CN108828296A - 一种检测电路及包含该检测电路的接触器节电器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种检测电路及包含该检测电路的接触器节电器，本发明的检测电路在现有技术的基础上增加了钳位电路，通过钳位电路把比较输出电路输入端的电压限制在某个设定值，使得在关断接触器时，即切断检测电路输入端口输入的母线电压时，比较输出电路输入端的电压下降到触发阈值的时间变快，检测电路输出端口输出控制信号控制接触器节电器关闭的时间变短，使得在高压输入的场合接触器的关断延时得以控制，同时使得高/低压输入电压情况下接触器的关断延时较为一致。
Description
技术领域
本发明涉及接触器节电器领域，特别涉及接触器节电器的输入电压检测电路。
背景技术
随着电子技术的飞速发展，接触器节电器的应用也越来越广泛。接触器节电器可以显著地降低接触器的损耗，但也带来了另外一个问题。采用接触器节电器后，接触器关断的延时会变长。通常不带节电器的接触器关断延时为50ms左右，而带节电器的接触器关断延时大于100ms，甚至会超过200ms。不带节电器的接触器关断延时主要是因为机械惯性导致，而带节电器的接触器除了机械惯性之外，线圈电流衰减过慢和输入电压检测的延时也是两个主要的原因。
采用节电器的接触器，线圈电流不再由线圈的阻抗来决定，而是由控制芯片来控制线圈电流的，线圈的工作范围会变得很宽。有可能在标称输入电压的20％以下接触器还不会断开，这就不符合接触器的释放电压标准。因此一般节电器都会有一个输入电压检测功能，通常检测电是一个分压电路，通过与基准阈值比较，来判断控制接触器的接通和关断。交直流输入通用的接触器，除了分压之外还会有滤波电路，用来滤除输入电压的纹波与干扰。而滤波电路的存在就会导致检测电路会有一定的延时，使得接触器的关断延时增加，特别是在输入电压较高时，检测的延时更大。不利于节电器的推广。
发明内容
有鉴如此，本发明要解决的技术问题是提供一种检测电路及包含该检测电路的接触器节电器，可减少带节电器的接触器的关断延时。
本发明解决上述技术问题的技术方案是：
一种检测电路，用于接触器节电器，包括：采样电路、滤波电路、比较输出电路、输入端口和输出端口；
采样电路的输入端即为输入端口，采样电路的输出端连接比较输出电路的输入端，比较输出电路的输出端即为输出端口，滤波电路并联于采样电路的接地端与采样电路的输出端之间；
采样电路用于采集母线电压，产生采样信号并输出至比较输出电路；比较输出电路将采样信号与参考信号进行比较，通过输出端口输出控制信号；滤波电路用于滤除采样信号的纹波与干扰；
其特征在于：还包括钳位电路，钳位电路的输入端连接采样电路的接地端，钳位电路的输出端连接比较输出电路的输入端，钳位电路用于将采样信号限定在设定值。
作为采样电路的一种具体的实施方式，其特征在于：包括两只串联的电阻，串联后的一端为采样电路的输入端，串联后的另一端接地，两只电阻的连接点为采样电路的输出端。
作为滤波电路的一种具体的实施方式，其特征在于：包括一只电容。
作为比较输出电路的一种具体的实施方式，其特征在于：包括一只迟滞比较器，迟滞比较器的同向输入端输入参考信号，迟滞比较器的反向输入端为比较输出电路的输入端，迟滞比较器的输出端为比较输出电路的输出端。
作为钳位电路的一种具体的实施方式，其特征在于：包括一只稳压二极管，稳压二极管的阳极为钳位电路的输入端，稳压二极管的阴极为钳位电路的输出端。
作为钳位电路的另外一种具体的实施方式，其特征在于：包括第一N沟道MOS管、第二N沟道MOS管、第一P沟道MOS管和第二P沟道MOS管；第一N沟道MOS管的源极和第二N沟道MOS管的源极连接后形成钳位电路的输入端，第一N沟道MOS管的栅极、第二N沟道MOS管的栅极和第二P沟道MOS管的漏极接，第二P沟道MOS管的源极为钳位电路的的输出端，第一P沟道MOS管的栅极、第二P沟道MOS管的栅极和第一N沟道MOS管的漏极连接，第一P沟道MOS管的源极用于连接钳位基准电压。
优选地，将上述钳位电路的另外一种具体的实施方式与比较输出电路集成至芯片中。
作为检测电路的一种具体的实施方式，包括电阻R1、电阻R2、电容C1、迟滞比较器U1和稳压二极管Z1；电阻R1的一端为检测电路的输入端口、电阻R1的另一端与电阻R2的一端相连，电阻R2的另一端接地，电容C1并联于电阻R2两端；稳压二极管Z1的阳极接地，稳压二极管Z1的阴极连接迟滞比较器U1的负输入端；电阻R1、电阻R2与电容C1的连接点与迟滞比较器U1的负输入端相连，迟滞比较器U1的正输入端用于输入参考信号；迟滞比较器U1的输出端为检测电路的输出端口。
对应地，本发明还提供包含上述检测电路的接触器节电器，当采样信号高于参考信号时，检测电路输出端口输出的控制信号控制接触器节电器工作；当采样信号低于参考信号时，检测电路输出端口输出的控制信号控制接触器节电器关闭。
术语解释：
钳位基准电压：钳位基准电压的电压值与设定值(指的是发明内容第六段中的“设定值”)相同，指电压上升或下降到某个值时被限制住，不能继续上升或下降的电压值。
本发明通过增加钳位电路，钳位电路并联于采样电路的输出端与接地端之间，把比较输出电路的输入端的电压限制在某个设定值，用于在高/低压输入下防止比较输出电路的输入端的电压过高、偏差过大，使得接触器的关断延时得以控制。
针对上述检测电路的具体实施方式，通过一个实际的例子来说明本发明的效果。输入电压低限值取VININ＝80V，输入电压高限值VINAX＝275V，R1＝1500kΩ，R2＝150kΩ，C1＝0.1uF，钳位电压为2.5V，VREF＝1V。可以得到图2关断过程中迟滞比较器U1负输入端的电压衰减时序图。图中曲线1为无钳位电路输入电压高限时的衰减曲线，曲线2为无钳位电路输入电压低限值的衰减曲线，曲线3为加钳位电路后的衰减曲线。没加钳位电路时，输入电压为高限时检测延时为44ms，输入电压为低限时检测延时为27ms。加钳位电路后，无论输入高/低压，电压被钳位在2.5V，检测延时为17ms。相比没加钳位电路，高/低压时检测延时分别减小了10ms和27ms，使得关断延时进一步缩小，接近传统接触器的关断延时。
附图说明
图1为本发明的电路原理图；
图2为本发明实际效果展示；
图3为本发明的第一实施例原理图；
图4为本发明的第二实施例原理图。
具体实施方式
图1所示为本发明的电路原理框图，本申请的发明构思为在采样电路的接地端与比较输出电路的输入端之间增加钳位电路，通过钳位电路把比较输出电路输入端的电压限制在某个设定值，使得在关断接触器时，即切断采样电路输入端口输入的母线电压时，比较输出电路输入端的电压下降到触发阈值的时间变快，检测电路输出端口输出控制信号控制接触器节电器关闭的时间变短，使得在高压输入的场合接触器的关断延时得以控制，同时使得高/低压输入电压情况下接触器的关断延时较为一致。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进一步详细说明。
第一实施例
本发明第一实施例如图3所示。输入电压VIN与电阻R1的一端相连、电阻R1的另一端与电阻R2相连，电阻R2的另一端接地，电容C1并联与电阻R2两端。电阻R1、电阻R2与电容C1的连接点与迟滞比较器U1的负输入端相连，迟滞比较器U1的正输入端与参考阈值VREF相连。迟滞比较器U1的输出端输出信号CTRL，控制启动和关断接触器的驱动电路。为了达到减小接触器关断的目的，还包含钳位电路，在本实施例中，钳位电路为稳压二极管Z1，稳压二极管的阴极与电阻R1、R2和电容C1的连接点相连，稳压二极管的阳极接地。
本实施例的工作原理为：当切断输入电压VIN时，由于电容C1两端的电压不会突变，会导致迟滞比较器U1负输入端的电压下降得很慢，输入电压VIN越高，迟滞比较器U1负输入端的电压下降到触发阈值的时间越长，导致高/低压输入时关断延时不一致，并且在高输入电压时关断延时显著变大。本实施例采用稳压值稍高于参考阈值VREF的稳压二极管Z1，把迟滞比较器U1负输入端的电压钳位在略高于VREF的电压值。那么在切断输入电压VIN时，迟滞比较器U1负输入端的电压下降到触发阈值的时间就会变快，同时使得高/低压输入电压下，关断延时也会比较一致。
第二实施例
第二实施例原理图如图4所示，与第一实施例不同之处在于钳位电路不同，此实施例的钳位电路由第一N沟道MOS管、第二N沟道MOS管、第一P沟道MOS管和第二P沟道MOS管组成，钳位电路可以做到控制芯片里面去，可以进一步降低整机的体积和成本，如图4中的虚线框部分为芯片内部的电路。
本实施例为了达到减小接触器关断的目的，增设的钳位电路包括N-MOS管N1、N2，P-MOS管P1、P2。P-MOS的P1的源极与钳位设定电压VCLAMP连接，P1的栅极和漏极与P2的栅极、N1的漏极连接，P2的源极与迟滞比较器U1的负输入端相连，P2的漏极与N1的栅极，N2的栅极和漏极连接，N1、N2的源极与参考地连接。所有的P-MOS和N-MOS管的衬底都与各自的源极连接。
第二实施例中的钳位电路与第一实施例钳位电路的作用是一样的，都是为了把迟滞比较器U1负输入端的电压限制在一个比较低的电压值。只是实现钳位的原理有所不同。
为了方便描述本电路的钳位原理，N1、N2的宽长比相同，P1和P2的宽长比相同，N1、N2构成了公知的电流镜结构，因此由公知的电流镜工作原理可得，当上述2个NOS管工作在饱和区时，如果忽略沟道长度调制效应，漏极电流是相等的，即IDN1＝IDN2。又因为P1与N1，P2与N2的沟道分别串联，所以P1与N1，P2与N2的漏极电流分别相等。综上所述，在所有MOS管都工作在饱和区时，有IDP1＝IDN1＝IDN2＝IDP2，IDP1和IDP2分别是P1和P2的漏极电流。
由公知的POS管饱和区漏极电流公式
其中Kp是与半导体工艺有关的常数，Wp/Lp是POS管的宽长比，VGSP是POS管的栅源电压，VTHP是POS管的阈值电压。
综上所述，P1和P2的宽长比相同，器件类型相同，即Kp1＝Kp2＝Kp，Wp1/Lp1＝Wp2/Lp2，VTHP1＝VTHP2＝VTHP。再综合IDP1＝IDP2和式(1)，有下列关系式：
VGSP1＝VGSP2
VGP1-VSP1＝VGP2-VSP2
又因为P1和P2的栅极相连接，即VGP1＝VGP2，故有VSP1＝VSP2，即V1＝VCLAMP，就能把迟滞比较器负输入端的电压钳位为VCLAMP。
以上所述是本发明的优选实施例，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，做出的若干改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种检测电路，用于接触器节电器，包括：采样电路、滤波电路、比较输出电路、输入端口和输出端口；
采样电路的输入端即为输入端口，采样电路的输出端连接比较输出电路的输入端，比较输出电路的输出端即为输出端口，滤波电路并联于采样电路的接地端与采样电路的输出端之间；
采样电路用于采集母线电压，产生采样信号并输出至比较输出电路；比较输出电路将采样信号与参考信号进行比较，通过输出端口输出控制信号；滤波电路用于滤除采样信号的纹波与干扰；
其特征在于：还包括钳位电路，钳位电路的输入端连接采样电路的接地端，钳位电路的输出端连接比较输出电路的输入端，钳位电路用于将采样信号限定在设定值。
2.根据权利要求1所述的检测电路，其特征在于：采样电路包括两只串联的电阻，串联后的一端为采样电路的输入端，串联后的另一端接地，两只电阻的连接点为采样电路的输出端。
3.根据权利要求1所述的检测电路，其特征在于：滤波电路包括一只电容。
4.根据权利要求1所述的检测电路，其特征在于：作为比较输出电路包括一只迟滞比较器，迟滞比较器的同向输入端输入参考信号，迟滞比较器的反向输入端为比较输出电路的输入端，迟滞比较器的输出端为比较输出电路的输出端。
5.根据权利要求1所述的检测电路，其特征在于：钳位电路包括一只稳压二极管，稳压二极管的阳极为钳位电路的输入端，稳压二极管的阴极为钳位电路的输出端。
6.根据权利要求1所述的检测电路，其特征在于：钳位电路包括：第一N沟道MOS管、第二N沟道MOS管、第一P沟道MOS管和第二P沟道MOS管；第一N沟道MOS管的源极和第二N沟道MOS管的源极连接后形成钳位电路的输入端，第一N沟道MOS管的栅极、第二N沟道MOS管的栅极和第二P沟道MOS管的漏极接，第二P沟道MOS管的源极为钳位电路的的输出端，第一P沟道MOS管的栅极、第二P沟道MOS管的栅极和第一N沟道MOS管的漏极连接，第一P沟道MOS管的源极用于连接钳位基准电压。
7.根据权利要求6所述的检测电路，其特征在于：将上述钳位电路与比较输出电路集成至芯片中。
8.根据权利要求1所述的检测电路，其特征在于：检测电路包括：电阻R1、电阻R2、电容C1、迟滞比较器U1和稳压二极管Z1；电阻R1的一端为检测电路的输入端口、电阻R1的另一端与电阻R2的一端相连，电阻R2的另一端接地，电容C1并联于电阻R2两端；稳压二极管Z1的阳极接地，稳压二极管Z1的阴极连接迟滞比较器U1的负输入端；电阻R1、电阻R2与电容C1的连接点与迟滞比较器U1的负输入端相连，迟滞比较器U1的正输入端用于输入参考信号；迟滞比较器U1的输出端为检测电路的输出端口。
9.一种包含权利要求1至8任一项检测电路的接触器节电器，其特征在于：当采样信号高于参考信号时，检测电路输出端口输出的控制信号控制接触器节电器工作；当采样信号低于参考信号时，检测电路输出端口输出的控制信号控制接触器节电器关闭。
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Application publication date: 20181116 |
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| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |