CN102969201A - 触点反馈式继电器控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种触点反馈式继电器控制系统，涉及电子电气领域，该控制系统包括单片机、多个继电器驱动电路和多个继电器控制电路，单片机输出多路控制信号，分别连接多个继电器驱动电路的信号输入端，每个继电器驱动电路均采用达林顿晶体管阵列芯片，其包括发射极、公共端、多个信号输入端、多个驱动信号输出端，驱动信号输出端与信号输入端一一对应，发射极接地，公共端连电源；各继电器控制电路一端与继电器驱动电路的一个驱动信号输出端相连，另一端连电源。本发明通过改变输入控制电路的结构，在保证继电器吸合的前提下，减小控制电路电流，降低输入侧继电器两端电压，从而降低控制继电器所需的功耗。
Description
技术领域
本发明涉及电子电气领域，特别是涉及一种触点反馈式继电器控制系统。
背景技术
电压式继电器包括线圈、常开触点和常闭触点，在电压式继电器的输入端加上达到规定值的输入电压时，电压式继电器的输出端的常开触点即闭合，常闭触点即断开，使被控制的输出电路导通或断开，达到改变被控制电路侧电路结构，从而传递控制信号或驱动功率器件的目的。电压式继电器广泛应用于电力保护、自动化、遥控、测量和通信等装置中。电压式继电器是一种弱电控制强电的中间装置，作为一种隔离控制的驱动器件不可取代。同时，电压式继电器也是一种功耗较大的电子部件，在需要同时驱动多个继电器的电路中，如果能降低继电器功耗，将能大大降低电子设备整机功耗。
电压式继电器有2个输入电压参数：动作电压和保持电压，一般保持电压值为动作电压值的50%左右。在电压式继电器输入端加上大于动作电压值的电压，电压式继电器才会动作，输出触点状态发生转换。在电压式继电器可靠动作后，即便降低输入端电压，只要输入端电压高于继电器保持电压，电压式继电器仍保持动作状态，直到输入端电压降到保持电压以下，电压式继电器触点才会返回到动作前状态。
现有电压式继电器的控制方案一般为以大于动作电压的输入电压控制电压式继电器，保证电压式继电器安全动作，但是电压式继电器动作过后，输入电压仍大于动作电压，功耗非常大。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种触点反馈式继电器控制系统，通过改变输入控制电路的结构，在保证继电器吸合的前提下，减小控制电路电流，降低输入侧继电器两端电压，从而降低控制继电器所需的功耗，特别适用于需要驱动大量继电器组成的继电器阵列，同时对设备整机功耗有较高限制的场合。
本发明提供的触点反馈式继电器控制系统，包括带有多个I/O口的单片机，还包括多个继电器驱动电路和多个继电器控制电路，所述单片机的多个I/O口输出多路控制信号，分别与多个继电器驱动电路的信号输入端相连，每个继电器驱动电路均采用达林顿晶体管阵列芯片，其包括发射极、公共端、7个信号输入端、7个驱动信号输出端，驱动信号输出端与信号输入端一一对应，发射极与地相连，公共端与电源相连；各继电器控制电路的一端与继电器驱动电路的一个驱动信号输出端相连，另一端与电源相连。
在上述技术方案中，每个继电器控制电路包括一个继电器、一个二极管、一个电阻，继电器包括继电器线圈、继电器常开触点、继电器常闭触点，其中，继电器线圈与二极管并联，形成线圈支路；继电器常闭触点与电阻并联，形成常闭触点支路；线圈支路与常闭触点支路串联，二极管的正极与继电器驱动电路的一个驱动信号输出端相连，二极管的负极与电阻的一端相连，电阻的另一端与电源相连；继电器常开触点与负载相连，输出继电器控制信号到负载。
在上述技术方案中，所述达林顿晶体管阵列芯片的型号包括ULN2002A、ULN2003A、ULN2003AI、ULN2004A、ULQ2003A、ULQ2004A。
在上述技术方案中，所述达林顿晶体管阵列芯片的型号为ULN2003A。
在上述技术方案中，每片型号为ULN2003A的达林顿晶体管阵列芯片包括发射极、公共端、7个信号输入端、7个驱动信号输出端，发射极与地相连，公共端与电源相连，7个信号输入端分别连接单片机的7个I/O口，单片机的7个I/O口分别输入信号1B~7B；7个驱动信号输出端分别连接7个继电器控制电路的一端，7个继电器控制电路的另一端均与电源相连，7个驱动信号输出端分别输出信号1C~7C到7个继电器控制电路。
在上述技术方案中，所述输入信号1B~7B与输出信号1C~7C一一对应，当单片机输出高电平信号时，所述继电器驱动电路的输入信号1B~7B为高电平，对应的输出信号1C~7C为低电平，继电器动作；当单片机输出低电平信号时，继电器驱动电路的输入信号1B~7B为低电平，对应的输出信号1C~7C为高电平，继电器不动作。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
本发明利用继电器加电后的输出触点切换动作，反馈回继电器输入控制电路中，在继电器动作时，继电器两端电压为VCC，大于继电器动作电压，保证继电器安全可靠地吸合；在继电器吸合动作之后，继电器自身输出触点信号反馈回控制电路，通过改变输入控制电路的结构，将继电器两端电压调整到动作电压以下、保持电压以上，在保证继电器吸合的前提下，减小控制电路电流，降低输入侧继电器两端电压，从而降低控制继电器所需的功耗，特别适用于需要驱动大量继电器组成的继电器阵列，同时对设备整机功耗有较高限制的场合。
附图说明
图1是本发明实施例触点反馈式继电器控制系统的结构示意图。
图2为图1中单个继电器控制电路的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
参见图1所示，本发明实施例提供一种触点反馈式继电器控制系统，包括带有多个I/O（Input/Output，输入输出）口的单片机、多个继电器驱动电路和多个继电器控制电路，单片机的多个I/O口（OUT1~OUT21）输出多路控制信号，分别与多个继电器驱动电路的信号输入端相连。
参见图1所示，每个继电器驱动电路均采用达林顿晶体管阵列芯片，其包括发射极E、公共端COM、7个信号输入端、7个驱动信号输出端，驱动信号输出端与信号输入端一一对应，发射极E与地GND相连，公共端COM与电源VCC相连。各继电器控制电路的一端与继电器驱动电路的一个驱动信号输出端相连，另一端与电源VCC相连。
参见图1所示，每个继电器控制电路包括一个继电器、一个二极管、一个电阻，继电器包括继电器线圈、继电器常开触点、继电器常闭触点，其中，继电器线圈与二极管并联，形成线圈支路；继电器常闭触点与电阻并联，形成常闭触点支路；线圈支路与常闭触点支路串联，二极管的正极与继电器驱动电路的一个驱动信号输出端相连，二极管的负极与电阻的一端相连，电阻的另一端与电源VCC相连；继电器常开触点与负载相连，输出继电器控制信号到负载。
达林顿晶体管阵列芯片的型号包括ULN2002A、ULN2003A、ULN2003AI、ULN2004A、ULQ2003A、ULQ2004A等，下面以其中的ULN2003A为例进行说明。
参见图1所示，每片型号为ULN2003A的达林顿晶体管阵列芯片包括发射极E、公共端COM、7个信号输入端（基极）、7个驱动信号输出端（集电极），可驱动多达7个继电器。ULN2003A的发射极E与地GND相连，公共端COM与电源VCC相连，7个信号输入端分别连接单片机的7个I/O口，单片机的7个I/O口分别输入信号1B~7B；7个驱动信号输出端分别连接继电器控制电路1~7的一端，继电器控制电路1~7的另一端均与电源VCC相连。ULN2003A的7个驱动信号输出端分别输出信号1C~7C到继电器控制电路1~7。
输入信号1B~7B与输出信号1C~7C一一对应，当单片机输出高电平信号时，继电器驱动电路的输入信号1B~7B为高电平，对应的输出信号1C~7C为低电平，继电器动作；当单片机输出低电平信号时，继电器驱动电路的输入信号1B~7B为低电平，对应的输出信号1C~7C为高电平，继电器不动作。
下面以图1中的第一继电器控制电路为例说明。
参见图2所示，第一继电器控制电路包括第一继电器J1、第一二极管D1、第一电阻R1，第一继电器J1包括第一继电器线圈J1-1、第一继电器常开触点J1-2、第一继电器常闭触点J1-3，其中，第一继电器线圈J1-1与第一二极管D1并联，形成第一线圈支路，第一继电器常闭触点J1-3与第一电阻R1并联，形成第一常闭触点支路，第一线圈支路与第一常闭触点支路串联；第一二极管D1的正极与第一继电器驱动电路的一个驱动信号输出端相连，第一二极管D1的负极与第一电阻R1的一端相连，第一电阻R1的另一端与电源VCC相连；第一继电器常开触点J1-2与负载相连，输出继电器控制信号到负载。
当单片机要驱动第一继电器J1时，单片机的第一输出端OUT1输出高电平，第一继电器驱动电路的第一输入信号1B为高电平，第一继电器驱动电路的第一输出信号1C为低电平，因第一继电器J1尚未动作，第一继电器常闭触点J1-3闭合，第一电阻R1被短接，第一继电器J1两端实际电压为VCC，大于第一继电器J1的动作电压，第一继电器J1开始动作，第一继电器常开触点J1-2闭合，负载得到第一继电器J1的控制信号。第一继电器J1动作之后，第一继电器常闭触点J1-3断开，第一电阻R1与第一线圈支路串联，此时第一继电器J1两端的电压为VCC×RJ1/（RJ1+R1），其中RJ1为第一继电器线圈J1-1的电阻，此时第一继电器J1两端的电压大于第一继电器J1的保持电压、但小于第一继电器J1的动作电压，由于第一继电器J1已经处于吸合状态，此时第一继电器J1两端的电压可以保证第一继电器J1维持吸合状态。
不驱动第一继电器J1时，单片机的第一输出端OUT1输出低电平，第一继电器驱动电路的第一输入信号1B为低电平，第一继电器驱动电路的第一输出信号1C为高电平，此时第一继电器J1两端的电压远低于保持电压，如果第一继电器J1之前还没有吸合，第一继电器J1恢复不吸合状态；如果第一继电器J1之前已经处于吸合状态，通过第一二极管D1释放第一继电器线圈J1-1的电流，因为第一继电器线圈J1-1实质是电感，电感有存储电流的性质，当控制使得第一继电器J1两端电压突然消失时，如果不给第一继电器J1电流提供一个继续流动的回路，第一继电器J1将因为电流的陡变产生一个瞬间高压而烧毁第一继电器线圈J1-1。第一二极管D1在第一继电器J1两端有电压时不导通，当第一继电器J1两端电压消失时可以提供一个回路，使得第一继电器J1的电流可以继续流动，保证第一继电器J1在关断时的安全。
在现有技术中，控制第一继电器J1吸合后，第一继电器J1两端的电压始终为VCC，因而单个继电器控制电路的功耗为：W=UI=VCC×VCC/RJ1。在本发明实施例中，控制第一继电器J1吸合后，在第一继电器J1的保持电压大于VCC×RJ1/（RJ1+R1）的前提下，单个继电器控制电路的功耗为：W=UI=VCC×VCC/（RJ1+R1），VCC×VCC/（RJ1+R1）明显比VCC×VCC/RJ1小，即本发明实施例中单个继电器控制电路的功耗小于现有技术中单个继电器控制电路的功耗。根据继电器保持电压和动作电压参数间的差值，选择合适的电阻R1，可以达到降低控制电路功耗、节能的目的。假设保持电压为动作电压的50%，可选择R1=RJ1，本发明实施例中单个继电器控制电路的功耗为：VCC×VCC/（RJ1+R1）=VCC×VCC/(2×RJ1)，很显然，只有现有技术中单个继电器控制电路的功耗的一半，降低功耗的效果相当明显。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明包含这些改动和变型在内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (6)
1.一种触点反馈式继电器控制系统，包括带有多个I/O口的单片机，其特征在于：还包括多个继电器驱动电路和多个继电器控制电路，所述单片机的多个I/O口输出多路控制信号，分别与多个继电器驱动电路的信号输入端相连，每个继电器驱动电路均采用达林顿晶体管阵列芯片，其包括发射极、公共端、7个信号输入端、7个驱动信号输出端，驱动信号输出端与信号输入端一一对应，发射极与地相连，公共端与电源相连；各继电器控制电路的一端与继电器驱动电路的一个驱动信号输出端相连，另一端与电源相连。
2.如权利要求1所述的触点反馈式继电器控制系统，其特征在于：每个继电器控制电路包括一个继电器、一个二极管、一个电阻，继电器包括继电器线圈、继电器常开触点、继电器常闭触点，其中，继电器线圈与二极管并联，形成线圈支路；继电器常闭触点与电阻并联，形成常闭触点支路；线圈支路与常闭触点支路串联，二极管的正极与继电器驱动电路的一个驱动信号输出端相连，二极管的负极与电阻的一端相连，电阻的另一端与电源相连；继电器常开触点与负载相连，输出继电器控制信号到负载。
3.如权利要求2所述的触点反馈式继电器控制系统，其特征在于：所述达林顿晶体管阵列芯片的型号包括ULN2002A、ULN2003A、ULN2003AI、ULN2004A、ULQ2003A、ULQ2004A。
4.如权利要求3所述的触点反馈式继电器控制系统，其特征在于：所述达林顿晶体管阵列芯片的型号为ULN2003A。
5.如权利要求4所述的触点反馈式继电器控制系统，其特征在于：每片型号为ULN2003A的达林顿晶体管阵列芯片包括发射极、公共端、7个信号输入端、7个驱动信号输出端，发射极与地相连，公共端与电源相连，7个信号输入端分别连接单片机的7个I/O口，单片机的7个I/O口分别输入信号1B~7B；7个驱动信号输出端分别连接7个继电器控制电路的一端，7个继电器控制电路的另一端均与电源相连，7个驱动信号输出端分别输出信号1C~7C到7个继电器控制电路。
6.如权利要求5所述的触点反馈式继电器控制系统，其特征在于：所述输入信号1B~7B与输出信号1C~7C一一对应，当单片机输出高电平信号时，所述继电器驱动电路的输入信号1B~7B为高电平，对应的输出信号1C~7C为低电平，继电器动作；当单片机输出低电平信号时，继电器驱动电路的输入信号1B~7B为低电平，对应的输出信号1C~7C为高电平，继电器不动作。
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