CN111681910B - 电磁接触器的线圈驱动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的一实施例提供一种电磁接触器的线圈驱动装置，其特征在于，包括：输入电力处理单元，将输入的电力转换成直流电后输出；输入电压检测单元，检测所述输入电力处理单元输出的直流电的电压电平；控制单元，使用所述输入电压检测单元检测到的电压电平，输出用于控制流过线圈的电流的控制信号；以及开关单元，根据所述控制单元的控制信号进行开关，以通电或阻断流过线圈的电流，所述控制单元包括栅极驱动器，所述栅极驱动器与所述开关单元电连接，以阻断所述线圈的噪声。

Description

电磁接触器的线圈驱动装置
技术领域
本发明涉及电磁接触器的线圈驱动装置。
背景技术
通常，电磁接触器(electronic magnetic contactor)是建筑物、工厂、船舶等的系统中连接到电连接路径而向负载供应或阻断电力的装置，其防止负载的烧坏。电磁接触器是利用电磁铁原理来开闭触点的设备，当对线圈施加恒定电力而使电流流过所述线圈时，触点接触，当未有电流流过时，触点分离。
现有的方法中存在的问题是，鉴于模拟的部件数量多，电路复杂，操作中累计了误差，因此制造时不合格发生率高。现有技术为了改善上述问题，由操作控制单元140和PWM控制器150代替用于产生PWM信号的常规模拟方法的主要部分，从而减少了故障和不合格发生率，并且使功耗最小化。
图1是示出现有技术的电磁接触器的线圈驱动装置的结构的图。参照图1，电磁接触器的线圈驱动装置包括：输入电力处理单元110、输入电压检测单元120、恒定电压单元130、操作控制单元140、PWM控制器150、开关单元160以及浪涌吸收单元170。
输入电力处理单元110由输入端子112和输入滤波单元114以及整流单元116构成。
所述输入滤波单元114在从输入端子112输入的电力中吸收浪涌电压，并消除噪声。
输入电压检测单元120检测由所述整流单元116输出的直流电的电压电平。
恒定电压单元130接收从整流单元116输出的直流电，并且对接收的直流电的电压进行分压以产生恒定电压。利用所述恒定电压单元130产生的恒定电压来驱动各个部分。
操作控制单元140由比较判断单元142和时间确定单元144构成，将由所述输入电压检测单元120检测到的电压电平和预设的标准电压电平进行比较，以根据该比较结果来产生控制信号。
PWM控制器150接收流过线圈300的电流反馈，并根据该反馈的电流和所述操作控制单元140中产生的控制信号来调节PWM信号的脉冲宽度以输出调节后的PWM信号，从而控制流过所述线圈300的电流。所述PWM控制器150是PWM控制专用IC。
开关单元160根据所述PWM控制器150产生的控制信号进行开关，以使流过所述线圈300的电流被通电或阻断。
浪涌吸收单元180吸收在流过线圈300的电流被通电或阻断时所产生的反电动势。
如图1所示，现有技术通过使用PWM控制器150的数字方法来代替大量模拟部件，从而解决了传统技术的问题，但是存在线圈300中产生的噪声引起的问题。
具体而言，当电磁接触器的线圈驱动装置100操作时，在线圈300中产生反电动势引起的噪声N。噪声N经由开关单元160传递到PWM控制器150，造成直接的物理损坏。其结果，电磁接触器的线圈驱动装置100可能由于噪声N发生误操作或烧坏。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而提出的，本发明的目的在于提供一种电磁接触器的线圈驱动装置，其能够减少用于驱动电磁接触器的线圈的模拟部件的数量，同时能够防止线圈中产生的噪声引起的误操作和烧坏的现象。
本发明的另一个目标在于提供一种电磁接触器的线圈驱动装置，其可以在不改变硬件的情况下实现对线圈驱动的期望的性能。
为了解决上述课题，本发明一实施例的电磁接触器的线圈驱动装置包括：输入电力处理单元，将输入的电力转换成直流电后输出；输入电压检测单元，检测所述输入电力处理单元输出的直流电的电压电平；控制单元，使用所述输入电压检测单元检测到的电压电平，输出用于控制流过线圈的电流的控制信号；以及开关单元，根据所述控制单元的控制信号进行开关，以通电或阻断流过线圈电流。
本发明的特征在于，所述控制单元包括栅极驱动器，所述栅极驱动器与所述开关单元电连接，以阻断所述线圈的噪声。
本发明的特征在于，所述控制单元还包括微控制器，所述微控制器将所述输入电压检测单元检测到的电压电平和预设的参考电平进行比较，并生成基于比较结果的PWM信号，所述栅极驱动器放大所述PWM信号，并将放大后的PWM信号传递到所述开关单元。
本发明的特征在于，所述栅极驱动器是光电耦合器(photo coupler)。
本发明的特征在于，所述驱动装置还包括与所述线圈的两端并联的飞轮单元(flywheel unit)。
本发明的特征在于，所述飞轮单元是肖特基二极管。
本发明的电磁接触器的线圈驱动装置通过控制单元来代替现有的模拟部件，从而可以实现驱动装置的小型化。
在本发明中，由于利用控制信号通过栅极驱动器传递到开关单元的结构，从而在线圈中产生的噪声被栅极驱动器阻断，因此可以防止驱动装置的误操作和烧坏，并且可以提高线圈驱动的可靠性。
另外，本发明的控制单元包括微控制器，从而可以仅通过软件的修改而无需改变驱动装置的结构即可实现期望的性能，并且可以使用一个驱动装置驱动具有不同规格的多个电磁接触器的线圈。
附图说明
图1是现有技术的电磁接触器的线圈驱动装置的电路图。
图2是表示本发明一实施例的电磁接触器的线圈驱动装置的结构的图。
图3是本发明一实施例的电磁接触器的线圈驱动装置的电路图。
其中，附图标记说明如下：
200：电磁接触器的线圈驱动装置 210：输入电力处理单元
220：输入电压检测单元 230：恒定电压单元
240：控制单元 250：开关单元
260：飞轮单元 300：线圈
具体实施方式
下面，参照附图并根据本说明书中公开的实施例详细说明，另外，对相同或相似的构成要素赋予了相同或相似的附图标记，并省略了对其的重复说明。在以下的说明中所使用的构成要素的后缀“模块”和“部”是，为了便于说明书撰写而赋予或混用的，其自身并不具有相互区别的含义或作用。此外，在说明本发明公开的实施例的过程中，当判断对相关公知技术的具体说明会混淆本发明公开的实施例的要旨的情况下，省略了对该公知技术的详细说明。此外，应当理解的是，附图仅用于帮助理解本书明书中公开的实施例，本说明书中公开的技术思想并不限定于附图，本发明的范围包括本发明的精神及技术范围内的所有变更、等同物以及替代物。
根据本发明的电磁接触器的线圈驱动装置代替现有的模拟部件，实现装置的小型化，同时防止由于线圈中产生的噪声引起驱动装置的误操作和烧坏，从而可以提高线圈驱动的可靠性。
另外，本发明可以仅通过修改软件而无需改变驱动装置的结构来实现期望的性能，并且可以使用一个驱动装置来驱动具有不同规格的多个电磁接触器的线圈。
在下文中，参照附图详细说明本发明的电磁接触器的线圈驱动装置200。
图2是表示本发明一实施例的电磁接触器的线圈驱动装置的结构的图。
参照图2，本发明一实施例的电磁接触器的线圈驱动装置200可以包括：输入电力处理单元210、输入电压检测单元220、恒定电压单元230、控制单元240、开关单元250以及飞轮单元260。
输入电力处理单元210将输入到驱动装置200的电力转换成直流电后输出。具体而言，输入电力处理单元210可以包括输入端子212、输入滤波单元213以及整流单元214。
输入滤波单元213吸收输入到输入端子212的电力的浪涌电压和其他噪声，并消除噪声。输入滤波单元213可以是EMC滤波器。然而，本发明不限于此，输入滤波单元213可以由能够阻断在通过驱动装置200驱动线圈300时可能成为干扰的电磁干扰(EMI,Electromagnetic Interference)的其他类型的滤波器来实现。
整流单元214对从输入滤波单元213输出的电力进行整流以输出直流电。
输入电压检测单元220检测从输入电力处理单元210输出的直流电的电压电平。
恒定电压单元230接收从输入电力处理单元210输出的直流电以产生恒定电压。具体而言，恒定电压单元230对由整流单元214输出的直流电进行分压以输出恒定电压。控制单元240利用恒定电压单元230输出的恒定电压来驱动。第二恒定电压单元231输出用于驱动后述的控制单元240的微控制器241的电压。
控制单元240利用输入电压检测单元220检测到的电压电平来输出用于控制流过线圈300的电流的控制信号。具体而言，控制单元240将输入电压检测单元220检测到的电压电平和预设的参考电平进行比较，并根据该比较结果输出所述控制信号。
控制单元240可以包括微控制器(MCU：Micro Controller Unit)241和栅极驱动器(gate driver)242。
微控制器241将输入电压检测单元220检测到的电压电平和预设的参考电平进行比较，并根据该比较结果生成所述控制信号，并将所述控制信号传递到栅极驱动器242。
在下文中，详细说明关于微控制器241的控制信号的生成。
当输入电压检测单元220检测到的电压电平大于预设的参考电平时，微控制器241将吸引信号作为所述控制信号输出。
所述吸引信号对应于用于将电流流过线圈300以使电磁接触器触点接触的信号。微控制器241最初直到所述触点接触之前输出使大电流(例如，250mA)流过的吸引信号，并且在接触之后由于只需要保持接触状态即可，因此输出使相对较小的电流(例如，30～60mA)流过的吸引信号。
当输入电压检测单元220检测到的电压电平小于预设的参考电平时，微控制器241将释放信号作为所述控制信号输出。所述释放信号是用于阻断流过线圈300的电流以解除电磁接触器触点的接触的信号。
所述控制信号可以是PWM信号。所述预设的参考电平可以根据作为驱动目标的线圈300的规格乃至性能而改变。
栅极驱动器242从微控制器241接收所述控制信号，并将该控制信号传递到开关单元250。根据一实施例，栅极驱动器242可以放大所述控制信号，并将放大的所述控制信号传递到开关单元250。根据一实施例，栅极驱动器242可以用绝缘栅极驱动器实现，以阻断从线圈300中产生的噪声。
根据一实施例，栅极驱动器242可以用光电耦合器(Photo Coupler)实施。光电耦合器(photo coupler)是将发光器件和光接收器件光学耦合而内置于一个包装中的光学复合器件，用于在电路彼此电绝缘的状态下传递电信号的目的。
由光电耦合器(photo coupler)实现的栅极驱动器242利用光通过发光器件和光接收器件来传递信号，因此在没有信号的状态下，连接于输入端的微控制器241和连接于输出端的开关单元250在物理上是绝缘的。因此，栅极驱动器242可以更有效地防止根据驱动装置200的操作而在线圈300中产生的噪声对微控制器241的影响。
开关单元250根据控制单元240输出的控制信号进行开关，从而对流过线圈300的电流进行通电或阻断。具体而言，当所述控制信号是吸引信号的情况下，开关单元250接通，以使电流流过线圈300，当所述控制信号是释放信号的情况下，开关单元250断开，使得没有电流流过线圈300。开关单元250可以用MOSFET(金属-氧化物半导体场效应晶体管)或BJT(双极结型晶体管)来实现。然而，本发明不限于此，开关单元250可以用能够使用输入到栅极电极(控制端子)的信号进行开关操作的其他类型的晶体管实现。
飞轮单元260吸收在线圈300中产生的反电动势。
具体而言，飞轮单元260并联连接到线圈300的两端，形成回路，以由在流过线圈300的电流被阻断时所产生的反电动势引起的电流不会影响驱动装置200内的其他器件。
飞轮单元260可以用肖特基二极管来实现。然而，本发明不限于此，飞轮单元260可以用正向电压低且开关速度快的其他类型的二极管来实现。
如上所述，根据本发明的电磁接触器的线圈驱动装置200使用微控制器241生成控制信号，与使用传统PWM控制器的情况相比，减少了所使用的模拟部件。因此，降低了功耗。
另外，在现有技术中，必须根据线圈300的规格或特性来将装置内部的结构改变为具有其他容量或数值的结构，但在本发明的情况下，只要通过软件层面来修改在微控制器241预设的值，就可以实现相应线圈300的性能。因此，可以用一个驱动装置200来驱动具有不同规格的多个电磁接触器的线圈300，从而提高了通用性，并且容易维护修理。
另外，本发明具有微控制器241生成的控制信号通过栅极驱动器242传递到开关单元250的结构，由在线圈300中产生的反电动势引起的噪声被阻断从而不会影响微控制器241。因此，可以预先阻断线圈300的噪声引起的运转不正常和烧坏的现象，从而确保了驱动装置200的线圈300驱动的可靠性。
图3是本发明一实施例的电磁接触器的线圈驱动装置的电路图。
参照图3，输入电力处理单元210中，输入滤波单元213用EMC滤波器来实现，整流单元214用四个二极管来实现。恒定电压单元230用两个电阻、一个电容器以及两个齐纳二极管来实现。第二恒定电压单元231用电压调节器来实现。第二恒定电压单元231输出的电压不限于3.3V，其可以用输出与微控制器(MCU)241的规格匹配的电压的调节器来实现。
电压检测单元220用两个电阻来实现。电压检测单元220使用两个电阻分配恒定电压单元230输出的恒定电压，下端的电阻的电压施加到微控制器241。
微控制器241使用从第二恒定电压单元231输出的电压来驱动，并将通过电压检测单元220施加的电压的电平和预设的电压电平进行比较，根据比较结果来生成控制信号(PWM信号)，并将所述控制信号输出到栅极驱动器242。
栅极驱动器242用光电耦合器(photo coupler)来实现。栅极驱动器242将微控制器241的控制信号传递到开关单元250。
根据一实施例，栅极驱动器242可以放大并传递微控制器241的控制信号。
开关单元250根据来自栅极驱动器242的控制信号接通或断开。开关单元250用MOSFET来实现。
飞轮单元260吸收在线圈300中产生的反电动势。飞轮单元260用二极管来实现。
在下文中，具体说明关于线圈300中产生的噪声N。当线圈300的操作为OFF的情况下，即，电流被阻断的情况下，由于电感器L分量的存在，产生反电动势。所述反电动势的一部分被飞轮单元260吸收，但是由于开关单元250中存在寄生电容，所述反电动势可能传递到驱动装置200的各个结构，作为噪声来产生作用。
与现有技术不同，根据本发明的电磁接触器的线圈驱动装置200，在生成控制信号的微控制器241和接收所述控制信号的开关单元250之间具有栅极驱动器242。
栅极驱动器242用光电耦合器来实现，以将微控制器241和开关单元250在物理上绝缘。因此，在线圈300的OFF操作时产生的反电动势引起的噪声N被栅极驱动器242阻断，从而可以预先防止驱动装置200的误操作和烧坏。
上述的详细说明仅是例示，在任何方面都不应当解释为具有限制性。本发明的范围应当由权利要求书的合理解释来确定，并且，在本发明的同等范围内进行的所有变更包括在本发明的范围内。

Claims (3)

1.一种电磁接触器的线圈驱动装置，其特征在于，包括：
输入电力处理单元，将输入的电力转换成直流电后输出；
输入电压检测单元，检测所述输入电力处理单元输出的直流电的电压电平；
控制单元，使用由所述输入电压检测单元检测到的电压电平，输出用于控制流过电磁接触器的线圈的电流的控制信号；以及
开关单元，根据所述控制单元的控制信号进行开关，以通电或阻断流过所述线圈的电流，
所述控制单元包括：
栅极驱动器，与所述开关单元电连接，以阻断所述线圈的噪声；以及
微控制器，将所述输入电压检测单元检测到的电压电平和预设的参考电平进行比较，并生成基于比较结果的PWM信号，
所述栅极驱动器放大所述PWM信号，并将放大后的PWM信号传递到所述开关单元，
所述栅极驱动器是光电耦合器，
在没有信号的状态下，所述微控制器和所述开关单元物理绝缘，
当所述输入电压检测单元检测到的电压电平大于预设的参考电平时，所述微控制器将吸引信号作为所述PWM信号输出，
当所述输入电压检测单元检测到的电压电平小于预设的参考电平时，所述微控制器将释放信号作为所述PWM信号输出。
2.根据权利要求1所述的电磁接触器的线圈驱动装置，其特征在于，
所述线圈驱动装置还包括与所述线圈的两端并联的飞轮单元。
3.根据权利要求2所述的电磁接触器的线圈驱动装置，其特征在于，
所述飞轮单元是肖特基二极管。
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