CN110416028A - 接触器电压控制电路和接触器系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种接触器电压控制电路和接触器系统，该电路包括输出脉冲信号至控制开关的控制装置、根据脉冲信号进行通断切换的控制开关以及对控制开关导通时接入的电流进行滤波后传输至接触器的线圈的滤波电路，控制装置连接控制开关的控制端，控制开关的输入端用于连接电源，控制开关的输出端连接滤波电路，滤波电路连接接触器的线圈。控制开关根据接收到的脉冲信号进行通断切换输出脉冲电压，输出的脉冲电压经过滤波电路的滤波作用得到降压后的电流并输送至接触器的线圈，使接触器的线圈电压降低，小于电源电压，从而降低接触器的线圈的功耗，减小因为功耗导致的温升，且没有对电源输出电压造成额外损耗，不会降低系统效率，使用可靠性高。

Description

接触器电压控制电路和接触器系统

技术领域

本申请涉及电力电子技术领域，特别是涉及一种接触器电压控制电路和接触器系统。

背景技术

随着电力电子技术的快速发展，各种用电设备层出不穷，为了使各用电设备能够正常运行，对电路的控制非常重要。接触器一种应用广泛的控制电路通断的器件，在大功率直流系统中，通常会使用直流接触器用于控制主电路的通断和旁路充电电阻。但在使用过程中，直流接触器的线圈有较大的功率损耗，使直流接触器存在温升过高的问题，影响直流接触器的使用寿命，降低直流接触器的可靠性。

传统的降低直流接触器的温升方法有串联电阻方法，通过串入与线圈电阻相等的电阻，将直流接触器的线圈上的电压降低一半，实现直流接触器的降压保持，起到降低接触器温度的作用，然而这种方法并没有真正降低驱动线圈的电源功率，仅仅是将一部分功率消耗在了串联电阻上，并不能提高系统效率，使用可靠性低。

发明内容

基于此，有必要针对传统的降低直流接触器的温升方法使用可靠性低问题，提供一种接触器电压控制电路和接触器系统。

一种接触器电压控制电路，包括：

输出脉冲信号至控制开关的控制装置；

根据所述脉冲信号进行通断切换的控制开关；

对控制开关导通时接入的电流进行滤波后传输至接触器的线圈的滤波电路；

所述控制装置连接所述控制开关的控制端，所述控制开关的输入端用于连接电源，所述控制开关的输出端连接所述滤波电路，所述滤波电路连接接触器的线圈。

一种接触器系统，包括接触器和上述的接触器电压控制电路，所述接触器连接所述接触器电压控制电路。

上述接触器电压控制电路和接触器系统，在接入电源电压至接触器的线圈使接触器的触点导通后，当用户需要对接触器的线圈进行降压保持时，可通过控制装置输出脉冲信号至控制开关，使控制开关进行通断切换输出脉冲电压，控制开关输出的脉冲电压经过滤波电路的滤波作用得到降压后的电流并输送至接触器的线圈，使接触器的线圈电压小于电源电压，接触器的线圈电压降低，从而降低接触器的线圈的功耗，减小因为功耗导致的温升，且没有对电源输出电压造成额外损耗，不会降低系统效率，使用可靠性高。

附图说明

图1为一个实施例中接触器电压控制电路的结构框图；

图2为另一个实施例中接触器电压控制电路的结构框图；

图3为一个实施例中接触器电压控制电路的结构图；

图4为一个实施例中接触器电压控制电路的控制波形图；

图5为一个实施例中接触器系统的结构框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本发明进行更加全面的描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在一个实施例中，请参见图1，提供一种接触器电压控制电路，该电路包括输出脉冲信号至控制开关120的控制装置110、根据脉冲信号进行通断切换的控制开关120以及对控制开关120导通时接入的电流进行滤波后传输至接触器的线圈的滤波电路130，控制装置110连接控制开关120的控制端，控制开关120的输入端用于连接电源VCC，控制开关120的输出端连接滤波电路130，滤波电路130连接接触器的线圈。在接入电源VCC电压至接触器的线圈使接触器的触点导通后，当用户需要对接触器的线圈进行降压保持时，可通过控制装置110输出脉冲信号至控制开关120，使控制开关120进行通断切换输出脉冲电压，控制开关120输出的脉冲电压经过滤波电路130的滤波作用得到降压后的电流并输送至接触器的线圈，使接触器的线圈电压小于电源电压，接触器的线圈电压降低，从而降低接触器的线圈的功耗，减小因为功耗导致的温升，且没有对电源输出电压造成额外损耗，不会降低系统效率，使用可靠性高。

具体地，脉冲信号一般包括高电平和低电平，控制开关120可以在脉冲信号为高电平时导通，低电平时关断，或者控制开关120也可以在脉冲信号为低电平时导通，高电平时关断，在本实施例中以控制开关120在脉冲信号为高电平时导通，低电平时关断，以1表示高电平，以0表示低电平为例，控制开关在脉冲信号为1时导通，在脉冲信号为0时断开。脉冲信号的类型并不是唯一的，在本实施例中，脉冲信号的类型为矩形波，矩形波只有高电平和低电平两种状态，当脉冲信号为高电平时，控制开关120导通，电源VCC输出的电流可以通过控制开关120传输至滤波电路130进行滤波，滤波后的电流传输至接触器的线圈，当脉冲信号为低电平时，控制开关120断开，电源VCC输出的电源VCC不能输出至接触器的线圈。脉冲占空比是脉冲信号的重要参数之一，是指高电平在一个脉冲周期中所占的比例，在电源电压恒定的情况下，通过改变脉冲信号的占空比可以改变线圈电压的大小，使线圈电压大小可以根据用户需求进行调整，使用便捷。控制装置110的具体类型并不是唯一的，例如可以为单片机，单片机把各功能部件集成在一个芯片上，内部采用总线结构，减少了各芯片之间的连线，可靠性与抗干扰能力强，控制能力强。控制开关120的类型并不是唯一的，例如可以为继电器、断路器或场效应晶体管等，只要本领域技术人员认为可以实现即可。

在一个实施例中，请参见图2，接触器电压控制电路还包括电压采样电路140，电压采样电路140连接接触器，并连接控制装置110。电压采样电路140用于检测接触器的电压大小，并将检测到的结果发送至控制装置110，控制装置110可根据电压检测结果发出对应的信号，提高接触器电压控制电路的工作性能。

具体地，根据电压采样电路140与接触器连接位置不同，可以检测到接触器不同部位的电压值，以电压采样电路140与接触器的线圈连接为例，电压采样电路140可检测到接触器的线圈的电压值大小，然后将检测到的接触器的线圈的电压值发送至控制装置110，控制装置110可以根据接收到的电压值调整输出的脉冲信号的占空比，当接收到的电压值大于电压上限值时，认为当前接触器的线圈电压过大，此时输出占空比较小的脉冲信号，以减小接触器的线圈上的电压，减小线圈电压过大造成的损耗，同理，当接收到的电压值小于电压下限值时，认为当前接触器的线圈电压过小，此时输出占空比较大的脉冲信号，以增大接触器的线圈上的电压，保证接触器可以正常工作，从而提高接触器电压控制电路的工作性能。可以理解，在其他实施例中，电压采样电路140也可以连接接触器的其他部位，只要本领域技术人员认为可以实现即可。进一步地，电压采样电路140的具体结构并不是唯一的，例如可采用分压采样电路进行电压检测。可以理解，电压采样电路140也可根据实际需求选择其他结构的器件实现接触器的电压检测，只要本领域技术人员认为可以实现即可。

在一个实施例中，请参见图2，电压采样电路140包括第一电压采样电路142和第二电压采样电路144，第一电压采样电路142连接接触器的前端，检测接触器的前端电压并输送至控制装置110，第二电压采样电路144连接接触器的后端，检测接触器的后端电压并输送至控制装置110。第一电压采样电路142和第二电压采样电路144将检测到的结果发送至控制装置110，控制装置110可根据电压检测结果发出对应的信号，提高接触器电压控制电路的工作性能。具体地，前端和后端是一组相对的概念，可分别指接触器的输入端和输出端，控制装置110可根据第一电压采样电路142和第二电压采样电路144发送的检测结果判断此时接触器的工作状态，基于接触器的工作状态输出不同的控制信号，以使接触器电压控制电路更好地实现接触器电压的控制。

在一个实施例中，控制装置110还用于在前端电压与后端电压相匹配时，输出脉冲信号至控制开关120。当接触器前端电压与后端电压相匹配时，即表明接触器主触点已经有效闭合，此时，控制装置110发出脉冲信号至控制开关120，使控制开关120输出端的输出电压也变为脉冲电压，经过滤波电路130的整流作用后电压值降低，实现对接触器的降压保持。控制装置110通过输出脉冲信号至控制开关120，可以通过降低接触器主触点吸合后线圈的输入电压，降低线圈功耗，从而达到降低直流接触器的温升的目的，同时有助于提高系统效率。

具体地，为了降低接触器的温升，通常对接触器设置不同的吸合电压和保持电压，以保证接触器的可靠性及使用寿命。吸合电压一般可小于保持电压，以1200V/100A的直流接触器为例，其线圈额定吸合电压为24V，但保持吸合状态的电压可以低至10V以下，如果在直流接触器主触点吸合后，将辅助触点的电压降低一半，就可以将线圈上的功耗降低3/4，这不但能有效解决直流接触器的温升问题，还能提高系统效率，因此，当接触器主触点有效闭合后，为了降低接触器功耗和温升，将直流接触器的线圈的电压降低至维持电压即可。在本实施例中，前端电压与后端电压相匹配时可说明接触器主触点已经有效闭合，此时可通过控制装置110发出脉冲信号至控制开关120，使控制开关120输出端的输出电压也变为脉冲电压，经过滤波电路130的整流作用后电压值降低，使接触器的线圈电压小于电源电压，实现对接触器的降压保持，降低线圈功耗。判断接触器前端电压与后端电压相匹配的依据并不是唯一的，例如可以在前端电压与后端电压相等时认为前端电压与后端电压相匹配，判断结果准确，或者，也可以当前端电压与后端电压之间的差值在允许的误差范围内时，认为前端电压与后端电压，这样可以放宽判断条件，减少误检情况发生。

在一个实施例中，控制装置110还用于输出导通信号至控制开关120，使控制开关120接入电源VCC，直至接触器前端电压和后端电压相匹配。控制装置110通过输入导通信号至控制开关120可以使接触器与电源VCC连通，从电源VCC处接入电流，使线圈通电。

具体地，导通信号的类型并不是唯一的，可以是高电平信号或低电平信号，只要可以使控制开关导通即可，以导通信号为高电平为例，控制装置110输出高电平至控制开关120，使控制开关接入电源VCC，电源VCC电流通过控制开关120接入滤波电路130，接触器的线圈的输入电压近似等于电源电压，接触器主触点闭合，完成接触器的吸合控制。可扩展地，控制装置110还用于输出关断信号至控制开关120，关断信号的类型并不是唯一的，可以是高电平信号或低电平信号，只要可以使控制开关断开即可，以关断信号为低电平为例，控制装置110输出低电平至控制开关120，当控制开关120的控制端接收到低电平时，控制开关120处于关断状态，电源VCC与滤波电路130被断开，接触器的线圈无电压输入，接触器主触点处于断开状态。通过控制装置110输出高电平至控制开关120可以使接触器触点导通，通过控制装置110输出低电平至控制开关120可以使接触器触点断开。接触器控制主要包括断开、闭合和降压保持三个工作状态，以电源VCC的电压大小为24V为例，当控制装置110输出低电平至控制开关120时，接触器断开时，线圈输入电压为零，当控制装置110输出高电平至控制开关120时，接触器闭合时，线圈输入电压24V，当控制装置110输出脉冲信号至控制开关120时，接触器降压保持，线圈输入电压小于24V。通过改变控制装置110输出的信号类型的不同即可实现对接触器工作状态的控制，使用便捷，自动化程度高。

在一个实施例中，请参见图3，控制开关120为光耦合器U1，光耦合器U1包括发光器件和接收器件，发光器件的一端连接控制装置110，另一端接地，接收器件一端连接电源VCC，另一端连接滤波电路130。光耦合器U1通过发光器件的通电状态可以控制接收器件是否导通，使用便捷，且光耦合器U1以光为媒介传输电信号，对发光器件侧的电信号和接收器件侧的电信号有良好的隔离作用，应用在接触器电压控制电路中可以提高电路的抗干扰能力。

具体地，光耦合器U1包括发光器件和接收器件，发光器件和接收器件的具体类型均不是唯一的，以发光器件为红外线发光二极管，接收器件为光敏半导体管为例，红外线发光二极管的阳极作为控制开关120的控制端连接控制装置110，红外线发光二极管的阴极接地，光敏半导体管的输入端作为控制开关120的输入端连接电源VCC，光敏半导体管的输出端连接滤波电路130，当红外线发光二极管的阳极从控制装置110处接入高电平并流通至红外线发光二极管的阴极时，红外线发光二极管发出光线，光敏半导体管接收光线之后产生光电流导通，使电源VCC输出的电流从输出端流出，实现电-光-电的转换。光耦合器U1以光为媒介把输入端信号耦合到输出端，具有体积小、无触点、寿命长、抗干扰能力强等优点，可以提高电路的工作性能。可以理解，在其他实施例中，发光器和接收器件也可以为其他类型的器件，只要能实现相应的功能即可。

在一个实施例中，请参见图3，接触器电压控制电路还包括限流电阻R1，控制装置110通过限流电阻R1连接发光器件。限流电阻R1位于控制装置110与发光器件之间，可以限制所在支路电流的大小，当发光器件为红外线发光二极管时，限流电阻R1可以限制红外线发光二极管的导通电流，以防止电流过大烧坏发光器件。限流电阻R1的型号不同，限制后的电流大小也不一样，可以根据发光器件的型号和控制装置110输出高电平的大小选择对应型号的限流电阻R1，以保证光耦合器U1的正常工作。可以理解，在其他实施例中，也可以采用其他具有限流作用的器件或电路结构，只要本领域技术人员认为可以实现即可。

在一个实施例中，请参见图3，滤波电路130包括电容C和电感L，接收器件通过电感L连接接触器的线圈，电容C一端连接电感L与接触器的线圈的公共端，另一端接地。滤波电路130可以对接入的电源VCC电流进行整流滤波后输送至接触器的线圈，实现对接触器电压的控制。

具体地，滤波电路130的结构并不是唯一的，在本实施例中，滤波电路130为LC整流滤波电路130，包括电容C和电感L，接收器件通过电感L连接接触器的线圈，电容C一端连接电感L与接触器的线圈的公共端，另一端接地。以电源VCC的电压大小为24V为例，当控制装置110输出高电平至控制开关120时，若高电平的大小为3.3V，光耦合器U1的红外线发光二极管有电流流过，红外线发光二极管电流大小为(3.3-1.2)/R1，其中R1为限流电阻R1的阻值，此时光耦合器U1饱和导通，24V电压通过光耦合器U1接入滤波电路130，由于24V电压为直流输入，电感L处于直通短路状态，接触器的线圈的输入电压即为24V，直流接触器主触点闭合，完成直流接触器的吸合控制。当控制装置110输出脉冲信号至控制开关120时，若该脉冲信号的占空比为D，频率为f，光耦合器U1也以同样的状态导通和关断，所以光耦合器U1输出电压也变为占空比为D的脉冲电压，当电感L电流减小到线圈的电流后，电容C进入放电状态，该脉冲电压经过电感L和电容C的滤波后，脉冲电压变为幅值为D*24的直流电压，如果占空比D设置为0.5，则直流接触器的线圈的保持电压为12V，可以将直流接触器的线圈功耗降低3/4，通过改变脉冲电压的占空比可以改变线圈电压的大小，使线圈电压的大小调节方便。

在一个实施例中，请参见图3，接触器电压控制电路还包括稳压器150，稳压器150的输入端接地，稳压器150的输出端连接接收器件与电感L的公共端。稳压器150可以使流经的电压稳定，具体型号可根据实际需求决定。稳压器150的结构并不是唯一的，例如可以包括调压电路、控制电路、及伺服电机，当输入电压或负载变化时，控制电路进行取样、比较、放大，然后驱动伺服电机转动，使调压器碳刷的位置改变，通过自动调整线圈匝数比，从而保持输出电压的稳定，起到稳定电压大小，保护电路的作用。

在一个实施例中，请参见图3，稳压器150为二极管D2，二极管D2的阳极接地，二极管D2的阴极连接接收器件与电感L的公共端。二极管D2直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻，在临界击穿点上，反向电阻降低到一个很小的数值，电流可在很大范围内变化而电压基本不变，从而起到稳压作用。具体地，当光耦合器U1输出电压为24V时，二极管D2截止关断，24V电压通过电感L向接触器的线圈供电，电感L上的电流线性增加，当电感L电流增加到线圈的电流后，电容C进入充电状态。当光耦输出电压为0V时，二极管D2导通续流，电感L的电流线性减小，在减小到线圈上的电流之前，电感L电流给负载供电，同时给电容C充电，当电感L电流减小到小于线圈上的电流后，电容C进入放电状态，向负载供电，从而维持线圈上电压的稳定。二极管D2作为稳压器150结构简单，使用成本较低。可以理解，在其他实施例中，稳压器150也可以为其他结构，只要本领域技术人员认为可以实现即可。

为了更好地理解上述实施例，以下结合一个具体的实施例进行详细的解释说明。

在一个实施例中，请参见图3与图4，接触器电压控制电路主要包括两路电压采样电路140、控制装置110和降压电路，接触器为直流接触器，其中降压电路包括光耦U1、二极管D2、电感L和电解电容C，直流接触器闭合前，控制信号为低电平，光耦U1体内的发光二极管无电流流过，光耦处于关断状态，24V电源VCC被断开，直流接触器的线圈无电压输入，直流接触器主触点处于断开状态。闭合直流接触器时，控制装置110发出闭合指令，输出的接触器控制信号为高电平，光耦饱和导通，24V电压通过光耦接入LC整流滤波电路130，由于24V电压为直流输入，滤波电感L处于直通短路状态，直流接触器辅助线圈的输入电压即为24V，直流接触器主触点闭合。完成直流接触器的吸合控制。

当直流接触器主触点吸合后，控制装置110通过采样电路1和采样电路2分别采样直流接触器前端和后端的电压，当直流接触器前后端的电压相等时，即表明直流接触器主触点已经有效闭合，为了降低直流接触器功耗和温升，将直流接触器的线圈的电压降低至维持电压即可。此时控制装置110发出的控制信号由高电平信号变为脉冲信号，该脉冲信号的占空比为D，频率为f。由于控制信号为脉冲信号，光耦也同样的状态导通和关断，所以光耦输出电压也变为占空比为D的脉冲电压。当电感L电流减小到辅助线圈的电流后，电容C进入放电状态。该脉冲电压经过电感L和电解电容C的滤波后，脉冲电压变为幅值为D*24的直流电压。如果占空比D设置为0.5，则直流接触器的线圈的保持电压为12V，可以将直流接触器的线圈功耗降低3/4。

当光耦输出电压为24V时，二极管D2截止关断，24V电压通过电感L向直流接触器辅助线圈供电，电感L上的电流线性增加，当电感L电流增加到辅助线圈的电流后，电容C进入充电状态。当光耦输出电压为0V时，二极管D2导通续流，电感L的电流线性减小，在减小到辅助线圈上的电流之前，电感L电流给负载供电，同时给电容C充电，当电感L电流较小到小于辅助线圈上的电流后，电容C进入放电状态，向负载供电，以维持辅助线圈上电压的稳定。

上述接触器电压控制电路，在接入电源VCC电压至接触器的线圈使接触器的触点导通后，当用户需要对接触器的线圈进行降压保持时，可通过控制装置110输出脉冲信号至控制开关120，使控制开关120进行通断切换输出脉冲电压，控制开关120输出的脉冲电压经过滤波电路130的滤波作用得到降压后的电流并输送至接触器的线圈，使接触器的线圈电压小于电源电压，接触器的线圈电压降低，从而降低接触器的线圈的功耗，减小因为功耗导致的温升，且没有对电源输出电压造成额外损耗，不会降低系统效率，使用可靠性高。

在一个实施例中，请参见图5，提供一种接触器系统，包括接触器200和上述实施例中的接触器电压控制电路100，接触器200连接接触器电压控制电路100。

具体地，接触器200包括线圈、触点，通过改变线圈的通电状态可以改变触点的通断，实现对线路的通断控制，接触器200还包括二极管，二极管连接接触器200的线圈，可以起到保护作用。根据接触器200类型的不同，接触器电压控制电路100的作用对象可以为直流接触器或交流接触器，可根据实际需求选择。

上述接触器系统，在接入电源VCC电压至接触器的线圈使接触器的触点导通后，当用户需要对接触器的线圈进行降压保持时，可通过控制装置110输出脉冲信号至控制开关120，使控制开关120进行通断切换输出脉冲电压，控制开关120输出的脉冲电压经过滤波电路130的滤波作用得到降压后的电流并输送至接触器的线圈，使接触器的线圈电压小于电源电压，接触器的线圈电压降低，从而降低接触器的线圈的功耗，减小因为功耗导致的温升，且没有对电源输出电压造成额外损耗，不会降低系统效率，使用可靠性高。

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 (11)

1.一种接触器电压控制电路，其特征在于，包括：

输出脉冲信号至控制开关的控制装置；

根据所述脉冲信号进行通断切换的控制开关；

对控制开关导通时接入的电流进行滤波后传输至接触器的线圈的滤波电路；

所述控制装置连接所述控制开关的控制端，所述控制开关的输入端用于连接电源，所述控制开关的输出端连接所述滤波电路，所述滤波电路连接接触器的线圈。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，还包括电压采样电路，所述电压采样电路连接接触器，并连接所述控制装置。

3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述电压采样电路包括第一电压采样电路和第二电压采样电路，所述第一电压采样电路连接接触器的前端，检测接触器的前端电压并输送至所述控制装置；所述第二电压采样电路连接接触器的后端，检测接触器的后端电压并输送至所述控制装置。

4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述控制装置还用于在所述前端电压与所述后端电压相匹配时，输出脉冲信号至所述控制开关。

5.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述控制装置还用于输出导通信号至所述控制开关，使所述控制开关接入电源，直至接触器前端电压和后端电压相匹配。

6.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述控制开关为光耦合器，所述光耦合器包括发光器件和接收器件，所述发光器件的一端连接所述控制装置，另一端接地，所述接收器件一端连接电源，另一端连接所述滤波电路。

7.根据权利要求6所述的电路，其特征在于，还包括限流电阻，所述控制装置通过所述限流电阻连接所述发光器件。

8.根据权利要求6所述的电路，其特征在于，所述滤波电路包括电容和电感，所述接收器件通过所述电感连接接触器的线圈，所述电容一端连接所述电感与接触器的线圈的公共端，另一端接地。

9.根据权利要求8所述的电路，其特征在于，还包括稳压器，所述稳压器的输入端接地，所述稳压器的输出端连接所述接收器件与所述电感的公共端。

10.根据权利要求9所述的电路，其特征在于，所述稳压器为二极管，所述二极管的阳极接地，所述二极管的阴极连接所述接收器件与所述电感的公共端。

11.一种接触器系统，其特征在于，包括接触器和如权利要求1-10任意一项所述的接触器电压控制电路，所述接触器连接所述接触器电压控制电路。