一种智能消除UV灯冲击的保护电路及其方法与流程

本发明涉及一种智能消除UV灯冲击的保护电路及其方法。

背景技术：
随着人们生活水平的不断提高，物质文化生活的日渐丰富，对带UV灯的产品有广泛需求，但是在应用技术上，UV灯启动产生的过电流对电子开关部件的冲击影响，一直都没有得到根本解决，严重影响了UV灯的市场发展。UV灯即紫外线消毒灯，UV灯冲击，是UV灯在开启时，存在过电流的冲击，此时的电流值是正常工作额定值的6-10倍，如果在交流供电电源的大电流区接通或断开电子开关部件，会存在严重的拉弧现象，造成电子开关触点的熔化或影响电子开关的使用寿命。

技术实现要素：
本发明的目的就是克服现有技术的不足，提供一种智能消除UV灯冲击的保护电路及其方法，能从根本上解决UV灯启动时大电流对电子开关部件造成冲击的问题。为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种智能消除UV灯冲击的保护电路，包括MCU控制器、过零检测模块、安全电压检测模块和电子开关；过零检测模块，检测UV灯交流供电电源相电压的近似零电势点并输出；安全电压检测模块，检测UV灯电容电压的安全电压并输出；电子开关，串联在UV灯的交流供电回路中；MCU控制器，输入过零检测模块输出的过零检测信号和安全电压检测模块输出的安全电压检测信号，根据该过零检测信号和安全电压检测信号输出控制信号，控制电子开关的通断。在一种实施方式中，所述电子开关包含驱动模块和继电器，所述MCU控制器经驱动模块驱动继电器工作，通过继电器触点的吸合或断开，执行UV灯的打开或关闭。所述过零检测模块最佳包含整流模块和光电耦合模块，UV灯的交流供电电源经整流模块整流后输送至光电耦合模块，该光电耦合模块输出在UV灯交流供电电源相电压的零电势点附近发生跳变的过零检测信号。在一种实施方式中，所述整流模块采用半波整流模块，该半波整流模块包含二极管D2，对UV灯的交流供电电源做半波整流，所述光电耦合模块包含光电耦合器U2，设于光电耦合器U2输入端的限流保护电阻R5、R6，设于光电耦合器U2输出端的上拉电阻R7和起阻容滤波作用的电阻R8、电容C2。所述过零检测模块通过隔离检测的方式，检测UV灯供电电源相电压的近似零电势点，为电子开关的通断提供基点。所述安全电压检测模块最佳包含整流模块和和光电耦合模块，UV灯的电容电压经整流模块整流后输送至光电耦合模块，该光电耦合模块输出在UV灯电容电压的安全电压发生跳变的安全电压检测信号。在一种实施方式中，所述整流模块采用半波整流模块，该半波整流模块包含二极管D1，对UV灯的电容电压做半波整流，所述光电耦合模块包含光电耦合器U1，设于光电耦合器U1输入端的限流保护电阻R1、R2，设于光电耦合器U1输出端的上拉电阻R3和起阻容滤波作用的电阻R4、电容C1。所述安全电压检测模块主要是检测UV灯电容的存储电压，只有当电容电压下降到安全电压以下并且供电电源电流在近似零电流点区域，才允许重新接通或断开电子开关。一种智能消除UV灯冲击的方法，包含下列步骤：如果MCU控制器检测到UV灯电容电压在安全电压以上，该MCU控制器就控制电子开关禁止通断，禁止执行UV灯开关；如果MCU控制器检测到UV灯电容电压下降到安全电压以下，该MCU控制器就检测UV灯交流供电电源相电压的近似零电势点，如果检测到近似零电势点，就从检测到近似零电势点起延时T3时间输出控制信号，控制电子开关的通断，执行UV灯开关，否则，控制电子开关禁止通断，禁止执行UV灯开关；T3的时间值为：T3＝0.75T-T1-T2；其中：T3为MCU控制器从检测到近似零电势点起延时输出控制信号给电子开关的时间；T为UV灯交流供电电源周期；T1为近似零电流点的时间区域，通过示波器观察得到；T2为电子开关的通断时间，通过查器件规格书可知。本发明通过安全电压检测模块检测UV灯的电容电压值，同时通过过零检测模块检测UV灯供电电源相电压的近似零电势点，MCU控制器一旦检测到UV灯电容的电压值下降到所定义的安全电压以下，并且供电电源相电压在近似零电势点位置，延时T3时间后就可以输出控制信号控制电子开关接通或断开，电子开关在电流的近似零电流点区域真正接通或断开，产生的电流冲击最小，从而，达到智能消除UV灯冲击的目的。附图说明图1是实施例的电路方框图；图2是实施例的电路原理图；图3是实施例的过零检测信号UB和UV灯供电电源半波整流后的电压UF对应示意图；图4是UV灯交流供电电源相电压近似零电势点检测示意图；图5是UV灯启动电流IC曲线和电容电压UC释放曲线示意图；图6是UV灯交流供电电源电流I和相电压U的对应时间控制曲线示意图。具体实施方式下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。如图1所示，实施例包括电源模块、MCU控制器、过零检测模块、安全电压检测模块和电子开关；电源模块给MCU控制器和UV灯提供所需电源，过零检测模块检测UV灯交流供电电源的相电压近似零电势点并输出；安全电压检测模块检测UV灯电容电压的安全电压并输出；电子开关串联在UV灯的交流供电回路中；MCU控制器输入过零检测模块输出的过零检测信号和安全电压检测模块输出的安全电压检测信号，根据该过零检测信号和安全电压检测信号输出控制信号，控制电子开关的通断，以接通或切断UV灯交流供电回路。如图2所示，实施例的过零检测模块包含半波整流模块和光电耦合模块，UV灯的交流供电电源经半波整流模块整流后输送至光电耦合模块，该光电耦合模块输出在UV灯交流供电电源相电压的近似零电势点附近发生跳变的过零检测信号UB。UV灯的交流供给电源连接L端和N端，半波整流模块包含二极管D2，对UV灯的交流供电电源做半波整流，光电耦合模块包含光电耦合器U2、设于光电耦合器U2输入端的限流保护电阻R5、R6，设于光电耦合器U2输出端的上拉电阻R7和起阻容滤波作用的电阻R8、电容C2。如图2所示，实施例的安全电压检测模块包含半波整流模块和和光电耦合模块，UV灯的电容电压UC经半波整流模块整流后输送至光电耦合模块，该光电耦合模块输出在UV灯电容电压的安全电压发生跳变的安全电压检测信号UA。UV灯的电容电压UC取自C端和N端，半波整流模块包含二极管D1，对UV灯的电容电压UC做半波整流，所述光电耦合模块包含光电耦合器U1，设于光电耦合器U1输入端的限流保护电阻R1、R2，设于光电耦合器U1输出端的上拉电阻R3和起阻容滤波作用的电阻R4、电容C1。如图2所示，实施例的电子开关包含驱动模块和继电器RLY，MCU控制器的端口D输出控制信号，经驱动模块驱动继电器RLY吸合或断开，该继电器RLY的开关触点串联在UV灯的交流供电回路中，用于接通或切断UV灯交流供电回路，驱动模块包含电阻R9和三级管Q1，以驱动继电器RLY的线圈通电与否。如图1，图2所示，MCU控制器的端口B输入过零检测模块的过零检测信号UB，MCU控制器的端口A输入安全电压检测模块的安全电压检测信号UA，MCU控制器的端口D输出控制信号，该MCU控制器的端口D连接驱动模块的电阻R9的一端。如图1所示，实施例是MCU控制器通过收集过零检测模块和安全电压检测模块反馈的信息，发送指令驱动电子开关，实现UV灯的开/关控制。如图2所示，D1、R1、R2、R3、R4、U1、C1组成安全电压检测模块，C点的电压UC如果高于所定义的安全电压，A点体现为低电平，C点的电压UC如果低于所定义的安全电压，A点体现为高电平，MCU控制器通过A点的电平变化检测电容CBB的存储电量。D2、R5、R6、R7、R8、U2、C2组成过零检测模块，D2把市电正弦交流电源的相电压U整流为半波电压UF波形，B点的电平变化为电源相电压近似零电势点的变化，如图3所示，UF为UV灯交流供电电源半波整流后的电压曲线，UB为过零检测模块的过零检测信号，是MCU控制器过零检测端口B的电平变化曲线。当交流供电电源幅值在A1A2区间时，光电耦合器U2导通，此时MCU控制器端口B体现为低电平，当交流供电电源幅值在A2A5区间时，光电耦合器U2不导通，此时MCU控制器端口B体现为高电平，在A1点、A5点近似零电势点位置，MCU控制器过零检测端口B的电平从高电平到低电平跳变，从而，MCU控制器可以根据端口B的电平变化，确定近似零电势点位置A1和A5。如图2所示，MCU控制器通过检测B点的电平变化确认零电势点位置，通过检测A点的电平变化检测电容CBB的电压，确认下降到安全电压以下，MCU控制器通过检测A点和B点的信息，延时输出高低电平控制信号到D点，通过NPN三极管Q1，驱动继电器RLY的吸合或断开，从而控制UV灯的亮灭。如图4所示，T为交流供电电源的周期时间，与供电电源的频率有关，如50HZ的市电频率，T＝20MS，A1点和A5点为电源相电压近似零电势点，A3点为电源相电压零电势点。如图5所示，为UV灯启动电流IC曲线和电容电压UC曲线，从图中可以看到，UV灯在Ts时间后在H点为稳定的电流点，此时的电流值稳定，电流小，但是在启动过程中，F点的电流值是H点的电流值5-10倍；从电容电压UC释放曲线可以看到，电容CBB在UV灯启动后，在Ts时间后达到最大值，然后慢慢下降，在Tc位置下降到最小值并接近稳定电压，E点为释放安全电压；如图6所示，为时间控制曲线示意图；如图5所示，E点为电容电压安全电压点，当MCU控制器检测到电容CBB的存储电压高于E点电压的时候，不允许继电器RLY吸合或断开，当电容电压UC下降到E点电压以下时，此时电容电压为安全电容电压，此时满足继电器吸合或断开的基本条件，但是要继电器吸合或断开还需要检测零电势点的状态；在安全电容电压的条件下，如图6所示，T1为近似零电流点时间区域，处于A41A43区间，A42点为电流零点，A41A42区间等于A42A43区间等于OA1区间，在T1时间区域吸合或断开继电器，此时承受的电流最小，引起的冲击最小，拉弧能量冲击最小。为了达到继电器在T1时间区域吸合或断开，就必须找到供电电源相电压U的零电势点和继电器的机械吸合时间，所以需要过零检测模块检测UV灯电源的近似零电势点，如图3所示，通过MCU控制器检测过零检测模块的信号，可以检测到A1点和A5点为近似零电势点。如图6所示，T3为从检测到近似零电势点A1延时到MCU控制器的端口D发送指令给驱动模块的时间，T为UV灯交流供电电源周期，T1为近似电流零点的时间区域，通过示波器观察得到，是允许继电器吸合或断开的允许区间，T2为继电器的机械吸合时间，通过查器件规格书可知。UV灯串接电容体现为纯电容特性阻抗，如图6所示，容性负载电流I和电压U相差90°。T3的时间值为：T3＝0.75T-T1-T2；MCU控制器在检测到电容电压下降到安全电压以下且检测到近似零电势点时，延时T3时间输出吸合或断开控制信号，经驱动模块控制继电器动作，继电器延时T2时间吸合或断开，执行UV灯开关运行，此时，继电器是在T1时间区域吸合或断开，承受的电流冲击最小，拉弧和能量冲击最小，故UV灯开启造成的冲击最小。MCU控制器检测到电容电压在安全电压以上或检测不到近似零电势点时，控制继电器禁止吸合或断开，禁止执行UV灯开关运行，以此达到智能消除UV灯冲击的效果。过零检测模块检测电压的近似零电势点，MCU控制器在电压的近似零电势点延时T3时间输出控制信号给驱动模块驱动继电器动作，该继电器能刚好在电流的近似零电流点时间区域T1内吸合或释放。实施例的电子开关包含驱动模块和继电器RLY，当然，也可以采用其它类型的电子开关。归纳如下：一种智能消除UV灯冲击的方法，包含下列步骤：如果MCU控制器检测到UV灯电容电压在安全电压以上，该MCU控制器就控制电子开关禁止通断，禁止执行UV灯开关；如果MCU控制器检测到UV灯电容电压下降到安全电压以下，该MCU控制器就检测UV灯交流供电电源相电压的近似零电势点，如果检测到近似零电势点，就从检测到近似零电势点起延时T3时间输出控制信号，控制电子开关的通断，执行UV灯开关，否则，控制电子开关禁止通断，禁止执行UV灯开关；T3的时间值为：T3＝0.75T-T1-T2；其中：T3为MCU控制器从检测到近似零电势点起延时输出控制信号给电子开关的时间；T为UV灯交流供电电源周期；T1为近似零电流点时间区域，通过示波器观察得到；T2为电子开关的通断时间，通过查器件规格书可知。智能消除UV灯冲击就是MCU控制器在UV灯电容残余电压降到安全电压下确保电子开关在UV灯交流供电电源的电流近似零电流点时间区域T1内闭合或断开。