一种继电器自检电路、方法及并网逆变器的继电器系统

技术领域

本发明涉及一种继电器自检电路、方法及并网逆变器的继电器系统。

背景技术

继电器是光伏并网逆变器等逆变器的重要组成元件之一，继电器工作时，需要向继电器的驱动线圈施加电压来使继电器闭合。目前，通常通过继电器驱动电路对继电器的驱动线圈施加电压，从而控制继电器动作。图1即示出了目前的一种并网逆变器的继电器系统。从安规的要求看，继电器需要能够自检，目前的逆变器的继电器自检都是基于驱动电路是正常工做的假设下进行的，但如果继电器的驱动电路异常，就会导致误判，无法达到继电器自检的目的。

发明内容

针对上述问题中的至少一个，本发明的目的是提供一种继电器的自检电路，能够确认继电器驱动电路是否正常，提高自检准确性。

本发明的另一个目的是提供一种继电器的自检方法，能够确认继电器驱动电路是否正常，提高自检准确性。

本发明的有一个目的是提供一种采用上述继电器自检电路的并网逆变器的继电器系统。

根据本发明的一个方面，一种继电器的自检电路，用于检测所述继电器的驱动电路是否异常，所述自检电路包括：

检测端子，其用于检测所述继电器的线圈的第二端，所述继电器的线圈还具有用于接入工作电压的第一端；

比较电路，所述比较电路的一个输入端电性连接于所述检测端子，所述比较电路的另一个输入端接入第一电源电压；及

自检信号输出端子，其电性连接于所述比较电路的输出端。

优选地，所述比较电路包括第一比较器和第二比较器，所述检测端子连接于所述第一比较器的反相输入端；所述第一比较器的正相输入端连接一第一电源；所述第一比较器的输出端通过连接于所述第二比较器的正相输入端；所述第二比较器的反相输入端接地，所述第二比较器的输出端连接于所述自检信号输出端子。

更优选地，所述第一比较器的输出端通过电阻连接于所述第二比较器的正相输入端。

更优选地，所述第二比较器的输出端通过电阻连接于所述自检信号输出端子。

更优选地，所述第一电源的负极接地，正极和电阻R23串联后接地，且所述第一电源的正极通过所述电阻R23连接于所述第一比较器的正相输入端，所述自检电路还包括电阻R24，所述电阻R24的一端连接于所述第一电源的正极，另一端连接于所述检测端子和所述第一比较器的反相输入端的中间点；和/或，所述第一电源的负极接地，正极和电阻R25串联后接地，且所述第一电源的正极通过电阻R25连接于所述第二比较器的反相输入端。

更优选地，所述自检电路还包括电阻R26和电容C21，所述电阻R26的一端连接于所述第一电源的正极，所述电阻R26的另一端连接于所述电容C21的一端，所述电容C21的另一端接地。

优选地，所述自检电路还包括二极管，所述二极管的负极连接于所述检测端子，正极连接于所述比较电路的输入端。

优选地，所述自检电路还包括第二电源和电阻，所述第二电源的正极连接于所述电阻的一端，负极接地；所述电阻的另一端连接于所述自检信号输出端子。

根据本发明的第二个方面，一种继电器的自检方法，所述继电器的线圈具有第一端和第二端，第一端接入工作电压，采用如上所述的自检电路，所述自检方法包括如下步骤：

采集所述继电器线圈的第二端的电压，送入所述比较电路，通过所述比较电路输出一自检信号；

当所述继电器的控制信号为第一占空比的控制信号时自检信号为低电平，且当所述控制信号为第二占空比的控制信号时自检信号为高电平，则判断继电器的驱动电路正常；反之，继电器的驱动电路异常。

根据本发明的第三个方面，一种并网逆变器的继电器系统，包括串接于逆变侧和电网侧之间的继电器，所述继电器由驱动电路驱动，所述继电器系统还包括用于检测所述驱动电路是否异常的自检电路，所述自检电路采用如上所述的自检电路；

所述驱动电路包括控制信号输入端子，所述驱动电路还包括第一开关管电路、第二开关管电路、第三开关管电路及一个为继电器的线圈供电的电源端子；

所述电源端子能够电性连接于继电器线圈的第一端；

所述第一开关管电路的控制端电性连接于所述控制信号输入端子，所述第一开关管电路的动作端一端能够电性连接于所述继电器线圈的第二端，所述第一开关管电路的动作端另一端接地；

所述第二开关管电路的控制端电性连接于所述控制信号输入端子，所述第二开关管电路的动作端一端电性连接于所述第三开关管电路的控制端，所述第二开关管电路的动作端另一端接地；

所述第三开关管电路的动作端一端电性连接于所述电源端子和所述继电器线圈的所述第一端的中间点，所述第三开关管电路的动作端另一端电性连接于所述继电器线圈的所述第二端；

所述驱动电路还包括用于使所述第二开关管电路在所述第一开关管电路导通一延迟时间后再导通的延时电路、以及用于在所述第一开关管电路关断时使所述第二开关管电路导通的第一二极管。

优选地，所述第一开关管电路包括NPN型三极管，所述NPN型三极管的基极电性连接于所述控制信号输入端子，集电极电性连接于所述继电器线圈的所述第二端，发射极接地；

所述第三开关管电路包括PNP型三极管，所述PNP型三极管的基极电性连接于所述控制信号输入端子，集电极电性连接于所述电源端子和所述继电器线圈的所述第一端的中间点，发射极电性连接于所述继电器线圈的所述第二端。

更优选地，所述PNP型三极管的发射极和所述继电器线圈的所述第二端之间连接有第二二极管。

更优选地，所述驱动电路还包括第三二极管和稳压二极管，所述第三二极管和所述稳压二极管串联后反向并联于所述PNP型三极管的集电极和基极之间。

优选地，所述第二开关管电路包括场效应管，该场效应管的栅极(即上述控制端)电性连接于所述控制信号输入端子，源极(即上述动作端另一端)接地，而漏极(即上述动作端一端)电性连接于所述第三开关管电路的控制端。

优选地，所述第三开关管电路的所述控制端和所述第二开关管电路的所述控制端一端之间连接有第一电阻。

优选地，所述控制信号输入端子和所述第二开关管电路的所述控制端之间连接有第二电阻。

优选地，所述延时电路包括第一电容和第三电阻，所述第一电容和所述第三电阻并联形成并联支路，所述并联支路的一端电性连接于所述第一二极管和所述第一开关管电路的所述控制端的中间点，另一端电性接地。

优选地，所述第一二极管的正极电性连接于所述控制信号输入端子，负极电性连接于所述第二开关管电路的控制端。

优选地，所述驱动电路还包括第二电容，所述第二电容电性连接于所述电源端子和地之间。

具体地，所述电源端子接入的电压为12V。

优选地，所述控制信号输入端子连接于并网逆变器的DSP芯片的PWM控制口。

根据本发明的第二个方面，一种继电器的驱动方法，采用如上所述的驱动电路，所述驱动方法包括如下步骤：

初始时，在设定的维持时间内，使所述控制信号输出端子输入具有第一占空比的控制信号，以使所述继电器能够正常工作；

所述继电器正常工作时，使所述控制信号端子输出具有第二占空比的控制信号，所述第二占空比小于所述第一占空比；和/或

所述继电器正常工作且继电器附近环境温度低于设定温度时，使所述控制信号端子输出具有第三占空比的控制信号，所述第三占空比小于所述第二占空比。

优选地，第一占空比为100％，第二占空比为50％，第三占空比为35％。

优选地，所述维持时间为100ms。

具体地，当继电器进行闭合动作时，保持在设定的维持时间内(前100ms)设置PWM控制信号的占空比为100％，使得继电器的动作电压满足规格要求；当继电器正常工作时，设置控制信号的占空比为约50％，保持电压为小于动作电压的第一电压；当检测到继电器附件环境温度低于设定值时，根据规格要求设置控制信号的占空比为35％，保持电压为小于第一电压的第二电压。

本发明采用以上方案，相比现有技术具有如下优点：

本发明的一种继电器自检电路、方法及并网逆变器的继电器系统，最大程度的满足安规要求，可以检测出是继电器驱动电路异常还是继电器本体异常。当自检发现继电器驱动电路异常时，则逆变器不会再去检测继电器，避免带来隐患。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为传统的并网逆变器的继电器系统的电路图；

图2为根据本发明实施例的一种并网逆变器的继电器系统的电路图；

图3为根据本发明实施例的一种继电器的驱动电路的电路图；

图4为根据本发明实施例的继电器驱动电路的自检电路的电路图。

100、驱动电路；101、控制信号输入端子；102、电源端子；103、第一开关管电路；104、第二开关管电路；105、第三开关管电路；106、延时电路；

200、驱动电路；

300、线圈；

400、自检电路；401、检测端子；402、第一电源；403、第二电源；404、自检信号端子。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域的技术人员理解。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以互相结合。

如本说明书和权利要求书中所示，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的组合。

进一步可以理解的是，术语“第一”、“第二”等用于描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开，并不表示特定的顺序或者重要程度。实际上，“第一”、“第二”等表述完全可以互换使用。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。

根据本发明的一个实施例，一种光伏并网逆变器的继电器系统如图2所示。参照图2，该继电器系统包括串接于逆变侧和电网侧之间的主继电器RY1和副继电器RY2；具体地，逆变侧和电网侧之间的火线和零线上分别设有相互串联的主继电器RY1和副继电器RY2。主继电器RY1具有一个为主继电器RY1的线圈300提供电压的驱动电路100，从而由该驱动电路100驱动进行工作(如，闭合)；副继电器RY2具有一个为副继电器RY2的线圈300提供电压的驱动电路200，从而由该驱动电路200驱动进行工作(如，闭合)。

本实施例还提供一种具体的继电器驱动电路，能够应用于上述光伏并网逆变器的继电器系统中来驱动主继电器RY1和副继电器RY2。主继电器RY1的驱动电路100和副继电器RY2的驱动电路200相同，下面对主继电器RY1的驱动电路100进行详细描述，副继电器RY2的驱动电路200与之类似，在此不做赘述。参照图3所示，主继电器RY1的驱动电路100包括控制信号输入端子101、第一开关管电路103、第二开关管电路104、第三开关管电路105及一个为继电器的线圈300供电的电源端子102。

控制信号输入端子101能够电性连接至控制单元从而接收来自控制单元的控制信号M_RELAY。该控制信号输入端子101具体能够电性连接至光伏并网逆变器的DSP芯片的PWM控制口，通过该控制口可以打出不同的占空比；进而使继电器RY1的线圈300电压根据占空比变化，从而实现继电器线圈300上产生不同的电压。

电源端子102电性连接于继电器线圈300的第一端。电源端子102用于向线圈300输入工作电源，本实施例中的电源端子102数量为一个且接入12V电压。

第一开关管电路103的控制端电性连接于控制信号输入端子101从而受控于控制信号M_RELAY，第一开关管电路103的动作端一端能够电性连接于继电器线圈300的第二端，第一开关管电路103的动作端另一端接地。具体到本实施例中，第一开关管电路103包括NPN型三极管Q1，该NPN型三极管Q1的基极(即上述控制端)电性连接于控制信号输入端子101，集电极(即上述动作端一端)电性连接于继电器线圈300的第二端，发射极(即上述动作端另一端)接地。

第二开关管电路104的控制端电性连接于控制信号输入端子101，第二开关管电路104的动作端一端电性连接于第三开关管电路105的控制端，第二开关管电路104的动作端另一端接地。具体到本实施例中，第二开关管电路104包括场效应管Q2，该场效应管Q2的栅极(即上述控制端)电性连接于控制信号输入端子101，源极(即上述动作端另一端)接地，而漏极(即上述动作端一端)电性连接于第三开关管电路105的控制端。

第三开关管电路105的动作端一端电性连接于电源端子102和继电器线圈300的中间点，第三开关管电路105的动作端另一端电性连接于继电器线圈300的第二端。具体到本实施例中，第三开关管电路105包括PNP型三极管Q3，PNP型三极管Q3的基极(即上述控制端)电性连接于场效应管Q2的漏极，集电极电性(即上述动作端一端)连接于电源端子102和继电器线圈300的中间点，发射极(即上述动作端另一端)电性连接于继电器线圈300的第二端。

该驱动电路100还包括用于使第二开关管电路104在第一开关管电路103导通一延迟时间后再导通的延时电路106、以及用于在第一开关管电路103关断时使第三开关管电路105导通的第一二极管D1。该第一二极管D1位于控制信号输入端子101和场效应管Q2的栅极之间，其正极电性连接于控制信号输入端子101，负极电性连接于场效应管Q2的栅极。第一二极管D1可在第一开关管电路103关断后使第二开关管电路104保持导通，形成继电器关断回路。该延时电路106具体包括第一电容C1和第三电阻R3，第一电容C1和第三电阻R3并联形成一并联支路，该并联支路的一端电性连接于第一二极管D1和第一开关管电路103的控制端的中间点，另一端电性接地。为第二开关管电路104的驱动设置了延迟，使第一开关管电路103导通一端时间(具体为5μs)后第二开关管电路104再导通，从而第二开关管电路104提供关断回路，同时不影响导通回路。

继电器线圈300的所述另一端和PNP型三极管Q3的发射极之间连接有第二二极管D2。具体而言，第二二极管D2的正极电性连接于继电器线圈300的第二端，负极电性连接于PNP型三极管Q3的发射极。第二二极管D2的作用是提供继电器线圈电压反向，线圈电流的续流路径，保护继电器线圈电压不超出规格要求。

该驱动电路100还包括第三二极管D3和稳压二极管ZD1，第三二极管D3和稳压二极管ZD1串联后反向并联于PNP型三极管Q3的集电极和基极之间。在继电器线圈电压反向时，通过第二二极管D2和稳压二极管ZD1提供续流回路，将线圈电压钳位到电源电压+12V，保护继电器线圈电压不超出规格要求。第三二极管D3的作用时加速导通PNP型三极管Q3。

第三开关管电路105的控制端和第二开关管电路104的控制端一端之间连接有第一电阻R1。具体地，第一电阻R1电性串接于场效应管Q2的漏极和PNP型三极管Q3的基极之间。第一电阻R1是PNP型三极管Q3的基极电阻，给PNP型三极管Q3提供驱动电流。

控制信号输入端子101和第二开关管电路104的控制端之间连接有第二电阻R2。具体地，第二电阻R2串接于控制信号输入端子101和第一二极管D1的正极之间。第二电阻R2与第一电容C1形成延迟，使NPN型三极管Q1导通后，场效应管Q2再导通。

该驱动电路100还包括第四电阻R4、第五电阻R5和第四二极管D4。第四电阻R4串接于控制信号输入端子101和NPN型三极管Q1的基极之间，第四二极管D4和第五电阻R5串接后反向并联于第三电阻R3的两端之间。第四电阻R4是NPN型三极管Q1的开通驱动电阻，第四二极管D4和第五电阻R5是NPN型三极管Q1的关断驱动电路，实现快速关断。

该驱动电路100还包括第二电容C2，第二电容C2电性连接于电源端子102和地之间。第二电容C2作为储能稳压电容，在RELAY切换过程中，提供稳定的电压。

该驱动电路100的工作原理为：

当控制信号M_RELAY为高时，NPN型三极管Q1导通，电源端子102的+12V通过继电器线圈300、NPN型三极管Q1形成回路，继电器线圈300电流上升；当控制信号M_RELAY为低时，NPN型三极管Q1关断，继电器线圈300电压反向，通过第二二极管D2、PNP型三极管Q3形成回路，继电器线圈300电流下降。通过延时电路106为场效应管Q2的驱动设置了延迟，使NPN型三极管Q1导通5us后场效应管Q2再导通，场效应管Q2提供关断回路，同时不影响导通回路。通过第一二极管D1使得NPN型三极管Q1关断后场效应管Q2保持导通，形成RELAY关断回路。当RELAY闭合动作时，前100ms设置PWM为100％，使得RELAY的动作电压满足规格要求+12V；当RELAY正常工作时，可以根据继电器的规格要求，设置约50％的PWM，保持电压为+6V；当逆变器的NTC传感器检测到RELAY附件环境温度很低时，可以根据规格要求设置35％的PWM，保持电压+4.2V，从而实现降低继电器驱动功耗，提高整机效率的目的。该电路一致性很好，在更换继电器做降本工作时，可以直接根据新继电器的保持电压要求，软件修改PWM的占空比就可以实现，移植性好。

本实施例还提供一种继电器驱动电路100的自检电路400；进一步地，本实施例的上述并网逆变器的继电器系统进一步包括该自检电路400，通过该自检电路400检测主继电器RY1的驱动电路100和副继电器RY2的驱动电路200是否异常。参照图4所示，该自检电路400包括两个检测端子401；其中一个检测端子401用于检测主继电器RY1的线圈300的第二端的电压，即主继电器RY1驱动电路100中NPN型三极管Q1的集电极的电压；另一个检测端子401用于检测副继电器RY2的线圈300的第二端的电压，即副继电器RY2驱动电路200中NPN型三极管Q1的集电极的电压。该自检电路400还包括比较电路，上述两个检测端子401分别电性连接于比较电路的一个输入端，比较电路的另一输入端接入第一电源电压，比较电路的输出端电性连接一自检信号输出端子404，该自检信号输出端子404可电性连接于一控制模块中，具体为光伏并网逆变器的DSP芯片，通过该DSP芯片判断继电器驱动电路100是否异常。

具体而言，上述比较电路具体包括第一比较器U1和第二比较器U2。上述两个检测端子401连接于第一比较器U1的反相输入端；第一比较器U1的正相输入端连接一第一电源402以接入电压，第一电源402的电压等于继电器的动作电压，即+12V；第一比较器U1的输出端通过电阻R21连接于第二比较器U2的正相输入端。第二比较器U2的反相输入端接地，第二比较器U2的输出端通过电阻R22连接于上述自检信号输出端子404。

第一电源402的负极接地，正极和两个电阻R23串联后接地，上述第一比较器U1的正相输入端连接于两个电阻R23的中间点。该自检电路400还包括电阻R24，电阻R24的一端连接于第一电源402的正极，另一端连接于检测端子401和第一比较器U1的反相输入端的中间点。

第一电源402的正极还和两个电阻R25串联后接地，上述第二比较器U2反相输入端连接于两个电阻R25的中间点。该自检电路400还包括电阻R26和电容C21，电阻R26的一端连接于第一电源402的正极，电阻R26的另一端连接于电容C21的一端，电容C21的另一端接地。

该自检电路400还包括第二电源403和电阻R27。第二电源403的电压小于第一电源402的电压，具体为3.3V；第二电源403的正极连接于电阻R27的一端，负极接地。电阻R27的另一端连接于第二比较器U2的输出端和电阻R22的中间点。

该自检电路400还包括电容C22，其一端连接于电阻R22和自检信号输出端子404的中间点，另一端接地。

每个检测端子401和第一比较器U1的反相输入端之间分别连接有一个二极管D21。具体地，二极管D21的负极连接于检测端子401，正极连接于第一比较器U1的反相输入端。

传统的继电器自检方案中没有考虑驱动损坏的情况，这样会造成继电器自检判断有误，因为很可能继电器本体并没有坏，而是继电器驱动电路100损坏。本实施例的继电器驱动电路100的自检电路400，能够检测出继电器驱动电路100是否损坏，从而真实检测出是否继电器本体损坏，从而满足安规的要求。该自检电路400的原理是检测继电器线圈300一端的电压，即驱动电路100中NPN三极管Q1集电极的电压，通过比较器来判断信号是否正常。在逆变器并网前，会先自检时RELAY驱动电路，DSP PWM会先打出100％DUTY，检测到DSP_RLY信号为高，然后DSP PWM会打出PWM为0％的DUTY,检测到DSP_RLY为低，这是判断RELAY驱动电路100正常；反之，判断驱动电路100异常。

自检电路的原理是将驱动电路最核心的部分，即Q1的集电极作为检测点。主副RELAY的检测信号都接入检测电路，通过二极管D21连接到比较器U1的反相输入端。当DSP的控制PWM信号101为100％DUTY时，主副RELAY检测信号401为低电平，通过二极管D21将比较器U1的反相输入端拉低，U1输出高电平，再通过比较器U2输出信号高电平。当DSP的控制PWM信号101为0％DUTY时，主副RELAY检测信号401为高电平，二极管D21截止，比较器U1输出低电平，再通过比较器U2输出信号低电平。当U2输出信号即404DSP采样信号不满足以上逻辑时，则说明RELAY驱动电路异常。

本实施例还提供一种继电器的驱动方法，其采用上述的驱动电路。该驱动方法包括如下步骤：

初始时，在设定的维持时间内，使控制信号输出端子输入具有第一占空比的控制信号，以使继电器能够正常工作；

继电器正常工作时，使控制信号端子输出具有第二占空比的控制信号，第二占空比小于第一占空比；

继电器正常工作且继电器附近环境温度低于设定温度时，使控制信号端子输出具有第三占空比的控制信号，第三占空比小于第二占空比。

第一占空比可以为100％，第二占空比为50％，第三占空比为35％。

具体而言，当RELAY闭合动作时，前100ms(继电器规格中要求的动作电压维持时间)设置PWM为100％，使得RELAY的动作电压满足规格要求+12V；当RELAY正常工作时，根据继电器的规格要求，设置约50％的PWM，保持电压为+6V；当逆变器的NTC温度传感器检测到RELAY附件环境温度很低时，根据规格要求设置35％的PWM，保持电压+4.2V。

本实施例进一步提供一种继电器驱动电路的自检方法，其中继电器线圈具有第一端和第二端，第一端接入工作电压，该自检方法包括如下步骤：

采集继电器线圈的第二端的电压，送入比较电路，通过比较电路输出一自检信号；

当控制信号为第一占空比的控制信号时自检信号为低电平，且当控制信号为第二占空比的控制信号时自检信号为高电平，则判断继电器驱动电路正常；反之，继电器驱动电路异常。其中，第二占空比小于第一占空比；第一占空比可选100％，第二占空比可选0。

本实施例采用DSP PWM控制技术实现RELAY线圈电压可控，根据检测RELAY环境温度以及RELAY的工作状态，最大化降低驱动保持电压，实现效率的最大提升。

本实施例利用驱动延时实现RELAY关断的回路，为RELAY线圈电压可控提供路径。

本实施例根据RELAY驱动电路设计了RELAY驱动的自检电路，通过自检先判断RELAY驱动是否有异常，从而可以100％确认RELAY本体是否存在故障，满足安规要求。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，是一种优选的实施例，其目的在于熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限定本发明的保护范围。凡根据本发明的精神实质所作的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。