CN105955393A - 一种小型差分式高压输出型继电器控制盒 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小型差分式高压输出型继电器结构，所述继电器控制盒包括有底板、侧板、盖板和接线板组件；所述侧板内的底板上设有电路板支架和继电器支架，所述电路板支架上连接有控制电路板，继电器支架上连接有继电器；所述控制电路板的电路包括输入电源、三端稳压电路、差分驱动电路、尖峰抑制电路、控制信号防抖电路、继电器驱动电路及功率输出电路和状态指示电路。本发明具有体积小、重量轻、负载能力强、可靠性优良、绝缘电阻高、环境适应性好，信号不易衰减、抗干扰能力强、功耗低、可靠性强、且易于实现RS485、RS232、RS422、CAN、CC‑LINK总线远程控制，控制准确，动作灵敏，与计算机数字控制系统兼容，环境适应性强的特点。

Description

一种小型差分式高压输出型继电器控制盒

技术领域

本发明涉及一种继电器控制盒，特别是一种小型差分式高压输出型继电器控制盒。

背景技术

小型差分式高压输出型继电器是继电器领域的一个重要分支，其内部由高压真空继电器、可编程控制器、差分与TTL转换电路、保护电路组成。现有的继电器控制主要为整体式铣加工结构，体积大而笨重，负载能力弱，绝缘电阻小，不能满足航空航天、军用舰船、核工业、装甲武器等领域的使用要求。且输出电流50A、输出电压2000V，绝缘电阻2000MΩ以上的继电器控制盒目前做不到外形尺寸低于120.5mm×48.5mm×83.5mm,重量低于500g，封闭式结构。同时，传统高压供配电继电器为模拟电压型控制方式，远距离控制时信号衰减严重，抗干扰能力差，长时间工作时功耗严重，不符合航空航天、军用车载系统、船舶控制系统低功耗、高可靠、节能原则，且模拟电压控制难以实现计算机数字化。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种小型差分式高压输出型继电器控制盒。本发明采用分立式拼装结构，体积小、重量轻、负载能力强、可靠性优良、绝缘电阻高、环境适应性好；同时，具有信号不易衰减、抗干扰能力强、功耗低、可靠性强、且易于实现RS485、RS232、RS422、CAN、CC-LINK总线远程控制，控制准确，动作灵敏，与计算机数字控制系统兼容，环境适应性强的特点。

本发明的技术方案：一种小型差分式高压输出型继电器控制盒 ，所述继电器控制盒包括有底板，底板上设有侧板，侧板的一侧设有盖板，侧板的顶部设有接线板组件；所述侧板内的底板上设有电路板支架，电路板支架的一侧设有继电器支架，所述电路板支架上连接有控制电路板，控制电路板的输入端连接在接线板组件的输入端子上，继电器支架上连接有继电器，继电器的输出端连接在接线板组件的输出端子上；所述控制电路板上的电路包括 三端稳压电路、差分驱动电路、尖峰抑制电路、控制信号防抖电路、继电器驱动电路及功率输出电路和状态指示电路；所述三端稳压电路包括有三端稳压器，三端稳压器的IN脚连接第九电阻的一端，第九电阻的另一端分别连接在输入电源正极和第三电容的一端，第三电容的另一端接地，三端稳压器的GND脚分别连接第一电容和第二电容的一端并接地，第一电容和第二电容的另一端分别连接三端稳压器的OUT脚和IN脚；所述三端稳压器的OUT脚还分别与第四电容和第五电容的一端连接，第四电容和第五电容的另一端接地 。

前述的差分式高压输出型继电器控制盒，所述差分驱动电路包括有差分驱动器，差分驱动器的Vcc脚与三端稳压器的OUT脚直连，差分驱动器的A脚、R0脚和DI脚与三端稳压器的OUT脚之间分别串接有第三电阻、第一电阻和第二电阻，差分驱动器的B脚、GND脚、DE脚和RE脚分别与输入电源的负极连接并接地，其中B脚与输入电源的负极并接地之间串接有第四电阻；所述差分驱动器的A脚和B脚还分别经第七电阻和第八电阻连接在差分信号控制器的DH端和DL端，其中差分驱动器的A脚与B脚的两端设有第一稳压二极管和第二稳压二极管，第一稳压二极管和第二稳压二极管的正极相连并接地，第一稳压二极管和第二稳压二极管的负极分别连接在差分驱动器的A脚与B脚上，所述差分信号控制器的DH端和DL端的两端分别并接有第一高压气体放电管以及串联后的第二高压气体放电管和第三高压气体放电管，并在第二高压气体放电管和第三高压气体放电管之间的公共连接节点处接地。

前述的差分式高压输出型继电器控制盒，所述尖峰抑制电路包括瞬态电压抑制二极管，瞬态电压抑制二极管并联在输入电源的正极和负极的两端。

前述的差分式高压输出型继电器控制盒，所述控制信号防抖电路包括有单片微型控制器，单片微型控制器的GP3脚与所述差分驱动器的R0脚连接，单片微型控制器的Vdd脚与三端稳压器的OUT脚连接，单片微型控制器的Vss脚直接与输入电源的负极连接。

前述的差分式高压输出型继电器控制盒，所述继电器驱动电路及功率输出电路包括有第五电阻，第五电阻的一端连接在单片微型控制器的GP2脚，第五电阻的另一端分别连接在第六电阻的一端和三极管的基极，第六电阻的另一端和三极管的发射极分别连接在输入电源的负极并接地，三极管的集电极连接在高压真空继电器线圈的一端，高压真空继电器线圈的另一端连接在输入电源的正极，高压真空继电器的两端反向并联有续流二极管。

前述的差分式高压输出型继电器控制盒，所述高压真空继电器与输入电源正极之间串联有防反接二极管，防反接二极管的正极与输入电源的正极相连，防反接二极管的负极与高压真空继电器(J1)线圈的一端相连。

前述的差分式高压输出型继电器控制盒，所述状态指示电路包括有第十电阻、第十一电阻、红色指示灯和绿色指示灯，其中第十电阻的一端连接在单片微型控制器的GP1脚，另一端串接红色指示灯后连接在输入电源的负极并接地，第十一电阻的一端连接在单片微型控制器的GP0脚，另一端串接绿色指示灯后连接在输入电源的负极并接地。

前述的差分式高压输出型继电器控制盒， 所述控制电路板和继电器之间设有绝缘隔板。

前述的差分式高压输出型继电器控制盒，所述底板上设有安装孔。

本发明的有益效果：

1 、本发明结构采用分立拼装式封闭结构，相比于传统整体式铣加工结构而言，具有结构紧凑，装配及调试方便，体积小巧，重量轻，外形尺寸120.5mm×48.5mm×83.5mm max，重量小于500g。在体积和重量条件限制下，绝缘电阻高达2000MΩ（测试电压5000Vd.c.），介质耐压最高可达8000Va.c.（测试时间1min），输出能力50A，2500Va.c.。

2 、本发明的增加了绝缘隔板，绝缘电阻和介质耐压高。

3 、与现有机械电力切换开关相比，本发明配置有差分信号接收转换器、信号防抖动微控制器、防雷击浪涌电压保护电路、状态转换指示灯等控制、显示电路，具有信号不易衰减、抗干扰能力强、功耗低、可靠性强、且易于实现RS485、RS232、RS422、CAN、CC-LINK总线远程控制，控制准确，动作灵敏，与计算机数字控制系统兼容，环境适应性强的优点，尤其适用于船舶供配电系统、工矿自动化远程总线式控制系统等传输距离较远、环境较为恶劣、高电压大电流输出的交、直流供配电场合。

4 、根据实际应用，它是一个差分信号控制型高压配电开关，最大输出电压8000V，最大电流50A，因差分信号与计算机数字控制系统兼容性好，抗干扰能力强，故其控制距离较远，便于数字式远程总线控制，应用范围宽。

附图说明

附图1为本发明的外形图；

附图2为图1的内部结构图；

附图3为本发明的电路结构示意图。

附图标记说明：1-接线板组件，2-侧板，3-盖板，4-底板，5-控制电路板，6-电路板支架，7-继电器支架，8-高压真空继电器，9-安装孔，10-输入端子，11-输出端子，12-聚四氟乙烯隔板，IC1-三端稳压器，IC2-差分驱动器，IC3-单片微型控制器，R1-第一电阻,R2-第二电阻,R3-第三电阻,R4-第四电阻,R5-第五电阻,R6-第六电阻,R7-第七电阻,R8-第八电阻,R9-第九电阻,R10-第十电阻,R11-第十一电阻，C1-第一电容，C2-第二电容，C3-第三电容，C4-第四电容，C5-第五电容，Z1-第一稳压二极管，Z2-第二稳压二极管，G1-第一高压气体放电管，G2-第二高压气体放电管，G3-第三高压气体放电管，TVS1-瞬态电压抑制二极管，Q1-三极管，J1-高压真空继电器，D1-续流二极管，D2-防反接二极管，RL-红色指示灯，GL-绿色指示灯。

具体实施方式

本发明的实施例

一种小型差分式高压输出型继电器控制盒 ，如附图1-3所示，所述继电器控制盒包括有底板4，底板4上设有侧板3，侧板3的一侧设有盖板2（底板4、侧板3和盖板2均由金属材料制成），侧板3的顶部设有由 聚四氟乙烯材料制成的 接线板组件1；所述侧板3内的底板4上设有电路板支架6，电路板支架6的一侧设有继电器支架7（电路板支架6和继电器支架7均由聚四氟乙烯材料制成），所述电路板支架6上连接有控制电路板5，控制电路板5的输入端连接在接线板组件1的输入端子10上，继电器支架7上连接有继电器8，继电器8的输出端连接在接线板组件1的输出端子11上；所述控制电路板5上的电路包括 三端稳压电路、差分驱动电路、尖峰抑制电路、控制信号防抖电路、继电器驱动电路及功率输出电路和状态指示电路；所述三端稳压电路包括有三端稳压器IC1，三端稳压器IC1的IN脚连接第九电阻R9的一端，第九电阻R9的另一端分别连接在输入电源正极和第三电容C3的一端，第三电容C3的另一端接地，三端稳压器IC1的GND脚分别连接第一电容C1和第二电容C2的一端并接地，第一电容C1和第二电容C2的另一端分别连接三端稳压器IC1的OUT脚和IN脚；所述三端稳压器IC1的OUT脚还分别与第四电容C4和第五电容C5的一端连接，第四电容C4和第五电容C5的另一端接地 。

所述差分驱动电路包括有差分驱动器IC2，差分驱动器IC2的Vcc脚与三端稳压器IC1的OUT脚直连，差分驱动器IC2的A脚、R0脚和DI脚与三端稳压器IC1的OUT脚之间分别串接有第三电阻R3、第一电阻R1和第二电阻R2，差分驱动器IC2的B脚、GND脚、DE脚和RE脚分别与输入电源的负极连接并接地，其中B脚与输入电源的负极并接地之间串接有第四电阻R4；所述差分驱动器IC2的A脚和B脚还分别经第七电阻R7和第八电阻R8连接在差分信号控制器的DH端和DL端，其中差分驱动器IC2的A脚与B脚的两端设有第一稳压二极管Z1和第二稳压二极管Z2，第一稳压二极管Z1和第二稳压二极管Z2的正极相连并接地，第一稳压二极管Z1和第二稳压二极管Z2的负极分别连接在差分驱动器IC2的A脚与B脚上，所述差分信号控制器的DH端和DL端的两端分别并接有第一高压气体放电管G1以及串联后的第二高压气体放电管G2和第三高压气体放电管G3，并在第二高压气体放电管G2和第三高压气体放电管G3之间的公共连接节点处接地。

所述尖峰抑制电路包括瞬态电压抑制二极管TVS1，瞬态电压抑制二极管TVS1并联在输入电源的正极和负极的两端。

所述控制信号防抖电路包括有单片微型控制器IC3，单片微型控制器IC3的GP3脚与所述差分驱动器IC2的R0脚连接，单片微型控制器IC3的Vdd脚与三端稳压器IC1的OUT脚连接，单片微型控制器IC3的Vss脚直接与输入电源的负极连接。

所述继电器驱动电路及功率输出电路包括有第五电阻R5，第五电阻R5的一端连接在单片微型控制器IC3的GP2脚，第五电阻R5的另一端分别连接在第六电阻R6的一端和三极管Q1的基极，第六电阻R6的另一端和三极管Q1的发射极分别连接在输入电源的负极并接地，三极管Q1的集电极连接在高压真空继电器J1线圈的一端，高压真空继电器J1线圈的另一端连接在输入电源的正极，高压真空继电器J1的两端反向并联有续流二极管D1。

所述高压真空继电器J1与输入电源正极之间串联有防反接二极管D2，防反接二极管D2的正极与输入电源的正极相连，防反接二极管D2的负极与高压真空继电器(J1)线圈的一端相连。

所述状态指示电路包括有第十电阻R10、第十一电阻R11、红色指示灯RL和绿色指示灯GL，其中第十电阻R10的一端连接在单片微型控制器IC3的GP1脚，另一端串接红色指示灯RL后连接在输入电源的负极并接地，第十一电阻R11的一端连接在单片微型控制器IC3的GP0脚，另一端串接绿色指示灯GL后连接在输入电源的负极并接地。

所述控制电路板5和继电器8之间设有由聚四氟乙烯制成的绝缘隔板12。

所述底板4上设有安装孔9。

本发明安装时，首先将电路板支架6和继电器支架7通过螺钉固定子底板4上，然后将控制电路板5、高压真空继电器8和聚四氟乙烯隔板12通过螺钉分别固定在电路板支架6和继电器支架7上，然后盖上侧板2，将侧板2固定在盖板3上，最后盖上接线板组件1，形成密闭的拼接式结构。

本发明的工作原理：差分式高压输出型继电器控制盒电路由瞬态电压抑制二极管TVS1、输入滤波电容（第二电容C2和第二电容C3）、限流电阻（第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11及第五电阻R5和第六电阻R6）以及上拉电阻（第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3）、下拉电阻（第四电阻R4）、三端稳压器IC1、退耦电容（第四电容C4和第五电容C5及第一电容C1）、高压气体放电管（第一高压气体放电管G1、第二高压气体放电管G2和第三高压气体放电管G3）、稳压二极管（第一稳压二极管Z1和第二稳压二极管Z2）、防反接二极管D2、续流二极管D1、高压真空继电器J1、三极管Q1、红色指示灯RL及绿色指示灯GL、差分驱动器IC2、单片微型控制器IC3组成。被驱动的负载可以是交流型或直流型负载。

本发明电路共有三种工作状态，当电源输入端施加24Vd.c.直流电，差分控制信号（DH、DL）悬空时，差分转TTL电路的RO被第三电阻R3和第四电阻R4的作用下输出高电平，单片微控制器IC3检测到差分转TTL电路的RO端为高电平时，经过200ms的软件防抖处理后在GP2端输出低电平使三极管Q1截止关断，从而使高压真空继电器（J1）保持原状态不变化，即高压真空继电器的常开触点断开，常闭触点闭合，同时单片微控制器IC3的GP1端输出高电平，GP2端输出低电平，红色指示灯RL点亮，绿色指示灯GL熄灭。当电源输入端施加24Vd.c.直流电，差分控制信号（DH）为高电平，差分控制信号（DL）为低电平时，继电器控制盒的状态与差分信号控制端DH、DL悬空时一致。当电源输入端施加24Vd.c.直流电，差分控制信号（DH）为低电平、差分控制信号（DL）为高电平时，差分转TTL电路的RO输出低电平，单片微控制器IC3检测到差分转TTL电路的RO为低电平时，经过200ms的软件防抖处理后在GP2输出高电平使三极管Q1饱和导通，从而使高压真空继电器（J1）的状态翻转，即高压真空继电器的常开触点闭合，常闭触点断开。同时单片微控制器IC3的GP1输出低电平，GP2输出高电平，红色指示灯RL熄灭，绿色指示灯GL点亮。

24Vd.c 电源输入端并接一只双向瞬态电压抑制二极管TVS1是为防止输入电源受到高频尖峰电压冲击时产生的能量无泄放通道而损坏后级电器元件。

差分信号控制端DH、DL与24Vd.c电源的负极-之间接入三只高压气体放电管（第一高压气体放电管G1、第二高压气体放电管G2和第三高压气体放电管G3）是为防止控制信号在传输过程中受到雷击或高压冲击而损坏差分驱动器IC2。

差分信号控制端DH、DL与24Vd.c电源的负极之间接入限流电阻（第七电阻R7和第八电阻R8）和稳压二极管（第一稳压二极管Z1和第二稳压二极管Z2）目的是将差分控制信号电压和电流钳制在安全范围，防止差分信号线上出现过电流或过电压而损坏差分驱动器IC2。

高压真空继电器J1的线圈两端并接一只续流二极管D1是为高压真空继电器断电时提供一种泄放回路，防止高压真空继电器在切换时造成24Vd.c输入电源波动。

Claims (9)

1. 一种小型差分式高压输出型继电器控制盒，其特征在于：所述继电器控制盒包括有底板（4），底板（4）上设有侧板（3），侧板（3）的一侧设有盖板（2），侧板（3）的顶部设有接线板组件（1）；所述侧板（3）内的底板（4）上设有电路板支架（6），电路板支架（6）的一侧设有继电器支架（7），所述电路板支架（6）上连接有控制电路板（5），控制电路板（5）的输入端连接在接线板组件（1）的输入端子（10）上，继电器支架（7）上连接有继电器（8），继电器（8）的输出端连接在接线板组件（1）的输出端子（11）上；所述控制电路板（5）上的电路包括三端稳压电路、差分驱动电路、尖峰抑制电路、控制信号防抖电路、继电器驱动电路及功率输出电路和状态指示电路；所述三端稳压电路包括有三端稳压器（IC1），三端稳压器（IC1）的IN脚连接第九电阻（R9）的一端，第九电阻（R9）的另一端分别连接在输入电源正极和第三电容（C3）的一端，第三电容（C3）的另一端接地，三端稳压器（IC1）的GND脚分别连接第一电容（C1）和第二电容（C2）的一端并接地，第一电容（C1）和第二电容（C2）的另一端分别连接三端稳压器（IC1）的OUT脚和IN脚；所述三端稳压器（IC1）的OUT脚还分别与第四电容（C4）和第五电容（C5）的一端连接，第四电容（C4）和第五电容（C5）的另一端接地。

2.根据权利要求1所述的差分式高压输出型继电器控制盒，其特征在于：所述差分驱动电路包括有差分驱动器（IC2），差分驱动器（IC2）的Vcc脚与三端稳压器（IC1）的OUT脚直连，差分驱动器（IC2）的A脚、R0脚和DI脚与三端稳压器（IC1）的OUT脚之间分别串接有第三电阻（R3）、第一电阻（R1）和第二电阻（R2），差分驱动器（IC2）的B脚、GND脚、DE脚和RE脚分别与输入电源的负极连接并接地，其中B脚与输入电源的负极并接地之间串接有第四电阻（R4）；所述差分驱动器（IC2）的A脚和B脚还分别经第七电阻（R7）和第八电阻（R8）连接在差分信号控制器的DH端和DL端，其中差分驱动器（IC2）的A脚与B脚的两端设有第一稳压二极管（Z1）和第二稳压二极管（Z2），第一稳压二极管（Z1）和第二稳压二极管（Z2）的正极相连并接地，第一稳压二极管（Z1）和第二稳压二极管（Z2）的负极分别连接在差分驱动器（IC2）的A脚与B脚上，所述差分信号控制器的DH端和DL端的两端分别并接有第一高压气体放电管（G1）以及串联后的第二高压气体放电管（G2）和第三高压气体放电管（G3），并在第二高压气体放电管（G2）和第三高压气体放电管（G3）之间的公共连接节点处接地。

3.根据权利要求1所述的差分式高压输出型继电器控制盒，其特征在于：所述尖峰抑制电路包括瞬态电压抑制二极管（TVS1），瞬态电压抑制二极管（TVS1）并联在输入电源的正极和负极的两端。

4.根据权利要求2所述的差分式高压输出型继电器控制盒，其特征在于：所述控制信号防抖电路包括有单片微型控制器（IC3），单片微型控制器（IC3）的GP3脚与所述差分驱动器（IC2）的R0脚连接，单片微型控制器（IC3）的Vdd脚与三端稳压器（IC1）的OUT脚连接，单片微型控制器（IC3）的Vss脚直接与输入电源的负极连接。

5.根据权利要求4所述的差分式高压输出型继电器控制盒，其特征在于：所述继电器驱动电路及功率输出电路包括有第五电阻（R5），第五电阻（R5）的一端连接在单片微型控制器（IC3）的GP2脚，第五电阻（R5）的另一端分别连接在第六电阻（R6）的一端和三极管（Q1）的基极，第六电阻（R6）的另一端和三极管（Q1）的发射极分别连接在输入电源的负极并接地，三极管（Q1）的集电极连接在高压真空继电器（J1）线圈的一端，高压真空继电器（J1）线圈的另一端连接在输入电源的正极，高压真空继电器（J1）的两端反向并联有续流二极管（D1）。

6.根据权利要求5所述的差分式高压输出型继电器控制盒，其特征在于：所述高压真空继电器（J1）与输入电源正极之间串联有防反接二极管（D2），防反接二极管（D2）的正极与输入电源的正极相连，防反接二极管（D2）的负极与高压真空继电器(J1)线圈的一端相连。

7.根据权利要求4所述的差分式高压输出型继电器控制盒，其特征在于：所述状态指示电路包括有第十电阻（R10）、第十一电阻（R11）、红色指示灯（RL）和绿色指示灯（GL），其中第十电阻（R10）的一端连接在单片微型控制器（IC3）的GP1脚，另一端串接红色指示灯（RL）后连接在输入电源的负极并接地，第十一电阻（R11）的一端连接在单片微型控制器（IC3）的GP0脚，另一端串接绿色指示灯（GL）后连接在输入电源的负极并接地。

8.根据权利要求1所述的差分式高压输出型继电器控制盒，其特征在于：所述控制电路板（5）和继电器（8）之间设有绝缘隔板（12）。

9.根据权利要求1所述的差分式高压输出型继电器控制盒，其特征在于：所述底板（4）上设有安装孔（9）。