CN109473313B - 一种交直流通用的直插式常开型电子中间继电器 - Google Patents

Abstract

一种交直流通用的直插式常开型电子中间继电器，属于继电器技术领域。其特征在于：在所述外壳（1）内设置有控制电路；控制电路包括依次连接的电源输入单元、高频振荡模块、信号隔离模块以及电子开关模块，所述触发信号接入电源输入单元的输入端，电子开关模块的输出端为常开触点的接线端，触发信号为直流信号或交流信号，常开触点连接直流回路或交流回路中；在外壳（1）的后端面上设置有与中间继电器底座配合的多个插针（2），所述的触发信号输入端以及常开触点的接线端与插针（2）连接。在本交直流通用的直插式常开型电子中间继电器中，可以实现直流或交流驱动信号对直流或交流类型负载的任意驱动，大大提高了电子式继电器的适用性。

Description

一种交直流通用的直插式常开型电子中间继电器

技术领域

一种交直流通用的直插式常开型电子中间继电器，属于继电器技术领域。

背景技术

中间继电器是工业现场常用的电气原件，其主要作用是在继电保护与自动控制系统中，以增加触点的数量、容量以及用于在控制电路中传递中间信号。在现有技术中中间继电器一般均为常规的机械结构，主要由固定铁芯、动铁芯、弹簧、动触点、静触点、线圈、接线端子和外壳等部分组成，其主要工作原理为：当在继电器线圈上加电压，且等于或大于动作电压时，衔铁就被电磁吸力吸靠在铁心上，而接触片在衔铁顶板的推动下，触点接通、断开或转换被控制电路，当继电器线圈被断电或电压降低到小于返回电压时，衔铁在接触片的作用下返回到原来位置，在现有技术中，机械结构的中间继电器直接插接在常规的中间继电器底座上进行使用，现场的工作人员根据机械结构的中间继电器的管脚定义从中间继电器底座上进行接线，将中间继电器相应的管脚接入控制回路中。

由于现有技术中的中间继电器内部主要由机械结构实现其动作，因此在使用时存在功率损耗，且线圈运行时，有噪音产生，并且衔铁有污物时噪音更大。在负载电流较大时容易将触点烧住以至于触点不能够及时释放。当主触点带载释放时，容易产生电弧打火，同时机械结构的中间继电器的寿命较短。

在现有技术中，随着电子技术特别是可控硅的不断发展，市面上也出现了一些利用电子电路实现类似中间继电器中完成触点开闭功能的产品，其中较为成熟的产品有固态继电器、无触点接触器等。其基本原理是：利用电子元件（如开关三极管、双向可控硅等半导体器件）的开关特性，达到无触点无火花地接通和断开电路的目的，从而起到了类似“电子开关”的作用。但是现有技术中“电子开关”类的产品普遍存在有如下缺陷：

（1）现有的“电子开关”类产品根据负载的供电类型分为直流型和交流型两种，例如：当负载为交流型负载时，需要配备交流型“电子开关”，因此“电子开关”的输入信号和负载的供电回路中的电源均必须为交流电，即“电子开关”的工作模式为交流控制交流的模式，一旦“电子开关”的输入电源和负载的供电类型变为直流型，则交流型“电子开关”无法正常工作，直流型“电子开关”同理。因此现有的“电子开关”，适用性较差，一旦负载类型发生变化，“电子开关”甚至“电子开关”的驱动电源也需要对应改变，大大增加了系统改造的困难程度，对工业应用带来极为不便。也在很大程度上限制了电子式继电器的发展。

（2）现有的“电子开关”类产品因为要承载较大的通过电流，所以一般体积较大，无法直接插接在中间继电器底座上，代替常规的机械式中间继电器使用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种可以实现直流或交流驱动信号对直流或交流类型负载的任意驱动，大大提高了电子式继电器适用性的交直流通用的直插式常开型电子中间继电器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该交直流通用的直插式常开型电子中间继电器，包括外壳以及从外壳上引出的触发信号输入端以及常开触点的接线端，其特征在于：在所述外壳内设置有驱动常开触点动作的控制电路；控制电路包括依次连接的电源输入单元、高频振荡模块、信号隔离模块以及电子开关模块，所述触发信号接入电源输入单元的输入端，电子开关模块的输出端为常开触点的接线端，触发信号为直流信号或交流信号，常开触点连接直流回路或交流回路中；在外壳的后端面上设置有与中间继电器底座配合的多个插针，所述的触发信号输入端以及常开触点的接线端与插针连接。

优选的，所述的电源输入单元包括依次连接的整流模块、滤波模块以及稳压模块。

优选的，所述的信号隔离模块为高频变压器，所述高频振荡模块的输出端连接高频变压器的一次侧，高频变压器的二次侧连接所述电子开关模块的驱动端。

优选的，所述的高频振荡模块包括矩形波振荡电路。

优选的，所述矩形波振荡电路形成的矩形波信号频率为200kHz。

优选的，所述的电子开关模块包括串联连接的两支MOS管，两支MOS管的栅极连接所述信号隔离模块的输出端，两支MOS管的漏极为所述常开触点的接线端，所述直流回路或交流回路经过其中一只MOS管以及另一只MOS管内的寄生二极管流通。

优选的，在所述电源输入单元的输出端还并联有用于对工作状态进行指示的指示灯。

优选的，在所述整流模块的输入端还设置有降压模块。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：

1、在本交直流通用的直插式常开型电子中间继电器中，其输入端的驱动信号以及输出端的连接回路均可任意采用直流电信号或交流电信号，因此实现了直流电与交流电之间的任意驱动，避免了现有技术使用电子继电器的系统中因负载类型的改变而需要改变继电器的类型，甚至是系统驱动电源的弊端，大大提高了现有技术中电子式继电器的适用性极强。

2、在本交直流通用的直插式常开型电子中间继电器中，全部通过电子元件实现了中间继电器的基本功能，因此完全避免了现有的机械式中间继电器使用时存在功率损耗，且线圈运行时有噪音产生的缺陷，更为重要的是由于没有机械式的开关结构，大大延长了使用寿命。

3、在本交直流通用的直插式常开型电子中间继电器中，各个插针的排布与常规的中间继电器的排布尺寸完全相同，即本交直流通用的直插式常开型电子中间继电器可通过插针直接插接在常规的孔的中间继电器的底座上，因此实现了与常规的机械式中间继电器直接替换使用。

4、本直交直流通用的直插式常开型电子中间继电器中，电路结构简单，因此可以大大缩小实际产品的体积，从而有助于按照常规中间继电器的尺寸进行实现，有利于实现本交直流通用的直插式常开型电子中间继电器与常规机械式中间继电器的直接替换。

附图说明

图1为交直流通用的直插式常开型电子中间继电器结构示意图。

图2为交直流通用的直插式常开型电子中间继电器控制电路原理方框图。

图3为交直流通用的直插式常开型电子中间继电器控制电路电源输入单元原理方框图。

图4为交直流通用的直插式常开型电子中间继电器控制电路电源输入单元电路原理图。

图5为交直流通用的直插式常开型电子中间继电器控制电路高频振荡模块电路原理图。

图6为交直流通用的直插式常开型电子中间继电器控制电路信号隔离模块及电子开关模块电路原理图。

其中：1、外壳 2、插针。

具体实施方式

图1~6是本发明的最佳实施例，下面结合附图1~6对本发明做进一步说明。

实施例1：

如图1所示，一种交直流通用的直插式常开型电子中间继电器（以下简称电子中间继电器），包括后端面开口的外壳1，在外壳1中封装有本电子中间继电器的控制电路，控制电路中继电器触发信号的输入端以及其中常开触点的接线端与相应的插针2连接，插针2自外壳1的后端面用引出并固定在外壳1的后端面上。在本电子中间继电器中，各个插针2的排布与常规的14脚的中间继电器的排布尺寸完全相同，即本电子中间继电器可通过插针2直接插接在常规的14孔的中间继电器的底座上，因此本电子中间继电器可以与常规的机械式中间继电器直接替换使用。

如图2所示，本电子中间继电器的控制电路，包括电源输入单元、高频振荡模块、信号隔离模块以及电子开关模块，电源输入单元的输入端接入驱动信号，电源输入单元的输出端连接高频振荡模块的输入端，高频振荡模块的输出端连接信号隔离模块的输入端，信号隔离模块的输出端连接电子开关模块的输入端，电子开关模块的输出端串联接入负载的电源回路中。

结合图3，电源输入单元包括依次连接的降压模块、整流模块、滤波模块以及稳压模块，其中整流模块可通过常规的全波整流电路或市售常见的整流芯片实现。以四个二极管组成的全波整流桥电路为例，由本领域公知常识可知，当整流模块接入交流电源时，可由整流模块调整为直流电，当整流模块接入直流电源时，在整流模块的输出端同样会得到直流电。在本电子中间继电器中，无论驱动信号为直流电或交流电，经由整流模块得到的直流信号，直流信号依次经过滤波模块和稳压模块处理之后变为电压稳定的电源接入高频振荡模块中。

电源输入单元输出的直流信号接入高频振荡模块中，产生高频振荡信号，高频振荡信号经由信号隔离模块接入电子开关模块中，驱动电子开关模块的导通状态发生变化。

如图4所示，集成芯片U1为市售常见的整流芯片，其输入端为驱动信号的输入端，用于接入驱动电子开关模块动作的驱动信号，由上述可知，该驱动信号可为直流信号或交流信号。在集成芯片U1的其中一个输入端串联有由电容C7和电阻R11并联而成的降压电路。集成芯片U1的输出端正极同时连接电容C1的正极、电容C2的一端、稳压管W5的阴极、电阻R5的一端以及接线端子J1的1脚，电阻R5的另一端连接发光二极管W1的阳极。集成芯片U1的输出端负极同时连接电容C1的负极、电容C2的另一端。稳压管W5的阳极、发光二极管W1的阴极以及接线端子J1的2脚。

电容C7和电阻R13并联而成的降压电路为上述的降压模块，集成芯片U1为上述的整流模块，电容C1~C2为上述的滤波模块，稳压管W5为上述的稳压模块。发光二极管W1为指示灯，用于对本电子式继电器的工作状态进行指示，电阻R5为发光二极管W1的限流电阻。

在如图5所示的高频振荡模块中，电源输入单元的输出正极串联二极管W4后同时连接电阻R6~R7以及电阻R3的一端，电阻R3的另一端为高频振荡模块的一个输出端：输出端B。电阻R6的另一端同时连接电容C4的一端以及三极管Q2的基极，电容C4的另一端为高频振荡模块的一个输出端：输出端A，三极管Q2的集电极为高频振荡模块的一个输出端：输出端C。

电阻R7的另一端同时连接三极管Q1的基极、电阻R2的一端以及二极管W3的阳极，三极管W3的阴极连接二极管W2的阳极，三极管W2的阴极连接电源输入单元的输出负极。电阻R2的另一端以及三极管Q1的发射极同时连接电阻R1的一端以及电容C5的一端，电阻R1的另一端连接电源输入单元的输出负极以及电阻R4的一端，电阻R4的另一端同时连接电容C5的另一端，三极管Q1的集电极、三极管Q2的发射极以及电阻R9的一端，电阻R9的另一端连接三极管Q2的集电极。

上述的电阻R3、电阻R6~R7，电容C5、电容C6以及三极管Q1~Q2组成矩形波振荡电路，用于输出频率为200kHz矩形震荡波信号，二极管W2~W3，电阻R2、电阻R4以及电阻R9为三极管Q1~Q2的工作提供稳定的电压。通过设置二极管W4，可以有效防止矩形震荡波信号串入电源输入单元中。

如图6所示，上述的信号隔离模块为高频变压器B1，高频变压器B1一次侧的1脚~3脚分别连接上述高频振荡模块的输出端A~输出端C，在高频变压器B1的二次侧，高频变压器B1的4脚串联二极管W6和电阻R10之后同时连接二极管D1的阴极、电容C3的一端、电阻R8的一端以及MOS管W7~W8的门极。高频变压器B1的5脚同时连接二极管D1的阳极、电容C3的另一端、电阻R8的另一端以及MOS管W7~W8的源极，MOS管W7~W8为上述的电子开关模块，MOS管W7~W8的漏极作为本电子式继电器常开触点的两端，并与外壳1后端面上的插针2相连。

具体工作过程及原理如下：

当需要本电子式继电器动作时，由外部控制电路或控制器（如PLC）向电源输入单元输入驱动信号，驱动信号无论是直流信号还是交流信号，经过电源输入单元中的降压模块、整流模块、滤波模块以及稳压模块后均最终得到稳定的直流信号。由电源输入单元输出的直流信号进入高频振荡模块中，由高频振荡模块中电阻R3、电阻R6~R7，电容C5、电容C6以及三极管Q1~Q2组成矩形波振荡电路生成矩形震荡波信号，矩形震荡波信号接入高频变压器B1的一次侧后，经过高频变压器B1隔离耦合到二次侧，并接入电子开关模块中。通过高频变压器B1实现了本电子式继电器输入侧与输出测的完全隔离，

在电子开关模块中，通过二极管W6、电阻R8、电阻R10、电容C3以及二极管D1可以有效保证MOS管W7~W8可靠动作，同时可以减小驱动电路的输出电阻提高MOS管W7~W8栅极的充放电速度，二极管W6还起到隔离作用，当负载为直流型负载时，有效放置直流电路中反感电动势带来不利影响。

当驱动信号加载到MOS管W7~W8的栅极时，MOS管W7~W8导通，相当于本电子式继电器的触点闭合。在本电子中间继电器中，同时利用了MOS管W7~W8内的寄生二极管进行辅助导通，具体而言：当负载为直流型负载时，MOS管W7~W8的漏极之间流过直流信号，直流信号经过MOS管W7以及MOS管W8内的寄生二极管实现导通，或经过MOS管W8以及MOS管W7内的寄生二极管实现导通；当负载为交流型负载时，在交流信号的正半周期和负半周期，交流信号分别经过MOS管W7以及MOS管W8内的寄生二极管以及MOS管W8以及MOS管W7内的寄生二极管实现导通。

实施例2：

本实施例与实施例1的区别在于：在本实施例中，高频振荡模块、信号隔离模块以及电子开关模块分别设置有两组，两组高频振荡模块、信号隔离模块以及电子开关模块同时并联在电源输入单元的输出端，因此在本实施例中设置有两个常开触点，两个常开触点由电源输入单元输出的控制信号同时实现驱动，两个常开触点的连接端同时并与外壳1后端面上的插针2相连。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.一种交直流通用的直插式常开型电子中间继电器，包括外壳（1）以及从外壳（1）上引出的触发信号输入端以及常开触点的接线端，其特征在于：在所述外壳（1）内设置有驱动常开触点动作的控制电路；控制电路包括依次连接的电源输入单元、高频振荡模块、信号隔离模块以及电子开关模块，所述触发信号接入电源输入单元的输入端，电子开关模块的输出端为常开触点的接线端，触发信号为直流信号或交流信号，常开触点连接直流回路或交流回路中；在外壳（1）的后端面上设置有与中间继电器底座配合的多个插针（2），所述的触发信号输入端以及常开触点的接线端与插针（2）连接；

所述的信号隔离模块为高频变压器，所述高频振荡模块的输出端连接高频变压器的一次侧，高频变压器的二次侧连接所述电子开关模块的驱动端；

所述的电子开关模块包括串联连接的两支MOS管，两支MOS管的栅极连接所述信号隔离模块的输出端，两支MOS管的漏极为所述常开触点的接线端，所述直流回路或交流回路经过其中一只MOS管以及另一只MOS管内的寄生二极管流通。

2.根据权利要求1所述的交直流通用的直插式常开型电子中间继电器，其特征在于：所述的电源输入单元包括依次连接的整流模块、滤波模块以及稳压模块。

3.根据权利要求1所述的交直流通用的直插式常开型电子中间继电器，其特征在于：所述的高频振荡模块包括矩形波振荡电路。

4.根据权利要求3所述的交直流通用的直插式常开型电子中间继电器，其特征在于：所述矩形波振荡电路形成的矩形波信号频率为200kHz。

5.根据权利要求1所述的交直流通用的直插式常开型电子中间继电器，其特征在于：在所述电源输入单元的输出端还并联有用于对工作状态进行指示的指示灯。

6.根据权利要求2所述的交直流通用的直插式常开型电子中间继电器，其特征在于：在所述整流模块的输入端还设置有降压模块。

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