CN109509680A - 继电器保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种继电器保护电路，包括电源模块、半导体开关、继电器、主控模块、延时模块和继电器驱动模块，当主控模块失效时，延时模块存储的电能可对继电器驱动模块充电，使得继电器驱动模块延时关断，进而使得继电器在半导体开关之后关断，以防止继电器产生火花或粘连，保护继电器。

Description

继电器保护电路

技术领域

本发明涉及继电器领域，特别是涉及继电器保护电路。

背景技术

电磁继电器是一种低压控制电路控制高压工作电路工作的电子器件，常用于各种电子电路中，用于控制电路的通断。在实际的工业应用中，通常采用微控制器通过软件算法控制继电器的打开和关断。当微控制器失效时，无法通过软件控制继电器的打开和关断，此时，继电器可能需要承受很大的瞬时冲击电流，进而可能导致继电器触点出现火花或粘连，影响继电器的正常使用，造成继电器无法正常切断电路或者电路短路，从而引起更大的损坏。

发明内容

基于此，有必要针对微控制器失效导致继电器产生火花或粘连的问题，提供一种继电器保护电路。

一种继电器保护电路，包括：

电源模块、半导体开关和继电器，所述电源模块包括交流电源，所述半导体开关的第一端通过所述交流电源连接交流负载的一端，第二端连接所述继电器的第一端，所述继电器的第二端连接所述交流负载的另一端，当所述继电器和所述半导体开关相继闭合时，所述继电器、所述半导体开关、所述交流电源和所述交流负载形成闭合回路，以使所述交流负载通电；

所述继电器保护电路还包括主控模块、延时模块和继电器驱动模块；

所述继电器驱动模块用于控制所述继电器的导通与关断；

所述主控模块用于在第一时段控制所述延时模块导通，以使所述延时模块充电并使所述继电器驱动模块导通，在第二时段控制所述半导体开关导通，以使所述交流负载通电，其中，所述第二时段在所述第一时段之后；

当所述交流负载通电且所述主控模块失效时，所述半导体开关在所述交流电源过零点时关断，所述延时模块用于对所述继电器驱动模块充电，所述继电器驱动模块延时关断，以使所述继电器延迟于所述半导体开关关断。

在其中一个实施例中，还包括过零检测模块，所述过零检测模块连接所述交流电源，用于在所述第二时段输出零点信号至所述主控模块，以使所述主控模块控制所述半导体开关在所述交流电源过零点时导通。

在其中一个实施例中，还包括半导体控制模块，所述半导体控制模块一端连接所述主控模块，另一端连接所述半导体开关，当所述主控模块失效时，所述主控模块输出失效信号，所述半导体控制模块接收所述失效信号并断开，以使所述半导体开关关断。

在其中一个实施例中，所述电源模块还包括第一直流电源，所述继电器驱动模块包括第一开关单元和保护单元，所述第一开关单元的控制端连接所述延时模块的一端，所述第一开关单元的第一端连接所述第一直流电源，所述第一开关单元的第二端连接所述继电器的线圈和所述保护单元的一端，所述保护单元的另一端接地，当所述第一开关单元导通时，所述继电器连接所述第一直流电源，并在所述第一直流电源的作用下导通。

在其中一个实施例中，所述电源模块还包括第二直流电源，所述延时模块包括第二开关单元和充放电单元，所述第二开关单元的控制端连接所述主控模块，所述第二开关单元的第一端连接所述第二直流电源，所述第二开关单元的第二端连接所述充放电单元的一端，所述充放电单元的另一端连接所述第一开关单元的控制端，当所述第二开关单元在所述主控模块作用下导通时，所述第二直流电源对所述充放电单元充电，且所述第二直流电源控制所述第一开关单元导通。

在其中一个实施例中，所述过零检测模块包括电阻R1、钳位二极管D1、钳位二极管D2和电容C1，所述电阻R1的一端连接所述交流电源，另一端分别连接所述钳位二极管D1的阳极、所述钳位二极管D2的阴极、所述电容C1的一端和所述主控模块，所述钳位二极管D1的阴极连接所述第二直流电源，所述钳位二极管D2的阳极和所述电容C1的另一端分别接地。

在其中一个实施例中，所述半导体控制模块包括电阻R2和电容C2，所述电阻R2的一端连接所述主控模块，另一端连接所述电容C2的一端，所述电容C2的另一端连接所述半导体开关。

在其中一个实施例中，所述第一开关单元包括晶体管Q1，所述保护单元包括二极管D3，所述晶体管Q1的控制端连接所述充放电单元的一端，所述晶体管Q1的第一端连接所述第一直流电源，所述晶体管Q1的第二端连接所述继电器的线圈和所述二极管D3的阳极，所述二极管D3的阴极接地。

在其中一个实施例中，所述第二开关单元包括晶体管Q2，所述晶体管Q2的控制端连接所述主控模块，所述晶体管Q2的第一端连接所述第二直流电源，所述晶体管Q2的第二端连接所述充放电单元的一端。

在其中一个实施例中，所述充放电单元包括至少一个电容，所述至少一个电容的一端均连接所述晶体管Q1的控制端和所述晶体管Q2的第二端，所述至少一个电容的第二端均连接所述晶体管Q1的第一端。

上述继电保护电路，当主控模块失效时，延时模块存储的电能可对继电器驱动模块充电，使得继电器驱动模块延时关断，进而使得继电器在半导体开关之后关断，以防止继电器产生火花或粘连，保护继电器。

附图说明

图1为本申请的一个实施例提供的继电器保护电路模块示意图；

图2为本申请的又一实施例提供的继电器保护电路模块示意图；

图3为本申请的一个实施例提供的继电器保护电路电路示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”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例的目的，不是在于限制本发明。

请参见图1，本申请的一个实施提供一种继电器保护电路，包括电源模块、半导体开关100和继电器200。电源模块包括交流电源300，半导体开关100的第一端通过交流电源300连接交流负载400的一端，第二端连接继电器200的第一端。继电器200的第二端连接交流负载400的另一端。当继电器200和半导体开关100相继闭合时，继电器200、半导体开关100、交流电源300和交流负载400形成闭合回路，进而使得交流负载400通电工作。

继电器保护电路还包括主控模块500、延时模块600和继电器驱动模块700。其中，继电器驱动模块700用于控制继电器200的导通与关断。主控模块500用于在第一时段控制延时模块600导通，以使延时模块600充电并控制继电器驱动模块700导通，在第二时段控制半导体开关100导通，以使交流负载400通电。其中，第二时段在第一时段之后。当交流负载400通电且主控模块500失效时，半导体开关100在交流电源300过零点时关断，延时模块600用于对继电器驱动模块700充电，使得继电器驱动模块700可以延时关断，进而可以使得继电器200延迟于半导体开关100关断。

具体的，本实施例中，主控模块500可以是微控制器(Micro Controller Unit，MCU)。在第一时段，主控模块500控制延时模块600导通，使得延时模块600充电，同时，延时模块600控制继电器驱动模块700导通，进而继电器200闭合。在第二时段，主控模块500控制半导体开关100导通，以使继电器200、半导体开关100、交流电源300和交流负载400形成导电通路，交流负载400通电工作。在第三时段，主控模块500控制半导体开关100关断，然后主控模块500控制延时模块600关断，进而控制继电器驱动模块700关断，从而使得继电器200断开。本实施例中，第三时段在第二时段之后，第二时段在第一时段之后。由于先关断半导体开关100后关断继电器200，避免了交流电的瞬时冲击对继电器200造成损坏，继电器200不会产生火花或粘连，进而也可保护电路。

然而，当主控模块500失效时，主控模块500无法控制半导体开关100和继电器200关断的先后逻辑顺序。此时，由于主控模块500失效，主控模块500无法控制半导体开关导通，半导体开关在交流电过零点时自动关断。由于在第一时段主控模块500对延时模块600充电，因此，当主控模块500失效时，延时模块600存储的电能可对继电器驱动模块700充电，使得继电器驱动模块700延时关断，进而使得继电器200在半导体开关100之后关断，以防止继电器200产生火花或粘连，保护继电器。

在其中一个实施例中，请继续参见图1，继电器保护电路还包括过零检测模块800，连接交流电源400，用于在第二时段输出零点信号至主控模块500。主控模块500接收零点信号后，可以控制半导体开关100在交流电过零点时导通。

进一步的，继电器保护电路还包括半导体控制模块900。半导体控制模块900的一端连接主控模块500，另一端连接半导体开关100。在第二时段，主控模块500输出脉冲信号，脉冲信号通过半导体控制模块900传输至半导体开关100，使得半导体开关100导通。当主控模块500失效时，主控模块500输出失效信号，其中失效信号可以是高电平或低电平，半导体控制模块900接收失效信号后断开，以使所述半导体开关100无法接收脉冲信号，并在交流电源400过零点时关断。

请参见图2，在其中一个实施例中，电源模块还包括第一直流电源。继电器驱动模块700包括第一开关单元710和保护单元720。第一开关单元710的控制端连接延时模块600的一端，第一开关单元710的第一端连接第一直流电源，第一开关单元710的第二端连接继电器200的线圈和保护单元720的一端。保护单元720的另一端接地。当第一开关单元710在延时模块600作用下导通时，继电器200的线圈连接第一直流电源，由于继电器200线圈通电，继电器200的动触点与常闭触点吸合，即继电器200在第一直流电源的作用下导通。

电源模块还包括第二直流电源。延时模块600包括第二开关单元610和充放电单元620。第二开关单元610的控制端连接主控模块500，第二开关单元610的第一端连接第二直流电源，第二开关单元610的第二端连接充放电单元620的一端。充放电单元620的另一端连接第一开关单元710的控制端。当第二开关单元610在主控模块500作用下导通时，第二直流电源对充放电单元620充电，且第二直流电源控制第一开关单元710导通。当主控模块500失效时，充放电单元620对第一开关单元710放电，使得第一开关单元710延迟关断，进而使得继电器200延迟于半导体开关100关断，防止继电器200产生火花或粘连。

请参见图3，过零检测模块800包括电阻R1、钳位二极管D1、钳位二极管D2和电容C1。电阻R1的一端连接交流电源的零线，另一端分别连接钳位二极管D1的阳极、钳位二极管D2的阴极、电容C1的一端和主控模块500的输入输出引脚。钳位二极管D1的阴极连接第二直流电源U2，所位二极管D2的阳极和电容C1的另一端接地。

具体的，第二直流电源U2为正电压直流电源，本实施例中可以是5V直流电源。其中，电阻R1也可以替换为两个电阻串联连接，利用两个电阻串联可以提高耐压。钳位二极管D1和钳位二极管D2将正弦波状的交流电源转换为方波状的零点信号，主控模块500接收零点信号后可输出脉冲信号控制半导体卡关100导通。

半导体控制模块900包括电阻R2和电容C2。电阻R2的一端连接主控模块500，另一端连接电容C2的一端，电容C2的另一端连接半导体开关。

具体的，电阻R2一端连接MCU的输入输出引脚，MCU通过输入输出引脚输出脉冲信号。半导体开关100可以是场效应管、绝缘栅双极型晶体管和可控硅中的任一种，本实施例中，以半导体开关100为三端双向可控硅为例进行说明。电容C2连接三端双向可控硅的控制端。在第二时段，当主控模块500输出脉冲信号时，脉冲信号可通过电容C2，进而可控制三端双向可控硅导通。当主控模块500失效时，主控模块500的各引脚输出高电平或低电平或高阻态信号，由于高电平、低电平和高阻态信号均无法通过电容C2，因此，当主控模块500失效时，主控模块500无法控制可控硅导通。

第一开关单元710包括晶体管Q1，保护单元720包括二极管D3。其中，晶体管Q1的控制端连接充放电单元620的一端，晶体管Q1的第一端连接第一直流电源U1，晶体管Q1的第二端连接继电器200的线圈和二极管D3的阳极，二极管D3的阴极和继电器200的线圈的另一端接地。

第二开关单元610包括晶体管Q2。晶体管Q2的控制端可通过电阻R3分压后连接主控模块500的输入输出端口，晶体管Q2的第一端连接U2第二直流电源，晶体管Q2的第二端连接充放电单元620的一端。

充放电单元620包括至少一个电容，至少一个电容的一端均连接晶体管Q1的控制端和晶体管Q2的第二端，至少一个电容的第二端均连接所述晶体管Q1的第一端。充放电单元620还包括电阻R4、电阻R5和电阻R6，其中，电阻R5与至少一个电容并联，电阻R4的一端连接晶体管Q2的第二端，另一端连接电阻R5的一端、电容的一端和电阻R6的一端，电阻R6的另一端连接晶体管Q1的控制端。电阻R4、电阻R5、电阻R6和电容共同构成RC充放电电路。

具体的，本实施例中，晶体管Q1和晶体管Q2可以是双极结型晶体管(BipolarJunction Transistor，BJT)，且晶体管Q1为NPN型晶体管，Q2为PNP型晶体管，控制端为基极，第一极为发射极，第二极为集电极。晶体管Q2的基极连接主控模块500的输入输出引脚，当主控模块500接收到启动信号后，主控模块500输出低电平，PNP型晶体管Q1导通。第二直流电源U2通过晶体管Q2施加至晶体管Q1的基极，且第二直流电源U2为充放电单元620的电容充电。充放电单元620包括至少一个电容，本实施例中，充放电单元620包括两个电容，采用两个容量较小的电容并联不仅可增大容量，而且可降低成本。由于第二直流电源U2为正电压直流电源，因此第二直流电源U2可使晶体管Q1导通，则第一直流电源U1通过晶体管Q1施加至继电器200的线圈，以使继电器200的线圈通电吸合。

下面，图3所示电路图工作原理进行说明：

以交流负载400为马达为例进行说明，当MCU可正常工作时，马达从停止状态到转动状态：MCU接收外部输入的启动信号并通过引脚10输出低电平至晶体管Q2，此时晶体管Q2导通，第二直流电源U2的5V电压通过晶体管Q2传输至晶体管Q1的基极，且第二直流电源U2同时为电容C3和电容C4充电。在第二直流电源U2的作用下，晶体管Q1导通，继电器接通第一直流电源U1的-24V电压，从而继电器200触点闭合。交流电源300通过过零检测模块800后，过零检测模块800传输零点信号至MCU，MCU根据接收到的零点信号，通过引脚11输出脉冲电平，控制半导体开关导通，进而使得马达、继电器200、半导体开关100和交流电源300形成通电回路，马达通电转动。

当马达从停止状态到转动状态：MCU接收外部输入的停止信号，并根据接收的零点信号不通过引脚11输出脉冲电平，因此半导体开关100随着交流电维持一段时间后，在过零点后自动关闭。然后MCU通过引脚10输出高电平，此时晶体管Q2会关闭，晶体管Q1也随之关闭，则继电器200的线圈不再通电，从而继电器触点释放断开，继电器不工作，马达停止转动。由于MCU控制先关断半导体开关100，再关断继电器200，使得继电器200在半导体开关100之后关断，从而防止继电器200产生火花或粘连，保护继电器。

当MCU失效无法正常工作时，MCU的引脚可能输出高电平、低电平或高阻态，此时MCU无法控制半导体开关100与继电器200关断的先后逻辑顺序。

当马达正在工作时，MCU损坏，若MCU各引脚均输出高电平，高电平无法通过电容C2，因此MCU无法控制半导体开关100导通，半导体开关100随着交流电维持一段时间后，在过零点后自动关闭。由于MCU各引脚均输出高电平，因此晶体管Q2截止。电容C3和电容C4储存的电量可以让晶体管Q1继续维持导通，继电器200维持继续正常吸合，继电器200维持吸合时间大于可控硅在交流电过零点后自动关闭的时间，然后继电器再自然释放断开，进而避免了继电器200承受瞬时脉冲，防止继电器200出现火花或粘连，达到保护继电器200的目的。

若MCU各引脚输出低电平，低电平无法通过电容C2，因此MCU无法控制半导体开关100导通，半导体开关100随着交流电维持一段时间后，在过零点后自动关闭。由于MCU各引脚均输出低电平，因此晶体管Q2导通，晶体管Q1也随之导通，继电器200保持导通状态，因此继电器200会在半导体开关100之后关断，进而可以避免继电器200产生火花或粘连，保护继电器。

若MCU各引脚输出高阻态，则有可能为高电平也可能为低电平，但无论各引脚输出高电平或是低电平，均不会影响半导体开关100与继电器200关断的先后逻辑顺序。因此，当MCU损坏时，由于采用了延时模块，使得继电器200会在半导体开关100之后关断，防止继电器200产生火花或粘连，保护继电器200。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

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 (10)

1.一种继电器保护电路，其特征在于，包括：

电源模块、半导体开关和继电器，所述电源模块包括交流电源，所述半导体开关的第一端通过所述交流电源连接交流负载的一端，第二端连接所述继电器的第一端，所述继电器的第二端连接所述交流负载的另一端，当所述继电器和所述半导体开关相继闭合时，所述继电器、所述半导体开关、所述交流电源和所述交流负载形成闭合回路，以使所述交流负载通电；

所述继电器保护电路还包括主控模块、延时模块和继电器驱动模块；

所述继电器驱动模块用于控制所述继电器的导通与关断；

所述主控模块用于在第一时段控制所述延时模块导通，以使所述延时模块充电并使所述继电器驱动模块导通，在第二时段控制所述半导体开关导通，以使所述交流负载通电，其中，所述第二时段在所述第一时段之后；

当所述交流负载通电且所述主控模块失效时，所述半导体开关在所述交流电源过零点时关断，所述延时模块用于对所述继电器驱动模块充电，所述继电器驱动模块延时关断，以使所述继电器延迟于所述半导体开关关断。

2.根据权利要求1所述的继电器保护电路，其特征在于，还包括过零检测模块，所述过零检测模块连接所述交流电源，用于在所述第二时段输出零点信号至所述主控模块，以使所述主控模块控制所述半导体开关在所述交流电源过零点时导通。

3.根据权利要求2所述的继电器保护电路，其特征在于，还包括半导体控制模块，所述半导体控制模块一端连接所述主控模块，另一端连接所述半导体开关，当所述主控模块失效时，所述主控模块输出失效信号，所述半导体控制模块接收所述失效信号并断开，以使所述半导体开关关断。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的继电器保护电路，其特征在于，所述电源模块还包括第一直流电源，所述继电器驱动模块包括第一开关单元和保护单元，所述第一开关单元的控制端连接所述延时模块的一端，所述第一开关单元的第一端连接所述第一直流电源，所述第一开关单元的第二端连接所述继电器的线圈和所述保护单元的一端，所述保护单元的另一端接地，当所述第一开关单元导通时，所述继电器连接所述第一直流电源，并在所述第一直流电源的作用下导通。

5.根据权利要求4所述的继电器保护电路，其特征在于，所述电源模块还包括第二直流电源，所述延时模块包括第二开关单元和充放电单元，所述第二开关单元的控制端连接所述主控模块，所述第二开关单元的第一端连接所述第二直流电源，所述第二开关单元的第二端连接所述充放电单元的一端，所述充放电单元的另一端连接所述第一开关单元的控制端，当所述第二开关单元在所述主控模块作用下导通时，所述第二直流电源对所述充放电单元充电，且所述第二直流电源控制所述第一开关单元导通。

6.根据权利要求5所述的继电器保护电路，其特征在于，所述过零检测模块包括电阻R1、钳位二极管D1、钳位二极管D2和电容C1，所述电阻R1的一端连接所述交流电源，另一端分别连接所述钳位二极管D1的阳极、所述钳位二极管D2的阴极、所述电容C1的一端和所述主控模块，所述钳位二极管D1的阴极连接所述第二直流电源，所述钳位二极管D2的阳极和所述电容C1的另一端分别接地。

7.根据权利要求6所述的继电器保护电路，其特征在于，所述半导体控制模块包括电阻R2和电容C2，所述电阻R2的一端连接所述主控模块，另一端连接所述电容C2的一端，所述电容C2的另一端连接所述半导体开关。

8.根据权利要求7所述的继电器保护电路，其特征在于，所述第一开关单元包括晶体管Q1，所述保护单元包括二极管D3，所述晶体管Q1的控制端连接所述充放电单元的一端，所述晶体管Q1的第一端连接所述第一直流电源，所述晶体管Q1的第二端连接所述继电器的线圈和所述二极管D3的阳极，所述二极管D3的阴极接地。

9.根据权利要求8所述的继电器保护电路，其特征在于，所述第二开关单元包括晶体管Q2，所述晶体管Q2的控制端连接所述主控模块，所述晶体管Q2的第一端连接所述第二直流电源，所述晶体管Q2的第二端连接所述充放电单元的一端。

10.根据权利要求9所述的继电器保护电路，其特征在于，所述充放电单元包括至少一个电容，所述至少一个电容的一端均连接所述晶体管Q1的控制端和所述晶体管Q2的第二端，所述至少一个电容的第二端均连接所述晶体管Q1的第一端。