CN108321019A - 一种继电器加速开合的三电平驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种继电器加速开合的三电平驱动电路，包括第一电源和第二电源，继电器需要开通时，倍压电路将第二电源提高至2*()，作为继电器的驱动电压实现快速开通，继电器开通后，通过延时及驱动电压切换电路将继电器绕组电压切换为作为保持电压，继电器需要关断时，继电器电压迅速从变为0，其中，电压2*()可直接由外部电源提供从而不设倍压电路。本发明能够在实现继电器快速开合的同时，降低继电器保持功耗。
Description
技术领域
本发明属于电力电子应用领域，涉及一种可以使继电器加速切合和断开的电路，特别是一种继电器加速开合的三电平驱动电路。
背景技术
目前的继电器驱动电路，多采用恒定电压驱动方法与PWM驱动方法，恒定电压驱动的方法驱动电路简单，但是开通后继电器的自身损耗不能降低。PWM的驱动方法开通采用一定的电压，然后通过PWM占空比调节叠加在继电器线圈的电压从而降低驱动能耗，但其应用需要单片机IO口配置中断，会消耗一部分的CPU资源，且一般要求开关频率要20KHZ以上，不然人耳会听到噪音。
以上的方法都难以实现继电器开通与关断同时加快的效果，且难以兼顾降低继电器驱动绕组损耗的需求。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种继电器的加速开合的三电平驱动电路，能够在实现加速开合的同时，降低驱动能耗。
本发明提供一种继电器的加速开合的三电平驱动电路，如图1和图2所示，包括第一电源和第二电源、倍压电路、延时与驱动电压切换电路，其中为继电器推荐正常驱动电压，为继电器的保持电压； 通过倍压电路提升到约2*（）提供给继电器开通，当继电器开通后，延时与驱动电压切换电路将供给继电器的电压由2*（）切换为，使得继电器保持时两端电压保持在，当继电器需要关断时，继电器绕组两端电压立即变成0。继电器绕组电压为0时为关断状态，2*（）为加速开通电压，为维持电压，故继电器的驱动电压有三种电平组成。
进一步地，所述大于。
进一步地，所述倍压电路包括三极管Q1，三极管Q2，电容C1，二极管D1，二极管D2，电阻R1，电阻R2，电阻R3，电阻R4。二极管D1为稳压二极管，其作用是当继电器从开通到断开时，b点存在反向电压，起到钳位b点电压的作用，防止三极管CE极被击穿。
进一步地，所述延时与驱动电压切换电路包括三极管Q3, 三极管Q4, 三极管Q5，电阻R5，电阻R6，电阻R7，电阻R8，电阻R9，电容C2。
进一步地，所述2*（）电压直接由外部电源2*（）提供，不设置倍压电路。
下面结合附图说明本发明的工作原理。如图2和图3所示，当图2中a点输入低电平时，设此时刻为0时刻，三极管Q1，Q2， Q5截止，Q3，Q4导通，使得C点电压由两路电压输入：分别为 (其中，为二极管D3的正向导通压降，为三极管Q3的CE极的压降）和，由于，所以最终（由于电路的叠加效应非常小，所以忽略电压的叠加，取最大电压值）。d点由于连接R4到e点（0电位点）。此时电容C1的两端压降为：。由于Q1截止，继电器驱动绕组两端的电，继电器不动作。
当图2中a点输入高电平时，设此时刻为t1时刻，Q1先导通，使得b点电压为0，同时使得三极管Q2由截止状态变成导通状态，d点电压由0变成,根据电容两端电压不能突变的原理，c点电压将会变成：，继电器驱动绕组两端的电压由0变成：，约2倍的，继电器将会迅速开通。
然后电容C1两端的电压按照电容放电时间为： ,其中,为继电器的驱动绕组阻抗。
从图2中a点输入高电平，即t1时刻开开始，经过RC延时：（0.7V为三极管Q5的导通门槛电压），此时Q5导通，Q2，Q3，Q4截止，d点迅速降至0V，由于继电器驱动绕组也在快速消耗能量，所以c点电压瞬间会下降到，此后一直保持该电压。
在t3时刻a点由高电平变成低电平，此时Q1由导通变成截止，继电器驱动绕组两端电压立即变成0V。三极管Q2，Q5截止，Q3，Q4导通，电路重新回到了0时刻的状态，为下一次的动作做好准备。
本发明的技术方案具备以下优势：（1）继电器开通时采用约2倍于正常推荐驱动电压2*()（当然这个2*()的电压也可以是外部组合成的一个电压，从而节省倍压电路），使得继电器开通速度大大提高；关断时利用最低的维持电压作为关断电压起点，一旦关断动作开始，维持电压立马低于正常水平，继电器立刻脱扣，这样使得关断速度大大提高。（2）本电路的+VCC2为继电器的维持电压，该电压由外部输入，不受+VCC1的影响，能根据不同的继电器不同的特性来选定不同的维持电压，大大提高本电路的适用性与最佳参数灵活性。（3）继电器的保持低电压为继电器推荐的最低保持电压，这样使得继电器的整体维持驱动功耗大大降低，继电器驱动绕组导致的温升也是维持在最低温升量。（4）本电路输入控制只需要普通的IO口模式（高/低电平），不占用CPU中断资源，节省整个电路设计的复杂性。（5）继电器绕组电压为0时为关断状态，2*（）为加速开通电压，为维持电压，继电器的驱动电压有三种电平组成，能够在实现继电器快速开合的同时，降低继电器保持功耗，适用于不间断电源，具有离网UPS功能的光伏储能逆变器等电力电子设备。
总之，本专利电路结构简单，控制简单，成本低，可移植性强，从开关速度，功耗，温升综合水平来看，本发明能够把继电器的性能发挥到极致。
附图说明
图1是实施例1的继电器加速开合的三电平驱动电路系统框图。
图2是实施例1的继电器加速开合的三电平驱动电路示意图。
图3是实施例1的继电器两端电压的时序与波形图。
图4是实施例2的继电器加速开合的三电平驱动电路系统框图。
图5是实施例2的继电器加速开合的三电平驱动电路示意图。
图6是实施例2继电器两端电压的时序与波形图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明，以使本领域技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施。
实施例1。
如图1和图2所示，提供一种继电器加速开合的三电平驱动电路包括倍压单元，倍压单元包括三极管Q1，三极管Q2，电容C1，二极管D1，二极管D2，电阻R1，电阻R2，电阻R3，电阻R4组成；还包括延时与驱动电压切换电路，延时与驱动电压切换电路包括三极管Q3, 三极管Q4, 三极管Q5，电阻R5，电阻R6，电阻R7，电阻R8，电阻R9，电容C2；还包括第一电源，和第二电源，驱动电压大于,为继电器的hold电压，能够把继电器维持在有效的动作状态且功耗维持在最佳水平，为继电器推荐正常驱动电压。D1为稳压二极管，其作用为当继电器从开通到断开时，b点存在反向电压，起到钳位b点电压的作用，防止三极管CE极被击穿。
继电器两端电压时序与波形图如3所示，当图2中a点输入低电平时，设此时刻为0时刻，三极管Q1，Q2，Q5截止，Q3，Q4导通，使得C点电压由两路电压输入：分别为(其中，为二极管D3的正向导通压降，为三极管Q3的CE极的压降）和，由于，所以最终（由于电路的叠加效应非常小，所以忽略电压的叠加，取最大电压值）；d点由于连接R4到e点（0电位点）。此时电容C1的两端压降为：.由于Q1截止，继电器驱动绕组两端的电，继电器不动作。
当图2中a点输入高电平时，设此时刻为t1时刻，Q1先导通，使得b点电压为0，同时使得三极管Q2由截止状态变成导通状态，d点电压由0变成，根据电容两端电压不能突变的原理，c点电压将会变成：，继电器驱动绕组两端的电压由0变成：，约2*()，继电器将会迅速开通；然后电容C1两端的电压将会消耗在阻性负载上,为继电器的驱动绕组阻抗。
从图2中a点输入高电平，即t1时刻开开始，经过RC延时：，此时电容两端电压变成：，在t2时刻，Q5导通，Q2，Q3，Q4截止，d点迅速降至0V，同时由于继电器驱动绕组也在快速消耗能量，所以c点电压瞬间会下降到，此后一直保持该电压。
在t3时刻a点由高电平变成低电平，此时Q1由导通变成截止，继电器驱动绕组两端电压立即变成0V. 三极管Q2, Q5截止，Q3,Q4导通，电路重新回到了0时刻的状态，为下一次的动作做好准备。
实施例2。
如图4和图5所示，提供另一种继电器加速开合的三电平驱动电路，驱动电路包括三极管 Q1，二极管D1，电阻R1，电阻R2，还包括延时与驱动电压切换电路，延时与驱动电压切换电路包括三极管Q3, 三极管Q4, 三极管Q5，电阻R5，电阻R6，电阻R7，电阻R8，电阻R9，电容C2；还包括第一电源，和第二电源2*()，驱动电压2*()大于，为继电器的hold电压，能够把继电器维持在有效的动作状态且功耗维持在最佳水平，为继电器推荐正常驱动电压。D1为稳压二极管，其作用为当继电器从开通到断开时，b点存在反向电压，起到钳位b点电压的作用，防止三极管CE极被击穿。
继电器两端电压时序与波形图如6所示，当图5中a点输入低电平时，设此时刻为0时刻，三极管Q1, Q5截止，Q3，Q4导通，使得C点电压由两路电压输入：分别为(为二极管D3的正向导通压降，为三极管Q3的CE极的压降）和，由于，所以最终（由于电路的叠加效应非常小，所以忽略电压的叠加，取最大电压值）。由于Q1截止，继电器驱动绕组两端的电，继电器不动作。
当图5中a点输入高电平时，设此时刻为t1时刻，Q1先导通，使得b点电压为0，同时使得三极管Q2由截止状态变成导通状态，d点电压由0变成,继电器驱动绕组两端的电压由0变成：，约2*()，继电器将会迅速开通；然后从图5中a点输入高电平，即t1时刻开开始，经过RC延时：，在t2时刻，Q5导通，Q3，Q4截止，继电器驱动绕组电压瞬间会下降到，此后一直保持该电压。
在t3时刻a点由高电平变成低电平，此时Q1由导通变成截止，继电器驱动绕组两端电压立即变成0V，三极管Q5截止，Q3，Q4导通，电路重新回到了0时刻的状态，为下一次的动作做好准备。
本领域技术人员在本发明的基础上，只要涉及到第二驱动电源的加入，延时及驱动电压切换电路可以以其它电路形式给出，同时也属于在本专利范围内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (8)
1.一种继电器的加速开合的三电平驱动电路，包括第一电源和第二电源、倍压电路、延时与驱动电压切换电路，其中为继电器推荐正常驱动电压，为继电器的保持电压； 通过倍压电路提升到约2*（）提供给继电器开通，当继电器开通后，延时与驱动电压切换电路将供给继电器的电压由2*（）切换为，使得继电器保持时两端电压保持在，当继电器需要关断时，继电器绕组两端电压立即变成0。
2.根据权利要求1所述的一种继电器的加速开合的三电平驱动电路，其特征在于：所述大于。
3.根据权利要求1或2所述的一种继电器的加速开合的三电平驱动电路，其特征在于：所述倍压电路包括三极管Q1，三极管Q2，电容C1，二极管D1，二极管D2，电阻R1，电阻R2，电阻R3，电阻R4。
4.根据权利要求1或2所述的一种继电器的加速开合的三电平驱动电路，其特征在于：所述延时与驱动电压切换电路包括三极管Q3, 三极管Q4, 三极管Q5，电阻R5，电阻R6，电阻R7，电阻R8，电阻R9，电容C2。
5.一种继电器的加速开合的三电平驱动电路，包括第一电源和第二电源2*、延时与驱动电压切换电路，其中为继电器推荐正常驱动电压，为继电器的保持电压； 第二电源2*（）提供继电器开通电压2*（），当继电器开通后，延时与驱动电压切换电路将供给继电器的电压由2*（）切换为，使得继电器保持时两端电压保持在，当继电器需要关断时，继电器绕组两端电压立即变成0。
6.根据权利要求5所述的一种继电器的加速开合的三电平驱动电路，其特征在于：所述大于。
7.根据权利要求5或6所述的一种继电器的加速开合的三电平驱动电路，其特征在于：所述驱动电路还包括三极管 Q1，二极管D1，电阻R1，电阻R2。
8.根据权利要求5或6所述的一种继电器的加速开合的三电平驱动电路，其特征在于：所述延时与驱动电压切换电路包括三极管Q3, 三极管Q4, 三极管Q5，电阻R5，电阻R6，电阻R7，电阻R8，电阻R9，电容C2。
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