CN102208239B - 一种节能的螺线管驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种节能螺线管驱动电路，包括：控制模块，用于当螺线管不需要工作时，控制比较器模块输出低电平，使恒流源模块无电流输出；当螺线管需要工作时，控制比较器模块输出高电平，使恒流源模块有电流输出；比较器模块的输入端连接控制模块的输出端；比较器模块的输出端一路经过电容隔直模块连接恒流源模块的输入端，比较器模块的输出端一路经过分压模块连接恒流源模块的输入端；恒流源模块的输出端与螺线管的线圈连接，用于为线圈提供恒定的电流。该驱动电流不受驱动电压以及电阻波动的影响，可以保证螺线管稳定地工作。另外，电容隔直模块中电容的特性满足螺线管启动时需要较大的驱动电流，正常工作后需要较小的驱动电流，达到节能的目的。

Description

一种节能的螺线管驱动电路

技术领域

本发明涉及电路控制技术领域，特别涉及一种节能螺线管驱动电路。

背景技术

螺线管包括线圈和活动杆。线圈通常绕成长筒形，当有电流通过时，线圈能起到磁体的作用，将电能转换为机械能，将活动杆拉入线圈中。螺线管被广泛用于将电能转化成机械能的领域，从时间要求高的阀门到汽车的动力锁到简单的门铃等。

参见图1，该图为现有技术中的螺线管示意图。

线圈2均匀地缠绕在螺线管壳1上，然后引出两个导线电极5和6。当在两个导线电极5和6上施加电流时，线圈围成的空间内会形成一个磁场，处于磁场中的活动杆4将在磁场的作用下发生运动。当施加在电极上的电流停止后，磁场消失，活动杆4在复位弹簧3的作用下恢复到原始位置。

现有螺线管驱动电路大部分是通过在螺线管两端施加某一固定电压来使螺线管工作，即利用螺线管自身的电阻或者外加电阻来产生一定的电流驱动螺线管。

下面结合附图来介绍现有技术中螺线管的两种驱动电路。

参见图2，该图为现有技术中螺线管直接驱动电路示意图。

螺线管的线圈L1的一端连接功率管Q1的第一端，螺线管的线圈L1的另一端连接螺线管驱动直流电压VDC。功率管Q1的第二端通过第二限流电阻R2接地。开关控制信号依次通过第一限流电阻R1和第一二极管D1连接Q1的第三端。螺线管的线圈L1的两端并联有保护二极管D2。

当开关控制信号为高电平时，Q1导通，此时螺线管的线圈L1有电流通过，形成磁场，引起螺线管的活动杆动作。

参见图3，该图为现有技术中带光电隔离的螺线管驱动电路示意图。

开关控制信号通过反相器U1连接光电隔离器U2的输入端的第二端，U2的输入端的第一端通过第一限流电阻R1连接直流电压V1。U2的输出端的第一端通过螺线管的线圈L1连接螺线管驱动直流电压V2，U2的输出端的第二端通过第二限流电阻R2接地。L1的两端并联保护二极管D1。

当开关控制信号为高电平时，U2的发光二极管导通，则U2的CE结导通，从而L1有电流通过，形成磁场，引起螺线管的活动杆动作。

但是，图2和图3所示的螺线管驱动电路均采用直流电压(图2中的VDC和图3中的V1和V2)作为驱动电压直接作用在螺线管上，存在以下缺点：驱动电流不稳定，驱动电流随着驱动电压和电阻的波动而波动，尤其是当螺线管本身发热时，线圈的电阻会发生变化，因此导致螺线管工作不稳定。并且这两种驱动电路在螺线管从启动到工作过程中的驱动电流基本是一样的。但是螺线管启动需要的电流远大于稳定工作时的电流。例如，启动时需要的驱动电流为800mA，而工作时需要的驱动电流为100mA。因此，图2和图3所示的驱动电路浪费了功率，不利于节能环保。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种节能的螺线管驱动电路，能够保持螺线管的工作稳定，并且使螺线管工作时的驱动电流小于启动时的驱动电流，达到节能的目的。

本发明提供一种节能螺线管驱动电路，包括：控制模块、比较器模块、电容隔直模块、分压模块和恒流源模块；

所述控制模块，用于当螺线管不需要工作时，控制比较器模块输出低电平，以使恒流源模块无电流输出；当螺线管需要工作时，控制比较器模块输出高电平，以使恒流源模块有电流输出；

所述比较器模块的输入端连接控制模块的输出端；比较器模块的输出端一路经过电容隔直模块连接恒流源模块的输入端，比较器模块的输出端一路经过分压模块连接恒流源模块的输入端；

所述恒流源模块的输出端与螺线管的线圈连接，用于为线圈提供恒定的电流。

所述比较器模块包括：比较器、第四电阻和第五电阻；

比较器的负输入端通过第五电阻连接比较器的输出端；

比较器的负输入端通过第四电阻接地。

所述分压模块包括：第七电阻和第八电阻，比较器的输出端依次通过第七电阻和第八电阻接地；

比较器的输出端通过第七电阻连接恒流源模块的输入端。

优选地，所述控制模块包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻和第一开关；

第一电压通过第一电阻连接比较器模块中的比较器的负输入端；

第一电压依次通过第二电阻和第一开关连接比较器模块中的比较器的正输入端；

第二电阻和第一开关的公共端通过第三电阻接地；

螺线管需要工作时，第一开关闭合，螺线管不需要工作时，第一开关断开。

优选地，所述电容隔直模块包括：第六电阻和电容；

比较器的输出端依次通过第六电阻和电容连接恒流源模块的输入端。

优选地，所述恒流源模块包括：运放、第九电阻、三极管和第十电阻；

运放的正输入端作为恒流源模块的输入端；

运放的负输入端依次通过第九电阻和第十电阻接地；

运放的输出端连接三极管的基极；

三极管的发射极通过第十电阻接地，集电极通过螺线管的线圈接第四电压。

优选地，还包括保护二极管，保护二极管的阴极连接第四电压，阳极连接三极管的集电极。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明提供的节能螺线管驱动电路利用恒流源为螺线管的线圈提供驱动电流，由于该驱动电流不受驱动电压以及电阻波动的影响，因此可以保证螺线管稳定地工作。另外，由于电容隔直模块中电容的特性，在比较器模块的输出信号由低电平变为高电平的瞬间保证恒流源输出较大的电流；在比较器模块的输出信号稳定为高电平后保证恒流源输出较小的电流。这样便可以满足螺线管启动时需要较大的驱动电流，正常工作后需要较小的驱动电流，达到了节能的目的。

附图说明

图1是现有技术中的螺线管示意图；

图2是现有技术中螺线管直接驱动电路示意图；

图3是现有技术中带光电隔离的螺线管驱动电路示意图；

图4是本发明提供的节能螺线管驱动电路的第一实施例示意图；

图5是本发明提供的节能螺线管驱动电路的第二实施例电路图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

参见图4，该图为本发明提供的节能螺线管驱动电路的第一实施例示意图。

本发明实施例提供的节能螺线管驱动电路包括控制模块401、比较器模块402、电容隔直模块403、分压模块404和恒流源模块405；

控制模块401，用于当螺线管不需要工作时，控制比较器模块402输出低电平，以使恒流源模块无电流输出；当螺线管需要工作时，控制比较器模块402输出高电平，以使恒流源模块405有电流输出；

该控制模块401用于根据螺线管是否需要工作的信息来控制比较器模块的状态进行翻转。

比较器模块402的输入端连接控制模块401的输出端；比较器模块402的输出端一路经过电容隔直模块403连接恒流源模块405的输入端，比较器模块402的输出端一路经过分压模块404连接恒流源模块405的输入端；

恒流源模块405的输出端与螺线管的线圈406连接，用于为螺线管的线圈406提供恒定的电流。

当比较器模块402的输出信号由低电平变为高电平的瞬间，由于电容的特性，电容相当于短路，此时比较器模块402的输出端经过两路连接恒流源模块405的输入端，一路是电容隔直模块403，另一路是分压模块404，此时恒流源模块405的输入电压比较大，因此恒流源模块405的输出电流也较大。这样可以保证螺线管启动时需要的较大驱动电流。

当比较器模块402的输出信号变为高电平稳定以后，由于电容隔直模块403的隔直作用，该路相当于断路，因此比较器模块402的输出端仅经过分压模块404连接恒流源模块405的输入端，因此，此时恒流源模块405的输入电压比较小，因此恒流源模块405的输出电流也比较小。这样可以保证螺线管稳定工作时的较小驱动电流。

本发明提供的节能螺线管驱动电路利用恒流源为螺线管的线圈提供驱动电流，由于该驱动电流不受驱动电压以及电阻波动的影响，因此可以保证螺线管稳定地工作。另外，由于电容隔直模块中电容的特性，在比较器模块的输出信号由低电平变为高电平的瞬间保证恒流源输出较大的电流；在比较器模块的输出信号稳定为高电平后保证恒流源输出较小的电流。这样便可以满足螺线管启动时需要较大的驱动电流，正常工作后需要较小的驱动电流，达到了节能的目的。

参见图5，该图为本发明提供的节能螺线管驱动电路的第二实施例电路图。

所述控制模块包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第一开关S1；

第一电压V1通过第一电阻R1连接比较器模块中的比较器U1的负输入端；

第一电压V1依次通过第二电阻R2和第一开关S1连接比较器模块中的比较器U1的正输入端；

第二电阻R2和第一开关S1的公共端通过第三电阻R3接地；

螺线管需要工作时，第一开关S1闭合，螺线管不需要工作时，第一开关S1断开。

所述比较器模块包括：比较器U1、第四电阻R4和第五电阻R5；

比较器U1的负输入端通过第五电阻R5连接比较器U1的输出端；

比较器U1的负输入端通过第四电阻R4接地。

所述电容隔直模块包括：第六电阻R6和电容C1；

比较器U1的输出端依次通过第六电阻R6和电容C连接恒流源模块的输入端。

所述分压模块包括：第七电阻R7和第八电阻R8，比较器U1的输出端依次通过第七电阻R7和第八电阻R8接地；

比较器U1的输出端通过第七电阻R7连接恒流源模块的输入端。

所述恒流源模块包括：运放U2、第九电阻R9、三极管Q1和第十电阻R10；

运放U2的正输入端作为恒流源模块的输入端；

运放U2的负输入端依次通过第九电阻R9和第十电阻R10接地；

运放U2的输出端连接三极管Q1的基极；

三极管Q1的发射极通过第十电阻R10接地，集电极通过螺线管的线圈L1接第四电压V4。

众所周知，恒流源的基本工作原理是其输出电流决定于输入电压与电流采样电阻，在图5中，恒流源的输入电压是A点的电压，电流采样电阻是第十电阻R10，因此，恒流源的输出电流I可以由下面的公式(1)表示，根据运放U2的正输入端和负输入端的“虚短”特征，正输入端的输入电压V_A也是负输入端的输入电压，因此，当Q1导通时，L1上通过的电流与R10上的电流一样，而R10上的电流可以用公式(1)表示：

I＝V_A/R10    (1)

该节能螺线管驱动电路还包括保护二极管D1，保护二极管D1的阴极连接第四电压V4，阳极连接三极管Q1的集电极。

比较器U1的电源电压由第二电压V2提供，运放U2的电源电压由第三电压V3提供。

当螺线管不需要工作时，控制信号控制第一开关S1断开，此时比较器U1输出低电平，则恒流源模块无电流输出，因此螺线管没有动作。

当螺线管需要工作时，控制信号控制第一开关S1导通，通过选择合适的R1、R2、R3和R4的电阻值，可以使比较器U1的正极输入电压大于负极输入电压，则比较器U1输出高电平，此高电平使恒流源模块输出电流来驱动螺线管的线圈。

假设螺线管启动时的驱动电流为IH，螺线管维持工作状态时的驱动电流为I_L，则由图5所示的电路可以获得I_H和I_L的表达式为：

$I_H=\frac{\frac{R8}{R8+\frac{R6\×R_7}{R6+R_7}}\×V2}{R10}---\left(2\right)$

其中，V2是比较器U1的电源电压，理想状态下，比较器U1输出高电平时则输出满量程的电源电压V2。

$I_L=\frac{\frac{R8}{R8+R7}\×V2}{R10}---\left(3\right)$

选择合适的R6、R7、R8的电阻值可以使I_H和I_L满足螺线管启动时的驱动电流和工作时的驱动电流的要求。

S1闭合时，根据C1的特性，在此瞬间C1相当于短路，此时恒流源的电输出流为I_H，即螺线管启动时的驱动电流。而随着时间的推移，当C1充电到一定电压后，相当于断路，此时恒流源的输出电流为I_L，即维持螺线管工作状态的驱动电流。

C1从短路状态到断路状态所需要的时间由R6和C1的具体参数决定，通常情况下为几十毫秒即可。

本发明采用恒流源驱动螺线管，可以保证驱动电流稳定，不受螺线管本身发热引起电阻值变化和电压波动的影响，使得螺线管工作稳定。另外，本发明利用电容的特性可以使螺线管维持工作状态的电流远小于启动时的电流，即能保证螺线管正常工作又能实现节能的目的。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (5)

1.一种节能螺线管驱动电路，其特征在于，包括：控制模块、比较器模块、电容隔直模块、分压模块和恒流源模块；

所述控制模块，用于当螺线管不需要工作时，控制比较器模块输出低电平，以使恒流源模块无电流输出；当螺线管需要工作时，控制比较器模块输出高电平，以使恒流源模块有电流输出；

所述比较器模块的输入端连接控制模块的输出端；比较器模块的输出端一路经过电容隔直模块连接恒流源模块的输入端，比较器模块的输出端一路经过分压模块连接恒流源模块的输入端；

所述恒流源模块的输出端与螺线管的线圈连接，用于为线圈提供恒定的电流；

所述比较器模块包括：比较器、第四电阻和第五电阻；

比较器的负输入端通过第五电阻连接比较器的输出端；

比较器的负输入端通过第四电阻接地；

所述分压模块包括：第七电阻和第八电阻，比较器的输出端依次通过第七电阻和第八电阻接地；

比较器的输出端通过第七电阻连接恒流源模块的输入端。

2.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述控制模块包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻和第一开关；

第一电压通过第一电阻连接比较器模块中的比较器的负输入端；

第一电压依次通过第二电阻和第一开关连接比较器模块中的比较器的正输入端；

第二电阻和第一开关的公共端通过第三电阻接地；

螺线管需要工作时，第一开关闭合，螺线管不需要工作时，第一开关断开。

3.根据权利要求2所述的驱动电路，其特征在于，所述电容隔直模块包括：第六电阻和电容；

比较器的输出端依次通过第六电阻和电容连接恒流源模块的输入端。

4.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述恒流源模块包括：运放、第九电阻、三极管和第十电阻；

运放的正输入端作为恒流源模块的输入端；

运放的负输入端依次通过第九电阻和第十电阻接地；

运放的输出端连接三极管的基极；

三极管的发射极通过第十电阻接地，集电极通过螺线管的线圈接第四电压。

5.根据权利要求4所述的驱动电路，其特征在于，还包括保护二极管，保护二极管的阴极连接第四电压，阳极连接三极管的集电极。

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