CN107658182B - 一种低压直流控制交流接触器的电路和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低压直流控制交流接触器的电路，它包括控制开关K1、PWM发生电路、电感L1、二极管D1、开关管Q1、储能电容C1、齐纳二极管D4、限流电阻R1、检测电阻R2、储能电容C2、可控硅Q2、二极管D3、保护二极管D2、交流接触器KM1、低压直流电源V1和高压直流电源V2；所述的PWM发生电路上设置有反馈信号端、VCC_IN端、PWM_OUT端、CURRENT_SENSE端、V_BUS端和GND端。本发明输入电源仅为低压直流辅助电源，杜绝高压大电流引入，减小高压大电流对控制回路的干扰。整个控制回路中，除控制开关K1、交流接触器KM1外，无其他机械开关。

Description

一种低压直流控制交流接触器的电路和方法

技术领域

本发明涉及交流接触器控制领域，具体涉及一种低压直流控制交流接触器的电路和方法。

背景技术

逆变器、变频器、充电机、充电柜和充电桩等设备属于电能变换领域，其均涉及交流电 的使用，在控制回路中普遍存在如24V、12V或者5V的低压控制辅助直流电源。交流接触器 普遍应用于这些设备的主回路中，起到接通和分断电路的作用。可见，方便可靠的控制交流 接触器的通断对整个系统十分重要。目前一般有1、直接使用交流控制交流接触器，2、高压 交流经整流滤波成直流后驱动交流接触器的方法，3、使用交流接触器的辅助触点互锁控制。

1、直接使用交流控制交流接触器，通过开关器件控制交流与交流接触器线圈的通断，以 达到控制交流接触器接通和分断的目的。

2、高压交流经整流滤波成直流后路驱动交流接触器的方法，使用高压直流连接交流接触 器线圈控制交流接触器接通和分断，以减小外界交流电压波动对交流接触器吸合的影响。

3、使用交流接触器的辅助触点互锁控制，利用了交流接触器本身的特性，减少了元器件 种类，有利于降低成本。

但是上述控制交流接触器的方法还存在以下问题：

1、直接使用交流控制交流接触器，在电网电压波动幅度较大、负载变化大的情况下，会 导致控制交流接触器的电压不稳。当加载交流接触线圈上的电压值未能达到使交流接触器吸 合所要求的最小电压值时，会出现交流接触器衔铁跳动不止的情况，这对交流接触器自身及 整个电力系统都会产生一定的破坏作用，甚至引发安全事故。

2、高压交流经整流滤波成直流后驱动交流接触器的方法，额外的增加了一部分电能变换 电路，虽然提升了稳定性，但避免不了高压大电流引入控制回路，发生故障时有引起控回路 连锁损坏的可能。

3、使用交流接触器的辅助触点互锁控制，利用了交流接触器本身的特性，但触点属于损 耗件，同时使用有增大失效率的风险。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种避免高压大电流回路的引入，电路简 单可靠的低压直流控制交流接触器的电路和方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种低压直流控制交流接触器的电路，它 包括控制开关K1、PWM发生电路、电感L1、二极管D1、开关管Q1、储能电容C1、齐纳二极管D4、限流电阻R1、检测电阻R2、储能电容C2、可控硅Q2、二极管D3、保护二极管D2、 交流接触器KM1、低压直流电源V1和高压直流电源V2；

所述的PWM发生电路上设置有反馈信号端、VCC_IN端、PWM_OUT端、CURRENT_SENSE端、 V_BUS端和GND端；

低压直流电源V1通过控制开关K1连接电感L1，控制开关K1和电感L1的公共节点与PWM 发生电路的VCC_IN端相连，PWM发生电路的PWM_OUT端通过开关管Q1分别连接二极管D1和 检测电阻R2，开关管Q1与二极管D1的公共节点连接电感L1，检测电阻R2接地；

PWM发生电路的GND端接地；

高压直流电源V2连接二极管D1的负极、储能电容C1的正极、齐纳二极管D4的负极、保护二极管D2的负极和交流接触器KM1；

储能电容C1的负极接地，齐纳二极管D4的正极依次通过限流电阻R1和储能电容C2接 地，限流电阻R1和储能电容C2的公共节点与可控硅Q2相连；

PWM发生电路的反馈信号端通过二极管D3与交流接触器KM1相连，交流接触器KM1的两 端并联保护二极管D2；二极管D3、保护二极管D2和交流接触器KM1三者的交点与可控硅Q2 串联后接地；

PWM发生电路的V_BUS端与储能电容C1的正极相连，PWM发生电路的CURRENT_SENSE端 连接到开关管Q1与检测电阻R2的公共节点上。

作为优选方式，低压直流电源V1为24V或者12V。

作为优选方式，开关管Q1为MOSFET。

作为优选方式，PWM发生电路由7805稳压器、升压芯片UC2843以及外围电路实现。

作为优选方式，PWM发生电路包括7805稳压器、升压芯片UC2843、电容C3、电容C4、电容C5、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8和二极管D5；

7805稳压器的IN端为PWM发生电路的VCC_IN端，二极管D5的负极分别接7805稳压器 的GND端和二极管D3，二极管D5的正极接地，7805稳压器的OUT端接升压芯片UC2843的VCC端，升压芯片UC2843的GND端接地；

升压芯片UC2843的OUT端接电阻R3，升压芯片UC2843的IS端接电阻R4，电阻R6和电阻R7串联，电阻R6和电阻R7串联的公共节点连接升压芯片UC2843的VFB端，电阻R6接地， 电阻R8与电容C5并联后形成的并联电路再并联到升压芯片UC2843的VFB端和COMP端，升 压芯片UC2843的VREF端通过电容C4接地；

电阻R5与电容C3串联，电阻R5与电容C3的公共节点接升压芯片UC2843的RT/CT端，电阻R5接升压芯片UC2843的VREF端，电容C3接地。

低压直流控制交流接触器的电路控制方法，控制开关K1控制着整个电路的电源；KM1为 所被控制的交流接触器；V1和GND为一组低压直流电源；V2为PWM发生电路与开关管Q1、 二极管D1、电感L1、储能电容C1、齐纳二极管D4相互作用所达到使可控硅Q2导通的一个高压直流电压；PWM发生电路上的反馈信号为低时PWM发生电路不工作；

当控制开关K1闭合后，V1电源提供给整个电路；PWM发生电路开始工作，通过开关管 Q1、二极管D1、电感L1、储能电容C1组成BOOST升压使得V2电压上升到齐纳二极管D4的击穿电压；齐纳二极管D4反向击穿后，可控硅Q2导通，交流接触器KM1的线圈有电流流过，交流接触器吸合，反馈信号的电平相对GND变为低电平，PWM发生电路停止工作，交流接触器KM1的吸合维持电流由电源V1通过L1、D1、Q2提供；

当控制开关K1断开后，整个电路没有电源供应，交流接触器KM1分断。

作为优选方式，V1和GND为一组低压直流电源，为控制回路的辅助直流电源。

本发明的有益效果是：

1、输入电源仅为低压直流辅助电源，杜绝高压大电流引入，减小高压大电流对控制回路 的干扰。

2、整个控制回路中，除控制开关K1、交流接触器KM1外，无其他机械开关；并且其中控制开关K1可有其他具有通断功能的晶体管替换，不使用使用寿命较短的机械开关。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为PWM发生电路的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所 述。

针对目前采用高压电或者复杂的低压-高压变换电路驱动交流接触器的方法，高压直接取 电存在着电压不稳可能导致吸合异常的问题；高压驱动虽然可以通过转换成直流电压并增加 滤波储能元件提升稳定性，但这无疑使结构变得复杂、增加成本。

在电气控制回路中普遍存在如24V、12V或者5V的低压控制辅助直流电源，针对此现象 提出一种使用低压直流点控制交流接触器的电路和方法，避免高压大电流回路的引入，电路 简单可靠。

如图1所示，一种低压直流控制交流接触器的电路，它包括控制开关K1、PWM发生电路、 电感L1、二极管D1、开关管Q1、储能电容C1、齐纳二极管D4、限流电阻R1、检测电阻R2、储能电容C2、可控硅Q2、二极管D3、保护二极管D2、交流接触器KM1、低压直流电源V1和 高压直流电源V2；

所述的PWM发生电路上设置有反馈信号端、VCC_IN端、PWM_OUT端、CURRENT_SENSE端、 V_BUS端和GND端；

低压直流电源V1通过控制开关K1连接电感L1，控制开关K1和电感L1的公共节点与PWM 发生电路的VCC_IN端相连，PWM发生电路的PWM_OUT端通过开关管Q1分别连接二极管D1和 检测电阻R2，开关管Q1与二极管D1的公共节点连接电感L1，检测电阻R2接地；

PWM发生电路的GND端接地；

高压直流电源V2连接二极管D1的负极、储能电容C1的正极、齐纳二极管D4的负极、保护二极管D2的负极和交流接触器KM1；

储能电容C1的负极接地，齐纳二极管D4的正极依次通过限流电阻R1和储能电容C2接 地，限流电阻R1和储能电容C2的公共节点与可控硅Q2相连；

PWM发生电路的反馈信号端通过二极管D3与交流接触器KM1相连，交流接触器KM1的两 端并联保护二极管D2；二极管D3、保护二极管D2和交流接触器KM1三者的交点与可控硅Q2 串联后接地；

PWM发生电路的V_BUS端与储能电容C1的正极相连，PWM发生电路的CURRENT_SENSE端 连接到开关管Q1与检测电阻R2的公共节点上。

作为优选方式，低压直流电源V1为24V或者12V。

实施例的结构和控制方法说明如下：

交流接触器吸合必须达到其规定的吸合电压，吸合后须提供一个稳定的吸合电流以保证 稳定的吸合。控制开关K1控制着整个电路的电源；PWM发生电路、二极管D1、开关管Q1(此 处优选为MOSFET)、电感L1、储能电容C1；齐纳二极管D4、限流电阻R1、储能电阻C2、可控硅Q2、二极管D3、保护二极管D2；KM1为所被控制的交流接触器。V1和GND为一组低压 直流电源，通常是控制回路的辅助直流电源，一般为24V或者12V；V2为PWM发生电路与开 关管Q1、二极管D1、电感L1、储能电容C1、齐纳二极管D4相互作用所达到使可控硅Q2导 通的一个高压直流电压；CS为一个反馈信号，CS为低时PWM发生电路不工作。

如图1：当控制开关K1闭合后，V1电源提供给整个电路。PWM发生电路开始工作，通过 开关管Q1、二极管D1、电感L1、储能电容C1组成BOOST升压使得V2电压上升到齐纳二极管D4的击穿电压。齐纳二极管D4反向击穿后，可控硅Q2导通，交流接触器KM1的线圈有电 流流过，交流接触器吸合，CS信号的电平相对GND变为低电平，PWM发生电路停止工作，交 流接触器KM1的吸合维持电流由电源V1通过L1、D1、Q2提供。

当控制开关K1断开后，整个电路没有电源供应，交流接触器KM1分断。

在一个优选实施例中，如图2所示，PWM发生电路由7805稳压器、升压芯片UC2843以及 外围电路实现。

在一个优选实施例中，如图2所示，PWM发生电路包括7805稳压器、升压芯片UC2843、 电容C3、电容C4、电容C5、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8和二极管D5；

7805稳压器的IN端为PWM发生电路的VCC_IN端，二极管D5的负极分别接7805稳压器 的GND端和二极管D3，二极管D5的正极接地，7805稳压器的OUT端接升压芯片UC2843的VCC端，升压芯片UC2843的GND端接地；

升压芯片UC2843的OUT端接电阻R3，升压芯片UC2843的IS端(或Isense端)接电阻R4，电阻R6和电阻R7串联，电阻R6和电阻R7串联的公共节点连接升压芯片UC2843的VFB 端，电阻R6接地，电阻R8与电容C5并联后形成的并联电路再并联到升压芯片UC2843的VFB 端和COMP端，升压芯片UC2843的VREF端通过电容C4接地；

电阻R5与电容C3串联，电阻R5与电容C3的公共节点接升压芯片UC2843的RT/CT端，电阻R5接升压芯片UC2843的VREF端，电容C3接地。

VCC_IN为24V，初始状态CS电平为高，IC1 7805的3脚输出电压为稳压二极管D5(型号可以为BZX84C12等)的反向击穿电压与5V之和，此处为17V；后续器件IC2(此处为UC2843)得电开始工作，通过反馈回路R1、R2得BOOST输出电压，通过IS引脚检测MOSFET电流。

当VCC_IN为24V，CS为低时，稳压二极管D5反向不击穿，IC1的3脚输出为5V，不能满足IC2的工作电压，BOOST电路不工作。

本发明或实施例的优点至少包括以下几个方面：

1、采用BOOST升压电路结合齐纳二极管和可控硅的特性，达到仅仅使用低压直流电源就 能控制交流接触器吸合、分断的目的。

2、整个控制回路中，除控制开关K1、交流接触器KM1外，无其他机械开关；并且其中控 制开关K1可由其他具有通断功能的晶体管替换。

3、采用BOOST升压电路结合齐纳二极管和可控硅的特性，控制交流接触器的吸合、分断， 方案简单、成熟、可靠。

4、输入电源仅为低压直流辅助电源，杜绝高压大电流引入，减小高压大电流对控制回路 的干扰。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，应当指出的是，凡在本 发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围 之内。

Claims (7)

1.一种低压直流控制交流接触器的电路，其特征在于：它包括控制开关K1、PWM发生电路、电感L1、二极管D1、开关管Q1、储能电容C1、齐纳二极管D4、限流电阻R1、检测电阻R2、储能电容C2、可控硅Q2、二极管D3、保护二极管D2、交流接触器KM1、低压直流电源V1和高压直流电源V2；

所述的PWM发生电路上设置有反馈信号端、VCC_IN端、PWM_OUT端、CURRENT_SENSE端、V_BUS端和GND端；

低压直流电源V1通过控制开关K1连接电感L1，控制开关K1和电感L1的公共节点与PWM发生电路的VCC_IN端相连，PWM发生电路的PWM_OUT端通过开关管Q1分别连接二极管D1和检测电阻R2，开关管Q1与二极管D1的公共节点连接电感L1，检测电阻R2接地；

PWM发生电路的GND端接地；

高压直流电源V2连接二极管D1的负极、储能电容C1的正极、齐纳二极管D4的负极、保护二极管D2的负极和交流接触器KM1；

储能电容C1的负极接地，齐纳二极管D4的正极依次通过限流电阻R1和储能电容C2接地，限流电阻R1和储能电容C2的公共节点与可控硅Q2相连；

PWM发生电路的反馈信号端通过二极管D3与交流接触器KM1相连，交流接触器KM1的两端并联保护二极管D2；二极管D3、保护二极管D2和交流接触器KM1三者的交点与可控硅Q2串联后接地；

PWM发生电路的V_BUS端与储能电容C1的正极相连，PWM发生电路的CURRENT_SENSE端连接到开关管Q1与检测电阻R2的公共节点上。

2.根据权利要求1所述的一种低压直流控制交流接触器的电路，其特征在于：低压直流电源V1为24V或者12V。

3.根据权利要求1所述的一种低压直流控制交流接触器的电路，其特征在于：开关管Q1为MOSFET。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种低压直流控制交流接触器的电路，其特征在于：PWM发生电路由7805稳压器、升压芯片UC2843以及外围电路实现。

5.根据权利要求1或2或3所述的一种低压直流控制交流接触器的电路，其特征在于：PWM发生电路包括7805稳压器、升压芯片UC2843、电容C3、电容C4、电容C5、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8和二极管D5；

7805稳压器的IN端为PWM发生电路的VCC_IN端，二极管D5的负极分别接7805稳压器的GND端和二极管D3，二极管D5的正极接地，7805稳压器的OUT端接升压芯片UC2843的VCC端，升压芯片UC2843的GND端接地；

升压芯片UC2843的OUT端接电阻R3，升压芯片UC2843的IS端接电阻R4，电阻R6和电阻R7串联，电阻R6和电阻R7串联的公共节点连接升压芯片UC2843的VFB端，电阻R6接地，电阻R8与电容C5并联后形成的并联电路再并联到升压芯片UC2843的VFB端和COMP端，升压芯片UC2843的VREF端通过电容C4接地；

电阻R5与电容C3串联，电阻R5第一端与电容C3第一端的公共节点接升压芯片UC2843的RT/CT端，电阻R5第二端接升压芯片UC2843的VREF端，电容C3第二端接地。

6.一种对于如权利要求1或2或3所述的低压直流控制交流接触器的电路控制方法，其特征在于：控制开关K1控制着整个电路的电源；KM1为所被控制的交流接触器；V1和GND为一组低压直流电源；V2为PWM发生电路与开关管Q1、二极管D1、电感L1、储能电容C1、齐纳二极管D4相互作用所达到使可控硅Q2导通的一个高压直流电压；PWM发生电路上的反馈信号为低时PWM发生电路不工作；

当控制开关K1闭合后，V1电源提供给整个电路；PWM发生电路开始工作，通过开关管Q1、二极管D1、电感L1、储能电容C1组成BOOST升压使得V2电压上升到齐纳二极管D4的击穿电压；齐纳二极管D4反向击穿后，可控硅Q2导通，交流接触器KM1的线圈有电流流过，交流接触器吸合，反馈信号的电平相对GND变为低电平，PWM发生电路停止工作，交流接触器KM1的吸合维持电流由电源V1通过L1、D1、Q2提供；

当控制开关K1断开后，整个电路没有电源供应，交流接触器KM1分断。

7.如权利要求6所述的电路控制方法，其特征在于：V1和GND为一组低压直流电源，为控制回路的辅助直流电源。