CN110706977A

CN110706977A - 一种pwm控制型继电器

Info

Publication number: CN110706977A
Application number: CN201911085347.XA
Authority: CN
Inventors: 谢林波; 宁艳艳; 海翔; 郭竟; 任海峰; 余鸿坤
Original assignee: GUILIN SPACEFLIGHT ELECTRONIC CO Ltd
Current assignee: GUILIN SPACEFLIGHT ELECTRONIC CO Ltd
Priority date: 2019-11-08
Filing date: 2019-11-08
Publication date: 2020-01-17

Abstract

本发明公开一种PWM控制型继电器，由隔离保护电路，选频电路，固体继电器后级通用电路和输出电路组成。隔离保护电路的输入端形成PWM控制型继电器的控制输入端，并与PWM控制信号连接；隔离保护电路的输出端连接选频电路的输入端，选频电路的输出端连接固体继电器后级通用电路的输入端，固体继电器后级通用电路的输出端连接输出电路的输入端，输出电路的输出端形成PWM控制型继电器的负载输出端，并与负载连接。本发明省掉了中间转换环节简化电路结构，并能在特定的电压下以频率作为控制量进行控制，当频率过低或过高继电器均无法接通，当撤掉控制信号或一直施加直流电压时继电器关断，实现了小信号控制大负载的目标。

Description

一种PWM控制型继电器

技术领域

本发明涉及固体继电器技术领域，具体涉及一种PWM控制型继电器。

背景技术

随着航空、航天、电子、计算机控制技术的发展，当前系统所使用的固体继电器多为电压驱动型或电流驱动型。但随着小型化、集成化及高密集器件的使用，以FPGA芯片为代表的控制芯片在电子设计中应用越来越广泛。由于将控制芯片的输出信号作为驱动信号来驱动后级电路时，通常需要进行信号放大及信号隔离，因此如何让电路及控制变得简单，中间环节更少，通用模块集成化为其发展趋势。

发明内容

本发明提供一种PWM控制型继电器，其能够省掉了中间转换环节简化电路结构，并能够实现了小信号控制大负载的目标。

为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种PWM控制型继电器，由隔离保护电路，选频电路，固体继电器后级通用电路和输出电路组成；隔离保护电路的输入端形成PWM控制型继电器的控制输入端，并与PWM控制信号连接；隔离保护电路的输出端连接选频电路的输入端，选频电路的输出端连接固体继电器后级通用电路的输入端，固体继电器后级通用电路的输出端连接输出电路的输入端，输出电路的输出端形成PWM控制型继电器的负载输出端，并与负载连接。

上述方案中，隔离保护电路由瞬态抑制二极管V1，电阻R1～R2，二极管V2，以及三极管V3组成；瞬态抑制二极管V1的负极，电阻R1和R2的一端，以及二极管V2的正极相连后，形成隔离保护电路的输入端的正极；二极管V2的负极与三极管V3的发射极相连后，形成隔离保护电路的输出端的正极；瞬态抑制二极管V1的正极、电阻R1的另一端、以及三极管V3的集电极相连后，形成隔离保护电路的输入端的负极和输出端负极；三极管V3的基极与电阻R2的另一端相连。

上述方案中，隔离保护电路由瞬态抑制二极管V1，电阻R1、R2、R4～R6，以及三极管V2～V4组成；电阻R1的一端形成隔离保护电路的输入端的正极；电阻R1的另一端与电阻R2的一端、瞬态抑制二极管V1的负极和三极管V2的基极相连；电阻R2的另一端、瞬态抑制二极管V1的正极、三极管V2的发射极和三极管V4的发射极相连后，形成隔离保护电路的输入端的负极和输出端的负极；三极管V2的集电极同时与电阻R4～R6的一端相连；电阻R6的另一端与三极管V4的发射极相连后，与电源VCC连接；电阻R4的另一端接三极管V3的基极；电阻R5的另一端接三极管V4的基极；三极管V3的集电极和三极管V4的集电极相连后，形成隔离保护电路的输出端的正极。

上述方案中，选频电路由电容C1，电阻R3，以及变压器T组成；电容C1的一端形成选频电路的输入端的正极，电阻R3的一端形成选频电路的输入端的负极；电容C1的另一端和电阻R3的另一端分别与变压器T的两个输出端连接；变压器T的两个输出端的形成选频电路的输出端的正负极。

上述方案中，输出电路由场效应管Q1～Q2，以及双向瞬态抑制二极管V12组成；场效应管Q1的漏极与双向瞬态抑制二极管V12的一端相连后，形成输出电路的输出端的一端；场效应管Q2的漏极与双向瞬态抑制二极管V12的另一端相连后，形成输出电路的输出端的另一端；场效应管Q1的源极和场效应管Q2的源极相连后，形成输出电路的输入端的控制负极；场效应管Q1的栅极形成电路的输入端的一个控制正极，场效应管Q2的栅极形成电路的输入端的另一个正极。

与现有技术相比，本发明具有如下特点：

1、直接关联控制端与负载端，省掉了中间转换环节，使电路变得更加简洁；

2、在特定的电压下以频率作为控制量进行控制，当频率过低或过高继电器均无法接通，当撤掉控制信号或一直施加直流电压时继电器关断，实现了小信号控制大负载的目标。

3、输入端的隔离保护电路增加瞬态抑制二极管，既防止后端电路反向高压击穿控制芯片，也可提高继电器防静电能力；

4、输出端的输出电路无极性且增加瞬态抑制二极管，以保护输出场效应管，防止电压击穿，同时可提高继电器的防静电能力。

附图说明

图1为一种PWM控制型继电器的原理框图。

图2a)～2b)为PWM控制型继电器的电路原理图。

图3a)～3d)为PWM控制型继电器的应用示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实例，对本发明进一步详细说明。

一种PWM控制型继电器，如图1所示，由隔离保护电路，选频电路，固体继电器后级通用电路和输出电路组成。隔离保护电路的输入端形成PWM控制型继电器的控制输入端，并与PWM控制信号连接；隔离保护电路的输出端连接选频电路的输入端，选频电路的输出端连接固体继电器后级通用电路的输入端，固体继电器后级通用电路的输出端连接输出电路的输入端，输出电路的输出端形成PWM控制型继电器的负载输出端，并与负载连接。隔离保护电路为PWM控制型继电器第一级电路，通过前级瞬态抑制二极管将电压箝位在较低的电压水平避免与之相连的控制器遭反向电压击穿，同时也可避免PWM控制型继电器控制端遭受过电压冲击，提升继电器控制端防静电能力。选频电路将选择特定频率的控制信号分量进行放大并通过磁隔离器传送给固体继电器后级通用电路。固体继电器后级通用电路实现整流，GS极限压，GS结电容电何释放等功能。输出电路负责PWM控制型继电器对外输出且具有电压瞬态抑制功能，并对感性负载具有较强的适应性。

本发明的隔离保护电路包括两种结构：

一种隔离保护电路由瞬态抑制二极管V1，电阻R1～R2，二极管V2，以及三极管V3组成，如图2a)所示。瞬态抑制二极管V1的负极，电阻R1和R2的一端，以及二极管V2的正极相连后，形成隔离保护电路的输入端的正极；二极管V2的负极与三极管V3的发射极相连后，形成隔离保护电路的输出端的正极；瞬态抑制二极管V1的正极、电阻R1的另一端、以及三极管V3的集电极相连后，形成隔离保护电路的输入端的负极和输出端负极；三极管V3的基极与电阻R2的另一端相连。该种隔离保护电路适用于控制器直接驱动PWM控制型继电器且驱动电流较小场合，该型隔离保护电路对选频电路的Q值及放大倍数要求较高，且频带较窄。

另一种隔离保护电路由瞬态抑制二极管V1，电阻R1、R2、R4～R6，以及三极管V2～V4组成，如图2b)所示。电阻R1的一端形成隔离保护电路的输入端的正极；电阻R1的另一端与电阻R2的一端、瞬态抑制二极管V1的负极和三极管V2的基极相连；电阻R2的另一端、瞬态抑制二极管V1的正极、三极管V2的发射极和三极管V4的发射极相连后，形成隔离保护电路的输入端的负极和输出端的负极；三极管V2的集电极同时与电阻R4～R6的一端相连；电阻R6的另一端与三极管V4的发射极相连后，与电源VCC连接；电阻R4的另一端接三极管V3的基极；电阻R5的另一端接三极管V4的基极；三极管V3的集电极和三极管V4的集电极相连后，形成隔离保护电路的输出端的正极。该种隔离保护电路适用于控制驱动电流弱驱动功率需要放大的场合，该隔离保护电路在合适的电源供应下对选频电路的Q值及放大倍数要求较低且频带较宽。

本发明的选频电路由电容C1，电阻R3，以及变压器T组成，如图2a)和2b)所示。电容C1的一端形成选频电路的输入端的正极，电阻R3的一端形成选频电路的输入端的负极；电容C1的另一端和电阻R3的另一端分别与变压器T的两个输出端连接；变压器T的两个输出端的形成选频电路的输出端的正负极。该选频电路能对特定频率的控制信号进行放大并将放大后的控制信号传递给固体继电器后级电路进行后处理。该特定频率计算公式如下：

磁隔离器次级输出电压有效值U₀如下公式：

其中N为磁隔离次级初级升压比，U_f为PWM控制信号传递到选频电路频率为f的幅值分量有效值，R为回路等效电阻。

本发明的输出电路由场效应管Q1～Q2，以及双向瞬态抑制二极管V12组成，如图2a)和2b)所示。场效应管Q1的漏极与双向瞬态抑制二极管V12的一端相连后，形成输出电路的输出端的一端；场效应管Q2的漏极与双向瞬态抑制二极管V12的另一端相连后，形成输出电路的输出端的另一端；场效应管Q1的源极和场效应管Q2的源极相连后，形成输出电路的输入端的控制负极；场效应管Q1的栅极形成电路的输入端的一个控制正极，场效应管Q2的栅极形成电路的输入端的另一个正极。固体继电器后级通用电路的输出端正极从一个点分出来的两根线，这两根线上都接了一个电阻再连到输出电路的2个场效应管Q1和Q2的栅极，即输出电路输入端采用2个控制正端的方式，其目的是为了防止场效应管自激振荡。该输出电路正常工作时工作电源电压需小于双向瞬态抑制二极管的最大反向工作电压且双向瞬态抑制二极管的最大箝位电压小于输出场效应管的击穿电压。此外，该输出电路对感性负载有较强的适应能力。

本发明的一种应用电路如图3a)和3b)所示，PWM控制型继电器的输入端的正极直接与控制芯片相连，输入端的负极接控制地；PWM控制型继电器的输出端的一端连接电源的正极，PWM控制型继电器的输出端的另一端接负载的一端，电源的负极和负载的另一端同时接地。这种应用方式能够实现小信号控制大负载的目标，该用法对继电器的Q值及放大倍数要求较高，且频带较窄。

本实施例的另一种应用电路如图3c)和3d)所示，PWM控制型继电器的输入端的正极直接与控制芯片相连，输入端的负极接控制地；PWM控制型继电器的输出端的一端连接负载的一端，负载的另一端与电源的正极连接，电源的负极和PWM控制型继电器的输出端的另一端同时接地。这种应用方式继电器正常工作需提供额外工作电源，合适的工作电源电压可降低对继电器的Q值及放大倍数的要求，且频带较宽。

需要说明的是，尽管以上本发明所述的实施例是说明性的，但这并非是对本发明的限制，因此本发明并不局限于上述具体实施方式中。在不脱离本发明原理的情况下，凡是本领域技术人员在本发明的启示下获得的其它实施方式，均视为在本发明的保护之内。

Claims

1.一种PWM控制型继电器，其特征是，由隔离保护电路，选频电路，固体继电器后级通用电路和输出电路组成；

隔离保护电路的输入端形成PWM控制型继电器的控制输入端，并与PWM控制信号连接；隔离保护电路的输出端连接选频电路的输入端，选频电路的输出端连接固体继电器后级通用电路的输入端，固体继电器后级通用电路的输出端连接输出电路的输入端，输出电路的输出端形成PWM控制型继电器的负载输出端，并与负载连接。

2.根据权利要求1所述的一种PWM控制型继电器，其特征是，隔离保护电路由瞬态抑制二极管V1，电阻R1～R2，二极管V2，以及三极管V3组成；

瞬态抑制二极管V1的负极，电阻R1和R2的一端，以及二极管V2的正极相连后，形成隔离保护电路的输入端的正极；二极管V2的负极与三极管V3的发射极相连后，形成隔离保护电路的输出端的正极；瞬态抑制二极管V1的正极、电阻R1的另一端、以及三极管V3的集电极相连后，形成隔离保护电路的输入端的负极和输出端负极；三极管V3的基极与电阻R2的另一端相连。

3.根据权利要求1所述的一种PWM控制型继电器，其特征是，隔离保护电路由瞬态抑制二极管V1，电阻R1、R2、R4～R6，以及三极管V2～V4组成；

电阻R1的一端形成隔离保护电路的输入端的正极；电阻R1的另一端与电阻R2的一端、瞬态抑制二极管V1的负极和三极管V2的基极相连；电阻R2的另一端、瞬态抑制二极管V1的正极、三极管V2的发射极和三极管V4的发射极相连后，形成隔离保护电路的输入端的负极和输出端的负极；三极管V2的集电极同时与电阻R4～R6的一端相连；电阻R6的另一端与三极管V4的发射极相连后，与电源VCC连接；电阻R4的另一端接三极管V3的基极；电阻R5的另一端接三极管V4的基极；三极管V3的集电极和三极管V4的集电极相连后，形成隔离保护电路的输出端的正极。

4.根据权利要求1所述的一种PWM控制型继电器，其特征是，选频电路由电容C1，电阻R3，以及变压器T组成；

电容C1的一端形成选频电路的输入端的正极，电阻R3的一端形成选频电路的输入端的负极；电容C1的另一端和电阻R3的另一端分别与变压器T的两个输出端连接；变压器T的两个输出端的形成选频电路的输出端的正负极。

5.根据权利要求1所述的一种PWM控制型继电器，其特征是，输出电路由场效应管Q1～Q2，以及双向瞬态抑制二极管V12组成；

场效应管Q1的漏极与双向瞬态抑制二极管V12的一端相连后，形成输出电路的输出端的一端；场效应管Q2的漏极与双向瞬态抑制二极管V12的另一端相连后，形成输出电路的输出端的另一端；场效应管Q1的源极和场效应管Q2的源极相连后，形成输出电路的输入端的控制负极；场效应管Q1的栅极形成电路的输入端的一个控制正极，场效应管Q2的栅极形成电路的输入端的另一个正极。