CN117894634A - 一种基于恒磁感应强度的接触器驱动电路及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及接触器驱动技术领域，尤其涉及一种基于恒磁感应强度的接触器驱动电路及装置。一种基于恒磁感应强度的接触器驱动电路，包括依次连接的输入电源、线圈驱动电路以及接触器，该接触器上连接有线圈电流检测模块和磁路磁感应强度检测模块，该电流控制器通过PWM信号控制该线圈驱动电路。本发明通过在电路中设置具有霍尔元件的磁感应强度检测模块，将电磁力的控制转变为磁感应强度的控制，通过对接触器电流的调节，实现恒定磁感应强度的控制，相比于传统方案具有驱动电流自动调节，接触器具有大电流吸合、小电流保持的自动切换的优点，在保证接触器正常吸合动作的同时，降低驱动功率与线圈发热，优化接触器工作性能。

Description

一种基于恒磁感应强度的接触器驱动电路及装置

技术领域

本发明涉及接触器驱动技术领域，尤其是涉及的是一种基于恒磁感应强度的接触器驱动电路及装置。

背景技术

接触器是一种利用弱电控制强电的电气装置，广泛应用在电机控制、补偿器投切、铁路、新能源等领域。由于传统接触器的电磁机构存在动作过程不可控、吸持功耗高等不足，带电子驱动模块的接触器成为了主流。传统接触器其电磁机构为恒磁链系统，在吸合过程中，随着动静铁芯气隙的减小，线圈阻抗增加，线圈电流不断减小，当动静铁芯稳定闭合时，进入吸持状态，线圈电流处于较低值，但随着对电器性能要求的日益提高，传统的恒磁链系统，不能实现对线圈电流的控制，不利于降低接触器弹跳与能量损耗，逐渐不能满足人们更高的要求。因此采用恒流控制的智能接触器应运而生，这种接触器的电磁机构为恒磁势系统，在吸合过程中磁链随着动静铁芯气隙的减小而增大，当动静铁芯稳定闭合后磁链保持恒定。

采用恒磁链系统实现对线圈电流的自调节的智能接触器方案能够有效缩短大电流持续时间，减小接触器在频繁操作时线圈热量的累积，降低线圈温升。这种方法虽然较为先进，但由于磁链估算误差大、对硬件要求高，不利于推广，因此需要一种更易于实施，同时控制效果也能够得到保障的接触器驱动设计方案。

发明内容

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及其他说明书附图中所特别指出的结构来实现和获得。

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种基于恒磁感应强度的接触器驱动电路及装置，通过在电路中设置具有霍尔元件的磁感应强度检测模块，将电磁力的控制转变为磁感应强度的控制，通过对接触器电流的调节，实现恒定磁感应强度的控制，相比于传统方案具有驱动电流自动调节，接触器具有大电流吸合、小电流保持的自动切换的优点，相比于当前先进的恒磁链结合恒流控制的方案，本发明具有结构简单易行，不需要繁琐的磁链计算、减小控制误差的优点，在保证接触器正常吸合动作的同时，降低驱动功率与线圈发热，优化接触器的工作性能。

本发明提供一种基于恒磁感应强度的接触器驱动电路，包括依次连接的输入电源、线圈驱动电路以及接触器，该接触器上连接有线圈电流检测模块和磁路磁感应强度检测模块，该线圈电流检测模块将检测信号输出至电流控制器，该磁路磁感应强度检测模块将检测信号输出至磁场控制器，该磁场控制器将线圈电流基准值输入至该电流控制器，该电流控制器通过PWM信号控制该线圈驱动电路；

该输入电源，用于为该线圈驱动电路供电；

该线圈驱动电路，用于输出驱动电流至该接触器线圈，为该接触器动作提供能量；

该接触器，对其线圈供电后产生电磁力，带动该接触器内动铁芯运动完成分合闸动作；

该磁路磁感应强度检测模块，内设有霍尔元件，对该接触器磁路的磁感应强度进行采样；

该线圈电流检测模块，用于检测线圈中的电流大小，并将其转换为该电流控制器能接收的对应信号；

该磁场控制器，用于接收该霍尔元件感应到的磁感应强度信号，并将其转换为该电流控制器能接收的对应信号；

该电流控制器，用于接收该磁场控制器和该线圈电流检测模块发出的信号，并通过对应信号改变该驱动电路输出电流。

在一些实施例中，该接触器内设置有接触器磁路，该磁路磁感应强度检测模块对该接触器磁路检测磁感应强度后输至该磁场控制器。

在一些实施例中，对该磁场控制器输入磁感应强度基准值，在得到接触器磁路的磁感应强度/>与磁感应强度基准值/>后该磁场控制器可得出线圈电流基准值/>，将该线圈电流基准值/>输入至该电流控制器。

在一些实施例中，该线圈电流检测模块接在该接触器两端，用于检测经过该接触器线圈的电流，该线圈电流检测模块将检测出的结果输至该电流控制器，在该电流控制器中实时比较接触器线圈电流/>与线圈电流基准值/>，从而通过控制接触器线圈电流生成PWM信号输入至开关驱动，该开关驱动与该线圈驱动电路连接。

在一些实施例中，该线圈驱动电路中设置有一场效应管S1，该场效应管S1的栅极、源极接该开关驱动。

一种基于恒磁感应强度的接触器装置，该接触器装置包括依次连接的输入电源、线圈驱动电路以及接触器，该接触器上连接有线圈电流检测模块和磁路磁感应强度检测模块，该线圈电流检测模块将检测信号输出至电流控制器，该磁路磁感应强度检测模块将检测信号输出至磁场控制器，该磁场控制器将线圈电流基准值输入至该电流控制器，该电流控制器通过PWM信号控制该线圈驱动电路。

通过采用上述的技术方案，本发明的有益效果是：

本发明通过在电路中设置具有霍尔元件的磁感应强度检测模块，将电磁力的控制转变为磁感应强度的控制，通过对接触器电流的调节，实现恒定磁感应强度的控制，相比于传统方案具有驱动电流自动调节，接触器具有大电流吸合、小电流保持的自动切换的优点，相比于当前先进的恒磁链结合恒流控制的方案，本发明具有结构简单易行，不需要繁琐的磁链计算、减小控制误差的优点，在保证接触器正常吸合动作的同时，降低驱动功率与线圈发热，优化接触器的工作性能。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

无疑的，本发明的此类目的与其他目的在下文以多种附图与绘图来描述的较佳实施例细节说明后将变为更加显见。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一个或数个较佳实施例，并配合所示附图，作详细说明如下。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记，并且附图是示意性的，并不一定按照实际的比例绘制。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个或数个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据此类附图获得其他的附图。

图1为本发明一些实施例中的接触器运行整体流程示意图；

图2为本发明一些实施例中的接触器驱动电路具体电路结构示意图。

主要附图标记说明：

1、输入电源；2、线圈驱动电路；3、接触器；4、磁路磁感应强度检测模块；5、线圈电流检测模块；6、磁场控制器；7、电流控制器。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施方式对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，但并不用于限定本发明。

另外，在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。但注明直接连接则说明连接地两个主体之间并不通过过渡结构构建连接关系，只通过连接结构相连形成一个整体。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

参照图1，图1为本发明一些实施例中的接触器运行整体流程示意图。

根据本发明的一些实施例，本发明提供了一种基于恒磁感应强度的接触器驱动电路，包括依次连接的输入电源1、线圈驱动电路2以及接触器3，该接触器3上连接有线圈电流检测模块5和磁路磁感应强度检测模块4，该线圈电流检测模块5将检测信号输出至电流控制器7，该磁路磁感应强度检测模块4将检测信号输出至磁场控制器6，该磁场控制器6将线圈电流基准值输入至该电流控制器7，该电流控制器7通过PWM信号控制该线圈驱动电路2；

该输入电源1，用于为该线圈驱动电路2供电；

该线圈驱动电路2，用于输出驱动电流至该接触器3，为该接触器3动作提供能量；

该接触器3，对其线圈供电后产生电磁力，带动该接触器3内动铁芯运动完成分合闸动作；

该磁路磁感应强度检测模块4，内设有霍尔元件，对该接触器3磁路的磁感应强度进行采样；

该线圈电流检测模块5，用于检测线圈中的电流大小，并将其转换为该电流控制器7能接收的对应信号；

该磁场控制器6，用于接收该霍尔元件感应到的磁感应强度信号，并将其转换为该电流控制器7能接收的对应信号；

该电流控制器7，用于接收该磁场控制器6和线圈电流检测模块5发出的信号，并通过对应信号改变该驱动电路输出电流。

本发明还提供一种基于恒磁感应强度的接触器装置，该接触器装置包括依次连接的输入电源1、线圈驱动电路2以及接触器3，该接触器3上连接有线圈电流检测模块5和磁路磁感应强度检测模块4，该线圈电流检测模块5将检测信号输出至电流控制器7，该磁路磁感应强度检测模块4将检测信号输出至磁场控制器6，该磁场控制器6将线圈电流基准值输入至该电流控制器7，该电流控制器7通过PWM信号控制该线圈驱动电路2。

参照图2，图2为本发明一些实施例中的接触器驱动电路具体电路结构示意图。

根据本发明的一些实施例，可选地，为方便理解，提供一个基础线圈驱动电路2，对本发明的接触器驱动电路作出展示，该线圈驱动电路2输入端接该输入电源1，该线圈驱动电路2输出端接该接触器3，该驱动电路结构包括一个场效应管S1、一个电感、一个二极管D1以及一个电容/>，该接触器3端口处连接有一电阻/>。

该输入电源1正极与该场效应管S1的漏极连接，该场效应管S1的源极与该电感一端、该二极管D1的负极连接，该二极管D1的正极与该电容/>的负极、该接触器3的一端连接，该接触器3的另一端与该电阻/>连接后与该电容/>的正极、该电感/>另一端共同接入该输入电源1的负极。

如图2所示，恒磁感应强度控制主要涉及接触器3的磁感应强度及线圈电流，通过电流控制器7发出PWM信号控制场效应管S1高频开关工作，从而实现控制驱动线圈电路2，可以理解为，该驱动线圈电路2中场效应管S1与接触器3为必要部件，驱动线圈电路2的其余电路结构可随实际接触器电路需求而产生变换，本发明中所描述的驱动电路结构仅为示例，并不代表限定该驱动电路结构。

该接触器3内设置有接触器磁路，该磁路磁感应强度检测模块4对该接触器磁路检测磁感应强度后输至该磁场控制器6。

对该磁场控制器6输入磁感应强度基准值，在得到接触器磁路的磁感应强度与磁感应强度基准值/>后该磁场控制器6可得出线圈电流基准值/>，将该线圈电流基准值/>输入至该电流控制器7。

磁感应强度基准值为预设值，与接触器3吸合的电磁吸力成正比，通过霍尔传感器检测接触器磁路中的磁感应强度/>，与预设值/>比较，通过磁场控制器中的PID控制，输出线圈电流基准值/>。

该线圈电流检测模块5接在该接触器3两端，用于检测经过该接触器3的线圈电流，该线圈电流检测模块5将检测出的结果输至该电流控制器7，在该电流控制器7中实时比较接触器3的线圈电流/>与线圈电流基准值/>，从而通过控制接触器3的线圈电流/>生成PWM信号输入至开关驱动，经该开关驱动控制该场效应管S1的高频开关工作。

该场效应管S1为NMOS管，该NMOS管的栅极、源极接该开关驱动。

如图2所示，该电阻与接触器3的线圈串联，流过电阻/>与接触器3的线圈电流相等，测量电阻/>通过的电流即为测量接触器3的线圈通过的电流。

恒磁感应强度控制是在恒磁链控制的基础上提出的，而恒磁链控制是通过磁链公式:，再将电路转换成电压对时间的积分，向后推导完成的。其中L为线圈电感，I为线圈电流。在实际的接触器运动过程中，动静铁芯之间的间隙逐渐变小，线圈电感值随之变大，因此为维持磁链不变，线圈电流应随之缩小。

磁链计算公式又可写为:，其中N为线圈匝数，S为线圈横截面积，而B即为此时的磁感应强度。因此，要完成接触器的恒磁链控制可以将其转换为接触器的恒磁感应强度控制，优点在于省去了磁链计算带来的误差。

磁感应强度可直接由霍尔元件测得，将测量数据发送至磁场控制器6，转化成对应信号至电流控制器5，由其线圈驱动电路2实现对线圈电流的控制，完成恒磁感应强度控制接触器驱动的方案。

接触器在吸合过程中，气隙逐渐减小，为保持恒定，线圈电流/>随着气隙的减小而逐渐减小。当接触器完全吸合时，仅需要较小的电流维持吸持状态。通过本发明所提的恒磁感应强度控制方案，通过控制接触器线圈电流/>，控制接触器磁路中的磁感应强度值达到预设目标值/>，由此控制电磁吸力恒定，线圈电流可以实现自动调节。

应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于此处所公开的特定处理步骤或材料，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的此类特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。

说明书中提到的“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语或“实施例”并不一定均指同一个实施例。

此外，所描述的特征或特性可以任何其他合适的方式结合到一个或多个实施例中。在上面的描述中，提供一些具体的细节，例如厚度、数量等，以提供对本发明的实施例的全面理解。然而，相关领域的技术人员将明白，本发明无需上述一个或多个具体的细节便可实现或者也可采用其他方法、组件、材料等实现。

Claims (6)

1.一种基于恒磁感应强度的接触器驱动电路，其特征在于，包括依次连接的输入电源、线圈驱动电路以及接触器，该接触器上连接有线圈电流检测模块和磁路磁感应强度检测模块，该线圈电流检测模块将检测信号输出至电流控制器，该磁路磁感应强度检测模块将检测信号输出至磁场控制器，该磁场控制器将线圈电流基准值输入至该电流控制器，该电流控制器通过PWM信号控制该线圈驱动电路；

该输入电源，用于为该线圈驱动电路供电；

该线圈驱动电路，用于输出驱动电流至该接触器线圈，为该接触器动作提供能量；

该接触器，对其线圈供电后产生电磁力，带动该接触器内动铁芯运动完成分合闸动作；

该磁路磁感应强度检测模块，内设有霍尔元件，对该接触器磁路的磁感应强度进行采样；

该线圈电流检测模块，用于检测线圈中的电流大小，并将其转换为该电流控制器能接收的对应信号；

该磁场控制器，用于接收该霍尔元件感应到的磁感应强度信号，并将其转换为该电流控制器能接收的对应信号；

该电流控制器，用于接收该磁场控制器和该线圈电流检测模块发出的信号，并通过对应信号改变该驱动电路输出电流。

2.根据权利要求1所述的基于恒磁感应强度的接触器驱动电路，其特征在于，该接触器内设置有接触器磁路，该磁路磁感应强度检测模块对该接触器磁路检测磁感应强度后输至该磁场控制器。

3.根据权利要求2所述的基于恒磁感应强度的接触器驱动电路，其特征在于，对该磁场控制器输入磁感应强度基准值，在得到接触器磁路的磁感应强度/>与磁感应强度基准值/>后该磁场控制器可得出线圈电流基准值/>，将该线圈电流基准值/>输入至该电流控制器。

4.根据权利要求3所述的基于恒磁感应强度的接触器驱动电路，其特征在于，该线圈电流检测模块接在该接触器两端，用于检测经过该接触器线圈的电流，该线圈电流检测模块将检测出的结果输至该电流控制器，在该电流控制器中实时比较接触器线圈电流/>与线圈电流基准值/>，从而通过控制接触器线圈电流/>生成PWM信号输入至开关驱动，该开关驱动与该线圈驱动电路连接。

5.根据权利要求4所述的基于恒磁感应强度的接触器驱动电路，其特征在于，该线圈驱动电路中设置有一场效应管S1，该场效应管S1的栅极、源极接该开关驱动。

6.一种基于恒磁感应强度的接触器装置，其特征在于，包括上述权利要求1-5中任意一项所述基于恒磁感应强度的接触器驱动电路。