自学习继电器关断控制系统和方法与流程

本发明涉及自学习继电器关断控制系统和方法。

背景技术：

本节提供了涉及本发明的背景信息，该背景信息不一定是现有技术。

在使用中，当机械开关臂闭合失败时，开关继电器可能“打开”失败且继电器不能导电。在操作过程中，这一故障可能起因于触点与机械开关臂之间由于继电器关断而引起的电弧。该电弧损坏继电器触点和开关臂，并可能引起继电器使用寿命的缩短。

在继电器试图关断时，电弧量和因此的电弧破坏潜力与穿过继电器的电流成比例。期望的是在流过继电器的AC电流的零交叉时间的期间关断继电器。

现有技术已经以数种方式在零交叉的期间关断继电器。例如，已知检测继电器关断信号与继电器的负载电流周期时间之间的延迟时间。基于所确定的延迟时间，调整关断信号时序以在接近零交叉点打开继电器。然而，由于信号边界条件，因而需要相当复杂的算法来确保检测到继电器的真实关断时间。

另一种解决方案，包括使用光学传感器来检测电弧和调整关断时序，直到检测到很少电弧或没有电弧。光学传感器是导致增加成本的应用的定制的解决方案。

还有另一种现有技术的解决方案，包括随机改变关断信号时序，以减小重复的高电弧关断时间的可能性，从而保护继电器免于故障。然而，改变关断信号时间仅仅减少了显著的电弧的可能性，并不能消除电弧或使电弧最小化。

因此，期望的是有一种继电器关断控制系统，其在操作过程中自学习继电器的关断持续时间，并快速地确定关断信号时间，使得继电器触点在流过继电器的AC信号的零交叉点的期间或接近在该零交叉点时打开。

技术实现要素：

本节提供了本发明的总体概述，而不是全面公开其全部范围或其所有特征。

本发明公开了与交流(AC)信号输入一起使用的继电器关断控制系统的示例。该示例的继电器关断控制系统可以包括继电器；连接到所述继电器的继电器电流负载传感器；连接到所述继电器电流负载传感器并具有输出端的整流电路；以及连接到所述整流电路的输出端的微处理器。该示例的微处理器可以配置成，基于依经验确定的用于继电器关断的依经验确定持续时间，还基于经由使用模运算确定的零交叉时间来设定继电器关断信号输出时间。

本发明还公开了由继电器关断控制系统的微处理器执行的示例的方法。

另外的应用领域从提供的描述将变得显而易见。本综述中的描述和具体的示例仅旨在说明，而非旨在限制本发明。

附图说明

所描述的附图仅用于选择的实施方式的说明的目的，而不是所有可能的实施方式，而非旨在限制本发明。

图1为示例的继电器关断控制系统；

图2为被分成多个连续的时间增量的示例的AC信号输入；

图3为示例的时序图，其图示了示例的持续时间；

图4为另一示例的时序图，其图示了另一示例的持续时间；以及

图5为可以由微处理器执行的示例的方法。

贯穿附图的数个视图，相应的附图标记指代相应的部件。

具体实施方式

现在将参照附图更全面地描述示例性实施方式。

该示例公开了适用于许多应用和许多继电器类型的继电器关断控制系统。此外，所公开的示例不要求定制的继电器或昂贵的附加器件(例如光学传感器)， 而允许使用标准继电器，这使得成本的节约。

本发明涉及自学习继电器关断控制系统和方法。在示例性实施方式中，该系统包括继电器关断控制器，其测量供系统关断继电器的持续时间，并利用模运算以在AC信号输入的零交叉时间的期间打开继电器。

图1示出了用于与交流(AC)信号输入12一起使用的继电器关断控制系统10。继电器关断控制系统10可以包括继电器14、连接到继电器14的继电器电流负载传感器16、以及连接到继电器电流负载传感器16并具有输出端20的整流电路18。微处理器22可以连接到整流电路的输出端20。术语“微处理器”应当理解为包括任何适当的计算设备或处理设备，例如通用计算机处理器、可编程逻辑阵列、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)设备、微控制器、中央处理单元、等效模拟电路等等。继电器14可以为适合于特定应用的任何适当的继电器，并可以包括例如T9A、美国AZ2500P2、JQ1PF、G5Q、以及其它适当的继电器。

微处理器22可以配置成：

a)限定多个连续的时间增量，其中组合的多个连续的时间增量的每一者等于AC信号输入的周期时间。图2中示出了示例的多个连续的时间增量24。图2的示例示出了施加到AC信号输入26的周期时间的16个时间增量24。根据设计要求，周期时间可以分成更多或更少的相等的时间增量；例如连续的时间增量的数目可以为16、32、64或其他数目。

b)在多个连续的时间增量的第一个时间增量处，将第一继电器关断信号输出至继电器14。

c)在步骤b或步骤f之后，在输出端20处测量整流电路18的持续时间，以指示继电器14已经关断(也称为打开)。可以从微处理器22输出关断信号的时间到输出端20下降的时间超过半个周期时间的时间为止来测量持续时间。所述另一种方法是，可以在微处理器22输出关断信号之后，开始从在整流电路的输出端20处生成的整流方波信号的第一上升沿到最后下降沿来测量持续时间。整流方波可以与AC信号输入12同步。持续时间示出在图3和图4的示例的时 序图中。图3的持续时间用附图标记28示出，并在微处理器在34处输出关断信号之后，可以从第一上升沿30到最后下降沿32来测量。类似地，图4示例地用附图标记36示出了持续时间，并在微处理器在42处输出关断信号之后，可以从上升沿38到下降沿40来测量。

d)执行持续时间对周期时间的二分之一取模的模运算，其中该模运算的余数为非零值和零值中的一者。图3示例的余数为非零值，并指示在该AC周期的一个正部分期间，继电器关断。图4示例的余数为零值，并指示在该AC周期的一个负部分期间，继电器关断。

e)将余数和关联的时间增量存储在与微处理器22耦合的存储器44中。存储器44可以为任何适当的数据存储设备，例如随机存取存储器(random access memory，RAM)、动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)、静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)、易失性或非易失性存储器、闪存、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，PROM)、可擦除可编程只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，EPROM)、电可擦可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)、磁带、磁盘、光盘等等。

f)在多个连续的时间增量的下一个时间增量处，将下一个继电器关断信号输出到继电器。在公开的示例中，图3可以为步骤b)的第一个继电器关断信号输出，图4可以为步骤f)的下一个继电器关断信号输出。在步骤f)，微处理器通过一个时间增量增大了关断信号输出时间。如果AC信号为60Hz、AC周期时间近似于16.7毫秒(ms)且每一个时间增量24表示大约1ms，则下一个时间增量为2ms。为了执行模运算，在一个示例中，其中持续时间为15.2ms，半周期时间近似于8.35ms，每一个值可以乘以100以产生用于模运算的整数值。从而在该示例中，模被除数值为1520，除数为835。在其它示例中，持续时间和半周期时间均可以乘以10、1000或其它适当的值，以创建用于模运算的被除数整数值和除数整数值。

g)重复步骤c)至步骤f)，直到存储的连续模运算的余数从非零值转变到零值或从零值转变到非零值。在该示例中，在不早于1ms检测连续的余数转变之前，在输出两个关断信号之后或者在输出至多十六个关断信号之后可以完成自学习。如果设置另一数目的时间增量，则关断信号输出的可能的最大数目将因此改变。以这种方式，该公开示例的继电器关断控制系统在AC信号12的零交叉时期的期间快速地自学习关断继电器14需要的时间调整。

h)在关联的时间增量处设置继电器关断信号输出时间，其中连续的模运算的余数从非零值转变至零值或从零值转变至非零值。对于该示例，其中每一个时间增量表示1ms，在3ms和4ms之间检测出余数转变，假设已经发生零交叉时期，微处理器将第三个关联的时间增量(在本示例中为3ms)存储并设定为继电器关断信号输出时间。

描述微处理器22的配置的另一方式可以是：微处理器22配置成，基于依经验确定的用于继电器关断的持续时间，还基于经由使用模运算确定的零交叉时期来设定继电器关断信号输出时间。依经验确定的持续时间可以包括在微处理器将继电器关断信号输出至继电器之后，测量用于整流电路的输出的时间，以指示继电器已经关断。

在其它的示例中，整流电路18可以用模数(analog-to-digital，A-D)转换器来替代，但类似于上面公开的示例，仍然检测AC信号输入的正部分和负部分并确定零交叉时期。

如果持续时间仅确定一次，则微处理器22的确定零交叉时期的配置步骤可以为：

a)限定多个连续的时间增量，其中组合的多个连续的时间增量的每一者等于AC信号输入的周期时间；

b)执行持续时间对周期时间的二分之一取模的模运算，其中该模运算的余数为非零值和零值中的一者；

c)将余数和关联的时间增量存储在与微处理器耦合的存储器中；

d)在多个连续的时间增量的下一个时间增量处，将下一个继电器关断信号 输出到继电器；

e)重复步骤b)至步骤d)，直到存储的连续模运算的余数从非零值转变到零值或从零值转变到非零值；以及

f)在关联的时间增量处设定继电器关断信号输出时间，其中连续的模运算的余数从非零值转变至零值或从零值转变至非零值。

图5的方法50可以由微处理器22来执行，微处理器22形成与交流(AC)信号输入12一起使用的继电器控制系统10的一部分。如图1中所示，方法50的继电器控制系统10可以包括继电器14、连接到继电器14的继电器电流负载传感器16、连接到继电器电流负载传感器16的整流电路18、以及连接到整流电路的输出端20的微处理器22。

参照图5，方法50可以包括：

a)在52处，在多个连续的时间增量的第一个时间增量处，将第一继电器关断信号输出至继电器14，其中组合的多个连续的时间增量的每一者等于AC信号输入的周期时间；

b)在步骤a)或步骤e)之后，在54处，测量用于整流电路的输出20的持续时间，以指示继电器14已经关断；

c)在56处，执行持续时间对周期时间的二分之一取模的模运算，其中该模运算的余数为非零值和零值中的一者；

d)在58处，将余数和关联的时间增量存储在与微处理器22耦合的存储器44中；

e)在60处，在多个连续的时间增量的下一个时间增量处，将下一个继电器关断信号输出到继电器14；

f)如在62处所确定的，重复步骤b)至步骤e)，直到存储的连续模运算的余数从非零值转变到零值或从零值转变到非零值；以及

g)在64处，在关联的时间增量处设定继电器关断信号输出时间，其中连续的模运算的余数从非零值转变至零值或从零值转变至非零值。

提供了示例实施方式，因此本发明是彻底的，并全面地将范围传达给本领 域技术人员。提出了许多具体的细节(例如具体的组件、设备和方法的示例)，以提供彻底理解本发明的实施方式。对于本领域技术人员显而易见的是，具体细节不是必须采用的，该示例实施方式可以以许多的形式实施，并且也不应该构成限制本发明。在一些示例实施方式中，公知的过程、公知的设备结构以及公知的技术并未详细描述。

所使用的术语仅仅是描述特定的示例实施方式，并不意图进行限制。如所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”可以意图包括复数形式，除非上下文另有指定。术语“包括”、“包括有”、“包含”和“具有”是包容性的，从而说明所陈述的特征、整数、步骤、运算、元件和/或组件的存在，但不排除存在或附加一个或多个其它特征、整数、步骤、运算、元件、组件和/或它们的组和。本文所描述的该方法步骤、过程和运算不应被解释为必须要求它们以所讨论或示出的特定顺序执行，除非明确指出为执行顺序。还要理解的是，可以采用另外的或替换的步骤。

当一个元件或层被描述为在另一元件或层“上”或“接合到”、“连接到”、或“耦合到”另一元件或层时，它可以直接在另一元件或层上或接合、连接或耦合到另一元件或层、或可以存在中间元件或层。当一个元件被描述为“直接”在另一个元件或层“上”或“直接接合到”、“直接连接到”或“直接耦合到”另一元件或层时，可以不存在中间元件或层。应该以类似的方式解释用来描述元件之间的关系的其它词语(例如，“之间”对“直接之间”，“相邻”对“直接相邻”等)。术语“和/或”包括一个或多个相关联的所列项目的所有组合。

虽然术语第一、第二、第三等可以用来描述各种元件、组件、区域、层和/或部分，但是这些元件、组件、区域、层和/或部分不应该限于这些术语。这些术语可以仅将一个元件、组件、区域、层或部分与另一个区域、层或部分区分开。如“第一”、“第二”的术语、和其它数字术语在使用时没有暗示顺序或次序，除非由上下文清楚地指示。下面讨论的第一元件、第一组件、第一区域、第一层或第一部分可以称为第二元件、第二组件、第二区域、第二层或第二部分，而不脱离本示例实施方式的教导。

已经提供了实施方式的前述描述以用于说明和描述。它不旨在穷尽或限制本发明。特定实施方式的单个元件或特征不限于该实施方式，而是在适用的情况下，可以互换并可以用在选择的实施方式中，即使没有具体示出或描述出。同样地还可以以许多的方式变化。这些变型不应被视为脱离本发明，并且所有的这些修改包括在本发明内。