一種自動感應開關控制系統的研究

徐必剛 朱思潮 張衛忠 孫文芳 張 輝 錢 靜 周 杰（安徽新華學院，安徽 合肥230088）

目前由于各種技術的進步，在開關控制系統中的研究越來越深入。也使得一些市場上開關產品越來越優質，控制效果越來越好。但是由于面臨的使用環境比較復雜，很有可能導致開關導通或者是關斷的過程中存在較大的電流沖擊，構成對電器產品的不良影響。在此背景下做好這種感應開關控制系統的研究具有較強的現實意義，有利于提高產品的質量。

1 現階段開關器件應用的狀況

總體來說，開關器件已經成為了現代社會不可或缺的重要元器件。并且已經在大量實踐活動中積累了豐富的使用經驗，發揮優良的控制功能。但是由于開關器件的生產廠家眾多，具有不同的質量水平。一些質量不達標的產品在投入市場之后，一旦被用戶使用，就極有可能出現較大的事故。除此之外，開關線路設計方面也存在一些不科學性，特別是在一些大型工業化場合中，對開關線路的設計要求比較高，如果設計達不到預期的標準，就會在一些極端使用狀況下突發故障。由于電網存在一定的波動，如果接入電網的開關面臨一定的電流沖擊，如果沒有做好預防措施，就很有可能使這些開關出現功能性故障。針對上述原因，目前社會各界對于更加先進的開關控制系統具有較高的要求，更加迫切能夠通過一些先進的開關控制產品來滿足各項生產實踐活動的需求。節能減排已經成為了現代社會發展的重要目標，開關期間由于長期使用在接通狀態，同樣會產生一定的電流消耗。如果能夠在不影響正常功能的情況下降低電能損失，也是一項可行性比較高的途徑，提高了產品的優質性，是符合未來社會發展趨勢的。

2 一種自動感應開關控制系統的研究目標

2.1 主要設計目標

考慮到開關系統的實際使用情況，必須要能夠對開關電路系統進行深入分析。比較重要的參數有電流值和溫度值，電流值指的是通過開關器件的電流大小，如果電流值過大，會導致開關期間在瞬間產生極高的溫度，最終燒毀開關期間。并且電流過大，還有可能在通過開關器件之后造成對其他電器的不利影響。除此之外就是溫度值，溫度值過高也是開關控制系統十分忌諱的一個方面。因此一旦檢測到溫度持續過高，就需要在系統的判斷下自動斷開開關。

2.2 需要重點注意的事項

本文研究的一種自動感應開關控制系統需要使用溫度傳感器和電流傳感器來對整個系統的運行進行實時監測。但是由于電磁信號原因的影響以及環境因素的影響，還有可能會導致采樣過程出現誤判。如果解決好這些干擾問題保證的誤差也是極其重要的，通過一些防磁干擾材料進行設計能夠很好的滿足這項需求。

3 開關控制系統一些基本知識

3.1 能量轉換分類

能量轉換是開關系統設計十分重要的一個方面。要結合實際應用場合的不同，選擇不同的開關控制系統模式設計方案。直流電和交流電本身就是現代電路控制系統中需要控制到兩種電路類型。此外，還能夠根據輸入輸出是否需要進行隔離進行重新分類。在隔離式開關中，主要有單端正激、反激、半橋轉換、全橋變換器等。在非隔離開關中，主要有Cuk 轉換器、Zeta 轉換器、Sepic 轉換器等。

3.2 按照工作環境進行分類

各種開關器件面臨的實際工作環境具有較大的差別，因此在使用過程中也需要能夠根據實際應用場合產生的一些電壓或者是電流應力條件來進行有針對性的設計。比如說在一些應用要求比較高的場合下，需要在開關控制系統中增加屏蔽設計，降低噪聲可能帶來的干擾，達到濾波的效果。這樣能夠很好的滿足一些高精度場合開關控制器件的性能需求。軟開關器件現在是發展趨勢比較好的一種開關器件，由于不具有電流的重疊，因此最終呈現出來的效果就是極大地降低了開關損耗和開關電壓，有利于進行小型化設計。

3.3 發展歷程

開關已經經過了許多年的發展時間，最開始是一個簡單的開通和關斷功能。從上個世紀開始，由于電子電氣技術的不斷發展以及各種應用場合的需求，開關也開始逐漸形成了模塊化系統。但是其整體的結構設計相對比較簡單，總體的成本比較低。但是由于設計的巧妙性，其性能比較穩定，并且很好的解決了一些開關控制過程中的復雜問題。一些優質的DC-DC電源能夠實現以較少的電源作為輸入，提高了開關控制系統的運行效率。

4 開關電源主電路設計

4.1 消弧滅弧

當開關器件面臨大電流開通和關斷的情況時，極易出現火花，也需要做好消弧和滅弧處理。正常運行時，消弧線圈中無電流經過。滅弧室是盆狀的，在其外部有滅弧線圈。這樣就建立起了磁場，從空間結構上看來，該磁場是垂直于電弧的，那么最終引起的效果就是電弧被拉長，配合六氟化硫來將電弧熄滅。做好消弧滅弧處理的優勢是能夠避免開關過程中可能帶來的不利影響。大面積燒毀其他部件的情況，結合本文研究的依據電流和溫度來實現開關通斷是十分有價值的。

4.2 變壓器繞制

變壓器繞制過程中，需要掌握科學的方式方法，為了防止滑線，需要使用高溫膠帶進行粘貼，固定結構。在外面的高壓繞組需要包三層。低電壓繞組的頭部和尾部繞制2.2 圈，這樣設計的目的是為了減少泄露電感。

4.3 防干擾問題

考慮到實際使用環境比較復雜，所設計的開關控制系統需要在各種復雜的環境中使用，其中電磁影響尤為突出，因此做好硬件抗干擾措施是十分必要的。主要可以通過以下幾個方面進行，其一為在PCB 布線時，將高頻、低頻部分隔離開來，高電壓和低電壓的交流可以通過光耦進行隔離。在電路設計中，使用陶瓷電容來濾波。在PCB布線方面，要避免出現串擾的情況。布線方面，盡量使用短而直的設計，避免使用垂直交叉走線。

5 開關控制電路邏輯說明

5.1 硬件設計模塊

關于溫度控制方面，可以在開關控制系統中安裝一些溫度測量器件，比如DS18B20 是現階段比較常見的數字溫度傳感器，能夠將溫度測量直接轉換為相應的數字信號，精度比較高。其體積也比較小，因此能夠在開關控制系統中進行鋪設。可以根據實際需求，使用多個DS18B20 來測量不同區域的溫度值，然后將這些數值輸送到相應的判斷模塊。一旦發現測量得到的溫度值超過了預先設定的值，就立即斷開繼電器開關，使得電流不再流通繼續產生熱量。許多溫度突升的情況都是由于電流過大引起的，很有可能是出現了短路或者是線路接線錯誤。如果僅僅依靠人為判斷來斷開開關，具有較高的風險，會給使用者帶來較大的安全威脅。并且手動斷開開關需要一定的時間，這一段時間對于電流流經的電器來說是十分嚴重的，極易引起大面積燒毀。

5.2 濾波抗干擾

開關控制系統最直接的使用環境并不是完全無影響的。特別是一些工廠中的使用面臨較多的干擾。如果溫度采集的信號受到環境的干擾，這樣在一些高溫的使用環境下就很有可能造成出現誤報警的情況，從而導致開關控制系統無法正常投入使用。因此就必須要做好抗干擾設計。開關器件也需要做好耐久性測試，在實驗室中模擬各種工況測試開關器件的使用壽命，特別是可使用次數以及可靠性。要避免使用可靠性不強的開關器件，否則很有可能在系統發出命令之后，開關器件不執行命令。

6 結論

本文對一種自動感應開關控制系統進行了說明。該開關控制系統能夠根據采集到的溫度信號以及電流信號來實現對開關器件的控制，這樣就很好的解決了短路電流過大或者是過溫的問題，解決了可能存在的一些安全隱患。也降低了在出現突發問題時的損失，這也說明了本文設計的自動感應開關具有可行性，能夠滿足高標準的場合應用需求。