CN105656464A - 一种断电延时型继电器输出电路 - Google Patents

一种断电延时型继电器输出电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种断电延时型继电器输出电路，该电路包括控制单元、MOSFET驱动光耦、MOSFET关断光耦、MOSFET驱动网络、MOSFET管和输出单元；控制单元分别与MOSFET驱动光耦和MOSFET关断光耦连接,MOSFET驱动光耦和MOSFET关断光耦均通过MOSFET驱动网络与MOSFET管连接,？MOSFET管连接与输出单元连接。本发明的电路设计使得信号控制在断电延时阶段无需为维持输出状态消耗额外电流，降低了信号延时控制电路的储能要求，减小产品体积的同时可以降低元件成本；同时由于未采用传统磁保持继电器，产品可以全部使用贴片封装，容易实现更轻薄的产品尺寸，方便SMT生产减少生产时间，具有广泛的应用前景。

Description

一种断电延时型继电器输出电路
技术领域
本发明涉及一种继电输出电路，特别涉及一种断电延时型继电器输出电路，属于工业控制应用中的时间继电器技术领域。
背景技术
在工业控制中，一些毫秒级的脉冲控制信号不方便被通用的控制器识别。在这种情况下，业界普遍会使用断电延时继电器来实现脉宽的扩展，将毫秒级的开关信号转换为秒级的电平信号，从而使其便于被通用的控制器识别；同时这种断电延时继电器还可以消除一些电路波动引起的输出信号误翻转的影响。
另外，由于断电延时继电器在断电后延时模块和输出器件仍要继续工作，所以一般采用储能电容维持，其能量从脉冲信号中获取。这就要求延时模块和输出器件尽可能消耗更低的电流，来减少储能电容的体积以适配更多的应用场景。
目前，一般的断电延时继电器使用双稳态磁保持继电器作为信号输出，从而利用磁保持继电器的脉冲触发状态转换的特性来实现断电后的低电流消耗。但是电磁继电器因为特定的机构要求，一般体积都比较大，对应产品的小型化有困难，元件成本较高，在应用上也具有一定的局限性。
因此，如何提供一种储能器件体积小、能耗低、成本低的断电延时型继电器输出电路，成为了业界研发人员努力的方向。
发明内容
针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种断电延时型继电器输出电路，该电路可以类似磁保持继电器一样通过吸合脉冲和释放脉冲来控制输出状态；并且脉冲控制可以减小控制电路在断电延时过程的功耗，从而减小控制电路中储能器件的大小，降低元件成本。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
一种断电延时型继电器输出电路，该电路包括控制单元、MOSFET驱动光耦、MOSFET关断光耦、MOSFET驱动网络、MOSFET管和输出单元；所述控制单元分别与所述MOSFET驱动光耦和所述MOSFET关断光耦连接,所述MOSFET驱动光耦和所述MOSFET关断光耦均通过所述MOSFET驱动网络与所述MOSFET管连接,所述MOSFET管与输出单元连接。
进一步的，所述MOSFET驱动光耦为光电池输出型光耦，所述MOSFET驱动网络包括储能电容。
更进一步的，所述MOSFET驱动网络包括下拉电阻、储能电容、限压保护二极管、MOSFET驱动加速电容、驱动单向二极管和放电限流电阻，所述下拉电阻一端分别与所述放电限流电阻一端、所述MOSFET驱动加速电容一端、所述驱动单向二极管正极、所述MOSFET驱动光耦输出端正极连接，所述下拉电阻另一端分别与所述MOSFET驱动光耦输出端负极、所述MOSFET关断光耦输出端负极、所述储能电容一端、所述限压保护二极管正极、所述MOSFET管源极连接，所述放电限流电阻另一端分别与所述MOSFET驱动加速电容另一端、所述驱动单向二极管负极、所述MOSFET关断光耦输出端正极、所述储能电容另一端、所述限压保护二极管负极、所述MOSFET管栅极连接。
本发明中控制单元用来接收延时逻辑的控制信号，前端的延时控制模块通过对网络电平的置高和拉低来控制MOSFET驱动光耦和MOSFET关断光耦的开关状态；MOSFET驱动光耦在发射LED导通后，能够在输出的二极管阵列上输出一个电压信号，这个电压可以通过MOSFET驱动网络控制MOSFET管的导通，并且MOSFET驱动光耦同时提供控制单元和输出单元之间的电气隔离；MOSFET关断光耦在发光LED导通后，能够导通输出的晶体管，可以将MOSFET驱动网络中储能电容上的电量释放，并且MOSFET关断光耦同时提供控制单元和输出单元之间的电气隔离。
与现有技术相比，本发明的优点包括：
本发明的电路设计使得信号控制在断电延时阶段无需为维持输出状态消耗额外电流，降低了信号延时控制电路的储能要求，在减小产品体积的同时可以降低元件成本；同时由于未采用传统磁保持继电器，产品可以全部使用贴片封装，容易实现更轻薄的产品尺寸，方便SMT生产，减少生产时间，具有广泛的应用前景。
附图说明
图1是本发明一较佳实施例中断电延时型继电器输出电路的电路图。
具体实施方式
鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
实施例
请参阅图1所示，该断电延时型继电器输出电路包括控制单元10，MOSFET驱动光耦20，MOSFET关断光耦30，MOSFET驱动网络40，MOSFET管50和输出单元60；控制单元10分别与MOSFET驱动光耦20和MOSFET关断光耦30连接,MOSFET驱动光耦20和MOSFET关断光耦30均通过MOSFET驱动网络40与MOSFET管50连接,MOSFET管50与输出单元60连接。
其中，控制单元10包括两个第一电压输出端、第二电压输出端、第一电阻R17、第二电阻R16、第一网络电平的置高/拉低输出端RLY_ON和第二网络电平的置高/拉低输出端RLY_OFF，MOSFET驱动光耦20为光电池输出型光耦，包括光电耦合器U4。MOSFET关断光耦30包括光电耦合器U3，MOSFET驱动网络40包括下拉电阻R19、储能电容C11、限压保护二极管D4、MOSFET驱动加速电容C10、驱动单向二极管D3、第一放电限流电阻R5和第二放电限流电阻R18，MOSFET管50包括MOSFET管Q1，输出单元60包括第一输出端TP1和第二输出端；本实施例中还包括限压二极管D2。其中，光电耦合器U3为常规光敏器件输出型，例如光敏二极管输出型，而光电耦合器U4则为光电池输出型，当原边导通之后，所产生的光能会对副边的光电池进行充电，进而产生感应电压，也即输出电压，因此使得副边能够直接驱动外接负载。
本实施例中具体连接方式为：光电耦合器U4输入端正极经第一电阻R17与第一电压输出端连接，光电耦合器U4输入端负极与第一网络电平的置高/拉低输出端RLY_ON连接，光电耦合器U3输入端正极经第二电阻R16与第二电压输出端连接，光电耦合器U3输入端负极与第二网络电平的置高/拉低输出端RLY_OFF连接，下拉电阻R19一端分别与第一放电限流电阻R5一端、MOSFET驱动加速电容C10一端、驱动单向二极管D3正极和光电耦合器U4输出端正极连接，下拉电阻R19另一端分别与光电耦合器U4输出端负极、光电耦合器U3输出端负极、储能电容C11一端、限压保护二极管D4正极和MOSFET管Q1源极连接，第一放电限流电阻R5另一端与第二放电限流电阻R18一端连接，第二放电限流电阻R18另一端分别与MOSFET驱动加速电容C10另一端、驱动单向二极管D3负极、光电耦合器U3输出端正极、储能电容C11另一端、限压保护二极管D4负极和MOSFET管Q1栅极连接,MOSFET管Q1漏极与限压二极管D2负极和第一输出端TP1连接，MOSFET管Q1源极与限压二极管D2正极和第二输出端TP4连接。其中，第一电压输出端和第二电压输出端的输出电压为﹢3.3V。
本实施例中工作原理如下：
a.在初始状态
MOSFET驱动网络40由于下拉电阻R19、第一放电限流电阻R5和第二放电限流电阻R18的作用，呈现关断状态。
b.需要输出导通时
控制单元10中的第一网络电平的置高/拉低输出端RLY_ON被前端电路拉到低电平，MOSFET驱动光耦20输入导通，其输出电压通过MOSFET驱动网络40开通MOSFET管50，并且对储能电容C11进行充电；与此同时控制单元10中第二网络电平的置高/拉低输出端RLY_OFF必须要置为高电平，保证MOSFET关断光耦30的输出关断。
c.维持输出状态时
如前所述，在工业控制中，有些控制信号为毫秒级的脉冲控制信号，其维持时间短，脉冲控制信号结束之后，控制单元10中的第一网络电平的置高/拉低输出端RLY_ON被前端电路拉到高电平，MOSFET驱动光耦20的输入电流关断，其输出侧电平拉低；与此同时控制单元10中的第二网络电平的置高/拉低输出端RLY_OFF必须要维持高电平，保证MOSFET关断光耦30的输出关断；MOSFET管50靠MOSFET驱动网络40中的储能电容C11的放电维持开启状态，且因为储能电容C11的放电回路中有大阻值的第一放电限流电阻R5和第二放电限流电阻R18限制放电电流，MOSFET管50的开启状态可以维持足够长时间(秒级）。
d.输出关断
控制单元10中的第一网络电平的置高/拉低输出端RLY_ON维持高电平，MOSFET驱动光耦20的输入电流关断，输出侧电平拉低；与此同时控制单元10中的第二网络电平的置高/拉低输出端RLY_OFF必须要置为低电平，使MOSFET关断光耦30的输出导通，将储能电容C11储存的电量释放，关断MOSFET管50。
综上所述，本发明的电路设计使得信号控制在断电延时阶段无需为维持输出状态消耗额外电流，降低了信号延时控制电路的储能要求，在减小产品体积的同时可以降低元件成本；同时由于未采用传统磁保持继电器，产品可以全部使用贴片封装，容易实现更轻薄的产品尺寸，方便SMT生产，减少生产时间，具有广泛的应用前景。
应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种断电延时型继电器输出电路，其特征在于，该电路包括控制单元、MOSFET驱动光耦、MOSFET关断光耦、MOSFET驱动网络、MOSFET管和输出单元；所述控制单元分别与所述MOSFET驱动光耦和所述MOSFET关断光耦连接,所述MOSFET驱动光耦和所述MOSFET关断光耦均通过所述MOSFET驱动网络与所述MOSFET管连接,所述MOSFET管与输出单元连接。
2.根据权利要求1所述的断电延时型继电器输出电路，其特征在于，所述MOSFET驱动光耦为光电池输出型光耦，所述MOSFET驱动网络包括储能电容。
3.根据权利要求2所述的断电延时型继电器输出电路，其特征在于，所述MOSFET驱动网络包括下拉电阻、储能电容、限压保护二极管、MOSFET驱动加速电容、驱动单向二极管和放电限流电阻，所述下拉电阻一端分别与所述放电限流电阻一端、所述MOSFET驱动加速电容一端、所述驱动单向二极管正极、所述MOSFET驱动光耦输出端正极连接，所述下拉电阻另一端分别与所述MOSFET驱动光耦输出端负极、所述MOSFET关断光耦输出端负极、所述储能电容一端、所述限压保护二极管正极、所述MOSFET管源极连接，所述放电限流电阻另一端分别与所述MOSFET驱动加速电容另一端、所述驱动单向二极管负极、所述MOSFET关断光耦输出端正极、所述储能电容另一端、所述限压保护二极管负极、所述MOSFET管栅极连接。
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