CN112599384B - 一种磁保持继电器驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种磁保持继电器驱动电路，包括第一开关单元、第一延时单元、第一放电单元、第二开关单元、第二延时单元、第二放电单元、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管和第五二极管，电路设有第一电源端、第二电源端、接地端、第一驱动输出端、第二驱动输出端和第三驱动输出端。本发明仅需在电源端通入直流电就可完成磁保持继电器的驱动，无需另加控制线路，且磁保持继电器驱动绕组只在本电路设定的驱动时间里通电，从而保护了继电器，因此，外部供电时无需考虑脉冲宽度，可以保持长时间通电也不会损坏继电器，提高了磁保持继电器的可靠性和使用的便捷性。

Description

一种磁保持继电器驱动电路

技术领域

本发明涉及继电器技术领域，尤其是一种磁保持继电器驱动电路。

背景技术

系统磁保持继电器是一种靠磁性保持开关状态的继电器，这种继电器在脉冲激励完成状态转换后不需要保持激励就可以保持转换后的开关状态，这种特性使得磁保持继电器存在很多应用领域。磁保持继电器的自保持特性要求驱动信号是脉冲驱动型的，在完成状态转换后，驱动信号需要撤除，否则磁保持继电器的驱动绕组会烧坏。磁保持继电器分为单绕组控制和双绕制控制。

目前常用的磁保持继电器驱动电路有以下几种方式：

1)桥式驱动电路方案

例如中国专利CN201420730057.2的方案中，以MOSFET作为开关器件的桥式电路，通过控制桥式电路开关器件的通断来达到控制继电器控制绕组极性的目的。这种电路需要给继电器供电，还需要两个驱动信号，控制上还要避免桥臂直通问题，在一些应用场合的使用较为复杂。

2)驱动芯片方案

将桥式电路集成在芯片内部，比如贝岭BL8023D。这种芯片将全桥及驱动集成在芯片内部，外部只需要很少的器件就可以驱动磁保持继电器。这种方案提高了集成度，但仍然需要驱动电源和2个控制信号，不便于没有控制信号的应用场合使用。

3)利用电容充放电特性驱动方案

例如中国专利201320869049.1的方案中，在供电回路中串入电容，利用电容的充放电特性，实现驱动的自动停止。这种方案在实际应用时有一定的限制，因为传入电容的缓冲缓放电特性，每次的开关切换之间必须间隔足够长时间，否则会损坏电路；而且驱动效果受串入电容的容值影响较大，容值过大则驱动时间过长，过小则驱动能力不足，考虑到电容容量的衰减特性，应用时可能会遇到没有合适容量的电容可选取的问题。同时驱动期间继电器不能得到恒压驱动，驱动效果无法有效判定。

由此可见，现有技术的磁保持继电器驱动电路存在接线复杂，难以适应多种应用场合，切换间隔时间长，驱动效果不佳的问题。

发明内容

为解决现有技术存在的缺陷，本发明提出一种新型磁保持继电器驱动电路，具备自动斩波功能，即使长期施加驱动电压也不会损坏磁保持继电器。

本发明通过以下技术方案实现的：

本发明提出一种磁保持继电器驱动电路，包括第一开关单元、第一延时单元、第一放电单元、第二开关单元、第二延时单元、第二放电单元、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管和第五二极管，电路设有第一电源端、第二电源端、接地端、第一驱动输出端、第二驱动输出端和第三驱动输出端；所述第一开关单元的两端分别连接所述第一电源端和所述第一驱动输出端，所述第一开关单元包括第一开关器件和与所述第一开关器件并联的第一续流二极管，所述第一续流二极管阳级连接所述第一驱动输出端，所述第一续流二极管阴极连接所述第一电源端，所述第一延时单元的电源端连接所述第一电源端，所述第一延时单元的地端连接所述第二二极管阳极和所述第三二极管阳极，所述第一延时单元的电压输出端连接所述第一开关器件的控制端，所述第三二极管阴极连接所述第二电源端，所述第一放电单元分别与所述第一电源端和所述第一延时单元耦接；所述第二开关单元的两端分别连接所述第二电源端和所述第三驱动输出端，所述第二开关单元包括第二开关器件和与所述第二开关器件并联的第二续流二极管，所述第二续流二极管阳级连接所述第三驱动输出端，所述第二续流二极管阴极连接所述第二电源端，所述第二延时单元的电源端连接所述第二电源端，所述第二延时单元的地端连接所述第四二极管阳极和所述第五二极管阳极，所述第二延时单元的电压输出端连接所述第二开关器件的控制端，所述第五二极管阴极连接所述第一电源端，所述第二放电单元分别与所述第二电源端和所述第二延时单元耦接；所述第二驱动输出端连接所述第二二极管阴极、所述第四二极管阴极和所述第一二极管阳极，所述第一二极管阴极连接所述接地端。

作为一种改进，所述第一开关器件为第一P沟道MOS管，所述第一P沟道MOS管源极连接所述第一电源端，所述第一P沟道MOS管漏极连接所述第一驱动输出端，所述第一延时单元包括第一电阻和第一电容，所述第一电阻的第一端作为所述第一延时单元的电源端，所述第一电阻的第二端连接所述第一电容的第一端和所述第一P沟道MOS管栅极，所述第一电容的第二端作为所述第一延时单元的地端；所述第二开关器件为第二P沟道MOS管，所述第二P沟道MOS管源极连接所述第二电源端，所述第二P沟道MOS管漏极连接所述第三驱动输出端，所述第二延时单元包括第二电阻和第二电容，所述第二电阻的第一端作为所述第二延时单元的电源端，所述第二电阻的第二端连接所述第二电容的第一端和所述第二P沟道MOS管栅极，所述第二电容的第二端作为所述第二延时单元的地端。

作为一种改进，所述第一放电单元为第三电阻，所述第二放电单元为第四电阻。

作为一种改进，所述第三电阻的第一端连接所述第一电阻的第一端，所述第三电阻的第二端连接所述第一电容的第二端，所述第四电阻的第一端连接所述第二电阻的第一端，所述第四电阻的第二端连接所述第二电容的第二端。

作为一种改进，所述第三电阻的第一端连接所述第一电容的第一端，所述第三电阻的第二端连接所述第一电容的第二端，所述第四电阻的第一端连接所述第二电容的第一端，所述第四电阻的第二端连接所述第二电容的第二端。

作为一种改进，所述第一续流二极管为所述第一P沟道MOS管内的体二极管，所述第二续流二极管为所述第二P沟道MOS管内的体二极管。

本发明的有益效果：

本发明仅需在电源端通入直流电就可完成磁保持继电器的驱动，无需另加控制线路，且磁保持继电器驱动绕组只在本电路设定的驱动时间里通电，从而保护了继电器，因此，外部供电时无需考虑脉冲宽度，可以保持长时间通电也不会损坏继电器，提高了磁保持继电器的可靠性和使用的便捷性。

附图说明

图1为本发明提出的一种磁保持继电器驱动电路结构示意图；

图2为本发明提出的一种磁保持继电器驱动电路原理图；

图3为本发明应用于双线圈磁保持继电器驱动的实际电路原理图；

图4为本发明应用于单线圈磁保持继电器驱动的实际电路原理图。

具体实施方式

为了更加清楚、完整的说明本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步说明。

请参考图1，本发明一种磁保持继电器驱动电路实施例，包括第一开关单元101、第一延时单元102、第一放电单元103、第二开关单元104、第二延时单元105、第二放电单元106、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4和第五二极管D5，电路设有第一电源端VCC、第二电源端VEE、接地端GND、第一驱动输出端DRV1、第二驱动输出端DRV2和第三驱动输出端DRV3；第一开关单元101的两端分别连接第一电源端VCC和第一驱动输出端DRV1，第一开关单元101包括第一开关器件和与第一开关器件并联的第一续流二极管，第一续流二极管阳级连接第一驱动输出端DRV1，第一续流二极管阴极连接第一电源端VCC，第一延时单元102的电源端连接第一电源端VCC，第一延时单元102的地端连接第二二极管D2阳极和第三二极管D3阳极，第一延时单元101的电压输出端连接第一开关器件的控制端，第三二极管D3阴极连接第二电源端VEE，第一放电单元103分别与第一电源端VCC和第一延时单元102耦接；第二开关单元104的两端分别连接第二电源端VEE和第三驱动输出端DRV3，第二开关单元104包括第二开关器件和与第二开关器件并联的第二续流二极管，第二续流二极管阳级连接第三驱动输出端DRV3，第二续流二极管阴极连接第二电源端VEE，第二延时单元105的电源端连接第二电源端VEE，第二延时单元105的地端连接第四二极管D4阳极和第五二极管D5阳极，第二延时单元105的电压输出端连接第二开关器件的控制端，第五二极管D5阴极连接第一电源端VCC，第二放电单元106分别与第二电源端VEE和第二延时单元105耦接；第二驱动输出端DRV2连接第二二极管D2阴极、第四二极管D4阴极和第一二极管D1阳极，第一二极管D1阴极连接接地端GND。

本发明实施例既能应用于双线圈磁保持继电器的驱动，又能应用于单线圈磁保持继电器的驱动。

应用于双线圈磁保持继电器的驱动时，第一驱动输出端DRV1与第二驱动输出端DRV2之间连接第一线圈，例如为置位绕组，第二驱动输出端DRV2和第三驱动输出端DRV3之间连接第二线圈，例如为复位绕组。当给第一电源端VCC和接地端GND之间通上正向电源时，第一延时单元102被设置为在上电瞬间的输出电压能够控制第一开关器件导通，并且在充满电时的输出电压能够控制第一开关器件关断。在上电瞬间，通过第一开关器件和第一二极管D1，磁保持继电器的置位绕组通电，完成置位驱动，而当第一延时单元102充满电时，第一开关器件关断，则磁保持继电器的驱动绕组失电，置位驱动自动关闭，第一电源端VCC流入的电流通过第一放电单元103、第二二极管D2和第一二极管D1流出至接地端GND。同理，当给第二电源端VEE和接地端GND之间通上正向电源时，第二延时单元105被设置为在上电瞬间的输出电压能够控制第二开关器件导通，并且在充满电时的输出电压能够控制第二开关器件关断。在上电瞬间，通过第二开关器件和第一二极管D1，磁保持继电器的复位绕组通电，完成复位驱动，而当第二延时单元105充满电时，第二开关器件关断，则磁保持继电器的复位绕组失电，复位驱动自动关闭，第二电源端VEE流入的电流通过第二放电单元106、第四二极管D4和第一二极管D1流出至接地端GND。

应用于单线圈磁保持继电器的驱动时，第一驱动输出端DRV1与第三驱动输出端DRV3之间连接驱动绕组。当给第一电源端VCC和第二电源端VEE之间通上正电源时，第一延时单元102被设置为在上电瞬间的输出电压能够控制第一开关器件导通，并且在充满电时的输出电压能够控制第一开关器件关断。在上电瞬间，通过第一开关器件和第二续流二极管，磁保持继电器的驱动绕组正向通电，完成置位驱动，而当第一延时单元102充满电时，第一开关器件关断，则磁保持继电器的驱动绕组失电，置位驱动自动关闭，第一电源端VCC流入的电流通过第一放电单元103和第三二极管D3流出至第二电源端VEE。同理，当给第一电源端VCC和第二电源端VEE之间通上负电源时，第二延时单元105被设置为在上电瞬间的输出电压能够控制第二开关器件导通，并且在充满电时的输出电压能够控制第二开关器件关断。在上电瞬间，通过第二开关器件和第一续流二极管，磁保持继电器的驱动绕组负向通电，完成复位驱动，而当第二延时单元105充满电时，第二开关器件关断，则磁保持继电器的驱动绕组失电，复位驱动自动关闭，第二电源端VEE流入的电流通过第二放电单元106和第五二极管D5流出至第一电源端VCC。

由此可见，本发明实施例仅需在电源端通入直流电就可完成磁保持继电器的驱动，无需另加控制线路，且磁保持继电器驱动绕组只在本电路设定的驱动时间(即第一延时单元102或第二延时单元105的充电时间)里通电，从而保护了继电器，因此，外部供电时无需考虑脉冲宽度，可以保持长时间通电也不会损坏继电器，提高了磁保持继电器的可靠性和使用的便捷性。

作为一种改进实施例，在上述实施例的基础上，参见图2，第一开关器件为第一P沟道MOS管Q1，第一P沟道MOS管Q1源极连接第一电源端VCC，第一P沟道MOS管Q1漏极连接第一驱动输出端DRV1，第一延时单元102包括第一电阻R1和第一电容C1，第一电阻R1的第一端作为第一延时单元102的电源端，第一电阻R1的第二端连接第一电容C1的第一端和第一P沟道MOS管Q1栅极，第一电容C1的第二端作为第一延时单元102的地端；第二开关器件为第二P沟道MOS管Q2，第二P沟道MOS管Q2源极连接第二电源端VEE，第二P沟道MOS管Q2漏极连接第三驱动输出端DRV3，第二延时单元105包括第二电阻R2和第二电容C2，第二电阻R2的第一端作为第二延时单元105的电源端，第二电阻R2的第二端连接第二电容C2的第一端和第二P沟道MOS管Q2栅极，第二电容C2的第二端作为第二延时单元105的地端。

具体地，应用于双线圈磁保持继电器的驱动时，实际电路如图3所示，第一驱动输出端DRV1与第二驱动输出端DRV2之间连接第一线圈，例如为置位绕组，第二驱动输出端DRV2和第三驱动输出端DRV3之间连接第二线圈，例如为复位绕组。当给第一电源端VCC和接地端GND之间通上正向电源时，以12V为例，第一电源端VCC为+12V，接地端GND为0V，因为第一电容C1初始状态的电压为0V，第一P沟道MOS管Q1的栅极和源极间为-12V电压，满足导通条件，第一P沟道MOS管Q1导通，驱动电流从第一电源端VCC经第一P沟道MOS管Q1流入磁保持继电器的置位绕组，并经第一二极管D1流回接地端GND。随后，第一电容C1通过第一电阻R1、第二二极管D2和第一二极管D1构成的回路逐渐被充电至第一电源端VCC电压，第一P沟道MOS管Q1的栅极和源极间电压逐渐上升至门限电压Vth(约-3V左右)，并进一步上升到0V，第一P沟道MOS管Q1则随着其栅极和源极间电压升到门限电压Vth后进行关断，从而实现了磁保持继电器置位驱动电压的自动延时关断。这一延时可以通过第一电阻R1的阻值和第一电容C1的容值进行设定。即使输入端一直施加12V电压，磁保持继电器的置位驱动绕组也只在本电路设定的驱动时间里通电。

同理，当给第二电源端VEE和接地端GND之间通上正向电源时，以12V为例，第二电源端VEE为+12V，接地端GND为0V，因为第二电容C2初始状态的电压为0V，第二P沟道MOS管Q2的栅极和源极间为-12V电压，满足导通条件，第二P沟道MOS管Q2导通，驱动电流从第二电源端VEE经第二P沟道MOS管Q2流入磁保持继电器的复位绕组，并经第一二极管D1流回接地端GND。随后，第二电容C2通过第二电阻R2、第四二极管D4和第一二极管D1构成的回路逐渐被充电至第二电源端VEE电压，第二P沟道MOS管Q2的栅极和源极间电压逐渐上升至门限电压Vth(约-3V左右)，并进一步上升到0V，第二P沟道MOS管Q2则随着其栅极和源极间电压升到门限电压Vth后进行关断，从而实现了磁保持继电器复位驱动电压的自动延时关断。这一延时可以通过第二电阻R2的阻值和第二电容C2的容值进行设定。即使输入端一直施加12V电压，磁保持继电器的复位驱动绕组也只在本电路设定的驱动时间里通电。

应用于单线圈磁保持继电器的驱动时，实际电路如图4所示，第一驱动输出端DRV1与第三驱动输出端DRV3之间连接驱动绕组。当给第一电源端VCC和第二电源端VEE之间通上正电源时，以12V为例，第一电源端VCC为+12V，第二电源端VEE为0V，由于第一电容C1初始状态的电压为0V，第一P沟道MOS管Q1的栅极和源极间为-12V电压，满足导通条件，第一P沟道MOS管Q1导通，驱动电流从第一电源端VCC经第一P沟道MOS管Q1正向流入磁保持继电器的驱动绕组，并经第二续流二极管流回第二电源端VEE。第一电容C1通过第一电阻R1、第三二极管D3和第一二极管D1构成的回路逐渐被充电至第一电源端VCC电压，第一P沟道MOS管Q1的栅极和源极间电压逐渐上升至门限电压Vth(约-3V左右)，并进一步上升到0V，第一P沟道MOS管Q1则随着其栅极和源极间电压升到门限电压Vth后进行关断，从而实现了磁保持继电器置位驱动电压的自动延时关断。整个过程在第一驱动输出端DRV1与第三驱动输出端DRV3之间形成一个正向脉冲驱动电压。脉冲的宽度可以通过第一电阻R1的阻值和第一电容C1的容值进行设定。

同理，当给第一电源端VCC和第二电源端VEE之间通上负电源时，以12V为例，第二电源端VEE为+12V，第一电源端VCC为0V，由于第二电容C2初始状态的电压为0V，第二P沟道MOS管Q2的栅极和源极间为-12V电压，满足导通条件，第二P沟道MOS管Q2导通，驱动电流从第二电源端VEE经第二P沟道MOS管Q2负向流入磁保持继电器的驱动绕组，并经第一续流二极管流回第一电源端VCC。第二电容C2通过第二电阻R2、第五二极管D5和第一二极管D1构成的回路逐渐被充电至第二电源端VEE电压，第二P沟道MOS管Q2的栅极和源极间电压逐渐上升至门限电压Vth(约-3V左右)，并进一步上升到0V，第二P沟道MOS管Q2则随着其栅极和源极间电压升到门限电压Vth后进行关断，从而实现了磁保持继电器复位驱动电压的自动延时关断。整个过程在第一驱动输出端DRV1与第三驱动输出端DRV3之间形成一个负向脉冲驱动电压。脉冲的宽度可以通过第二电阻R2的阻值和第二电容C2的容值进行设定。

作为一种改进实施例，在上述实施例的基础上，参见图2，第一放电单元103为第三电阻R3，第二放电单元106为第四电阻R4。

进一步地，参见图2，第三电阻R3的第一端连接第一电阻R1的第一端，第三电阻R3的第二端连接第一电容C1的第二端，第四电阻R4的第一端连接第二电阻R2的第一端，第四电阻R4的第二端连接第二电容C2的第二端。

具体地，当第一P沟道MOS管Q1关断时，电路通过第三电阻R3续流；当第二P沟道MOS管Q2关断时，电路通过第四电阻R4续流。

作为另一种备选实施方案(在图2中没有示出)，第三电阻R3的第一端连接第一电容C1的第一端，第三电阻R3的第二端连接第一电容C1的第二端，第四电阻R4的第一端连接第二电容C2的第一端，第四电阻R4的第二端连接第二电容C2的第二端。

具体地，当第一P沟道MOS管Q1关断时，电路通过第一电阻R1和第三电阻R3续流；当第二P沟道MOS管Q2关断时，电路通过第二电阻R2和第四电阻R4续流。

作为一种改进实施例，在上述实施例的基础上，参见图2，第一续流二极管为第一P沟道MOS管Q1内的体二极管，第二续流二极管为第二P沟道MOS管Q2内的体二极管。

当然，本发明还可有其它多种实施方式，基于本实施方式，本领域的普通技术人员在没有做出任何创造性劳动的前提下所获得其他实施方式，都属于本发明所保护的范围。

Claims (6)

1.一种磁保持继电器驱动电路，其特征在于，包括第一开关单元(101)、第一延时单元(102)、第一放电单元(103)、第二开关单元(104)、第二延时单元(105)、第二放电单元(106)、第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)、第四二极管(D4)和第五二极管(D5)，电路设有第一电源端(VCC)、第二电源端(VEE)、接地端(GND)、第一驱动输出端(DRV1)、第二驱动输出端(DRV2)和第三驱动输出端(DRV3)；所述第一开关单元(101)的两端分别连接所述第一电源端(VCC)和所述第一驱动输出端(DRV1)，所述第一开关单元(101)包括第一开关器件和与所述第一开关器件并联的第一续流二极管，所述第一续流二极管阳级连接所述第一驱动输出端(DRV1)，所述第一续流二极管阴极连接所述第一电源端(VCC)，所述第一延时单元(102)的电源端连接所述第一电源端(VCC)，所述第一延时单元(102)的地端连接所述第二二极管(D2)阳极和所述第三二极管(D3)阳极，所述第一延时单元(102 )的电压输出端连接所述第一开关器件的控制端，所述第三二极管(D3)阴极连接所述第二电源端(VEE)，所述第一放电单元(103)分别与所述第一电源端(VCC)和所述第一延时单元(102)耦接；所述第二开关单元(104)的两端分别连接所述第二电源端(VEE)和所述第三驱动输出端(DRV3)，所述第二开关单元(104)包括第二开关器件和与所述第二开关器件并联的第二续流二极管，所述第二续流二极管阳级连接所述第三驱动输出端(DRV3)，所述第二续流二极管阴极连接所述第二电源端(VEE)，所述第二延时单元(105)的电源端连接所述第二电源端(VEE)，所述第二延时单元(105)的地端连接所述第四二极管(D4)阳极和所述第五二极管(D5)阳极，所述第二延时单元(105)的电压输出端连接所述第二开关器件的控制端，所述第五二极管(D5)阴极连接所述第一电源端(VCC)，所述第二放电单元(106)分别与所述第二电源端(VEE) 和所述第二延时单元(105)耦接；所述第二驱动输出端(DRV2)连接所述第二二极管(D2)阴极、所述第四二极管(D4)阴极和所述第一二极管(D1)阳极，所述第一二极管(D1)阴极连接所述接地端(GND)。

2.如权利要求1所述的一种磁保持继电器驱动电路，其特征在于，所述第一开关器件为第一P沟道MOS管(Q1)，所述第一P沟道MOS管(Q1)源极连接所述第一电源端(VCC)，所述第一P沟道MOS管(Q1)漏极连接所述第一驱动输出端(DRV1)，所述第一延时单元(102)包括第一电阻(R1)和第一电容(C1)，所述第一电阻(R1)的第一端作为所述第一延时单元(102)的电源端，所述第一电阻(R1)的第二端连接所述第一电容(C1)的第一端和所述第一P沟道MOS管(Q1)栅极，所述第一电容(C1)的第二端作为所述第一延时单元(102)的地端；所述第二开关器件为第二P沟道MOS管(Q2)，所述第二P沟道MOS管(Q2)源极连接所述第二电源端(VEE)，所述第二P沟道MOS管(Q2)漏极连接所述第三驱动输出端(DRV3)，所述第二延时单元(105)包括第二电阻(R2)和第二电容(C2)，所述第二电阻(R2)的第一端作为所述第二延时单元(105)的电源端，所述第二电阻(R2)的第二端连接所述第二电容(C2)的第一端和所述第二P沟道MOS管(Q2)栅极，所述第二电容(C2)的第二端作为所述第二延时单元(105)的地端。

3.如权利要求2所述的一种磁保持继电器驱动电路，其特征在于，所述第一放电单元(103)为第三电阻(R3)，所述第二放电单元(106)为第四电阻(R4)。

4.如权利要求3所述的一种磁保持继电器驱动电路，其特征在于，所述第三电阻(R3)的第一端连接所述第一电阻(R1)的第一端，所述第三电阻(R3)的第二端连接所述第一电容(C1)的第二端，所述第四电阻(R4)的第一端连接所述第二电阻(R2)的第一端，所述第四电阻(R4)的第二端连接所述第二电容(C2)的第二端。

5.如权利要求3所述的一种磁保持继电器驱动电路，其特征在于，所述第三电阻(R3)的第一端连接所述第一电容(C1)的第一端，所述第三电阻(R3)的第二端连接所述第一电容(C1)的第二端，所述第四电阻(R4)的第一端连接所述第二电容(C2)的第一端，所述第四电阻(R4)的第二端连接所述第二电容(C2)的第二端。

6.如权利要求2所述的一种磁保持继电器驱动电路，其特征在于，所述第一续流二极管为所述第一P沟道MOS管(Q1)内的体二极管，所述第二续流二极管为所述第二P沟道MOS管(Q2)内的体二极管。

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