CN107578953B - 继电器降压控制电路及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种继电器降压控制电路及控制方法，继电器降压控制电路包括：直流电源；继电器吸合确认电路，用于判断继电器的吸合状态，并发出对应的确认信号；线圈电压反馈控制电路，用于根据对应的确认信号进行电路调节，并发出反馈信号；降压开关电源，用于根据反馈信号对直流电源进行降压处理，控制继电器线圈两端电压，在继电器处于非吸合状态时，控制继电器线圈两端电压为第一比例值的继电器额定电压，在继电器处于吸合状态时，控制继电器线圈两端电压为第二比例值的继电器额定电压，第二比例值小于第一比例值。本发明解决了现有技术中继电器线圈损耗大且可靠性低的问题，降低继电器线圈损耗，提高可靠性。

Description

继电器降压控制电路及控制方法

技术领域

本发明涉及继电器技术领域，具体而言，涉及一种继电器降压控制电路及控制方法。

背景技术

继电器作为基本电器元件广泛使用在各类电气柜内，应用于各种自动控制领域，其简单易操作，强弱电隔离效果好，使用可靠。目前线圈控制电为直流24V、12V、5V等低电压的继电器也普遍应用在低压配电箱、直流化等设备中。

由于继电器受限于其主触点容量大小、可靠吸合保证等因素影响，其控制线圈的损耗相对比较高，在高温、密闭的恶劣电器盒里，继电器温升较高，表面温度极易超过规格书规定的85℃，严重威胁继电器使用可靠性及其寿命，并造成电器盒内热聚集，进一步使电器盒内温度升高，影响其他电子元器件使用可靠性，造成电气设备质量隐患。

针对相关技术中继电器线圈损耗大且可靠性低的问题，目前尚未提出有效地解决方案。

发明内容

本发明提供了一种继电器降压控制电路及控制方法，以至少解决现有技术中继电器线圈损耗大且可靠性低的问题。

为解决上述技术问题，根据本发明实施例的一个方面，提供了一种继电器降压控制电路，包括：

直流电源；

继电器吸合确认电路，用于判断继电器的吸合状态，并发出对应的确认信号；

线圈电压反馈控制电路，与继电器吸合确认电路连接，用于根据对应的确认信号进行电路调节，并发出反馈信号；

降压开关电源，与线圈电压反馈控制电路、直流电源连接，用于根据反馈信号对直流电源进行降压处理，控制继电器线圈两端电压，其中，在继电器处于非吸合状态时，控制继电器线圈两端电压为第一比例值的继电器额定电压，在继电器处于吸合状态时，控制继电器线圈两端电压为第二比例值的继电器额定电压，第二比例值小于第一比例值。

在一个实施方式中，线圈电压反馈控制电路包括：

三极管Q1，第一端与继电器的正极连接，第二端与继电器吸合确认电路的确认信号输出端连接；

电阻R1，第一端与三极管Q1的第一端连接，并与PWM降压开关电源的第一端连接；

电阻R2，第一端与电阻R1的第二端连接，第二端分别与PWM降压开关电源的第二端、直流电源的负极连接，PWM降压开关电源的第一端与第二端之间的电压为反馈信号；

电阻R3，第一端与三极管Q1的第三端连接，第二端与电阻R1的第二端连接。

在一个实施方式中，降压开关电源的第三端与直流电源的正极连接，降压开关电源的第四端继电器的正极连接。

在一个实施方式中，继电器降压控制电路还包括：

二极管，第一端与直流电源的负极连接，第二端分别与降压开关电源的第四端连接；

电感，第一端与二极管的第二端连接，第二端与继电器的正极连接；

第一电容，第一端分别与电感的第二端、三极管Q1的第一端连接，第一端与直流电源的负极连接。

在一个实施方式中，继电器降压控制电路还包括：

第二电容，第一端分别与直流电源的正极、降压开关电源的第三端连接，另一端与直流电源的负极连接。

在一个实施方式中，降压开关电源为PWM降压开关电源。

根据本发明实施例的另一方面，提供了一种继电器降压控制电路的控制方法，包括：确定继电器在不同吸合状态下线圈两端所需的目标电压值；根据确定的继电器在不同吸合状态下线圈两端所需的目标电压值，计算线圈电压反馈控制电路中的电阻所需的电阻值；根据计算结果，对线圈电压反馈控制电路中的电阻值进行确定，以控制继电器线圈两端的实际电压为所述所需的目标电压值，其中，在继电器处于非吸合状态时，控制继电器线圈两端的实际电压为第一比例值的继电器额定电压，在继电器处于吸合状态时，控制继电器线圈两端的实际电压为第二比例值的继电器额定电压，第二比例值小于第一比例值。

在一个实施方式中，根据继电器的吸合状态，确定继电器在不同吸合状态下线圈两端所需的目标电压值，包括：在继电器处于非吸合状态时，控制继电器线圈两端所需的电压为第一比例值的继电器额定电压，在继电器处于吸合状态时，控制继电器线圈两端所需的电压为第二比例值的继电器额定电压，第二比例值小于第一比例值。

在一个实施方式中，线圈电压反馈控制电路包括：三极管Q1，第一端与继电器的正极连接，第二端与继电器吸合确认电路的确认信号输出端连接；电阻R1，第一端与三极管Q1的第一端连接，并与PWM降压开关电源的第一端连接，电阻R2，第一端与电阻R1的第二端连接，第二端分别与PWM降压开关电源的第二端、直流电源的负极连接，PWM降压开关电源的第一端与第二端之间的电压为反馈信号；电阻R3，第一端与三极管Q1的第三端连接，第二端与电阻R1的第二端连接，根据确定的继电器在不同吸合状态下线圈两端所需的目标电压值，计算线圈电压反馈控制电路中的电阻所需的电阻值，包括：在继电器处于非吸合状态时，继电器吸合确认电路输出的确认信号为低电平，根据以下公式计算电阻R1的电阻值：Vout’/(r1+r2)＝Vsense/r2，其中，Vout’为确定继电器线圈两端所需的目标电压值，r2为电阻R2的值，r1为电阻R1的值，Vsense为降压开关电源的设计电压值。

在一个实施方式中，根据确定的继电器在不同吸合状态下线圈两端所需的目标电压值，计算线圈电压反馈控制电路中的电阻所需的电阻值，包括：在继电器处于吸合状态时，继电器吸合确认电路输出的确认信号为高电平，根据以下公式计算电阻R3的电阻值：Vout/(r1//r3+r2)＝Vsense/r2，其中，Vout为确定继电器线圈两端所需的目标电压值，r2为电阻R2的值，r1为计算的电阻R1的值，r3为电阻R3的值，r1//r3为R1、R3并联阻值，Vsense为降压开关电源的设计电压值。

在一个实施方式中，第一比例值大于等于70％，第二比例值大于等于40％。

在本发明中，提供一种新的继电器降压控制电路，在保证继电器可靠吸合的基础上降低吸合后的线圈保持电压，使继电器线圈的损耗大幅下降，有效地解决了现有技术中继电器线圈损耗大且可靠性低的问题，明显降低恶劣使用环境下继电器的温升，有效提高继电器可靠性及其使用寿命，同时降低了密闭电器盒内热聚集效应，提高电器盒内其他电子元器件使用寿命。

附图说明

图1是根据本发明实施例的继电器降压控制电路的一种可选的结构框图；

图2是根据本发明实施例的继电器降压控制电路的一种可选的电路结构示意图；以及

图3是根据本发明实施例的继电器降压控制电路的控制方法的一种可选的流程示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

实施例1

下面结合附图对本发明提供的继电器降压控制电路进行说明。

图1示出本发明的继电器降压控制电路一种可选的结构框图，如图1所示，该继电器降压控制电路包括：

直流电源11；

线圈电压反馈控制电路14，用于根据表征继电器吸合状态的确认信号进行电路调节，并发出反馈信号；其中优选的，继电器降压控制电路可以包括继电器吸合确认电路13，用于判断所述继电器的吸合状态，并发出对应的所述确认信号；作为另一种实施方式，继电器降压控制电路可以不包括继电器吸合确认电路13，仅通过对线圈电压反馈控制电路14提供确认信号来实现。

降压开关电源12，与线圈电压反馈控制电路14、直流电源11连接，用于根据反馈信号对直流电源进行降压处理，控制继电器线圈两端电压，其中，在继电器处于非吸合状态时，控制继电器线圈两端电压为第一比例值的继电器额定电压，在继电器处于吸合状态时，控制继电器线圈两端电压为第二比例值的继电器额定电压，第二比例值小于第一比例值。其中，优选地，降压开关电源为PWM降压开关电源，第一比例值大于等于70％，例如，取值80％或90％，第二比例值大于等于40％，例如，取值50％或60％，具体可根据实际需求设定。

在上述优选的实施方式中提供了一种新的继电器降压控制电路，在保证继电器可靠吸合的基础上降低吸合后的线圈保持电压，使继电器线圈的损耗大幅下降，有效地解决了现有技术中继电器线圈损耗大且可靠性低的问题，明显降低恶劣使用环境下继电器的温升，有效提高继电器可靠性及其使用寿命，同时降低了密闭电器盒内热聚集效应，提高电器盒内其他电子元器件使用寿命。

在一个实施方式中，还提供了一种线圈电压反馈控制电路的优选方案，具体来说，如图2所示，线圈电压反馈控制电路包括：

三极管Q1，第一端与继电器的正极连接，第二端与继电器吸合确认电路的确认信号输出端连接；电阻R1，第一端与三极管Q1的第一端连接，并与PWM降压开关电源的第一端连接；电阻R2，第一端与电阻R1的第二端连接，第二端分别与降压开关电源的第二端、直流电源的负极连接，降压开关电源的第一端与第二端之间的电压为反馈信号；电阻R3，第一端与三极管Q1的第三端连接，第二端与电阻R1的第二端连接。此外，降压开关电源的第三端与直流电源的正极连接，降压开关电源的第四端继电器的正极连接。

此处需要说明的是，上述三级管使用NPN型三极管Q1进行电压设定的切换仅作为一种较优的方案，也可以通过PNP三极管、光耦、MOSFET等其他任何具有开关作用的器件来设定继电器吸合及保持电压的切换。

优选地，继电器降压控制电路，还包括：二极管，第一端与直流电源的负极连接，第二端分别与降压开关电源的第四端连接；电感，第一端与二极管的第二端连接，第二端与继电器的正极连接；第一电容，第一端分别与电感的第二端、三极管Q1的第一端连接，第一端与直流电源的负极连接。此外，继电器降压控制电路，还包括：第二电容,第一端分别与直流电源的正极、降压开关电源的第三端连接，第二端与直流电源的负极连接。通过上述设置可以对电路进行有效的滤波处理。

下面对上述提供的继电器降压控制电路进行具体的描述，以便更好的理解本实施例：

图2所示的继电器降压控制电路，其有别于传统继电器线圈直接接入规格书规定的额定电压的控制方法，线圈两端的电压是可以调节的。电路包括三个部分：

PWM降压开关电源、线圈电压反馈控制电路、继电器吸合确认电路。电路基本工作原理说明如下：

1)继电器吸合确认电路判断继电器的吸合状态，当判断到继电器没有吸合时，按照继电器吸合条件，将Vout电压设定为继电器额定电压的对应百分比，例如80％以上，本案例中即为20V，以保证继电器可以可靠吸合。具体电压设定方法为：此时确认信号为低电平，三极管Q1不导通，既有以下关系式：

Vout/(R1+R2)＝Vsense/R2

PWM开关电源芯片本身设计Vsense的电压为0.8V左右，此时设定R2的阻值为某一固定值，设定Vout为20V，则可以计算出R1阻值，按照计算出来的电阻阻值匹配电路，则PWM开关电源芯片会自动调节输出电压Vout以维持Vsense电压为0.8V左右，同时确保了以上关系式成立，Vout就会维持在20V左右。

2)当继电器可靠吸合确认电路判断继电器已经吸合，按照继电器吸合后保持电压的条件，将Vout电压设定为继电器额定电压的对应百分比，例如，50％，本案例中即为12V，以降低继电器线圈的损耗。

具体电压设定方法为：此时确认信号为高电平，三极管Q1导通，既有以下关系式：

Vout/(R1//R3+R2)＝Vsense/R2

PWM开关电源芯片本身设计Vsense的电压为0.8V左右，此时R1、R2的阻值为上一环节匹配好的阻值，则设定Vout为12V，就可以计算出R3的阻值，按照计算出来的电阻阻值匹配电路，则PWM开关电源芯片会自动调节输出电压Vout以维持Vsense电压为0.8V左右，同时确保了以上关系式成立，Vout就会维持在12V左右。

通过测试继电器吸合瞬间及吸合后保持时控制线圈所流过的电流，以及与继电器厂家交流确认，继电器吸合瞬间需要较高电压，一般为不低于额定线圈电压的70％，但是吸合后线圈保持电压可以低至额定电压的50％，所以在检测到继电器已经吸合后，可以调低线圈两端的电压，使继电器保持在吸合状态的同时大幅降低继电器线圈的损耗。

实施例2

基于上述实施例1中提供的继电器降压控制电路，在本实施例中提供了一种继电器降压控制电路的控制方法，具体来说，图3示出该方法的一种可选的流程图，如图3所示，该方法包括一下步骤S302-306：

S302，确定继电器在不同吸合状态下线圈两端所需的目标电压值；

S304，根据确定的继电器在不同吸合状态下线圈两端所需的目标电压值，计算线圈电压反馈控制电路中的电阻所需的电阻值；

S306，根据计算结果，对线圈电压反馈控制电路中的电阻值进行确定，以控制继电器线圈两端的实际电压为所述所需的目标电压值。

其中，在继电器处于非吸合状态时，控制继电器线圈两端的实际电压为第一比例值的继电器额定电压，在继电器处于吸合状态时，控制继电器线圈两端的实际电压为第二比例值的继电器额定电压，第二比例值小于第一比例值。优选地，第一比例值大于等于70％，第二比例值大于等于40％。

具体实现时，在继电器处于非吸合状态时，控制继电器线圈两端所需的电压为第一比例值的继电器额定电压，在继电器处于吸合状态时，控制继电器线圈两端所需的电压为第二比例值的继电器额定电压，第二比例值小于第一比例值。

进一步地，根据确定的继电器线圈两端所需的目标电压值，计算线圈电压反馈控制电路中的电阻所需的电阻值，包括：在继电器处于非吸合状态时，继电器吸合确认电路输出的确认信号为低电平，根据以下公式计算电阻R1的电阻值：

Vout’/(r1+r2)＝Vsense/r2，

其中，Vout’为确定继电器线圈两端所需的目标电压值，r2为电阻R2的值，r1为电阻R1的值，Vsense为降压开关电源的设计电压值。

在继电器处于吸合状态时，继电器吸合确认电路输出的确认信号为高电平，根据以下公式计算电阻R3的电阻值：

Vout’/(r1//r3+r2)＝Vsense/r2，

其中，Vout’为确定继电器线圈两端所需的目标电压值，r2为电阻R2的值，r1为计算的电阻R1的值，r3为电阻R3的值，r1//r3为电阻R1与电阻R3并联阻值，Vsense为降压开关电源的设计电压值。

以线圈额定电压为24VDC的继电器为例，对此控制方法的控制过程及效果说明如下：

在图2电路的直流低压输入24VDC，首先继电器吸合确认电路判断继电器的吸合状态，当判断到继电器没有吸合时，确认信号为低电平，三极管Q1不导通，R3没有接入电路，不参与输出电压设定，如上工作原理，此时，线圈电压反馈控制电路将电压Vout设定为继电器额定电压的80％以上，本案例中即为20V，PWM降压开关电源收到反馈信号后，调节输出电压，使输出电压稳定在20V，大于额定电压24VDC的70％既16.8VDC，则继电器可以可靠吸合。

当继电器吸合确认电路判断到继电器已经吸合，此时确认信号为高电平，三极管Q1导通，R3接入电路，如上工作原理，此时，线圈电压反馈控制电路将电压Vout设定为继电器额定电压的50％左右，本案例中即为12V，PWM降压开关电源收到反馈信号后，调节输出电压，使输出电压稳定在12V，使继电器保持吸合状态。

由于继电器线圈直流电阻在一定温度范围内不会发生大的变化，依据线圈直流电阻的发热原理，线圈损耗P＝U2/R，降低线圈两端电压，会大幅降低线圈的损耗，对比如下：

额定电压：P1＝U²/R

50％额定电压：P2＝(0.5U)²/R＝0.25U²/R

可见，按照此电路控制方法可以将继电器线圈损耗降低至额定电压下线圈损耗的1/4，节能环保效果明显，并且可以有效降低继电器表面温升，使其工作温度处于较低的水平，大幅提高继电器的可靠性及使用寿命，同时也避免了密闭电器盒高温环境下，多个继电器同时使用时造成的热聚集，降低了电器盒内部温度，使其他电子元器件使用寿命也大幅提高。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未发明的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (11)

1.一种继电器降压控制电路，其特征在于，包括：

直流电源；

线圈电压反馈控制电路，与所述继电器吸合确认电路连接，用于根据表征继电器吸合状态的确认信号进行电路调节，并发出反馈信号；

降压开关电源，与所述线圈电压反馈控制电路、所述直流电源连接，用于根据所述反馈信号对所述直流电源进行降压处理，控制所述继电器线圈两端电压，其中，在所述继电器处于非吸合状态时，控制所述继电器线圈两端电压为第一比例值的继电器额定电压，在所述继电器处于吸合状态时，控制所述继电器线圈两端电压为第二比例值的继电器额定电压，所述第二比例值小于所述第一比例值；

所述线圈电压反馈控制电路包括：

三极管Q1，第一端与所述继电器的正极连接，第二端与所述继电器吸合确认电路的确认信号输出端连接；

电阻R1，第一端与所述三极管Q1的第一端连接，并与降压开关电源的第一端连接；

电阻R2，第一端与所述电阻R1的第二端连接，第二端分别与所述降压开关电源的第二端、所述直流电源的负极连接，所述降压开关电源的第一端与第二端之间的电压为所述反馈信号；

电阻R3，第一端与所述三极管Q1的第三端连接，第二端与所述电阻R1的第二端连接。

2.根据权利要求1所述的继电器降压控制电路，其特征在于，还包括：

继电器吸合确认电路，用于判断所述继电器的吸合状态，并发出对应的所述确认信号。

3.根据权利要求1所述的继电器降压控制电路，其特征在于，所述降压开关电源的第三端与所述直流电源的正极连接，所述降压开关电源的第四端所述继电器的正极连接。

4.根据权利要求3所述的继电器降压控制电路，其特征在于，还包括：

二极管，第一端与所述直流电源的负极连接，第二端分别与所述降压开关电源的第四端连接；

电感，第一端与所述二极管的第二端连接，第二端与所述继电器的正极连接；

第一电容，第一端分别与所述电感的第二端、三极管Q1的第一端连接，第一端与所述直流电源的负极连接。

5.根据权利要求1或4所述的继电器降压控制电路，其特征在于，还包括：

第二电容,第一端分别与所述直流电源的正极、所述降压开关电源的第三端连接，第二端与所述直流电源的负极连接。

6.根据权利要求1所述的继电器降压控制电路，其特征在于，所述降压开关电源为PWM降压开关电源。

7.一种如权利要求1-6任一项所述的继电器降压控制电路的控制方法，其特征在于，包括：

确定所述继电器在不同吸合状态下线圈两端所需的目标电压值；

根据确定的所述继电器在不同吸合状态下线圈两端所需的目标电压值，计算所述线圈电压反馈控制电路中的电阻所需的电阻值；

根据计算结果，对所述线圈电压反馈控制电路中的电阻值进行确定，以控制所述继电器线圈两端的实际电压为所述所需的目标电压值。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，确定所述继电器在不同吸合状态下线圈两端所需的目标电压值，包括：

在所述继电器处于非吸合状态时，控制所述继电器线圈两端所需的电压为第一比例值的继电器额定电压，在所述继电器处于吸合状态时，控制所述继电器线圈两端所需的电压为第二比例值的继电器额定电压，所述第二比例值小于所述第一比例值。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述线圈电压反馈控制电路包括：三极管Q1，第一端与所述继电器的正极连接，第二端与所述继电器吸合确认电路的确认信号输出端连接；电阻R1，第一端与所述三极管Q1的第一端连接，并与降压开关电源的第一端连接，电阻R2，第一端与所述电阻R1的第二端连接，第二端分别与所述降压开关电源的第二端、所述直流电源的负极连接，所述降压开关电源的第一端与第二端之间的电压为所述反馈信号；电阻R3，第一端与所述三极管Q1的第三端连接，第二端与所述电阻R1的第二端连接，

所述根据确定的所述继电器在不同吸合状态下线圈两端所需的目标电压值，计算所述线圈电压反馈控制电路中的电阻所需的电阻值，包括：

在所述继电器处于非吸合状态时，继电器吸合确认电路输出的确认信号为低电平，根据以下公式计算所述电阻R1的电阻值：

Vout’/(r1+r2)＝Vsense/r2，

其中，所述Vout’为所述继电器线圈两端所需的目标电压值，r2为电阻R2的值，r1为电阻R1的值，Vsense为所述降压开关电源的设计电压值。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述根据确定的所述继电器在不同吸合状态下线圈两端所需的目标电压值，计算所述线圈电压反馈控制电路中的电阻所需的电阻值，包括：

在所述继电器处于吸合状态时，继电器吸合确认电路输出的确认信号为高电平，根据以下公式计算所述电阻R3的电阻值：

Vout/(r1//r3+r2)＝Vsense/r2，

其中，所述Vout为所述继电器线圈两端所需的目标电压值，r2为电阻R2的值，r1为计算的电阻R1的值，r3为电阻R3的值，r1//r3为电阻R1与电阻R3并联阻值，Vsense为所述降压开关电源的设计电压值。

11.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一比例值大于等于70％，所述第二比例值大于等于40％。