。控制器利用直流信号提取出负载的电源的零电压点，并向继电器负载电路发送开关控制指令。可选地，第二可控开关可以是三极管，也可以是其他电压控制型晶体管，只需保证其能够将负载的交流电源转换为适于控制器工作的直流电压信号即可。

如图4所示，该开关控制系统包括两组信号处理单元，信号处理单元的输入端分别接入负载电源的控制信号，即mltcon1以及mltcon2；上述两个控制信号经过信号处理单元处理后，分别输出mltconin1以及mltconin2；信号处理单元的输出接入控制器的第一端口。此外，过零采样电路的输入端接入负载的电源acn2，输出端的输出信号zeroin接入控制器的第二端口；控制器结合第一端口以及第二端口的信号，向继电器负载输出控制信号out。

作为本实施例的一种可选实施方式，过零采样电路如图5所示，包括第四电阻r4以及第二可控开关q2。其中，第二可控开关q2具有第四端、第五端以及第六端。第四电阻r4的一端接入负载的电源acn2，另一端接入第二可控开关q2的第四端，用于对负载的电源acn2进行限流。

可选地，第四电阻r4可以为一个电阻，也可以为多个电阻的串并联。例如，图5所示的两个电阻r41以及r42的串联。

进一步可选地，过零采样电路还可以包括其他功能电路，例如滤波、限流、分压等等，具体过零采样电路中其他功能电路可以根据实际情况进行具体设置，在此不做限定。

其中，第二可控开关q2为第二三极管，第二可控开关q2的第四端为第二三极管的基极，第五端为第二三极管的集电极，第六端为第二三极管的发射极。第二三极管基极接入负载的电源，集电极利用上拉电阻接入第二直流电源dc2，发射极接地。进一步可选地，在第四电阻r4与第二三极管的基极之间还连接有第三二极管d3，用于对负载的电源进行滤波。

该过零检测电路在工作时，若acn2接入输入ac120v电压，经过第四电阻r4限流后驱动第二三极管q2，其中，第三二极管d3起到反向保护的作用，第二直流电源为+3.3v。当acn2端的电压高于gnd时，第二三极管q2导通，zeroin被拉低至gnd(即，zeroin输出低电平)；当acn2端的电压低于gnd时，第二三极管q2截止，zeroin被上拉至+3.3v(即zeroin输出高电平)。该过零检测电路将负载的交流电源转换为高低电平信号，后续控制器利用zeroin即可提取出负载电源的零电压点。例如，控制器可以实时判断zeroin的电压值是否发生跃变，当zeroin的电压值发生跃变时，记录下此时的时刻点，该时刻点即为负载电源的零电压点。

作为本实施例的一种可选实施方式，如图7所示，控制器在基于第三电压信号以及零电压点，向继电器负载电路发送开关控制指令，可以采用以下步骤实现：

s11，获取继电器负载电路中继电器的吸合时间以及负载的电源的过零点周期。

其中，继电器负载电路的结构可以采用如图6所示的结构图表示，其中，out与控制器的输出端连接，lout1为负载线接入信号转换单元的输入端，acn2为负载的电源。

继电器负载电路中继电器的吸合时间可以通过示波器获取到，例如，通过示波器获取到的继电器动作到触电闭合的时间间隔为6ms。负载的电源的过零点周期可以通过负载的电源频率计算出，当电源频率为60hz时，电源的过零点周期为8.33ms。

s12，计算过零点周期与吸合时间的差值。

控制器利用已获得的继电器吸合时间数据，在电源过零点计算出继电器延时闭合的时间，例如，8.33－6＝2.33ms。

s13，基于第三电压信号，在零电压点延时差值，发送开关控制指令。

控制器在检测到电源过零点之后，延时2.33ms向继电器发送控制指令，那么继电器在间隔6ms之后触电闭合，触电的闭合时间点正好是下一次电源过零点，最终使得继电器在过零点准确闭合，从而有效保护继电器的触点。

具体地，控制器在确定出第三电压信号发生变化时，再结合过零点电压，在实现继电器负载的双控前提下，使得继电器能够在电源的过零点准确闭合。

作为本发明的一种可选实施方式，控制器可以是单片机，也可以是其他类型的控制器，例如wifi处理模块等等，只需保证该控制器能够实现本发明实施例所描述的功能即可。

虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。