一种用于将继电器的切换时间同步到零交叉的系统的制作方法

本公开涉及用于将继电器的切换时间同步到零交叉的方法、设备和系统。

背景技术：

在使用交流电（AC）功率来对装备供电的系统中，当AC电压处于相对于低电压或AC电压的零交叉的高和/或峰值电压时切换设备的继电器可能损坏继电器和/或设备。例如，当用继电器切换发光二极管（LED）时，由于在LED的初始启动期间的低电阻，该LED可在对电容器充电的同时经历涌流。如果足够高的话，该涌流可使操作LED的继电器的接触熔化。

当将由继电器操作的设备暴露到大的涌流时，其预期寿命可能降低。因此，由这些继电器操作的装备的长期质量可能会受损害，这可导致用来更换受损装备的意外支出。此外，由于装备的预期寿命比预定的更短，由经历大涌流的继电器操作的装备的声誉可能会降低。

技术实现要素：

一种用于将继电器的切换时间同步到零交叉的系统，其特征在于包括：连接至建筑物的交流电（AC）电力干线的时序控制器，其被配置成：接收AC电力干线的相位信息，根据该相位信息来确定AC电力干线的相位的零交叉，基于所感测的AC电力干线的零交叉来确定参考时间，以及将参考时间传输至多个继电器控制器；该多个继电器控制器，每个被配置成：从时序控制器接收参考时间，以及基于参考时间来切换对应于该多个继电器控制器的多个继电器的继电器接触。

附图说明

图1图示根据本公开的一个或多个实施例的用于将继电器的切换时间同步到零交叉的系统。

图2是根据本公开的一个或多个实施例的用于将继电器的切换时间同步到零交叉的方法的流程图。

图3是根据本公开的一个或多个实施例的用于将继电器的切换时间同步到零交叉的时序控制器和继电器控制器的示意性框图。

具体实施方式

本文描述了用于将继电器的切换时间同步到零交叉的方法、设备和系统。例如，一个或多个实施例包括存储器、以及被配置成执行存储在存储器中的可执行指令以进行以下各项的处理器：接收交流电（AC）电力干线的相位信息，根据该相位信息来确定AC电力干线的相位的零交叉，基于零交叉来为对应于多个继电器控制器的多个继电器确定参考时间，以及将参考时间传输至该多个继电器控制器。

使用于继电器的切换时间同步到零交叉可以通过降低该继电器所经历的涌流来帮助改善装备的预期寿命。然而，操作许多不同设备的系统可能需要将许多不同控制器同步到AC电力干线的零交叉。例如，可能需要系统的每个控制器连接至AC电力干线以便感测零交叉的时序。

将系统的每个控制器连接至AC电力干线可能要求另外的装备、连接和布线。另外，该另外的装备、连接和布线可能要求更多的空间，所述更多的空间可能是不可用的。此外，另外的装备、连接和布线可能要求来自政府和/或认证组的批准和/或鉴定。因此，将系统的每个控制器连接至AC干线可能导致建筑物所有者和/或操作员的高成本。

在下面的详细描述中，对形成其一部分的附图作出参考。绘图通过图示的方式示出可以如何实施本公开的一个或多个实施例。

足够详细地描述这些实施例以使得本领域普通技术人员能够实施本公开的一个或多个实施例。要理解，可以利用其他实施例并且可以在不偏离本公开的范围的情况下作出过程、电气和/或结构改变。

如将认识到的，可以添加、交换、组合和/或消除在本文中的各种实施例中示出的元件，以便提供本公开的多个另外的实施例。各图中提供的元件的比例和相对标度旨在说明本公开的实施例，并且不应该以限制的意义来理解。

本文中的各图遵循在其中首先的一个或多个数字对应于绘图图号并且剩余的数字标识绘图中的元件或部件的编号惯例。可以通过使用类似的数字来标识不同图之间的类似元件或部件。例如，如图1中示出的控制器102可以是如在图3中示出的控制器302。另外，如在本文中特别关于绘图中的参考数字使用的标志符“N”指示可以用本公开的多个实施例来包括如此指定的多个特定特征。

如在本文中使用的，“一个”或“多个”事物可以指代一个或多个这样的事物。例如，“多个继电器控制器”可以指代一个或多个继电器控制器。

图1图示根据本公开的一个或多个实施例的用于将继电器的切换时间同步到零交叉的系统。如在图1中示出的，系统100可以包括时序控制器102、交流电（AC）电力干线104和继电器控制器。

时序控制器102可以从AC电力干线104接收相位信息。如在本文中使用的，相位信息可以指代时间点在波形周期上的位置。AC电力干线的波形周期可以例如通过AC电力干线中电压随着时间的变化的正弦波来表示。

时序控制器102可以连接至AC电力干线104。例如，AC电力干线104可以是建筑物的供电系统。时序控制器102可以是建筑物的系统的一部分并且连接至AC电力干线104。

时序控制器102可以感测AC电力干线104的电压。例如，时序控制器102可以利用AC电压检测电路来确定AC电力干线104的电压。

时序控制器102可以根据该相位信息来确定AC电力干线104的相位的零交叉。例如，时序控制器102可以利用相位信息来确定AC电力干线104的相位在零交叉处所处的点。如在本文中使用的，零交叉可以是数学函数（例如正弦波）的符号从正变到负的点，通过与函数的曲线图上的轴的相交（例如零值）来表示。

当AC电力干线104的相位处于零电压时，可以确定零交叉。例如，当表示AC电力干线104的相位的正弦波跨过正弦波的曲线图上的轴时，可以确定AC电力干线104的零交叉。表示AC电力干线104的相位的正弦波的轴的交叉的点可以对应于AC电力干线104的零电压。

时序控制器102可以基于所感测的AC电力干线104的零交叉来确定参考时间。该参考时间可以被确定成对应于AC电力干线104的零交叉。例如，该参考时间可以对应于表示AC电力干线104的相位的正弦波跨过正弦波的曲线图中的轴所处的时间。

时序控制器102可以将参考时间传输至多个继电器控制器。例如，时序控制器102可以将参考时间传输至继电器控制器。如在本文中使用的，继电器可以是电操作的开关。

可以经由网络关系将参考时间从时序控制器102传输至继电器控制器。例如，可以经由有线或无线网络将参考时间从时序控制器102传输至继电器控制器。

该有线或无线网络可以是将继电器控制器连接至时序控制器102的网络关系。除了其他类型的网络关系之外，此类网络关系的示例可以包括局域网（LAN）、广域网（WAN）、个域网（PAN）、分布式计算环境（例如云计算环境）、存储区域网（SAN）、城域网（MAN）、蜂窝通信网和/或因特网。该网络关系可以是分组交换网，但是本公开的实施例不是如此限制的。如在本文中使用的，分组交换网可以经由可由多个同时通信会话（communication session）共享的传输介质传输分组。

时序控制器102可以经由预先存在的网络关系来将参考时间传输至继电器控制器。例如，时序控制器102可以利用可在系统中已经存在的网络关系。也就是说，时序控制器102不需要分离的专用网络来将参考时间传输至继电器控制器，并且可以使用可被其他同时通信会话利用的预先存在的网络关系来传输参考时间。

时序控制器102和继电器控制器可以是相同AC电网的一部分。也就是说，时序控制器102和继电器控制器可以是相同互连的AC网络的一部分。处在相同AC电网上的时序控制器102和继电器控制器可以确保时序控制器102与继电器控制器同相。

时序控制器102可以在预定义时间将参考时间传输至继电器控制器。例如，时序控制器102可以在每个零交叉之后的两毫秒将参考时间传输至继电器控制器。在预定义时间（诸如每个零交叉之后的两毫秒）传输参考时间可以允许继电器控制器确切地确定下一零交叉何时发生，如将在本文中进一步描述的。

可以确定参考时间至继电器控制器的传输的预定义时间以允许用来允许时序控制器102和继电器控制器的时间同步的延迟。例如，该延迟可以允许时序控制器102和继电器控制器的分布式时间同步。可以由网络时间协议（NTP）或简单的网络时间协议（SNTP）来完成该分布式时间同步，但是本公开的实施例不限于用于分布式时间同步的NTP或SNTP。

虽然将预定义时间描述为在每个零交叉之后两毫秒，但是本公开的实施例不如此限制。例如，该预定义时间可以小于每个零交叉之后两毫秒，诸如每一毫秒。作为另一示例，该预定义时间可以多于每个零交叉之后两毫秒，诸如每三毫秒。

可以通过多个分组将参考时间从时序控制器102传输至继电器控制器。如在本文中使用的，分组可以是网络分组，其中网络分组是通过分组交换网载送的格式化数据单元。

从时序控制器102传输至继电器控制器的该多个分组可以包括分组标识符和分组时间戳。分组标识符可以包括标识至继电器控制器的分组传输的数据。例如，该分组标识符可以向继电器控制器标识从控制器102传入的分组包括时序信息（例如同步信息）。

分组时间戳可以包括允许继电器控制器确定AC电力干线104的下一零交叉何时发生的时序信息。时序信息可以包括参考时间，以及AC电力干线104的频率。

该零交叉可以取决于AC电力干线104的频率。例如，在AC电力干线104的60赫兹（Hz）频率处，零交叉可以大约每八毫秒发生。作为另一示例，在AC电力干线104的50 Hz频率处，零交叉可以大约每十毫秒发生。

通过使用参考时间（例如零交叉的时间）、预定义时间（例如在零交叉之后的两毫秒）和AC电力干线104的频率，继电器控制器可以确定下一零交叉何时发生。AC电力干线104的下一零交叉的确定可以允许继电器控制器在零交叉处切换继电器接触，如将在本文中进一步描述的。

继电器控制器可以从时序控制器102接收参考时间。如先前描述的，继电器控制器可以经由网络关系（其可以包括分组交换网）从时序控制器102接收参考时间，但是本公开的实施例不被如此限制到分组交换网。

继电器控制器不被连接至AC电力干线104。例如，AC电力干线104可以为在建筑物中包括的各种系统供电。继电器控制器可以是建筑物的系统的一部分，但是不被直接连接至AC电力干线104。

继电器控制器可以使用参考时间来基于时序控制器102的预定义传输时间确定下一零交叉。通过使用参考时间（例如零交叉的时间）、预定义时间（例如在零交叉之后的两毫秒）和AC电力干线104的频率，继电器控制器可以确定下一零交叉。也就是说，继电器控制器可以利用AC电力干线104的频率，并且确定接收到该多个分组之后的时间以确定下一零交叉。

继电器控制器可以基于参考时间来切换对应于继电器控制器的多个继电器的继电器接触。例如，基于参考时间，继电器控制器可以确定AC电力干线104的下一零交叉。然后可以在零交叉的时间切换受继电器控制器控制的继电器。

继电器控制器可以在针对阻性负载的零交叉处切换继电器接触。如在本文中使用的阻性负载可以指代以正弦方式消耗电能的负载，在这里在AC电力干线104的电流和电压之间不存在相差（例如电流与电压同时并成正比）。例如，在阻性负载中（例如没有电感或电容），继电器控制器可以在AC电力干线104的零交叉的点处切换继电器接触。

当AC电力干线104的正弦波的相角处在针对感性负载的90度时，继电器控制器可以切换继电器接触。如在本文中使用的，感性负载可以指代当首次通电（energize）时经历涌流的负载，在这里在电流和电压之间存在90度相差（例如在电压达到其峰值之前电流达到峰值90度（1/4周期））。例如，在感性负载中，当AC电力干线104的正弦波的相角处在90度时继电器控制器可以切换继电器接触，以便避免在切换时的过多负载（例如涌流）。

当AC电力干线104的正弦波的相角处在针对容性负载的90度时，继电器控制器可以切换继电器接触。如在本文中使用的，容性负载可以指代当首次通电时经历涌流的负载，在这里在电流和电压之间存在90度相差（例如在电压达到其峰值之前电流达到峰值90度（1/4周期））。例如，在容性负载中，当AC电力干线104的正弦波的相角处在90度时继电器控制器可以切换继电器接触，以便避免在切换时的过多负载（例如涌流）。

通过继电器控制器来切换该多个继电器的继电器接触可以包括当跨继电器接触的电流小于阈值电流时将继电器接触切换成断开。阈值电流可以是例如比最小电流更高的电流，以使得当跨继电器接触的电流处在最小电流时继电器接触被切换成断开。例如，将继电器接触切换成断开可以包括当跨继电器接触的电流处在最小或最小的电流时使电路断开（例如中断）。也就是说，当跨继电器接触的电流在阈值电流以下时（诸如当电流处在最小电流时）可以将继电器接触切换成断开。对于具有已知相角的任何负载，当通过继电器接触的电流处在最小值时，可以将继电器接触计时以断开。

通过继电器控制器来切换该多个继电器的继电器接触可以包括当跨继电器接触的电压小于阈值电压时将继电器接触切换成闭合。阈值电压可以是例如比最小电压更高的电压，以使得当跨继电器接触的电压处在最小电压时继电器接触被切换成闭合。例如，将继电器接触切换成闭合可以包括当跨继电器接触的电压处在最小或最小的电流时使电路闭合（例如完成）。也就是说，当跨继电器接触的电压在阈值电压以下时（诸如当电压处在最小电压时）可以将继电器接触切换成闭合。

根据本公开的使继电器的切换时间同步到零交叉可以允许连接至AC电力干线的时序控制器将多个继电器控制器同步到AC电力干线的零交叉。在AC电力干线的零交叉处切换继电器可以帮助避免可能损坏继电器接触的涌流。将时序控制器连接至AC电力干线而不是将继电器控制器连接至AC电力干线可以节省装备和认证成本。另外，避免涌流可以帮助延长装备的预期寿命。

图2是根据本公开的一个或多个实施例的用于将继电器的切换时间同步到零交叉的方法的流程图。可以通过例如分别结合图1和图3描述的控制器102、 106-1、106-2、106-N、302和306来执行方法208。

在210处，该方法208可以包括接收交流电（AC）电力干线的相位信息。可以从AC电力干线（例如先前结合图1描述的AC电力干线104）接收相位信息，并且该相位信息可以包括与时间点在用正弦波表示的波形周期上的位置有关的信息。该正弦波可以表示AC电力干线的电压，其可以随着时间变化。

在212处，该方法208可以包括根据相位信息来确定AC电力干线的相位的零交叉。该AC电力干线的相位的零交叉可以对应于表示AC电力干线的电压的正弦波跨过正弦波的曲线图中的轴所处的点。正弦波跨过曲线图的轴所处的点可以对应于AC电力干线的零电压。

在214处，该方法208可以包括针对与多个继电器控制器相对应的多个继电器而基于感测的零交叉来确定参考时间。参考时间可以对应于表示AC电力干线的电压的正弦波跨过正弦波的曲线图的轴所处的时间。也就是说，参考时间可以对应于AC电力干线的电压的零交叉。

在216处，该方法208可以包括将参考时间传输至该多个继电器控制器。例如，可以将对应于AC电力干线的电压的零交叉的参考时间传输至多个继电器控制器（例如先前结合图1描述的多个继电器控制器）。该多个继电器控制器可以使用参考时间、预定义的传输时间以及AC电力干线的频率来确定AC电力干线的下一零交叉，并且可以在下一零交叉处切换继电器接触。

可以以指定频率来重复该方法。例如，该方法可以包括接收AC电力干线的相位信息，确定AC电力干线的零交叉，基于该零交叉来确定参考时间，以及每三到五秒将参考时间传输至多个继电器控制器。归因于AC电力干线的短期波动，每三到五秒地重复该方法可以允许该多个继电器控制器继续在AC电力干线的零交叉处或附近切换继电器接触，以避免可损坏继电器和/或继电器接触的涌流。

该方法的指定频率可以是可配置的。例如，通过方法208将继电器的切换时间同步到零交叉可以以比三秒更快的频率来重复（例如方法208可以多于每三秒地重复）。作为另一示例，通过方法208将继电器的切换时间同步到零交叉可以以比三秒更慢的频率来重复（例如方法208可以少于每三秒来进行重复）。

该方法可以进一步包括感测AC电力干线中的变化。例如，可以感测AC电力干线的频率中的短期波动。AC电力干线的短期波动可以改变零交叉的时序。因此，该方法可以包括接收AC电力干线的波动的相位信息，确定AC电力干线的新的零交叉，基于该零交叉来确定新的参考时间，以及基于新的零交叉来将参考时间传输至多个继电器控制器。

该方法可以进一步包括基于AC电力干线中的变化来改变传输时间。例如，可以基于引起AC电力干线的更高频率的AC电力干线中的变化来更经常地传输参考时间。也就是说，当AC电力干线中的变化促使AC电力干线的零交叉更频繁地出现时，可以以更高频率来重复方法208。另外，当AC电力干线中的变化促使AC电力干线的零交叉较不频繁地出现时，可以以更低频率来重复方法208。

时序控制器（例如，如先前结合图1描述的时序控制器102）可以包括用来测量AC电力干线的变化（例如相移）的精确参考计时器。例如，该时序控制器可以包括用来测量AC电力干线的相移的晶体振荡器，但是本公开的实施例不限于晶体振荡器。

图3是根据本公开的一个或多个实施例的用于将继电器的切换时间同步到零交叉的时序控制器和继电器控制器的示意性框图。时序控制器302可以例如是先前结合图1描述的时序控制器102。继电器控制器可以例如是先前结合图1描述的继电器控制器。

根据本公开，时序控制器302可以包括存储器320和被配置用于使继电器的切换时间同步到零交叉的处理器318。根据本公开，继电器控制器可以包括存储器324和被配置用于使继电器的切换时间同步到零交叉的处理器322。

该存储器320、324可以是可被处理器318、322访问以执行本公开的各种示例的任何类型的存储介质。例如，该存储器320可以是具有其上存储的计算机可读指令（例如计算机程序指令）的非瞬时计算机可读介质，该计算机可读指令被处理器318可执行以接收AC电力干线的相位信息，确定AC电力干线的相位的零交叉，基于所感测的AC电力干线的零交叉来确定参考时间，以及将参考时间传输至多个继电器控制器。另外，存储器324可以是具有其上存储的计算机可读指令（例如计算机程序指令）的非瞬时计算机可读介质，该计算机可读指令被处理器322可执行以从时序控制器接收参考时间，以及基于参考时间来切换对应于该多个继电器控制器的多个继电器的继电器接触。

该存储器320、324可以是易失性或非易失性存储器。该存储器320、324还可以是可移动（例如便携式）存储器、或非可移动（例如内部）存储器。例如，除了其他类型的存储器之外，该存储器320、324可以是随机存取存储器（RAM）（例如动态随机存取存储器（DRAM）和/或相变随机存取存储器（PCRAM））、只读存储器（ROM）（例如电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）和/或压缩盘只读存储器（CD-ROM））、闪存存储器、激光盘、数字多功能盘（DVD）或其他光学储存器、和/或磁性介质（诸如磁性盒式磁带、磁带或磁盘）。

进一步地，尽管存储器320和324分别被图示为加载在控制器302和306内，但是本公开的实施例不被如此限制。例如，存储器320和324还可以被定位在另一计算资源的内部（例如实现了通过因特网或另一有线或无线连接来下载计算机可读指令）。

如在本文中使用的，“逻辑”是用来执行本文中描述的动作和/或功能等等的替代或附加处理资源，其包括与存储在存储器中且由处理器可执行的计算机可执行指令（例如软件、固件等等）相对的硬件（例如各种形式的晶体管逻辑、专用集成电路（ASIC）等等）。要推测逻辑类似地执行为了本公开的实施例的目的的指令。

尽管已经在本文中图示和描述了具体实施例，但是本领域普通技术人员将会认识到为实现相同技术而计算的任何布置可以替代所示的具体实施例。旨在使本公开覆盖本公开的各种实施例的任何和所有修改或变化。

要理解，已经以说明性方式并且不是约束性方式作出了上面的描述。在回顾上面的描述时，上面的实施例以及本文中没有具体描述的其他实施例的组合对本领域技术人员来说将是显而易见的。

本公开的各种实施例的范围包括在其中使用上面的结构和方法的任何其他应用。因此，应该参考所附权利要求连同此类权利要求有权享有的等同物的全部范围来确定本公开的各种实施例的范围。

在前面的具体实施例方式中，在图中所图示的示例实施例中将各种特征分组在一起以用于使本公开简单化的目的。不要将本公开的方法解释为反映本公开的实施例要求比每个权利要求中明确记载的更多的特征的意图。

更确切地说，如下面的权利要求所反映的，发明主题在于少于单个公开实施例的所有特征。因此，在此将下面的权利要求合并到具体实施方式中，其中每个权利要求独立地作为单独的实施例。