开关器件以及用电器的制作方法

1.本技术涉及开关领域，具体而言，涉及一种开关器件以及用电器。


背景技术：

2.无论机械开关或是电子开关，核心都是触点，触点能力影响了开关的寿命，开关的机械寿命都很高，但通电后受电压电流影响，开关的电气寿命远低于机械寿命。
3.在开与关的瞬间，开关间电压的突变，使开关电极的间距产生电弧，且开关后的负载种类也加深影响，比如容性负载的放电，电机的反向电动势等都使得开关通断瞬间更易产生电弧。
4.现有技术中，交流电的开关是通过检测交流电零相位，并检测继电器吸合时间，计算补偿继电器吸合时间，命令继电器开关瞬间在零相位吸合，使开关时瞬间电压在过零状态吸合，在零相位时电压相对最低，达到开关灭弧增加开关的电气寿命。但检测继电器的吸合时间进行控制补偿，所检测到的吸合时间都是过去式，继电器的吸合时间每次都不是固定的，造成电弧抑制效果较差。
5.因此，如何抑制电弧的产生，来保证开关的电气寿命，是现有技术中亟需解决的问题。
6.在背景技术部分中公开的以上信息只是用来加强对本文所描述技术的背景技术的理解，因此，背景技术中可能包含某些信息，这些信息对于本领域技术人员来说并未形成在本国已知的现有技术。


技术实现要素：

7.本技术的主要目的在于提供一种开关器件以及用电器，以解决现有技术中开关通断瞬间产生电弧，影响开关使用寿命的问题。
8.根据本技术的一个方面，提供了一种开关器件，包括退耦电路、继电器开关、保护电路、过零检测电路以及控制单元，其中，所述退耦电路用于接收交流电，并对所述交流电退耦；所述继电器开关包括输入端、输出端以及控制端，所述继电器开关的输入端与所述退耦电路的输出端电连接，所述继电器开关的输出端用于与负载电连接；所述保护电路与所述继电器开关并联，所述保护电路用于对所述继电器开关的开关状态变化过程产生的电弧进行限制和泄放，且所述保护电路的导通电压大于所述交流电；所述过零检测电路用于对所述交流电进行过零检测，并输出检测结果；所述控制单元与所述过零检测电路的输出端以及所述继电器开关的控制端分别电连接，所述控制单元用于接收开关控制指令以及所述检测结果，并根据所述开关控制指令以及所述检测结果控制所述继电器开关的开关状态。
9.可选地，所述继电器开关包括第一开关电路以及第二开关电路，所述第一开关电路包括第一继电器，所述第一继电器包括第一输入回路，所述第二开关电路包括第二继电器，所述第二继电器包括第二输入回路，所述第一输入回路的第一端与所述退耦电路的输出端电连接，所述第一输入回路的第二端与所述第二输入回路的第一端电连接，所述第二
输入回路的第二端用于与所述负载电连接，所述保护电路包括电压泄放子电路以及限流子电路，所述电压泄放子电路与所述第一输入回路并联，所述电压泄放子电路的导通电压大于所述交流电，所述限流子电路与所述第二输入回路并联。
10.可选地，所述第一继电器还包括第一输出回路，所述第一开关电路还包括第一开关管、第二开关管、第一分压元件以及第二分压元件，其中，所述第一开关管的第一端与所述第一输出回路的第一端电连接，所述第一开关管的第一端还用于与外部电源电连接；所述第二开关管包括三个端子，所述第二开关管的第一端与所述第一开关管的第二端电连接，所述第二开关管的第二端接地；所述第一分压元件的第一端与所述第二开关管的第三端电连接，所述第一分压元件的第二端与所述控制单元电连接；所述第二分压元件的第一端与所述第二开关管的第三端以及所述第一分压元件的第一端分别电连接，所述第二分压元件的第二端接地。
11.可选地，所述电压泄放子电路包括压敏电阻和/或tvs管。
12.可选地，所述限流子电路包括第三分压元件。
13.可选地，所述过零检测电路包括第一子检测电路以及第二子检测电路，其中，所述第一子检测电路包括第一光耦合器，所述第一光耦合器包括第一发光器以及第一受光器，所述第一发光器的两端分别与所述退耦电路的输入端电连接，所述第一受光器的第一端与所述控制单元电连接，所述第一受光器的第二端接地；所述第二子检测电路包括第二光耦合器，所述第二光耦合器包括第二发光器以及第二受光器，所述第二发光器的第一端与所述第二输入回路的第二端电连接，所述第二发光器的第二端与所述退耦电路的输出端电连接，所述第二受光器的第一端与所述控制单元电连接，所述第二受光器的第二端接地。
14.可选地，所述控制单元包括发光器件以及单片机，所述发光器件的第一端接地；所述单片机与所述继电器开关、所述过零检测电路以及所述发光器件分别电连接，所述单片机用于根据所述开关控制指令以及所述检测结果控制所述继电器开关的开关状态，并根据所述继电器开关的开光状态控制所述发光器件的开光状态。
15.可选地，所述开关器件还包括供电电路，所述供电电路的输入端与所述退耦电路的输出端电连接，所述供电电路的输出端与所述过零检测电路以及所述控制单元分别电连接，所述供电电路用于将退耦后的所述交流电转换为直流电，且所述直流电的电压小于所述交流电的电压。
16.可选地，所述供电电路包括阻容降压子电路、隔离电源、非隔离电源或者低压差线性稳压器。
17.根据本技术的另一方面，还提供了一种用电器，包括任一种所述的开关器件。
18.应用本技术的技术方案，所述的开关器件包括退耦电路、继电器开关、保护电路、过零检测电路以及控制单元，所述退耦电路对交流电的交流电进行退耦；所述继电器开关分别与所述退耦电路以及负载电连接，用于执行开关动作；所述过零检测电路检测所述交流电的电压零点；所述控制单元用于接收开关控制指令，还用于接收过零检测电路的检测结果，并根据所述开关控制指令以及所述检测结果，来控制所述继电器开关的通断；所述保护电路用于对所述继电器开关进行保护，在继电器开关通断产生电弧时对电弧进行限制和泄放。所述开关器件，通过所述控制单元保证了继电器开关基本在过零状态进行通断转换，保证了通断时的电压较低，而当电弧产生时，通过所述保护电路对电弧进行限制和泄放，缓
解了电弧对开关器件的损坏，从而保证了开关器件的使用寿命较长。并且，所述开关器件通过所述退耦电路滤除了所述交流电的电压波动，保证了开关器件的性能较好。
附图说明
19.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
20.图1示出了根据本技术的实施例的开关器件的示意图；
21.图2示出了根据本技术的实施例的第一开关电路和电压泄放子电路的结构示意图；
22.图3示出了根据本技术的实施例的第二开关电路和限流子电路的结构示意图；
23.图4示出了根据本技术的实施例的第一子检测电路的结构示意图；
24.图5示出了根据本技术的实施例的第二子检测电路的结构示意图；
25.图6示出了根据本技术的实施例的控制单元的示意图；
26.图7示出了根据本技术的实施例的供电电路的结构示意图；
27.图8示出了根据本技术的实施例的退耦电路的结构示意图。
28.其中，上述附图包括以下附图标记：
29.10、退耦电路；20、继电器开关；30、保护电路；40、过零检测电路；50、控制单元；60、供电电路；200、第一开关电路；201、第二开关电路；202、第一输入回路；203、第一输出回路；204、第二输入回路；205、第二输出回路；300、电压泄放子电路；301、限流子电路；400、第一子检测电路；401、第二子检测电路。
具体实施方式
30.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
31.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
32.应该理解的是，当元件(诸如层、膜、区域、或衬底)描述为在另一元件“上”时，该元件可直接在该另一元件上，或者也可存在中间元件。而且，在说明书以及权利要求书中，当描述有元件“连接”至另一元件时，该元件可“直接连接”至该另一元件，或者通过第三元件“连接”至该另一元件。
33.正如背景技术所介绍的，现有技术中开关通断瞬间产生电弧，影响开关使用寿命，为了解决如上问题，本技术提出了一种开关器件以及用电器。
34.根据本技术的一种典型的实施例，提供了一种开关器件，如图1所示，上述开关器件包括退耦电路10、继电器开关20、保护电路30、过零检测电路40以及控制单元50，其中，上述退耦电路10用于接收交流电，并对上述交流电退耦；上述继电器开关20包括输入端、输出端以及控制端，上述继电器开关20的输入端与上述退耦电路10的输出端电连接，上述继电
器开关20的输出端用于与负载电连接；上述保护电路30与上述继电器开关20并联，上述保护电路30用于对上述继电器开关20的开关状态变化过程产生的电弧进行限制和泄放，且上述保护电路的导通电压大于上述交流电；上述过零检测电路40用于对上述交流电进行过零检测，并输出检测结果；上述控制单元50与上述过零检测电路40的输出端以及上述继电器开关20的控制端分别电连接，上述控制单元50用于接收开关控制指令以及上述检测结果，并根据上述开关控制指令以及上述检测结果控制上述继电器开关20的开关状态。
35.上述的开关器件，包括退耦电路、继电器开关、保护电路、过零检测电路以及控制单元，上述退耦电路对交流电的交流电进行退耦；上述继电器开关分别与上述退耦电路以及负载电连接，用于执行开关动作；上述过零检测电路检测上述交流电的电压零点；上述控制单元用于接收开关控制指令，还用于接收过零检测电路的检测结果，并根据上述开关控制指令以及上述检测结果，来控制上述继电器开关的通断；上述保护电路用于对上述继电器开关进行保护，在继电器开关通断产生电弧时对电弧进行限制和泄放。上述开关器件，通过上述控制单元保证了继电器开关基本在过零状态进行通断转换，保证了通断时的电压较低，而当电弧产生时，通过上述保护电路对电弧进行限制和泄放，缓解了电弧对开关器件的损坏，从而保证了开关器件的使用寿命较长。并且，上述开关器件通过上述退耦电路滤除了上述交流电的电压波动，保证了开关器件的性能较好。
36.需要说明的是，上述交流电为市电。
37.在实际的应用过程中，与开关器件电连接的上述负载的功率大小也会影响开关器件产生的电弧的大小，此种情况下，为了进一步地保证上述开关器件动作过程中的电弧基本被抑制，从而进一步地保证上述开关器件的使用寿命较长，根据本技术的一种具体的实施例，如图1、图2以及图3所示，上述继电器开关20包括第一开关电路200以及第二开关电路201，上述第一开关电路200包括第一继电器jdq1，上述第一继电器jdq1包括第一输入回路202，上述第二开关电路201包括第二继电器jdq2，上述第二继电器jdq2包括第二输入回路204，上述第一输入回路202的第一端与上述退耦电路10的输出端电连接，上述第一输入回路202的第二端与上述第二输入回路204的第一端电连接，上述第二输入回路204的第二端用于与上述负载电连接，上述保护电路30包括电压泄放子电路300以及限流子电路301，上述电压泄放子电路300与上述第一输入回路202并联，上述电压泄放子电路的导通电压大于上述交流电，上述限流子电路301与上述第二输入回路204并联。通过设置两个串联的开关电路，以及串联的电压泄放子电路和限流子电路，其中，上述电压泄放子电路可以为对开关过程中产生的电路进行限压检测以及泄放保护，上述限流子电路可以对开关动作进行延时，使得电路的电流渐变，这样进一步地保证了产生的电弧较小，从而保证了终端负载或者交流电的大小对上述开关器件的影响较小，从而进一步地保证了开关器件通断时电弧基本被限压以及泄放掉。
38.具体地，当上述开关器件由关闭状态转为开启状态时，上述限流子电路启动限流，上述控制单元首先控制上述第一开关电路在交流电过零时闭合(开启)，且上述第一开关电路受限流模块限制处于低压低电流状态，同步上述电压泄放子电路对上述第一开关电路闭合时的产生的电弧进行泄放，上述开关器件处于限流输出状态，之后上述控制单元再控制上述第二开关电路在交流电过零时启动，此时整个开关器件可以输出较大的电流，同步上述限流子电路对上述第二开关电路的开启进行放电保护。当上述开关器件由开启状态转为
关闭状态时，控制单元首先控制上述第二开关电路在交流电过零时关闭，上述限流子电路对上述第二开关电路进行放电保护，上述第二开关电路关闭后，上述限流子电路限制大电流输出，并分压使上述第一开关电路处于低压状态，之后上述控制单元再控制上述第一开关电路在交流电过零时关闭，上述电压泄放子电路对关闭时的上述第一开关电路产生的电弧进行限压泄放保护。且由于上述电压泄放子电路的导通电压大于上述交流电，这样在上述第一开关电路和/或上述第二开关电路为关断的状态下，上述开关器件无电流通过。
39.本技术的另一种具体的实施例中，如图2所示，上述第一继电器jdq1还包括第一输出回路203，上述第一开关电路还包括第一开关管d4、第二开关管q1、第一分压元件r11以及第二分压元件r13，其中，上述第一开关管d4的第一端与上述第一输出回路203的第一端电连接，上述第一开关管d4的第一端还用于与外部电源电连接；上述第二开关管q1包括三个端子，上述第二开关管q1的第一端与上述第一开关管d4的第二端电连接，上述第二开关管q1的第二端接地；上述第一分压元件r11的第一端与上述第二开关管q1的第三端电连接，上述第一分压元件r11的第二端与上述控制单元的引脚realy1电连接；上述第二分压元件r13的第一端与上述第二开关管q1的第三端以及上述第一分压元件r11的第一端分别电连接，上述第二分压元件r13的第二端接地。上述控制单元通过控制上述第二开关管的开关状态来控制上述第一开关电路的开关状态。
40.本技术的又一种具体的实施例中，如图3所示，上述第二继电器jdq2还包括第二输出回路205，上述第二开关电路还包括第三开关管d5、第四开关管q2、第四分压元件r12以及第五分压元件r14，其中，上述第三开关管d5的第一端与上述第二输出回路205的第一端电连接，上述第三开关管d5的第一端还用于与外部电源电连接；上述第四开关管q2包括三个端子，上述第四开关管q2的第一端与上述第三开关管d5的第二端电连接，上述第四开关管q2的第二端接地；上述第四分压元件r12的第一端与上述第四开关管q2的第三端电连接，上述第四分压元件r12的第二端与上述控制单元的引脚realy2电连接；上述第五分压元件r14的第一端与上述第四开关管q2的第三端以及上述第四分压元件r12的第一端分别电连接，上述第五分压元件r14的第二端接地。上述控制单元通过控制上述第四开关管的开关状态来控制上述第二开关电路的开关状态。
41.另一种具体的实施例中，如图2和图3所示，上述第一开关管d4为第一二极管，上述第二开关管q1为第一三极管，上述第三开关管d5为第二二极管，上述第四开关管q2为第二三极管，上述第一分压元件r11为第一电阻，上述第二分压元件r13为第二电阻，上述第四分压元件r12为第四电阻，上述第五分压元件r14为第五电阻。上述第一二极管的阴极与上述外部电源电连接，上述第一二极管的阳极与上述第一输出回路的第一端电连接；上述第一三极管的基极为上述第二开关管的第三端，上述第一三极管的集电极为上述第二开关管的第一端，上述第一三极管的发射极为上述第二开关管的第二端；上述第二二极管的阳极与上述第二输出回路的第一端电连接，上述第二二极管的阴极与上述外部电源电连接；上述第二三极管的基极为上述第四开关管的第三端，上述第二三极管的集电极为上述第四开关管的第一端，上述第二三极管的发射极为上述第四开关管的第二端。
42.在实际的应用过程中，上述电压泄放子电路可以为现有技术中任意可行的电压钳位泄放电路，上述限流子电路也可以为现有技术中任意可行的限流电路，本领域技术人员可以根据实际情况进行灵活选择上述电压泄放子电路以及上述限流子电路。一种具体的实
施例中，上述电压泄放子电路包括压敏电阻和/或tvs管，上述限流子电路包括第三分压元件。更为具体的一种实施例中，如图2和图3所示，上述电压泄放子电路为压敏电阻rv2，上述限流子电路为上述第三分压元件r31，上述第三分压元件r31为第三电阻。
43.在实际的应用过程中，上述交流电为市电(220v)，上述压敏电阻以及上述tvs管的导通电压一般设置为300v。
44.根据本技术的又一种具体的实施例，如图1、图3至图5所示，上述过零检测电路40包括第一子检测电路400以及第二子检测电路401，其中，上述第一子检测电路400包括第一光耦合器u3，上述第一光耦合器u3包括第一发光器以及第一受光器，上述第一发光器的两端分别与上述退耦电路10的输入端电连接，上述第一受光器的第一端与上述控制单元的引脚zero1电连接，上述第一受光器的第二端接地；上述第二子检测电路401包括第二光耦合器u4，上述第二光耦合器包括第二发光器以及第二受光器，上述第二发光器的第一端与上述第二输入回路204的第二端电连接，上述第二发光器的第二端与上述退耦电路10的输出端电连接，上述第二受光器的第一端与上述控制单元的引脚zero2电连接，上述第二受光器的第二端接地。上述过零检测电路通过上述第一子检测电路检测退耦前市电输入端的电压信号，通过上述第二子检测电路检测继电器开关后的市电输出端的电压信号，上述控制单元根据这两个电压信号计算得到上述电压零点。通过光电隔离器件检测过零信号，这样进一步地保证了过零信号的检测结果较为准确，从而进一步地保证了上述控制单元基本可以在电压零点时控制上述继电器开关动作，进一步地保证了产生的电弧较小。
45.具体地，上述第一子检测电路以及上述第二子检测电路可以相同，也可以不同。上述第一子检测电路以及上述第二子检测电路可以为现有技术中任意合适的过零检测电路，本领域技术人员可以根据实际需求灵活设置上述第一子检测电路以及上述第二子检测电路。本技术的再一种具体的实施例中，上述第一子检测电路还包括第六电阻r16、第七电阻r17、第八电阻r18、第九电阻r15、第一电容c10以及第三二极管d6，其连接关系如图4所示。上述第二子检测电路还包括第十电阻r20、第十一电阻r21、第十二电阻r22、第十三电阻r19、第二电容c11以及第四二极管d7，其连接关系如图5所示。
46.根据本技术的另一种具体的实施例，如图6所示，上述控制单元包括发光器件led以及单片机u1，上述发光器件led的第一端接地；上述单片机u1与上述继电器开关、上述过零检测电路以及上述发光器件分别电连接，上述单片机u1用于根据上述开关控制指令以及上述检测结果控制上述继电器开关的开关状态，并根据上述继电器开关的开光状态控制上述发光器件led的开光状态。这样通过上述发光器件的亮与不亮，来显示上述继电器开关是否导通，便于使用者了解上述开关器件的开关状态。
47.更为具体的一种实施例中，如图6所示，上述单片机u1包括8个引脚，分别为引脚realy1、引脚realy2、引脚zero1、引脚zero2、引脚1、引脚8、引脚5以及引脚6，上述控制单元还包括第三电容c6、第六分压元件r8、第七分压元件r10以及触点key，上述第三电容c6的两端分别连接上述引脚1以及上述引脚8，上述引脚1还用于连接外部电源，上述引脚8还用于接地，上述引脚realy1以及上述引脚realy2分别用于连接上述第一开关电路的控制端以及上述第二开关电路的控制端，上述引脚zero1以及上述引脚zero2分别电连接上述第一子检测电路的输出端以及上述第二子检测电路的输出端，上述引脚6与上述第六分压元件r8的第一端电连接，上述第六分压元件r8的第二端与上述触点key的第一端电连接，上述触点
key的第二端接地，上述引脚5与上述第七分压元件r10以及上述发光器件led依次串联。
48.在实际的应用过程中，如图1所示，上述开关器件还包括供电电路60，上述供电电路60的输入端与上述退耦电路10的输出端电连接，上述供电电路60的输出端与上述过零检测电路40以及上述控制单元50分别电连接，上述供电电路60用于将退耦后的上述交流电转换为直流电，且上述直流电的电压小于上述交流电的电压。上述供电电路用于给上述过零检测电路以及上述控制单元供电。
49.一种具体的实施例中，上述供电电路包括阻容降压子电路、隔离电源、非隔离电源或者低压差线性稳压器。当然，上述供电电路并不限于上述的电路，上述供电电路还可以为现有技术中任意可行的降压交直流转换电路，如采用电阻分析等方式实现上述供电电路的功能。本技术示出了如图7所示的供电电路结构图。另外，本技术的上述退耦电路也可以为现有技术中任意可行的退耦电路，本技术给出了如图8所示的一种退耦电路结构图。
50.根据本技术的另一种典型的实施例，还提供了一种用电器，包括任一种上述的开关器件。
51.上述的用电器包括任一种上述的开关器件，上述开关器件通过上述控制单元保证了继电器开关基本在过零状态进行通断转换，保证了通断时的电压较低，而当电弧产生时，通过上述保护电路对电弧进行限制和泄放，缓解了电弧对开关器件的损坏，从而保证了开关器件的使用寿命较长。并且，上述开关器件通过上述退耦电路滤除了上述交流电的电压波动，保证了开关器件的性能较好。
52.在实际的应用过程中，上述用电器可以是需要电子开关控制的插座或充电桩，当然还可以是具有上述开关器件的其他用电器，此处不再赘述。
53.从以上的描述中，可以看出，本技术上述的实施例实现了如下技术效果：
54.1)、本技术上述的开关器件，包括退耦电路、继电器开关、保护电路、过零检测电路以及控制单元，上述退耦电路对交流电进行退耦；上述继电器开关分别与上述退耦电路以及负载电连接，用于执行开关动作；上述过零检测电路检测上述交流电的电压零点；上述控制单元用于接收开关控制指令，还用于接收过零检测电路的检测结果，并根据上述开关控制指令以及上述检测结果，来控制上述继电器开关的通断；上述保护电路用于对上述继电器开关进行保护，在继电器开关通断产生电弧时对电弧进行限制和泄放。上述开关器件，通过上述控制单元保证了继电器开关基本在过零状态进行通断转换，保证了通断时的电压较低，而当电弧产生时，通过上述保护电路对电弧进行限制和泄放，缓解了电弧对开关器件的损坏，从而保证了开关器件的使用寿命较长。并且，上述开关器件通过上述退耦电路滤除了上述交流电的电压波动，保证了开关器件的性能较好。
55.2)、本技术上述的用电器包括任一种上述的开关器件，上述开关器件通过上述控制单元保证了继电器开关基本在过零状态进行通断转换，保证了通断时的电压较低，而当电弧产生时，通过上述保护电路对电弧进行限制和泄放，缓解了电弧对开关器件的损坏，从而保证了开关器件的使用寿命较长。并且，上述开关器件通过上述退耦电路滤除了上述交流电的电压波动，保证了开关器件的性能较好。
56.以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。