CN102262977A

CN102262977A - 交流接触器的驱动电路

Info

Publication number: CN102262977A
Application number: CN2010101875801A
Authority: CN
Inventors: 李春生; 常增亮
Original assignee: Delta Electronics Inc
Current assignee: Delta Electronics Inc
Priority date: 2010-05-26
Filing date: 2010-05-26
Publication date: 2011-11-30
Anticipated expiration: 2030-05-26
Also published as: US8373960B2; US20110292558A1; CN102262977B

Abstract

本发明公开一种交流接触器的驱动电路，用以驱动交流接触器，其包含：第一开关与交流接触器的线圈串联连接；第一二极管与交流接触器的线圈反向并联连接，用以提供线圈放电路径；直流启动保持单元，直流启动保持单元的输出端与第一开关串联连接，直流启动保持单元的检测端与交流接触器的第一接触开关连接，直流启动保持单元依据第一接触开关的状态选择性地将直流驱动电压转换为第一直流电压或第二直流电压；其中当交流接触器为未吸磁状态时，直流启动保持单元输出第一直流电压；当交流接触器为吸磁状态时，直流启动保持单元输出第二直流电压。本发明价格便宜且额定电流高于直流接触器的交流接触器可以应用于直流电压的自动控制系统及电力设备。

Description

交流接触器的驱动电路

技术领域

本发明涉及一种驱动电路，尤其涉及一种应用于交流接触器的驱动电路。

背景技术

交流接触器(Contactor)又名电磁开关，目前广泛地应用于电力设备的控制，其通过为接触器的线圈提供电流产生磁场，来控制交流接触器的触点(contact)闭合或断开，以达到控制电力设备的目的。因为可快速且频繁地切断或接通大电流电力设备(某些型号的接触器可达800安培)的电源，例如交流380V(伏特)，所以经常运用于高启动电流的电动机控制，也可用作控制工厂设备、电热器、工作母机和各样电力机组等电力设备，以实现远距离控制或自动控制电力设备运行的目的。

请参阅图1，其为传统交流接触器的驱动电路示意图。如图1所示，交流接触器包含线圈M及接触开关a(常开式)，其中交流接触器的接触开关a与电力设备12串联连接，而交流接触器的线圈M与开关K串联连接，当控制电路11控制开关K导通时，交流电压Vac会经由开关K传递至交流接触器的线圈M而产生磁场，使交流接触器的接触开关a闭合，因此，交流电压Vac会经由交流接触器的接触开关a传递至电力设备12，使电力设备12运行。相反地，当控制电路11控制开关K截止时，交流电压Vac无法经由开关K传递至交流接触器的线圈M，所以交流接触器的接触开关a会断开，使交流电压Vac无法经由交流接触器的接触开关a传递至电力设备12，而停止电力设备12运行。

然而，目前有愈来愈多的自动控制系统及电力设备使用直流电压，若使用传统交流接触器的驱动电路直接将交流电压Vac置换为同等级的直流电压，例如直流380V，使直流电压驱动交流接触器的线圈M时，会导致交流接触器的线圈M过电流而烧毁。因为，交流接触器的吸合电压较高，若用同等级的直流电压来驱动接触器线圈M时，其线圈在稳定吸磁时，接触器线圈会达到饱和，只有较小的直流阻抗，因此会导致接触器的线圈M过电流而烧毁，所以，目前使用直流电压的自动控制系统及电力设备一般使用价格较高直流接触器。

举例而言，电力系统中使用直流电压的紧急供电设备(emergency powersupply，EPS)，若要使用交流接触器来控制主回路线路，需要额外增加一个用以产生交流电压的逆变器(未图示)，才能正常地驱动交流接触器的线圈运行。此方式需要额外增加一个逆变器(inverter)，造成直流电压的紧急供电设备的体积较大、效率较低、运行噪音较大以及成本较高。

因此，如何发展一种可改善公知技术缺陷的交流接触器的驱动电路，实为目前迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种交流接触器(采用交流电压驱动的接触器)的驱动电路，使交流接触器可以使用直流电压驱动而不会造成过电流而烧毁，因此价格便宜且额定电流高于直流接触器的交流接触器可以应用于直流电压的自动控制系统及电力设备，此外，交流接触器吸合时的可靠性可以增加且吸合时的噪音也会降低。本发明的交流接触器的驱动电路应用于直流电压的紧急供电设备时不需要额外增加一个用以产生交流电压的逆变器，即可以正常地驱动交流接触器的线圈运行，所以直流电压的紧急供电设备的体积较小、效率较高、运行噪音较小以及成本较低。

为达上述目的，本发明的一较广义实施方式为提供一种交流接触器的驱动电路，用以驱动交流接触器，其包含：第一开关，与交流接触器的线圈串联连接；第一二极管，与交流接触器的线圈反向并联连接，用以于第一开关由导通状态改变为截止状态时，提供交流接触器的线圈放电路径；直流启动保持单元，直流启动保持单元的输出端与第一开关串联连接，直流启动保持单元的检测端与交流接触器的第一接触开关连接，直流启动保持单元依据第一接触开关的状态选择性地将直流驱动电压转换为第一直流电压或第二直流电压；其中，当交流接触器为未吸磁状态时，直流启动保持单元输出第一直流电压，使第一直流电压经由第一开关传递至线圈而产生磁场；当交流接触器为吸磁状态时，直流启动保持单元输出低于第一直流电压的第二直流电压，使第二直流电压经由第一开关传递至线圈而维持线圈持续产生磁场。

本发明的交流接触器的驱动电路，使用第一直流电压及第二直流电压分别启动交流接触器吸磁及维持交流接触器的吸磁状态，使交流接触器可以使用直流电压驱动而不会造成过电流而烧毁，因此价格便宜且额定电流高于直流接触器的交流接触器可以应用于直流电压的自动控制系统及电力设备，此外，交流接触器吸合时的可靠性可以增加且吸合时的噪音也会降低。本发明的交流接触器的驱动电路应用于直流电压的紧急供电设备时不需要额外增加一个用以产生交流电压的逆变器，即可以正常地驱动交流接触器的线圈运行，所以直流电压的紧急供电设备的体积较小、效率较高、运行噪音较小以及成本较低。

附图说明

图1：为传统交流接触器的驱动电路示意图。

图2：为本发明较佳实施例的交流接触器的驱动电路的电路方框示意图。

图3：为本发明较佳实施例的交流接触器的驱动电路的详细电路方框示意图。

图4：为本发明较佳实施例的开关驱动电路与状态检测电路的电路示意图。

上述附图中的附图标记说明如下：

11：控制电路

12：电力设备

M：线圈

a：接触开关

K：开关

Vac：交流电压

2：交流接触器的驱动电路

21：直流启动保持单元

3：控制电路

211：电压转换电路

211a：第一输出端

211b：第二输出端

212：开关驱动电路

2121：光耦合隔离元件

213：选择开关电路

213a：第一输入端

213b：第二输入端

213c：控制端

213d：输出端

214：状态检测电路

2141：电压调整元件

215：计时电路

K1～K3：第一～第三开关

M1：线圈

M1b：第一接触开关

M1a：第二接触开关

C1～C4：第一～第四电容

D1～D4：第一～第四二极管

Dz1：第一齐纳二极管

Dz2：第二齐纳二极管

R1～R14：第一～第十四电阻

V1：第一直流电压

V2：第二直流电压

Vref：参考电压

Vdc：直流驱动电压

Va：设备电压

S1：驱动信号

St：计时信号

Vd：直流启动保持单元的输出电压

PO1～PO2：第一～第二运算放大器

具体实施方式

体现本发明特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的方式上具有各种的变化，其都不脱离本发明的范围，且其中的说明及附图在本质上当作说明之用，而非用以限制本发明。

请参阅图2，其为本发明较佳实施例的交流接触器的驱动电路的电路方框示意图。如图2所示，交流接触器的驱动电路2包含：第一开关K1、第一二极管D1(diode)以及直流启动保持单元21，其中第一二极管D1与交流接触器的线圈M1反向并联连接，用以于第一开关K1由导通状态改变为截止状态时，提供交流接触器的线圈M1放电路径。第一开关K1连接于交流接触器的线圈M1与直流启动保持单元21的输出端之间，即与交流接触器的线圈M1构成串联连接关系，且第一开关K1的导通及截止由控制电路3控制。直流启动保持单元21的输出端与第一开关K1串联连接，直流启动保持单元21的检测端与交流接触器的第一接触开关M1b连接，直流启动保持单元21的输入端接收直流驱动电压Vdc并依据第一接触开关M1b的状态选择性地将该直流驱动电压Vdc转换为第一直流电压V1或第二直流电压V2。

于本实施例中，第一接触开关M1b为常闭式，直流启动保持单元21通过第一接触开关M1b的断开判断交流接触器为吸磁状态，且通过第一接触开关M1b的闭合判断交流接触器为未吸磁状态，但不以此为限。于一些实施例中，第一接触开关(未图示)为常开式，直流启动保持单元21通过第一接触开关的闭合判断交流接触器为吸磁状态，且通过第一接触开关的断开判断交流接触器为未吸磁状态。

依据本发明的构想，当交流接触器为未吸磁状态时，直流启动保持单元21会输出低于线圈M1的交流额定电压(AC 380V)的第一直流电压V1，即直流启动保持单元的输出电压Vd等于第一直流电压V1，例如DC 300～330V。当交流接触器为吸磁状态时，直流启动保持单元21会输出低于第一直流电压V1的第二直流电压V2，即直流启动保持单元的输出电压Vd等于第二直流电压V2，例如DC 48V。

整体而言，当控制电路3控制第一开关K1由截止状态改变为导通状态时，交流接触器为未吸磁状态，直流启动保持单元21会输出第一直流电压V1，且经由第一开关K1传递至交流接触器的线圈M1而产生磁场。经过一段启动时间后，例如3毫秒，第一接触开关M1b会因线圈M1产生的磁场而由未吸磁状态改变为吸磁状态，于本实施例中，第一接触开关M1b会由闭合状态改变为断开状态，而第二接触开关M1a会由断开状态改变为闭合状态，使设备电压Va经由第二接触开关M1a传递至电力设备4。此时，直流启动保持单元21通过断开的第一接触开关M1b判断交流接触器为吸磁状态，并对应输出第二直流电压V2，使交流接触器的线圈M1持续产生磁场。

换言之，本发明的交流接触器的驱动电路2使用低于线圈M1的交流额定电压(AC 380V)的第一直流电压V1(DC 300～330V，非固定的范围此电压会随着接触器型号的不同而不同)启动交流接触器的线圈M1，使交流接触器吸磁。在交流接触器为吸磁状态后，本发明的交流接触器的驱动电路2使用低于第一直流电压V1的第二直流电压V2(DC 48V)，使交流接触器的线圈M1持续产生磁场以维持吸磁状态。

由于，用以启动交流接触器的第一直流电压V1低于线圈M1的交流额定电压并且定时供给，因此可以顺利使交流接触器吸磁，但不会使交流接触器的线圈M1过电流而烧毁。此外，于交流接触器吸磁后，由于使用远低于第一直流电压V1的第二直流电压V2使交流接触器维持吸磁状态，所以可以防止因交流接触器的线圈M1在吸磁后达到饱和导致线圈M1的电流上升而烧毁的问题。再者以较低电压值的第二直流电压V2使交流接触器维持吸磁状态，除了可以有效降低耗电量而提高运行效率外，更可以增加线圈M1吸合时的可靠性和降低线圈M1吸合时的噪音，因为相对于使用交流式电压维持线圈M1吸合，本发明以直流式的第二直流电压V2维持线圈M1吸合，无过零点，磁场较稳定。

请参阅图3并配合图2，其中图3为本发明较佳实施例的交流接触器的驱动电路的详细电路方框示意图。如图3所示，直流启动保持单元21包含：电压转换电路211、开关驱动电路212、选择开关电路213、状态检测电路214以及计时电路215，其中电压转换电路211的第一输出端211a与第二输出端211b分别连接于选择开关电路213的第一输入端213a与第二输入端213b，用以将直流驱动电压Vdc转换为第一直流电压V1与第二直流电压V2。开关驱动电路212连接于选择开关电路213的控制端213c、状态检测电路214以及计时电路215，并通过开关驱动电路212产生的驱动信号S1驱动选择电路213运行。

选择开关电路213的输出端213d与第一开关K1及交流接触器的线圈M1串联连接，用以依据驱动信号S1选择性地将第一直流电压V1或第二直流电压V2输出至交流接触器的线圈M1。于本实施例中，选择开关电路213包含第二二极管D2与第二开关K2，其中，第二二极管D2连接于选择开关电路213的第二输入端213b与输出端213d之间，第二开关K2连接于选择开关电路213的第一输入端213a与输出端213d之间，第二开关K2的控制端与开关驱动电路212连接，开关驱动电路212通过所产生的驱动信号S1驱动第二开关K2导通或截止。由于第一直流电压V1大于第二直流电压V2，当第二开关K2导通时，选择开关电路213输出第一直流电压V1，即直流启动保持单元的输出电压Vd等于第一直流电压V1。当第二开关K2截止时，选择开关电路213输出第二直流电压V2，即直流启动保持单元的输出电压Vd等于第二直流电压V2。

状态检测电路214连接于电压转换电路211的第一输出端211a、电压转换电路211的第二输出端211b、开关驱动电路212以及第一接触开关M1b，用以检测第一直流电压V1、第二直流电压V2和/或第一接触开关M1b的状态，并依据第一直流电压V1、第二直流电压V2和/或第一接触开关M1b的状态控制开关驱动电路212驱动选择开关电路213，使选择开关电路213输出对应的第一直流电压V1或第二直流电压V2。

计时电路215与开关驱动电路212连接，用以限制开关驱动电路212驱动选择开关电路213输出第一直流电压V1的启动时间，以防止启动时间过长导致交流接触器的线圈M1过电流而烧毁。于本实施例中，计时电路215可以是但不限为555计时电路，且该计时电路215通过所产生的计时信号St限制开关驱动电路212驱动选择开关电路213输出第一直流电压V1的启动时间。

于本实施例中，当控制电路3控制第一开关K1由截止状态改变为导通状态时，状态检测电路214会通过第一接触开关M1b的闭合判断交流接触器为未吸磁状态，并对应控制开关驱动电路212驱动选择开关电路213输出第一直流电压V1，即驱动第二开关K2导通，使第一直流电压V1经由第一开关K1传递至交流接触器的线圈M1而产生磁场。经过一段启动时间后，第一接触开关M1b会因线圈M1产生的磁场而由未吸磁状态改变为吸磁状态，第一接触开关M1b会由闭合状态改变为断开状态，而第二接触开关M1a会由断开状态改变为闭合状态，使设备电压Va经由第二接触开关M1a传递至电力设备4。此时，状态检测电路214会通过断开的第一接触开关M1b判断交流接触器为吸磁状态，并控制开关驱动电路212驱动选择开关电路213对应输出第二直流电压V2，即驱动第二开关K2截止，使第二直流电压V2经由第一开关K1传递至交流接触器的线圈M1，以维持磁场的持续产生。

于本实施例中，若第一直流电压V1或第二直流电压V2异常时，状态检测电路214会控制开关驱动电路212驱动选择开关电路213输出第二直流电压V2，即驱动第二开关K2截止，以防止交流接触器的线圈M1过电流而烧毁。

电压转换电路211、开关驱动电路212、选择开关电路213、状态检测电路214以及计时电路215实现方式众多，以下将例举开关驱动电路212与状态检测电路214其中一较佳实施例，但不以此为限。请参阅图4并配合图2与图3，其中图4为本发明的开关驱动电路与状态检测电路的电路示意图。如图4所示，开关驱动电路212包含：光耦合隔离元件2121、第一电容C1、第二电容C2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3以及第一齐纳二极管Dz1(zener diode)，其中第一电阻R1与光耦合隔离元件2121的其中一个输出端连接，第二电阻R2与第一电阻R1串联连接，第一齐纳二极管Dz1与第二电阻R2并联连接，第二开关K2的控制端连接于第一电阻R1、第二电阻R2以及第一齐纳二极管Dz1的一端，第一电容C1与光耦合隔离元件2121的输出侧并联连接，第三电阻R3与光耦合隔离元件2121的输入侧并联连接，第二电容C2连接于第三电阻R3与计时电路215的输出端。

于本实施例中，状态检测电路214包含比较电路与参考电压产生电路两部份，其中比较电路包含：第四～第十一电阻R4～R11、第三～第四二极管D3～D4、第三～第四电容C3～C4、第二齐纳二极管Dz2、第一～第二运算放大器PO1～PO2(Operational Amplifier)以及第三开关K3，而参考电压产生电路包含：第十二～第十四电阻R12～R14以及电压调整元件2141。其中，第四电阻R4与第五电阻R5串联连接，第三二极管D3、第三电容C3及第五电阻R5彼此并联连接，第三二极管D3、第四二极管D4、第四电阻R4、第五电阻R5以及第三电容C3的一端连接于第一运算放大器PO1的正输入端，第四二极管D4、第六电阻R6以及第四电容C4的一端相互连接，第六电阻R6的一端与第一接触开关M1b的一端连接，第十电阻R10连接于第一运算放大器PO1的负输入端与电压调整元件2141的阴极端(cathode)之间，第十一电阻R11连接于第一运算放大器PO1的负输入端与输出端之间，第二运算放大器PO2的负输入端与第一运算放大器PO1的输出端连接，第七电阻R7连接于第八电阻R8与第三开关K3之间，第八电阻R8连接于第七电阻R7与第九电阻R9之间，第九电阻R9与第二齐纳二极管Dz2在第三开关K3的控制端与第二运算放大器PO2的输出端串联连接。

于本实施例中，参考电压产生电路所产生的参考电压Vref为提供比较电路比较用，且通过比较电路检测第一接触开关M1b的状态以判断交流接触器是否为吸磁状态。其中第十二电阻R12、第十三电阻R13以及第十四电阻R14为串联连接关系，第十二电阻R12连接于第一接触开关M1b的一端与电压调整元件2141的阴极端(cathode)之间，第十三电阻R13连接于电压调整元件2141的阴极端与参考端之间，第十四电阻R14连接于电压调整元件2141的阳极端(anode)与参考端之间。

于本实施例中，当第一接触开关M1b为闭合状态时，表示交流接触器为未吸磁状态，比较电路会控制开关驱动电路212驱动选择开关电路213的第二开关K2导通，相反地，当第一接触开关M1b为断开状态时，表示交流接触器为吸磁状态，比较电路会控制开关驱动电路212驱动选择开关电路213的第二开关K2截止。第一开关K1与第二开关K2可以是但不限为双极结型晶体管(Bipolar Junction Transistor，BJT)、经书氧化物半导体晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)、绝缘栅双极晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)或继电器(Relay)等开关元件。电压调整元件2141可以是但不限为美国国家半导体公司(NationalSemiconductor)所生产型号为LM431的电压调整元件。

综上所述，本发明的交流接触器的驱动电路，使用第一直流电压及第二直流电压分别启动交流接触器吸磁及维持交流接触器的吸磁状态，使交流接触器可以使用直流电压驱动而不会造成过电流而烧毁，因此价格便宜且额定电流高于直流接触器的交流接触器可以应用于直流电压的自动控制系统及电力设备，此外，交流接触器吸合时的可靠性可以增加且吸合时的噪音也会降低。本发明的交流接触器的驱动电路应用于直流电压的紧急供电设备时不需要额外增加一个用以产生交流电压的逆变器，即可以正常地驱动交流接触器的线圈运行，所以直流电压的紧急供电设备的体积较小、效率较高、运行噪音较小以及成本较低。

本发明得由本领域普通技术人员任施匠思而为诸般修饰，然而都不脱如附权利要求所欲保护的范围。

Claims

1.一种交流接触器的驱动电路，用以驱动一交流接触器，其包含：

一第一开关，与该交流接触器的一线圈串联连接；

一第一二极管，与该交流接触器的该线圈反向并联连接，用以于该第一开关由导通状态改变为截止状态时，提供该交流接触器的该线圈放电路径；

一直流启动保持单元，该直流启动保持单元的输出端与该第一开关串联连接，该直流启动保持单元的检测端与该交流接触器的一第一接触开关连接，该直流启动保持单元依据该第一接触开关的状态选择性地将一直流驱动电压转换为一第一直流电压或一第二直流电压；

其中，当该交流接触器为未吸磁状态时，该直流启动保持单元输出该第一直流电压，使该第一直流电压经由该第一开关传递至该线圈而产生磁场；当该交流接触器为吸磁状态时，该直流启动保持单元输出低于该第一直流电压的该第二直流电压，使该第二直流电压经由该第一开关传递至该线圈而维持该线圈持续产生磁场。

2.如权利要求1所述的交流接触器的驱动电路，其中该第一接触开关为常闭式或常开式。

3.如权利要求2所述的交流接触器的驱动电路，其中该直流启动保持单元通过该第一接触开关的断开或闭合判断该交流接触器为吸磁状态或未吸磁状态。

4.如权利要求1所述的交流接触器的驱动电路，其中该直流启动保持单元包含：

一电压转换电路，用以将该直流驱动电压转换为该第一直流电压与该第二直流电压。

一选择开关电路，该选择开关电路的第一输入端与第二输入端分别连接于该电压转换电路的第一输出端与第二输出端，该选择开关电路的输出端与该第一开关及该线圈串联连接，用以选择性地将该第一直流电压或该第二直流电压输出至该线圈；

一开关驱动电路，与该选择开关电路的控制端连接，并通过该开关驱动电路产生的一驱动信号驱动该选择电路运行；

一状态检测电路，连接于该电压转换电路、该开关驱动电路以及该第一接触开关，用以检测该第一直流电压、该第二直流电压和/或该第一接触开关的状态，并依据该第一直流电压、该第二直流电压和/或该第一接触开关的状态控制该开关驱动电路驱动该选择开关电路，使该选择开关电路输出对应的该第一直流电压或该第二直流电压。

5.如权利要求4所述的交流接触器的驱动电路，其中当该第一直流电压或该第二直流电压异常时，该状态检测电路控制该开关驱动电路驱动该选择开关电路输出该第二直流电压。

6.如权利要求4所述的交流接触器的驱动电路，其中该选择开关电路包含：

一第二二极管，连接于该选择开关电路的第二输入端与输出端之间；

一第二开关，连接于该选择开关电路的第一输入端与输出端之间，该第二开关的控制端与该开关驱动电路连接，该开关驱动电路通过所产生的该驱动信号驱动该第二开关导通或截止。

7.如权利要求4所述的交流接触器的驱动电路，其中该直流启动保持单元更包含：一计时电路与该开关驱动电路连接，用以限制该开关驱动电路驱动该选择开关电路输出该第一直流电压的一启动时间。

8.如权利要求7所述的交流接触器的驱动电路，其中该计时电路为555计时电路，且该计时电路通过所产生的一计时信号限制该启动时间。

9.如权利要求7所述的交流接触器的驱动电路，其中该开关驱动电路包含：一耦合隔离元件、一第一电容、一第二电容、一第一电阻、一第二电阻、一第三电阻以及一齐纳二极管，其中该第一电阻与该耦合隔离元件的其中一个输出端连接，该第二电阻与该第一电阻串联连接，该齐纳二极管与该第二电阻并联连接，该选择开关电路的控制端连接于该第一电阻、该第二电阻以及该齐纳二极管的一端，该第一电容与该耦合隔离元件的输出侧并联连接，该第三电阻与该耦合隔离元件的输入侧并联连接，该第二电容连接于该第三电阻与该计时电路的输出端。

10.如权利要求1所述的交流接触器的驱动电路，其中该开关驱动电路包含：一比较电路与一参考电压产生电路，该参考电压产生电路所产生的一参考电压提供该比较电路比较用，且通过该比较电路检测该第一接触开关的状态以判断该交流接触器是否为吸磁状态。

11.如权利要求1所述的交流接触器的驱动电路，其中该第一直流电压低于该线圈的交流额定电压。