本发明涉及电梯控制领域，具体的涉及一种安全电子开关。
背景技术：
电梯是一种以电动机为动力的垂直升降机，装有箱状吊舱，用于多层建筑载人或载运货物。现代社会中，电梯已经成为不可缺少的运输设备。电梯的存在使得高层建筑的交通更为便利。由于电梯的运行涉及到人身安全，为保证电梯能安全地运行，电梯在运行及控制的各个部位分别装有许多安全部件，例如限速器、安全钳、紧急停车按钮、紧急出口开关、底坑开关、限位开关等安全部件，上述安全部件的触点和继电器或者接触器串联构成了电梯安全回路。只有电梯安全回路中每个安全部件都正常的情况下，电梯才能运行，否则电梯立即停止运行。
在目前的电梯法规里，要求在变频器和电动机之间必须串联运行接触器，运行接触器由安全回路来控制，但是在实际应用中，运行接触存在体积庞大、运行时有噪音、机械寿命有限、价格昂贵的问题，目前在国外一种有安全扭矩关断(sto)功能的变频器被开发出来，而且根据德国权威认证机构的测试证明，当使用这种有sto功能的变频器时，就算省去变频器和电动机之间的运行接触器，电梯控制也是安全的。在德国，使用sto功能的变频器已经能够通过认证机构的安全认证。在中国，已经在研究sto功能变频器的安全性，在不久的将来，也将会与国际接轨，省去运行接触器将会是电梯行业发展的趋势。
安全电子开关用于连接电梯安全回路与sto变频器之间，是实现无运行接触器安全运行的关键设备。目前市面上有类似功能的产品存在防浪涌能力弱、不能满足安全电气隔离要求的问题。此外市面上一般的安全电子开关采用的安全继电器，使用安全继电器存在价格高，运行有噪音和使用寿命相对较短的问题。
技术实现要素：
为了解决上述问题，本发明提供了一种防浪涌能力强、满足安全电气隔离要求的安全电子开关，并用于安全回路和sto功能变频器之间，最终实现电梯控制系统无运行接触器安全运行之目的。
本发明采用的技术方案是：
一种安全电子开关，设置在安全回路和变频器之间，安全电子开关与外接的低压电源相连以用于供电，包括：第一端子、第二端子、第三端子、浪涌电压抑制单元、比较器和继电器，所述浪涌电压抑制单元的输入端通过第一端子连接安全回路，所述第一端子上设置有火线端和零线端，浪涌电压抑制单元的输出端与比较器的输入端相连，所述比较器的输出端与继电器相连，所述继电器分别与第二端子、第三端子相连，所述第二端子与变频器相连，所述第三端子与低压电源相连，第三端子上设置有与低压电源相连的正极和负极。
进一步的，所述浪涌电压抑制单元包括瞬态抑制二极管d4和瞬态抑制二极管d10；
所述瞬态抑制二极管d4的一端通过依次串联的电阻r3、电阻r4与第一端子的火线端相连，瞬态抑制二极管d4的另一端与第一端子的零线端相连；
所述瞬态抑制二极管d10的一端通过依次串联的电阻r14与电阻r13与第一端子的火线端相连，瞬态抑制二极管d10的另一端与第一端子的零线端相连。
进一步的，所述瞬态抑制二极管d4的两端并联有电阻r7，瞬态抑制二极管d4与第一端子的零线端之间设置有电阻r8；所述瞬态抑制二极管d10的两端并联有电阻r17，瞬态抑制二极管d10与第一端子的零线端之间设置有电阻r18。
进一步的，所述比较器包括第一比较器和第二比较器，所述第一比较器包括比较器u2a和比较器u2b，所述第二比较器包括比较器u4a和比较器u4b，所述比较器u2a的反相输入端与比较器u2b的反相输入端相连，比较器u2a的同相输入端与比较器u2b的同相输入端相连,所述比较器u4a的反相输入端与比较器u4b的反相输入端相连，比较器u4a的同相输入端与比较器u4b的同相输入端相连；
比较器u2a与瞬态抑制二极管d4之间设置有双开关二极管d3、双开关二极管d6、稳压二极管d2、稳压二极管d5；比较器u2a的输出端连接稳压二极管d2的正极和稳压二极管d5的负极，所述稳压二极管d2的负极通过电阻r2与双开关二极管d3的负极和双开关二极管d6的负极相连，所述双开关二极管d3的中间接点与瞬态抑制二极管d4和电阻r4的公共端相连，双开关二极管d3的正极和负极之间并联有电容c1和电容c2，稳压二极管d5的正极与双开关二极管d6的正极和双开关二极管d3的正极相连，双开关二极管d6的中间接点与瞬态抑制二极管d4的另一端相连；比较器u2a的v+端与双开关二极管d3的负极相连，比较器u2a的v+端和比较器u2b的v+端皆连接低压电源的vcc1端，比较器u2a的v-端与双开关二极管d3的正极和双开关二极管d6的正极相连，比较器u2a的v-端和比较器u2b的v-端皆连接至电容c1的负端；
所述比较器u4a与瞬态抑制二极管d10之间设置有双开关二极管d9、双开关二极管d12、稳压二极管d8、稳压二极管d11，比较器u4a的输出端连接稳压二极管d8的正极和稳压二极管d11的负极，所述稳压二极管d8的负极通过电阻r12与双开关二极管d9的负极和双开关二极管d12的负极相连，所述双开关二极管d9的中间接点与瞬态抑制二极管d4和电阻r14的公共端相连，稳压二极管d11的正极与双开关二极管d12的正极和双开关二极管d9的正极相连，双开关二极管d12的中间接点与瞬态抑制二极管d10的另一端相连；双开关二极管d9的正极和负极之间并联有电容c5和电容c6，比较器u4a的v+端与双开关二极管d9的负极相连，比较器u4a的v+端和比较器u4b的v+端皆连接低压电源的vcc2端，比较器u4b的v-端与双开关二极管d9的正极和双开关二极管d12的正极相连，比较器u4a的v-端和比较器u4b的v-端皆连接至电容c5的负端。
进一步的，所述比较器u2a的同相输入端与比较器u2b的同相输入端的公共接点通过电阻r9与稳压二极管d5的正极相连，u2a的同相输入端与比较器u2b的同相输入端的公共接点通过电阻r6与稳压二极管d2的负极相连；比较器u2a的反相输入端与比较器u2b的反相输入端的公共接点通过电阻r10与稳压二极管d5的正极相连，比较器u2a的反相输入端与比较器u2b的反相输入端的公共接点通过电阻r5与比较器u2a的v+端相连，比较器u2a的反相输入端与比较器u2b的反相输入端的公共接点通过电容c4与比较器u2a的v-端相连，比较器u2b的v+端通过电容c3与比较器u2b的v-端相连；
所述比较器u4a的同相输入端与比较器u4b的同相输入端的公共接点通过电阻r19与稳压二极管d11的正极相连，u4a的同相输入端与比较器u4b的同相输入端的公共接点通过电阻r16与稳压二极管d8的负极相连；比较器u4a的反相输入端与比较器u4b的反相输入端的公共接点通过电阻r20与稳压二极管d11的正极相连，比较器u4a的反相输入端与比较器u4b的反相输入端的公共接点通过电阻r15与比较器u4a的v+端相连，比较器u4a的反相输入端与比较器u4b的反相输入端的公共接点通过电容c8与比较器u4a的v-端相连，比较器u4b的v+端通过电容c7与比较器u4b的v-端相连。
进一步的，所述继电器采用photomos光电耦合器，包括photomos光电耦合器u1和photomos光电耦合器u3,所述第二端子上设置有与变频器相连用于双路输出的stoa引脚和stob引脚，所述第三端子上设置有与低压电源相连的正极和负极；
所述photomos光电耦合器u1的引脚4与比较器u2b的输出端相连,photomos光电耦合器u1的引脚2和photomos光电耦合器u1的引脚3相连，photomos光电耦合器u1的引脚1通过依次串联的开关二极管d1和电阻r1与比较器u2b的v+端相连，其中photomos光电耦合器u1的引脚1连接开关二极管d1的负极，所述开关二极管d1的正极与电阻r1相连，photomos光电耦合器u1的引脚8连接第三端子的正极，photomos光电耦合器u1的引脚7和photomos光电耦合器u1的引脚6相连，photomos光电耦合器u1的引脚5与第二端子的stob引脚相连，photomos光电耦合器u1的引脚5通过电容cy1与photomos光电耦合器u1的引脚8相连，photomos光电耦合器u1的引脚5通过依次串联的电阻r21和发光二极管led1连接第二端子的负极，所述发光二极管led1的正极连接电阻r21，发光二极管led1的负极连接第二端子的负极，发光二极管led1上并联有二极管d15，其中发光二极管led1的正极与二极管d15的负极相连，发光二极管led1的负极与二极管d15的正极相连；
所述photomos光电耦合器u3的引脚4与比较器u4b的输出端相连,photomos光电耦合器u3的引脚2和photomos光电耦合器u3的引脚3相连，photomos光电耦合器u3的引脚1通过依次串联的开关二极管d7和电阻r11与比较器u4b的v+端相连，其中photomos光电耦合器u3的引脚1连接开关二极管d7的负极，所述开关二极管d7的正极与电阻r11相连，photomos光电耦合器u3的引脚8连接第三端子的正极，photomos光电耦合器u3的引脚7和photomos光电耦合器u3的引脚6相连，photomos光电耦合器u3的引脚5与第二端子的stoa引脚相连，photomos光电耦合器u3的引脚5通过电容cy2与photomos光电耦合器u3的引脚8相连，photomos光电耦合器u3的引脚5通过依次串联的电阻r22和发光二极管led2连接第二端子的负极，所述发光二极管led2的正极连接电阻r22，发光二极管led2的负极连接第二端子的负极，发光二极管led2上并联有二极管d16，其中发光二极管led2的正极与二极管d16的负极相连，发光二极管led2的负极与二极管d16的正极相连。
进一步的，所述第三端子的正极和负极之间设置有依次串联的二极管d13、瞬态抑制二极管d14和二极管d17，第三端子的正极连接二极管d13的正极，二极管d13的负极连接瞬态抑制二极管d14的负极，瞬态抑制二极管d14的正极连接二极管d17的正极，二极管d17的负极连接第三端子的的负极；二极管d13和瞬态抑制二极管d14的公共端与低压电源的正极相连。
进一步的，所述第一端子的火线端设置为引脚1，零线端设置为引脚4；所述第三端子的正极设置为引脚2，负极设置为引脚3。
进一步的，所述第二端子的stob引脚设置为引脚1，stoa引脚设置为引脚3，还包括低电压源的负极和pe引脚，所述低电压源的负极设置为引脚2所述pe引脚设置为引脚4。
其中，还包括阻燃外壳和设置在阻燃外壳内的阻燃pcb板，所述第一端子、第二端子、第三端子、浪涌电压抑制单元、比较器和继电器皆封装在阻燃pcb板上，所述电阻r3、电阻r4、电阻r13、电阻r14皆采用水泥电阻。
本发明的有益效果：
本发明通过第一端子用于输入端子连接控制系统的安全回路，第二端子用于输出端子连接电梯变频器，采用浪涌电压抑制单元增强了输入端口的抗干扰能力，保证了在复杂的电磁环境下运行的可靠性；此外通过比较器设计门槛电压减小了输入电压波动对于电路的影响；采用双通道输出结构，满足功能安全等级sil3的要求；采用photomos光电耦合器，不但满足安全电气隔离的要求，而且运行无噪音、使用寿命长；通过输入高阻抗实现输入能量限制，限制最大输入功率，从而有效限制了安全电子开关的温升，提高了产品的阻燃性。此外端子采用容错设计，有效避免安装时接线错误损坏产品。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明；
图1为本发明安全电子开关的电气原理图；
图2为本发明安全电子开关的电路图；
图3为本发明第二端子的引脚图；
图4为本发明第三端子与selv电源连接的电路图。
具体实施方式
如图1-图2所示为本发明的一种安全电子开关，设置在安全回路和变频器之间，安全电子开关与外接的低压selv电源相连以用于供电，包括：第一端子xses1、第二端子xses4、第三端子xses3、浪涌电压抑制单元、比较器、继电器、第一端子xses1，浪涌电压抑制单元通过第一端子xses1连接安全回路，第一端子xses1上设置有火线端和零线端，浪涌电压抑制单元与比较器相连，比较器与继电器相连，继电器与第二端子xses4和第三端子xses3相连，第三端子xses3与低压电源相连，第三端子xses3上设置有与低压电源相连的正极和负极，端子xses2预留做备用。
其中，浪涌电压抑制单元包括瞬态抑制二极管d4和瞬态抑制二极管d10；瞬态抑制二极管d4的一端通过依次串联的电阻r3、电阻r4与第一端子xses1的火线端相连，瞬态抑制二极管d4的另一端与第一端子xses1的零线端相连；瞬态抑制二极管d10的一端通过依次串联的电阻r14与电阻r13与第一端子xses1的火线端相连，瞬态抑制二极管d10的另一端与第一端子xses1的零线端相连。瞬态抑制二极管d4的两端并联有电阻r7，瞬态抑制二极管d4与第一端子xses1的零线端之间设置有电阻r8；瞬态抑制二极管d10的两端并联有电阻r17，瞬态抑制二极管d10与第一端子xses1的零线端之间设置有电阻r18。
本实施例中，比较器包括第一比较器和第二比较器，第一比较器包括比较器u2a和比较器u2b，第二比较器包括比较器u4a和比较器u4b，比较器u2a的反相输入端与比较器u2b的反相输入端相连，比较器u2a的同相输入端与比较器u2b的同相输入端相连,比较器u4a的反相输入端与比较器u4b的反相输入端相连，比较器u4a的同相输入端与比较器u4b的同相输入端相连。
其中，比较器u2a与瞬态抑制二极管d4之间设置有双开关二极管d3、双开关二极管d6、稳压二极管d2、稳压二极管d5；比较器u2a的输出端连接稳压二极管d2的正极和稳压二极管d5的负极，稳压二极管d2的负极通过电阻r2与双开关二极管d3的负极和双开关二极管d6的负极相连，双开关二极管d3的中间接点与瞬态抑制二极管d4和电阻r4的公共端相连，双开关二极管d3的正极和负极之间并联有电容c1和电容c2，稳压二极管d5的正极与双开关二极管d6的正极和双开关二极管d3的正极相连，双开关二极管d6的中间接点与瞬态抑制二极管d4的另一端相连；比较器u2a的v+端与双开关二极管d3的负极相连，比较器u2a的v+端和比较器u2b的v+端皆连接低压电源的vcc1端，比较器u2a的v-端与双开关二极管d3的正极和双开关二极管d6的正极相连，比较器u2a的v-端和比较器u2b的v-端皆连接至电容c1的负端；
其中，比较器u4a与瞬态抑制二极管d10之间设置有双开关二极管d9、双开关二极管d12、稳压二极管d8、稳压二极管d11，比较器u4a的输出端连接稳压二极管d8的正极和稳压二极管d11的负极，稳压二极管d8的负极通过电阻r12与双开关二极管d9的负极和双开关二极管d12的负极相连，双开关二极管d9的中间接点与瞬态抑制二极管d4和电阻r14的公共端相连，稳压二极管d11的正极与双开关二极管d12的正极和双开关二极管d9的正极相连，双开关二极管d12的中间接点与瞬态抑制二极管d10的另一端相连；双开关二极管d9的正极和负极之间并联有电容c5和电容c6，比较器u4a的v+端与双开关二极管d9的负极相连，比较器u4a的v+端和比较器u4b的v+端皆连接低压电源的vcc2端，比较器u4b的v-端与双开关二极管d9的正极和双开关二极管d12的正极相连，比较器u4a的v-端和比较器u4b的v-端皆连接至电容c5的负端。
其中，比较器u2a的同相输入端与比较器u2b的同相输入端的公共接点通过电阻r9与稳压二极管d5的正极相连，u2a的同相输入端与比较器u2b的同相输入端的公共接点通过电阻r6与稳压二极管d2的负极相连；比较器u2a的反相输入端与比较器u2b的反相输入端的公共接点通过电阻r10与稳压二极管d5的正极相连，比较器u2a的反相输入端与比较器u2b的反相输入端的公共接点通过电阻r5与比较器u2a的v+端相连，比较器u2a的反相输入端与比较器u2b的反相输入端的公共接点通过电容c4与比较器u2a的v-端相连，比较器u2b的v+端通过电容c3与比较器u2b的v-端相连。
其中，比较器u4a的同相输入端与比较器u4b的同相输入端的公共接点通过电阻r19与稳压二极管d11的正极相连，u4a的同相输入端与比较器u4b的同相输入端的公共接点通过电阻r16与稳压二极管d8的负极相连；比较器u4a的反相输入端与比较器u4b的反相输入端的公共接点通过电阻r20与稳压二极管d11的正极相连，比较器u4a的反相输入端与比较器u4b的反相输入端的公共接点通过电阻r15与比较器u4a的v+端相连，比较器u4a的反相输入端与比较器u4b的反相输入端的公共接点通过电容c8与比较器u4a的v-端相连，比较器u4b的v+端通过电容c7与比较器u4b的v-端相连。
为了达到更好的静音和稳定的效果，本实施例中继电器采用
photomos光电耦合器，包括photomos光电耦合器u1和photomos光电耦合器u3,第二端子xses4上设置有与变频器相连用于双路输出的stoa引脚和stob引脚，第三端子xses3上设置有与低压电源相连的正极和负极。
其中，photomos光电耦合器u1的引脚4与比较器u2b的输出端相连,photomos光电耦合器u1的引脚2和photomos光电耦合器u1的引脚3相连，photomos光电耦合器u1的引脚1通过依次串联的开关二极管d1和电阻r1与比较器u4b的v+端相连，其中photomos光电耦合器u1的引脚1连接开关二极管d1的负极，开关二极管d1的正极与电阻r1相连，photomos光电耦合器u1的引脚8连接第三端子xses3的正极，photomos光电耦合器u1的引脚7和photomos光电耦合器u1的引脚6相连，photomos光电耦合器u1的引脚5与第二端子xses4的stob引脚相连，photomos光电耦合器u1的引脚5通过电容cy1与photomos光电耦合器u1的引脚8相连，photomos光电耦合器u1的引脚5通过依次串联的电阻r21和发光二极管led1连接第二端子xses4的负极，发光二极管led1的正极连接电阻r21，发光二极管led1的负极连接第二端子xses4的负极，发光二极管led1上并联有二极管d15，其中发光二极管led1的正极与二极管d15的负极相连，发光二极管led1的负极与二极管d15的正极相连。
其中，photomos光电耦合器u3的引脚4与比较器u4b的输出端相连,photomos光电耦合器u3的引脚2和photomos光电耦合器u3的引脚3相连，photomos光电耦合器u3的引脚1通过依次串联的开关二极管d7和电阻r11与比较器u4b的v+端相连，其中photomos光电耦合器u3的引脚1连接开关二极管d7的负极，开关二极管d7的正极与电阻r11相连，photomos光电耦合器u3的引脚8连接第三端子xses3的正极，photomos光电耦合器u3的引脚7和photomos光电耦合器u3的引脚6相连，photomos光电耦合器u3的引脚5与第二端子xses4的stoa引脚相连，photomos光电耦合器u3的引脚5通过电容cy2与photomos光电耦合器u3的引脚8相连，photomos光电耦合器u3的引脚5通过依次串联的电阻r22和发光二极管led2连接第二端子xses4的负极，发光二极管led2的正极连接电阻r22，发光二极管led2的负极连接第二端子xses4的负极，发光二极管led2上并联有二极管d16，其中发光二极管led2的正极与二极管d16的负极相连，发光二极管led2的负极与二极管d16的正极相连。
优选的，本实施例中photomos光电耦合器u1/u3采用的型号皆为vor2142b8t；第一比较器/第二比较器采用的型号皆为lm2903vqdr；瞬态抑制二极管d4/d10的型号皆为smbj18ca；双开关二极管d3/d6/d9/d12/d1/d7采用的型号皆为mmbd7000，当然，本发明的保护范围并不限定于以上指定元器件。
本发明中端子xses1-xses4采用的型号是一致的，为了避免安装过程中接线错误，本安全电子开关采用了容错设计，如图2-图4，第一端子xses1的火线端设置为引脚1，零线端设置为引脚4；第三端子xses3的正极设置为引脚2，负极设置为引脚3。第二端子xses4的stob引脚设置为引脚1，stoa引脚设置为引脚3,其中第一端子xses1的引脚2和引脚4留空，第三端子xses3的引脚1和引脚4留空，因此，即使第一端子xses1和第三端子xses3互相被插错，都不会造成产品损坏；同理,即使第一端子xses1和第二端子xses4互相被插错，也不会造成产品损坏。
另外，第三端子xses3的正极和负极之设置有依次串联的二极管d13、瞬态抑制二极管d14和二极管d17，第三端子xses3的正极连接二极管d13的正极，二极管d13的负极连接瞬态抑制二极管d14的负极，瞬态抑制二极管d14的正极连接二极管d17的正极，二极管d17的负极连接第三端子xses3的的负极；二极管d13和瞬态抑制二极管d14的公共端与低压电源的正极相连；其中二极管d17作用是作为24v电源的反向隔离，即使第三端子xses3和第二端子xses4互相被插错，也不会使selv电源形成电流回路，因此同样不会造成产品损坏。
为了提高产品的阻燃性，本实施例中pcb板、端子和外壳皆采用阻燃材料制成，与安全回路直接相连的电阻r3、r4、r13、r14皆采用水泥电阻；安全电子开关内部电路元器件之间的线宽采用60mil以提高温升上限。
本发明的工作流程：
本发明中第一端子xses1连接到控制系统的安全回路(比如电梯控制系统的安全回路)，第三端子xses3用于接入24v的selv电源，第二端子xses4连接到变频器。浪涌电压抑制单元用于增强安全电子开关输入端的抗干扰能力。比较器有两个作用，第一个作用是检测输入电压，当输入电压达到被设定的阀值时，比较器开始驱动photomos光电耦合器工作，第二个作用是比较器被设计了门槛电压，目的是减小安全回路的输入电压波动对ses的影响。photomos光电耦合器的主要作用是隔离输出，当比较器驱动photomos光电耦合器工作时，photomos光电耦合器的开关被接通，输出24v电压，从而使能变频器，其中安全回路输入和24v输出之间满足安全电气隔离的要求。在电梯控制系统里，通过安全电子开关去检测安全回路的通断状态来使能变频器，可以控制电梯安全可靠的运行。
其中，在输入端，浪涌电压抑制单元中采用的高阻抗电阻和瞬态抑制二极管的作用是限制浪涌电压输入到线路的控制部分，经过浪涌测试发现，当输入浪涌电压达到2000v时，瞬态抑制二极管d4/d10两端的电压也能被限制在18v左右，故vcc1和vcc2的电压也是18v，线路工作不受影响。
在输出端，stoa和stob的输出电压范围是15～30vdc，而通过采用photomos光电耦合器使输出端的浪涌电压抗击能力达到400v，远远高于安全规格要求的15～30vdc。
通过以上两点分析，本安全电子开关的抗干扰能力远远高于它的工作条件，从而保证能够在复杂的电磁环境下可靠工作。
本发明通过第一端子用于输入端子连接控制系统的安全回路，第二端子用于输出端子连接电梯变频器，采用浪涌电压抑制单元增强了输入端口的抗干扰能力，保证了在复杂的电磁环境下运行的可靠性；此外通过比较器设计门槛电压减小了输入电压波动对于电路的影响；采用双通道输出结构，满足功能安全等级sil3的要求；采用photomos光电耦合器，不但满足安全电气隔离的要求，而且运行无噪音、使用寿命长；通过输入高阻抗实现输入能量限制，限制最大输入功率，从而有效限制了安全电子开关的温升，提高了产品的阻燃性，同时部分电子元器件采用水泥电阻，pcb板和端子以及外壳采用阻燃材料，进一步提高了阻燃性，保障了运行过程中的的安全。
此外端子采用容错设计，有效避免安装时接线错误损坏产品；还设置有led灯，工作状态可以一目了然。
以上所述仅为本发明的优先实施方式，本发明并不限定于上述实施方式，只要以基本相同手段实现本发明目的的技术方案都属于本发明的保护范围之内。