CN107768196B - 一种可降低继电器功耗的控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开可降低继电器功耗的控制系统，包括：可控DCDC模块、可控开关、继电器及继电器控制器；可控DCDC模块用于接收继电器控制器的电压控制信号，根据电压控制信号输出继电器控制电压；可控开关用于接收继电器控制器的开关控制信号，并根据开关控制信号为继电器提供供电电压；继电器用于接收供电电压，进而使能开关动作；继电器控制器用于判断继电器的状态是否为吸合状态，若是，则控制可控DCDC模块输出预设继电器电压。本发明通过设有继电器控制器及可控DCDC模块，使得可以进行对继电器的供电进行调节。本发明通过控制继电器吸合后的线圈电压减少为额定电压的一半，可以确保继电器吸合状态不变的情况下，使继电器的维持功耗降为额定功耗的1/2。

Description

一种可降低继电器功耗的控制系统

技术领域

本发明涉及一种继电器控制领域，特别是涉及可降低继电器功耗的控制系统。

背景技术

继电器可以实现电气回路的通断，是电气系统和电气设备中不可或缺的重要元件。在很多情况下，继电器在电气系统功耗中所占比例可以忽略不计；但是在很多低功耗的场合(如电池保护板)下，继电器的功耗占比很大，必须加以考虑。

继电器线圈有额定的工作电压，当继电器驱动电压在额定工作电压附近时，继电器吸合；当继电器驱动电压低于一定电压值时，继电器断开。目前，通用的继电器控制策略为：需要驱动继电器吸合时，为线圈提供额定的驱动电压；需要驱动继电器断开时，停止为线圈提供驱动电压。在继电器吸合后，驱动电压保持不变，此时继电器消耗的功率为额定工作功率，然而，现有的技术中并没有办法降低该额定功率，造成了能源的浪费。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供可降低继电器功耗的控制系统，通过输出可控DCDC模块为继电器供电，保证继电器吸合后可以进入低功耗状态。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

可降低继电器功耗的控制系统，包括：可控DCDC模块、可控开关、继电器及继电器控制器；

所述可控DCDC模块用于接收所述继电器控制器的电压控制信号，根据所述电压控制信号输出继电器额定控制电压；

所述可控开关用于接收所述继电器控制器的开关控制信号，并根据所述开关控制信号为继电器提供供电电压；

所述继电器用于接收所述供电电压，进而使能开关动作；

所述继电器控制器用于判断继电器的状态是否为吸合状态，若是，则控制所述可控DCDC模块输出预设继电器电压。

在本实施例一实施方式中，所述继电器控制器还用于接收所述可控DCDC 模块的电压反馈信号，并根据电压反馈信号使能所述可控DCDC模块输出相应的电压。

在本实施例一实施方式中，所述预设继电器电压为继电器额定控制电压的一半。

在本实施例一实施方式中，所述可控DCDC模块包括滤波电路、DCDC处理器、降压电路及DCDC电压目标控制电路；

所述滤波电路的电压输入端与DCDC输入端连接，输出端与所述DCDC处理器的输入端连接，所述降压电路的输入端与所述DCDC处理器的电压输出端连接，所述DCDC电压目标控制电路的输入端与所述DCDC处理器连接，输出端与所述继电器控制器连接。

在本实施例一实施方式中，所述滤波电路包括第三电容C3、第四电容C4 和第五电容C5，所述第三电容C3、所述第四电容C4和所述第五电容C5并联连接，所述第三电容C3的一端与DCDC输入端连接，另一端接地。

在本实施例一实施方式中，所述降压电路包括第二二极管D2、第一电感L1、第六电容C6、第七电容C7、第一极性电容E1和第二极性电容E2；

所述第二二极管D2的阳极与所述DCDC处理器连接，阴极与所述第一电感L1的第一端连接，所述第一电感L1的第二端分别与所述第六电容C6、所述第七电容C7、所述第一极性电容E1和所述第二极性电容E2的一端连接，所述第六电容C6、所述第七电容C7、所述第一极性电容E1和所述第二极性电容E2 的另一端接地。

在本实施例一实施方式中，所述DCDC电压目标控制电路包括第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6和第一开关管Q1；

所述第三电阻R3的一端与所述DCDC处理器的第12管脚连接，所述第三电阻R3的另一端经所述第六电阻R6后接地，所述第五电阻R5的第一端与所述第三电阻R3和所述第六电阻R6串联的连接节点连接，第二端与所述第一开关管Q1的D极连接，所述第一开关管Q1的G极经所述第四电阻R4后与所述继电器控制器的电压控制信号输入端连接，所述第一开关管Q1的S极接地。

在本实施例一实施方式中，所述可控开关包括驱动电路及与所述驱动电路连接的状态反馈电路。

在本实施例一实施方式中，所述驱动电路包括第八电阻R8、第十一电阻 R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第二开关管Q2和第三开关管Q3；

所述第十二电阻R12的第一端与所述继电器控制器的控制信号输入口连接，第二端与所述第三开关管Q3的基极连接，所述第三开关管Q3的集电极经所述第十一电阻R11后与所述第二开关管Q2的G极连接，所述第三开关管Q3的发射极接地；

所述第十三电阻R13的两端跨接于所述第三开关管Q3的基极和所述第三开关管Q3的发射极之间；

所述第八电阻R8的两端跨接于所述第二开关管Q2的G极和所述第二开关管Q2的S极之间，所述第二开关管Q2的D极与所述状态反馈电路的输入端连接，所述所述第二开关管Q2的D极作为驱动电路的输出端。

在本实施例一实施方式中，所述状态反馈电路包括第七电阻R7、第九电阻 R9、第十电阻R10、第十四电阻R14和第四开关管Q4；

所述第十电阻R10的一端与所述驱动电路的输出端连接，另一端经所述第十四电阻R14后接地，所述第四开关管Q4的基极与所述第十电阻R10和所述第十四电阻R14串联连接节点连接，所述第四开关管Q4的集电极经所述第七电阻R7与5V输入端连接，所述第四开关管Q4的集电极还经所述第九电阻R9与反馈信号输出端连接，所述第四开关管Q4的发射极接地。

与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：

本发明的可降低继电器功耗的控制系统，通过设有继电器控制器及可控 DCDC模块，使得可以进行对继电器的供电进行调节。本发明通过控制继电器吸合后的线圈电压减少为额定电压的一半，可以确保继电器吸合状态不变的情况下，使继电器的维持功耗降为额定功耗的1/2。特别适用于对元件功耗有严格要求的场合。

附图说明

图1为本发明一实施例的可降低继电器功耗的控制系统的原理框图；

图2为图1的可降低继电器功耗的控制方法的流程图；

图3为图1的可控DCDC模块的电路原理图；

图4为图1的可控开关的电路原理图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

一实施方式中，继电器线圈有额定的工作电压，当继电器驱动电压在额定工作电压附近时，继电器吸合；当继电器驱动电压低于一定电压值时，继电器断开。目前，通用的继电器控制策略为：需要驱动继电器吸合时，为线圈提供额定的驱动电压；需要驱动继电器断开时，停止为线圈提供驱动电压。在继电器吸合后，驱动电压保持不变，此时继电器消耗的功率为额定工作功率，然而，现有的技术中并没有办法降低该额定功率，造成了能源的浪费。本发明提出了一种可降低继电器功耗的控制系统，本方案适用于电气系统，尤其适用于要求低功耗性能的电气系统。例如，可降低继电器功耗的控制系统，包括：可控DCDC 模块、可控开关、继电器及继电器控制器；所述可控DCDC模块用于接收所述继电器控制器的电压控制信号，根据所述电压控制信号输出继电器额定控制电压；所述可控开关用于接收所述继电器控制器的开关控制信号，并根据所述开关控制信号为继电器提供供电电压；所述继电器用于接收所述供电电压，进而使能开关动作；所述继电器控制器用于判断继电器的状态是否为吸合状态，若是，则控制所述可控DCDC模块输出预设继电器电压。本发明的可降低继电器功耗的控制系统，通过设有继电器控制器及可控DCDC模块，使得可以进行对继电器的供电进行调节。本发明通过控制继电器吸合后的线圈电压减少为额定电压的一半，可以确保继电器吸合状态不变的情况下，使继电器的维持功耗降为额定功耗的1/2。特别适用于对元件功耗有严格要求的场合。

为了更好地对上述可降低继电器功耗的控制系统进行说明，以更好地理解上述控制系统的构思，请参阅图1所示，可降低继电器功耗的控制系统10，包括：可控DCDC模块100、可控开关200、继电器300及继电器控制器400；所述可控DCDC模块用于接收所述继电器控制器的电压控制信号，根据所述电压控制信号输出继电器额定控制电压；所述可控开关用于接收所述继电器控制器的开关控制信号，并根据所述开关控制信号为继电器提供供电电压；所述继电器用于接收所述供电电压，进而使能开关动作；所述继电器控制器用于判断继电器的状态是否为吸合状态，若是，则控制所述可控DCDC模块输出预设继电器电压。进一步的，所述继电器控制器用于根据可控DCDC模块的电压反馈信号，发出对应的电压控制信号到可控DCDC模块，使可控DCDC模块输出目标电压；同时，所述继电器控制器接收继电器的状态反馈信号，根据所述状态反馈信号对可控DCDC模块和可控开关进行控制。需要说明的是，所述预设继电器电压为继电器额定控制电压的一半。

可控DCDC模块接收继电器控制器的电压控制信号，输出继电器额定控制电压(Urate)、1/2额定控制电压(1/2*Urate)的或零电压。

目前有很多型号的继电器，为线圈提供额定的工作电压可以驱动继电器吸合，继电器吸合之后，如果维持线圈电压为额定工作电压，则继电器功耗为额定功耗；如果在继电器吸合之后，将提供给线圈的电压降为额定电压的1/2，继电器将继续保持吸合，同时继电器功耗会降低一半。

请参阅图2，继电器低功耗吸合的流程如下：

继电器控制器控制可控DCDC模块输出继电器的额定电压，若输出电压不满足，则继续控制器继续控制可控DCDC模块，确保可控DCDC模块输出的电压与继电器额定控制电压一致；继电器控制器控制可控开关吸合，为继电器供电，吸合继电器；继电器控制器接收到继电器的状态回馈信号，确认继电器吸合之后，控制可控DCDC模块降低输出电压至继电器额定电压的1/2；可控DCDC 模块输出电压与目标电压一致后，完成继电器的低功耗吸合。

继电器断开的控制策略：控制器控制开关断开，停止为继电器供电，继电器断开；随后控制器控制DCDC输出零电压，减少功耗。

还需要说明的是，所述可控DCDC模块包括滤波电路、DCDC处理器U1、降压电路及DCDC电压目标控制电路；所述滤波电路的电压输入端与DCDC输入端连接，输出端与所述DCDC处理器U1的输入端连接，所述降压电路的输入端与所述DCDC处理器U1的电压输出端连接，所述DCDC电压目标控制电路的输入端与所述DCDC处理器U1连接，输出端与所述继电器控制器连接。

进一步的，U1为DCDC芯片，可以根据FB脚的反馈信号来输出PWM波，控制DCDC输出目标电压；IN脚为可控DCDC模块的电压输入正极，PGND为输入负极；6/12V为可控DCDC模块的输出正极，PGND为输出负极。

请参阅图3，所述滤波电路包括第三电容C3、第四电容C4和第五电容C5，所述第三电容C3、所述第四电容C4和所述第五电容C5并联连接，所述第三电容C3的一端与DCDC输入端连接，另一端接地。所述第三电容C3、所述第四电容C4和所述第五电容C5用于对输入电压进行滤波，减少输入电压纹波。

需要说明的是，为了确保DCDC处理器U1能够正常工作，所述可控DCDC 模块还包括芯片辅助电路，所述芯片辅助电路包括第一电容C1、第二电容C2、第八电容C8、第九电容C9、第十电容C10、第一电阻R1和第二电阻R2，所述第一电容C1、第二电容C2、第八电容C8、第九电容C9、第十电容C10、第一电阻R1和第二电阻R2分别与所述DCDC处理器U1的各个管脚连接，以保证 DCDC处理器U1能够正常、稳定地工作，以提高可控DCDC模块的稳定性及可靠性。

在本实施例中，所述降压电路包括第二二极管D2、第一电感L1、第六电容 C6、第七电容C7、第一极性电容E1和第二极性电容E2；所述第二二极管D2 的阳极与所述DCDC处理器U1连接，阴极与所述第一电感L1的第一端连接，所述第一电感L1的第二端分别与所述第六电容C6、所述第七电容C7、所述第一极性电容E1和所述第二极性电容E2的一端连接，所述第六电容C6、所述第七电容C7、所述第一极性电容E1和所述第二极性电容E2的另一端接地。

所述DCDC电压目标控制电路包括第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻 R5、第六电阻R6和第一开关管Q1；所述第三电阻R3的一端与所述DCDC处理器U1的第12管脚连接，所述第三电阻R3的另一端经所述第六电阻R6后接地，所述第五电阻R5的第一端与所述第三电阻R3和所述第六电阻R6串联的连接节点连接，第二端与所述第一开关管Q1的D极连接，所述第一开关管Q1 的G极经所述第四电阻R4后与所述继电器控制器的电压控制信号输入端连接，所述第一开关管Q1的S极接地。所述降压电路还包括CT_V输入端口，所述 CT_V为继电器控制器的电压控制信号输入端，CT_V为高电平时，第五电阻R5、第六电阻R6并联后与第三电阻R3分压，反馈到FB脚的电压降低，DCDC处理器U1控制可控DCDC模块输出12V电压；CT_V为低电平时，第五电阻R5 与第三电阻R3分压，反馈到FB脚的电压升高，DCDC处理器U1控制DCDC输出6V电压。

需要说明的是，为了确认可控DCDC模块的输出电压是否正确，所述可控 DCDC模块还包括分压电路；所述分压电路包括第二十电阻R20和第二十一电阻R21，所述第二十电阻R20的一端与所述第二极性电容E2的输出端连接，另一端经所述第二十一电阻R21后接地，所述第二十电阻R20和所述二十一电阻 R21串联的连接节点与所述继电器控制器的电压采集端连接，二十一电阻R21 两端的电压送到继电器控制器的电压采样通道，继电器控制器将根据该值确认可控DCDC模块输出电压是否正确。

需要说明的是，请参阅图4，所述可控开关包括驱动电路及与所述驱动电路连接的状态反馈电路。

6/12V端与所述可控DCDC模块的输出端正极连接，PGND的输出端与所述可控DCDC模块的输出负极连接，OUT端与所述继电器的线圈供电正极连接， PGND与所述继电器的线圈供电负极连接，PRLAY1端口与所述继电器控制器的控制信号输入口。

所述驱动电路包括第八电阻R8、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第二开关管Q2和第三开关管Q3；所述第十二电阻R12的第一端与所述继电器控制器的控制信号输入口连接，第二端与所述第三开关管Q3的基极连接，所述第三开关管Q3的集电极经所述第十一电阻R11后与所述第二开关管Q2的G极连接，所述第三开关管Q3的发射极接地；所述第十三电阻R13 的两端跨接于所述第三开关管Q3的基极和所述第三开关管Q3的发射极之间；所述第八电阻R8的两端跨接于所述第二开关管Q2的G极和所述第二开关管 Q2的S极之间，所述第二开关管Q2的D极与所述状态反馈电路的输入端连接，所述所述第二开关管Q2的D极作为驱动电路的输出端。

当继电器控制信号RELAY1为低电平时，第十三电阻R13两侧电压为0V，第三开关管Q3不导通；第二开关管Q2的GS极之间的电压差为0V，第二开关管Q2截止，OUT端输出为0V；继电器控制信号为高电平时，第十三电阻R13 两侧存在电压，第三开关管Q3导通；第二开关管Q2的GS极之间压差为负值，第二开关管Q2导通，OUT端输出电压为可控DCDC模块输出电压。

进一步的，所述状态反馈电路包括第七电阻R7、第九电阻R9、第十电阻 R10、第十四电阻R14和第四开关管Q4；所述第十电阻R10的一端与所述驱动电路的输出端连接，另一端经所述第十四电阻R14后接地，所述第四开关管Q4 的基极与所述第十电阻R10和所述第十四电阻R14串联连接节点连接，所述第四开关管Q4的集电极经所述第七电阻R7与5V输入端连接，所述第四开关管 Q4的集电极还经所述第九电阻R9与反馈信号输出端连接，所述第四开关管Q4 的发射极接地。

当第二开关管Q2导通，控制继电器吸合时，第十四电阻R14两端存在电压，第四开关管Q4导通，R_BACK回馈电压为0V；当第二开关管Q2截止，控制继电器断开时，第十四电阻R14两端电压为0V，第四开关管Q4截止，R_BACK 回馈电压为5V。即控制继电器吸合时，R_BACK反馈为0V；控制继电器断开时，R_BACK反馈为5V。

需要说明的是，所述第一开关管Q1为MOS管；第二开关管Q2为MOS管；所述第三开关管Q3和第四开关管Q4为三极管。

与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：

本发明的可降低继电器功耗的控制系统，通过设有继电器控制器及可控 DCDC模块，使得可以进行对继电器的供电进行调节。本发明通过控制继电器吸合后的线圈电压减少为额定电压的一半，可以确保继电器吸合状态不变的情况下，使继电器的维持功耗降为额定功耗的1/2。特别适用于对原件功耗有严格要求的场合。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.可降低继电器功耗的控制系统，其特征在于，包括：可控DCDC模块、可控开关、继电器及继电器控制器；

所述可控DCDC模块用于接收所述继电器控制器的电压控制信号，根据所述电压控制信号输出继电器额定控制电压；

所述可控开关用于接收所述继电器控制器的开关控制信号，并根据所述开关控制信号为继电器提供供电电压；

所述继电器用于接收所述供电电压，进而使能开关动作；

所述继电器控制器用于判断继电器的状态是否为吸合状态，若是，则控制所述可控DCDC模块输出预设继电器电压；

所述继电器控制器还用于接收所述可控DCDC模块的电压反馈信号，并根据电压反馈信号使能所述可控DCDC模块输出相应的电压。

2.根据权利要求1所述的可降低继电器功耗的控制系统，其特征在于，所述预设继电器电压为继电器额定控制电压的一半。

3.根据权利要求1所述的可降低继电器功耗的控制系统，其特征在于，所述可控DCDC模块包括滤波电路、DCDC处理器、降压电路及DCDC电压目标控制电路；

所述滤波电路的电压输入端与DCDC输入端连接，输出端与所述DCDC处理器的输入端连接，所述降压电路的输入端与所述DCDC处理器的电压输出端连接，所述DCDC电压目标控制电路的输入端与所述DCDC处理器连接，输出端与所述继电器控制器连接。

4.根据权利要求3所述的可降低继电器功耗的控制系统，其特征在于，所述滤波电路包括第三电容C3、第四电容C4和第五电容C5，所述第三电容C3、所述第四电容C4和所述第五电容C5并联连接，所述第三电容C3的一端与DCDC输入端连接，另一端接地。

5.根据权利要求3所述的可降低继电器功耗的控制系统，其特征在于，所述降压电路包括第二二极管D2、第一电感L1、第六电容C6、第七电容C7、第一极性电容E1和第二极性电容E2；

所述第二二极管D2的阳极与所述DCDC处理器连接，阴极与所述第一电感L1的第一端连接，所述第一电感L1的第二端分别与所述第六电容C6、所述第七电容C7、所述第一极性电容E1和所述第二极性电容E2的一端连接，所述第六电容C6、所述第七电容C7、所述第一极性电容E1和所述第二极性电容E2的另一端并联连接后接地。

6.根据权利要求3所述的可降低继电器功耗的控制系统，其特征在于，所述DCDC电压目标控制电路包括第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6和第一开关管Q1；

所述第三电阻R3的一端与所述DCDC处理器的第12管脚连接，所述第三电阻R3的另一端经所述第六电阻R6后接地，所述第五电阻R5的第一端与所述第三电阻R3和所述第六电阻R6串联的连接节点连接，第二端与所述第一开关管Q1的D极连接，所述第一开关管Q1的G极经所述第四电阻R4后与所述继电器控制器的电压控制信号输入端连接，所述第一开关管Q1的S极接地。

7.根据权利要求1所述的可降低继电器功耗的控制系统，其特征在于，所述可控开关包括驱动电路及与所述驱动电路连接的状态反馈电路。

8.根据权利要求7所述的可降低继电器功耗的控制系统，其特征在于，所述驱动电路包括第八电阻R8、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第二开关管Q2和第三开关管Q3；

所述第十二电阻R12的第一端与所述继电器控制器的控制信号输入口连接，第二端与所述第三开关管Q3的基极连接，所述第三开关管Q3的集电极经所述第十一电阻R11后与所述第二开关管Q2的G极连接，所述第三开关管Q3的发射极接地；

所述第十三电阻R13的两端跨接于所述第三开关管Q3的基极和所述第三开关管Q3的发射极之间；

所述第八电阻R8的两端跨接于所述第二开关管Q2的G极和所述第二开关管Q2的S极之间，所述第二开关管Q2的D极与所述状态反馈电路的输入端连接。

9.根据权利要求7所述的可降低继电器功耗的控制系统，其特征在于，所述状态反馈电路包括第七电阻R7、第九电阻R9、第十电阻R10、第十四电阻R14和第四开关管Q4；

所述第十电阻R10的一端与所述驱动电路的输出端连接，另一端经所述第十四电阻R14后接地，所述第四开关管Q4的基极与所述第十电阻R10和所述第十四电阻R14串联连接节点连接，所述第四开关管Q4的集电极经所述第七电阻R7与5V输入端连接，所述第四开关管Q4的集电极还经所述第九电阻R9与反馈信号输出端连接，所述第四开关管Q4的发射极接地。