CN103606486B - 一种继电器及其驱动电路和驱动电路的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种继电器驱动电路，其包括电源输入模块、降压模块、检测模块、控制模块、MOS管模块；电源输入模块连接至降压模块和检测模块，降压模块对输入电压降压后输出至控制模块，检测模块检测输入电压值并输出至控制模块，控制模块根据检测输入电压值控制MOS管模块中MOS管的导通角以控制输出至继电器的电流值，当检测输入电压值上升时，输出至继电器的电流值降低。本发明通过采用控制模块控制MOS管的导通角大小来控制最终输出至继电器内部电磁铁线圈的电流大小以达到降低继电器功耗、减小继电器发热的有益效果。本发明还公开一种继电器驱动电路的控制方法及继电器。

Description

一种继电器及其驱动电路和驱动电路的控制方法

技术领域

本发明涉及电路技术领域，尤其涉及一种继电器驱动电路、继电器及其控制方法。

背景技术

继电器是在自动控制电路中起控制和隔离作用的执行部件。继电器内部的驱动部分是电磁铁，当需要继电器工作时，电磁铁吸合，当停止继电器工作时，电磁铁断开。

现有的电磁铁在工作时，电磁线圈一直处于工作状态，不断持续发热，当输入至电磁线圈的电压增高时，电磁线圈的功率也随之增大，电磁线圈的发热量增大。过大的发热量可能会导致继电器发生爆炸，产生安全隐患，同时电磁线圈的功耗也随着输入电压的增高而增高。

发明内容

本发明解决其技术问题采用的技术方案是，提出一种功耗较低、安全性能好的继电器驱动电路。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是提出一种继电器驱动电路，其包括电源输入模块、降压模块、检测模块、控制模块、MOS管模块；电源输入模块连接至降压模块和检测模块，降压模块对输入电压降压后输出至控制模块，检测模块检测输入电压值并输出至控制模块，控制模块根据检测输入电压值控制MOS管模块中MOS管的导通角以控制输出至继电器的电流值，当检测输入电压值上升时，输出至继电器的电流值降低。

进一步地，所述控制模块还包括延时模块，当继电器驱动电路初始导通时，在导通时间段内，控制模块控制MOS管模块中的MOS管输出较大电流值以使得继电器内部电磁铁吸合；延时导通时间段后，控制模块控制MOS管模块中的MOS管输出较小电流值以维持继电器内部电磁铁吸合状态。

进一步地，所述控制模块还根据检测输入电压值控制MOS管模块关闭，当检测输入电压值大于预设最高电压值或小于预设最低低压值时，控制模块控制MOS管模块关闭。

进一步地，所述电源输入模块包括无极性转换模块，所述无极性转换模块包括第一至第四二极管，第一二极管正极接入输入电源一端以及第四二极管负极端，第一二极管负极接入降压模块、检测模块以及第二二极管负极，第二二极管正极接入输入电源另一端以及第三二极管负极，第三二极管正极接入地以及第四二极管正极。

进一步地，所述降压模块包括三极管以及电阻R6以及稳压二极管D8，三极管源级接入电源输入模块以及电阻R6一端，三极管基极接入电阻R6另一端以及稳压二极管D8负极，三极管发射极接入控制模块。

进一步地，所述MOS管模块包括第一MOS管、第二MOS管以及第二MOS管保护电路；所述第一MOS管栅极接入控制模块输出端，漏极接入控制模块，源级接入第二MOS管漏极，第二MOS管源级接入输出模块，栅极接入第二MOS管保护电路。

进一步地，所述第二MOS管保护电路包括二极管D6、二极管Q1、电阻R4、电阻R8、电容C7以及稳压二极管Q2；二极管D6负极接入电源输入模块，正极接入稳压二极管正极，稳压二极管负极接入第二MOS管栅极并通过电阻R4接入二极管Q1负极，二极管Q1正极接入电源输入模块；电阻R8、电容C7与稳压二极管Q2并联连接。

本发明还公开一种继电器驱动电路的控制方法，其包括步骤：

驱动电路导通时，在导通时间段内，输出可以使得继电器内部电磁铁吸合的电流值；

在导通时间段内，检测输入电压，根据输入电压值控制MOS管导通角的大小以控制输出电流；输入电压值越大，输出电流值越小；

继电器导通后，输出可以维持继电器导通状态的电流值；

在维持时间段内，检测输入电压，根据输入电压值控制MOS管导通角的大小以控制输出电流；输入电压值越大，输出电流值越小。

进一步地，还包括步骤：检测输入电压是否达到预设最大电压值或预设最小电压值，若达到预设最大电压值或预设最小电压值则断开驱动电路。

本发明还公开一种继电器，其包括上述继电器驱动电路。

本发明通过采用控制模块控制MOS管的导通角大小来控制最终输出至继电器内部电磁铁线圈的电流大小以达到降低继电器功耗、减小继电器发热的有益效果。本发明采用两层控制的方法，第一层控制为根据继电器的导通电流和维持电流的不同分别在继电器的导通阶段和维持阶段输出不同的电流值；第二层控制为无论是继电器导通阶段还是维持阶段，控制模块均根据输入电压值的变化控制最终输出电流值的大小，输入电压值越大，输出电流值越小，从而使得继电器的功耗总体维持在一个较低的水平。采用双层控制可以最大限度的降低继电器的功耗，在导通阶段可以降低继电器50％的功耗，在维持阶段可以降低继电器90％的功耗。

附图说明

图1为本发明一实施例中的原理框图示意图；

图2为本发明一实施例中的具体电路示意图。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

请参照图1，图1为本发明一实施例中的原理框图示意图。图1中，继电器驱动电路，其包括电源输入模块10、降压模块20、检测模块30、控制模块40以及MOS管模块50。

电源输入模块10连接至降压模块20和检测模块30，降压模块10对输入电压降压后输出至控制模块40，检测模块30检测输入电压值并输出至控制模块40，控制模块根据检测输入电压值控制MOS管模块50中MOS管的导通角以控制输出至继电器的电流值，当检测输入电压值上升时，输出至继电器的电流值降低。

在大功率继电器应用的某些场合，例如电动车中，当电动车启动后，继电器一直处于吸合状态，电动车在加速过程中，施加至继电器的电压会随之增大，根据功率计算公式P＝UI可知，当输入电压U上升时，若继电器继续以额定电流工作，则继电器的功耗增大，发热量也增大；若继电器输入电流I降低即可维持功率不变甚至降低，从而能够减少继电器的功耗和发热量。本实施例中即通过控制模块检测输入电压的变化值，通过改变MOS管的导通角从而改变输出至继电器的电流值。

控制模块40还包括延时模块，当继电器驱动电路初始导通时，在导通时间段内，控制模块控制MOS管模块中的MOS管输出较大电流值以使得继电器内部电磁铁吸合；延时导通时间段后，控制模块控制MOS管模块中的MOS管输出较小电流值以维持继电器内部电磁铁吸合状态。

由于继电器在吸合时需要较大电流，在吸合后仅需较小的电流即可维持。本实施例中，当控制模块根据检测电压控制输出电流的过程中也将继电器的输出电流值分为两个阶段，第一阶段即为继电器导通阶段，此时需要输出较大的电流值，第二阶段即为继电器维持阶段，此时仅需要输出较小的电流值。应当明确的是，在此两个阶段中，控制模块依然会检测输入电压值，控制MOS管输出电流值，只是在第一阶段MOS管模块输出的最小电流值必须达到启动继电器的电流值，在第二阶段MOS管模块输出的最小电流值仅需达到维持继电器吸合的电流值即可。

采用上述嵌套的控制方法，在继电器启动的导通时间内，例如100毫秒内，可节省功率50％，在继电器维持阶段内，可节省功率90％。

另外，由于本实施例中控制模块的控制方式为输入电压增大，输出电流降低。若输入电压过大，则会导致输出电流过低，或者若输入电压过低，导致输出电流过大；此两种情况均会导致继电器不正常工作。为此，控制模块还根据检测输入电压值控制MOS管模块关闭，当检测输入电压值大于预设最高电压值或小于预设最低低压值时，控制模块控制MOS管模块关闭。

请参照图2，图2为本实施例中具体电路示意图。图2中，电源输入模块包括无极性转换模块，无极性转换模块包括第一至第四二极管(D1-D4)，第一二极管D1正极接入输入电源一端以及第四二极管D4负极端，第一二极管D1负极接入降压模块、检测模块以及第二二极管D2负极，第二二极管D2正极接入输入电源另一端以及第三二极管D3负极，第三二极管D3正极接入地以及第四二极管D4正极。

采用无极性转换模块后，无论输入电源的正负极是否接反，电源输入模块仍可正常输出电压值。

降压模块包括三极管U3，电阻R6以及稳压二极管D8；三极管源级接入电源输入模块以及电阻R6一端，三极管基极接入电阻R6另一端以及稳压二极管D8负极，三极管发射极接入控制模块。

通过三极管的降压功能将电源输入模块输出电压降低，同时通过稳压二极管的稳压功能使得三极管的压降保持在控制模块所需电压值。例如当控制模块的额定电压值为5V时，则采用击穿电压为5V的稳压二极管。

MOS管模块包括第一MOS管U1、第二MOS管U2以及第二MOS管保护电路；所述第一MOS管栅极接入控制模块输出端，漏极接入控制模块，源级接入第二MOS管漏极，第二MOS管源级接入输出模块，栅极接入第二MOS管保护电路。

采用两个MOS管使得最终输出的电流值较平稳，不会出现跳变。第二MOS管栅极接入第二MOS管保护电路后，第二MOS管栅极电压固定，通过第一MOS管控制第二MOS管源级电位实现第一MOS管的导通角变化。采样两个MOS管实现双层控制，第一MOS管输出电流变化由控制模块控制，同时第一MOS管的输出电流继续控制第二MOS管输出电流，使得电流输出更为平稳。

第二MOS管保护电路包括二极管D6、二极管Q1、电阻R4、电阻R8、电容C7以及稳压二极管Q2；二极管D6负极接入电源输入模块，正极接入稳压二极管正极，稳压二极管负极接入第二MOS管栅极并通过电阻R4接入二极管Q1负极，二极管Q1正极接入电源输入模块；电阻R8、电容C7与稳压二极管Q2并联连接。

采用第一MOS管和第二MOS管，当驱动电路导通时，第一MOS管先承受功率，而后将功率转移至第二MOS管；当驱动电路关断时，第二MOS管先承受功率，从而可以起到平分功率，保护两个MOS管的作用。

控制模块优选为单片机，例如PIC单片机、51单片机等。

本发明还公开一种继电器驱动电路的控制方法，其包括步骤：

驱动电路导通时，在导通时间段内，输出可以使得继电器内部电磁铁吸合的电流值；

在导通时间段内，检测输入电压，根据输入电压值控制MOS管导通角的大小以控制输出电流；输入电压值越大，输出电流值越小；

继电器导通后，输出可以维持继电器导通状态的电流值；

在维持时间段内，检测输入电压，根据输入电压值控制MOS管导通角的大小以控制输出电流；输入电压值越大，输出电流值越小。

采用此种双层嵌套的控制方法，使得继电器无论在启动时还是在启动后均具有较小的输出功率。

进一步地，还包括步骤：检测输入电压是否达到预设最大电压值或预设最小电压值，若达到预设最大电压值或预设最小电压值则断开驱动电路。

本发明还公开一种继电器，其包括上述继电器驱动电路。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种继电器驱动电路，其特征在于：包括电源输入模块、降压模块、检测模块、控制模块、MOS管模块；电源输入模块连接至降压模块和检测模块，降压模块对输入电压降压后输出至控制模块，检测模块检测输入电压值并输出至控制模块，控制模块根据检测输入电压值控制MOS管模块中MOS管的导通角以控制输出至继电器的电流值，当检测输入电压值上升时，输出至继电器的电流值降低。

2.根据权利要求1所述的继电器驱动电路，其特征在于：所述控制模块还包括延时模块，当继电器驱动电路初始导通时，在导通时间段内，控制模块控制MOS管模块中的MOS管输出较大电流值以使得继电器内部电磁铁吸合；延时导通时间段后，控制模块控制MOS管模块中的MOS管输出较小电流值以维持继电器内部电磁铁吸合状态。

3.根据权利要求2所述的继电器驱动电路，其特征在于：所述控制模块还根据检测输入电压值控制MOS管模块关闭，当检测输入电压值大于预设最高电压值或小于预设最低低压值时，控制模块控制MOS管模块关闭。

4.根据权利要求1所述的继电器驱动电路，其特征在于：所述电源输入模块包括无极性转换模块，所述无极性转换模块包括第一至第四二极管，第一二极管正极接入输入电源一端以及第四二极管负极端，第一二极管负极接入降压模块、检测模块以及第二二极管负极，第二二极管正极接入输入电源另一端以及第三二极管负极，第三二极管正极接入地以及第四二极管正极。

5.根据权利要求4所述的继电器驱动电路，其特征在于：所述降压模块包括三极管以及电阻R6以及稳压二极管D8，三极管源级接入电源输入模块以及电阻R6一端，三极管基极接入电阻R6另一端以及稳压二极管D8负极，三极管发射极接入控制模块。

6.根据权利要求1所述的继电器驱动电路，其特征在于：所述MOS管模块包括第一MOS管、第二MOS管以及第二MOS管保护电路；所述第一MOS管栅极接入控制模块输出端，漏极接入控制模块，源级接入第二MOS管漏极，第二MOS管源级接入输出模块，栅极接入第二MOS管保护电路。

7.根据权利要求6所述的继电器驱动电路，其特征在于：所述第二MOS管保护电路包括二极管D6、二极管Q1、电阻R4、电阻R8、电容C7以及稳压二极管Q2；二极管D6负极接入电源输入模块，正极接入稳压二极管正极，稳压二极管负极接入第二MOS管栅极并通过电阻R4接入二极管Q1负极，二极管Q1正极接入电源输入模块；电阻R8、电容C7与稳压二极管Q2并联连接。

8.一种继电器驱动电路的控制方法，其特征在于：包括步骤：

驱动电路导通时，在导通时间段内，输出可以使得继电器内部电磁铁吸合的电流值；

在导通时间段内，检测输入电压，根据输入电压值控制MOS管导通角的大小以控制输出电流；输入电压值越大，输出电流值越小；

继电器导通后，输出可以维持继电器导通状态的电流值；

在维持时间段内，检测输入电压，根据输入电压值控制MOS管导通角的大小以控制输出电流；输入电压值越大，输出电流值越小。

9.根据权利要求8所述的继电器驱动电路的控制方法，其特征在于：还包括步骤：检测输入电压是否达到预设最大电压值或预设最小电压值，若达到预设最大电压值或预设最小电压值则断开驱动电路。

10.一种继电器，其特征在于：包括权利要求1至7任一项所述的继电器驱动电路。