CN101673640B

CN101673640B - 一种双稳态接触器驱动电路

Info

Publication number: CN101673640B
Application number: CN200810212987A
Authority: CN
Inventors: 刘衍志
Original assignee: Emerson Network Power Energy Systems Noth America Inc
Current assignee: Dimension Corp.
Priority date: 2008-09-10
Filing date: 2008-09-10
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2028-09-10
Also published as: CN101673640A

Abstract

本发明涉及一种双稳态接触器驱动电路，包括双稳态接触器，还包括开关管Q、继电器RLY1，所述继电器RLY1的第九动触点和第四动触点分别连接到双稳态接触器的线圈两端、第十常闭触点和第五常开触点连接到电源正极、第八常开触点和第三常闭触点连接到开关管Q的集电极，开关管Q的发射极连接到电源负极、基极连接到开关管驱动电路的输出端，所述继电器RLY1的线圈分别与用于产生继电器驱动电压的驱动电压生成电路的输出正极和输出负极相连。实施本发明的双稳态接触器驱动电路，具有以下有益效果：可靠性高，寿命长和抗静电、抗过压能力强，体积小，采用小型继电器，电路所占PCB面积小。

Description

一种双稳态接触器驱动电路

技术领域

本发明涉及电力电子技术中的双稳态接触器，更具体地说，涉及一种双稳态接触器驱动电路。

背景技术

双稳态（磁保持）接触器可工作于常开、常闭两种状态，维持状态不需要提供能量，因其稳定和节能，在业界推广采用。但驱动控制较为复杂，限制了双稳态接触器的进一步推广。双稳态接触器的驱动线圈具有极性，正极对负极施加一个一定宽度的正脉冲，双稳态接触器从断开状态变为闭合状态，同理，施加负脉冲，从闭合变为断开。不同的双稳态接触器需要的脉冲宽度和幅值可能不尽相同（如图1所示）具体参数由厂家提供。

目前市场上的采用的驱动电路主要有两类。一类如图2所示，通过光耦隔离驱动四个金属氧化物半导体场效应管（MOSFET）组成的桥式电路来得到双稳态接触器线圈端的正负脉冲。这种控制方式的缺点是：MOSFET管组成的桥式电路容易被操作过程中的静电损坏，导致控制失效。一类如图3所示，是由两个继电器组成的双向切换电路，这个电路隔离性能好，但由于一般继电器的操作电压小于30VDC，48V通讯电源的应用中超出电压降额较多，就必须选用额定电流较大的继电器，比如驱动3A左右的接触器，要选用额定电流8A以上的2C继电器，体积较大，很难满足目前小型化的要求。

因此，需要一种可靠性高、寿命长，并且体积小，电路所占PCB面积小的双稳态接触器驱动电路。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述MOSFET管组成的桥式电路容易被操作过程中的静电损坏和体积较大的缺陷，提供一种可靠性高、寿命长，并且体积小，电路所占PCB面积小的双稳态接触器驱动电路。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种双稳态接触器驱动电路，包括双稳态接触器，还包括开关管Q、继电器RLY 1，所述继电器RLY1的第九动触点和第四动触点分别连接到双稳态接触器的线圈两端、所述继电器RLY 1的第十常闭触点和第五常开触点连接到电源正极、所述继电器RLY 1的第八常开触点和第三常闭触点连接到开关管Q的漏极，开关管Q的源极连接到电源负极、基极连接到开关管驱动电路的输出端，所述继电器RLY 1的线圈分别与用于产生继电器驱动电压的驱动电压生成电路的输出正极和输出负极相连。

在本发明所述的双稳态接触器驱动电路中，所述开关管Q是金属氧化物半导体场效应管Q1。

在本发明所述的双稳态接触器驱动电路中，所述开关管驱动电路包括：

光电耦合器U14，所述光电耦合器U14的发射端阳极连接在开关管驱动电路的输出端（MOSDRV），所述光电耦合器U14的发射端阴极接地，所述光电耦合器U14的接收端集电极经电阻R1连接到电源正极，所述光电耦合器U14的接收端发射极经电阻R6连接到金属氧化物半导体场效应管Q1的栅极；

二极管D2，所述二极管D2的阳极连接到电源负极、所述二极管D2的阴极连接到光电耦合器U14的接收端集电极；

以及连接在电源负极和光电耦合器U14的接收端发射极的电阻R8，

所述二极管D2用于提供金属氧化物半导体场效应管Q1开通时的稳定栅极电压。

在本发明所述的双稳态接触器驱动电路中，所述光电耦合器U14的接收端集电极和电源负极之间串联有电容C1。

在本发明所述的双稳态接触器驱动电路中，所述输出端和光电耦合器U14的发射端阳极之间串联有电阻R7，所述电阻R1和光电耦合器U14的接收端集电极之间串联有电阻R2、R3。

在本发明所述的双稳态接触器驱动电路中，所述金属氧化物半导体场效应管Q1的漏极和源极之间并联有瞬态电压抑制二极管D1。

在本发明所述的双稳态接触器驱动电路中，所述继电器RLY 1的第九动触点和第四动触点之间串联有电阻R9和电容C1。

在本发明所述的双稳态接触器驱动电路中，所述电压生成电路包括：

连接输出正极的电源Vcc，

三极管Q2，所述三极管Q2的基极经电阻R267连接到驱动信号端、所述三极管Q2的2发射极接地、所述三极管Q2的集电极连接到输出负极，

二极管D4，所述二极管D4的阳极接地、所述二极管D4的阴极连接到三极管Q2的集电极，

二极管D3，所述二极管D3的阴极与电源Vcc相连、所述二极管D3的阳极连接到三极管Q2的集电极。

在本发明所述的双稳态接触器驱动电路中，所述电源Vcc和地之间连接有电容C2，所述三极管Q2的集电极和发射极之间连接有电容C3。

在本发明所述的双稳态接触器驱动电路中，所述开关管Q是功率三极管。

实施本发明的双稳态接触器驱动电路，具有以下有益效果：

可靠性高，寿命和抗静电、抗过压能力强，体积小，采用小型继电器，电路所占PCB面积小。

更进一步地，实施本发明的双稳态接触器驱动电路，驱动能力强，能够提供较大脉冲驱动电流MOSFET开关驱动简便，另外没有继电器触点产生的抖动

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是现有技术中的一种双稳态接触器驱动电路的电路原理示意图；

图2是现有技术中的另一种双稳态接触器驱动电路的电路原理示意图；

图3是本发明的双稳态接触器驱动电路原理示意图；

图4是本发明的双稳态接触器驱动电路的脉冲信号图；

图5是本发明的双稳态接触器驱动电路的一个实施例的电路原理图。

具体实施方式

如图3所示，本发明的双稳态接触器驱动电路包括所述继电器RLY 1的第九动触点9和第四动触点4分别连接到双稳态接触器的线圈两端、第十常闭触点10和第五常开触点5连接到电源正极、第八常开触点8和第三常闭触点3连接到开关管Q的漏极，开关管Q的源极连接到电源负极、基极连接到开关管驱动电路A的输出端MOSDRV，所述继电器RLY 1的线圈分别与用于产生继电器驱动电压的驱动电压生成电路B的输出正极DRV+和输出负极DRV-相连。在本发明中，继电器RLY1用来变换脉冲电流方向，开关管Q用来提供驱动电流。

图3所示的本发明的双稳态接触器驱动电路工作过程如下（脉冲信号参见图4）：（1）根据双稳态接触器的控制指令在a点动作继电器RLY1，（2）等待200~300毫秒，（3）在b点打开开关管Q，控制脉冲开始，（4）等待500毫秒，维持脉冲宽度，（5）c点关闭开关管Q，脉冲结束，（6）等待200~300毫秒，（7）d点释放继电器RLY1。

图5是本发明的双稳态接触器驱动电路的一个实施例的电路原理图。如图5所示，本发明的双稳态接触器驱动电路包括双稳态接触器、继电器RLY1，所述继电器RLY1的第九动触点9和第四动触点4分别连接到双稳态接触器的线圈两端，同时第九动触点9和第四动触点4之间串联有电阻R9和电容C1；继电器RLY1的第十常闭触点10和第五常开触点5连接到电源正极、第八常开触点8和第三常闭触点3连接到MOSFET Q1的栅极，MOSFET Q1的源极连接到电源负极、栅极连接到开关管驱动电路A的输出端MOSDRV，所述MOSFET Q1的源极、栅极之间并联有瞬态电压抑制二极管D1；所述继电器RLY 1的线圈的正极和负极分别与用于产生继电器驱动电压的驱动电压生成电路B的输出正极DRV+和输出负极DRV-相连，所述瞬态电压抑制二极管D1和电源正极之间串联有电阻R4、R5。所述电压生成电路B包括连接输出正极DRV+的电源Vcc，其基极经电阻R267连接到驱动信号端DRV、其发射极接地、其集电极连接到输出负极DRV-的三极管Q2，其正极接地、负极连接到三极管Q2的集电极的二极管D4，其正极与电源Vcc相连、负极连接到三极管Q2的集电极的二极管D3。所述电源Vcc和地之间连接有电容C2，所述三极管Q2的集电极和发射极之间连接有电容C3。

所述开关管驱动电路A包括其发射端阳极1脚连接在输出端MOSDRV，发射端阴极2脚接地，接收端集电极4脚经电阻R1、R2、R3连接到电源正极，接收端发射极3脚经电阻R6连接到MOSFET Q1的栅极的光电耦合器U14；其正极连接到电源负极、其负极连接到光电耦合器U14的接收端集电极4脚的二极管D2，以及连接在电源负极和光电耦合器U14的接收端发射极3脚的电阻R8，所述光电耦合器U14的接收端集电极4脚和电源负极之间串联有电容C1，所述信号端MOSDRV和光电耦合器U14的发射端阳极1脚之间串联有电阻R7。串联在双稳态接触器的线圈两端的电阻R9和C1可用来吸收感性负载（接触器的线圈）的冲击电流，保证整个驱动电路的稳定。

在本发明中，可由与单片机相连的输出MOSDRV向MOSFET Q1提供驱动电压，同时与二极管Q2相连的驱动信号端DRV也可通过单片机端口的高电平触发。光电耦合器U14有效地将单片机和双稳态接触器驱动电路隔离，保证本双稳态接触器驱动电路的有效运行。连接在MOSFET Q1的源极栅极之间的瞬态电压抑制二极管D1可有效地减小静电和浪涌的危害。在本发明的其它实施例中，还可采用稳压二级管取代瞬态电压抑制二极管，采用功率三极管取代MOSFET。当采用开关管取代MOSFET管时，可对应采用适合的电流驱动电路。

在图5所示的本发明的双稳态接触器驱动电路的一个实施例的电路原理图中，继电器RLY的状态由驱动电压生成电路B的输出电压控制。当单片机端口的高电平触发驱动电压生成电路B产生继电器RLY1驱动所需的正负脉冲，闭合继电器RLY1，等待300ms后，同样可由单片机端口的高电平触发的MOSFET Q1的控制脉冲开始，并将其保持500ms，接着，MOSFET Q1关闭，等待200-300ms之后，释放继电器RLY1。MOSFET Q1和继电器RLY1的控制信号由逻辑信号提供，例如单片机I/O，其时序由软件控制产生。

在本发明中，继电器RLY1零电流动作，不参与功率切换，可以有效防止大电流动作时的触点拉弧，使采用小型继电器成为可能，对于继电器的参数选择，满足触点静态最大电流即可。在本发明的其它实施例中，可使用较大的继电器来替代开关管。本发明的双稳态接触器驱动电路也可用于驱动直流电机。

虽然本发明是通过具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明进行各种变换及等同替代。因此，本发明不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本发明权利要求范围内的全部实施方式。

Claims

1.一种双稳态接触器驱动电路，包括双稳态接触器，其特征在于，还包括开关管Q、继电器RLY 1，所述继电器RLY 1的第九动触点（9）和第四动触点（4）分别连接到双稳态接触器的线圈两端、所述继电器RLY 1的第十常闭触点（10）和第五常开触点（5）连接到电源正极、所述继电器RLY 1的第八常开触点（8）和第三常闭触点（3）连接到开关管Q的漏极，开关管Q的源极连接到电源负极、开关管Q的栅极连接到开关管驱动电路（A）的输出端（MOSDRV），所述继电器RLY 1的线圈分别与用于产生继电器驱动电压的驱动电压生成电路（B）的输出正极（DRV+）和输出负极（DRV-）相连。

2.根据权利要求1所述的双稳态接触器驱动电路，其特征在于，所述开关管Q是金属氧化物半导体场效应管Q1。

3.根据权利要求2所述的双稳态接触器驱动电路，其特征在于，所述开关管驱动电路（A）包括：

以及连接在电源负极和光电耦合器U14的接收端发射极的电阻R8；

4.根据权利要求3所述的双稳态接触器驱动电路，其特征在于，所述光电耦合器U14的接收端集电极和电源负极之间串联有电容C1。

5.根据权利要求3所述的双稳态接触器驱动电路，其特征在于，所述开关管驱动电路的输出端（MOSDRV）和光电耦合器U14的发射端阳极之间串联有电阻R7，所述电阻R1和光电耦合器U14的接收端集电极之间串联有电阻R2、R3。

6.根据权利要求3所述的双稳态接触器驱动电路，其特征在于，所述金属氧化物半导体场效应管Q1的漏极和源极之间并联有瞬态电压抑制二极管D1。

7.根据权利要求1所述的双稳态接触器驱动电路，其特征在于，所述继电器RLY 1的第九动触点（9）和第四动触点（4）之间串联有电阻R9和电容C1。

8.根据权利要求1所述的双稳态接触器驱动电路，其特征在于，所述电压生成电路（B）包括：

连接输出正极（DRV+）的电源Vcc，

三极管Q2，所述三极管Q2的基极经电阻R267连接到驱动信号端（DRV）、所述三极管Q2的发射极接地、所述三极管Q2的集电极连接到输出负极（DRV－），

9.根据权利要求8所述的双稳态接触器驱动电路，其特征在于，所述电源Vcc和地之间连接有电容C2，所述三极管Q2的集电极和发射极之间连接有电容C3。

10.根据权利要求1所述的双稳态接触器驱动电路，其特征在于，所述开关管Q是功率三极管。