繼電器過零檢測的軟件實現

顧正華

摘? 要：在大功率應用下，繼電器過零檢測既可以保證繼電器在瞬間工作電壓、工作電流最小的情況下，進行斷開和吸合，同時也能夠降低吸合或斷開瞬間的工作溫度，減少拉弧現象，延長繼電器的工作壽命。

關鍵詞：繼電器;檢測;拉弧

中圖分類號：TM58? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）09-0091-02

Abstract： In the high-power application， the zero-crossing detection of the relay can not only ensure that the relay can disconnect and pull in when the instantaneous working voltage and current are minimum， but also reduce the working temperature at the moment of pull-in or disconnection， reduce the phenomenon of arc drawing， and prolong the working life of the relay.

Keywords： relay; detection; arc drawing

本項目采用STC15單片機進行相關的檢測工作，STC15單片機相對于通常的51系列單片機，除了常用的功能以外，有以下特點：（1）中斷、定時器資源更多;（2）有內部用戶FLASH區域，可用于記錄保存歷史數據;（3）大部分指令單個時鐘，運行速度更快，定時更準確，適合對時間檢測要求較高的場合。

1 過零檢測的四個階段

（1）將市電信號轉換為TTL邏輯信號，用于單片機檢測。（2）利用單片機檢測邏輯信號并判斷出市電頻率，不同國家的市電頻率不同，頻率有50Hz和60Hz兩種，由于目前電源一般都是兩者通用，所以必須在檢測過程中將其識別出來。（3）控制繼電器輸入端吸合（或斷開），并等待繼電器輸出端導通（或斷開），測試繼電器的吸合時間和斷開時間。（4）根據第二和第三項測試到的數據，進行過零點開關控制。本文主要闡述通過單片機實現過零檢測的具體過程（過程二、三、四），對市電和邏輯信號的轉化不做具體闡述。

2 第一階段，將市電信號轉換為邏輯信號

通過整流橋及相關電路，將市電正弦波轉化為3.3V的方波。

3 第二階段，測試市電頻率

測試頻率主要使用單片機的兩個功能：中斷和計時功能。由于市電頻率會有一定程度的波動，單次測試會導致誤差，所以需要連續測試多次后，去除最高值和最低值后取平均值，保證數據準確性。測試時打開中斷，設置為下降沿觸發模式。在第一中斷到來的時候，打開定時器計時，在接下來的每個中斷點記錄時間點。考慮到此數據在整個過零檢測過程中的重要性，為防止測試數據過程中意外出現頻率變化，可對此數據再進行一些絕對值的判斷，將每個數據偏離50Hz和60Hz較遠的數據剔除掉，將外界干擾的影響降低到最低程度。此數值測試后保存到相應變量，在第四階段使用。

4 第三階段，測試繼電器的吸合延時和斷開延時

測試吸合延時，B/C/D點為輸入端，輸入到繼電器，A點為輸出端，反饋信號到單片機。開始測試前，C點和D點之間沒有電壓，繼電器處于斷開狀態。開始測試，單片機給C端和D端施加5V電壓（測試使用5V繼電器），B端也施加3.3V電壓，在此同時，打開定時器開始計時，同時A端連接的單片機中斷腳打開上升沿中斷。在數毫秒之后，繼電器A端輸出信號給單片機中斷腳，繼電器再從D端輸入信號，到A端輸出信號，中間的時間就是繼電器的吸合延時。同樣的方式，在初始階段將繼電器吸合，在打開中斷的時候給繼電器斷開信號并檢測A端信號，可測試繼電器的斷開時間。

單片機通過中斷方式獲取市電的零點，通過第二階段和第三階段的測試，需要補償的時間是Tpower/2-Ton，即在市電零點之后，延時Tpower/2-Ton，則繼電器在吸合時正好在市電的過零點。

在此測試過程中，會有一些可能產生誤差的點，一是在第一階段的市電轉化為方波的過程中，方波的上升沿和下降沿的陡度，會對中斷檢測產生一些誤差;二是在這個轉換過程中，由于阻容器件的存在，本身會產生一定的延時。通常情況下，這兩者產生的誤差都是微秒級別，而繼電器本身的延時是毫秒級別，所以對整個系統影響不大，當然也可以通過示波器去觀察并實際測試這個時間，并將其集成到軟件中進行補償。一般情況下，在測試硬件固定的情況下，這個誤差也是固定的。

5 結束語

在實際應用中，通過軟件的集成，可以對每個繼電器的吸合時間和斷開時間進行自動標記，對于終端使用者，不需要再對繼電器進行單個的測試，而只需要根據標記好的數據將數據集成到軟件內。同時使用此方法，也可以對繼電器進行老化測試，監控其壽命以及在整個壽命范圍內的吸合時間和斷開時間的變化，方便終端客戶對軟件進行微調。

參考文獻：

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