一种自动感应开关控制系统的研究

徐必刚 朱思潮 张卫忠 孙文芳 张 辉 钱 静 周 杰（安徽新华学院，安徽 合肥230088）

目前由于各种技术的进步，在开关控制系统中的研究越来越深入。也使得一些市场上开关产品越来越优质，控制效果越来越好。但是由于面临的使用环境比较复杂，很有可能导致开关导通或者是关断的过程中存在较大的电流冲击，构成对电器产品的不良影响。在此背景下做好这种感应开关控制系统的研究具有较强的现实意义，有利于提高产品的质量。

1 现阶段开关器件应用的状况

总体来说，开关器件已经成为了现代社会不可或缺的重要元器件。并且已经在大量实践活动中积累了丰富的使用经验，发挥优良的控制功能。但是由于开关器件的生产厂家众多，具有不同的质量水平。一些质量不达标的产品在投入市场之后，一旦被用户使用，就极有可能出现较大的事故。除此之外，开关线路设计方面也存在一些不科学性，特别是在一些大型工业化场合中，对开关线路的设计要求比较高，如果设计达不到预期的标准，就会在一些极端使用状况下突发故障。由于电网存在一定的波动，如果接入电网的开关面临一定的电流冲击，如果没有做好预防措施，就很有可能使这些开关出现功能性故障。针对上述原因，目前社会各界对于更加先进的开关控制系统具有较高的要求，更加迫切能够通过一些先进的开关控制产品来满足各项生产实践活动的需求。节能减排已经成为了现代社会发展的重要目标，开关期间由于长期使用在接通状态，同样会产生一定的电流消耗。如果能够在不影响正常功能的情况下降低电能损失，也是一项可行性比较高的途径，提高了产品的优质性，是符合未来社会发展趋势的。

2 一种自动感应开关控制系统的研究目标

2.1 主要设计目标

考虑到开关系统的实际使用情况，必须要能够对开关电路系统进行深入分析。比较重要的参数有电流值和温度值，电流值指的是通过开关器件的电流大小，如果电流值过大，会导致开关期间在瞬间产生极高的温度，最终烧毁开关期间。并且电流过大，还有可能在通过开关器件之后造成对其他电器的不利影响。除此之外就是温度值，温度值过高也是开关控制系统十分忌讳的一个方面。因此一旦检测到温度持续过高，就需要在系统的判断下自动断开开关。

2.2 需要重点注意的事项

本文研究的一种自动感应开关控制系统需要使用温度传感器和电流传感器来对整个系统的运行进行实时监测。但是由于电磁信号原因的影响以及环境因素的影响，还有可能会导致采样过程出现误判。如果解决好这些干扰问题保证的误差也是极其重要的，通过一些防磁干扰材料进行设计能够很好的满足这项需求。

3 开关控制系统一些基本知识

3.1 能量转换分类

能量转换是开关系统设计十分重要的一个方面。要结合实际应用场合的不同，选择不同的开关控制系统模式设计方案。直流电和交流电本身就是现代电路控制系统中需要控制到两种电路类型。此外，还能够根据输入输出是否需要进行隔离进行重新分类。在隔离式开关中，主要有单端正激、反激、半桥转换、全桥变换器等。在非隔离开关中，主要有Cuk 转换器、Zeta 转换器、Sepic 转换器等。

3.2 按照工作环境进行分类

各种开关器件面临的实际工作环境具有较大的差别，因此在使用过程中也需要能够根据实际应用场合产生的一些电压或者是电流应力条件来进行有针对性的设计。比如说在一些应用要求比较高的场合下，需要在开关控制系统中增加屏蔽设计，降低噪声可能带来的干扰，达到滤波的效果。这样能够很好的满足一些高精度场合开关控制器件的性能需求。软开关器件现在是发展趋势比较好的一种开关器件，由于不具有电流的重叠，因此最终呈现出来的效果就是极大地降低了开关损耗和开关电压，有利于进行小型化设计。

3.3 发展历程

开关已经经过了许多年的发展时间，最开始是一个简单的开通和关断功能。从上个世纪开始，由于电子电气技术的不断发展以及各种应用场合的需求，开关也开始逐渐形成了模块化系统。但是其整体的结构设计相对比较简单，总体的成本比较低。但是由于设计的巧妙性，其性能比较稳定，并且很好的解决了一些开关控制过程中的复杂问题。一些优质的DC-DC电源能够实现以较少的电源作为输入，提高了开关控制系统的运行效率。

4 开关电源主电路设计

4.1 消弧灭弧

当开关器件面临大电流开通和关断的情况时，极易出现火花，也需要做好消弧和灭弧处理。正常运行时，消弧线圈中无电流经过。灭弧室是盆状的，在其外部有灭弧线圈。这样就建立起了磁场，从空间结构上看来，该磁场是垂直于电弧的，那么最终引起的效果就是电弧被拉长，配合六氟化硫来将电弧熄灭。做好消弧灭弧处理的优势是能够避免开关过程中可能带来的不利影响。大面积烧毁其他部件的情况，结合本文研究的依据电流和温度来实现开关通断是十分有价值的。

4.2 变压器绕制

变压器绕制过程中，需要掌握科学的方式方法，为了防止滑线，需要使用高温胶带进行粘贴，固定结构。在外面的高压绕组需要包三层。低电压绕组的头部和尾部绕制2.2 圈，这样设计的目的是为了减少泄露电感。

4.3 防干扰问题

考虑到实际使用环境比较复杂，所设计的开关控制系统需要在各种复杂的环境中使用，其中电磁影响尤为突出，因此做好硬件抗干扰措施是十分必要的。主要可以通过以下几个方面进行，其一为在PCB 布线时，将高频、低频部分隔离开来，高电压和低电压的交流可以通过光耦进行隔离。在电路设计中，使用陶瓷电容来滤波。在PCB布线方面，要避免出现串扰的情况。布线方面，尽量使用短而直的设计，避免使用垂直交叉走线。

5 开关控制电路逻辑说明

5.1 硬件设计模块

关于温度控制方面，可以在开关控制系统中安装一些温度测量器件，比如DS18B20 是现阶段比较常见的数字温度传感器，能够将温度测量直接转换为相应的数字信号，精度比较高。其体积也比较小，因此能够在开关控制系统中进行铺设。可以根据实际需求，使用多个DS18B20 来测量不同区域的温度值，然后将这些数值输送到相应的判断模块。一旦发现测量得到的温度值超过了预先设定的值，就立即断开继电器开关，使得电流不再流通继续产生热量。许多温度突升的情况都是由于电流过大引起的，很有可能是出现了短路或者是线路接线错误。如果仅仅依靠人为判断来断开开关，具有较高的风险，会给使用者带来较大的安全威胁。并且手动断开开关需要一定的时间，这一段时间对于电流流经的电器来说是十分严重的，极易引起大面积烧毁。

5.2 滤波抗干扰

开关控制系统最直接的使用环境并不是完全无影响的。特别是一些工厂中的使用面临较多的干扰。如果温度采集的信号受到环境的干扰，这样在一些高温的使用环境下就很有可能造成出现误报警的情况，从而导致开关控制系统无法正常投入使用。因此就必须要做好抗干扰设计。开关器件也需要做好耐久性测试，在实验室中模拟各种工况测试开关器件的使用寿命，特别是可使用次数以及可靠性。要避免使用可靠性不强的开关器件，否则很有可能在系统发出命令之后，开关器件不执行命令。

6 结论

本文对一种自动感应开关控制系统进行了说明。该开关控制系统能够根据采集到的温度信号以及电流信号来实现对开关器件的控制，这样就很好的解决了短路电流过大或者是过温的问题，解决了可能存在的一些安全隐患。也降低了在出现突发问题时的损失，这也说明了本文设计的自动感应开关具有可行性，能够满足高标准的场合应用需求。