CN1044533C - 电磁器件的驱动电路 - Google Patents

Abstract

一种电磁接触器的驱动电路包含一个与接触器线圈并联的浪涌吸收器和二极管的串联回路以及一个与浪涌吸收器并联的晶体管。在一种操作方式下，在起动接触器后的一个延迟时间内，晶体管保持在导通状态。这就使得在利用晶体管使由于线圈的反电动势引起的电流下降到低于浪涌吸收器的容许电流之前防止该电流流经浪涌吸收器。这使之能够保护浪涌吸收器免于过热。在另一种方式下，在直流电源被除去之后，立即关断晶体管。这使之能够几乎没有延时地断开接触器。

Description

电磁器件的驱动电路

本发明涉及一种电磁器件的驱动电路，用于接通或关断电磁接触器之类器件。

一个电磁接触器通过使在其铁芯上的线圈通电或断电，借此吸引或释放其衔铁而使其接通或断开。最好，这样一种电磁器件的驱动电路小而价廉，且其吸引和释放时间短。因此，熟知的常规电磁器件其线圈都带有一个续流(freewheeling)电路。

图1表示用于这样一种电磁接触器的电磁器件的常规驱动电路。在图1中，绕在该图未表示的铁芯上的线圈1与晶体管2的集电极串联。晶体管2的基极连接到矩形波振荡器3的输出端，其发射极连接到振荡器3的一端。浪涌吸收器4和二极管5的串联电路与线圈1相并联，浪涌吸收器4与晶体管6的集电极和发射极相并联。线圈1和晶体管2的串联电路经过串联的二极管71、72和开关9连到直流电源10。晶体管6的基极经过电阻73连接到二极管72与开关9的连接点上。二极管71和72与电阻73构成晶体管6的控制回路7A。

该电磁器件的驱动电路的操作粗分为两种操作方式。在第一种操作方式中，在开关9和接触器闭合后，开关9立即断开。在第二种操作方式中，在接触器闭合以及接着处于保持状态后，开关才断开。

图2介绍按第一种操作方式工作的情况。如图2(A)中所示，开关9在时间t₀闭合并且在时间t₀之后的时间t₁处再次立即断开。如图2(A)中所示，在时间t₀处闭合开关9，将电源10的电压E₁经过两个二极管71和72跨接到线圈1和晶体管2的串联回路以及矩形波振荡器3上。振荡器3产生如图2(B)所示的起动脉冲V_P1，线圈1带电通以如图2(C)所示的线圈起动电流I₁₁。因为从时间t₀至t₁，二极管5被反向偏置，并没有电流通过晶体管6，在时间t₁处开关9被断开。因此，由于在时间t₁处断开开关9，由线圈1产生的反电动势全部施加跨接到二极管5和浪涌吸收器4的串联电路上，如图2(E)中所示的一个相当大的电流i流经浪涌吸收器4。

图3介绍按第二种操作方式工作的情况。在这种操作方式下，在接触器已经进入保持状态之后，开关9在时间t₄处被断开。如图3(A)所示，在时间t₀处，开关9闭合。通过这一操作，振荡器3向晶体管2的基极提供矩形脉冲电压V_P，该电压由一个宽的起动脉冲V_P1和接续的各窄的保持脉冲V_P2构成。因此，线圈电流I₁流经线圈1，借此吸持衔铁。在这种情况下，因为跨接在两个二极管71和72上的电压降向晶体管6提供一个正偏置，在时间t₁处，由于线圈1的反电动势所产生的电流开始流经晶体管6。因此，在脉冲电压V_P没有加到晶体管2上的时间间隔中，按如图3(D)所示的电流I₂，在线圈1中存储的电磁能量流经晶体管6。因此，流经线圈1的电流I₁是电源10所提供的电流与电流I₂之和。

当开关9在时间t₄处被断开时，电源10的电压E₁和振荡器3的输出被除去。晶体管6关断。因此电流I₂终止。在线圈1中存贮的电磁能量以电流i流经二极管5和浪涌吸收器4。由于浪涌吸收器4具有大的电阻，电流i很快衰减，在时间t₆衔铁释放，借此断开电磁接触器。

常规的电磁器件的驱动电路在第一种操作方式下存在一个问题，在这种方式下，在时间t₀开关9闭合，如图2(A)和(B)中所示，在宽起动脉冲V_P1从振荡器3提供到晶体管2的基极之后，在时间t₁处立即再次断开。在这种情况下，流经线圈1的一个相当大的电流I₁(下文称为线圈起动电流I₁₁)立即将它的通道改变到浪涌吸收器4，流经的电流示为电流i。因此，浪涌吸收器4过热，有时可能损坏。

为了克服这一问题，提出了图4中所示的另一种常规的电磁器件的驱动电路。图4所示的驱动电路具有一个电容器74，该电容器与图1中的驱动电路的控制电路7A中串联的二极管71和72相并联。二极管71、72，电阻73和电容器74构成了一个新的控制电路7B。

参阅图5和图6解释电磁器件的该驱动电路的工作，图5介绍第一种操作方式，其中在时间t₀开关9闭合，如图2所示，在宽起动脉冲V_P1从振荡器3提供到晶体管2的基极以后在时间t₁立即断开开关9。

在图5中，在时间t₀处闭合开关9，跨接二极管71和72产生一个电压降，该电压降使控制电路7B的电容器74充电。然后，在时间t₁处断开开关9，分别从线圈1和晶体管2的基极除去电源10的电压E₁和振荡器3的输出。然而，在直到图5(D)中所示的放电终止的延迟时间T，由于电容器74的放电，晶体管6连续处于导通状态。在放电过程中，线圈电流I₁流经晶体管6，如电流I₂所示。由于晶体管6的电阻，电流I₂逐渐衰减，如图5(D)中所示，在延迟时间T之后的时间t₃处，电流I₂下降到低于浪涌吸收器4的容许电流i₀。在时间t₃，晶体管6关断，低于容许电流i₀的电流i流经浪涌吸收器4。电流i快速下降，衔铁被释放，电磁接触器断开。因此，在图4所示的第二种常规驱动电路中，由于流经浪涌吸收器4的电流i被限制到容许电流i₀之下，防止了浪涌吸收器4的过热或烧坏。

然而，第二种常规的驱动电路延迟了与浪涌吸收器4并联的晶体管6的关断时间。该延迟在第一种操作方式下是有效的，因为在如图5(C)和(D)所示的延迟时间T内，该相当大的线圈电流I₁被降低到低于浪涌吸收器4的容许电流i₀。然而，在第二种操作方式下，该延迟仅用于延迟接触器的操作。

图6介绍图4中所示的第二种常规驱动电路的第二种操作方式。在第二种操作方式下，在接触器已经进入保持方式之后，开关9断开，在该保持方式下，如图6(A)-(C)所示，利用在起动脉冲V_P1之后输出的保持脉冲V_P2使接触器保持。在时间t₄处开关9被断开之后的延迟时间内，晶体管6连续处于导通状态。这只不过用于延迟接触器的断开操作，因为在这种情况下，不必要降低该线圈1的小保持电流。

因为第二种操作方式的频率远高于第一种操作方式的频率，包含在第二种操作方式中的延迟是不希望有的。

因此，本发明的一个目的是提供一种电磁器件的驱动电路，其能防止浪涌吸收器的过热或烧坏，同时不带延迟地断开接触器。

根据本发明的一个方面，提供一种具有线圈的电磁器件的驱动电路，该驱动电路具有的一个回路包含，直流电源、开关、线圈和第一开关器件，该驱动电路包含：

一个振荡器，它的输出端连接到第一开关器件的控制端，该振荡器向第一开关器件提供一个起动脉冲和接续起动脉冲的各保持脉冲，当开关闭合时，产生起动脉冲，起动脉冲的宽度大于各保持脉冲的宽度；

浪涌吸收器和二极管的串联回路，该串联回路与电磁器件的线圈相并联、其并联的方向使该串联回路吸收线圈的反电动势；

第二开关器件，其与浪涌吸收器相并联；以及

控制电路，其在开关闭合后，保持第二开关器件在预定的延迟时间内处于导通状态，该预定延迟时间比起动脉冲的宽度要长。

这里，第一开关器件可以是第一晶体管，第一开关装置的控制端可以是第一晶体管的基极。

第二开关器件可以是第二晶体管，以及控制电路可以包含：

单次触发的脉冲电路，其响应于开关的闭合产生一个脉冲，脉冲的宽度基本上等于预定的延迟时间；

一个或门，其对单次触发脉冲电路的输出和代表开关导通状态的信号进行或运算：以及

一个基极电流电路，其响应于或门输出信号控制第二晶体管，当在预定的延迟时间内开关被断开时，在预定延迟时间过后，该基极电流电路关断第二晶体管，以及当在预定延迟时间之后开关被断开时，在开关被断开后立即关断第二晶体管。

控制电路可以包含一个光耦合器，它的发光二极管经过电阻连接到或门的输出，它的接收由发光二极管发出的光的光电晶体管包含在基极电流电路中。

第一晶体管的集电极可以连接到线圈上，第一晶体管的发射极可以连接到直流电源的负端，第二晶体管的集电极可以经过一个二极管连接到第一晶体管的集电极，第二晶体管的发射极可以经过一个开关连接到直流电源的正端。

基极电流电路可以包含：

第三晶体管，它的发射极连接到第二晶体管的发射极，它的集电极连接到第二晶体管的基极；

直流控制电源，它的负端连接到第三晶体管的发射极，它的正端分别经过电阻连接到第三晶体管的集电极和光电晶体管的集电极：以及

连接在直流控制电源的正端和负端之间的电容器，

其中，光电晶体管的发射极连接到第三晶体管的发射极，光电晶体管的集电极连接到第三晶体管的基极。

单次触发脉冲电路可以包含：

电阻和电容器的串联回路，该串联回路连接到或门的输出端；

一个反相器，它的输入端连接到串联回路中的电阻和电容的连接点；以及

一个与门，它的第一输入端连接到或门的输出端，第二输入端连接到反相器的输出端，与门产生该单次触发脉冲电路的输出。

根据本发明，在第一种操作方式下，在开关被断开后，在延迟时间内，第二晶体管维持导通。因此，由于反电动势产生的线圈电流流经第二晶体管，使得在线圈电流流经浪涌吸收器之前，线圈电流降低到浪涌吸收器的容许电流之下。另一方面，在第二种操作方式下，在开关被断开之后，第二晶体管立即关断，因此接触器无延迟地断开。在这种情况下，尽管在开关被断开之后，线圈电流立即流经浪涌吸收器，这并不会引起浪涌吸收器的过热或烧坏，因为保持电流小于起动电流，因此，流经浪涌吸收器的线圈电流低于容许电流。

结合附图，通过对实施例的如下介绍，本发明的上述和其它目的、效果、特征和优点将会变得更明显。

图1是表示常规的电磁器件的驱动电路的电路图；

图2是介绍在第一种操作方式下，图1所示常规驱动电路操作的时间示意图；

图3是介绍在第二种操作方式下，图1所示常规驱动电路操作的时间示意图；

图4是表示另一种常规的电磁器件的驱动电路的电路图；

图5是介绍在第一种操作方式下，图4所示的常规驱动电路操作的时间示意图；

图6是介绍在第二种操作方式下，图4所示的常规驱动电路操作的时间示意图；

图7是表示根据本发明的电磁器件的驱动电路的实施例的电路图；

图8是介绍在第一种操作方式下，图7所示的驱动电路的操作的时间示意图；以及

图9是介绍在第二种操作方式下，图7所示的驱动电路的操作的时间示意图。

下面参照附图介绍本发明。

图7是表示根据本发明的电磁器件驱动电路的实施例的电路图。图7中所示的电磁器件的驱动电路提供控制电路7C代替在图1和图4所示的常规驱动电路中的控制电路7A和7B。

控制电路7C包含：基极电流电路88、或门81、光耦合器76的发光二极管(LED)76B和电阻82的串联回路以及一个单次触发脉冲电路87。

基极电流电路88包含：控制晶体管75、光耦合器76的光电晶体管76A、电容器77、直流控制电源78以及电阻79和80。控制晶体管75的发射极连接到直流控制电源78的负端，其集电极连接到晶体管6的基极以及经过电阻79连接到直流控制电源78的正端。光电晶体管76A的发射极连接到直流控制电源78的负端、其集电极连接到控制晶体管75的基极以及经过电阻80连接到直流控制电源的正端。电容器77与直流控制电源78相并联，其功能是作为控制电源78的阻抗降低电容器。

IED76B的阳极经过电阻82连接到或门81的输出端。LED76B的阴极连接到晶体管2的发射极。或门81的第一输入端连接到晶体管6的发射极，或门81的第二输入端连接到单次触发脉冲电路87的与门86的输出端。

单次触发脉冲电路87连接到或门81的输出端，其包含：串联的电阻83和电容器84、反相器85和与门86。串联连接的电阻83和电容器84连接到或门81的输出端。反相器85的输入端连接到电阻83和电容器84的连接点上。与门86的第一输入端连接到反相器85的输出端，与门86的第二输入端连接到或门81的输出端。

下面参照在图8和图9中所示的时间示意图介绍电磁器件的驱动电路的工作。

图8个绍该实施例的第一种操作方式。具体地说，它表示当在时间t₀处闭合开关9以及如图2和图5中所示，在由振荡器3向晶体管2的基极施加一个宽起动脉冲V_P1以后，在时间t₁处立即断开开关9的情况。

如图8(A)所示，当在时间t₀闭合开关9时，电源10的电压E₁加到线圈1、振荡器3和或门81的第一输入端。因此，如图8(B)所示，振荡器3开始产生起动脉冲V_P1。

如图8(B)所示，在时间t₀由振荡器3所产生的宽起动脉冲V_P1被加到晶体管2的基极上。这将使得如图8(F)所示，一个相当大的起动电流I₁₁流经线圈1，在时间t₁处，接触器闭合。

在同一个时间t₀，如图8(C)所示，由或门81的输出端产生一个“H”(高电平)信号。由于或门81所输出的“H”信号使光耦合器76的LED76B导通且光电晶体管76A导通。这使得控制晶体管75关断，接着使晶体管6导通。

在时间t₀由或门81所输出的“H”信号也被加到与门86的第二输入端。在该时间t₀处，因为电容器84还没有被充电，与门86的第一输入端保持在“H”电平，因此，一个“L”(低电平)信号加到反相器85的输入端。因此，反相器85的输出为“H”电平，与门86输出一个“H”信号，如图8(D)和(E)所示。与门86的输出加到或门81的第二输入端。

然而，按照由电阻83和电容84所决定的时间常数电容器84被充电，在时间t₁之后的时间t₂处，反相器85的输出下降到零。换句话说，从时间t₀到t₂的延迟时间T由电阻83和电容器84的时间常数决定。当在时间t₂处反相器85的输出变到“L”电平时，如图8(E)所示，与门86的输出下降到“L”电平。因此，与门86输出一个宽度等于延迟时间T的单次触发脉冲。

假设开关9严格在时间t₁打开，因为这将提供一个最恶劣的条件，在于在时间t₁处，起动电流I₁₁变得最大。在这种情况下，尽管在时间t₁处，或门81的第一输入端降到“L”电平，或门81的第二输入端保持在“H”电平，这是因为时间t₁呈现在如图8(E)所示的延迟时间T的范围内。如图8(C)所示，在时间t₂处，或门81的输出下降到“L”电平。换句话说，由于延迟时间T，从时间t₀到时间t₂，或门81的输出保持在“H”电平，且晶体管6维持导通。因此，相当大的线圈起动电流I₁₁流经线圈1和晶体管6，由于晶体管6的电阻该电流逐渐衰减。因此，如图8(F)所示，从时间t₁到时间t₂，线圈起动电流I₁₁下降到浪涌吸收器4的容许电流i₀以下。当在时间t₂处，晶体管6关断时，低于容许电流i₀的线圈起动电流I₁₁从晶体管6向浪涌吸收器4改变其通道，如图8(H)中所示的电流i流经浪涌吸收器4。电流i快速衰减，接触器在时间t₆断开。该实施例使之能够防止该电流超过流经浪涌吸收器4的容许电流，借此防止浪涌吸收器4的过热或烧坏。

图9介绍如图6所示的在第二种操作方式的实施例的工作情况。在这种操作方式下，在线圈电流I₁已经降到保持电流之后，在时间t₄处，开关断开。

在从时间t₀到时间t₂的延迟时间T期间，与门86的输出保持在“H”电平，然后如图9(E)中所示，在时间t₂下降到“L”电平。从与门86输出的“L”电平信号加到或门81的第二输入端。然而，或门81的第一输入端因为开关9闭合而被保持“H”电平。因此，或门81的输出一直到时间t₄保持“H”电平，如图9(C)所示，在时间t₄开关9被断开。因此，LED76B连续发光，一直到时间t₄光电晶体管76A保持导通状态。因此，控制晶体管75维持截止状态，晶体管6保持导通状态。

当在时间t₄处，开关9打开时，晶体管6瞬时关断，因为在时间t₄，或门81的输出下降到“L”电平，光电晶体管76A被关断，控制晶体管75导通。因此，低于浪涌吸收器4的容许电流i₀的线圈1的保持电流I₁₂在时间t₄，如电流i所示开始流经浪涌吸收器4。电流i快速衰减，在时间t₄之后的时间t₆处，接触器立即被断开。因此在第二种方式下，接触器不带时延断开。

关于各种实施例，已经详细地对本发明作了介绍，对本技术领域的熟练人员来说，由上述内容可以明显看出，可以在更广泛的方面，不脱离本发明构思的情况下可以进行改变和改进，因此，在所提权利要求书中的意图是将所有这些改变和改进都覆盖落入本发明的实际构思中。

Claims (7)

1．一种具有一个线圈的电磁器件的驱动电路，所述驱动电路具有的一个回路包含一个直流电源；一个开关；所述线圈；一个第一开关器件；一个振荡器，它的输出端连接到所述第一开关器件的控制端，所述振荡器向所述第一开关器件提供一个起动脉冲和接续的各保持脉冲，当开关闭合时产生所述起动脉冲，所述起动脉冲的宽度大于所述保持脉冲的宽度；浪涌吸收器和二极管的串联回路，所述串联回路沿这样一个方向与电磁器件的所述线圈相并联，使得所述串联回路吸收所述线圈的反电动势；和第二开关器件，其与所述浪涌吸收器相并联；

其特征在于，

一个控制电路，与所述第二开关器件相连，用于在开关闭合之后，使所述第二开关器件在预定的延迟时间内维持导通，所述预定延迟时间长于起动脉冲的宽度。

2．如权利要求1所述的电磁器件驱动电路，其中的所述第一开关器件是第一晶体管，以及所述第一开关器件的所述控制端是所述第一晶体管的基极。

3．如权利要求2所述的电磁器件的驱动电路，其中所述的第二开关器件是第二晶体管，所述控制电路包含：

单次触发的脉冲电路，其响应于开关的闭合产生一个脉冲，所述脉冲的宽度基本上等于所述的预定延迟时间；

一个或门，其对所述单次触发脉冲电路的输出和代表所述开关导通状态的信号进行或运算；以及

一个基极电流电路，其响应于所述或门的输出信号控制所述第二晶体管，当在所述预定的延迟时间内所述开关断开，在所述预定延迟时间过后，所述基极电流电路关断所述第二晶体管，在所述预定延迟时间后所述开关断开时，在所述开关断开以后立即关断所述第二晶体管。

4．如权利要求3所述的电磁器件的驱动电路，其中所述的控制电路包含一个光耦合器，它的发光二极管经过一个电阻连接到所述或门的输出端，以及它的光电晶体管接收来自发光二极管的光并包含在所述基极电流电路中。

5．如权利要求4所述的电磁器件的驱动电路，其中所述的第一晶体管的集电极连接到所述线圈上，所述第一晶体管的发射极连接到所述直流电源的负端，所述第二晶体管的集电极经过所述二极管连接到所述第一晶体管的集电极，所述第二晶体管的发射极经过所述开关连接到所述直流电源的正端。

6．如权利要求5所述的电磁器件的驱动电路，其中所述的基极电流电路包含：

第三晶体管，它的发射极连接到所述第二晶体管的发射极，它的集电极连接到所述第二晶体管的基极，

直流控制电源，它的负端连接到所述第三晶体管的发射极，它的正端分别经过电阻连接到所述第三晶体管的集电极以及所述光电晶体管的集电极，以及

一个电容器，其连接在所述直流控制电源的正端和负端之间，

其中，所述光电晶体管的发射极连接到所述第三晶体管的发射极，所述光电晶体管的集电极连接到所述第三晶体管的基极。

7．如权利要求6所述的电磁器件的驱动电路，其中所述的单次触发的脉冲电路包含：

串联的电阻和电容器回路，所述的串联回路连接到所述或门的输出端；

一个反相器，它的输入端连接到所述串联回路中的所述电阻和电容的连接点上，以及

一个与门，它的第一输入端连接到所述或门的输出端，它的第二输入端连接到所述反相器的输出端，所述与门产生所述单次触发脉冲电路的输出。

Images