继电器过零检测的软件实现

顾正华

摘  要：在大功率应用下，继电器过零检测既可以保证继电器在瞬间工作电压、工作电流最小的情况下，进行断开和吸合，同时也能够降低吸合或断开瞬间的工作温度，减少拉弧现象，延长继电器的工作寿命。

关键词：继电器;检测;拉弧

中图分类号：TM58         文献标志码：A         文章编号：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

本项目采用STC15单片机进行相关的检测工作，STC15单片机相对于通常的51系列单片机，除了常用的功能以外，有以下特点：（1）中断、定时器资源更多;（2）有内部用户FLASH区域，可用于记录保存历史数据;（3）大部分指令单个时钟，运行速度更快，定时更准确，适合对时间检测要求较高的场合。

1 过零检测的四个阶段

（1）将市电信号转换为TTL逻辑信号，用于单片机检测。（2）利用单片机检测逻辑信号并判断出市电频率，不同国家的市电频率不同，频率有50Hz和60Hz两种，由于目前电源一般都是两者通用，所以必须在检测过程中将其识别出来。（3）控制继电器输入端吸合（或断开），并等待继电器输出端导通（或断开），测试继电器的吸合时间和断开时间。（4）根据第二和第三项测试到的数据，进行过零点开关控制。本文主要阐述通过单片机实现过零检测的具体过程（过程二、三、四），对市电和逻辑信号的转化不做具体阐述。

2 第一阶段，将市电信号转换为逻辑信号

通过整流桥及相关电路，将市电正弦波转化为3.3V的方波。

3 第二阶段，测试市电频率

测试频率主要使用单片机的两个功能：中断和计时功能。由于市电频率会有一定程度的波动，单次测试会导致误差，所以需要连续测试多次后，去除最高值和最低值后取平均值，保证数据准确性。测试时打开中断，设置为下降沿触发模式。在第一中断到来的时候，打开定时器计时，在接下来的每个中断点记录时间点。考虑到此数据在整个过零检测过程中的重要性，为防止测试数据过程中意外出现频率变化，可对此数据再进行一些绝对值的判断，将每个数据偏离50Hz和60Hz较远的数据剔除掉，将外界干扰的影响降低到最低程度。此数值测试后保存到相应变量，在第四阶段使用。

4 第三阶段，测试继电器的吸合延时和断开延时

测试吸合延时，B/C/D点为输入端，输入到继电器，A点为输出端，反馈信号到单片机。开始测试前，C点和D点之间没有电压，继电器处于断开状态。开始测试，单片机给C端和D端施加5V电压（测试使用5V继电器），B端也施加3.3V电压，在此同时，打开定时器开始计时，同时A端连接的单片机中断脚打开上升沿中断。在数毫秒之后，继电器A端输出信号给单片机中断脚，继电器再从D端输入信号，到A端输出信号，中间的时间就是继电器的吸合延时。同样的方式，在初始阶段将继电器吸合，在打开中断的时候给继电器断开信号并检测A端信号，可测试继电器的断开时间。

单片机通过中断方式获取市电的零点，通过第二阶段和第三阶段的测试，需要补偿的时间是Tpower/2-Ton，即在市电零点之后，延时Tpower/2-Ton，则继电器在吸合时正好在市电的过零点。

在此测试过程中，会有一些可能产生误差的点，一是在第一阶段的市电转化为方波的过程中，方波的上升沿和下降沿的陡度，会对中断检测产生一些误差;二是在这个转换过程中，由于阻容器件的存在，本身会产生一定的延时。通常情况下，这两者产生的误差都是微秒级别，而继电器本身的延时是毫秒级别，所以对整个系统影响不大，当然也可以通过示波器去观察并实际测试这个时间，并将其集成到软件中进行补偿。一般情况下，在测试硬件固定的情况下，这个误差也是固定的。

5 结束语

在实际应用中，通过软件的集成，可以对每个继电器的吸合时间和断开时间进行自动标记，对于终端使用者，不需要再对继电器进行单个的测试，而只需要根据标记好的数据将数据集成到软件内。同时使用此方法，也可以对继电器进行老化测试，监控其寿命以及在整個寿命范围内的吸合时间和断开时间的变化，方便终端客户对软件进行微调。

参考文献：

[1]周云旭，钟水蓉.继电器触点保护电路设计[J].电子技术与软件工程，2013（16）：118.

[2]陈之.根据负载类型选择继电器触点材料与触点保护电路[J].机电元件，2010（04）：22-24.