CN113410098B - 一种继电器的安全驱动电路 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种继电器的安全驱动电路，包括：信号转换单元，用于将周期方波信号转换为高电平信号；与信号转换单元连接的延迟充电单元，用于在信号转换单元输出高电平信号后开始充电；控制端与延迟充电单元连接的第一开关单元，在延迟充电单元充电完成后由闭合态切换为关断态；与第一开关单元并联的分压电阻，驱动电源经并联的第一开关单元和分压电阻后与继电器的线圈正端连接；控制端与信号转换单元的输出端连接的第二开关单元，继电器的线圈负端经第二开关单元接地；第二开关单元在信号转换单元输出高电平信号后由关断态切换为闭合态。本申请在实现继电器低功耗运行切换的基础上，有效提高了继电器的启动安全性和对处理器的利用率。

Description

一种继电器的安全驱动电路

技术领域

本申请涉及电力驱动技术领域，特别涉及一种继电器的安全驱动电路。

背景技术

目前，轨道交通供电系统中经常会使用到继电器设备，而继电器的低功耗运行是当前的一种重要研究方向，具有节能降耗控本的重要意义。特别是一些在高压环境下工作的大功率继电器，或者是在一些需要大量使用继电器的电力切换控制场景中。

相关技术中在解决继电器降耗问题时，往往不具备足够的安全保障。一旦处理器发生死机、程序跑飞等问题，很可能会造成继电器意外得电动作，造成危险输出，严重时甚至会酿成危险行车事故。此外，相关技术中往往还需要使用额外的驱动信号或者控制信号来帮助继电器降耗，而多信号的使用无疑降低了系统的使用效率，并增加了出错几率。

鉴于此，提供一种解决上述技术问题的方案，已经是本领域技术人员所亟需关注的。

发明内容

本申请的目的在于提供一种继电器的安全驱动电路，以便安全有效地启动继电器，并实现继电器的降功耗运行控制。

为解决上述技术问题，，本申请公开了一种继电器的安全驱动电路，包括：

信号转换单元，用于将接收到的周期方波信号转换为高电平信号并输出；

与所述信号转换单元的输出端连接的延迟充电单元，用于在所述信号转换单元输出高电平信号后开始充电；

控制端与所述延迟充电单元连接的第一开关单元，所述第一开关单元在所述延迟充电单元充电完成后由闭合态切换为关断态；

与所述第一开关单元并联的分压电阻，驱动电源经并联的所述第一开关单元和所述分压电阻后与所述继电器的线圈正端连接；

控制端与所述信号转换单元的输出端连接的第二开关单元，所述继电器的线圈负端经所述第二开关单元接地；所述第二开关单元在所述信号转换单元输出高电平信号后由关断态切换为闭合态。

可选地，所述延迟充电单元包括串联的充电电容和第一电阻；所述充电电容的另一端与所述信号转换单元的输出端连接，所述第一电阻的另一端与所述第一开关单元的控制端连接。

可选地，所述第一开关单元包括第一开关管、第二开关管、第二电阻、第三电阻、第四电阻；所述第一开关管低电平开通，所述第二开关管高电平开通；

所述第一开关管的输出端接地，控制端与所述第一电阻连接，输入端与所述第三电阻的第一端连接；所述第二电阻并联在所述第一开关管的控制端与地线之间；所述第三电阻的第二端与所述第二开关管的控制端连接；所述第二开关管的输入端连接所述驱动电源，输出端与所述继电器的线圈正端连接；所述第四电阻并联在所述第二开关管的控制端与输入端之间；所述分压电阻并联在所述第二开关管的输入端与输出端之间。

可选地，所述第一开关管为NPN型三极管或者P型MOS管；所述第二开关管为PNP型三极管或者N型MOS管。

可选地，所述第二开关单元包括第三开关管、第五电阻、第六电阻；所述第三开关管低电平开通；

所述第三开关管的输入端与所述继电器的线圈负端连接，输出端接地；所述第五电阻的第一端与所述信号转换单元的输出端连接，第二端与所述第三开关管的控制端连接；所述第六电阻并联在所述第三开关管的控制端与地线之间。

可选地，所述第二开关单元还包括第二电容，所述第二电容与所述第六电阻并联。

可选地，所述第三开关管为NPN型三极管或者P型MOS管。

可选地，还包括：

续流二极管，所述续流二极管的阳极与所述继电器的线圈负端连接，阴极与所述继电器的线圈正端连接。

可选地，所述分压电阻的阻值与所述继电器的线圈阻值相等。

可选地，所述分压电阻包括并联的多个电阻。

本申请所提供的继电器的安全驱动电路包括：信号转换单元，用于将接收到的周期方波信号转换为高电平信号并输出；与所述信号转换单元的输出端连接的延迟充电单元，用于在所述信号转换单元输出高电平信号后开始充电；控制端与所述延迟充电单元连接的第一开关单元，所述第一开关单元在所述延迟充电单元充电完成后由闭合态切换为关断态；与所述第一开关单元并联的分压电阻，驱动电源经并联的所述第一开关单元和所述分压电阻后与所述继电器的线圈正端连接；控制端与所述信号转换单元的输出端连接的第二开关单元，所述继电器的线圈负端经所述第二开关单元接地；所述第二开关单元在所述信号转换单元输出高电平信号后由关断态切换为闭合态。

本申请所提供的继电器的安全驱动电路所具有的有益效果是：本申请利用只针对特定周期方波信号工作的信号转换单元，可以有效避免因处理器死机而造成继电器危险输出的情况，有效提高了继电器的启动安全性。同时，本申请无需增加使用额外的驱动信号，在实现继电器低功耗运行切换的基础上有效提高了处理器的利用率，进而提升了产品经济效益。

附图说明

为了更清楚地说明现有技术和本申请实施例中的技术方案，下面将对现有技术和本申请实施例描述中需要使用的附图作简要的介绍。当然，下面有关本申请实施例的附图描述的仅仅是本申请中的一部分实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图，所获得的其他附图也属于本申请的保护范围。

图1为本申请实施例公开的一种继电器的安全驱动电路的结构框图；

图2为本申请实施例公开的又一种继电器的安全驱动电路的结构示意图。

具体实施方式

本申请的核心在于提供一种继电器的安全驱动电路，以便安全有效地启动继电器，并实现继电器的降功耗运行控制。

为了对本申请实施例中的技术方案进行更加清楚、完整地描述，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行介绍。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

当前，相关技术中继电器的驱动电路普遍存在有安全隐患，一旦处理器死机很可能会造成继电器的危险输出。鉴于此，本申请提供了一种继电器的安全驱动方案，可有效解决上述问题。

参见图1所示，本申请实施例公开了一种继电器的安全驱动电路，主要包括：

信号转换单元101，用于将接收到的周期方波信号转换为高电平信号并输出；

与信号转换单元101的输出端连接的延迟充电单元102，用于在信号转换单元101输出高电平信号后开始充电；

控制端与延迟充电单元102连接的第一开关单元103，第一开关单元103在延迟充电单元102充电完成后由闭合态切换为关断态；

与第一开关单元103并联的分压电阻R₀，驱动电源经并联的第一开关单元103和分压电阻R₀后与继电器的线圈正端连接；

控制端与信号转换单元101的输出端连接的第二开关单元104，继电器的线圈负端经第二开关单元104接地；第二开关单元104在信号转换单元101输出高电平信号后由关断态切换为闭合态。

需要指出的是，本申请实施例所提供的继电器的安全驱动电路中设置有信号转换单元101，其可以将特定的驱动信号——周期方波信号转换为高电平信号。也就是说，若处理器输入至该信号转换单元101的并非是特定周期方波信号，则该信号转换单元101便不能正常输出高电平，则后续电路也就不会进行动作输出。

其中，该信号转换单元101可具体基于具有相关转换功能的集成芯片及其外围电路而实现。例如，参见图2，图2为本申请实施例公开了一种继电器的安全驱动电路的电路示意图。在图2中，则具体采用了芯片74LVC1G123DP及其外围电路构成了信号转换单元101。

当然，本领域技术人员也可以利用各种分立元器件而自行搭建构成信号转换单元101。本申请对此并不进行限定。

延迟充电单元102主要利用的是电容的充电特性。具体地，电容需要经过一定时间的充电过程，才会输出足够高的电压，因此延迟充电单元102相当于是一个延时改变输出电压状态的环节。

第一开关单元103与分压电阻R₀并联后，串接在驱动电源与继电器线圈正端之间，继电器线圈负端在串接第二开关单元104后接地。如此，容易理解的是，当第一开关单元103、第二开关单元104均闭合时，由于分压电阻R₀被短路，驱动电源的电压独自加在继电器的线圈两端，此时，继电器线圈获得的是较高的动作电压，继电器可完成对应的动作。

而当第一开关单元103关断、第二开关单元104闭合时，分压电阻R₀被串接入电路中进行分压，驱动电源的部分电压加在继电器的线圈两端，此时，继电器线圈获得的是较低的维持电压，令继电器进入低功耗状态，达到降低功耗和减少发热的目的。

其中，第一开关单元103和第二开关单元104的通断均直接或间接由信号转换单元101的输出信号控制。具体地，当信号转换单元101输出高电平信号后延迟充电单元102开始充电，此时，由于延迟充电单元102尚未充电完成，第一开关单元103为闭合态，分压电阻R₀被短路；同时，第二开关单元104因信号转换单元101输出的高电平信号而闭合，由此，继电器因线圈获得了动作电压而动作。

当延迟充电单元102充电完成后，第一开关单元103切换为关断态，分压电阻R₀被接入电路，而第二开关单元104依旧为闭合态，由此，继电器因线圈获得了维持电压而进入低功耗状态。

需要说明的是，在另外的一些实施例中，本领域技术人员也可将信号转换单元101设计为具体将特定周期方波信号转换为低电平信号的电路，然后再在后接的电路中通过配合使用电平翻转等技术以达到与本申请类似的电路工作效果，本领域技术人员可根据需要而自行调整设计，本申请对此并不进行限定。

基于上述对工作原理的描述可知，本申请仅利用同一个信号(信号转换单元101的输出信号)便可解决继电器的低耗问题，有效提高了对处理器的利用率。并且，由于当处理器死机时所输出的信号只可能是高电平信号或者低电平信号，而不可能是特定周期方波信号，此时本申请中的信号转换单元101便不会正常输出高电平信号引发后续继电器电路动作，因此，本申请可以有效保障继电器的安全启动，避免危险输出，确保继电器触点处于安全状态。

可见，本申请所提供的继电器的安全驱动电路，利用只针对特定周期方波信号工作的信号转换单元101，可以有效避免因处理器死机而造成继电器危险输出的情况，有效提高了继电器的启动安全性。同时，本申请无需增加使用额外的驱动信号，在实现继电器低功耗运行切换的基础上有效提高了处理器的利用率，进而提升了产品经济效益。

作为一种具体实施例，参见图2，本申请实施例所提供的继电器的安全驱动电路在上述内容的基础上，延迟充电单元102包括串联的充电电容和第一电阻R1；充电电容的另一端与信号转换单元101的输出端连接，第一电阻R1的另一端与第一开关单元103的控制端连接。

具体地，基于电容充电特性，电容充电所需时间为第一电阻R1阻值与充电电容容值的乘积，本领域技术人员可以根据需要而选择合适的器件参数来调整充电时间。

作为一种具体实施例，参见图2，本申请实施例所公开的继电器的安全驱动电路在上述内容的基础上，第一开关单元103包括第一开关管Q₁、第二开关管Q₂、第二电阻R₂、第三电阻R₃、第四电阻R₄；第一开关管Q₁低电平开通，第二开关管Q₂高电平开通；

第一开关管Q₁的输出端接地，控制端与第一电阻R₁连接，输入端与第三电阻R₃的第一端连接；第二电阻R₂并联在第一开关管Q₁的控制端与地线之间；第三电阻R₃的第二端与第二开关管Q₂的控制端连接；第二开关管Q₂的输入端连接驱动电源，输出端与继电器的线圈正端连接；第四电阻R₄并联在第二开关管Q₂的控制端与输入端之间；分压电阻R₀并联在第二开关管Q₂的输入端与输出端之间。

作为一种具体实施例，本申请实施例所提供的继电器的安全驱动电路在上述内容的基础上，第一开关管Q₁为NPN型三极管或者P型MOS(Metal-Oxide-Semiconductor，金氧半场效晶体)管；第二开关管Q₂为PNP型三极管或者N型MOS管。其中，图2中所具体使用的开关管均为三极管。

需要说明的是，在图2所示的电路结构实施例中，第一开关管Q₁需要是一个低电平开通的开关管，而第二开关管Q₂需要是一个高电平开通的开关管。容易理解的是，本领域技术人员也可以通过类比和电路结构调整，而得到其他种第一开关单元103的电路实现方式，并根据需要而调整使用高低电平开通的开关管，本申请对此并不进行限定。

作为一种具体实施例，参见图2，本申请实施例所提供的继电器的安全驱动电路在上述内容的基础上，第二开关单元104包括第三开关管Q₃、第五电阻R₅、第六电阻R₆；第三开关管Q₃低电平开通；

第三开关管Q₃的输入端与继电器的线圈负端连接，输出端接地；第五电阻R₅的第一端与信号转换单元101的输出端连接，第二端与第三开关管Q₃的控制端连接；第六电阻R₆并联在第三开关管Q₃的控制端与地线之间。

作为一种具体实施例，参见图2，本申请实施例所提供的继电器的安全驱动电路在上述内容的基础上，第二开关单元104还包括第二电容C₂，第二电容C₂与第六电阻R₆并联。

作为一种具体实施例，本申请实施例所提供的继电器的安全驱动电路在上述内容的基础上，第三开关管Q₃为NPN型三极管或者P型MOS管。

类似地，在图2所示的电路结构实施例中，第三开关管Q₃需要是一个低电平开通的开关管。容易理解的是，本领域技术人员也可以通过类比和电路结构调整，而得到其他种第二开关单元104的电路实现方式，并根据需要而调整使用高电平开通的开关管，本申请对此并不进行限定。

作为一种具体实施例，参见图2，本申请实施例所提供的继电器的安全驱动电路在上述内容的基础上，还包括：

续流二极管D，续流二极管D的阳极与继电器的线圈负端连接，阴极与继电器的线圈正端连接。

作为一种具体实施例，本申请实施例所提供的继电器的安全驱动电路在上述内容的基础上，分压电阻R₀的阻值与继电器的线圈阻值相等。

具体地，当分压电阻R₀被短路而未进行分压时，继电器的工作功耗P₁为：

其中，U_e为驱动电源的电压；R_r为继电器的线圈内阻。

当分压电阻R₀被接入电路而进行分压时，继电器的功耗P₂为：

由于继电器所需的维持电压通常为启动电压的1/2，由此，可令分压电阻R₀的阻值与继电器的线圈阻值相等，即R₀＝R_r，如此便可得到，继电器低功耗时的功率为原工作功耗的1/4，可有效节能降耗：

作为一种具体实施例，参见图2，本申请实施例所提供的继电器的安全驱动电路在上述内容的基础上，分压电阻R₀包括并联的多个电阻。具体地，由于并联后的阻值小于其中任何一个电阻阻值，因此在需要时可通过多个电阻并联的设置来得到所需要的阻值。

本申请中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的设备而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需说明的是，在本申请文件中，诸如“第一”和“第二”之类的关系术语，仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或者操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或者操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。此外，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本申请所提供的技术方案进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请的保护范围内。

Claims (10)

1.一种继电器的安全驱动电路，其特征在于，包括：

信号转换单元，用于将接收到的周期方波信号转换为高电平信号并输出；

与所述信号转换单元的输出端连接的延迟充电单元，用于在所述信号转换单元输出高电平信号后开始充电；

控制端与所述延迟充电单元连接的第一开关单元，所述第一开关单元在所述延迟充电单元充电完成后由闭合态切换为关断态；

与所述第一开关单元并联的分压电阻，驱动电源经并联的所述第一开关单元和所述分压电阻后与所述继电器的线圈正端连接；

控制端与所述信号转换单元的输出端连接的第二开关单元，所述继电器的线圈负端经所述第二开关单元接地；所述第二开关单元在所述信号转换单元输出高电平信号后由关断态切换为闭合态。

2.根据权利要求1所述的安全驱动电路，其特征在于，所述延迟充电单元包括串联的充电电容和第一电阻；所述充电电容的另一端与所述信号转换单元的输出端连接，所述第一电阻的另一端与所述第一开关单元的控制端连接。

3.根据权利要求2所述的安全驱动电路，其特征在于，所述第一开关单元包括第一开关管、第二开关管、第二电阻、第三电阻、第四电阻；所述第一开关管低电平开通，所述第二开关管高电平开通；

所述第一开关管的输出端接地，控制端与所述第一电阻连接，输入端与所述第三电阻的第一端连接；所述第二电阻并联在所述第一开关管的控制端与地线之间；所述第三电阻的第二端与所述第二开关管的控制端连接；所述第二开关管的输入端连接所述驱动电源，输出端与所述继电器的线圈正端连接；所述第四电阻并联在所述第二开关管的控制端与输入端之间；所述分压电阻并联在所述第二开关管的输入端与输出端之间。

4.根据权利要求3所述的安全驱动电路，其特征在于，所述第一开关管为NPN三极管或者PMOS管；所述第二开关管为PNP型三极管或者N型MOS管。

5.根据权利要求4所述的安全驱动电路，其特征在于，所述第二开关单元包括第三开关管、第五电阻、第六电阻；所述第三开关管低电平开通；

所述第三开关管的输入端与所述继电器的线圈负端连接，输出端接地；所述第五电阻的第一端与所述信号转换单元的输出端连接，第二端与所述第三开关管的控制端连接；所述第六电阻并联在所述第三开关管的控制端与地线之间。

6.根据权利要求5所述的安全驱动电路，其特征在于，所述第二开关单元还包括第二电容，所述第二电容与所述第六电阻并联。

7.根据权利要求6所述的安全驱动电路，其特征在于，所述第三开关管为NPN型三极管或者P型MOS管。

8.根据权利要求7所述的安全驱动电路，其特征在于，还包括：

续流二极管，所述续流二极管的阳极与所述继电器的线圈负端连接，阴极与所述继电器的线圈正端连接。

9.根据权利要求1至8任一项所述的安全驱动电路，其特征在于，所述分压电阻的阻值与所述继电器的线圈阻值相等。

10.根据权利要求9所述的安全驱动电路，其特征在于，所述分压电阻包括并联的多个电阻。

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