CN204347489U - 一种模拟单选控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种模拟单选控制电路，属于继电器控制技术领域。本实用新型的一种模拟单选控制电路，包括一个恒流源与n个继电器，每个继电器的连接方式相同，以第一继电器为例，所述第一继电器的线圈的两端连接被控制电路，常开触点接地，在常闭触点与地之间连接有电阻；常开触点闭合、断开，提供第一继电器的吸合电流。本实用新型电路结构简单稳定，尤其是适用于具有多路不同的被控制的强电电路或驱动、信号等等不允许同时接通时的情况；可以实现单路选通带自锁功能的被控制电路用的模拟分离元件。通过恒流源和计算不同电阻的分流降压方式，只通过简单一个三极管和二极管，和几个电阻解决这个问题，使该控制电路简单可靠成本低。

Description

一种模拟单选控制电路

技术领域

本实用新型属于继电器控制技术领域，具体涉及一种模拟单选控制电路。

背景技术

现代自动控制设备中，都存在一个电子电路与电气电路的互相连接问题，一方面要是电子电路的控制信号能够控制电气电路的执行元件(电动机、电磁铁、电灯等)，另一方面又要为电子电路和电气电路提供良好的电隔离，以保护电子电路和人员的安全。电子继电器便能起到这一桥梁作用。

广泛应用在电子设备、仪器仪表及自动化设备中。在各种自动控制设备中，都要求用一个低压电路控制一个高压的电气电路。这样不仅可以为电子电路和电气电路提供良好的电隔离，还可以保护电子电路和人员安全。继电器是具有隔离功能的自动开关元件，广泛应用于遥控、遥测、通讯、自动控制、机电一体化及电力电子设备中，是最重要的控制元件之一。

目前继电器的控制电路如果逻辑关系简单可以直接用分离元件进行限压限流后直接和开关相联作为控制电路，如果逻辑部分比较复杂，就用PLC取代，或用单片机，或用逻辑门等芯片处理完逻辑关系后，再把输出结果放到驱动继电器。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决在多路继电器控制电路运行时，某一时刻最多只能有一个控制继电器的机械开关起作用，其它任何一个继电器的开关将处于断开状态，如果最新按下新的开关，那么之前接通的继电器将断开后，新的继电器才能接通，这就形成了多路排他性的单选开关。

本实用新型的一种模拟单选控制电路，包括一个恒流源与n个继电器，分别为第一继电器、第二继电器、……、第n继电器，n为整数，n大于等于2；每个继电器的连接方式相同，以第一继电器为例，所述第一继电器的线圈的两端连接被控制电路，常开触点为按键(S1)，常闭触点为开关(K1)，常开触点接地，并且在开关(K1)与地之间连接有电阻(R4)；常开触点闭合、断开，提供第一继电器的吸合电流。

所述恒流源由一个3.3V的稳压二极管(D1)，电阻(R1)、(R3)、可调电阻(R2)和一个PNP型的三极管(T1)构成，电阻(R1)连接在三极管(T1)的基极和地之间，可调电阻(R2)与电阻(R3)串联在电源和三极管(T1)的发射极之间，稳压二极管(D1)的阳极接电源，阴极接三极管(T1)的基极，三极管(T1)的集极为恒流源输出端。

本实用新型的优点在于：

(1)电路结构简单稳定，尤其是适用于具有多路不同的被控制的强电电路或驱动、信号等等不允许同时接通时的情况。

(2)本实用新型可以实现单路选通带自锁功能的被控制电路用的模拟分离元件。

(3)本实用新型通过恒流源和计算不同电阻的分流降压方式，只通过简单一个三极管和二极管，和几个电阻解决这个问题，使该控制电路简单可靠成本低。

附图说明

图1为本实用新型提供的模拟单选控制电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明。

本实用新型提供一种模拟单选控制电路，如图1所示，所述的模拟单选控制电路包括一个恒流源与n个继电器，分别为第一继电器、第二继电器、，……，第n继电器，n为整数，n大于等于2。每个继电器的连接方式相同，以第一继电器为例，所述第一继电器的线圈的两端连接被控制电路，常开触点为按键S1，常闭触点为开关K1，常开触点和常闭触点接地，并且在开关K1与地之间连接有电阻R4。常开触点闭合、断开，提供了第一继电器的吸合电流。

所述恒流源由一个3.3V的稳压二极管D1，电阻R1、R3、可调电阻R2和一个PNP型的三极管T1(型号2N3906)构成，电阻R1连接在三极管T1的基极和地之间，可调电阻R2与电阻R3串联在电源和三极管T1的发射极之间，稳压二极管D1的阳极接电源，阴极接三极管T1的基极，三极管T1的集极为恒流源输出端；其中，电阻R1的阻值选取为3.6KΩ，电阻R3的阻值选取为47Ω，可调电阻R2的阻值为0～100Ω内可调。

恒流源的电流为：I_恒流源＝(V_{稳压二极管}-0.7V)/(R₂+R₃)，其中V_{稳压二极管}为稳压二极管D1的电压。恒流源的电流可变范围为18mA到55mA，须满足恒流源的电流大于一个继电器的吸合电流，而小于两个继电器的吸合电流，可以通过调节可调电阻R2实现。

提供继电器的吸合电流的电阻R₄、R₅……R_n+3与第一继电器、第二继电器、……第n继电器的连接方法是：当按下按键S1后，恒流源能通过按键S1和第一继电器的线圈形成回路，第一继电器可以吸合，形成吸合电流；第一继电器吸合后，其中的常闭触点开关K1闭合，第一继电器的线圈和电阻R₄形成回路，提供第一继电器的线圈吸合的电流通路，但这时由于按键S1的短路作用，实际上电阻R4上是没有电流通过的。当按键S1断开后，第一继电器的线圈和电阻R4才会提供闭合第一继电器所需的电流。这时的电阻R4和线圈电阻r起到了维持第一继电器闭合自锁功能。对于电阻R4大小的计算是比较关键一步可见下文计算过程。

同理，对于第二继电器、第三继电器、……、第n继电器，具有具有相同的线圈电阻r，具有与上述第一继电器相同的连接位置关系和工作原理。

本发明采用的继电器的额定工作电压为5V，最小吸合电流为28mA，释放电流为7mA，线圈电阻r为120Ω，为了简化计算，本发明中假设所有继电器参数都是一样的。

假设第一继电器和第二继电器都导通时各自电流情况为：

i₁,i₂分别为流过第一继电器和第二继电器的电流。

r₁,r₂分别为第一继电器，第二继电器的线圈的电阻，R4为串接在第一继电器和地之间的电阻，R5为串接在第二继电器和地之间的电阻。

根据公式(1)/(2)可以得到： 

$\frac{i_1}{i_2}=\frac{R_5+r_2}{R_4+r_1}---\left(3\right)$

从公式(3)可知，如果两个继电器都接通时，流过第一继电器的电流i₁和电阻R4阻值是反比关系，流过第二继电器的电流i₂和电阻R5的阻值是反比关系。

首先当只有第一继电器的开关K1闭合时，i₂＝0，i₁＝I_恒流源＝I_吸合电流，第一继电器的开关K1可以可靠闭合。

当第一继电器的开关K1闭合时，按下按键S2的情况为了方便计算，我们假设第二继电器和第一继电器是一样的(也可不一样)，假设r＝r₁＝r₂，R＝R₄＝R₅，那么根据要求就有：

根据设计可知当合上按键S2时，要求必须第一继电器的开关K1断开，所有串接的电阻R4和R5必须满足公式(4)，而且开关K1和开关K2不能同时接通，所以R必须同时满足(5)，现由公式(4)求出R大小然后带入公式(5)检验是否满足要求。根据公式(4)可以得出：

根据已知参数可以得到：

$R\≥\frac{(28-2*7)\mathrm{mA}}{7\mathrm{mA}}*120\mathrm{\Ω}=240\mathrm{\Ω}$

考虑冗余量，取R＝330Ω。带入公式(5)看是否满足第二继电器不能接通的条件：

由此可知第一继电器按键S1断开的过程中，第二继电器是无法开通的，当第一继电器的开关K1彻底断开后，所有电流流过第二继电器，变成了i₁＝0，i₂＝I_恒流源＝I_吸合电流，第二继电器的开关K2可以可靠闭合。

通过上述过程计算可知先闭合第一继电器的开关K1，第一继电器可以可靠工作，当闭合按键S2时，先自动断开第一继电器的开关K1，然后才会合上第二继电器的开关K2，第二继电器可以工作，所以它防止了两个继电器(第一继电器和第二继电器)同时导通。这个电路的关键是提供的电流源的大小和分流电阻R的大小，电流源可以通过调节可调电阻R2使它正常工作，限流电阻R的大小必须经过手册计算，然后留出一定富余量。

电路稳定后通过限流电阻R提供的通路，继电器可以可靠的一直稳定运行。

本发明提供的一种模拟单选控制电路，首先设计一个恒流源，所述恒流源提供的电流的大小精度要求不高，但必须大于一个继电器导通时的吸合电流，同时必须小于两个继电器同时导通时的吸合电流。当第一继电器的常闭触点闭合时，保证额定工作电压的基础上，恒流源提供足够一个继电器工作的吸合电流。

所述模拟单选控制电路的工作的流程是：

当第一个继电器自锁闭合工作时，闭合第二个继电器按键S2，这时对恒流源的电流分流到两个继电器的电流就有一个要求，要求第一个继电器分到的电流小于释放电流，而第二个继电器分到的电流不能大于吸合电流，这样在闭合第二个继电器时，第一个继电器会断开，而第二个继电器也不会闭合。当第一个继电器完全断开后，恒流源提供足够第二个继电器闭合的吸合电流，第二个继电器就会闭合。并且电路要设计自锁功能，这样两个继电器不会同时闭合，自动完成第一个继电器的断开后才会闭合第二个继电器，这样任何两路继电器控制的电路就不会同时导通产生冲突。

电路结构确定后关键点是根据需要控制的继电器数目及它的参数设计好恒流源的大小，和各个分流电阻的大小，尤其是分流电阻的大小，基本原则是必须保证一个继电器可靠导通而且同时保证不能两个继电器同时导通。当单独按下任意一个按键S1时，要保证继电器可靠接通，当在按下一个按键S2时，要分流电阻的大小要保证，前一个继电器的电流小于额定释放电流，而且第二个继电器的电流又不能大于额定吸附电流，从而使第一个继电器可靠断开时而第二个继电器不能接通。所以除了拓扑结构外，各个元件的参数设计也是最关键的。

Claims (3)

1.一种模拟单选控制电路，其特征在于：所述的模拟单选控制电路包括一个恒流源与n个继电器，分别为第一继电器、第二继电器、……、第n继电器，n为整数，n大于等于2；每个继电器的连接方式相同，以第一继电器为例，所述第一继电器的线圈的两端连接被控制电路，常开触点为按键(S1)，常闭触点为开关(K1)，常开触点接地，并且在开关(K1)与地之间连接有电阻(R4)；常开触点闭合、断开，提供第一继电器的吸合电流。

2.根据权利要求1所述的一种模拟单选控制电路，其特征在于：所述恒流源由一个3.3V的稳压二极管(D1)，电阻(R1)、(R3)、可调电阻(R2)和一个PNP型的三极管(T1)构成，电阻(R1)连接在三极管(T1)的基极和地之间，可调电阻(R2)与电阻(R3)串联在电源和三极管(T1)的发射极之间，稳压二极管(D1)的阳极接电源，阴极接三极管(T1)的基极，三极管(T1)的集极为恒流源输出端。

3.根据权利要求1或2所述的一种模拟单选控制电路，其特征在于：所述恒流源提供的电流的大小，必须大于一个继电器导通时的吸合电流，同时必须小于两个继电器同时导通时的吸合电流。