CN116666157A - 一种基于磁保持继电器的电源控制电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于磁保持继电器的电源控制电路，该电路包括双通道自复位带灯按键开关、MCU、继电器断开驱动电路、磁保持继电器、继电器闭合驱动电路、LED灯驱动电路。该基于磁保持继电器的电源控制电路通过双通道自复位带灯按键开关其中的一个通道直接通过继电器闭合驱动电路控制磁保持继电器闭合，当需要断开继电器时，MCU检测双通道自复位带灯按键开关的另一个通道闭合，MCU发送信号到继电器断开驱动电路控制继电器断开，继电器只在动作瞬间工作，避免长时间通电发热影响寿命，关机方式、电源指示灯可以通过MCU编程设置，对于有操作系统的设备，可设置成操作系统完全退出之后自动断电，避免因强制断电损坏操作系统。
Description
技术领域
本发明涉及电源控制技术领域，具体为一种基于磁保持继电器的电源控制电路。
背景技术
电源控制系统是所有用电设备必不可少的装置，传统的电源控制方式有船型开关、直键开关、MOS管、电磁继电器等，船型开关和直键开关过电流能力小，过电流能力大的体积也大，且受安装方式的原因，影响美观性；MOS管作为开关性元器件，过大电流时存在发热的问题，且MOS管本身存在漏电流，对于电池供电的设备，影响续航时间；普通电磁继电器在触点闭合时，线圈需要一直通电，长时间工作线圈发热影响寿命，且线圈一直消耗一部分电流，对于电池供电的设备，影响续航时间。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于磁保持继电器的电源控制电路，具备继电器只在动作瞬间工作，避免长时间通电发热影响寿命等优点，解决了上述技术问题。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于磁保持继电器的电源控制电路，包括顺序连接的双通道自复位带灯按键开关、MCU、继电器断开驱动电路、磁保持继电器、继电器闭合驱动电路和LED灯驱动电路；
所述双通道自复位带灯按键开关，内部包含一个按键同时控制两路的自复位按键开关和一个LED指示灯，其中一路按键开关常开端连接电源输入VIN，公共端连接继电器闭合驱动电路，另一路按键开关常开端接GND，公共端连接电阻R8的第一端子和MCU的输入IO即MCU_SW，所述电阻R8的第二端子接VCC，所述LED灯的阴极接GND；
所述MCU需要配置三个GPIO，其中两个配置成输出，即MCU_OFF、LED和一个配置成输入即MCU_SW，所述MCU_OFF连接至继电器断开驱动电路U1的2脚，所述LED连接至LED灯驱动电路的R13第一端；
所述继电器断开驱动电路，MCU的输出IO与光耦U1的2脚连接，所述光耦U1的1脚与电阻R1的第一端子连接，所述电阻R1的第二端子连接至VCC，所述光耦U1的第3脚接GND，所述光耦U1的第4脚分别与电阻R2的第一端子和MOS管Q1的G极相连，所述MOS管Q1的S极接电源输出VOUT，所述MOS管Q1的D极分别与电阻R3的第一端子和磁保持继电器K1的2脚相连，所述电阻R3的第二端子与发光二极管D3的阳极相连，所述发光二极管D3的阴极接GND；
所述磁保持继电器K1的5脚与二极管D1、D2的阳极连接并接地，所述二极管D1的阴极与K1的2脚连接，所述二极管D2的阴极与K1的1脚连接；
所述继电器闭合驱动电路，双通道自复位带灯按键开关其中一路的公共端连接二极管D5的阳极和MOS管Q2的S极，所述二极管D5的阴极接电阻R6的第一端，所述电阻R6的第二端分别与电容C1第一端、电阻R4的第一端、MOS管G极和电阻R5的第一端相连，所述电阻R4的第二端接地，所述电容C1的第二端接地，所述电阻R5的第二端与二极管D4的阴极相连，所述二极管D4的阳极接电源输出VOUT；
所述MOS管Q2的D极分别与电阻R7的第一端子和磁保持继电器K1的1脚相连，所述电阻R7的第二端子与发光二极管D6的阳极相连，所述发光二极管D6的阴极接GND；
所述LED灯驱动电路，R13的第二端连接至三极管Q3的基极B，所述三极管Q3的集电极C连接至VCC，所述三极管Q3的发射极E连接至电阻R12的第一端，所述R14的第二端连接至双通道自复位带灯按键开关的LED阳极。
作为本发明的优选技术方案，所述MOS管QI与Q2为P型场效应管。
作为本发明的优选技术方案，所述三极管Q3为NPN型三极管S8050。
作为本发明的优选技术方案，所述磁保持继电器为HFE10-2/12-HT-L2-R。
作为本发明的优选技术方案，所述MCU为C8051F410型单片机。
与现有技术相比，本发明提供了一种基于磁保持继电器的电源控制电路，具备以下有益效果：
本发明通过电磁阀闭合驱动电路待机时不消耗任何电流，对于电池供电设备，不影响续航时间；双通道自复位带灯按键开关的外形尺寸，指示灯颜色，指示灯点亮方式，安装位置等任意可调，大大增加了实用性与美观性；可以用低电压小电流控制高电压大电流的设备；磁保持继电器从断开到再次闭合可设置间隔时间，防止误操作导致的继电器误动作，继电器断开触发方式灵活，可通过MCU编程实现轻触按键后，再次确认的方式断开继电器，长按按键强制断开继电器，上位机退出操作系统后自动断开继电器等方式，以保证继电器只在动作瞬间工作，避免长时间通电发热影响寿命。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明电路原理示意图；
图3为本发明MCU电路原理示意图。
其中：1、双通道自复位带灯按键开关；2、MCU；3、继电器断开驱动电路；4、磁保持继电器；5、继电器闭合驱动电路；6、LED灯驱动电路。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图1-3，一种基于磁保持继电器的电源控制电路，包括顺序连接的双通道自复位带灯按键开关1、MCU2、继电器断开驱动电路3、磁保持继电器4、继电器闭合驱动电路5和LED灯驱动电路6；
双通道自复位带灯按键开关1，内部包含一个按键同时控制两路的自复位按键开关和一个LED指示灯，其中一路按键开关常开端连接电源输入VIN，公共端连接继电器闭合驱动电路5，另一路按键开关常开端接GND，公共端连接电阻R8的第一端子和MCU2的输入IO即MCU_SW，电阻R8的第二端子接VCC，LED灯的阴极接GND；
MCU需要配置三个GPIO，其中两个配置成输出，即MCU_OFF、LED和一个配置成输入即MCU_SW，MCU_OFF连接至继电器断开驱动电路3U1的2脚，LED连接至LED灯驱动电路6的R13第一端；
继电器断开驱动电路3，MCU2的输出IO与光耦U1的2脚连接，光耦U1的1脚与电阻R1的第一端子连接，电阻R1的第二端子连接至VCC，光耦U1的第3脚接GND，光耦U1的第4脚分别与电阻R2的第一端子和MOS管Q1的G极相连，MOS管Q1的S极接电源输出VOUT，MOS管Q1的D极分别与电阻R3的第一端子和磁保持继电器4K1的2脚相连，电阻R3的第二端子与发光二极管D3的阳极相连，发光二极管D3的阴极接GND；
磁保持继电器4K1的5脚与二极管D1、D2的阳极连接并接地，二极管D1的阴极与K1的2脚连接，二极管D2的阴极与K1的1脚连接；
继电器闭合驱动电路5，双通道自复位带灯按键开关1其中一路的公共端连接二极管D5的阳极和MOS管Q2的S极，二极管D5的阴极接电阻R6的第一端，电阻R6的第二端分别与电容C1第一端、电阻R4的第一端、MOS管G极和电阻R5的第一端相连，电阻R4的第二端接地，电容C1的第二端接地，电阻R5的第二端与二极管D4的阴极相连，二极管D4的阳极接电源输出VOUT；
MOS管Q2的D极分别与电阻R7的第一端子和磁保持继电器4K1的1脚相连，电阻R7的第二端子与发光二极管D6的阳极相连，发光二极管D6的阴极接GND；
LED灯驱动电路6，R13的第二端连接至三极管Q3的基极B，三极管Q3的集电极C连接至VCC，三极管Q3的发射极E连接至电阻R12的第一端，R14的第二端连接至双通道自复位带灯按键开关1的LED阳极。
当磁保持继电器4处于断开状态下，按下双通道自复位带灯按键开关1，此时该按键开关的两路开关同时闭合，由于VOUT没有输出，继电器断开驱动电路3不会工作。而继电器闭合驱动电路5中的P型场效应管Q2的G极由于电容C1两端电压不会突变的原因，导致Q2的G极为低电平，当按下按键开关时，Q2的S极有电压，且Q2的S极与D极处于导通状态，磁保持继电器4K1的1脚有电压，继电器动作并保持在闭合状态，此时的超快恢复二极管D2的作用是防止继电器动作时产生的反向电动势击穿MOS管。
当磁保持继电器4K1处于闭合状态时，VOUT有输出电压，P型场效应管Q2的G极通过二极管D4与电阻R5上拉至接近VOUT电压，并对电容C1进行充电。此时MOS管Q2处于截止状态，再次按下双通道自复位带灯按键开关1时继电器闭合驱动电路5也不会工作，避免继电器闭合线圈再次通电发热。
当磁保持继电器4K1处于闭合状态时，VOUT有输出电压，MCU2与继电器断开驱动电路3正常工作，当MCU2检测到双通道自复位带灯按键开关1按下时，或带有操作系统的上位机完全退出系统后给MCU2发送关机指令时，MCU2给光耦U1的2脚输出低电平，P型场效应管Q1的G极电平由高电平变为低电平，Q1的S极与D极处于导通状态，磁保持继电器4K1的2脚有电压，继电器动作并保持在断开状态，此时的超快恢复二极管D1的作用是防止继电器动作时产生的反向电动势击穿MOS管。
当磁保持继电器4K1由闭合转为断开状态时，电容C1开始对R4进行放电，直至电容C1放电至MOS管Q2的Gate threshold voltage电压时，按下双通道自复位带灯按键开关1，继电器闭合驱动电路5才能工作，继电器才能再次闭合。
放电时间取决于电容C1容值、电阻R4阻值、VIN的电压以及MOS管Q2的Gatethreshold voltage电压的大小，根据公式：其中t是放电时间，单位是秒，R为电阻，单位是欧姆，C是电容，单位是法拉，V1是初始电压，V0是最终电压，单位都为伏特。可计算出继电器由断开到再次闭合所间隔的时间，合理设计好时间，可避免继电器断开时误操作导致的继电器误动作。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.一种基于磁保持继电器的电源控制电路，其特征在于：包括顺序连接的双通道自复位带灯按键开关(1)、MCU(2)、继电器断开驱动电路(3)、磁保持继电器(4)、继电器闭合驱动电路(5)和LED灯驱动电路(6)；
所述双通道自复位带灯按键开关(1)，内部包含一个按键同时控制两路的自复位按键开关和一个LED指示灯，其中一路按键开关常开端连接电源输入VIN，公共端连接继电器闭合驱动电路(5)，另一路按键开关常开端接GND，公共端连接电阻R8的第一端子和MCU(2)的输入IO即MCU_SW，所述电阻R8的第二端子接VCC，所述LED灯的阴极接GND；
所述MCU(2)需要配置三个GPIO，其中两个配置成输出，即MCU_OFF、LED和一个配置成输入即MCU_SW，所述MCU_OFF连接至继电器断开驱动电路(3)U1的2脚，所述LED连接至LED灯驱动电路(6)的R13第一端；
所述继电器断开驱动电路(3)，MCU(2)的输出IO与光耦U1的2脚连接，所述光耦U1的1脚与电阻R1的第一端子连接，所述电阻R1的第二端子连接至VCC，所述光耦U1的第3脚接GND，所述光耦U1的第4脚分别与电阻R2的第一端子和MOS管Q1的G极相连，所述MOS管Q1的S极接电源输出VOUT，所述MOS管Q1的D极分别与电阻R3的第一端子和磁保持继电器(4)K1的2脚相连，所述电阻R3的第二端子与发光二极管D3的阳极相连，所述发光二极管D3的阴极接GND；
所述磁保持继电器(4)K1的5脚与二极管D1、D2的阳极连接并接地，所述二极管D1的阴极与K1的2脚连接，所述二极管D2的阴极与K1的1脚连接；
所述继电器闭合驱动电路(5)，双通道自复位带灯按键开关(1)其中一路的公共端连接二极管D5的阳极和MOS管Q2的S极，所述二极管D5的阴极接电阻R6的第一端，所述电阻R6的第二端分别与电容C1第一端、电阻R4的第一端、MOS管G极和电阻R5的第一端相连，所述电阻R4的第二端接地，所述电容C1的第二端接地，所述电阻R5的第二端与二极管D4的阴极相连，所述二极管D4的阳极接电源输出VOUT；
所述MOS管Q2的D极分别与电阻R7的第一端子和磁保持继电器(4)K1的1脚相连，所述电阻R7的第二端子与发光二极管D6的阳极相连，所述发光二极管D6的阴极接GND；
所述LED灯驱动电路(6)，R13的第二端连接至三极管Q3的基极B，所述三极管Q3的集电极C连接至VCC，所述三极管Q3的发射极E连接至电阻R12的第一端，所述R14的第二端连接至双通道自复位带灯按键开关(1)的LED阳极。
2.根据权利要求1所述的一种基于磁保持继电器的电源控制电路，其特征在于：所述MOS管QI与Q2为P型场效应管。
3.根据权利要求1所述的一种基于磁保持继电器的电源控制电路，其特征在于：所述三极管Q3为NPN型三极管S8050。
4.根据权利要求1所述的一种基于磁保持继电器的电源控制电路，其特征在于：所述磁保持继电器(4)为HFE10-2/12-HT-L2-R。
5.根据权利要求1所述的一种基于磁保持继电器的电源控制电路，其特征在于：所述MCU(2)为C8051F410型单片机。
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