CN112233935A - 接触器驱动设备及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种接触器驱动设备及系统，属于车辆控制技术领域。所述接触器驱动设备包括：控制电路，被配置为用于输出控制信号；前级驱动电路，被配置为用于转换所述控制信号为第一开关电压信号；供电电路，与接触器的电磁线圈连接且还接有电源电压，被配置为用于由所述第一开关电压信号将所述电源电压转换为开启电流，并传输所述开启电流至所述电磁线圈；所述前级驱动电路与控制电位点连接，被配置为用于由所述控制电位点的电压选择地转换所述控制信号为第二开关电压信号；所述供电电路被配置为用于由所述第二开关电压信号将所述电源电压转换为保持电流，并传输所述保持电流至所述电磁线圈。本发明用于接触器自适应驱动。
Description
技术领域
本发明涉及车辆控制技术领域，具体地涉及一种接触器驱动设备和一种接触器驱动系统。
背景技术
电动汽车电池包直流母线输出是由直流母线、主正接触器和直流母线主负接触器来控制的。主正接触器、主负接触器的闭合与断开是由单片机发送控制信号来控制。接触器吸合与断开是通电线圈产生磁场，通过磁场力吸合接触器内的衔铁，从而实现接触器闭合与断开。由于衔铁在断开时与触点间的距离最大，闭合时触点间距离最小，这样在接触器吸合时需要的电磁力最大，因此需要通入接触器线圈的电流也就最大。在接触器吸合后需要的吸合保持电磁力最小，因此需要通入线圈的保持吸合电流也就最小。所以在接触器吸合过程中需要通入大小不同的电流，才能保证接触器正常工作。否则，由于接触器通入的电流过大，导致线圈生热而过温损坏接触器，同时还会加大能耗。
目前实现这种电流变换的技术有两种：一种是通过DC/DC输出变换直流电压给线圈提供不同的直流电压(在吸合时输出高电压，吸合后输出低电压)，另一种是利用脉动直流给接触器线圈供电，通过调整该脉动直流的占空比大小来调整接触器在吸合和吸合保持过程中线圈电流的大小。现有方案中，选取高耐热的磁力线圈，可以防止烧毁故障，但是成本大，且长时间过热会降低电路的使用寿命；采用DC/DC输出变换的直流电压，利用单片机控制PWM波改变输出电压占空比的方法，可以在主接触器闭合以后，有效地降低电流，但由于输入电压源不是恒压源，单片机需要实时监控并改变电压占空比，这样对控制器的负载大，影响软件开发质量，且控制时刻和控制精度难度都很大。
发明内容
本发明的目的是提供一种接触器驱动设备及系统，旨在解决现有技术由于需要控制器参与检测状态切换、调整输出大小和响应各类采集反馈等才能实现电流转换和控制而导致了控制器工作开销大和实现困难等技术问题。
为了实现上述目的，本发明实施例提供一种接触器驱动设备，该接触器驱动设备包括：
控制电路，被配置为用于输出控制信号；
前级驱动电路，被配置为用于转换所述控制信号为第一开关电压信号；
供电电路，与接触器的电磁线圈连接且还接有电源电压，被配置为用于由所述第一开关电压信号将所述电源电压转换为开启电流，并传输所述开启电流至所述电磁线圈，其中，所述开启电流的电流值至少刚好等于驱动所述接触器吸合所需的电流值；
所述前级驱动电路与控制电位点连接，被配置为用于由所述控制电位点的电压选择地转换所述控制信号为第二开关电压信号，其中，所述控制电位点被配置为所述供电电路和所述电磁线圈的连接点；
所述供电电路被配置为用于由所述第二开关电压信号将所述电源电压转换为保持电流，并传输所述保持电流至所述电磁线圈，其中，所述保持电流的电流值(有效值)小于所述开启电流的电流值；，需要注意地是，由于前级驱动电路和控制电位点的引入，控制信号在接触器从断开变成吸合状态、以及保持吸合状态过程中是能够不被控制电路调整的。
可选的，所述控制电路包括：控制器和控制调整电路；
其中，所述控制器通过所述控制调整电路与所述前级驱动电路连接，用于转换所述控制器的输出信号范围为与所述前级驱动电路的输入信号范围匹配的控制信号，从而不需要控制器参与输出调整。
优选的，所述控制调整电路包括：第一电阻、第二电阻和第一二极管；
其中，所述第一二极管与第一电阻串联，所述第一二极管接收所述控制器的输出信号，所述第一电阻与所述前级驱动电路连接，所述第二电阻接有预设电压且还与所述前级驱动电路连接。
可选的，该接触器驱动设备还包括：
状态转换电路，被配置为用于接收所述接触器的吸合状态信号；
其中，所述前级驱动电路被配置为具体用于通过所述状态转换电路获得与所述吸合状态信号和所述控制信号对应的保持状态信号，由所述控制电位点的电压选择地转换所述保持状态信号为第二开关电压信号，从而不需要控制器参与吸合状态检测和响应检测并输出信号。
优选的，所述状态转换电路包括第三电阻和第一晶体管开关；
其中，所述第一晶体管开关接收所述吸合状态信号且还通过所述第三电阻与所述前级驱动电路连接。
可选的，所述前级驱动电路包括：比较判断电路和驱动电路；
其中，所述比较判断电路被配置为用于转换所述控制信号为第一驱动电压信号，或者由所述控制电位点的电压选择地转换所述控制信号为第二驱动电压信号；
所述驱动电路被配置为用于转换所述第一驱动电压信号为所述第一开关电压信号，或者转换所述第二驱动电压信号为所述第二开关电压信号；
所述驱动电路还被配置为用于所述供电电路的放电支路；
所述放电支路被配置为用于由所述第一开关电压信号或所述第二开关电压信号选择地开启或关闭。
优选的，所述比较判断电路包括：第四电阻、第五电阻、第六电阻、第二二极管、稳压二极管和比较器；
其中，所述比较器的偏置电压端与所述电源电压连接，所述比较器的正极通过所述第四电阻和所述第五电阻也与所述电源电压连接，所述比较器的正极还通过所述第四电阻连接至所述稳压二极管的负极，所述比较器的正极还另通过所述第二二极管与所述控制电位点连接，所述比较器的负极接收所述控制信号，所述比较器的输出端通过所述第六电阻与所述电源电压连接，所述稳压二极管的正极接地。
优选的，所述驱动电路包括：第七电阻和第二晶体管开关；
其中，所述第二晶体管开关与所述比较判断电路连接、还通过所述第七电阻与所述电源电压连接且还接地。
可选的，所述供电电路包括：供电母线、电感、电容和主开关电路；
其中，所述主开关电路和所述电感通过所述供电母线串联，所述主开关电路接收所述第一开关电压信号或所述第二开关电压信号，所述供电母线连接所述电源电压，所述电容连接至所述供电母线且还接地。
优选的，所述主开关电路包括：第三晶体管开关和第三二极管；
其中，所述第三晶体管开关和所述电感通过所述供电母线串联，所述第三晶体管开关接收所述第一开关电压信号或所述第二开关电压信号，所述第三二极管的负极连接至所述供电母线且正极接地。
可选的，该接触器驱动设备还包括：滤波电路；
其中，所述供电电路被配置为具体用于通过所述滤波电路传输所述开启电流或所述保持电流至所述电磁线圈。
优选的，所述滤波电路为LC滤波电路。
可选的，该接触器驱动设备还包括：第四二极管和第五二极管；
所述第四二极管的负极与所述接触器的电磁线圈连接且正极接地；
所述第五二极管的负极与所述接触器的电磁线圈连接且正极接地。
本发明实施例提供一种接触器驱动系统，该接触器驱动系统包括至少一个前述的接触器驱动设备和接触器；所述接触器具有主正接触器和主负接触器，被配置为由所述接触器驱动设备上电。
本发明能够在主接触器闭合后，自动将控制信号的电压大小结合吸合状态信号，调节为复合电压信号，使线圈电压稳定在给定值(预定义)，该给定值本身可以根据实际需要，由单片机等控制器调节改变(不需要实时监控调节)；
本发明既能够避免使用高耐热电磁线圈等昂贵部件，节约了部件成本，又不需控制器实时监控调节电压值，减少了控制器的资源消耗。
本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：
图1为本发明实施例的部分电路及主要电路模块示意图；
图2为本发明实施例的一种示例性电路示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
实施例1
如图1，本发明实施例提供了接触器驱动设备，该接触器驱动设备包括：
控制电路，被配置为用于输出控制信号；
前级驱动电路，被配置为用于转换所述控制信号为第一开关电压信号；
供电电路，与接触器的电磁线圈连接且还接有电源电压，被配置为用于由所述第一开关电压信号将所述电源电压转换为开启电流，并传输所述开启电流至所述电磁线圈；
所述前级驱动电路与控制电位点连接，被配置为用于由所述控制电位点的电压选择地转换所述控制信号为第二开关电压信号，其中，所述控制电位点被配置为所述供电电路和所述电磁线圈的连接点；
所述供电电路被配置为用于由所述第二开关电压信号将所述电源电压转换为保持电流，并传输所述保持电流至所述电磁线圈；
在一些具体实施中，该接触器驱动设备用于接触器自适应驱动；第一开关电压信号可以是脉冲信号或时序(方波)信号，第二开关电压信号也可以是脉冲信号或时序(方波)信号。
具体的，所述控制电路包括：控制器和控制调整电路；
其中，所述控制器通过所述控制调整电路与所述前级驱动电路连接，用于转换所述控制器的输出信号范围为与所述前级驱动电路的输入信号范围匹配的控制信号；
在一些具体实施中，控制器还具有远程通信功能，例如包含无线通信模块，从而可以远程配置输出信号和输出信号范围。
具体的，所述控制调整电路包括：第一电阻(如电阻R7)、第二电阻(如电阻R5)和第一二极管(如二极管D4)；
其中，所述第一二极管与第一电阻串联，所述第一二极管接收所述控制器的输出信号，所述第一电阻与所述前级驱动电路连接，所述第二电阻接有预设电压且还与所述前级驱动电路连接。
具体的，状态转换电路(如图1中主接触器吸合采样电路和图2中接触器吸合判断电路，均可以单独通过电阻等元件实现，也可以直接接收控制器所记录的状态信号)，被配置为用于接收所述接触器的吸合状态信号(如电压信号E0，电压信号E0可以来自接触器吸合判断电路的输出)；
其中，所述前级驱动电路被配置为具体用于通过所述状态转换电路获得与所述吸合状态信号和所述控制信号对应的保持状态信号，由所述控制电位点的电压选择地转换所述保持状态信号为第二开关电压信号；
例如在电位点M处，保持状态信号是所述吸合状态信号和所述控制信号的复合电压信号Vm。
具体的，所述状态转换电路包括第三电阻(如电阻R6)和第一晶体管开关(如三极管Q3)；
其中，所述第一晶体管开关接收所述吸合状态信号且还通过所述第三电阻与所述前级驱动电路连接。
具体的，所述前级驱动电路包括：比较判断电路和驱动电路；
其中，所述比较判断电路被配置为用于转换所述控制信号为第一驱动电压信号，或者由所述控制电位点的电压选择地转换所述控制信号为第二驱动电压信号；
所述驱动电路被配置为用于转换所述第一驱动电压信号为所述第一开关电压信号，或者转换所述第二驱动电压信号为所述第二开关电压信号；
所述驱动电路还被配置为用于所述供电电路的放电支路；
所述放电支路被配置为用于由所述第一开关电压信号或所述第二开关电压信号选择地开启或关闭。
具体的，所述比较判断电路包括：第四电阻(如电阻R4)、第五电阻(如电阻R3)、第六电阻(如电阻R2)、第二二极管(如二极管D)、稳压二极管(如二极管D0)和比较器(如比较器B0)；
其中，所述比较器的偏置电压端与所述电源电压连接，所述比较器的正极通过所述第四电阻和所述第五电阻也与所述电源电压连接，所述比较器的正极还通过所述第四电阻连接至所述稳压二极管的负极，所述比较器的正极还另通过所述第二二极管与所述控制电位点连接，所述比较器的负极接收所述控制信号，所述比较器的输出端通过所述第六电阻与所述电源电压连接。
具体的，在所述前级驱动电路中的所述驱动电路包括：第七电阻(如电阻R1)和第二晶体管开关(如三极管Q2)；
其中，所述第二晶体管开关与所述比较判断电路连接、还通过所述第七电阻与所述电源电压连接且还接地。
具体的，所述供电电路包括：供电母线、电感(如电感L1和电感L2)、电容(如电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5和电容C6)和主开关电路(相对于主接触器而言)；
其中，所述主开关电路和所述电感通过所述供电母线串联，所述主开关电路接收所述第一开关电压信号或所述第二开关电压信号，所述供电母线连接所述电源电压，所述电容连接至所述供电母线且还接地。
在主接触器吸合时该电路的主电子开关处于导通状态，目的：能够为主接触器线圈提供较大的吸合电流；
该主开关电路在接触器吸合后处于吸合脉动导通工作状态，并能根据供电电压大小的不同和接触线圈最小保持的吸合电流的大小来自动调整该开关的导通与闭合的占空比时间。
具体的，所述主开关电路包括：第三晶体管开关(如场效应管Q1)和第三二极管(如二极管D3)；
其中，所述第三晶体管开关和所述电感通过所述供电母线串联，所述第三晶体管开关接收所述第一开关电压信号或所述第二开关电压信号，所述第三二极管的负极连接至所述供电母线且正极接地。
在图2中，如图所示，该电路主要由电源电压(+12V)供电，单片机MCU给该电路的比较器B0负极发送一个电压信号，由于此时比较器B0正极无电压值，比较器B0输出低电平信号，三极管Q2(P型)导通，进而场效应管Q1(P沟道)导通；如此，开启电流依次流经电感L1、场效应管Q1、电感L2，开启电流经电感L0给至电磁线圈，电磁线圈通电以后产生电磁力闭合主接触器；由于3.3V稳压管D0的作用，电位点X电压此时为2.6V；接着，比较器B0正极电压升为3.3V，大于比较器B0负极电压，比较器B0输出高电平，三极管Q2截至，场效应管Q1关闭，由于电感(供电电路中均参与)的作用，电位点X电压以某一稳定速率下降，当下降到低于1.8V时，比较器B0的正极小于负极电压2.5V(吸合状态下，复合信号Vm)；这时，比较器B0输出低电平信号，三极管Q2导通，场效应管Q1关闭，电位点X电压升高，如此循环，与之前步骤相同，当电位点X大于1.8V时，比较器B0正极电压大于负极2.5V，电路将再次切断，电位点X电压就在1.8V上下很小的范围内波动，经过电感L0和电容C0滤波，电磁线圈(主正接触器的电磁线圈Lp和主负接触器的电磁线圈Ln)的电压就稳定在1.8V，因此，通入电磁线圈的电流也稳定在一个很小的值。此外，可以根据实际项目需要，比较器B0负极的电压，可以通过单片机MCU改变占空比而改变电压值(改变实际的有效值)。
实施例2
基于实施例1，本发明实施例提供了接触器驱动系统，该接触器驱动系统包括至少一个前述的接触器驱动设备和接触器；所述接触器具有主正接触器和主负接触器，被配置为由所述接触器驱动设备上电；
该接触器驱动系统还包括：采样电路，所述采样电路与所述接触器连接且还与所述接触器驱动设备中的控制器连接，用于反馈所述接触器状态至所述控制器，但该反馈的状态不参与控制信号的调整和不参与用于驱动的开关电压信号切换，反馈的状态可以用于接触器故障检测等；此外，反馈的状态例如主接触器电压值，可以反馈给控制器，以形成闭环控制，可以由控制器判断和调整其输出信号(不是前述的控制信号)，判断初始配置所使用的输出信号是否合适，不合适则重新提供新的初始的输出信号。
本发明电磁线圈端电压降低稳定电路，该电路可以使电磁线圈在闭合主接触器之前以大电流通入电磁线圈给以足够的电磁力使主接触器闭合，通过电路特性使电压下降并稳定在某一给定值，进而得到一个小的可以保持接触器闭合的电流值；
本发明通过单片机改变输出信号占空比改变给定比较器负极的电压值，进而通过软硬件结合的方式可以使该电路基于不同元器件改变，得到稳定的电压值；
本发明根据不同情况通过硬件电路自动调整主接触器的电流大小，一旦吸合保持电压由单片机确定后，电路不会因为外面12V的电压高低的变化而变化，一直能保持设定的电流工作，既防止过流导致电路烧毁，又避免了选用高耐流开关，节约了电路成本；
本发明通过单片机改变输出信号占空比与硬件电路结合控制输入电压值，根据不同需求可任意调节，且PWM波占空比调节不需要软件跟踪调节，节省了CPU软件资源避免更换器件，从时间和成本上都得到节约；
本发明可以根据不同的项目使用不同的最低保持电流来使用不同的直流接触器，灵活地调节保持电流，因此，该电路拓宽了主正、主负接触器的选择范围。
以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。
本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
此外，本发明实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。
Claims (10)
1.一种接触器驱动设备，其特征在于，该接触器驱动设备包括：
控制电路，被配置为用于输出控制信号；
前级驱动电路，被配置为用于转换所述控制信号为第一开关电压信号；
供电电路，与接触器的电磁线圈连接且还接有电源电压，被配置为用于由所述第一开关电压信号将所述电源电压转换为开启电流，并传输所述开启电流至所述电磁线圈；
所述前级驱动电路与控制电位点连接，被配置为用于由所述控制电位点的电压选择地转换所述控制信号为第二开关电压信号，其中，所述控制电位点被配置为所述供电电路和所述电磁线圈的连接点；
所述供电电路被配置为用于由所述第二开关电压信号将所述电源电压转换为保持电流，并传输所述保持电流至所述电磁线圈。
2.根据权利要求1所述的接触器驱动设备，其特征在于，所述控制电路包括：控制器和控制调整电路；
其中，所述控制器通过所述控制调整电路与所述前级驱动电路连接，用于转换所述控制器的输出信号范围为与所述前级驱动电路的输入信号范围匹配的控制信号。
3.根据权利要求2所述的接触器驱动设备，其特征在于，所述控制调整电路包括：第一电阻、第二电阻和第一二极管；
其中，所述第一二极管与第一电阻串联，所述第一二极管接收所述控制器的输出信号，所述第一电阻与所述前级驱动电路连接，所述第二电阻接有预设电压且还与所述前级驱动电路连接。
4.根据权利要求1所述的接触器驱动设备，其特征在于，该接触器驱动设备还包括：
状态转换电路，被配置为用于接收所述接触器的吸合状态信号；
其中，所述前级驱动电路被配置为具体用于通过所述状态转换电路获得与所述吸合状态信号和所述控制信号对应的保持状态信号，由所述控制电位点的电压选择地转换所述保持状态信号为第二开关电压信号。
5.根据权利要求4所述的接触器驱动设备，其特征在于，所述状态转换电路包括第三电阻和第一晶体管开关；
其中，所述第一晶体管开关接收所述吸合状态信号且还通过所述第三电阻与所述前级驱动电路连接。
6.根据权利要求1所述的接触器驱动设备，其特征在于，所述前级驱动电路包括：比较判断电路和驱动电路；
其中，所述比较判断电路被配置为用于转换所述控制信号为第一驱动电压信号，或者由所述控制电位点的电压选择地转换所述控制信号为第二驱动电压信号；
所述驱动电路被配置为用于转换所述第一驱动电压信号为所述第一开关电压信号，或者转换所述第二驱动电压信号为所述第二开关电压信号；
所述驱动电路还被配置为用于所述供电电路的放电支路；
所述放电支路被配置为用于由所述第一开关电压信号或所述第二开关电压信号选择地开启或关闭。
7.根据权利要求6所述的接触器驱动设备，其特征在于，所述比较判断电路包括：第四电阻、第五电阻、第六电阻、第二二极管、稳压二极管和比较器；
其中，所述比较器的偏置电压端与所述电源电压连接，所述比较器的正极通过所述第四电阻和所述第五电阻也与所述电源电压连接，所述比较器的正极还通过所述第四电阻连接至所述稳压二极管的负极，所述比较器的正极还另通过所述第二二极管与所述控制电位点连接，所述比较器的负极接收所述控制信号，所述比较器的输出端通过所述第六电阻与所述电源电压连接。
8.根据权利要求6或7所述的接触器驱动设备，其特征在于，所述前级驱动电路中的所述驱动电路包括：第七电阻和第二晶体管开关；
其中，所述第二晶体管开关与所述比较判断电路连接、还通过所述第七电阻与所述电源电压连接且还接地。
9.根据权利要求1所述的接触器驱动设备，其特征在于，所述供电电路包括：供电母线、电感、电容和主开关电路；
其中，所述主开关电路和所述电感通过所述供电母线串联，所述主开关电路接收所述第一开关电压信号或所述第二开关电压信号，所述供电母线连接所述电源电压，所述电容连接至所述供电母线且还接地。
10.根据权利要求9所述的接触器驱动设备，其特征在于，所述主开关电路包括：第三晶体管开关和第三二极管；
其中，所述第三晶体管开关和所述电感通过所述供电母线串联，所述第三晶体管开关接收所述第一开关电压信号或所述第二开关电压信号，所述第三二极管的负极连接至所述供电母线且正极接地。
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