一种新型固态继电器及其控制方法与流程

本发明涉及电力电子技术领域及自动化设备领域，具体是一种新型固态继电器及其控制方法。

背景技术：

随着电力电子技术的发展，继电器在各个领域得到了广泛的应用，固态继电器更是逐步取代了电磁继电器，成为主流继电器。固态继电器(solidstaterelay)简称ssr，是一种由集成电路和分立元器件组合而成的“一体化”无触点电子开关器件，它采用电子线路实现继电器的功能，依靠光电耦合器(或其他耦合方式)实现控制系统(输入回路)与被控制系统(输出回路)之间的电气隔离。由于在开关过程中无机械接触部件，因此具有控制功率小、可靠性高、寿命长、无噪音、无火花、无电磁干扰、开关速度快和工作频率高等突出优点。固态继电器按负载电源类型可分为交流型和直流型。

现有固态继电器虽然优点很多，但是也很多不足之处，比如现有的固态继电器只能应用于特定场合，当用在交流电时，只能用交流型，直流电用直流型，这样的继电器不能发挥更好的作用，当交直流同时存在时，只能选择两个或者多个继电器，浪费空间，浪费了研发成本，同时在使用中往往会要求用户间固态继电器额定功率对负载功率减额使用，由此造成了用户的使用成本的增加；同时固态继电器对过载有较大的敏感性，必须用快速熔断器或rc阻尼电路对其进行过载保护。这就增加了设备的体积，增加了研发成本，降低了效率。而且半导体器件关断后仍可有数微安至数毫安的漏电流，因此不能实现理想的电隔离，有可能会发生误导通，这些问题都影响着研发人员的设计，降低了继电器的可靠性，可用性，可控制型。

所以，需要研发一种新型固态继电器，能够解决交直流不能共用的问题，能够在不更换继电器的同时，交直流共同使用或者分别使用；多继电器组共同存在，有利于满足使用者需要。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种新型固态继电器及其控制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种新型固态继电器，包括继电器主体和封装继电器主体的继电器外壳，所述继电器主体分别连接有信号输出端、检测模块及控制系统，所述检测模块用于检测继电器主体各电路的接通状态，并将检测数据反馈给控制系统，控制信号输入接收的控制信号被输送至控制系统，控制系统根据接收的控制信号控制继电器主体输出相关的电信号，相关的电信号通过信号输出端驱动负载，控制系统还根据检测模块反馈的检测数据控制继电器主体输出的电信号的功率。

作为本发明进一步的方案：所述控制系统包括手动控制模块和主控模块，所述手动控制模块和主控模块分别与继电器主体连接；所述手动控制模块或主控模块控制继电器主体输出相关的电信号。

作为本发明进一步的方案：所述控制系统连接有显示模块，用于显示继电器主体的接通、负载状态。

作为本发明再进一步的方案：所述继电器主体至少包括多个光电耦合器、辅助控制电路、直流功率器件及交流功率器件，多个光电耦合器与多个辅助控制电路一一串联连接，每个所述辅助控制电路分别连接有直流功率器件、交流功率器件。

作为本发明再进一步的方案：所述继电器外壳内设有隔断的分别用于容纳直流功率器件、交流功率器件的直流腔体和交流腔体。

作为本发明再进一步的方案：所述直流腔体的两侧分别设有连接直流功率器件的直流输入端和直流输出端，所述交流腔体的两侧分别设有连接交流功率器件的交流输入端和交流输出端。

作为本发明再进一步的方案：所述辅助控制电路上设有开关和保护元件，所述控制系统通过开关控制辅助控制电路的接通，所述保护元件用于保护辅助控制电路上的各部件。

作为本发明再进一步的方案：所述检测模块包括电流传感器，若干所述电流传感器设置在继电器主体上，用于检测继电器主体的负载状态。

作为本发明提供的另一个技术方案：一种新型固态继电器控制方法，如上任一所述的新型固态继电器，其控制方法如下：

控制系统根据负载选择接通继电器主体中的部分电路，继电器主体通过信号输出端输出相关的电信号驱动负载；

检测模块检测继电器主体输出的电信号的功率，并将检测数据反馈给控制系统；

控制系统根据接收的检测数据判断是否接通继电器主体中的另一部分电路以增加继电器主体输出的电信号的功率。

作为本发明进一步的方案：所述相关的电信号包括交流电信号、直流电信号、交流直流共用电信号。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：解决了交直流不能共用的问题，能够在不更换继电器的同时，交直流共同使用或者分别使用；有利于满足使用者的多样化需求。

附图说明

图1为本发明实施例中新型固态继电器的结构示意图。

图2为本发明实施例中新型固态继电器的控制框图。

图3为本发明实施例中新型固态继电器中继电器主体的结构示意图。

图4为本发明实施例中新型固态继电器中继电器主体的电路原理图。

图5为本发明的另一个实施例中新型固态继电器的控制流程图。

附图中：1、继电器外壳；2、直流输入管脚一；3、直流输入管脚二；4、交流输入管脚一；5、交流输入管脚二；6、直流腔体；7、交流腔体；8、交流输出端i；9、交流输出端ii；10、直流输出端i；11、直流输出端ii；12、手动控制开关。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本实施例公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

请参阅图1-2，本发明实施例中，一种新型固态继电器，包括继电器主体和封装继电器主体的继电器外壳1，所述继电器主体分别连接有信号输出端、检测模块及控制系统，所述检测模块用于检测继电器主体各电路的接通状态，并将检测数据反馈给控制系统，控制信号输入接收的控制信号被输送至控制系统，控制系统根据接收的控制信号控制继电器主体输出相关的电信号，相关的电信号通过信号输出端驱动负载，控制系统还根据检测模块反馈的检测数据控制继电器主体输出的电信号的功率。

具体的，所述控制系统包括手动控制模块和主控模块，所述手动控制模块和主控模块分别与继电器主体连接；所述手动控制模块或主控模块控制继电器主体输出相关的电信号；如图3所示，所述继电器主体至少包括多个光电耦合器(光电耦合器简称光耦)、辅助控制电路、直流功率器件及交流功率器件，多个光电耦合器与多个辅助控制电路一一串联连接，每个所述辅助控制电路分别连接有直流功率器件、交流功率器件。所述相关的电信号包括交流电信号、直流电信号、交流直流共用电信号。

所述主控模块采用微处理器(mcu)，通过mcu对继电器主体的进行多个辅助控制电路控制，即光耦1通电后，所述mcu通过辅助控制电路选择直流功率器件1、交流功率器件1的单独或同时接通电源，输出交流电信号或直流电信号或交流直流共用电信号，驱动相关负载；光耦2通电后，所述mcu通过辅助控制电路2选择直流功率器件2、交流功率器件2的单独或同时接通电源，输出交流电信号或直流电信号或交流直流共用电信号，驱动相关负载；依次类推，光耦n通电后，所述mcu通过辅助控制电路选择直流功率器件n、交流功率器件n的单独或同时接通电源，输出交流电信号或直流电信号或交流直流共用电信号，驱动相关负载；且在输出的交流电信号或直流电信号或交流直流共用电信号的功率不能满足相关的负载时，所述mcu通过多个辅助控制电路接通足够的直流功率器件、交流功率器件，以使输出的交流电信号或直流电信号或交流直流共用电信号满足相关的负载。继而实现输出功率的调节，满足负载对直流、交流及直流交流共用的需求。检测模块检测继电器主体的负载状态，主要检测负载电流变化状态、辅助控制电路上各部件以及开关的状态；并将检测数据反馈给mcu，mcu对继电器主体中交直流进行模式选择、时序控制及性能调节；使得信号输出端的输出功率满足负载；所述手动控制模块用于手动对继电器主体中交直流进行模式选择、时序控制、性能调节；保证mcu控制异常时新型固态继电器可以继续使用；提高了所述的新型固态继电器的可操作性及可适用性。所述直流功率器件为直流继电器，交流功率器件为交流继电器。

综上所述，所述的新型固态继电器，解决了交直流不能共用的问题，能够在不更换继电器的同时，交直流共同使用或者分别使用；有利于满足使用者的多样化需求。

请参阅图2，本发明的另一个实施例中，所述控制系统的主控模块连接有显示模块，用于显示继电器主体的负载状态。

所述显示模块包括显示屏，所述显示屏与mcu连接，所述显示屏用于显示各个开关状态和负载状态，对新型固态继电器的状态实时监测；提高了继电器的可操作性及可适用性。还可通过所述显示屏进行触摸操作，输入指令至mcu，控制继电器主体的工作。

请参阅图1，本发明的另一个实施例中，所述继电器外壳1内设有隔断的分别用于容纳直流功率器件、交流功率器件的直流腔体6和交流腔体7。

具体的，所述直流功率器件选择直流继电器，交流功率器件选择交流继电器；所述直流腔体6的两侧分别设有连接直流功率器件的直流输入端和直流输出端，所述直流输入端包括直流输入管脚一2及直流输入管脚二3，所述直流输出端包括直流输出端i10及直流输出端ii11。所述交流腔体7的两侧分别设有连接交流功率器件的交流输入端和交流输出端。所述交流输入端包括交流输入管脚一4和交流输入管脚二5；所述交流输出端包括交流输出端i8和交流输出端ii9。

进一步的，所述手动控制模块包括设置在继电器外壳1上的手动控制开关12，通过手动控制开关12控制继电器主体各电路的通断。

本发明的另一个实施例中，所述辅助控制电路上设有开关和保护元件，所述控制系统通过开关控制辅助控制电路的接通，所述保护元件用于保护辅助控制电路上的各部件。

如图4所示，所述继电器主体的电路原理图，包括电阻器r1，电阻器r2，电阻器r3，电阻器r4，电阻器r5；光电耦合器u1，光电耦合器u2；保护元件包括的熔断器f1、熔断器f2、熔断器f3、熔断器f4；功率管q1，mos管q2，双向可控硅q3；开关s1，开关s2，开关s3，开关s4，开关s5，开关s6，开关s7，开关s8，开关s9，开关s10；电流传感器a，电流传感器b；二极管d1，二极管d3，稳压管d2。连接关系是：电阻r1的一端与主控模块相连，另一端与光耦u1中二极管的阳极相连，二极管的阴极与主控模块相连，光耦u1中三极管的集电极与电阻r3的一端相连，电阻r3另一端与开关s9、开关s10的一端相连，同时与熔断器f3一端相连，开关s7的g端与主控模块相连，另一端与开关s7的一端相连，同时连接输出端c1，开关s8的h端与手动控制模块相连，另一端与开关s7的一端相连，同时连接输出端c1，熔断器f1的另一端与r4的一端相连，电阻r4的另一端与功率管q1的基极相连，功率管q1的集电极与熔断器f3的一端相连，功率管q1的发射极与输出端c2相连，同时与光耦u1的三极管射极相连；电阻r2的一端与主控模块相连，另一端与光耦u2中二极管的阳极相连，二极管的阴极与主控模块相连，光耦u2中三极管的集电极与开关s3、开s4的一端相连，开关s3、开s4的另一端与电阻r3相连，光耦u2中三极管的射极与f2一端相连，f2另一端与二极管d1阳极相连，阴极与稳压管d2的阳极相连，同时与双向可控硅q3的控制端相连，稳压管d2的阴极与电阻r5相连，r5另一端与开关s5相连，开关s5与vcc(电源)相连，电阻r5与二极管d3阳极相连，二极管d3与mos管(场效应管)q2漏极相连，同时与熔断器f4的一端相连，mos管的源极与双向可控硅q3相连。

所述光电耦合器u1、光电耦合器u2用于电气隔离，保证控制端和负载端不相互干扰；电阻r1、电阻r2、电阻r4、电阻r5限制光耦和功率管开通电流的作用，熔断器f1、熔断器f2、熔断器f3及熔断器f4保证各部件的安全工作，保证能够在过流的快速切断电源。二极管d1、二极管d3保证新型固态继电器不发生误导通现象，减少对过载有较大的敏感性。

综上所述，继电器主体实现了交流继电器和直流继电器集成在一个固态继电器中，实现了在不同场合应用不同的负载接通，使新型固态继电器的效率达到最高。降低了研发的成本，减少了研发的时间和成本；提高了新型固态继电器的实用性。

请参阅图4，本发明的另一个实施例中，所述检测模块包括电流传感器，若干所述电流传感器设置在继电器主体上，用于检测继电器主体的负载状态。

所述电流传感器分别为电流传感器a、电流传感器b，所述电流传感器a设置在功率管q1与熔断器f3之间，所述电流传感器b设置在开关s7、开s8与输出端c1之间。所述电流传感器a、电流传感器b用于检测其所在位置的电流，并将检测的电流数据反馈给微处理器，微处理器根据接收的电流数据判断是否增加继电器主体输出的电信号的功率。

请参阅图4-5，本发明的另一个实施例中，一种新型固态继电器控制方法，如上任一所述的新型固态继电器，其控制方法如下：

控制系统根据负载选择接通继电器主体中的部分电路，继电器主体通过信号输出端输出相关的电信号驱动负载；

检测模块检测继电器主体输出的电信号的功率，并将检测数据反馈给控制系统；

控制系统根据接收的检测数据判断是否接通继电器主体中的另一部分电路以增加继电器主体输出的电信号的功率。

具体的，所述控制系统有自动控制模式和手动控制模式；

所述的手动控制模式：(1)确定负载为单独交流工作、单独直流工作或者交直流一起工作；(2)如果是单独交流工作，则手动控制开关s1打开，开关s2，开关s4，开关s6，开关s8，开关s10闭合，如果是单独直流工作，则手动控制开关s2打开，开关s1，开关s9闭合，如果是交直流同时工作，则开关s1，开关s2，开关s4，开关s6，开关s8，开关s10闭合；(3)检测模块检测相应的电流，反馈到显示模块，判断是否满足负载的要求，如果满足则继续按此模式工作，如果不满足则跳转到步骤(4)；(4)手动控制继电器中另一个模块开启，开启方式按照步骤(2)进行，根据显示模块判断是否满足负载的要求，如果满足则继续按此模式工作，如果不满足则跳转到步骤(5)；(5)人为手动控制继电器中其他模块开启，开启方式按照步骤(2)进行，直到满足负载的要求为止。

所述的自动控制模式：1)确定负载为单独交流工作、单独直流工作或者交直流一起工作，同时手动控制的开关s1，开关s2，开关s4，开关s6，开关s8，开关s10处于打开状态；2)如果是单独交流工作，则主控模块自动控制开关s3，开关s5，开关s7，开关s9闭合，如果是单独直流工作，则主控模块自动控制开关s3打开，开关s9闭合，如果是交直流同时工作，则开关s3，开关s5，开关s7，开关s9闭合；3)检测模块检测相应的电流，反馈到显示模块，主控模块判断是否满足负载的要求，如果满足则继续按此模式工作，如果不满足则跳转到步骤4)；4)主控模块控制继电器主体中另一个模块开启，开启方式按照步骤2)进行，根据显示模块，判断是否满足负载的要求，如果满足则继续按此模式工作，如果不满足则跳转到步骤5)；5)主控模块控制继电器主体中其他模块开启，开启方式按照步骤2)进行，直到满足为止。

综上所述，通过所述的控制方法，简化了继电器主体中交流输出和直流输出的控制逻辑和控制步骤，在保证负载功率的情况下，减少了能耗，节约了能源。实现了在不同场合应用不同的负载接通，使新型固态继电器的效率达到最高。降低了研发的成本，减少了研发的时间和成本；提高了新型固态继电器的实用性。

本发明的工作原理：控制系统根据负载选择接通继电器主体中的部分电路，继电器主体通过信号输出端输出相关的电信号驱动负载；检测模块检测继电器主体输出的电信号的功率，并将检测数据反馈给控制系统；控制系统根据接收的检测数据判断是否接通继电器主体中的另一部分电路以增加继电器主体输出的电信号的功率。

需要说明的是，本发明所采用的微处理器、电流传感器a、电流传感器b均为现有技术的应用，本专业技术人员能够根据相关的描述实现所要达到的功能，或通过相似的技术实现所需完成的技术特性，在这里就不再详细描述。

本领域技术人员在考虑说明书及实施例处的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。