CN111819648A - 继电器驱动电路 - Google Patents

Abstract

继电器驱动电路(10)设置在上游继电器(RL1)与根据上游继电器(RL1)的驱动而被驱动的下游继电器(RL2)之间，驱动下游继电器(RL2)。继电器驱动电路(10)具备：半导体元件(Q1)，对下游继电器(RL2)的接通/断开进行切换；控制输入路径(LCN)，与半导体元件(Q1)的控制端子(G)电连接，经由上游继电器(RL1)被施加电源电压(Vb)；保护元件(D1)，插入连接于控制输入路径(LCN)，保护半导体元件(Q1)；及缓冲电路(20)，设置在控制输入路径(LCN)中的保护元件(D1)与半导体元件的控制端子(G)之间，补偿因保护元件(D1)的插入而引起的电压降(Vf)。

Description

继电器驱动电路

技术领域

在本说明书公开的技术涉及继电器驱动电路，具体而言，涉及即使在电源电压降低了的情况下，也能够保持继电器的动作状态的技术。

背景技术

以往，作为即使在电源电压降低了的情况下，也能够保持继电器的动作状态的技术，已知例如在专利文献1记载的技术。在专利文献1中公开了如下技术：设置驱动继电器的两个系列的第一、第二开关，在其中的第二开关在与继电器的线圈之间设置有电阻。并且在使继电器的触点动作后，通过设置有电阻的第二开关来驱动继电器，在电源电压降低了的情况下，通过驱动第一开关来节省电力，并且在电源电压降低时也能够保持继电器的动作状态。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2014-116197号公报

发明内容

发明的概要

发明要解决的课题

然而，近年来，也如专利文献1所示，在继电器的驱动中使用了半导体元件，电源电压的降低使半导体元件的控制输入电压降低，存在对继电器驱动的控制带来不良影响的可能性。

此外，如图2所示的继电器驱动电路10P那样，两个继电器(RL1、RL2)连接为两级，在第二级继电器(下游继电器)RL2成为第一级的继电器(上游继电器)RL1的负载的情况下，有时会在驱动下游继电器RL2的半导体元件Q1的控制输入路径LCN插入用于保护半导体元件Q1的二极管D1。在与下游继电器RL2并联连接的负载RD1为发动机等感应性负载的情况下，为了保护半导体元件Q1免受来自感应性负载的浪涌的影响，该二极管D1被插入于控制输入路径LCN。在该情况下，由于二极管D1的电压降(正向电压)Vf，半导体元件Q1的控制输入电压降低，根据蓄电池电压(电源电压)Vb的降低程度，可能无法保持半导体元件Q1的导通状态、即下游继电器RL2的动作状态。

因此，在本说明书公开的技术提供在驱动作为上游继电器的负载的下游继电器的情况下，即使在驱动用半导体元件的控制输入路径插入保护元件的情况下，也能够在电源电压为更低电压时保持下游继电器的动作状态的继电器驱动电路。

用于解决课题的方案

在本说明书公开的继电器驱动电路设置在上游继电器与根据上述上游继电器的驱动而被驱动的下游继电器之间，驱动所述下游继电器，该继电器驱动电路具备：半导体元件，对上述下游继电器的接通/断开进行切换；控制输入路径，与上述半导体元件的控制端子电连接，经由上述上游继电器被施加电源电压；保护元件，插入连接于上述控制输入路径，保护上述半导体元件；及缓冲电路，设置在上述控制输入路径中的上述保护元件与上述半导体元件的上述控制端子之间，补偿因上述保护元件的插入而引起的电压降。

根据本结构，通过缓冲电路补偿因保护元件的插入而引起的电压降，由此降低了保护元件引起的电源电压的降低量。因此，在驱动作为上游继电器的负载的下游继电器的情况下，即使在半导体元件的控制输入路径插入保护元件的情况下，也能够在电源电压为更低电压时保持下游继电器的动作状态。

在上述继电器驱动电路中，也可以是，上述缓冲电路包含PNP型双极晶体管和NPN型双极晶体管，上述PNP型双极晶体管的发射极与电源线连接，集电极与上述半导体元件的控制端子电连接，上述NPN型双极晶体管的集电极与上述PNP型双极晶体管的基极电连接，基极与上述保护元件的输出侧电连接，发射极接地，上述保护元件由保护二极管构成，该保护二极管的阳极与上述上游继电器的继电器触点连接，阴极与上述NPN型双极晶体管的基极连接。

根据本结构，通过由两个双极晶体管构成的缓冲电路能够适当地补偿因二极管的插入而引起的电压降(正向电压)。即，二极管的正向电压大致为0.7V，PNP型双极晶体管的集电极-发射极间电压通常小于0.7V。因此，在经由PNP型双极晶体管的情况下，与经由二极管的情况相比，能够将电源电压以电压降低少的电源电压施加于半导体元件的控制端子。即，适当地补偿了因二极管的插入而引起的电压降。

此外，在上述继电器驱动电路中，也可以是，上述缓冲电路还包含整流二极管，该整流二极管的阳极与上述PNP型双极晶体管的基极电连接，阴极与上述NPN型双极晶体管的集电极电连接。

根据本结构，在电源为蓄电池的情况下，能够进行电池的反接时的保护。

发明效果

根据在本说明书公开的继电器驱动电路，在驱动作为上游继电器的负载的下游继电器的情况下，即使在驱动用半导体元件的控制输入路径插入保护元件的情况下，也能够在电源电压为更低电压时保持下游继电器的动作状态。

附图说明

图1是包含本发明的一个实施方式的继电器驱动电路的继电器系统的概略框图。

图2是包含现有的继电器驱动电路的继电器系统的概略框图。

图3是包含其他示例的继电器驱动电路的继电器系统的概略框图。

具体实施方式

＜实施方式＞

参照图1，对本发明的继电器驱动电路10的一个实施方式进行说明。在本实施方式中，继电器驱动电路10搭载于汽车，此外，电源是搭载于汽车的蓄电池Ba。另外，继电器驱动电路10及电源不限于车载用。

1.电路结构

如图1所示，继电器驱动电路10设置在上游继电器RL1与根据上述上游继电器的驱动而被驱动的下游继电器RL2之间，驱动下游继电器RL2。即，下游继电器RL2相对于上游继电器RL1与电动机M等感应性负载RD1并联，与感应性负载RD1同样地，在上游继电器RL1接通的情况下被接通。

继电器驱动电路10包含半导体元件Q1、控制输入路径LCN、保护二极管D1及缓冲电路20。

例如图1所示，半导体元件Q1由N沟道MOSFET构成，根据上游继电器RL1的接通/断开来对下游继电器RL2的接通/断开进行切换。详细而言，半导体元件Q1使流过下游继电器RL2的励磁线圈L2的励磁电流接通/断开。在半导体元件Q1的栅极G连接有偏置电阻(R1、R2)。

控制输入路径LCN与作为半导体元件Q1的控制端子的栅极G电连接。在上游继电器RL1的接通时，经由上游继电器RL1的继电器触点1对控制输入路径LCN施加蓄电池电压(电源电压)Vb。

保护二极管D1(“保护元件”的一例)插入而设置于控制输入路径LCN。保护二极管D1针对从与上游继电器RL1连接的电动机M等感应性负载RD1经由控制输入路径LCN传播的浪涌来保护半导体元件Q1。保护二极管D1的阳极A经由控制输入路径LCN与上游继电器RL1的继电器触点1连接，阴极K经由偏置电阻R3与后述的NPN型双极晶体管TR1的基极B连接。

缓冲电路20在控制输入路径LCN中，设置在保护二极管D1与半导体元件Q1的栅极G之间，补偿因保护二极管D1而引起的电压降(正向电压)Vf。

具体而言，如图1所示，缓冲电路20包含NPN型双极晶体管(以下记作“NPN晶体管”)TR1、PNP型双极晶体管(以下记作“PNP晶体管”)TR2、整流二极管D2及偏置电阻(R3、R4、R5、R6)。

NPN晶体管TR1的发射极E与地连接而接地，集电极C与整流二极管D2的阴极K连接，经由整流二极管D2及偏置电阻R5与PNP晶体管TR2的基极B电连接。此外，NPN晶体管TR1的基极B经由偏置电阻R3与保护二极管D1的阴极K(保护元件的输出侧)电连接。

PNP晶体管TR2的发射极E与电源线LV连接，集电极C经由偏置电阻R1与半导体元件Q1的栅极G电连接，基极B经由偏置电阻R5与整流二极管D2的阳极A连接。

此外，整流二极管D2的阳极A经由偏置电阻R5与PNP晶体管TR2的基极B电连接，阴极K与NPN晶体管的集电极C连接。整流二极管D2进行蓄电池Ba的反接时的保护。即，在蓄电池Ba反接的情况下，在未设置整流二极管D2的情况下，电流会在接地→电阻R4→NPN晶体管TR1的基极B-集电极C间→电阻R5→电阻R6→电源线LV的路径流过。在该情况下，会对NPN晶体管TR1及PNP晶体管TR2的基极B-发射极E间施加反向电压，由此晶体管元件可能会破损。

2.缓冲电路的动作

接下来，对根据上述结构的缓冲电路20的动作进行说明。

当上游继电器RL1伴随上游继电器用驱动开关SW1的接通而接通时，蓄电池电压Vb经由控制输入路径LCN及保护二极管D1施加于缓冲电路20。于是，通过基极电流流过NPN晶体管TR1而NPN晶体管TR1导通，由此通过基极电流流过PNP晶体管TR2而PNP晶体管TR2导通。

于是，能够经由PNP晶体管TR2对半导体元件Q1的栅极G施加蓄电池电压Vb，由此半导体元件Q1导通，从而下游继电器RL2接通。

此时，PNP晶体管TR2的集电极-发射极间的电压降通常为0.1V以下，与因保护二极管D1而引起的电压降Vf(通常为0.7V)相比足够小。因此，与图2所示的现有例相比，能够将更接近蓄电池电压Vb的电压施加于半导体元件Q1的栅极G(详细而言，偏置电阻R1、R2)。由此，在控制输入路径LCN设置有保护二极管D1的结构中，即使在与现有例相比蓄电池电压Vb降低至更低的电压的情况下，也能够导通保持半导体元件Q1，从而能够接通保持下游继电器RL2。

3.实施方式的效果

通过缓冲电路20来补偿因保护二极管D1的插入而引起的电压降Vf。即，通过缓冲电路20降低二极管D1引起的蓄电池电压Vb的下降量。因此，在驱动作为上游继电器RL1的负载的下游继电器RL2的情况下，即使在半导体元件(驱动用半导体元件)Q1的控制输入路径LCN插入保护二极管D1的情况下，与未设置缓冲电路20的情况相比，也能够在蓄电池电压Vb为更低电压时保持下游继电器RL2的动作状态。这使得车辆系统的功能性及安全性提高。

此时，缓冲电路20通过主要由两个双极晶体管(TR1、TR2)构成的简单的结构，能够适当地补偿因保护二极管D1的插入而引起的电压降(正向电压)Vf。即，通常，二极管的正向电压大致为0.7V，因PNP型双极晶体管TR2的导通电阻而引起的电压降通常为0.1V以下。因此，在将蓄电池电压Vb经由PNP型双极晶体管TR2施加于半导体元件Q1的栅极端子(控制端子)G的情况下，与经由保护二极管D1的情况相比，能够将电压降低少的蓄电池电压Vb施加于栅极端子G。即，可靠地补偿而减少了因保护二极管D1的插入而引起的电压降Vf。

＜其他的实施方式＞

本发明不限定于通过上述记述及附图说明了的实施方式，例如如下的实施方式也包含于本发明的技术范围内。

(1)在上述实施方式中，示出了由两个双极晶体管(TR1、TR2)构成缓冲电路20的示例，但缓冲电路20的结构不限于此。例如图3所示，缓冲电路20也可以代替NPN晶体管TR1而由N沟道MOSFET1构成、代替PNP晶体管TR2而由P沟道MOSFET2构成。

(2)在上述实施方式中，示出了保护元件为保护二极管D1的示例，但保护元件未必限于保护二极管D1。例如，在来自感应性负载RD1的浪涌非常小的情况下，保护元件也可以由电阻值小的电阻构成。

(3)在上述实施方式中，示出了在缓冲电路20设置蓄电池反接保护用的整流二极管D2的示例，但不限于此，整流二极管D2也可以省略。

标号说明

10…继电器驱动电路

20…缓冲电路

Ba…蓄电池(电源)

D1…保护二极管(保护元件)

D2…整流二极管

G…栅极(半导体元件的控制端子)

LCN…控制输入路径

Q1…半导体元件

RL1…上游继电器

RL2…下游继电器

TR1…NPN型双极晶体管

TR2…PNP型双极晶体管

Vb…蓄电池电压(电源电压)

Claims (3)

1.一种继电器驱动电路，设置在上游继电器与根据所述上游继电器的驱动而被驱动的下游继电器之间，驱动所述下游继电器，其中，所述继电器驱动电路具备：

半导体元件，对所述下游继电器的接通/断开进行切换；

控制输入路径，与所述半导体元件的控制端子电连接，经由所述上游继电器被施加电源电压；

保护元件，插入连接于所述控制输入路径，保护所述半导体元件；及

缓冲电路，设置在所述控制输入路径中的所述保护元件与所述半导体元件的所述控制端子之间，补偿因所述保护元件的插入而引起的电压降。

2.根据权利要求1所述的继电器驱动电路，其中，

所述缓冲电路包含PNP型双极晶体管和NPN型双极晶体管，

所述PNP型双极晶体管的发射极与电源线连接，集电极与所述半导体元件的控制端子电连接，

所述NPN型双极晶体管的集电极与所述PNP型双极晶体管的基极电连接，基极与所述保护元件的输出侧电连接，发射极接地，

所述保护元件由保护二极管构成，该保护二极管的阳极与所述上游继电器的继电器触点连接，阴极与所述NPN型双极晶体管的基极连接。

3.根据权利要求2所述的继电器驱动电路，其中，

所述缓冲电路还包含整流二极管，该整流二极管的阳极与所述PNP型双极晶体管的基极电连接，阴极与所述NPN型双极晶体管的集电极电连接。

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