CN203941780U - 电磁线圈自动节能控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电磁线圈自动节能控制电路，涉及电磁线圈控制技术领域，包括电源、振荡电路、整形电路、功率放大电路、延时电路和电磁线圈，所述振荡电路、整形电路和功率放大电路顺次连接，所述延时电路和电磁线圈分别与功率放大电路连接，所述电源分别与所述振荡电路、整形电路、功率放大电路、延时电路和电磁线圈连接。本实用新型的有益效果：本实用新型采用电阻、电容、三极管等常用的电子元件，不需要专用芯片，面积小、成本低、抗干扰能力强、稳定性好、电路发热量低，利于批量生产，且不需要额外的外部控制电路，也不需要对现有的电磁系统进行设计变更，直接将该控制电路连接到电源和电磁阀或电磁铁之间即可实现自动节能控制。

Description

电磁线圈自动节能控制电路

技术领域

本实用新型涉及一种电磁线圈自动控制电路，特别涉及一种电磁线圈自动节能控制电路。

背景技术

在工业生产中，电磁阀或电磁铁元件的使用非常普遍，在长期额定电流驱动的情况下，线圈会产生大量的热量和不必要的功耗损失，造成构件和线圈的加速老化，对于特殊的流体控制阀，还可能因为过热而造成流体介质的特性变异。事实上，电磁线圈的额定电流是按照吸合时所需要的最大功率设计的，当电磁阀和电磁铁吸合后，线圈所需要的维持电流会大大降低，因此有必要对电磁线圈的驱动电流进行自动控制，以减少不必要的功率损失，降低线圈的发热量，提高系统使用寿命。针对该问题，业内技术人员陆续发明了一些控制电路来实现电磁阀的节能控制：如国家知识产权局于2003年5月14日授权公告的、名称为“电磁阀双电压节能控制器”专利号为ZL02273666.2的实用新型专利，它采用单片机作为主要控制装置，存在制造成本高、抗干扰能力弱的缺陷；又如国家知识产权局于2010年7月21日公告的、名称为“电磁阀双功率节能驱动电路”申请公布号为CN 201531666 U的实用新型专利，它采用双向可控硅和阻容分压电路来实现电磁阀的启动和维持，不难发现，该电路存在发热量大，面积大，成本高，而且需要使用交流供电等缺陷；又如国家知识产权局于2012年10月3日公告的、名称为“一种电磁铁和电磁阀的控制电路”申请公布号为CN 102709021 A的实用新型专利，它需要使用3.3V，12V，24V三种不同电压的直流电源，以及一个专用控制信号FCON，不难看出，该电路需要专用的配套外部电路控制，使用复杂、成本高、不能实现自动节能控制等缺陷。

综上所述，有必要设计一种电磁线圈自动节能控制电路，以解决上述问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型要解决的技术问题在于提供一种电磁线圈自动节能控制电路，能自动调节电磁线圈上的驱动电流。

本实用新型通过以下技术手段解决上述技术问题：

本实用新型的电磁线圈自动节能控制电路，包括电源、振荡电路、整形电路、功率放大电路、延时电路和电磁线圈，所述振荡电路、整形电路和功率放大电路顺次连接，所述延时电路和电磁线圈分别与功率放大电路连接，所述电源分别与所述振荡电路、整形电路、功率放大电路、延时电路和电磁线圈连接。

进一步，所述振荡电路包括第一三极管、第二三极管、第三三极管、第一电容、第二电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻和第九电阻，所述第一电阻的第二端与第一三极管的基极连接，所述第一三极管的集电极与第二电阻的第二端连接，所述第二电阻的第一端分别与第五电阻的第一端和第九电阻的第一端共同连接到电源正极，第一三极管的发射极分别与第三电阻的第一端、第一电容的第一端和第四电阻的第一端连接，所述第三电阻第二端与第一电容的第二端连接共地，所述第四电阻的第二端与第二三极管的基极连接，所述第二三极管的集电极分别与第五电阻的第二端、第二电容的第一端和第六电阻的第一端连接，所述第二电容的第二端和第六电阻的第二端连接共同与第三三极管的基极和第七电阻的第一端连接，所述第二三极管的发射极与第三三极管的发射极连接共同与第八电阻的第一端连接，所述第七电阻第二端与第八电阻的第二端连接共地，所述第三三极管的集电极与第九电阻的第二端和第一电阻的第一端连接；

进一步所述整形电路包括第三电容、第四三极管、第五三极管、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻和第十五电阻，所述第三电容的第一端与所述振荡电路的输出端连接，所述第三电容的第二端分别与第四三极管的基极和第十五电阻的第一端连接，所述第十五电阻的第二端接地，所述第四三极管的集电极和第五三极管的集电极与电源正极连接，所述第四三极管的发射极分别与第十电阻的第一端和第五三极管的基极连接，所述第十电阻的第二端接地，所述第五三极管的发射极与第十一电阻的第一端连接，所述第十一电阻和第十二电阻串联，所述第十二电阻的第二端接地。

进一步，所述延时电路包括第六三极管、第四电容、第十三电阻和第十四电阻，所述第十四电阻的第一端和第十三电阻的第一端分别与电源的正极连接，所述第十四电阻的第二端分别与第四电容的第一端和第六三极管的基极连接，所述第四电容的第二端接地，所述第六三极管的发射极分别与第十一电阻的第二端和第七三极管的基极连接；

进一步，所述功率放大电路包括第一二极管和第七三极管，所述第一二极管的阴极与电源正极连接，所述第一二极管的阳极与第七三极管的集电极连接，所述第七三极管的基极与整形电路的输出端连接，所述第七三极管的发射极接地；

进一步，所述整形电路包括第三电容、第四三极管、第十电阻和第十五电阻，所述第三电容的第一端与所述振荡电路的输出端连接，所述第三电容的第二端分别与第四三极管的基极和第十五电阻的第一端连接，所述第十五电阻的第二端接地，所述第四三极管的发射极与第十电阻的第一端连接，所述第十电阻的第二端接地；

进一步，所述功率放大电路包括第五三极管、第七三极管、第十一电阻和第一二极管，所述第五三极管的基极与所述整形电路的输出端连接，所述第十一电阻的第一端、电磁线圈的一端和第一二极管的阴极分别与电源正极连接，所述第十一电阻的第二端分别与第五三极管的集电极和第七三极管的基极连接，所述第七三极管的发射极分别与电磁线圈的另一端和第一二极管的阳极连接，所述第七三极管的集电极接地；

进一步，所述功率放大电路包括第五三极管、第七三极管、第八MOS管、第一二极管、第二稳压二极管和第十一电阻，所述第五三极管的基极和第七三极管的基极分别与所述整形电路的输出端连接，所述第五三极管的发射极和第七三极管的发射极与第八MOS管的栅极连接，所述第二稳压二极管的阳极与第七三极管的集电极连接，所述第二稳压二极管的阴极、电磁线圈的第一端和第一二极管的阴极分别与电源正极连接，所述第十一电阻的第一端与第八MOS管的栅极连接，所述第十一电阻的第二端接地，所述第八MOS管的漏极分别与电磁线圈的第二端和第一二极管的阳极连接，第八MOS管的源极接地。

本实用新型的有益效果：本实用新型的电磁线圈自动节能控制电路，采用电阻、电容、三极管等常用的电子元件，不需要专用芯片，面积小、成本低、抗干扰能力强、稳定性好、电路发热量低和利于批量生产，且不需要额外的外部控制电路，也不需要对现有的电磁系统进行设计变更，直接将该控制电路连接到电源和电磁阀（电磁铁）之间即可实现自动节能控制。

在电磁线圈上电时提供100%额定驱动电流，在设定的时间后，电磁阀或电磁铁吸合，节能控制电路自动降低驱动电流到额定电流的50%以下，达到节省功耗、降低电磁线圈的发热量、提高电磁系统寿命的目的。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述。

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型实施例1的电路图；

图3为本实用新型实施例2的电路图；

图4为本实用新型实施例3的电路图；

图5为仪器检测出本实用新型实施例1、2、3中振荡电路的PWM波形图；

图6为仪器检测出本实用新型实施例1、2、3中电磁线圈负载电流波形图。

具体实施方式

以下将结合附图对本实用新型进行详细说明：

实施例1：如图1、2所示，本实用新型的电磁线圈自动节能控制电路，包括电源、振荡电路、整形电路、功放电路、延时电路和电磁线圈，所述振荡电路、整形电路和功率放大电路顺次连接，所述延时电路和电磁线圈分别与功率放大电路连接，所述电源分别与所述振荡电路、整形电路、功率放大电路和延时电路连接。振荡电路用于产生频率在12khz ~ 32khz之间，占空比可调的PWM波形。整形电路用于过滤掉PWM中的直流分量，减小波形的上升时间和下降时间，使其斜率更加陡峭。功率放大电路将驱动能力较弱的PWM信号放大转换成大功率电流信号，驱动电磁线圈。延时电路用于根据电磁阀或电磁铁的机械特性，调整上电时的满载驱动时间，以确保电磁阀或电磁铁可靠吸合。

电磁线圈自动节能控制电路的原理是：振荡电路产生频率和占空比可调的PWM波形，通过调整频率，可以避开电磁阀（或电磁铁）的机械共振区，提高系统的稳定性，通过调整占空比，可以调整吸合后的驱动电流大小，振荡电路输出的PWM波形通过整形电路，PWM波形中的直流分量被过滤，输出边沿调整后的方波，提升功率放大电路的开关性能；功率放大电路将输入的PWM方波转换为大功率通断电流，驱动电磁线圈工作，并提供续流回路；延时电路的输出端连接到功率放大电路的输入端，在电路上电时提供较强的激励信号，使得功率放大电路以额定满载电流驱动电磁线圈吸合，在给定的时间后（通过改变延时电路参数的数值来调节满载电路的驱动时间），延时电路输出激励信号消失，功率放大电路的输出电流取决于整形电路输出的PWM方波。

作为上述技术方案的进一步改进，电磁线圈自动节能控制电路，振荡电路包括第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q3、第一电容C1、第二电容C2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5，第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8和第九电阻R9，第一三极管Q1为PNP晶体管，第二三极管Q2和第三三极管Q3均采用NPN晶体管，第一电阻R1的第二端与第一三极管Q1的基极连接，第一三极管Q1的集电极与第一电阻R1的第二端连接，第二电阻R2的第一端分别与第五电阻R5的第一端和第九电阻R9的第一端共同连接到电源正极，第一三极管Q1的发射极分别与第三电阻R3的第一端、第一电容C1的第一端和第四电阻R4的第一端连接，第三电阻R3第二端与第一电容C1的第二端连接共地，第四电阻R4的第二端与第二三极管Q2的基极连接，第二三极管Q2的集电极分别与第五电阻R5的第二端、第二电容C2的第一端和第六电阻R6的第一端连接，第二电容C2的第二端和第六电阻R6的第二端连接共同与第三三极管Q3的基极和第七电阻R7的第一端连接，第二三极管Q2的发射极与第三三极管Q3的发射极连接共同与第八电阻R8的第一端连接，第七电阻R7第二端与第八电阻R8的第二端连接共地，第三三极管Q3的集电极与第九电阻R9的第二端连接。振荡电路通过改变第二电阻R2、第三电阻R3和第一电容C1的值的大小，可以调节振荡电路输出波形的频率和占空比，使其满足不同的电磁阀的节能要求，并避开其机械共振区。

作为上述技术方案的进一步改进，整形电路将振荡电路输出的波形变成高电平为电源电压，低电平为0伏的PWM方波信号。整形电路包括第三电容C3、第四三极管Q4、第五三极管Q5、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12和第十五电阻R15，第四三极管Q4和第五三极管Q5采用NPN晶体管，第三电容C3的第一端与振荡电路的输出端连接，即第三电容C3的第一端与第九电阻R9的第二端连接，第三电容C3的第二端分别与第四三极管Q4的基极和第十五电阻R15的第一端连接，第十五电阻R15的第二端接地。第四三极管Q4的集电极和第五三极管Q5的集电极与电源正极连接，第四三极管Q4的发射极分别与第十电阻R10的第一端和第五三极管Q5的基极连接，第十电阻R10的第二端接地，第五三极管Q5的发射极与第十一电阻R11的第一端连接，第十一电阻R11和第十二电阻R12串联，第十二电阻R12的第二端接地。

作为上述技术方案的进一步改进，延时电路包括第六三极管Q6、第四电容C4、第十三电阻R13和第十四电阻R14，第六三极管Q6为NPN晶体管，第十四电阻R14的第一端和第十三电阻R13的第一端分别与电源的正极连接，第十四电阻R14的第二端分别与第四电容C4的第一端和第六三极管Q6的基极连接，第四电容C4的第二端接地，第六三极管Q6的发射极分别与第十一电阻R11的第二端和第七三极管Q7的基极连接。电源通电后，电流通过第十三电阻R13和第十四电阻R14向第四电容C4充电，其中第十三电阻R13的电流从第六三极管Q6的发射极流向基极，从而在第六三极管Q6的集电极产生一个放大后的激励电流，输入到第七三极管Q7的基极，使得第七三极管Q7处于饱和状态，产生满载电流驱动电磁线圈，通过改变第十三电阻R13、第十四电阻R14和第四电容C4的值来调节满载电流的驱动时间。

作为上述技术方案的进一步改进，功率放大电路包括第一二极管D1和第七三极管Q7，第七三极管Q7为NPN晶体管，第一二极管D1的阴极和电磁线圈的第一端与电源正极连接，第一二极管D1的阳极与第七三极管Q7的集电极和电磁线圈的第二端连接，第七三极管Q7的发射极接地。当驱动第七三极管Q7基极的PWM信号从高电平变为低电平时，第七三极管Q7被关断，第一二极管D1提供电流回路以避免电磁线圈产生高压感生电动势击穿第七三极管Q7。

实施例2，电磁线圈自动控制电路包括电源、振荡电路、整形电路、功放电路、延时电路和电磁线圈，所述振荡电路、整形电路和功率放大电路顺次连接，所述延时电路和电磁线圈分别与功率放大电路连接，所述电源分别与所述振荡电路、整形电路、功率放大电路和延时电路连接。电源、振荡电路和电磁线圈的实现与实施例1相同，整形电路和功率放大电路的实现略有不同。如图3所示，功率放大电路的第五三极管Q5采用NPN晶体管，第七三极管Q7采用PNP晶体管来实现。整形电路包括第三电容C3、第四三极管Q4、第十电阻R10和第十五电阻R15，第三电容C3与第九电阻R9的第二端连接，第三电容C3的第二端与第四三极管Q4的基极和第十五电阻R15的第一端连接，第十五电阻R15的第二端接地，第四三极管Q4的发射极与第十电阻R10的第一端连接，第十电阻R10的第二端接地。

功率放大电路包括第五三极管Q5、第七三极管Q7、第十一电阻R11和第一二极管D1，功率放大电路的输入端与整形电路的输出端连接，即第五三极管Q5的基极与第四三极管Q4的发射极和第六三极管Q6的发射极连接，第十一电阻R11的第一端、电磁线圈的第一端和第一二极管D1的阴极分别与电源正极连接，第十一电阻R11的第二端分别与第五三极管Q5的集电极和第七三极管Q7的基极连接，第七三极管Q7采用PNP晶体管，第七三极管的发射极分别与电磁线圈的第二端和第一二极管D1的阳极连接，第七三极管Q7的集电极接地。在整形电路输出PWM的高电平周期，第五三极管Q5导通并饱和，使得第五三极管Q5的集电极电压降低到0.6V以下，第七三极管Q7随即导通并饱和，其基极电流通过电磁线圈从第七三极管Q7的发射极流向第五三极管Q5的发射极流到公共地。

实施例3，电磁线圈自动控制电路包括电源、振荡电路、整形电路、功放电路、延时电路和电磁线圈，所述振荡电路、整形电路和功率放大电路顺次连接，所述延时电路和电磁线圈分别与功率放大电路连接，所述电源分别与所述振荡电路、整形电路、功率放大电路和延时电路连接。电源、振荡电路、整形电路和电磁线圈与实施例2相同，功率放大电路用不同的电路实现，其中，第五三极管Q5采用PNP晶体管，第七三极管Q7为NPN晶体管。

如图4所示，功率放大电路包括第五三极管Q5、第七三极管Q7、第八MOS管Q8、第一二极管D1、第二稳压二极管D2和第十一电阻R11，功率放大电路的输入端与整形电路的输出端连接，即第五三极管Q5的基极和第七三极管Q7的基极分别与第六三极管Q6的集电极和第四三极管Q4的发射极连接，第五三极管Q5的发射极和第七三极管Q7的发射极与第八MOS管Q8的栅极连接，第二稳压二极管D2的阳极与第七三极管Q7的集电极连接，用于降低第八MOS管Q8的栅极驱动电压。第二稳压二极管D2的阴极、电磁线圈的第一端和第一二极管D1的阴极分别与电源正极连接，第十一电阻R11的第一端与第八MOS管Q8的栅极连接，用于提供在掉电时的第八MOS管Q8的栅极电流释放通路，第十一电阻R11的第二端接地，第八MOS管Q8的漏极与电磁线圈的第二端和第一二极管D1的阳极连接，第八MOS管Q8的源极接地。此实施例的电路可驱动大负载的电磁线圈。

如图5所示的波形是仪器检测出实施例1、2、3的振荡电路输出PWM波形，输出的PWM波形的峰峰值为10.88V、频率为18.0KHz，仪器采用的抽样电压为10.56V。如图6所示的波形为仪器检测出实施例1、2、3的电磁线圈负载电流波形，在电磁线圈上电时提供100%额定驱动电流，在设定的时间后，电磁阀或电磁铁吸合，节能控制电路自动降低驱动电流到额定电流的50%以下，达到节省功耗、降低电磁线圈的发热量、提高电磁系统寿命的目的。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.电磁线圈自动节能控制电路，其特征在于：包括电源、振荡电路、整形电路、功率放大电路、延时电路和电磁线圈，所述振荡电路、整形电路和功率放大电路顺次连接，所述延时电路和电磁线圈分别与功率放大电路连接，所述电源分别与所述振荡电路、整形电路、功率放大电路、延时电路和电磁线圈连接。

2.如权利要求1所述的电磁线圈自动节能控制电路，其特征在于：所述振荡电路包括第一三极管、第二三极管、第三三极管、第一电容、第二电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻和第九电阻，所述第一电阻的第二端与第一三极管的基极连接，所述第一三极管的集电极与第二电阻的第二端连接，所述第二电阻的第一端分别与第五电阻的第一端和第九电阻的第一端共同连接到电源正极，第一三极管的发射极分别与第三电阻的第一端、第一电容的第一端和第四电阻的第一端连接，所述第三电阻第二端与第一电容的第二端连接共地，所述第四电阻的第二端与第二三极管的基极连接，所述第二三极管的集电极分别与第五电阻的第二端、第二电容的第一端和第六电阻的第一端连接，所述第二电容的第二端和第六电阻的第二端连接共同与第三三极管的基极和第七电阻的第一端连接，所述第二三极管的发射极与第三三极管的发射极连接共同与第八电阻的第一端连接，所述第七电阻第二端与第八电阻的第二端连接共地，所述第三三极管的集电极与第九电阻的第二端和第一电阻的第一端连接。

3.如权利要求1所述的电磁线圈自动节能控制电路，其特征在于：所述整形电路包括第三电容、第四三极管、第五三极管、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻和第十五电阻，所述第三电容的第一端与所述振荡电路的输出端连接，所述第三电容的第二端分别与第四三极管的基极和第十五电阻的第一端连接，所述第十五电阻的第二端接地，所述第四三极管的集电极和第五三极管的集电极与电源正极连接，所述第四三极管的发射极分别与第十电阻的第一端和第五三极管的基极连接，所述第十电阻的第二端接地，所述第五三极管的发射极与第十一电阻的第一端连接，所述第十一电阻和第十二电阻串联，所述第十二电阻的第二端接地。

4.如权利要求1～3之一所述的电磁线圈自动节能控制电路，其特征在于：所述延时电路包括第六三极管、第四电容、第十三电阻和第十四电阻，所述第十四电阻的第一端和第十三电阻的第一端分别与电源的正极连接，所述第十四电阻的第二端分别与第四电容的第一端和第六三极管的基极连接，所述第四电容的第二端接地，所述第六三极管的发射极分别与第十一电阻的第二端和第七三极管的基极连接。

5.如权利要求1所述的电磁线圈自动节能控制电路，其特征在于：所述功率放大电路包括第一二极管和第七三极管，所述第一二极管的阴极与电源正极连接，所述第一二极管的阳极与第七三极管的集电极连接，所述第七三极管的基极与整形电路的输出端连接，所述第七三极管的发射极接地。

6.如权利要求1所述的电磁线圈自动节能控制电路，其特征在于：所述整形电路包括第三电容、第四三极管、第十电阻和第十五电阻，所述第三电容的第一端与所述振荡电路的输出端连接，所述第三电容的第二端分别与第四三极管的基极和第十五电阻的第一端连接，所述第十五电阻的第二端接地，所述第四三极管的发射极与第十电阻的第一端连接，所述第十电阻的第二端接地。

7.如权利要求1所述电磁线圈自动节能控制电路，其特征在于：所述功率放大电路包括第五三极管、第七三极管、第十一电阻和第一二极管，所述第五三极管的基极与所述整形电路的输出端连接，所述第十一电阻的第一端、电磁线圈的一端和第一二极管的阴极分别与电源正极连接，所述第十一电阻的第二端分别与第五三极管的集电极和第七三极管的基极连接，所述第七三极管的发射极分别与电磁线圈的另一端和第一二极管的阳极连接，所述第七三极管的集电极接地。

8.如权利要求1所述电磁线圈自动节能控制电路，其特征在于：所述功率放大电路包括第五三极管、第七三极管、第八MOS管、第一二极管、第二稳压二极管和第十一电阻，所述第五三极管的基极和第七三极管的基极分别与所述整形电路的输出端连接，所述第五三极管的发射极和第七三极管的发射极与第八MOS管的栅极连接，所述第二稳压二极管的阳极与第七三极管的集电极连接，所述第二稳压二极管的阴极、电磁线圈的第一端和第一二极管的阴极分别与电源正极连接，所述第十一电阻的第一端与第八MOS管的栅极连接，所述第十一电阻的第二端接地，所述第八MOS管的漏极分别与电磁线圈的第二端和第一二极管的阳极连接，第八MOS管的源极接地。