CN106786409B - 一种基于继电器控制电源反转的触点保护方法 - Google Patents

Abstract

一种基于继电器控制电源反转的触点保护方法，提供前/后两级继电器控制电路和一触点保护电路，触点保护电路设置于两级继电器控制电路之间；继电器控制电路包括继电器以及与继电器分别连接的控制回路和执行回路；前/后两级继电器控制电路的控制回路结构相同，所述控制回路控制继电器线圈电源的通断。本发明结构合理、设计巧妙，有效地解决了继电器在感性负载场合控制电源反转时对继电器触点保护的技术问题。

Description

一种基于继电器控制电源反转的触点保护方法

技术领域

本发明涉及一种电子领域中触点保护方法，具体涉及一种基于继电器控制电源反转的触点保护方法。

背景技术

现实中像电机、电磁铁、制动器等均属于感性负载，由于其负载功率和负载电流均较大，所以其电源均是通过继电器或接触器进行控制。当对感性负载的电源进行切断或反转时，在感性负载两端均会形成反电动势和反向电流，如果对继电器的触点不采取任何保护措施，继电器触点在切断瞬间，回路中产生的大电流将会对继电器触点造成损伤，影响其触点的寿命，甚至直接损坏继电器。因此在继电器控制电路中，特别是大电流的回路中，要求必须对继电器触点设计保护措施电路。常用的继电器触点保护措施较多，可根据触点回路情况进行选择，从而对继电器触点起到保护作用，进而延长继电器使用寿命，增加电路设计的可靠性。

根据继电器控制电路的不同情况，触点保护措施常用的有几种方式，保护效果也各有不同，比如在继电器触点对地并联“阻容串联支路”方式、并联“单体续流二极管”方式、并联“续流二极管与稳压二极管串联”方式。

并联“阻容串联支路”方式为在负载端并联阻容串联支路，当继电器触点断开时，负载产生的反向电流通过阻容串联支路形成回路，此方式是通过阻容充放电原理来消耗反向电流，对电阻和电容的选择有一定的要求，此种保护措施一般用在小电流回路的继电器触点保护电路中。

并联“单体续流二极管”方式，当继电器触点断开时，负载通过续流二极管形成回路，此种方式通过将反向电流消耗在负载自身，从而达到对继电器触点保护的效果。此种触点保护方式在反电动势和电流不是太大的情况下较为常用，但当负载为线圈等感性负载较大的场合，此种方式就不太适合，此时就需要采用续流二极管与稳压二极管串联方式。

续流二极管与稳压二极管串联方式，常用于大电流情况的感性负载电源控制回路中，也是继电器触点保护电路中电路简单、效果较好的一种方式，本发明也是针对此种方式进行说明的。

以上介绍了几种触点保护方式，但均要求电源极性确定，即继电器触点间电源极性不能反转的情况。此种电源反转情况下触点保护电路，现有控制方式至少四五级继电器才能进行控制，控制方式较为复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于继电器控制电源反转的触点保护方法，其主要是为了解决继电器在感性负载场合控制电源反转时对继电器触点保护的技术问题。

本发明的技术解决方案是：

一种基于继电器控制电源反转的触点保护方法，其特殊之处在于，该方法是：提供前/后两级继电器控制电路和一触点保护电路，所述触点保护电路设置于所述两级继电器控制电路之间；

所述继电器控制电路包括继电器以及与继电器分别连接的控制回路和执行回路；

所述前/后两级继电器控制电路的控制回路结构相同，所述控制回路控制继电器线圈电源的通断；

所述前级继电器控制电路的执行回路控制电源PWR与电源端口PWR_COM的导通，所述后级继电器控制电路的执行回路控制电源端口PWR_COM与负载RL导通，同时控制所述负载RL电源极性PWR_N和PWR_P的翻转。

上述前/后两级继电器控制电路中的继电器分别为前级继电器RE1和后级继电器RE2；

1）当对感性负载RL加电时，继电器动作顺序为先动作后级继电器RE2，再动作前级继电器RE1；

1.1）先将后级继电器控制电路的控制回路输入的PWR_CTR2信号置为低电平，三极管Q2不导通，后级继电器RE2线圈不通电，触点保持常开常闭状态；

1.2）再动作前级继电器RE1，将前级继电器控制电路的控制回路输入的PWR_CTR1信号置为高电平，三极管Q1导通，前级继电器RE1线圈通电，继电器RE1动作，原常开触点闭合，即PWR电源与PWR_COM连通，对后级继电器RE2供电；

1.3）加至感性负载RL的电源极性为：PWR_N通过后级继电器RE2的常闭触点与前级电源端口PWR_COM相连，即PWR_N为电源正极，PWR_P通过后级继电器RE2的常闭触点与前级电源地相连，即PWR_P为电源负极；

2）当对感性负载RL断电时，继电器动作顺序为先动作前级继电器RE1，再动作后级继电器RE2；

2.1）通过将前级继电器控制电路的控制回路输入的PWR_CTR1信号置为低电平，前级继电器RE1线圈不导电，前级继电器RE1触点恢复常开常闭状态，从而切断对后级继电器控制电路的供电；此时后级继电器RE2还未动作，保持当前闭合和断开状态；

2.2）断电瞬间感性负载RL产生的反电动势和反向电流通过后级继电器RE2的触点反灌至前级继电器RE1的触点，由于在在继电器RE1后级设计有触点保护电路，因此感性负载RL的反电动势和反向电流不会对继电器RE1触点造成损伤；

2.3）前级继电器RE1断开延时一定时间后，通过续流二极管D2和稳压二极管D3串联组成触点保护回路，将负载RL产生的反电动势和反向电流通过负载RL自身消耗掉；

3）当要对感性负载RL电源反转时，继电器动作顺序为先动作后级继电器RE2，再动作前级继电器RE1；

3.1）先将后级继电器控制电路的控制回路输入的PWR_CTR2信号置为高电平，三极管Q2导通，后级继电器RE2线圈通电，从而后级继电器RE2动作，原触点状态反转，感性负载RL电源极性PWR_P通过后级继电器RE2的常开触点闭合后与前级继电器的电源端口PWR_COM相连，即PWR_P为电源正极；同理，感性负载RL电源极性PWR_N通过后级继电器RE2的常开触点闭合与前级电源地相连，即PWR_N为电源负极；

3.2）再将前级继电器控制电路的控制回路输入的PWR_CTR1信号置为高电平，控制前级继电器RE1动作，即将PWR电源与后级继电器RE2的电源端口PWR_COM相连，实现对感性负载RL供电，此时RL两端电源极性与前一过程相比已实现反转；

4）感性负载RL电源反转后，断电时的过程与上述步骤2）所描述断电过程完全相同；同样通过续流二极管D2和稳压二极管D3串联组成触点保护回路，将感性负载RL产生的反电动势和反向电流通过感性负载RL自身消耗掉。

上述在前级继电器RE1与后级继电器RE2之间设计一路续流二极管D2和稳压二极管D3串联组成的触点保护回路。

上述前/后继电器均为两组常开常闭型继电器，功率可根据实际需求而定。

上述负载RL为感性负载，包括电机以及电磁铁线圈等绕组负载。

上述续流二极管D2要求反向耐压值指标大于2倍于负载RL端电压，前向电流指标大于负载额定电流；

所述稳压二极管D3要求稳压电压值大于等于负载RL端电压，耐电流指标大于负载额定电流。

本发明的优点在于：结构合理、设计巧妙，有效地解决了继电器在感性负载场合控制电源反转时对继电器触点保护的技术问题。

附图说明

图1为电源反转继电器控制电路；

图2为触点保护电路；

图3为包含前级继电器控制电路的触点保护电路；

图4为本发明包含前/后级继电器控制电路的触点保护电路。

具体实施方式

本发明介绍一种通过两级继电器就可以实现电源反转和触点保护措施。

首先，介绍电源反转继电器控制电路，参见图1：

RE2为一个两组常开常闭型继电器，功率可根据实际需求而定；

PWR_COM与电源地为反转前电源；

PWR_P与PWR_N为反转后电源符号，极性随着继电器的控制相互反转；

RL为感性负载，比如电机、电磁铁等线圈绕组负载；

D4为防止继电器线圈电源切断时形成的反电动势对VCC电源网络造成干扰，而增加的一个续流二极管。考虑继电器线圈电流不大情况，此处利用了前面所述的并联“单体续流二极管”方式原理。当继电器线圈电源切断时，继电器线圈通过此续流二极管形成一个自回路，从而避免对VCC电源网络的影响，进而对VCC电源网络的功能电路不构成影响；

Q2为NPN型三极管；

PWR_CTR2为TTL电平控制信号，控制继电器线圈电源的通断；

整个控制过程表述为：

当PWR_CTR2为低电平“0”时，Q2三极管不导通，继电器线圈不通电，继电器所有触点保持常开、常闭状态，此时PWR_P为反转前电源地，PWR_N为反转前电源PWR_COM；

当PWR_CTR2为高电平“1”时，Q2三极管导通，继电器线圈通电，继电器所有触点动作，原有常开触点闭合、常闭触点断开，此时PWR_P为反转前电源PWR_COM，PWR_N为反转前电源地；

可见，通过PWR_CTR2控制信号的控制，可以实现输出电源的反转，进而实现负载RL的相关动作，比如电机的正反转、电磁铁的吸合与复位，等等。

通过以上分析，施加到负载RL两端的电源实现了反转，但负载RL两端电源在切断时产生的反电动势和反向电流对RE2继电器触点的损伤未有保护措施。此时的触点保护措施不能像正常的保护方式那样在负载端并联任何一支保护电路，参见图2：

其中D5为续流二极管，要求反向耐压值指标大于2倍于负载RL端电压，前向电流指标大于负载额定电流；

D6为稳压二极管，要求稳压电压值大于等于负载RL端电压，耐电流指标大于负载额定电流；

之所以不能在感性负载RL两端并联图二保护方式，是因为感性负载RL两端的电源极性是会反转的。图二保护方式的使用要求为PWR_P必须为电源正极，PWR_N必须为电源负极，而且前面所述的常用触点保护方式均是此种要求。而实际使用时感性负载RL两端的电源PWR_P与PWR_N极性会发生互换，因此目前常用的触点保护方式均不能施加在感性负载RL两端。

既然与感性负载RL相连的继电器RE2后级电源极性会发生改变，就不能在继电器RE2后级增加触点保护电路，由于继电器RE2前端电源极性是不会发生变化的，因此可以考虑将触点保护电路移至继电器RE2前级来做。

但将触点保护电路移至继电器RE2前级会产生一问题，即触点断开时，触点保护电路起不了保护作用，因此需要在继电器RE2前端再增加一级继电器，参见图3：

其中RE1为一个两组常开常闭型继电器，功率可根据实际需求而定；

PWR_COM与电源地为反转前电源；

D1为续流二极管，作用与前面D4相同；

Q1为NPN型三极管；

PWR_CTR1为TTL电平控制信号，控制继电器线圈电源的通断；

D2为续流二极管；

D3为稳压二极管；

整个控制过程表述为：

当要对负载电源反转时，先将前级继电器RE1断开，后级继电器RE2先保持状态不变，此时负载RL产生的反电动势和反向电流通过RE2的触点反灌至继电器RE1的触点，由于在RE1后级设计有触点保护电路，因此感性负载RL的反电动势和反向电流不会对继电器RE1触点造成损伤。继电器RE1断开延时一定时间后，即通过D2和D3触点保护回路，将感性负载RL产生的反电动势和反向电流通过负载RL自身消耗掉；再控制图一中PWR_CTR2使继电器RE2触点反转，即实现负载端电源反转，由于此时负载端已无电流，也不会对继电器RE2的触点造成损伤。当PWR_CTR2控制继电器RE2触点反转后，再通过PWR_CTR1对继电器RE1通电，从而实现对感性负载RL供电，此时感性负载RL的电源已通过继电器RE2反转。

本发明整个反转电源控制电路和触点保护电路合并后电路，参见图4，整个控制过程表述为：

当对感性负载RL加电时，继电器动作顺序为先动作继电器RE2，再动作继电器RE1。先将PWR_CTR2信号置为低电平，三极管Q2不导通，继电器RE2线圈不通电，从而继电器RE2不动作，触点保持常开常闭状态；此时再动作继电器RE1，即将PWR_CTR1信号置为高电平，三极管Q1导通，继电器RE1线圈通电，继电器RE1动作，原常开触点闭合，即PWR电源与PWR_COM连通，对后级继电器RE2供电，由于继电器RE2触点保持原有常开常闭状态，因此加至负载RL的电源极性为：PWR_N通过继电器RE2的常闭触点与前级PWR_COM相连，即PWR_N为电源正极，PWR_P通过继电器RE2的常闭触点与前级电源地相连，即PWR_P为电源负极。

当对负载RL断电时，继电器动作顺序为先动作继电器RE1，再动作继电器RE2。通过将PWR_CTR1信号置为低电平，继电器RE1线圈不得电，继电器RE1触点恢复常开常闭状态，即后级PWR_COM与前级PWR电源断开，从而切断对后级的供电。此时后级继电器RE2还未动作，保持当前闭合和断开状态。断电瞬间感性负载RL产生的反电动势和反向电流通过继电器RE2的触点反灌至继电器RE1的触点，由于在继电器RE1后级设计有触点保护电路，因此负载RL的反电动势和反向电流不会对继电器RE1触点造成损伤。继电器RE1断开延时一定时间后，即通过D2和D3触点保护回路，将感性负载RL产生的反电动势和反向电流通过感性负载RL自身消耗掉。

当要对感性负载RL电源反转时，继电器动作顺序为先动作继电器RE.2，再动作继电器RE1。先将PWR_CTR2信号置为高电平，三极管Q2导通，继电器RE2线圈通电，从而继电器RE2动作，原触点状态反转。此时继电器RE2后级PWR_P通过RE2的常开触点闭合后与前级PWR_COM相连，即PWR_P为电源正极；同理，PWR_N通过继电器RE2的常开触点闭合与前级电源地相连，即PWR_N为电源负极。此时再将PWR_CTR1信号置为高电平，控制继电器RE1动作，即将PWR电源与后级PWR_COM相连，从而实现对感性负载RL供电，此时电源极性已实现反转。

感性负载RL电源反转后，断电时的过程与前面所描述断电过程完全相同。同样经过D2和D3触点保护回路，将感性负载RL产生的反电动势和反向电流通过感性负载RL自身消耗掉。

至此实现了两级继电器的电源反转控制和触点保护。

Claims (6)

1.一种基于继电器控制电源反转的触点保护方法，其特征在于，该方法是：提供前/后两级继电器控制电路和一触点保护电路，所述触点保护电路设置于所述两级继电器控制电路之间；

所述继电器控制电路包括继电器以及与继电器分别连接的控制回路和执行回路；

所述前/后两级继电器控制电路的控制回路结构相同，所述控制回路控制继电器线圈电源的通断；

所述前级继电器控制电路的执行回路控制电源PWR与电源端口PWR_COM的导通，所述后级继电器控制电路的执行回路控制电源端口PWR_COM与感性负载RL导通，同时控制所述感性负载RL电源极性PWR_N和PWR_P的翻转；

所述前/后两级继电器控制电路中的继电器分别为前级继电器RE1和后级继电器RE2；

1）当对感性负载RL加电时，继电器动作顺序为先动作后级继电器RE2，再动作前级继电器RE1；

2）当对感性负载RL断电时，继电器动作顺序为先动作前级继电器RE1，再动作后级继电器RE2；

3）当要对感性负载RL电源反转时，继电器动作顺序为先动作后级继电器RE2，再动作前级继电器RE1；

4）感性负载RL电源反转后，断电时的过程与上述步骤2）所描述断电过程完全相同；同样通过续流二极管D2和稳压二极管D3串联组成触点保护回路，将负载RL产生的反电动势和反向电流通过感性负载RL自身消耗掉。

2.根据权利要求1所述基于继电器控制电源反转的触点保护方法，其特征在于，所述

1）当对感性负载RL加电时，继电器动作顺序为先动作后级继电器RE2，再动作前级继电器RE1；

1.1）先将后级继电器控制电路的控制回路输入的PWR_CTR2信号置为低电平，三极管Q2不导通，后级继电器RE2线圈不通电，触点保持常开常闭状态；

1.2）再动作前级继电器RE1，将前级继电器控制电路的控制回路输入的PWR_CTR1信号置为高电平，三极管Q1导通，前级继电器RE1线圈通电，继电器RE1动作，原常开触点闭合，即PWR电源与PWR_COM连通，对后级继电器RE2供电；

1.3）加至感性负载RL的电源极性为：PWR_N通过后级继电器RE2的常闭触点与前级电源端口PWR_COM相连，即PWR_N为电源正极，PWR_P通过后级继电器RE2的常闭触点与前级电源地相连，即PWR_P为电源负极；

所述2）当对感性负载RL断电时，继电器动作顺序为先动作前级继电器RE1，再动作后级继电器RE2；

2.1）通过将前级继电器控制电路的控制回路输入的PWR_CTR1信号置为低电平，前级继电器RE1线圈不通电，前级继电器RE1触点恢复常开常闭状态，从而切断对后级继电器控制电路的供电；此时后级继电器RE2还未动作，保持当前闭合和断开状态；

2.2）断电瞬间感性负载RL产生的反电动势和反向电流通过后级继电器RE2的触点反灌至前级继电器RE1的触点，由于在继电器RE1后级设计有触点保护电路，因此感性负载RL的反电动势和反向电流不会对继电器RE1触点造成损伤；

2.3）感性负载产生的反电动势和反向电流的抑制和消耗过程为，通过续流二极管D2和稳压二极管D3串联组成触点保护回路，将感性负载RL产生的反电动势和反向电流通过感性负载RL自身消耗掉；

所述3）当要对感性负载RL电源反转时，继电器动作顺序为先动作后级继电器RE2，再动作前级继电器RE1；

3.1）先将后级继电器控制电路的控制回路输入的PWR_CTR2信号置为高电平，三极管Q2导通，后级继电器RE2线圈通电，从而后级继电器RE2动作，原触点状态反转，感性负载RL电源极性PWR_P通过后级继电器RE2的常开触点闭合后与前级继电器的电源端口PWR_COM相连，即PWR_P为电源正极；同理，感性负载RL电源极性PWR_N通过后级继电器RE2的常开触点闭合与前级电源地相连，即PWR_N为电源负极；

3.2）再将前级继电器控制电路的控制回路输入的PWR_CTR1信号置为高电平，控制前级继电器RE1动作，即将PWR电源与后级继电器RE2的电源端口PWR_COM相连，实现对感性负载RL供电，此时RL两端电源极性与前一过程相比已实现反转。

3.根据权利要求1或2所述基于继电器控制电源反转的触点保护方法，其特征在于：所述在前级继电器RE1与后级继电器RE2之间设计一路续流二极管D2和稳压二极管D3串联组成的触点保护回路。

4.根据权利要求3所述基于继电器控制电源反转的触点保护方法，其特征在于：所述前/后继电器均为两组常开常闭型继电器。

5.根据权利要求4所述基于继电器控制电源反转的触点保护方法，其特征在于：所述负载RL为感性负载，包括电机以及电磁铁线圈等绕组负载。

6.根据权利要求5所述基于继电器控制电源反转的触点保护方法，其特征在于：所述续流二极管D2要求反向耐压值指标大于2倍于负载RL端电压，前向电流指标大于负载额定电流；

所述稳压二极管D3要求稳压电压值大于等于负载RL端电压，耐电流指标大于负载额定电流。