可自动检测与调整零点相位的切换装置的制作方法

本发明关于电气开关(electricalswitch)的技术领域，尤指一种可自动检测与调整零点相位的切换装置。

背景技术：

继电器(relay)是一种具有输入回路与输出回路的电子切换单元，目前已经普遍地被应用于各种电器设备之中。继电器实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种切换开关，故在控制电路中有着自动调节、安全保护与转换电路等作用。

目前，继电器被广泛地应用在各种无线式数字家庭系统之中。图1显示现有的一种无线式数字灯控系统的架构图。如图1所示，该无线式数字灯控系统1’包括：一继电器10’、一开关装置11’、一继电器控制单元12’、与一可携式电子装置13’；其中，该继电器10’主要是由一三向开关(3wayswitch)101’与一电磁铁线圈(solenoid)102’所组成，且该三向开关101’耦接于交流电源acs’的一火线端与该开关装置11’之间。该电磁铁线圈102’则电性连接至该继电器控制单元12’。用户可操作其可携式电子装置13’，例如:智能型手机，进而透过该继电器控制单元12’输入一电流至该电磁铁线圈102’，使得电磁铁线圈102’对应地生成一磁力以改变该三向开关101’的切换状态(switchstate)，达到控制电灯bu’的点亮与关暗之结果。

所述继电器10’为一个机械式电磁开关，因此，在继电器控制单元12’输入电流至该电磁铁线圈102’之后，该三向开关101’内的切换自受到磁力之吸引或排斥到完成该三向开关101’之切换状态的转换，整个过程必须花费10-120毫秒左右的动作时间。可想而知，若无较佳的时序控制，继电器10’很有可能在交流电源acs’(亦即，交流信号)的高电位点或低电位点进行切换，使得继电器10’在接点导通或断开的瞬间容易产生火花，加速缩短继电器10’与其负载装置(例如:电灯bu’)的使用寿命。

有鉴于此，中国台湾专利号i423293揭示一种继电器的校正交流电源切换时序补偿电路。图2即显示继电器的校正交流电源切换时序补偿电路的方块图，所述校正交流电源切换时序补偿电路2’主要包括：一输入端检测单元21’、一控制单元22’、与一输出端检测单元23’。如图2所示，继电器20’耦接于交流电源acs’与一负载3’之间；并且，该输入端检测单元21’耦接于交流电源acs’与该继电器20’之间，且该输出端检测单元23’耦接于该继电器20’与其负载3’之间。另一方面，该输入端检测单元21’、该继电器20’、与该输出端检测单元23’同时电性连接至该控制单元22’。特别地，输入端检测单元21’及输出端检测单元23’分别检测出继电器20’的输入交流信号与输出交流信号的电位时序，并将所取得的时序数据传送至控制单元22’。进一步地，该控制单元22’便能够依据时序数据以及继电器20’本身的切换动作时间而适应性地调整继电器20’的切换时点，使其能够在交流信号的零交越点进行切换。

图3显示多组信号的波形图。图3的“rly_ctrl”为控制单元22’所输出的用以控制继电器20’进行切换的控制信号，“ac(vs)”为检自该交流电源acs’的一输入电压信号，且“load(vl)”为继电器20’输出至其负载3’的输出电压信号。另一方面，标志“tdon”表示为继电器20’执行导通切换(或称电路短路切换)的作动延迟时间，且标志“tdoff”表示为继电器20’执行关闭切换(或称电路开路切换)的作动延迟时间。在理想的情况下，控制单元22’会根据交流电源acs’的输入电压信号ac(vs)、继电器20’的输出电压信号load(vl)、以及继电器20’的作动延迟时间来产生所述控制信号rly_ctrl。如图3中的左虚线方框所标注的，控制单元22’利用该控制信号rly_ctrl控制该继电器20’于一输出电压零点进行电路短路切换，令该输出电压信号load(vl)被传送至与该继电器20’的该负载连接端电性连接的至少一负载3’。进一步地，如图3中的右虚线方框所标注的，控制单元22’利用所述控制信号rly_ctrl控制该继电器20’，使其于一输入电流零点进行一电路开路切换，借以停止该输出电压信号被传送至该负载3’。

图4显示继电器的切换过程的示意图。如图4与图3所示，在未接上负载3’的情况下，控制单元22’的确可以顺利地利用所述控制信号rly_ctrl控制该继电器20’，使其于该输入电流零点进行所述电路开路切换。然而，在继电器20’电性连接负载3’之后，继电器20’在进行电路开路切换的当下会引发电弧，此电弧效应(arceffect)会让输出信号持续地导通，如图3中的弧形虚线所示，因而导致继电器20’无法完美地在零交越点切断该输出信号的输出。简单地说，即使现有的继电器的校正交流电源切换时序补偿电路2’(如图2所示)透过检测输入交流信号与输出交流信号的电位时序来适应性地调整继电器20’的切换时点，但这样的开关方式并无法避免电弧效应所带来的影响，导致继电器20’仍然是无法完美地在交流信号的零交越点进行切换。

由上说明可知，现有的继电器的校正交流电源切换时序补偿电路2’仍存在许多改善空间；有鉴于此，本案的发明人极力加以研究发明，而终于研发完成本发明的一种可自动检测与调整零点相位的切换装置。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提出一种可自动检测与调整零点相位的切换装置，其中此切换装置的控制与处理单元之中特别设置有一第一零点检测器、一第二零点检测器、一电弧检测器、与一微控制器。如此设置，根据输入电压零点、输出电压零点、继电器的一切换延迟时间、及该电弧检测器检测到的电弧信号，该微控制器能够适应性地产生一继电器控制信号以控制继电器于一输出电压零点进行电路短路切换，令输出电压信号被传送至与该继电器电性连接的至少一负载。同时，该微控制器还能以所述继电器控制信号控制该继电器，使其于一输入电压零点进行电路开路切换，借以停止该输出电压信号被传送至该负载。

为了达成上述本发明的主要目的，本案发明人提供所述可自动检测与调整零点相位的切换装置的一实施例，包括：

一输入电压检出单元，用以耦接一交流电源，以自该交流电源之中检出一输入电压信号；

一输出电压检出单元，电性连接至一继电器的一负载连接端，以检测一输出电压信号；其中，该继电器的一交流电源输入端耦接该交流电源；以及

一控制与处理单元，电性连接该输入电压检出单元、该输出电压检出单元、与该继电器，并包括：

一第一零点检测器，用以接收该输入电压信号，并对该输入电压信号进行一零点检测处理，以获得一输入电压零点；

一第二零点检测器，用以接收该输出电压信号，并对该输出电压信号进行所述零点检测处理，以获得一输出电压零点；

一电弧检测器，用以接收该输出电压信号，并对该输出电压信号进行一电弧检测处理，以自该输出电压信号之上找出至少一电弧信号；以及

一微控制器，耦接该第一零点检测器、该第二零点检测器与该电弧检测器；

其中，根据该输入电压零点、该输出电压零点、该电弧信号、与该继电器的一切换延迟时间，该微控制器产生一继电器控制信号以控制该继电器于该输出电压零点进行一电路短路切换，令该输出电压信号被传送至与该继电器的该负载连接端电性连接的至少一负载；

其中，该微控制器以所述继电器控制信号控制该继电器，使其于该输入电压零点进行一电路开路切换，借以停止该输出电压信号被传送至该负载。

于前述可自动检测与调整零点相位的切换装置的实施例中，其更包括：

一电流检出单元，用以耦接该交流电源，且该继电器的该交流电源输入端透过该电流检出单元而耦接于该交流电源；其中，该电流检出单元用以自该交流电源之中检出一输入电流信号，进而将所检出的该输入电流信号传送至该控制与处理单元。

于前述可自动检测与调整零点相位的切换装置的实施例中，其中该控制与处理单元更包括：

一第三零点检测器，耦接该微控制器，并用以接收该输入电流信号，进以对该输入电流信号进行所述零点检测处理，以获得一输入电流零点；

其中，根据该输入电压零点、该输入电流零点、该电弧信号、与该继电器的该切换延迟时间，该微控制器产生所述继电器控制信号以控制该继电器于该输出电压零点进行所述电路短路切换，令该输出电压信号被传送至与该继电器的该负载连接端电性连接的至少一负载；

其中，该微控制器以所述继电器控制信号控制该继电器，使其于该输入电流零点进行所述电路开路切换，借以停止该输出电压信号被传送至该负载。

于前述可自动检测与调整零点相位的切换装置的实施例中，其中该负载为一家电装置，且所述可自动检测与调整零点相位的切换装置可被整合于一插座式电源开关或一壁嵌式电源开关之中。

于前述可自动检测与调整零点相位的切换装置的实施例中，该控制与处理单元更包括：

一第一模拟数字转换器，耦接于该输入电压检出单元与该第一零点检测器之间，用以将该输入电压信号转换为一数字输入电压数据；

一第二模拟数字转换器，耦接于该输出电压检出单元与该第二零点检测器之间，用以将该输出电压信号转换为一数字输出电压数据；以及

一第三模拟数字转换器，耦接于该电流检出单元与该第三零点检测器之间，用以将该输入电流信号转换为一数字输入电流数据。

于前述可自动检测与调整零点相位的切换装置的实施例中，该控制与处理单元更包括：

一低电压检测单元，耦接该输入电压检出单元，用以对该输入电压信号执行一低电压检测；

一过电压检测单元，耦接该输出电压检出单元，用以对该输出电压信号执行一过电压检测；

一过电流检测单元，耦接该电流检出单元，用以将该输入电流信号执行一过电流检测；以及

一过功率检测单元，耦接该电流检出单元与该输出电压检出单元，用以将该输入电流信号与该输出电压信号执行一过功率检测。

附图说明

图1显示现有的一种无线式数字灯控系统的架构图；

图2显示继电器的校正交流电源切换时序补偿电路的方块图；

图3显示多组信号的波形图；

图4显示继电器的切换过程的示意图；

图5显示本发明的一种可自动检测与调整零点相位的切换装置的第一实施例的电路方块图；

图6显示本发明的可自动检测与调整零点相位的切换装置的详细电路方块图；

图7显示本发明的可自动检测与调整零点相位的切换装置的第一实施例的电路方块图；

图8显示本发明的可自动检测与调整零点相位的切换装置的应用例的架构图；

图9显示本发明的可自动检测与调整零点相位的切换装置的第二实施例的电路方块图；

图10显示本发明的可自动检测与调整零点相位的切换装置的详细电路方块图；

图11显示本发明的可自动检测与调整零点相位的切换装置的第三实施例的电路方块图；以及

图12显示本发明的可自动检测与调整零点相位的切换装置的第四实施例的电路方块图。

其中附图标记为：

1可自动检测与调整零点相位的切换装置

2继电器

acs交流电源

10输入电压检出单元

11电流检出单元

12输出电压检出单元

13控制与处理单元

131第一零点检测器

132第二零点检测器

133第三零点检测器

134电弧检测器

130微控制器

3负载

14通讯单元

ed电子装置

psw插座式电源开关

bu电灯

135第一模拟数字转换器

136第二模拟数字转换器

137第三模拟数字转换器

138低电压检测单元

139过电压检测单元

13a过电流检测单元

13b过功率检测单元

1’无线式数字灯控系统

10’继电器

11’开关装置

12’继电器控制单元

13’可携式电子装置

101’三向开关

102’电磁铁线圈

bu’电灯

acs’交流电源

2’校正交流电源切换时序补偿电路

21’输入端检测单元

22’控制单元

23’输出端检测单元

20’继电器

3’负载

rly_ctr控制信号

ac(vs)输入电压信号

load(vl输出电压信号

tdon导通切换的作动延迟时间

tdoff关闭切换的作动延迟时间

具体实施方式

为了能够更清楚地描述本发明所提出的一种可自动检测与调整零点相位的切换装置，以下将配合图式，详尽说明本发明的较佳实施例。

第一实施例

图5显示本发明的一种可自动检测与调整零点相位的切换装置的第一实施例的电路方块图。如图5所示，本发明的可自动检测与调整零点相位的切换装置1(下文简称“切换装置1”)于电路组成上主要包括：一输入电压检出单元10、一输出电压检出单元12、以及一控制与处理单元13。其中，该输入电压检出单元10与该输出电压检出单元12皆为一分压电阻单元。如图5所示，该输入电压检出单元10用以耦接一交流电源acs，以自该交流电源acs之中检出一输入电压信号；并且，该输出电压检出单元12电性连接至一继电器2的一负载连接端，以检测一输出电压信号。当然，具有电压信号检出功能的电子组件或单元并非只有分压电阻器，霍尔传感器或电压传感器等同样具备电压信号检出功能。

再者，图5还显示该继电器2的一交流电源输入端耦接于交流电源acs。继续地参阅图5，并请同时参阅图6所显示的本发明的可自动检测与调整零点相位的切换装置的详细电路方块图。根据本发明的设计，所述控制与处理单元13电性连接该输入电压检出单元10、该输出电压检出单元12、与该继电器2，且其包括：一第一零点检测器131、一第二零点检测器132、一电弧检测器134、以及一微控制器130。如图6所示，该第一零点检测器131用以接收由该输入电压检出单元10所检出的输入电压信号，并对该输入电压信号进行一零点检测处理，以获得一输入电压零点。并且，该第二零点检测器132用以接收由该输出电压检出单元12所检出的输出电压信号，并对该输出电压信号进行所述零点检测处理，以获得一输出电压零点。

值得说明的是，本发明于所述控制与处理单元13之中特别设置了所谓的电弧检测器134，其用以接收所述输出电压信号，并对该输出电压信号进行一电弧检测处理，以自该输出电压信号之上找出至少一电弧信号。如此，同时耦接该第一零点检测器131、该第二零点检测器132、与该电弧检测器134的微控制器130，其便能够根据该输入电压零点、该输出电压零点、该电弧信号、与该继电器2的一切换延迟时间而适应性地产生一继电器控制信号，借以控制该继电器2于有载状态之时在该输出电压零点进行一电路短路切换(或执行导通切换)，令输出电压信号被传送至与该继电器2的该负载连接端电性连接的至少一负载3。同时，所述继电器控制信号还能够确实地控制继电器2于该输入电压零点进行一电路开路切换(或执行关闭切换)，进以停止该输出电压信号被传送至该负载3。

图7显示本发明的可自动检测与调整零点相位的切换装置的第一实施例的电路方块图，且图8显示本发明的可自动检测与调整零点相位的切换装置的应用例的架构图。比较图5与图7可以发现，图7所示的切换装置1进一步包括有一通讯单元14，例如:蓝牙通讯单元、zigbee通讯单元、wimax通讯单元、或wifi通讯单元。如图7所示，此通讯单元14电性连接该控制与处理单元13，用以令该控制与处理单元13可以与一电子装置ed相互沟通。如此设计，如图8所示，本发明的切换装置1便可以整合于一插座式电源开关psw之中，用以搭配该插座式电源开关psw与该电子装置ed实现对于任一种家电的智慧家电控制，例如:电灯bu。当然，所述该电子装置ed不限于智能型手机、平板计算机、智能手环、智能型眼镜、智能型手表、智能型电视、笔记本电脑、或一体式计算机。

第二实施例

图9显示本发明的可自动检测与调整零点相位的切换装置的第二实施例的电路方块图，且图10显示本发明的可自动检测与调整零点相位的切换装置的详细电路方块图。比较图9与图5可以轻易地发现，第二实施例于所述切换装置1之中增设了电流检出单元11。如图9所示，该电流检出单元11耦接该交流电源acs，且该继电器2的交流电源输入端透过该电流检出单元11而耦接于交流电源acs。该电流检出单元11可以例如是一微欧姆高功率芯片电阻，具有范围介于0.1m欧姆至970m欧姆之间的电阻值，用以自该交流电源acs之中检出一输入电流信号，进而将所检出的该输入电流信号传送至该控制与处理单元13。当然，所述电流检出单元11并不限定为微欧姆高功率芯片电阻，其也可以是磁传感器或者霍尔传感器。

同时，比较图10与图6亦可发现，第二实施例又于该控制与处理单元13内部增设一第三零点检测器133。如图10所示，该第三零点检测器133耦接该微控制器130，用以接收该输入电流信号，进以对该输入电流信号进行零点检测处理，以获得一输入电流零点。如此，根据该输入电压零点、该输入电流零点、该电弧信号、与该继电器2的该切换延迟时间，微控制器130可以产生所述继电器控制信号以控制该继电器2于该输出电压零点进行所述电路短路切换，令该输出电压信号被传送至负载3。同时，该微控制器130还能够以所述继电器控制信号控制该继电器2，使其于该输入电流零点进行所述电路开路切换，借以停止该输出电压信号被传送至该负载3。

简单地说，本发明的可自动检测与调整零点相位的切换装置1的第一实施例能够控制继电器2于输出电压零点开启并于输入电压零点关断。并且，除了具备前述功能以外，本发明的可自动检测与调整零点相位的切换装置1的第二实施例还可以控制继电器2于输入电流零点关断。

第三实施例

图11显示本发明的可自动检测与调整零点相位的切换装置的第三实施例的电路方块图。特别说明的是，图9中的控制与处理单元13用以直接处理该输入电压检出单元10所检出的(模拟)输入电压信号、该电流检出单元11所检出的(模拟)输入电流信号、与该输出电压检出单元12所检出的(模拟)输出电压信号。不同地，于第三实施例之中，令所述控制与处理单元13进一步地包括一第一模拟数字转换器135、一第二模拟数字转换器136与一第三模拟数字转换器137，使控制与处理单元13能够采数字处理的方式自该输入电压信号、该输入电流信号与该输出电压信号之中检测出所述输入电压零点、输入电流零点与输出电压零点。

如图11所示，该第一模拟数字转换器135耦接于该输入电压检出单元10与该第一零点检测器131之间，用以将该输入电压信号转换为一数字输入电压数据。并且，该第二模拟数字转换器136耦接于该输出电压检出单元12与该第二零点检测器132之间，用以将该输出电压信号转换为一数字输出电压数据。再者，该第三模拟数字转换器137耦接于该电流检出单元11与该第三零点检测器133之间，用以将该输入电流信号转换为一数字输入电流数据。

第四实施例

图12显示本发明的可自动检测与调整零点相位的切换装置的第四实施例的电路方块图。比较图9与图12可以发现，切换装置1的第四实施例进一步包括有：一低电压检测单元138、一过电压检测单元139、一过电流检测单元13a、以及一过功率检测单元13b。其中，该低电压检测单元138耦接该输入电压检出单元10用以对该输入电压信号执行一低电压检测，该过电压检测单元139耦接该输出电压检出单元12用以对该输出电压信号执行一过电压检测，该过电流检测单元13a耦接该电流检出单元11用以将该输入电流信号执行一过电流检测，且该过功率检测单元13b耦接该电流检出单元11与该输出电压检出单元12用以将该输入电流信号与该输出电压信号执行一过功率检测。

必须加以强调的是，上述的详细说明针对本发明可行实施例的具体说明，惟该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明技艺精神所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。