CN109887802B - 继电器驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种继电器驱动电路，驱动电路电源分别通过加速电路和分压电路与继电器连接，控制单元分别与加速电路和延时电路连接，延时电路与分压电路连接，切换开关分别与加速电路和分压电路连接，其中，当控制单元向加速电路和延时电路输入高电平信号，使加速电路和延时电路工作，驱动电路电源的输出电压通过加速电路提升后提供给继电器，继电器加速闭合过程；在继电器进行闭合过程的同时，延时电路开始充电，当充电电压大于指定值时，切换开关断开加速电路，且同时导通分压电路，通过分压电路降低继电器电压和电流。本发明旨在解决加速继电器闭合、降低继电器的损耗同时降低辅助电源设计的复杂程度的问题。

Description

继电器驱动电路

技术领域

本发明涉及到电子领域，特别是涉及到一种继电器驱动电路。

背景技术

继电器是一种电控制器件，被广泛运用于自动控制的电路中。继电器的驱动需要考虑两大问题，一是继电器的切合速度，二是继电器闭合后自身的功耗问题。但是目前的继电器驱动电路，多采用恒定电压驱动、PWM驱动与双电源驱动的方法，恒定电压的方法简单，但是闭合继电器后自身损耗不能降低，可能因为温升高，而降低继电器的使用寿命，PWM的驱动方法，使用恒定电压开通后，通过调节PWM占空比来降低继电器线圈上的压降来降低驱动损耗，但会消耗一部分CPU的资源，双电源的驱动方法，通过高电压的电源开通，然后切换到低电压的电源继续给继电器线圈供电，使线圈电压维持在保持电压的范围内，从而降低线圈损耗，此方法的缺点是需要系统的辅助电源有多路电源输出，线路设计复杂。

因此，以上的方法都难以实现继电器加速通断，以及兼顾降低继电器驱动绕组损耗，还能同时降低辅助电源设计的复杂程度等等需求。

发明内容

本发明的主要目的为提供一种继电器驱动电路，旨在解决加速继电器闭合、降低继电器的损耗同时降低辅助电源设计的复杂程度的问题。

本发明提出一种继电器驱动电路，包括驱动电路电源、控制单元、继电器、加速电路、延时电路、切换开关和分压电路，驱动电路电源分别通过加速电路和分压电路与继电器连接，控制单元分别与加速电路和延时电路连接，延时电路与分压电路连接，切换开关分别与加速电路和分压电路连接，加速电路还直接与分压电路连接；

其中，当控制单元向加速电路和延时电路输入高电平信号，使加速电路和延时电路工作，驱动电路电源的输出电压通过加速电路提升后提供给继电器，以使继电器加速闭合过程；

在继电器进行闭合过程的同时，延时电路开始充电，当充电电压大于指定值时，切换开关断开加速电路，且同时导通分压电路，通过分压电路降低继电器两端的电压和流经继电器的电流；

当控制单元向分压电路输入低电平信号，分压电路断开，使继电器两端的电压为零，继电器分离。

进一步地，加速电路包括第一二极管、第二二极管、第一三极管、第二三极管、第一电容、第一电阻、第二电阻和第六电阻，第一二极管的阳极与第二三极管的发射极连接后与驱动电路电源连接，第一二极管的阴极与第一电容的第一端连接后与继电器的第一端连接，第二三极管的基极与第二二极管的阴极连接后与第一三极管的集电极连接，第一三极管的基极与第二电阻的第一端连接，第二电阻的第二端与第一电阻的第一端连接后与切换开关连接，第一电阻的第二端分别与延时电路和控制单元连接，第一三极管的发射极与第六电阻的第一端连接后分别与切换开关和地连接，第一电容的第二端与第二三极管的集电极连接后与第六电阻的第二端连接，第二二极管的阳极分别与继电器的第二端和分压电路连接。

进一步地，延时电路包括第三电阻、第二电容和稳压管，第三电阻的第一端分别与加速电路和控制单元连接，第三电阻的第二端与第二电容的第一端连接后与稳压管的阴极连接，第二电容的第二端分别与分压电路和地连接，稳压管的阳极与分压电路连接。

进一步地，切换开关为第四三极管，第四三极管的集电极与加速电路的连接，基极与分压电路连接，发射极分别与加速电路和地连接。

进一步地，分压电路包括第四电阻、第五电阻、第七电阻、第三三极管和第五三极管，第四电阻的第一端与延时电路连接，第二端分别与切换开关和第三三极管的基极连接，第三三极管的集电极与第五三极管的基极连接后与第七电阻的第一端连接，第三三极管的发射极与第五三极管的集电极连接后分别与延时电路和地连接，第七电阻的第二端与驱动电路电源连接，第五三极管的发射极与第五电阻的第一端连接，第五电阻的第二端分别与加速电路和继电器的第二端连接。

进一步地，分压电路还包括第三二极管，第三二极管的阴极分别与继电器的第一端和加速电路连接，第三二极管的阳极与继电器的第二端连接后分别与加速电路和第五电阻的第二端连接。

本发明继电器驱动电路的有益效果为：采用单电源设计电路，电路结构简单，能降低辅助电压设计难度，当控制继电器闭合时，由加速电路提升加载在继电器上的电压，加速继电器进行闭合过程所用的时间，在继电器闭合的过程中，延时电路开始工作，使得继电器闭合后一段时间，断开加速电路同时导通分压电路，降低继电器两端的电压和流经的电流，从而降低继电器线圈在开通时的自身损耗。

附图说明

图1为本发明继电器驱动电路的结构框图示意图；

图2为本发明继电器驱动电路的电路图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变，所述的连接可以是直接连接，也可以是间接连接。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

参照图1至图2，一种继电器驱动电路，包括驱动电路电源1、控制单元2、继电器3、加速电路4、延时电路5、切换开关6和分压电路7，驱动电路电源1分别通过加速电路4和分压电路7与继电器3连接，控制单元2分别与加速电路4和延时电路5连接，延时电路5与分压电路7连接，切换开关6分别与加速电路4和分压电路7连接，加速电路4还直接与分压电路7连接；

其中，当控制单元2向加速电路4和延时电路5输入高电平信号，使加速电路4和延时电路5工作，驱动电路电源1的输出电压通过加速电路4提升后提供给继电器3，以使继电器3加速闭合过程；

在继电器3进行闭合过程的同时，延时电路5开始充电，当充电电压大于指定值时，切换开关6断开加速电路4，且同时导通分压电路7，通过分压电路7降低继电器3两端的电压和流经继电器3的电流；

当控制单元2向分压电路7输入低电平信号，分压电路7断开，使继电器3两端的电压为零，继电器3分离。

继电器驱动电路用于控制继电器3闭合或分离，驱动电路电源1的正极分别与加速电路4和分压电路7连接，负极在分压电路7接地处接地，需要继电器驱动电路控制继电器3闭合的时候，控制单元2向加速电路4和延时电路5输入高电平信号，使得加速电路4和延时电路5开始工作，分压电路7处于断开状态，驱动电路电源1的输出电压通过加速电路4提升后提供给继电器3，以使继电器3加速进行闭合过程，以达到控制继电器3闭合的目的，在继电器3进行闭合过程的同时，所述延时电路5开始充电，等继电器3闭合后，延时电路5充电电压上升加快，当延时电路5充电电压大于指定值时，使得所述切换开关6断开所述加速电路4，且同时导通所述分压电路7，通过所述分压电路7与继电器3串联，降低所述继电器3两端电压和流经的电流，从而降低继电器3线圈在开通时的自身损耗。在一些实施例中，控制单元2可以为单片机。当要断开继电器3的时候，只需要通过控制单元2输出低电平信号即可，控制简单，可靠性强。

进一步地，加速电路4包括第一二极管D1、第二二极管D2、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第一电容C1、第一电阻R1、第二电阻R2和第六电阻R6，第一二极管D1的阳极与第二三极管Q2的发射极连接后与驱动电路电源1连接，第一二极管D1的阴极与第一电容C1的第一端连接后与继电器3的第一端连接，第二三极管Q2的基极与第二二极管D2的阴极连接后与第一三极管Q1的集电极连接，第一三极管Q1的基极与第二电阻R2的第一端连接，第二电阻R2的第二端与第一电阻R1的第一端连接后与切换开关6连接，第一电阻R1的第二端分别与延时电路5和控制单元2连接，第一三极管Q1的发射极与第六电阻R6的第一端连接后分别与切换开关6和地连接，第一电容C1的第二端与第二三极管Q2的集电极连接后与第六电阻R6的第二端连接，第二二极管D2的阳极分别与继电器3的第二端和分压电路7连接。当控制单元2向加速电路4输入低电平信号时，第一三极管Q1和第二三极管Q2截止，继电器3处于断开状态，此时驱动电路电源1经过第一二极管D1、第一电容C1和第六电阻R6给第一电容C1充电，当第一电容C1的电压与驱动电路电源1的输出电压相同时，停止向第一电容C1充电，并使得第一电容C1电压与驱动电路电源1的输出电压保持大致相同。当控制单元2向加速电路4输入高电平信号时，第一三极管Q1和第二三极管Q2导通，驱动电路电源1的输出电压通过加速电路4提升后提供给继电器3，使得继电器3两端电压为VCC+VC1-VD2-VCE1-VCE2，其中，VCC为驱动电路电源1的输出电压，VC1为第一电容C1的电压，VD2为第二二极管D2的正向导通压降，VCE1为第一三极管Q1的集电极与发射极的压降，VCE2为第二三极管Q2的集电极与发射极的压降，此时继电器3两端电压相当于VCC的两倍，从而使继电器3加速闭合，并极大地加快继电器3的闭合时间。具体地，第二电阻R2的第二端与第一电阻R1的第一端连接后与下述第四三极管Q4的集电极连接，第一电阻R1的第二端分别与下述第三电阻R3的第一端和控制单元2连接，第一三极管Q1的发射极与第六电阻R6的第一端连接后分别与下述第四三极管Q4的发射极和地连接，第二二极管D2的阳极分别与继电器3的第二端和下述第五电阻R5的第二端连接。

进一步地，延时电路5包括第三电阻R3、第二电容C2和稳压管ZD1，第三电阻R3的第一端分别与加速电路4和控制单元2连接，第三电阻R3的第二端与第二电容C2的第一端连接后与稳压管ZD1的阴极连接，第二电容C2的第二端分别与分压电路7和地连接，稳压管ZD1的阳极与分压电路7连接。当控制单元2向延时电路5输入高电平信号时，第二电容C2开始充电，等到第二电容C2的充电电压超过稳压管ZD1的反向击穿电压时，使得切换开关6关闭加速电路4，同时导通分压电路7，而第二电容C2的充电电压在继电器3闭合后慢慢明显上升，因此第二电容C2的充电电压上升到超过稳压管ZD1的反向击穿电压，会有一段上升时间，从而延时电路5可以在继电器3闭合之后延时一段时间，使得切换开关6关闭加速电路4，同时导通分压电路7。具体地，第三电阻R3的第一端分别与所述第一电阻R1的第二端和控制单元2连接，第二电容C2的第二端与下述第三三极管Q3的发射极和下述第五三极管Q5的集电极连接后接地，稳压管ZD1的阳极与下述第四电阻R4的第一端连接。

进一步地，切换开关6为第四三极管Q4，第四三极管Q4的集电极与加速电路4连接，基极与分压电路7连接，发射极分别与加速电路4和地连接。当第二电容C2的充电电压上升到超过稳压管ZD1的反向击穿电压，第四三极管Q4导通，使得加速电路4的第一三极管Q1和第二三极管Q2截止，从而断开加速电路4，并且使得下述分压电路7的第三三极管Q3和第五三极管Q5导通，从而使分压电路7导通。具体地，第四三极管Q4的集电极分别与第一电阻R1的第一端和第二电阻R2的第二端连接，基极与下述第四电阻R4的第二端连接，发射极与第一三极管Q1的发射极和第六电阻的第一端连接后接地。

进一步地，分压电路7包括第四电阻R4、第五电阻R5、第七电阻R7、第三三极管Q3和第五三极管Q5，第四电阻R4的第一端与延时电路5连接，第二端分别与切换开关6和第三三极管Q3的基极连接，第三三极管Q3的集电极与第五三极管Q5的基极连接后与第七电阻R7的第一端连接，第三三极管Q3的发射极与第五三极管Q5的集电极连接后分别与延时电路5和地连接，第七电阻R7的第二端与驱动电路电源1连接，第五三极管Q5的发射极与第五电阻R5的第一端连接，第五电阻R5的第二端分别与加速电路4和继电器3的第二端连接。第四三极管Q4导通后，使得第三三极管Q3和第五三极管Q5导通，继电器3与第五电阻R5形成串联分压电路7，此时继电器3两端的电压为

其中，RL为继电器3线圈的电阻，VD1为二极管的导通压降，VCE5为第五三极管Q5的集电极与发射极的电压，继电器3闭合是一直保持该电压，继电器3的两端电压降低，从而流经继电器3的电流也会降低，从而降低继电器3线圈在开通时的自身损耗，延长继电器3的使用寿命。具体地，第四电阻R4的第一端与稳压管ZD1的阳极连接，第二端分别与第四三极管Q4的基极和第三三极管Q3的基极连接，第三三极管Q3的发射极、第五三极管Q5的集电极和第二电容C2的第二端连接后接地。

进一步地，分压电路7还包括第三二极管D3，第三二极管D3的阴极分别与继电器3的第一端和加速电路4连接，第三二极管D3的阳极与继电器3的第二端连接后分别与加速电路4和第五电阻R5的第二端连接。第三二极管D3的作用是提供继电器3在闭合断开使的续流回路，可以防止第五三极管Q5集电极与发射极过压击穿。具体地，第三二极管D3的阴极分别与继电器3的第一端、第一二极管的阴极、第一电容C1的第一端连接，第三二极管的阴极分别与第一电容C1的第二端及第二三极管Q2的集电极的连接点、第二二极管D2的阳极及第六电阻R6的第二端的连接点和第五电阻R5的第二端连接。

上述本申请采用单电源设计电路，电路结构简单，能降低辅助电压设计难度，并且控制简单，只需要输入高电平与低电平信号即可控制继电器的闭合与断开，可靠性强，当控制继电器闭合时，由加速电路提升加载在继电器上的电压，加速继电器进行闭合过程所用的时间，在继电器闭合的过程中，延时电路开始工作，使得继电器闭合后一段时间，断开加速电路同时导通分压电路，降低继电器两端的电压和流经的电流，从而降低继电器线圈在开通时的自身损耗。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种继电器驱动电路，其特征在于，包括驱动电路电源、控制单元、继电器、加速电路、延时电路、切换开关和分压电路，所述驱动电路电源分别通过所述加速电路和所述分压电路与所述继电器连接，所述控制单元分别与所述加速电路和所述延时电路连接，所述延时电路与所述分压电路连接，所述切换开关分别与所述加速电路和所述分压电路连接；

其中，当所述控制单元向所述加速电路和延时电路输入高电平信号时，所述加速电路和所述延时电路工作，所述驱动电路电源的输出电压通过所述加速电路提升后提供给所述继电器，以使所述继电器加速闭合过程；

在所述继电器进行闭合过程的同时，所述延时电路开始充电，当充电电压大于指定值时，所述切换开关断开所述加速电路，且同时导通所述分压电路，通过所述分压电路降低所述继电器两端的电压和流经所述继电器的电流；

当所述控制单元向所述分压电路输入低电平信号，所述分压电路断开，使所述继电器两端的电压为零，所述继电器分离；

所述分压电路包括第四电阻、第五电阻、第七电阻、第三三极管和第五三极管，所述第四电阻的第一端与所述延时电路连接，第二端分别与切换开关和所述第三三极管的基极连接，所述第三三极管的集电极与所述第五三极管的基极连接后与所述第七电阻的第一端连接，所述第三三极管的发射极与所述第五三极管的集电极连接后分别与延时电路和地连接，所述第七电阻的第二端与所述驱动电路电源连接，所述第五三极管的发射极与所述第五电阻的第一端连接，所述第五电阻的第二端分别与所述加速电路和所述继电器的第二端连接。

2.根据权利要求1所述的继电器驱动电路，其特征在于，所述加速电路包括第一二极管、第二二极管、第一三极管、第二三极管、第一电容、第一电阻、第二电阻和第六电阻，所述第一二极管的阳极与所述第二三极管的发射极连接后与所述驱动电路电源连接，所述第一二极管的阴极与所述第一电容的第一端连接后与所述继电器的第一端连接，所述第二三极管的基极与所述第二二极管的阴极连接后与所述第一三极管的集电极连接，所述第一三极管的基极与所述第二电阻的第一端连接，所述第二电阻的第二端与所述第一电阻的第一端连接后与所述切换开关连接，所述第一电阻的第二端分别与所述延时电路和所述控制单元连接，所述第一三极管的发射极与所述第六电阻的第一端连接后分别与所述切换开关和地连接，所述第一电容的第二端与所述第二三极管的集电极连接后与所述第六电阻的第二端连接，所述第二二极管的阳极分别与所述继电器的第二端和所述分压电路连接。

3.根据权利要求1所述的继电器驱动电路，其特征在于，所述延时电路包括第三电阻、第二电容和稳压管，所述第三电阻的第一端分别与所述加速电路和所述控制单元连接，所述第三电阻的第二端与所述第二电容的第一端连接后与所述稳压管的阴极连接，所述第二电容的第二端分别与所述分压电路和地连接，所述稳压管的阳极与所述分压电路连接。

4.根据权利要求1所述的继电器驱动电路，其特征在于，所述切换开关为第四三极管，所述第四三极管的集电极与所述加速电路连接，基极与所述分压电路连接，发射极分别与所述加速电路和地连接。

5.根据权利要求4所述的继电器驱动电路，其特征在于，所述分压电路还包括第三二极管，所述第三二极管的阴极分别与所述继电器的第一端和所述加速电路连接，所述第三二极管的阳极与所述继电器的第二端连接后分别与所述加速电路和所述第五电阻的第二端连接。

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