CN113782388B - 一种应用于电力行业产品的继电器开关缓冲电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于电力行业产品的继电器开关缓冲电路。本发明以继电器开关缓冲单元旁路继电器的强电触点，通过缓冲信号产生单元产生缓冲信号，通过继电器延时开关单元使得继电器延时闭合或延时断开。在继电器强电触点闭合或者断开的瞬间继电器开关缓冲单元都处于闭合状态。整个电路没有采用热敏电阻等耗能元件作为限流器件，而是利用MOS管的开关特性，将继电器的强电触点两端电压降低为接近零伏，真正实现零电压开通和关断，有效防止继电器开关状态出现的拉弧和触点粘连现象，有效提升继电器使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于电源管理领域，具体涉及一种应用于电力行业产品的继电器开关缓冲电路。
背景技术
在电力系统中，常通过继电器来连接输入和输出，尤其是在大功率场合，但是在继电器闭合和断开的过程中继电器的触点容易产生电弧，电弧具有热效应容易导致触点烧蚀粘接，缩短继电器的寿命，并且产生电弧的过程中会对外进行电磁辐射，对周围的设备产生干扰。所以在大功率场合使用的继电器中加入缓冲功能进行消弧是非常必要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种应用于电力行业产品的继电器开关缓冲电路，来抑制继电器在闭合或断开过程中产生的冲击电流和冲击电压，能够有效防止继电器开关状态出现的拉弧和触点粘连现象，提升继电器寿命。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种应用于电力行业产品的继电器开关缓冲电路，包括缓冲信号产生单元、继电器开关缓冲单元、继电器开关控制单元、继电器。
缓冲信号产生单元包括电阻R1、R2、R3、R4，三极管T1和T2，电容C1和C2，二极管D1和D2，非门V1和与非门V2，控制信号CTRL-IN与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端与三极管T1和T2的基极连接，三极管T1的集电极与电阻R3的一端和二极管D1的阴极连接，三极管T1的发射极与三极管T2的发射极、电容C1和C2的一端连接，电阻R2的一端与三极管T2的基极连接，另一端与三极管T2的集电极与输入接线端-VIN连接，电容C1的另一端与电阻R3的一端和二极管D1的阳极连接，并作为与非门V2的一个输入信号，电阻R4的一端和二极管D2的阳极连接至三极管T2的集电极，电容C2的另一端与电阻R4的上端和二极管D2的阴极连接作为非门V1的输入信号，非门V1的输出信号作为与非门的另一个输入信号；
继电器开关缓冲单元包括电阻R5、R6，电容C3以及MOS管VT1，电阻R5的一端与电阻R6和电容C3的上端以及MOS管VT1的栅极连接，输入接线端-VIN与电阻R6和电容C3的下端以及MOS管VT1的源极连接，MOS管VT1的漏极连接至输出；
继电器开关延时单元包括电阻R7、R8，电容C4以及MOS管VT2，电阻R7的一端连接至控制信号CTRL-IN，另一端连接至电容C4和电阻R8的上端以及MOS管VT2的栅极，电容C4的下端和电阻R8的下端连接至MOS管VT2的源极，MOS管VT2的源极与输入接线端-VIN连接，漏极与继电器的控制触点连接。
进一步地，继电器的控制信号逻辑发生变化的时候会触发缓冲信号产生单元产生一个缓冲信号，使得继电器开关缓冲单元在一段时间内处于闭合状态，继电器的强电触点在闭合或者断开时继电器开关缓冲单元都处于闭合状态，保证继电器的闭合和断开都是零电压状态，用于防止继电器开关状态出现的拉弧和触点粘连。通过继电器开关缓冲单元旁路继电器开关触点，在继电器开关控制信号到来的时候触发缓冲信号产生单元和继电器延时开关单元，缓冲信号产生单元在继电器延时闭合或者延时断开的时间内产生缓冲信号，将继电器强电触点两端的电压降低至接近为零，从而实现继电器的闭合和断开。
本发明的有益效果为：解决了继电器在大电流负载下开合所造成的触点粘连现象，解决了继电器在吸合和断开时产生的拉弧和触点粘连现象，提升继电器寿命。通过控制逻辑实现继电器的零电压开通和关断。不仅提高了防护的可靠性，而且提高了电路运行的效率。
附图说明
图1为本发明的电路结构框图；
图2为本发明的电路原理图；
图3为本发明的控制信号时序图。
具体实施方式
一种应用于电力行业产品的继电器开关缓冲电路，包括继电器、继电器开关缓冲单元、继电器延时开关单元、缓冲信号产生单元，所述控制信号与缓冲信号产生单元和继电器延时开关单元连接，缓冲信号产生单元的另一端与继电器开关缓冲单元连接。
当控制信号CTRL-IN经过缓冲信号产生单元时，在控制信号CTRL-IN的每个电平跳变时刻都会触发缓冲信号产生单元产生一段高电平脉冲。具体原理分析为，在当CTRL-IN为低电平时，A点也为低电平，B点为高电平，C点为低电平，D点为高电平，B点和D点经过与非门的逻辑转后可得E点为低电平。当CTRL-IN由低电平向高电平跳变即出现上升沿的时候，A点电位也从低电平跳变到高电平，B点电位通过二极管D1被钳位在VCC，电容C1通过二极管快速放电，由于电容C2上的电压为0，所以在A点电位出现电位跳变的时候C点也出现电位跳变，由低电平变成高电平，D点由高电平变为低电平，B和D做逻辑与非比较的E点为高电平。随着电容C2通过电阻R4充电，其上的电压不断升高C点的电压不断降低，当C点的电压降到非门V1的逻辑判断门限VOL之后D点电位由低电平变为高电平，E点电位由高电平变为低电平。当CTRL-IN由高电平向低电平跳变即出现下降沿的时候，A点电位也从高电平跳变到低电平，C点电位通过二极管D2被钳位在-Vin，D点电位仍为高电平，电容C2通过二极管D2快速放电，由于电容C1上的电压为0，所以在A点电位出现电位跳变的时候B点也出现电位跳变，由高电平变成低电平，B和D做逻辑与非比较得E点为高电平。随着电容C1通过电阻R3充电，其上的的电压不断升高B点的电压不断升高，当B点的电压升到与非门V2的逻辑判断门限VOH之后，E点电位由高电平变为低电平。
这样就可实现如图3所示的在CTRL-IN出现电位跳变即出现上升沿或下降沿的时候，CTRL-OUT都会在一段时间内持续高电平，控制MOS管VT1，实现对继电器的软开关控制。持续的时间可通过对应的电阻电容的时间常数进行调整。
当控制信号CTRL-IN通过继电器延时开关单元时，MOS管VT2的开关波形总是会比控制信号CTRL-IN延时一段时间，其延时时间可以通过调整电阻R8和电容C4的参数来调整。当CTRL-IN由低电平变为高电平的时候，MOS管VT2会延时于控制信号CTRL-IN后导通，在MOS管VT2导通的时候，MOS管VT1已经处于开通状态，这样就可实现继电器的零电压开通，当CTRL-IN由高电平变为低电平的时候，MOS管VT2延时关断，在MOS管VT2关断的时候，MOS管VT1仍处于导通状态，这样就可实现继电器的零电压关断，保证继电器在闭合和断开时不会产生拉弧和放电现象。
本发明的关键之处在于在继电器的控制信号逻辑发生变化的时候都会触发缓冲信号产生单元产生一个缓冲信号，使得继电器开关缓冲单元在一段时间内处于闭合状态，继电器的强电触点在闭合或者断开时继电器开关缓冲单元都处于闭合状态，保证继电器的闭合和断开都是零电压状态，有效防止继电器开关状态出现的拉弧和触点粘连现象，极大提升了继电器的使用寿命。
Claims (1)
1.一种应用于电力行业产品的继电器开关缓冲电路，其特征在于，包括缓冲信号产生单元、继电器开关缓冲单元、继电器开关控制单元、继电器，其中：
缓冲信号产生单元包括电阻R1、R2、R3、R4，三极管T1和T2，电容C1和C2，二极管D1和D2，非门V1和与非门V2，控制信号CTRL-IN与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端与三极管T1和T2的基极连接，三极管T1的集电极与电阻R3的一端和二极管D1的阴极连接，三极管T1的发射极与三极管T2的发射极、电容C1和C2的一端连接，电阻R2的一端与三极管T2的基极连接，另一端与三极管T2的集电极与输入接线端-VIN连接，电容C1的另一端与电阻R3的一端和二极管D1的阳极连接，并作为与非门V2的一个输入信号，电阻R4的一端和二极管D2的阳极连接至三极管T2的集电极，电容C2的另一端与电阻R4的另一端和二极管D2的阴极连接作为非门V1的输入信号，非门V1的输出信号作为与非门的另一个输入信号；
继电器开关缓冲单元包括电阻R5、R6，电容C3以及MOS管VT1，电阻R5的一端与电阻R6和电容C3的上端以及MOS管VT1的栅极连接，输入接线端-VIN与电阻R6和电容C3的下端以及MOS管VT1的源极连接，MOS管VT1的漏极连接至输出；
继电器开关延时单元包括电阻R7、R8，电容C4以及MOS管VT2，电阻R7的一端连接至控制信号CTRL-IN，另一端连接至电容C4和电阻R8的上端以及MOS管VT2的栅极，电容C4的下端和电阻R8的下端连接至MOS管VT2的源极，MOS管VT2的源极与输入接线端-VIN连接，漏极与继电器的控制触点连接；
继电器的控制信号逻辑发生变化的时候会触发缓冲信号产生单元产生一个缓冲信号，使得继电器开关缓冲单元在一段时间内处于闭合状态，继电器的强电触点在闭合或者断开时继电器开关缓冲单元都处于闭合状态，保证继电器的闭合和断开都是零电压状态，用于防止继电器开关状态出现的拉弧和触点粘连。
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