CN205406218U - 一种电磁铁控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电磁铁控制电路，包括电磁铁、第一开关管、续流二极管以及TVS二极管；所述TVS二极管的正极与直流电源连接，并与所述电磁铁的线圈的第一端子连接；所述TVS二极管的负极与所述续流二极管的负极连接；所述续流二极管的正极与所述第一开关管的第一连接极连接，并与所述电磁铁的线圈的第二端子连接；所述第一开关管的第二连接极接地；所述第一开关管的控制极与第一控制信号接收端连接。本实用新型能够实现第一开关管关闭输出使得电磁铁掉电时电磁铁磁力能的快速消耗，从而提高换向机构的换向速度。

Description

一种电磁铁控制电路

技术领域

本实用新型涉及电子电路技术领域，具体涉及一种电磁铁控制电路。

背景技术

在铁芯的外部缠绕与其功率相匹配的导电绕组，这种通有电流的线圈像磁铁一样具有磁性，这样的器件叫做电磁铁。电磁铁在通电时有磁性，断电后磁就随之消失，即电磁铁在通电和断电是处于有磁性和无磁性的状态。利用电磁铁的这种特性，配合联动机构可以组成各种换向机构。所述的换向机构能够在电磁铁通电时转换到第一方向，而在电磁铁断电时转换到第二方向。

如图1所示，其是现有技术的电磁铁所应用的换向机构的结构示意图。所述换向机构包括电磁铁1、联动机构2、回位弹簧3、换向轴4、并列套接在该换向轴4上且相互间隔一定距离的多个换向块5；当电磁铁通电时，电磁铁的铁芯受到磁力而吸合，通过所述联动机构带动所述换向轴向第一方向转动，并且使得所述回位弹簧处于拉伸状态；当电磁铁通电时，电磁铁的铁芯没有受到磁力，所述回位弹簧将联动机构拉回原来的位置，从而带动所述换向轴向第二方向转动。图1中的换向机构可以应用在纸币传输通道的换向机构中，如公开号为CN102044107A的可换向的纸币传输通道装置。

为了控制电磁铁的通断电，需要配置相应的电磁铁控制电路。最简单的实现方式是将电磁铁的线圈的第一端子连接电源，将电磁铁的线圈的第二端子通过可控开关管连接地。因此可以通过控制可控开关管的通断来控制电磁铁的线圈是否通电。

但是，当电磁铁的线圈从通电切换到失电状态时，线圈两端会产生很高的感应电压，这个感应电压有可能会损坏可控开关管。

为了避免这种情况，通常会在线圈两端并联一个续流二极管。当电磁铁的线圈从通电切换到失电状态时，线圈和续流二极管构成续流回路，续流二极管通过电流的形式消耗掉线圈中储存的能量，防止感应电压过高而击穿可控开关管。

但是，上述提到的控制电路不适用于需要快速切换方向的换向机构，存在换向速度慢的不足。其原因是可控开关管关闭输出后，电磁铁上的磁力能转换成电能，通过续流二极管慢速消耗，消耗过程中形成的回路电流使电磁铁有一定的保持力，从而不能在回位弹簧的作用下快速回位。

实用新型内容

本实用新型的目的是，提供一种电磁铁控制电路，能够实现开关管关闭输出时电磁铁磁力能的快速消耗，从而提高换向机构的换向速度。

为解决以上技术问题，本实用新型实施例提供一种电磁铁控制电路，包括电磁铁、第一开关管、续流二极管以及TVS二极管；

所述TVS二极管的正极与直流电源连接，并与所述电磁铁的线圈的第一端子连接；所述TVS二极管的负极与所述续流二极管的负极连接；所述续流二极管的正极与所述第一开关管的第一连接极连接，并与所述电磁铁的线圈的第二端子连接；所述第一开关管的第二连接极接地；所述第一开关管的控制极与第一控制信号接收端连接。

在一种实施方式中，所述电磁铁控制电路还包括第二开关管与第一电阻；所述第二开关管的第一连接极与所述TVS二极管的正极连接；所述第二开关管的第二连接极与所述TVS二极管的负极连接；所述第一电阻的第一端与所述第二开关管的控制极连接，所述第一电阻的第二端与所述第二开关管的第二连接极连接；所述第二开关管的控制极与第二控制信号接收端连接。

在另一种实施方式中，所述电磁铁控制电路还包括第二开关管、第一电阻、第一三极管、第二电阻与第三电阻；所述第二开关管的第一连接极与所述TVS二极管的正极连接；所述第二开关管的第二连接极与所述TVS二极管的负极连接；所述第一电阻的第一端与所述第二开关管的控制极连接，所述第一电阻的第二端与所述第二开关管的第二连接极连接；所述第二开关管的控制极通过所述第二电阻与所述第一三极管的集电极连接；所述第一三极管的发射极接地；所述第一三极管的基极通过所述第三电阻与第二控制信号接收端连接。

作为更优选地，所述第一开关管为N沟道型的MOS管；所述第一开关管的第一连接极为MOS管的漏极，所述第一开关管的第二连接极为MOS管的源极，所述第一开关管的控制极为MOS管的栅极。

作为更优选地，所述第二开关管为P沟道型的MOS管；所述第二开关管的第一连接极为MOS管的漏极，所述第二开关管的第二连接极为MOS管的源极，所述第二开关管的控制极为MOS管的栅极。

作为更优选地，所述电磁铁控制电路还包括保险丝；所述TVS二极管的正极具体通过所述保险丝与直流电源连接。

作为更优选地，所述TVS二极管的击穿电压大于或等于所述直流电源的电压值。

作为更优选地，所述续流二极管为普通开关二极管或快速恢复二极管或肖特基二极管。

作为更优选地，所述电磁铁控制电路还包括控制单元；所述控制单元的第一控制端与所述第一控制信号接收端连接；所述控制单元的第二控制端与所述第二控制信号接收端连接。

作为更优选地，所述电磁铁控制电路还包括第四电阻；所述TVS二极管的负极具体通过所述第四电阻与所述续流二极管的负极连接。

相比于现有技术，本实用新型的有益效果在于：本实用新型提供一种电磁铁控制电路，电磁铁、第一开关管、续流二极管以及TVS二极管；所述TVS二极管的正极与直流电源连接，并与所述电磁铁的线圈的第一端子连接；所述TVS二极管的负极与所述续流二极管的负极连接；所述续流二极管的正极与所述第一开关管的第一连接极连接，并与所述电磁铁的线圈的第二端子连接；所述第一开关管的第二连接极接地；所述第一开关管的控制极与第一控制信号接收端连接。使用了TVS二极管击穿阀值电压比较高的特性，能够实现第一开关管关闭输出时电磁铁磁力能的快速消耗，从而提高换向机构的换向速度。此外，本实用新型还进一步能够实现对TVS二极管的开关控制，使得用户能够选择是否快速地消耗电磁铁能量。

附图说明

图1是现有技术的电磁铁所应用的换向机构的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的电磁铁控制电路的电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图2，其是本实用新型实施例提供的电磁铁控制电路的电路图。所述电磁铁控制电路包括电磁铁YA、第一开关管M1、续流二极管D1以及TVS二极管D2；

所述TVS二极管D2的正极与直流电源DC连接，并与所述电磁铁YA的线圈的第一端子连接；所述TVS二极管D2的负极与所述续流二极管D1的负极连接；所述续流二极管D1的正极与所述第一开关管M1的第一连接极连接，并与所述电磁铁YA的线圈的第二端子连接；所述第一开关管M1的第二连接极接地；所述第一开关管M1的控制极与第一控制信号接收端CTRL1连接。

所述第一开关管M1的作用是控制电磁铁YA的通断电。在本实施例中，所述第一开关管M1为N沟道型的MOS管；所述第一开关管M1的第一连接极为MOS管的漏极，所述第一开关管M1的第二连接极为MOS管的源极，所述第一开关管M1的控制极为MOS管的栅极。

所述续流二极管D1的作用是与线圈构成续流回路，在电磁铁YA断电时通过电流的形式消耗掉电磁铁YA线圈中储存的能量，防止感应电压过高而击穿第一开关管M1，保护第一开关管M1。在本实施例中，所述续流二极管D1为普通开关二极管或快速恢复二极管或肖特基二极管，其反向耐压必须大于电源电压。

所述TVS二极管D2(TransientVoltageSuppressor，瞬态电压抑制器)的作用是实现了电磁铁YA磁力能快速消耗。当TVS二极管D2的两极受到反向瞬态高能量冲击时，它能以10-12秒量级的速度，将其两极间的高阻抗变为低阻抗，吸收高达数千瓦的浪涌功率，使两极间的电压钳位于一个预定值，电磁铁YA能量消耗完毕后快速释放，最终实现了电磁铁YA快速换向的目的。

作为更优选地，所述TVS二极管D2的击穿电压大于或等于所述直流电源DC的电压值，保证TVS二极管D2能够快速地消耗掉电磁铁YA的能量。

作为更优选地，所述电磁铁YA控制电路还包括第二开关管M2与第一电阻R1；所述第二开关管M2的第一连接极与所述TVS二极管D2的正极连接；所述第二开关管M2的第二连接极与所述TVS二极管D2的负极连接；所述第一电阻R1的第一端与所述第二开关管M2的控制极连接，所述第一电阻R1的第二端与所述第二开关管M2的第二连接极连接；所述第二开关管M2的控制极与第二控制信号接收端连接。在本实施例中，所述第二开关管M2为P沟道型的MOS管；所述第二开关管M2的第一连接极为MOS管的漏极，所述第二开关管M2的第二连接极为MOS管的源极，所述第二开关管M2的控制极为MOS管的栅极。所述第二开关管M2的作用是控制所述TVS二极管D2的开关，当所述第二开关管M2导通时，相当于TVS二极管D2被短路了，TVS二极管D2不参与对电磁铁YA的能量消耗的工作；反之，TVS二极管D2能够消耗电磁铁YA的能量。通过设置第二开关管M2可以由用户自行选择是否需要快速消耗电磁铁YA的能量而实现快速换向，主要是考虑到有一些情形不需要进行快速消耗电磁铁YA的能量，而有些情形需要。

其中，第一开关管M1和第二开关管M2主要考虑其额定电流不小于电磁铁YA的工作电流，一般至少2倍以上；第二电阻的阻值是第二电阻的两倍，具体和电源电压大小与第二开关管M2的的开启电压有关。

作为更优选地，所述电磁铁YA控制电路还包括第一三极管Q1、第二电阻R2和第三电阻R3。所述第二开关管M2的控制极与所述第二控制信号端之间具体通过如下方式连接：所述第二开关管M2的控制极通过所述第二电阻R2与所述第一三极管Q1的集电极连接；所述第一三极管Q1的发射极接地；所述第一三极管Q1的基极通过所述第三电阻R3与第二控制信号接收端CTRL2连接。

需要说明的是，第一三极管Q1、第二电阻R2和第三电阻R3在电路中起到增强对第二开关管M2的驱动能力的作用，但这三个器件并不是必须的，即第二开关管M2的控制极可以直接与所述第二控制信号接收端CTRL2连接。

作为更优选地，所述电磁铁YA控制电路还包括保险丝F1；所述TVS二极管D2的正极具体通过所述保险丝F1与直流电源DC连接。所述保险丝F1用于在上电电流过大或电路短路或其它异常导致工作电流超出正常值时自动熔断，起到保护电路的作用，同时易于维护。

作为更优选地，所述电磁铁YA控制电路还包括控制单元(附图中未示意)；所述控制单元的第一控制端与所述第一控制信号接收端CTRL1连接；所述控制单元的第二控制端与所述第二控制信号接收端CTRL2连接。

作为更优选地，所述电磁铁YA控制电路还包括第四电阻(附图中未示意)；所述TVS二极管D2的负极具体通过所述第四电阻与所述续流二极管D1的负极连接。通过第四电阻可以限制续流回路中的电流，防止因感应电压产生的电流过大而损坏元器件。

本实施例的工作原理如下：

当第一控制信号接收端CTRL1接收到高电平“1”时，第一开关管M1的第一连接端和第二连接端导通，直流电源DC驱动电磁铁YA工作，使得换向机构切换到第一方向；

在电磁铁YA正常工作时，当第一控制信号接收端CTRL1接收到低电平“0”，第二控制信号接收端CTRL2接收到低电平“0”时，第一开关管M1、第一三极管Q1以及第二开关管M2关断，电磁铁YA掉电，根据电感续流特性，电磁铁YA将产生反向电压，其第二端子的电压高于第一端子，反向电压通过续流二极管D1加载到TVS二极管D2的两端，TVS二极管D2的特性使得反向电流快速消耗完毕，实现电磁铁YA快速释放，使得换向机构快速地从第一方向切换到第二方向。

在电磁铁YA正常工作时，当第一控制信号接收端CTRL1接收到低电平“0”，第二控制信号接收端CTRL2接收到高电平“1”时，第一开关管M1关断，第一三极管Q1以及第二开关管M2开启，电磁铁YA掉电，根据电感续流特性，电磁铁YA将产生反向电压，其第二端子的电压高于第一端子，反向电压通过续流二极管D1加载到TVS二极管D2和第二开关管M2的两端，因第二开关管M2的第一连接极和第二连接极完全开启导通，反向电流流过第二开关管M2形成回流，反向电流慢速消耗完毕，电磁铁YA只能慢速释放能量后，使得换向机构慢速地从第一方向切换到第二方向。

相比于现有技术，本实用新型的有益效果在于：本实用新型提供一种电磁铁控制电路，电磁铁、第一开关管、续流二极管以及TVS二极管；所述TVS二极管的正极与直流电源连接，并与所述电磁铁的线圈的第一端子连接；所述TVS二极管的负极与所述续流二极管的负极连接；所述续流二极管的正极与所述第一开关管的第一连接极连接，并与所述电磁铁的线圈的第二端子连接；所述第一开关管的第二连接极接地；所述第一开关管的控制极与第一控制信号接收端连接。使用了TVS二极管击穿阀值电压比较高的特性，能够实现第一开关管关闭输出时电磁铁磁力能的快速消耗，从而提高换向机构的换向速度。此外，本实用新型还进一步能够实现对TVS二极管的开关控制，使得用户能够选择是否快速地消耗电磁铁能量。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种电磁铁控制电路，其特征在于，包括电磁铁、第一开关管、续流二极管以及TVS二极管；

所述TVS二极管的正极与直流电源连接，并与所述电磁铁的线圈的第一端子连接；所述TVS二极管的负极与所述续流二极管的负极连接；所述续流二极管的正极与所述第一开关管的第一连接极连接，并与所述电磁铁的线圈的第二端子连接；所述第一开关管的第二连接极接地；所述第一开关管的控制极与第一控制信号接收端连接。

2.如权利要求1所述的电磁铁控制电路，其特征在于，所述电磁铁控制电路还包括第二开关管与第一电阻；所述第二开关管的第一连接极与所述TVS二极管的正极连接；所述第二开关管的第二连接极与所述TVS二极管的负极连接；所述第一电阻的第一端与所述第二开关管的控制极连接，所述第一电阻的第二端与所述第二开关管的第二连接极连接；所述第二开关管的控制极与第二控制信号接收端连接。

3.如权利要求1所述的电磁铁控制电路，其特征在于，所述电磁铁控制电路还包括第二开关管、第一电阻、第一三极管、第二电阻与第三电阻；所述第二开关管的第一连接极与所述TVS二极管的正极连接；所述第二开关管的第二连接极与所述TVS二极管的负极连接；所述第一电阻的第一端与所述第二开关管的控制极连接，所述第一电阻的第二端与所述第二开关管的第二连接极连接；所述第二开关管的控制极通过所述第二电阻与所述第一三极管的集电极连接；所述第一三极管的发射极接地；所述第一三极管的基极通过所述第三电阻与第二控制信号接收端连接。

4.如权利要求1～3任一项所述的电磁铁控制电路，其特征在于，所述第一开关管为N沟道型的MOS管；所述第一开关管的第一连接极为MOS管的漏极，所述第一开关管的第二连接极为MOS管的源极，所述第一开关管的控制极为MOS管的栅极。

5.如权利要求2或3所述的电磁铁控制电路，其特征在于，所述第二开关管为P沟道型的MOS管；所述第二开关管的第一连接极为MOS管的漏极，所述第二开关管的第二连接极为MOS管的源极，所述第二开关管的控制极为MOS管的栅极。

6.如权利要求1所述的电磁铁控制电路，其特征在于，所述电磁铁控制电路还包括保险丝；所述TVS二极管的正极具体通过所述保险丝与直流电源连接。

7.如权利要求1所述的电磁铁控制电路，其特征在于，所述TVS二极管的击穿电压大于或等于所述直流电源的电压值。

8.如权利要求1所述的电磁铁控制电路，其特征在于，所述续流二极管为普通开关二极管或快速恢复二极管或肖特基二极管。

9.如权利要求2或3所述的电磁铁控制电路，其特征在于，所述电磁铁控制电路还包括控制单元；所述控制单元的第一控制端与所述第一控制信号接收端连接；所述控制单元的第二控制端与所述第二控制信号接收端连接。

10.如权利要求1所述的电磁铁控制电路，其特征在于，所述电磁铁控制电路还包括第四电阻；所述TVS二极管的负极具体通过所述第四电阻与所述续流二极管的负极连接。