CN110767501B - 一种适应宽电压工作的节能型继电器的驱动电路 - Google Patents

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Abstract

一种适应宽电压工作的节能型继电器的驱动电路，包括开关电源模块，所述开关电源模块包括电压输入端Vin、电压输出端Vout、使能端EN和基准电压端VREF；与现有技术相比，本发明的有益效果是：本设计驱动电路简单可靠，成本低，通过三极管或者场效应管借助工作电源驱动继电器线包，外部信号控制三极管或者场效应二级管的栅极实现继电器的吸合与释放；采用开关电源模块，只要改变取样电阻R6、R7、R8就可以匹配任何工作电压的继电器，适应任何工作电源，包括交流电均可以工作，因此可以适应任何电子系统；通过电阻和电容的充放电实现短暂延时，保证继电器吸合后降压工作，减少能耗。

Description

一种适应宽电压工作的节能型继电器的驱动电路
技术领域
本发明涉及继电器领域，尤其涉及一种适应宽电压工作的节能型继电器的驱动电路。
背景技术
继电器应用非常广泛，大部分电子系统都有使用，例如生产线、机器人、电梯、汽车、自动取款机、运动控制系统、照明、建筑系统、太阳能、暖通空调等。以汽车为例计算我国继电器的使用量，按每辆货车平均用7只继电器，轿车用15只继电器估算，全国汽车行业每年对继电器的需求量将达到1亿只以上。每年很多能源消耗在驱动继电器工作上，如果在驱动电路中节省能源，最终节省出来的能源将是非常可观的。
现有技术的缺点明显:工作电源必须是继电器额定工作电压，且范围很窄，否则存在电源匹配问题，使继电器无法正常工作，或者直接损坏。继电器通常的驱动需要固定的工作电源，而非任意电源，给电子系统设计带来很大麻烦，必须根据实际需求配套设计相应的电源。由于继电器本身耗电较大，而多继电器系统而言能耗较高，对于电源要求相应增加，主要是电源种类增多，耗电重。
发明内容
本发明所述继电器的驱动电路使得继电器适用于任何电源，且减小能耗。
一种适应宽电压工作的节能型继电器的驱动电路，包括开关电源模块，所述开关电源模块包括电压输入端Vin、电压输出端Vout、使能端EN和基准电压端VREF；
所述电压输入端Vin端设置有滤波电源模块，所述滤波电源模块用于给所述开关电源模块提供电流；
所述滤波电源模块与所述使能端EN之间设置有用于控制所述滤波电源开启或关闭的控制模块；
所述电压输出端Vout与所述基准电压端VREF设置有继电器模块，所述继电器模块包括场效应管Q3，所述场效应管Q3的漏极设置有第七电阻R7，所述第七电阻R7连接至所述基准电压端VREF；所述场效应管Q3与所述第七电阻R7上并联有第八电阻R8，所述基准电压端VREF与所述电压输出端Vout之间连接有第六电阻R6，所述电压输出端Vout还连接有继电器线包；所述继电器线包、第八电阻R8与场效应管Q3的源极接地；
所述使能端EN上还设置有用于继电器模块分压的分压模块，所述分压模块连接至所述场效应管Q3的栅极；还连接至所述控制模块。
与上述技术方案相比，更进一步的是，所述滤波电源模块、所述控制模块、所述继电器模块均接地。
与上述技术方案相比，更进一步的是，所述滤波模块包括电压输入端Vcc，所述电压输入端Vcc上连接有二极管D1的正极，所述二极管D1的负极接至所述开关电源模块的电压输入端Vin，所述二极管D1的负极上还连接有极性电容C1的正极，所述极性电容C1的负极接地。
与上述技术方案相比，更进一步的是，所述控制模块包括控制端CTL，所述控制端CTL上连接有第一电阻R1，所述第一电阻R1上连接有NPN三极管Q1的基极，所述NPN三极管Q1的集电极上连接有第二电阻R2，所述第二电阻R2上连接有PNP三极管Q2的基极，所述PNP三极管Q2的发射极连接至所述开关电源模块的电压输入端Vin，所述PNP三极管Q2的集电极连接至所述开关电源模块的使能端EN；所述NPN三极管Q1的发射极上连接有第三电阻R3，所述第三电阻R3连接至所述开关电源模块的使能端EN；所述NPN三极管Q1的发射极接地。
与上述技术方案相比，更进一步的是，所述分压模块包括第四电阻R4，所述第四电阻R4连接至所述开关电源模块的使能端EN，所述第四电阻R4上连接有非极性电容C2，所述非极性电容C2上连接有第五电阻R5，所述第五电阻R5上并联有稳压二极管DW1，所述稳压二极管DW1的负极接地。
与上述技术方案相比，更进一步的是，所述继电器模块包括场效应管Q3，所述场效应管Q3的栅极与所述稳压二极管DW1的正极相连，所述场效应管Q3的源极连接有第七电阻R7，所述第七电阻R7的连接至所述开关电源模块的基准电压端VREF，所述基准电压端VREF上还连接有第八电阻R8，所述第八电阻R8上连接至所述场效应管Q3的源极；所述开关电源模块的电压输出端Vout与基准电压端VREF之间还设置有第六电阻R6；所述电压输出端Vout上连接有继电器线包，所述继电器线包连接至所述场效应管Q3的源极，所述场效应管Q3的源极接地。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本设计驱动电路简单可靠，成本低，通过三极管或者场效应管借助工作电源驱动继电器线包，外部信号控制三极管或者场效应二级管的栅极实现继电器的吸合与释放；采用开关电源模块，只要改变取样电阻R6、R7、R8就可以匹配任何工作电压的继电器，适应任何工作电源，包括交流电均可以工作，因此可以适应任何电子系统；通过电阻和电容的充放电实现短暂延时，保证继电器吸合后降压工作，减少能耗。
附图说明
图1为本发明所述驱动电路的电路图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1所述，一种适应宽电压工作的节能型继电器的驱动电路，包括开关电源模块，所述开关电源模块包括电压输入端Vin、电压输出端Vout、使能端EN和基准电压端VREF；
所述电压输入端Vin端设置有滤波电源模块，所述滤波电源模块用于给所述开关电源模块提供电流；
所述滤波电源模块与所述使能端EN之间设置有用于控制所述滤波电源开启或关闭的控制模块；
所述电压输出端Vout与所述基准电压端VREF设置有继电器模块，所述继电器模块包括场效应管Q3，所述场效应管Q3的漏极设置有第七电阻R7，所述第七电阻R7连接至所述基准电压端VREF；所述场效应管Q3与所述第七电阻R7上并联有第八电阻R8，所述基准电压端VREF与所述电压输出端Vout之间连接有第六电阻R6，所述电压输出端Vout还连接有继电器线包；所述继电器线包、第八电阻R8与场效应管Q3的源极接地；
所述使能端EN上还设置有用于继电器模块分压的分压模块，所述分压模块连接至所述场效应管Q3的栅极；还连接至所述控制模块。
所述滤波电源模块、所述控制模块、所述继电器模块均接地。
所述滤波模块包括电压输入端Vcc，所述电压输入端Vcc上连接有二极管D1的正极，所述二极管D1的负极接至所述开关电源模块的电压输入端Vin，所述二极管D1的负极上还连接有极性电容C1的正极，所述极性电容C1的负极接地。
所述控制模块包括控制端CTL，所述控制端CTL上连接有第一电阻R1，所述第一电阻R1上连接有NPN三极管Q1的基极，所述NPN三极管Q1的集电极上连接有第二电阻R2，所述第二电阻R2上连接有PNP三极管Q2的基极，所述PNP三极管Q2的发射极连接至所述开关电源模块的电压输入端Vin，所述PNP三极管Q2的集电极连接至所述开关电源模块的使能端EN；所述NPN三极管Q1的发射极上连接有第三电阻R3，所述第三电阻R3连接至所述开关电源模块的使能端EN；所述NPN三极管Q1的发射极接地。
所述分压模块包括第四电阻R4，所述第四电阻R4连接至所述开关电源模块的使能端EN，所述第四电阻R4上连接有非极性电容C2，所述非极性电容C2上连接有第五电阻R5，所述第五电阻R5上并联有稳压二极管DW1，所述稳压二极管DW1的负极接地。所述
所述继电器模块包括场效应管Q3，所述场效应管Q3的栅极与所述稳压二极管DW1的正极相连，所述场效应管Q3的源极连接有第七电阻R7，所述第七电阻R7的连接至所述开关电源模块的基准电压端VREF，所述基准电压端VREF上还连接有第八电阻R8，所述第八电阻R8上连接至所述场效应管Q3的源极；所述开关电源模块的电压输出端Vout与基准电压端VREF之间还设置有第六电阻R6；所述电压输出端Vout上连接有继电器线包，所述继电器线包连接至所述场效应管Q3的源极，所述场效应管Q3的源极接地。
具体元件连接方式，如图1所述，一种适应宽电压工作的节能型继电器的驱动电路，包括电源端Vcc、控制端CTL和开关电源模块，所述开关电源包括电压输入端Vin、电压输出端Vout、使能端EN和基准电压端VREF，所述电源端Vcc连接有二极管D1的正极，所述二极管D1的负极连接至所述电压输入端Vin，所述电压输入端Vin上连接有极性电容C1；所述电压输入端Vcc与所述使能端EN之间设置有PNP型三极管Q2，所述电压输入端Vin与所述PNP型三极管Q2的发射极连接，所述使能端EN与所述PNP型三极管Q2的集电极连接，所述PNP型三极管Q2的基极连接有第二电阻R2，所述第二电阻R2上连接有NPN型三极管Q1，所述第二电阻R2与所述NPN型三极管Q1的集电极连接，所述NPN型三极管Q1的基极连接有第一电阻R1，所述第一电阻R1连接至所述控制端CTL；所述使能端EN上连接有第三电阻R3，所述使能端EN上还连接有R4，所述R4上连接有非极性电容C2，所述非极性电容C2上连接有第五电阻R5，所述非极性电容C2上还连接有稳压二极管DW1的负极；所述电压输出端Vout与所述基准电压端VREF之间设置有第六电阻R6，所述电压输出端Vout上还连接有继电器线包；所述基准电压端VREF上还连接有第七电阻R7，所述第七电阻R7上连接有场效应管Q3的漏极，所述场效应管Q3的栅极连接至所述稳压二极管DW1的负极；所述基准电压端VREF上还连接有第八电阻R8；所述极性电容C1的负极、所述PNP型三极管Q2的发射极、所述第三电阻R3、所述第五电阻R5、所述稳压二极管DW1的正极、所述场效应二极管的源极、所述第八电阻R8、所述继电器线包接地。
工作原理说明：所述电源端Vcc（可以是交流电）通过所述二极管D1到所述极性电容C1滤波，给所述开关电源模块（根据需要选择可以是升压模块或者降压模块）工作，可以输出相应的直流电压驱动继电器。
所述开关电源模块是指开关电源芯片。
当继电器需要吸合的时候，给所述控制端CTL高电平信号（需要的电流微安级就可以，可以匹配任何集成电路），所述NPN型三极管Q1饱和，所述PNP型三极管Q2的发射极通过电阻R2由所述NPN型三极管Q1饱和接地而导通，所述PNP型三极管Q2的集电极输出电源到所述开关电源模块的使能端EN，启动转换，同时电压加载到所述第四电阻R4、所述非极性电容C2、所述第五电阻R5和所述稳压二级管DW1上，开始的时候所述非极性电容C2没有电压，所以电源电压由所述第四电阻R4、所述第五电阻R5分压后加到所述场效应管Q3的栅极，使得所述场效应管Q3导通(导通电阻接近0欧姆，可以忽略)，所述第七电阻R7和所述第八电阻R8相当于并联，事先可以计算好R7、R8阻值，使得与所述第六电阻R6分压后反馈给开关电源模块的基准电压端VREF后输出继电器工作的额定电压即可，（通常继电器吸合在10毫秒左右时间，之后由于继电器吸合后机械臂力矩长度的缩短，吸合力增加，此时可以降低工作电压，一般的继电器在50%电压下即可保持吸合状态），随着电源通过所述第四电阻R4、所述第五电阻R5，向所述非极性电容C2不断充电，所述非极性电容C2上的电压不断升高，而所述第五电阻R5上的电压不断下降，所述场效应管Q3从完全导通到截止，最后所述第七电阻R7开路，使得与所述第六电阻R6取样分压比增大，输出电压降低，最终输出电压设置在60%（考虑余量）的继电器额定电压比较合适，此时继电器已经稳稳的吸合了。当继电器需要释放的时候，给所述控制端CTL的信号变成低电平即可，所述NPN型三极管Q1和PNP型三极管Q2同时截止，所述非极性电容C2通过所述第四电阻R4、所述第三电阻R3和所述稳压二极管DW1反向放电，直至放完，为下次吸合准备。同时，所述开关电源模块没有使能而停止转换，输出电压变成0V，继电器自然释放。
通过电阻、电容的充放电（R4、C2、R5、R3）实现短暂的延时，保证继电器吸合后降压工作，以减少继电器工作能耗。
采用所述开关电源模块，只要改变取样电阻R6、R7、R8即可匹配任何工作电压的继电器，实现了适应宽工作电源的目的。
具体为：若V为继电器需要的额定电压，需要调整R6、R7、R8阻值即可，
Figure DEST_PATH_IMAGE001
VREF
Figure 141522DEST_PATH_IMAGE002
VREF，其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE003
所以，
Figure 212989DEST_PATH_IMAGE004
其中，VREF表示所述开关电源模块的基准电压端的基准电压；
所以，根据上式可通过继电器需要的额定电压计算出、搭配出合适的R6、R7、R8阻值。
在本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (3)

1.一种适应宽电压工作的节能型继电器的驱动电路，包括开关电源模块，所述开关电源模块包括电压输入端Vin、电压输出端Vout、使能端EN和基准电压端VREF；其特征在于，
所述电压输入端Vin设置有滤波电源模块，所述滤波电源模块用于给所述开关电源模块提供电流；
所述滤波电源模块与所述使能端EN之间设置有用于控制所述滤波电源模块开启或关闭的控制模块；所述控制模块包括控制端CTL，所述控制端CTL上连接有第一电阻R1，所述第一电阻R1上连接有NPN三极管Q1的基极，所述NPN三极管Q1的集电极上连接有第二电阻R2，所述第二电阻R2上连接有PNP三极管Q2的基极，所述PNP三极管Q2的发射极连接至所述开关电源模块的电压输入端Vin，所述PNP三极管Q2的集电极连接至所述开关电源模块的使能端EN；所述NPN三极管Q1的发射极上连接有第三电阻R3，所述第三电阻R3连接至所述开关电源模块的使能端EN；所述NPN三极管Q1的发射极接地；
所述电压输出端Vout与所述基准电压端VREF设置有继电器模块，所述继电器模块包括场效应管Q3，所述场效应管Q3的栅极与稳压二极管DW1的正极相连，所述场效应管Q3的源极连接有第七电阻R7，所述第七电阻R7连接至所述开关电源模块的基准电压端VREF，所述基准电压端VREF上还连接有第八电阻R8，所述第八电阻R8连接至所述场效应管Q3的源极；所述开关电源模块的电压输出端Vout与基准电压端VREF之间还设置有第六电阻R6；所述电压输出端Vout上连接有继电器线包，所述继电器线包连接至所述场效应管Q3的源极，所述场效应管Q3的源极接地；
所述使能端EN上还设置有用于继电器模块分压的分压模块，所述分压模块连接至所述场效应管Q3的栅极；所述分压模块还连接至所述控制模块；所述分压模块包括第四电阻R4，所述第四电阻R4连接至所述开关电源模块的使能端EN，所述第四电阻R4上连接有非极性电容C2，所述非极性电容C2上连接有第五电阻R5，所述第五电阻R5上并联有稳压二极管DW1，稳压二极管DW1的负极接地。
2.根据权利要求1所述的一种适应宽电压工作的节能型继电器的驱动电路，其特征在于，所述滤波电源模块、所述控制模块、所述继电器模块均接地。
3.根据权利要求1所述的一种适应宽电压工作的节能型继电器的驱动电路，其特征在于，所述滤波电源模块包括电压输入端Vcc，所述电压输入端Vcc上连接有二极管D1的正极，所述二极管D1的负极接至所述开关电源模块的电压输入端Vin，所述二极管D1的负极上还连接有极性电容C1的正极，所述极性电容C1的负极接地。
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