CN103943410A - 基于磁保持继电器的自动切换开关电路 - Google Patents

Abstract

一种基于磁保持继电器的自动切换开关电路，包括有电流采样电路、电压采样电路、温度检测电路和微处理器；其特征在于：还包括开关状态检测电路和磁保持继电器驱动电路；电流采样电路电流采样端、电压采样电路电压采样端、温度检测电路温度采样端和开关状态检测电路的开关状态采集端分别采集磁保持继电器电流、电压、触点温度和开关状态，并将相应的信号输入至微处理器的电流输入端、电压输入端、触点输入端和开关状态输入端；磁保持继电器驱动电路控制输入端与微处理器控制输出端相连，磁保持继电器驱动电路脉冲输出端加载在电磁线圈两端。本发明对磁保持继电器的电压、电流、温度和开关状态进行全面检测，保证开关自动切换合理性，更适用于复杂环境下对控制可靠性和抗干扰性要求高的场合。

Description

基于磁保持继电器的自动切换开关电路

技术领域

本发明涉及一种开关电路，特别是一种基于磁保持继电器的自动切换开关电路。

背景技术

目前多数自动切换开关电路均基于传统的电磁式继电器，通过为继电器线圈通电产生电磁力来吸合动作触点，继电器的状态改变需要持续的电压状态维持。

磁保持继电器是近几年发展起来的一种新型继电器，和其他电磁继电器一样，对电路起着自动接通和切断的作用。所不同的是，磁保持继电器的触点开、合状态平时是由永久磁钢所产生的，其开关状态的转换是靠一定宽度的脉冲电信号触发而完成的。当继电器的触点需要开或合时(即接通或切断负载时)，只需用正(反)直流脉冲电压激励线圈，继电器瞬间完成开与合的状态转换。通常，触点处于保持状态时，线圈不需继续通电，仅靠永久磁钢的磁力就能维持继电器的状态不变，这种新型的磁保持继电器相比较于传统的电磁式继电器，能够减少电压对电路的干扰性，提高控制的可靠性，特别适合对可靠性要求苛刻的应用场合。

如申请号为201110442213.6的中国发明专利《一种智能磁保持微型断路器》包括壳体、磁保持继电器、驱动电路，驱动电路接受控制信号后驱动磁保持继电器动作；磁保持继电器包括动簧组合、静簧组合、拨杆、推动片、磁钢组合，还设有中央处理器、通信芯片、计量模块。该专利提供了一种具有手自动相互协调操作、过载保护、计量功能的智能磁保持微型断路器及其控制方法，但并不适用于对控制延时和可靠性要求高的场合。又如专利号为ZL200920041288.1的实用新型提供了一种基于磁保持继电器的四档绕组电动机换档控制执行电路，该电路适用于软换挡的无刷永磁直流定子绕组的控制电路，主要解决多路继电器的同步和互锁问题，由于磁保持继电器的保持力是由永磁体闭合的磁回路吸力提供的，在复杂振动环境下，触点很容易在振动环境下自行断开或闭合，该专利无法有效提高磁保持继电器动作的抗干扰性能，还有待于作进一步改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状而提供一种抗干扰性强且可靠度高的基于磁保持继电器的自动切换开关电路。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种基于磁保持继电器的自动切换开关电路，包括有

电流采样电路，用于测量磁保持继电器的电流大小；

电压采样电路，用于测量施加在所述磁保持继电器触点上的电压大小；

温度检测电路，用于测量所述磁保持继电器的触点温度；

微处理器，获取所述磁保持继电器的电流、电压和触点温度，以决定对该磁保持继电器执行通断操作；

其特征在于：所述的开关电路还包括有

开关状态检测电路，对所述磁保持继电器的当前通断状态进行采集、检测；以及

磁保持继电器驱动电路，使得所述磁保持继电器的电磁线圈保持上次驱动脉冲所注入的磁场不变；

其中，所述磁保持继电器具有电流检测端、电压检测端、触点温度检测端和开关状态检测端，所述微处理器具有电流输入端、电压输入端、触点温度输入端和开关状态输入端，所述磁保持继电器的电流检测端、电压检测端、触点温度检测端和开关状态检测端分别与所述电流采样电路的电流采样端、电压采样电路的电压采样端、温度检测电路的温度采样端和开关状态检测电路的开关状态采集端相连，所述电流采样电路的电流输出端、电压采样电路的电压输出端、温度检测电路的温度输出端和开关状态检测电路的开关状态输出端则分别与所述微处理器的电流输入端、电压输入端、触点输入端和开关状态输入端相连；所述微处理器还具有控制输出端，所述磁保持继电器驱动电路具有控制输入端和脉冲输出端，所述控制输入端与所述控制输出端相连，所述脉冲输出端加载在所述磁保持继电器的电磁线圈两端。

为了保证磁保持继电器开关切换的可靠性，作为优选，所述的微处理器可以包括有模数转换单元、数据存储单元、滤波算法单元、电平变化中断单元和通信接口单元，其中，所述电流采样电路的电流输出端、电压采样电路的电压输出端、温度检测电路的温度输出端分别连接所述模数转换单元的输入端；所述电平变化中断单元的输入端和所述开关状态检测电路的开关状态输出端相连；所述模数转换单元的输出端分别连接所述数据存储单元和滤波算法单元的输入端；所述电平变化中断单元的输出端和所述数据存储单元的输入端相连；所述通信接口单元的输出端连接至所述滤波算法单元；所述数据存储单元的输出端经滤波算法单元后作为所述微处理器的控制输出端连接所述磁保持继电器驱动电路的控制输入端。

作为进一步优选，所述的磁保持继电器驱动电路具体包括有型号均为ADG604的第一多路转换开关芯片和第二多路转换开关芯片，并且，所述第一多路转换开关芯片和第二多路转换开关芯片分别具有14个管脚；其中，所述第一多路转换开关芯片的第一管脚和第十四管脚分别连接所述微处理器的控制输出端，该第一多路转换开关芯片的第二管脚和第十二管脚分别连接3.3V直流电，该第一多路转换开关芯片的第三管脚、第十一管脚和第十三管脚均接地，该第一多路转换开关芯片的第五管脚连接12V直流电，该第一多路转换开关芯片的第四管脚、第七管脚、第八管脚、第九管脚和第十管脚均悬空；所述第二多路转换开关芯片的第一管脚和第十四管脚分别连接所述微处理器的控制输出端，该第二多路转换开关芯片的第二管脚和第十二管脚分别连接3.3V直流电，该第二多路转换开关芯片的第三管脚、第五管脚和第十三管脚均接地，该第二多路转换开关芯片的第十一管脚连接12V直流电，该第二多路转换开关芯片的第四管脚、第七管脚、第八管脚、第九管脚和第十管脚均悬空；所述第一多路转换开关芯片的第六管脚和所述第二多路转换开关芯片的第六管脚分别连接在所述磁保持继电器的电磁线圈的两端。

为了进一步提高开关切换的可靠性，作为优选，所述的开关状态检测电路包括有开关状态取样电路、整形滤波电路和施密特触发器电路，其中，所述开关状态取样电路的输入口即为所述开关状态检测电路的开关状态采集端，所述施密特触发器电路的输出口即为所述开关状态检测电路的开关状态输出端；所述磁保持继电器的开关状态检测端和所述的开关状态采集端相连，所述开关状态取样电路的输出口和所述整形滤波电路的输入口相连，该整形滤波电路的输出口和所述施密特触发器电路的输入口相连，所述施密特触发器电路的输出口和所述微处理器的开关状态输入端相连。

作为进一步优选，所述的开关状态检测电路具体包括有型号为CD40106的施密特触发器以及型号均为LM339的第一电压比较器和第二电压比较器；其中，所述施密特触发器具有14个管脚，所述第一电压比较器的反相输入端一路经第一电阻连接所述磁保持继电器的常开触点，另一路经第二电阻接地，该第一电压比较器的同相输入端连接预定参考电压，该第一电压比较器的电源正极输入端连接5V直流电，该第一电压比较器的电源负极输入端接地，所述第一电压比较器的输出端连接所述施密特触发器的第一管脚；所述第二电压比较器的反相输入端一路经第三电阻连接所述磁保持继电器的常闭触点，另一路经第四电阻接地，该第二电压比较器的同相输入端连接所述的预定参考电压，该第二电压比较器的电源正极输入端连接5V直流电，该第二电压比较器的电源负极输入端接地，所述第二电压比较器的输出端连接所述施密特触发器的第三管脚；所述施密特触发器的第二管脚经第五电阻接地，该施密特触发器的第四管脚经第六电阻一路接地，另一路经电容连接该施密特触发器的第十四管脚，该施密特触发器的第十四管脚同时连接5V直流电，所述施密特触发器的第七管脚接地。

与现有技术相比，本发明的优点在于：对磁保持继电器的电压、电流、温度和开关状态进行了全面检测，保证了磁保持继电器开关自动切换的合理性，更好的适用于复杂振动环境下对控制可靠性及抗干扰性要求高的场合；微处理器内部的滤波算法单元和开关状态检测模块中的施密特触发器电路的应用保证了开关的可靠性，更进一步提高磁保持继电器开关在复杂振动环境下的抗干扰能力；相比较于传统的电磁式继电器，磁保持继电器的采用保证了自动切换开关的功耗降低，进而可以延长开关的使用寿命。

附图说明

图1为本发明实施例的整体电路功能框图。

图2为本发明实施例的微处理器功能框图。

图3为本发明实施例的开关状态检测电路功能框图。

图4本发明实施例的磁保持继电器驱动电路具体连接图。

图5本发明实施例的开关状态检测电路具体连接图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1～图5所示，本实施例公开了一种基于磁保持继电器的自动切换开关电路，该开关电路包括有电流采样电路1、电压采样电路2、温度检测电路3、微处理器4、开关状态检测电路5和磁保持继电器驱动电路6。

其中，电流采样电路1通过电流互感器隔离测量经过磁保持继电器7的电流大小，此电流值将作为微处理器4判断磁保持继电器7开关状态的参考因素之一，电流采样电路1具有电流采样端11和电流输出端12；

电压采样电路2通过电压互感器隔离测量施加在磁保持继电器7触点上的电压大小，此电压值将作为微处理器4判断磁保持继电器7开关状态的参考因素之一，电压采样电路2具有电压采样端21和电压输出端22；

温度检测电路3用于测量磁保持继电器7的触点温度，此值大小同样将作为微处理器4判断磁保持继电器7开关状态的参考因素之一，温度检测电路3具有温度采样端31和温度输出端32；

开关状态检测电路5对磁保持继电器7的当前通断状态进行采集、检测，经模块内施密特触发器电路5c电路消除振动带来的干扰，开关状态检测电路5具有开关状态采集端51和开关状态输出端52；

磁保持继电器驱动电路6能使其电磁线圈L中保持上次驱动脉冲所注入的磁场不变，磁保持继电器驱动电路6具有控制输入端61和脉冲输出端62；

微处理器4具有电流输入端41、电压输入端42、触点温度输入端43、开关状态输入端44和控制输出端45，微处理器4通过其接收到的通/断指令后，即对磁保持继电器7的电流、电压、触点温度和磁保持继电器7当前通断状态进行获取，以决定对磁保持继电器7执行通断操作；

磁保持继电器7包括有电磁线圈L和触点，该磁保持继电器7相应地具有电流检测端71、电压检测端72、触点温度检测端73和开关状态检测端74。

磁保持继电器7的电流检测端71、电压检测端72、触点温度检测端73和开关状态检测端74分别与电流采样电路1的电流采样端11、电压采样电路2的电压采样端21、温度检测电路3的温度采样端31和开关状态检测电路5的开关状态采集端51相连，微处理器4的电流输入端41、电压输入端42、触点输入端和开关状态输入端44则分别与电流采样电路1的电流输出端12、电压采样电路2的电压输出端22、温度检测电路3的温度输出端32和开关状态检测电路5的开关状态输出端52相连；微处理器4的控制输出端45与磁保持继电器驱动电路6的控制输入端61相连，磁保持继电器驱动电路6的脉冲输出端62加载在磁保持继电器7的电磁线圈L两端；磁保持继电器驱动电路6在正常工作时不需要加驱动电流，只在需要改变触点状态时加上200ms的反向脉冲即可，随后不需要任何驱动即可保持当前状态。

微处理器4包括有模数转换单元4a、数据存储单元4b、滤波算法单元4c、电平变化中断单元4d和通信接口单元4e，其中，电流采样电路1的电流输出端12、电压采样电路2的电压输出端22、温度检测电路3的温度输出端32分别连接模数转换单元4a的输入端；电平变化中断单元4d的输入端和开关状态检测电路5的开关状态输出端52相连；模数转换单元4a的输出端分别连接数据存储单元4b和滤波算法单元4c的输入端；电平变化中断单元4d的输出端和数据存储单元4b的输入端相连；通信接口单元4e的输出端连接至滤波算法单元4c；数据存储单元4b的输出端经滤波算法单元4c后作为微处理器4的控制输出端45连接磁保持继电器驱动电路6的控制输入端61。

模数转换单元4a通过多路转换开关依次对通过磁保持继电器7的电流、电压和触电温度信息进行数字化，作为控制继电器开通和关断的辅助依据；数据存储单元4b对采集并转化为数字量的电流、电压及触点温度信息进行存储，作为磁保持继电器7历史运行信息影响微控制器作出将要发生的磁保持继电器7的动作指令；滤波算法单元4c主要负责所采集电流、电压和温度信息的滤波处理，以消除由于异常突变对传感器测量结果所带来的干扰；电平变化中断单元4d主要负责判别来自开关状态检测电路5的输出，这一输出的高低电平分别代表磁保持继电器7的通、断状态；通信接口单元4e可通过有线或者无线方式接收远程对磁保持继电器7的通断指令(有线通信方式主要指RS485通信总线，协议为标准MODBUS协议；无线方式主要指ZigBee通信方式)。

开关状态检测电路5包括有开关状态取样电路5a、整形滤波电路5b和施密特触发器电路5c，其中，开关状态取样电路5a的输入口即为开关状态检测电路5的开关状态采集端51，施密特触发器电路5c的输出口即为开关状态检测电路5的开关状态输出端52；磁保持继电器7的开关状态检测端74和开关状态采集端51相连，开关状态取样电路5a的输出口和整形滤波电路5b的输入口相连，该整形滤波电路5b的输出口和施密特触发器电路5c的输入口相连，施密特触发器电路5c的输出口和微处理器4的开关状态输入端44相连。微处理器4内部的滤波算法单元4c和开关状态检测电路5中的施密特触发器电路5c的应用保证了开关的可靠性，能够适应复杂振动环境下开关的抗干扰能力，提高设备的安全性和稳定性。

本实施例中的电流采样电路1、电压采样电路2、温度检测电路3和微处理器4都可以采用现有技术中的各种具体电路结构实现，其中，开关状态检测电路5和磁保持继电器驱动电路6的具体电路结构如下：

本实施例的开关状态检测电路5具体包括有型号为CD40106的施密特触发器IC3以及型号均为LM339的第一电压比较器U1和第二电压比较器U2；其中，施密特触发器IC3具有14个管脚，第一电压比较器U1的反相输入端一路经第一电阻R1连接磁保持继电器7的常开触点P1，另一路经第二电阻R2接地，该第一电压比较器U1的同相输入端连接预定参考电压Vref，该第一电压比较器U1的电源正极输入端连接5V直流电，该第一电压比较器U1的电源负极输入端接地，第一电压比较器U1的输出端连接施密特触发器IC3的第一管脚；第二电压比较器U2的反相输入端一路经第三电阻R3连接磁保持继电器7的常闭触点P2，另一路经第四电阻R4接地，该第二电压比较器U2的同相输入端连接预定参考电压Vref，该第二电压比较器U2的电源正极输入端连接5V直流电，该第二电压比较器U2的电源负极输入端接地，第二电压比较器U2的输出端连接施密特触发器IC3的第三管脚；施密特触发器IC3的第二管脚经第五电阻R5接地，该施密特触发器IC3的第四管脚经第六电阻R6一路接地，另一路经电容C连接该施密特触发器IC3的第十四管脚，该施密特触发器IC3的第十四管脚同时连接5V直流电，施密特触发器IC3的第七管脚接地。于是，磁保持继电器7的常开触点P1和常闭触点P2状态经开关状态取样电路5a、整形滤波电路5b和施密特触发器IC3后，第一电压比较器U1的输出端信号和第二电压比较器U2的输出端信号分别进入微处理器4的电平变化中断单元4d，当电平发生改变时，微处理器4具备中断输入的引脚可侦测到这一变化，从而触发微处理器4调用中断服务程序，进行数据存储及滤波算法环节。

磁保持继电器驱动电路6具体包括有型号均为ADG604的第一多路转换开关芯片IC1和第二多路转换开关芯片IC2，并且，第一多路转换开关芯片IC1和第二多路转换开关芯片IC2分别具有14个管脚；其中，第一多路转换开关芯片IC1的第一管脚和第十四管脚分别连接微处理器4的控制输出端45，该第一多路转换开关芯片IC1的第二管脚和第十二管脚分别连接3.3V直流电，该第一多路转换开关芯片IC1的第三管脚、第十一管脚和第十三管脚均接地，该第一多路转换开关芯片IC1的第五管脚连接12V直流电，该第一多路转换开关芯片IC1的第四管脚、第七管脚、第八管脚、第九管脚和第十管脚均悬空；第二多路转换开关芯片IC2的第一管脚和第十四管脚分别连接微处理器4的控制输出端45，该第二多路转换开关芯片IC2的第二管脚和第十二管脚分别连接3.3V直流电，该第二多路转换开关芯片IC2的第三管脚、第五管脚和第十三管脚均接地，该第二多路转换开关芯片IC2的第十一管脚连接12V直流电，该第二多路转换开关芯片IC2的第四管脚、第七管脚、第八管脚、第九管脚和第十管脚均悬空；第一多路转换开关芯片IC1的第六管脚和第二多路转换开关芯片IC2的第六管脚分别连接在磁保持继电器7的电磁线圈L的两端。

不同于其它磁保持继电器驱动电路6，本实施例的磁保持继电器驱动电路6采用两个多路转换开关芯片完成磁保持继电器7的电磁线圈L两侧的电压极性变换，两个多路转换开关芯片的控制信号PC0、PC1均由微处理器4I/O口充当；当PC1为高电平、PC0为低电平时，通过两片多路转换开关芯片的S2通道为电磁线圈L提供正向电流，磁保持继电器7接通；当PC1为低电平、PC0为高电平时，通过两片多路转换开关芯片的S3通道为电磁线圈L提供反向电流，磁保持继电器7断开。这种驱动控制电路实现简单、可靠，有效减少了常用驱动电路分立元件过多带来的可靠性降低的问题。

Claims (5)

1.一种基于磁保持继电器的自动切换开关电路，包括有

电流采样电路，用于测量磁保持继电器的电流大小；

电压采样电路，用于测量施加在所述磁保持继电器触点上的电压大小；

温度检测电路，用于测量所述磁保持继电器的触点温度；

微处理器，获取所述磁保持继电器的电流、电压和触点温度，以决定对该磁保持继电器执行通断操作；

其特征在于：所述的开关电路还包括有

开关状态检测电路，对所述磁保持继电器的当前通断状态进行采集、检测；以及

磁保持继电器驱动电路，使得所述磁保持继电器的电磁线圈保持上次驱动脉冲所注入的磁场不变；

其中，所述磁保持继电器具有电流检测端、电压检测端、触点温度检测端和开关状态检测端，所述微处理器具有电流输入端、电压输入端、触点温度输入端和开关状态输入端，所述磁保持继电器的电流检测端、电压检测端、触点温度检测端和开关状态检测端分别与所述电流采样电路的电流采样端、电压采样电路的电压采样端、温度检测电路的温度采样端和开关状态检测电路的开关状态采集端相连，所述电流采样电路的电流输出端、电压采样电路的电压输出端、温度检测电路的温度输出端和开关状态检测电路的开关状态输出端则分别与所述微处理器的电流输入端、电压输入端、触点输入端和开关状态输入端相连；所述微处理器还具有控制输出端，所述磁保持继电器驱动电路具有控制输入端和脉冲输出端，所述控制输入端与所述控制输出端相连，所述脉冲输出端加载在所述磁保持继电器的电磁线圈两端。

2.根据权利要求1所述的基于磁保持继电器的自动切换开关电路，其特征在于：所述的微处理器包括有模数转换单元、数据存储单元、滤波算法单元、电平变化中断单元和通信接口单元，其中，所述电流采样电路的电流输出端、电压采样电路的电压输出端、温度检测电路的温度输出端分别连接所述模数转换单元的输入端；所述电平变化中断单元的输入端和所述开关状态检测电路的开关状态输出端相连；所述模数转换单元的输出端分别连接所述数据存储单元和滤波算法单元的输入端；所述电平变化中断单元的输出端和所述数据存储单元的输入端相连；所述通信接口单元的输出端连接至所述滤波算法单元；所述数据存储单元的输出端经滤波算法单元后作为所述微处理器的控制输出端连接所述磁保持继电器驱动电路的控制输入端。

3.根据权利要求1所述的基于磁保持继电器的自动切换开关电路，其特征在于：所述的磁保持继电器驱动电路具体包括有型号均为ADG604的第一多路转换开关芯片和第二多路转换开关芯片，并且，所述第一多路转换开关芯片和第二多路转换开关芯片分别具有14个管脚；

其中，所述第一多路转换开关芯片的第一管脚和第十四管脚分别连接所述微处理器的控制输出端，该第一多路转换开关芯片的第二管脚和第十二管脚分别连接3.3V直流电，该第一多路转换开关芯片的第三管脚、第十一管脚和第十三管脚均接地，该第一多路转换开关芯片的第五管脚连接12V直流电，该第一多路转换开关芯片的第四管脚、第七管脚、第八管脚、第九管脚和第十管脚均悬空；所述第二多路转换开关芯片的第一管脚和第十四管脚分别连接所述微处理器的控制输出端，该第二多路转换开关芯片的第二管脚和第十二管脚分别连接3.3V直流电，该第二多路转换开关芯片的第三管脚、第五管脚和第十三管脚均接地，该第二多路转换开关芯片的第十一管脚连接12V直流电，该第二多路转换开关芯片的第四管脚、第七管脚、第八管脚、第九管脚和第十管脚均悬空；所述第一多路转换开关芯片的第六管脚和所述第二多路转换开关芯片的第六管脚分别连接在所述磁保持继电器的电磁线圈的两端。

4.根据权利要求1所述的基于磁保持继电器的自动切换开关电路，其特征在于：所述的开关状态检测电路包括有开关状态取样电路、整形滤波电路和施密特触发器电路，其中，所述开关状态取样电路的输入口即为所述开关状态检测电路的开关状态采集端，所述施密特触发器电路的输出口即为所述开关状态检测电路的开关状态输出端；所述磁保持继电器的开关状态检测端和所述的开关状态采集端相连，所述开关状态取样电路的输出口和所述整形滤波电路的输入口相连，该整形滤波电路的输出口和所述施密特触发器电路的输入口相连，所述施密特触发器电路的输出口和所述微处理器的开关状态输入端相连。

5.根据权利要求4所述的基于磁保持继电器的自动切换开关电路，其特征在于：所述的开关状态检测电路具体包括有型号为CD40106的施密特触发器以及型号均为LM339的第一电压比较器和第二电压比较器；其中，所述施密特触发器具有14个管脚，所述第一电压比较器的反相输入端一路经第一电阻连接所述磁保持继电器的常开触点，另一路经第二电阻接地，该第一电压比较器的同相输入端连接预定参考电压，该第一电压比较器的电源正极输入端连接5V直流电，该第一电压比较器的电源负极输入端接地，所述第一电压比较器的输出端连接所述施密特触发器的第一管脚；所述第二电压比较器的反相输入端一路经第三电阻连接所述磁保持继电器的常闭触点，另一路经第四电阻接地，该第二电压比较器的同相输入端连接所述的预定参考电压，该第二电压比较器的电源正极输入端连接5V直流电，该第二电压比较器的电源负极输入端接地，所述第二电压比较器的输出端连接所述施密特触发器的第三管脚；所述施密特触发器的第二管脚经第五电阻接地，该施密特触发器的第四管脚经第六电阻一路接地，另一路经电容连接该施密特触发器的第十四管脚，该施密特触发器的第十四管脚同时连接5V直流电，所述施密特触发器的第七管脚接地。