CN102270546A - 继电器驱动电路 - Google Patents

Abstract

一种继电器驱动电路，用于一含有交流电压源的供电系统中，所述继电器驱动电路包括：一零交越区域测试电路，电性连接至该交流电压源，该零交越区域测试电路用于测试该交流电压源的零交越区域，并输出一零交越区域测试信号；一逻辑控制电路，电性连接至该零交越区域测试电路，用于接收该零交越区域测试信号及一开关控制信号，当该交流电压源位于零交越区域时，该逻辑控制电路的输出信号与该开关控制信号同相；以及一切换开关，分别电性连接至该逻辑控制电路及一继电器，该切换开关在该逻辑控制电路的输出信号控制下而开启与关闭，以对应控制该继电器的开启与关闭。本发明所述的继电器驱动电压源能避免继电器在切换时产生电弧及输出电压不稳定现象。

Description

继电器驱动电路

技术领域

本发明涉及一种驱动电路，尤其涉及一种继电器驱动电路。

背景技术

大电流高电压继电器常应用于各种包含有交流高电压源的供电系统，例如不断电系统(Uninterruptiable Power Supply，UPS)及电源分配管理系统(Power Distribution Unit，PDU)中。大电流高电压继电器内部一般设有驱动线圈及金属弹片接点，利用驱动线圈的通电与断电来分别控制金属弹片接点的闭合与断开。相较于普通继电器，大电流高电压继电器工作时，其驱动线圈的电感充放电效应较为明显，可能导致继电器开启与关闭时间较长，且金属弹片接点在从闭合状态过渡到断开状态的过程中容易产生有害的电弧，在开启时还可能因弹片之机械弹跳动作而产生输出电压波动。然而，目前在绝大多数的UPS、PDU等供电系统中，有必要加入用于解决上述问题的专用装置。

发明内容

针对上述问题，有必要提供一种能在大电流高电压供电系统中，避免继电器在切换时产生电弧及稳定输出电压的继电器驱动电路。

一种继电器驱动电路，用于一含有交流电压源的供电系统中，所述继电器驱动电路包括：一零交越区域测试电路，电性连接至该交流电压源，该零交越区域测试电路用于测试该交流电压源的零交越区域，并输出一零交越区域测试信号；一逻辑控制电路，电性连接至该零交越区域测试电路，用于接收该零交越区域测试信号及一开关控制信号，当该交流电压源位于零交越区域时，该逻辑控制电路的输出信号与该开关控制信号同相；以及一切换开关，分别电性连接至该逻辑控制电路及一继电器，该切换开关在该逻辑控制电路的输出信号的控制下而开启与关闭，以对应控制该继电器的开启与关闭。

与现有技术相比，所述的继电器驱动电路通过该零交越区域测试电路测试该交流电压源的零交越区域，并通过该逻辑控制电路控制该开关控制信号在该零交越区域有效，从而驱动该切换开关在该零交越区域启动或关闭该继电器，从而有效避免继电器在切换时产生电弧及输出电压不稳定现象。

附图说明

图1为本发明较佳实施方式的继电器驱动电路用于驱动一继电器的电路图。

图2为图1所示继电器驱动电路的零交越区域测试电路的电路图。

图3为图1所示继电器驱动电路的时序图。

图4为一继电器的开启时间与线圈功率曲线示意图。

主要元件符号说明

继电器驱动电路            100

零交越区域测试电路        20

交流光耦合器              21

逻辑控制电路              30

切换开关                  40

驱动电压源                50

开启时间调节电路          60

继电器                    200

驱动线圈                  210

第一端                    211

第二端                    213

金属弹片接点            230

限流电阻                R21

第一上拉电阻            R22

第一分压电阻            R61

第二分压电阻            R62

第二上拉电阻            R70

发光二极管              D11、D12

续流二极管              D2

光敏三极管              Q1

P沟道MOS型场效应晶体管  Q2

跨接器                  J1

交流电压源              300

具体实施方式

请参阅图1及图2，本发明较佳实施方式的继电器驱动电路100用于在一含有交流电压源300的供电系统中驱动一继电器200作出开关动作。所述继电器驱动电路100包括一零交越区域测试电路20、一电性连接至该零交越区域测试电路20的逻辑控制电路30、一电性连接至该逻辑控制电路30的切换开关40、一驱动电压源50及一开启时间调节电路60。所述零交越区域测试电路20用于测试该交流电压源300输出的相邻正相电压与反相电压的交点附近区域，即零交越区域；所述逻辑控制电路30根据该交流电压源300的零交越区域及一由外部电路发出的开关控制信号来控制该切换开关40，以使该切换开关40在该零交越区域启动或关闭该继电器200；该驱动电压源50为该继电器200的工作提供一驱动电压；该开启时间调节电路60电性连接至该继电器200与该驱动电压源50之间，用于调整该继电器200的驱动电压的大小，以使该继电器200的开启时间接近于该交流电压源300的半周期，如此可确保该继电器200在该零交越区域的时刻开启。在本实施方式中，所述驱动电压源50为12伏的直流电压源。

在本较佳实施方式中，所述继电器200为一电磁继电器，其包括一驱动线圈210及一金属弹片接点230。该驱动线圈210包括一第一端211及一第二端213。当该驱动线圈210的第一端211及该第二端213之间有电流通过产生磁场而使该金属弹片接点230即闭合。反之，当该第一端211及该第二端213之间没有电流通过时，该金属弹片接点230即断开。

请参阅图2，所述零交越区域测试电路20包括一交流光耦合器21、一限流电阻R21、一第一上拉电阻R22。在本实施例中，该交流光耦合器21可以为现有的光耦合器。该交流光耦合器21包括二并联的发光二极管D11、D12及一光敏三极管Q1。发光二极管D11的阳极与发光二极管D12的阴极均通过该限流电阻R21电性连接至该交流电压源300一端，发光二极管D11的阴极与该发光二极管D12的阳极均电性连接至该交流电压源300的另一端。该光敏三极管Q1为现有的NPN型三极管，具有发射极、集电极与基极。其中该发射极接地，集电极通过所述第一上拉电阻R22电性连接至一电源VCC。且该光敏三极管Q1的集电极与该第一上拉电阻R22之间输出一零交越区域测试信号至该逻辑控制电路30。调节该限流电阻R21的阻值，可以调节该零交越区域的宽度。当该交流电压源300的电压在正半周及负半周的电位高于所述发光二极管D1的正向导通电压与该限流电阻R21的压降总和时，则会分别点亮其中一发光二极管D1而使该光敏三极管Q1导通，此时会使该零交越区域测试信号变为低电平。而当该交流电压源300的电压电位处于零交越区域时，此时该电压点位低于所述发光二极管D1的正向导通电压与该限流电阻R21的压降总和时，则不会使任何一所述二发光二极管D1发亮，从而该光敏三极管Q1截止，此时会使该零交越区域测试信号为高电平。

请复参阅图1，所述逻辑控制电路30接收该零交越区域测试电路20发送的零交越区域测试信号以及所述开关控制信号。该开关控制信号，用以控制该继电器200的开启与关闭。当该零交越区域测试信号为高电平时，该逻辑控制电路30的输出信号即与该开关控制信号同相。当该零交越区域测试信号为低电平时，该逻辑控制电路30的输出信号相位不变。如此，在该零交越区域测试信号为高电平时，该开关控制信号有效，也就是说，在该交流电压源300的电压点位在零交越区域时，该开关控制信号有效，以控制该继电器200的开启与关闭。

在本较佳实施方式中，所述切换开关40为一P沟道MOS型场效应晶体管Q2。该P沟道MOS型场效应晶体管Q2的漏极接地，栅极电性连接至该逻辑控制电路30的输出端，源极电性连接至该驱动线圈210的第二端213。可以理解，所述切换开关40也可以为一PNP型三极管，该PNP型三极管的基极，发射极和集电极分别对应所述P沟道MOS型场效应晶体管Q2的栅极、源极和漏极。

所述开启时间调节电路60包括一第一分压电阻R61、一第二分压电阻R62及一跨接器J1。所述第一分压电阻R61及一第二分压电阻R62一端通过该跨接器J1相连接，另一端直接相连后连接至该继电器200的第一端211。该跨接器J1与第一分压电阻R61之间电性连接至所述驱动电压源50。

请参阅图2及图3，所述继电器驱动电路100用于驱动该继电器200时，首先向该逻辑控制电路30的输入端施加所述开关控制信号，当该开关控制信号为低电平且该零交越区域测试信号为高电平时，该逻辑控制电路30输出一低电平至该P沟道MO S型场效应晶体管Q2的栅极，该切换开关40导通，该继电器200的驱动线圈210在该驱动电压源50的作用下有电流通过产生磁场而使该金属弹片接点230闭合；而当该开关控制信号为高电平且该零交越区域测试信号为高电平时，该逻辑控制电路30输出一高电平至该P沟道MOS型场效应晶体管Q2的栅极，该切换开关40截止，该继电器200的驱动线圈210上没有电流通过而使该金属弹片接点230断开。

由于每一继电器200具有一定的开启时间，在本实施方式中即为从该切换开关40导通至该金属弹片接点230闭合之间的时间，为了使该继电器200在该零交越区域开启以避免该继电器200在切换时产生电弧，则需使该开启时间接近于该交流电压源300的半周期。而所述交流电压源300的频率为50Hz或者60Hz，对应地，该继电器200的开启时间应对应接近10ms或者8.3ms。由于驱动线圈210的功率即加在驱动线圈210两端的电压不同，其所对应的开启时间则不同(如图4所示)，因此在本较佳实施方式中，通过于该驱动线圈210与驱动电压源50之间串联所述开启时间调节电路60，通过该开启时间调节电路60的电阻及该驱动线圈210的内阻分压来调整驱动线圈210的功率大小以控制该继电器200的开启时间。并通过该跨接器J1的断开与联接来调整该开启时间调节电路60的电阻阻值，进而调节该继电器200的开启时间为10ms或者8.3ms。

在本较佳实施方式中，该驱动线圈210的第一端211及第二端213之间还反向并联一续流二极管D2。该切换开关40与该之间通过一第二上拉电阻R70电性连接至该驱动电压源50。当该切换开关40截止时，作用在该驱动线圈210上的驱动电压消失使该驱动线圈210产生很大的自感电压，该续流二极管D2用于释放该自感电压，以免该自感电压对电路中其它电子器件造成损坏。该切换开关40截止时，该第二上拉电阻R70用于将该切换开关40与该逻辑控制电路30的连接端维持在一高电位以使该切换开关40截止。

相较于现有技术，本发明所述的继电器驱动电路100通过该零交越区域测试电路20测试该交流电压源300的零交越区域，并通过该逻辑控制电路30控制该开关控制信号在该零交越区域有效，从而使该切换开关40在该零交越区域及时地启动或关闭该继电器200，有效避免继电器在切换时产生电弧及输出电压不稳定现象。

Claims (10)

1.一种继电器驱动电路，用于一含有交流电压源的供电系统中，其特征在于，所述继电器驱动电路包括：

一零交越区域测试电路，电性连接至该交流电压源，该零交越区域测试电路用于测试该交流电压源的零交越区域，并输出一零交越区域测试信号；

一逻辑控制电路，电性连接至该零交越区域测试电路，用于接收该零交越区域测试信号及一开关控制信号，当该交流电压源位于零交越区域时，该逻辑控制电路的输出信号与该开关控制信号同相；以及

一切换开关，分别电性连接至该逻辑控制电路及一继电器，该切换开关在该逻辑控制电路的输出信号的控制下而开启与关闭，以对应控制该继电器的开启与关闭。

2.如权利要求1所述的继电器驱动电路，其特征在于：所述零交越区域测试电路包括一交流光耦合器，该交流光耦合器分别电性连接于该交流电压源的两端。

3.如权利要求2所述的继电器驱动电路，其特征在于：所述零交越区域测试电路还包括一限流电阻，该限流电阻串接至该交流光耦合器与该交流电压源之间，调节该限流电阻的阻值以调节该零交越区域的宽度。

4.如权利要求2所述的继电器驱动电路，其特征在于：当所述交流电压源的电压位于零交越区域时，该交流光耦合器截止，该零交越区域测试电路输出的所述零交越区域测试信号为高电平。

5.如权利要求1所述的继电器驱动电路，其特征在于：所述切换开关为一P沟道MOS型场效应晶体管，其漏极接地，栅极电性连接至该逻辑控制电路的输出端，源极电性连接至该继电器。

6.如权利要求1所述的继电器驱动电路，其特征在于：所述切换开关为一PNP型三极管，其集电极接地，基极电性连接至该逻辑控制电路的输出端，发射极电性连接至该继电器。

7.如权利要求1所述的继电器驱动电路，其特征在于：所述继电器驱动电路还包括一开启时间调节电路及一驱动电压源，该开启时间调节电路串联至该继电器及该驱动电压源之间，用于调整该继电器的驱动电压的大小，以使该继电器的开启时间接近于该交流电压源的半周期。

8.如权利要求7所述的继电器驱动电路，其特征在于：所述开启时间调节电路包括一第一分压电阻，该第一分压电阻串联至该继电器及一驱动电压源之间。

9.如权利要求8所述的继电器驱动电路，其特征在于：所述开启时间调节电路还包括一第二分压电阻及一跨接器，该第一分压电阻、第二分压电阻及跨接器依次串接于一起，该跨接器用于连接或断开该第二分压电阻与该第一分压电阻的电性连接。

10.如权利要求7所述的继电器驱动电路，其特征在于：所述继电器驱动电路还包括一续流二极管，该续流二极管并联于该继电器两端，且该续流二极管的阴极电性连接至该驱动电压源。

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