CN106486978A - 基于磁保持继电器的掉电保护装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于磁保持继电器的掉电保护装置，其特征在于，包括：磁保持继电器、驱动电路、控制电路、储能电路、以及保护电路；所述驱动电路包括两个输入端和两个输出端，所述两个输入端分别为正向输入端和负向输入端，所述正向输入端与所述控制电路的第一输出端相连，所述负向输入端与所述保护电路的输出端相连、并且通过隔离元件与所述控制电路的第二输出端相连，所述两个输出端连接所述磁保持继电器线圈的两端；所述磁保持继电器的开关节点串接在电源回路中。利用本发明，可以在掉电时可靠地对磁保持继电器进行复位。

Description

基于磁保持继电器的掉电保护装置
技术领域
本发明涉及掉电保护技术领域，具体涉及一种基于磁保持继电器的掉电保护装置。
背景技术
磁保持继电器是和其他电磁继电器一样，对电路起着自动接通和切断作用，所不同的是，磁保持继电器的常闭或常开状态完全是依赖永久磁钢的作用，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。磁保持继电器的触点开、合状态平时由永久磁铁所产生的磁力所保持。当继电器的触点需要开或合状态时，只需要用正(反)直流脉冲电压激励线圈，继电器在瞬间就完成了开与合的状态转换。通常触点处于保持状态时，线圈不需要继续通电，仅靠永久磁铁的磁力就能维持继电器的状态不变。
掉电保护是指仪器或者电器在突然断电的情况下保护正在处理的数据不丢失或者功能不损坏的功能。在具有磁保持继电器的线路中，如果突然掉电时磁保持继电器还处于吸合状态，而外接设备已经停止，此时需要将继电器复位，以防止上电时出现意外。
在现有技术中，主流的磁保持继电器掉电保护方案通常有以下两种：
1.供电电源并联储能元件，正常通电时，电源同时给储能元件和设备的CPU供电，当设备掉电后，由储能元件给CPU供电，CPU检测到当前供电状态为已掉电时，通过软件立即向磁保持继电器发送复位信号，复位磁保持继电器，完成掉电保护。
如图1所示，是一种现有的磁保持继电器的掉电保护电路。其中，MCU由VCC供电，磁保持继电器的驱动电路由VDD供电，MCU(主控制器)的GPIO管脚检测是否掉电。VCC掉电后，储能元件C1继续给MCU供电，VDD掉电后，储能元件C2继续给驱动电路供电，以使MCU通过软件控制磁保持继电器断开。
这样的设计在功耗小的产品上适用，但是一旦CPU功耗在百mA以上或者CPU的供电电压还需要给产品其他电路供电(比如液晶显示和外围功能电路)，则会有以下弊端：一方面很难找到合适的储能元件，或者储能元件体积过大影响产品的整体性；另一方面，如果储能元件选择不当，常规的储能元件无法带动百mA以上的供电电路，故会出现软件还未发送复位信号，储能元件能量就已耗尽，无法实现掉电保护目的。
2.用电池取代储能元件，与上述区别是，不能对电池进行充电，但是电池电量和寿命有时间限制，需要更换电池，影响现场使用。
发明内容
本发明提供一种基于磁保持继电器的掉电保护装置，以在掉电时可靠地对磁保持继电器进行复位。
为此，本发明实施例提供如下技术方案：
一种基于磁保持继电器的掉电保护装置，包括：磁保持继电器、驱动电路、控制电路、储能电路、以及保护电路；所述驱动电路包括两个输入端和两个输出端，所述两个输入端分别为正向输入端和负向输入端，所述正向输入端与所述控制电路的第一输出端相连，所述负向输入端与所述保护电路的输出端相连、并且通过隔离元件与所述控制电路的第二输出端相连，所述两个输出端连接所述磁保持继电器线圈的两端；
在电源回路上电后，所述控制电路向所述驱动电路的两个输入端输出控制信号，以使所述驱动电路驱动磁保持继电器的开关节点的通断；在电源回路掉电导致所述控制信号失效后，所述储能电路为所述驱动电路供电，所述保护电路向所述驱动电路的负向输入端输出正向脉冲信号，以使所述磁保持继电器的开关节点复位。
优选地，所述保护电路包括PNP型三极管，所述三极管的基极通过限流电阻与电源相连，所述三极管的集电极通过下拉电阻与地相连，所述三极管的发射极通过反向隔离二极管与电源相连，所述三极管的发射极还通过第一储能元件与地相连。
优选地，所述第一储能元件为极性电容，所述极性电容的正极与所述三极管的发射极相连，所述极性电容的负极接地。
优选地，所述储能电路包括：依次串联连接在电源和地之间的二极管、电阻和第二储能元件，所述第二储能元件与电阻的连接端连接于所述驱动电路的电源端。
优选地，所述第二储能元件为法拉电容，所述法拉电容的正极与所述电阻相连，所述法拉电容的负极接地。
优选地，所述隔离元件为二极管，所述二极管的正极与所述控制电路的第二输出端相连，所述二极管的负极与所述驱动电路的负向输入端相连。
优选地，所述控制电路为CPU。
本发明提供的基于磁保持继电器的掉电保护装置，在电源回路上电后，由控制电路向磁保持继电器的驱动电路输出控制信号，使驱动电路驱动磁保持继电器的开关节点通断；在电源回路掉电导致所述控制信号失效后，第一储能元件为所述驱动电路供电，并且由保护电路向所述驱动电路的负向输入端输出正向脉冲信号，从而使磁保持继电器的开关节点复位，实现掉电保护。本发明提供的基于磁保持继电器的掉电保护装置，在掉电后，不需要软件控制，完全靠硬件电路即可控制磁保持继电器复位，有效地提高了产品的稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有的磁保持继电器的典型掉电保护电路示意图；
图2是本发明基于磁保持继电器的掉电保护装置的原理框图；
图3是本发明基于磁保持继电器的掉电保护装置中保护电路的一种实施例；
图4是本发明基于磁保持继电器的掉电保护装置中储能电路的一种实施例；
图5是本发明基于磁保持继电器的掉电保护装置中磁保持继电器及其驱动电路的一种实施例。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例的方案，下面结合附图和实施方式对本发明实施例作进一步的详细说明。
针对现有技术磁保持继电器掉电保护中存在的问题，本发明提供一种基于磁保持继电器的掉电保护装置，采用硬件方式实现磁保持继电器掉电时的可靠复位，保证重新上电时线路中设备的安全。
如图2所示，是本发明基于磁保持继电器的掉电保护装置的原理框图。
该装置包括：磁保持继电器20、驱动电路21、控制电路22、储能电路23、以及保护电路24；所述驱动电路21包括两个输入端和两个输出端，所述两个输入端分别为正向输入端RL+和负向输入端RL-，所述正向输入端RL+与所述控制电路的第一输出端I/O1相连，所述负向输入端RL-与所述保护电路的输出端相连、并且通过隔离元件25与所述控制电路22的第二输出端I/O2相连，所述两个输出端连接所述磁保持继电器20线圈的两端。
需要说明的是，在实际应用中，所述磁保持继电器20可以作为无源干触点输出，也可以作为有源输出。若该磁保持继电器20用于无源干触点输出，则磁保持继电器20的开关节点无需串接电源，开关节点的两个触点引到外部设备的输入端，作为外部设备的开关量输入；若磁保持继电器20作为有源输出，则需要将开关节点的两个触点串接在所需电源回路中，作为有源输出使用，以便为外部负载设备供电。
在电源回路上电后，所述控制电路22向所述驱动电路21的两个输入端输出控制信号，以使所述驱动电路21驱动磁保持继电器20的开关节点的通断；在电源回路掉电导致所述控制信号失效后，所述储能电路23为所述驱动电路21供电，所述保护电路24向所述驱动电路21的负向输入端RL-输出正向脉冲信号，从而使所述磁保持继电器20的开关节点复位。
需要说明的是，该掉电保护电路可以应用于多种设备的供电线路中，比如，遥控、遥测、通讯、自动控制、机电一体化及电力电子设备中，相应地，上述控制电路22可以是具有输出端口的控制单元，比如CPU。
如图3所示，是本发明基于磁保持继电器的掉电保护装置中保护电路的一种实施例。
在该实施例中，所述保护电路包括：PNP型三极管Q41，所述三极管Q41的基极通过限流电阻R41与电源Vcc相连，所述三极管Q41的集电极通过下拉电阻R42与地相连，所述三极管Q41的发射极通过反向隔离二极管D41与电源Vcc相连，所述三极管Q41的发射极还通过第一储能元件EC41与地相连。进一步地，在电源Vcc和地之间还连接有电容C41，以起到隔直作用。
上述第一储能元件EC41可以采用极性电容，所述极性电容的正极与所述三极管Q41的发射极相连，所述极性电容的负极接地。所述极性电容的具体容量可以根据需要选择，比如100uF。当然，所述第一储能元件EC41也可以根据实际应用需要，采用其它类型的储能元件，比如充电电池或者不可充电电池等，对此本发明实施例不做限定。
需要说明的是，在实际应用中，上述PNP型三极管Q41作为开关器件，比如可以采用型号为LMBT3906LT1G的三极管，当然，在实际应用中，也可以由其它具有相似功能的器件来代替，对此本发明实施例不做限定。
如图4所示，是本发明基于磁保持继电器的掉电保护装置中储能电路的一种实施例。
在该实施例中，所述储能电路包括：依次串联连接在电源Vcc和地之间的二极管D31、D31、电阻R31和第二储能元件EC31，所述第二储能元件EC31与电阻R31的连接端连接于所述驱动电路的电源端VR。
上述第二储能元件EC31可以采用法拉电容，所述法拉电容的正极与所述电阻R31相连，所述法拉电容的负极接地，所述法拉电容的具体容量可以根据根据应用需求来选择。当然，所述第二储能元件EC31也可以根据实际应用需要，采用其它类型的储能元件，比如充电电池或者不可充电电池等，对此本发明实施例不做限定。
电阻R31可以根据充电速度需求调整阻值。二极管D31、D32用于降压，并利用其单向导电性，防止掉电后法拉电容EC31反向供电。在实际应用中，可以根据磁保持继电器驱动电压的情况，对降压/升压的方式进行适应性调整。
需要说明的是，在实际应用中，图2中的驱动电路21可以采用采用现有的一些常规驱动电路，如图5所示，是本发明基于磁保持继电器的掉电保护装置中磁保持继电器及其驱动电路的一种实施例。
RL+为高电平时，磁保持继电器线圈中有正向电流；RL-为高电平时，磁保持继电器线圈中有反向电流。驱动电路由2个NPN复合管Q211和Q213、1个PNP复合管Q212、相关电阻组成。NPN复合管内包含2个NPN三极管，PNP复合管包含2个PNP三极管。
当RL+＝1，RL-＝0时，Q211中NPN导通、Q212中一个PNP导通；Q213中NPN截止、Q212中另一个PNP截止。流经磁保持继电器线圈的电流方向为：VR→Q212(4脚E极→3脚C极)→线圈正向端→线圈反向端→Q211(3脚C极→4脚E极)→地，继电器触点接通。
当RL+＝0，RL-＝1时，Q211中NPN截止、Q212中一个PNP截止；Q213中NPN导通、Q212中另一个PNP导通。流经磁保持继电器线圈的电流方向为：VR→Q212(1脚E极→6脚C极)→线圈反向端→线圈正向端→Q213(3脚C极→4脚E极)→地，继电器触点断开。
当RL+＝0，RL-＝0时，所有三极管都截止，线圈无电流流过。
当RL+＝1，RL-＝1时，所有三极管都导通，功耗很大，这种情况不允许出现。
需要说明的是，上述NPN复合管Q211和Q213可以采用LMBT3904DWITIG，Q212可以采用LMBT3906DWITIG等。
在该实施例中，所述隔离元件25采用二极管，所述二极管的正极与图2中的控制电路的第二输出端I/O2相连，所述二极管的负极与驱动电路的负向输入端RL_相连。
需要说明的是，在实际应用中，所述磁保持继电器可以是单线圈磁保持继电器，也可以是双线圈磁保持继电器，该实施例中以单线圈磁保持继电器为例进行说明。
同时参照图3、图4和图5，在正常供电状态下，三极管Q41处于截止状态，磁保持继电器RL只受控制电路控制。RL+为1，RL-为0是动作状态；相反是复位状态。
掉电后，一方面，储能电路中的法拉电容EC31给驱动电路供电。另一方面，保护电路起作用，EC41作为储能元件，在掉电后提供正向脉冲，同时利用二极管D41的单向导电性，可以防止储能元件EC41的电流反流向Vcc。EC41的容量可以根据脉冲宽度的需要进行调整。三极管Q41导通，给驱动电路的负向输入端RL-提供一个正向脉冲，从而使磁保持继电器RL复位；同时利用二极管25的单向导电性，防止电流反向流向控制电路的第二输出端I/O2，保护控制电路的IO口。
本发明提供的基于磁保持继电器的掉电保护装置，在电源回路上电后，由控制电路向磁保持继电器的驱动电路输出控制信号，使驱动电路驱动磁保持继电器的开关节点通断；在电源回路掉电导致所述控制信号失效后，第一储能元件为所述驱动电路供电，并且由保护电路向所述驱动电路的负向输入端输出正向脉冲信号，从而使磁保持继电器的开关节点复位，实现掉电保护。本发明提供的基于磁保持继电器的掉电保护装置，在掉电后，不需要软件控制，完全靠硬件电路即可控制磁保持继电器复位，有效地提高了产品的稳定性。
本发明提供的基于磁保持继电器的掉电保护装置，只需用储能元件单独给磁保持继电器的驱动电路供电，通过纯模拟电路复位磁保持继电器，实现掉电保护，有效地节省了空间，提高了掉电保护的稳定性。
以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体实施方式对本发明进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明装置；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种基于磁保持继电器的掉电保护装置，其特征在于，包括：磁保持继电器、驱动电路、控制电路、储能电路、以及保护电路；所述驱动电路包括两个输入端和两个输出端，所述两个输入端分别为正向输入端和负向输入端，所述正向输入端与所述控制电路的第一输出端相连，所述负向输入端与所述保护电路的输出端相连、并且通过隔离元件与所述控制电路的第二输出端相连，所述两个输出端连接所述磁保持继电器线圈的两端；
在电源回路上电后，所述控制电路向所述驱动电路的两个输入端输出控制信号，以使所述驱动电路驱动磁保持继电器的开关节点的通断；在电源回路掉电导致所述控制信号失效后，所述储能电路为所述驱动电路供电，所述保护电路向所述驱动电路的负向输入端输出正向脉冲信号，以使所述磁保持继电器的开关节点复位。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述保护电路包括PNP型三极管，所述三极管的基极通过限流电阻与电源相连，所述三极管的集电极通过下拉电阻与地相连，所述三极管的发射极通过反向隔离二极管与电源相连，所述三极管的发射极还通过第一储能元件与地相连。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第一储能元件为极性电容，所述极性电容的正极与所述三极管的发射极相连，所述极性电容的负极接地。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述储能电路包括：依次串联连接在电源和地之间的二极管、电阻和第二储能元件，所述第二储能元件与电阻的连接端连接于所述驱动电路的电源端。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第二储能元件为法拉电容，所述法拉电容的正极与所述电阻相连，所述法拉电容的负极接地。
6.根据权利要求1至5任一项所述的装置，其特征在于，所述隔离元件为二极管，所述二极管的正极与所述控制电路的第二输出端相连，所述二极管的负极与所述驱动电路的负向输入端相连。
7.根据权利要求1至5任一项所述的装置，其特征在于，所述控制电路为CPU。
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