CN206022027U - 一种电磁铁驱动电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电磁铁驱动电路。其包括：整流储能单元、充电缓冲单元、充电控制单元，以及两个交流输入端；整流储能单元与充电缓冲单元串联于所述两个交流输入端之间；整流储能单元包括第一、第二整流二极管、第一、第二储能电容，第一储能电容的正极、负极分别连接第一整流二极管的负极、第二储能电容的正极，第二整流二极管的正极、负极分别连接第二储能电容的负极、第一整流二极管的正极；所述充电控制单元用于控制第一储能电容和第二储能电容的电压。本实用新型还公开了一种电磁继电器、接触器、电磁脱扣器、双电源自动转换开关、自动开关。本实用新型输出电压幅值较高、电压纹波较小，输出电压易于调节且结构简单、实现成本低。

Description

一种电磁铁驱动电路

技术领域

本实用新型涉及一种电磁铁驱动电路，用于向电磁铁提供直流电能。

背景技术

电磁铁是通电产生电磁的一种装置，通电即有磁性，断电磁性随即消失。一般而言，电磁铁所产生的磁场与电流大小、线圈圈数及中心的铁磁体有关。在设计电磁铁时，会注重线圈的分布和铁磁体的选择，而在应用中利用电流的大小来控制磁场。电磁铁因其优异的性能被广泛应用于自动电器的电磁系统中——如电磁继电器、接触器、双电源自动转换开关等。

在一些应用场合，对电磁铁的动作速度和动作特性有着较高的要求。例如在工业、医疗、商业等很多领域有许多的敏感负载，此类负载对供电的连续性有着较高的要求，一旦中间断电超过一定时间，就会引起严重的后果，造成很大的损失。为了保证对此类负载的持续供电，最常见的方法是采用双电源自动转换开关进行两路电源的转换。

而已有技术中的自动转换开关的电磁铁驱动电路，采用交流电经过全桥整流后直接驱动的方案，驱动电压低，电磁铁线圈中电流上升速度慢，且电流变化曲线受交流电的幅值和相位变化影响很大，电磁铁不能及时有效地驱动双电源自动转换开关机构进行电源转换，断电时间较长，往往不能满足敏感负载对于供电连续性的要求。

也有采用boost电路进行升压，而boost电路虽然能提供稳定的直流电压，且可根据电磁铁动作特性的需要相应改变直流电压幅值，但boost电路结构相对复杂，控制要求较高，成本也相对较高。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种电磁铁驱动电路，能为电磁铁提供电压幅值较高、电压纹波较小的直流驱动电压，提高电磁铁的动作速度和动作一致性，且便于调节电磁铁的动作特性，此外，实现成本较低。

一种电磁铁驱动电路，用于向电磁铁提供直流电能，其包括：整流储能单元、充电缓冲单元、充电控制单元，以及用于连接外部交流电的两个交流输入端；整流储能单元与充电缓冲单元串联于所述两个交流输入端之间；所述整流储能单元包括两个整流二极管：第一整流二极管、第二整流二极管，两个储能电容：第一储能电容、第二储能电容，第一储能电容的正极、负极分别连接第一整流二极管的负极、第二储能电容的正极，第二整流二极管的正极、负极分别连接第二储能电容的负极、第一整流二极管的正极，第一整流二极管与第二整流二极管的连接节点、第一储能电容与第二储能电容的连接节点分别作为整流储能单元的两个交流输入端，第一储能电容的正极、第二储能电容的负极分别为该电磁铁驱动电路的正输出端、负输出端；所述充电控制单元用于控制第一储能电容和第二储能电容的电压。

优选地，所述充电控制单元包括采样单元、控制单元以及电子开关单元；所述采样单元用于对第一储能电容的两端电压、第二储能电容的两端电压进行检测，所述控制单元用于根据采样单元的检测结果，通过对所述电子开关单元进行控制，实现对第一储能电容和第二储能电容的电压控制。

优选地，所述电子开关单元由两个IGBT模块构成。

作为上述技术方案的一种实现方案，两个IGBT模块与整流储能单元、充电缓冲单元一起串联于电磁铁驱动电路的两个交流输入端之间，且两个IGBT模块的连接方向相反。

作为上述技术方案的另一种实现方案，两个IGBT模块分别串接于整流储能单元中第一整流二极管、第二整流二极管所在的两条支路中，每个IGBT模块中的续流二极管与该IGBT模块所在支路中的整流二极管的方向相反。

本实用新型的电磁铁驱动电路可广泛应用于电磁继电器、接触器、双电源自动转换开关等诸多领域，以下为几种典型应用实例：

一种电磁继电器，包括电磁铁以及如上任一技术方案所述电磁铁驱动电路。

一种接触器，包括电磁铁以及如上任一技术方案所述电磁铁驱动电路。

一种电磁脱扣器，包括电磁铁以及如上任一技术方案所述电磁铁驱动电路。

一种双电源自动转换开关，包括电磁铁以及如上任一技术方案所述电磁铁驱动电路。

一种自动开关，包括电磁铁以及如上任一技术方案所述电磁铁驱动电路。

相比现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型可提供一个电压幅值较高，电压纹波较小的直流电压，用于驱动电磁铁，从而可提高电磁铁的动作速度和动作一致性，且可通过改变整流储能单元的直流电压值来调节电磁铁动作特性。

相比现有的全桥整流或者boost升压电路的电磁铁驱动技术，本实用新型具有电路结构简单、控制简易、成本较低的显著优点。

附图说明

图1为本实用新型电磁驱动装置的原理框图；

图2为本实用新型电磁铁驱动电路的第一个实施例的电路结构示意图；

图3为本实用新型电磁铁驱动电路的第二个实施例的电路结构示意图；

图4为本实用新型电磁铁驱动电路的第三个实施例的电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案进行详细说明：

图1显示了本实用新型电磁驱动装置的基本原理。如图1所示，该电磁驱动装置包括电磁铁、电磁铁驱动电路、开关电路；其中，电磁铁驱动电路用于向电磁铁提供直流电能，开关电路用于开通或关断电磁铁驱动电路向电磁铁供电回路。本实用新型电磁铁驱动电路（图中虚线框内部分）包括：整流储能单元、充电缓冲单元、充电控制单元，以及用于连接外部交流电的两个交流输入端。两个交流输入端输入的外部交流电能经由整流储能单元整流并存储，然后提供给电磁铁；充电缓冲单元用于调节整流储能单元的充电速度，充电控制单元用于控制整流储能单元所输出的直流电压。

本实用新型的整流储能单元包括两个整流二极管：第一整流二极管、第二整流二极管，两个储能电容：第一储能电容、第二储能电容，第一储能电容的正极、负极分别连接第一整流二极管的负极、第二储能电容的正极，第二整流二极管的正极、负极分别连接第二储能电容的负极、第一整流二极管的正极，第一整流二极管与第二整流二极管的连接节点、第一储能电容与第二储能电容的连接节点分别作为整流储能单元的两个交流输入端，第一储能电容的正极、第二储能电容的负极分别为该电磁铁驱动电路的正输出端、负输出端；所述充电控制单元通过控制第一储能电容和第二储能电容的充电周期来实现对整流储能单元所输出直流电压的控制。

优选地，所述充电控制单元包括采样单元、控制单元以及电子开关单元；所述采样单元用于对第一储能电容的两端电压、第二储能电容的两端电压进行检测，所述控制单元用于根据采样单元的检测结果，通过对所述电子开关单元进行控制，实现对第一储能电容和第二储能电容的充电周期的控制。

优选地，所述电子开关单元由两个IGBT模块构成。当然，也可采用晶闸管、场效应管等电子开关管。

作为上述技术方案的一种实现方案，两个IGBT模块与整流储能单元、充电缓冲单元一起串联于电磁铁驱动电路的两个交流输入端之间，且两个IGBT模块的连接方向相反。

作为上述技术方案的另一种实现方案，两个IGBT模块分别串接于整流储能单元中第一整流二极管、第二整流二极管所在的两条支路中，每个IGBT模块中的续流二极管与该IGBT模块所在支路中的整流二极管的方向相反。

为了便于公众理解，下面以三个优选实施例来对本实用新型技术方案进行进一步说明。

图2显示了本实用新型电磁铁驱动电路的第一个实施例的电路结构。如图2所示，交流电压输入端U、V可接于市电线电压，以得到更高的整流电压上限；整流储能单元由整流二极管D1、D2和电解电容C1、C2组成，整流二极管D1阳极与整流二极管D2阴极相连，其连接节点为整流储能单元的交流输入端A；电解电容C1负极与电解电容C2正极相连，其连接节点为整流储能单元的交流输入端B；整流二极管D1阴极与电解电容C1正极相连，其连接节点为整流储能单元直流输出端P+；整流二极管D2阳极与电解电容C2负极相连，其连接节点为整流储能单元直流输出端P-。充电缓冲单元由一电阻R组成。本实施例中的充电控制单元由2个IGBT模块T1、T2，以及采样单元和控制单元组成；IGBT模块T1的发射极与T2的发射极相连。整流储能单元的交流输入端A与交流电压输入端U相连，整流储能单元交流输入端B与电阻R一端相连；电阻R的另一端与IGBT模块T1的集电极相连，IGBT模块T2的集电极与交流电压输入端V相连。整流储能单元的直流输出端P+、P-连接至开关电路和电磁铁，为电磁铁提供直流驱动电压。

图2所示电磁铁驱动电路的工作原理具体如下：在UV间交流电压的正半周期内，由整流二极管D1、电阻R、IGBT模块T1的IGBT侧（功率开关侧）和IGBT模块T2的FWD侧（续流二极管部分）形成对电解电容C1的充电回路，当采样电路测得电解电容C1的电压低于预设的目标电压时，控制电路开通IGBT模块T1，为电解电容C1充电；当采样电路测得电解电容C1的电压充电至目标电压时，控制单元关断IGBT模块T1，C1电压不再上升；在UV间交流电压的负半周期内，由整流二极管D2、电阻R、IGBT模块T1的FWD侧和IGBT模块T2的IGBT侧形成对电解电容C2的充电回路，当采样电路测得电解电容C1的电压低于预设的目标电压时，控制单元开通IGBT模块T1，为电解电容C2充电；当采样电路测得电解电容C2的电压充电至目标电压时，控制单元关断IGBT模块T2，C2电压不再上升；输出端子P+、P-间的电压为电解电容C1、C2的电压之和。当交流电压输入端输入380V交流电压时，P+、P-间最高整流电压可达1075V左右，为全桥整流电路的2倍，并可根据实际电磁铁的动作特性需求，设置合适的整流目标电压，从而使得P+、P-间的实际输出直流电压满足不同的要求。

图3显示了本实用新型电磁铁驱动电路的第二个实施例的电路结构。其与图2电磁铁驱动电路的不同之处在于2个IGBT模块T1、T2的位置位于交流电压输入端U与节点A之间，除此之外的结构以及工作原理均与实施例一相同。

根据图2、图3所示的两个实施例可知，只要两个IGBT模块T1、T2与整流储能单元、充电缓冲单元一起串联于电磁铁驱动电路的两个交流输入端U、V之间，且两个IGBT模块的连接方向相反，即可构成本实用新型电磁铁驱动电路。例如，IGBT模块T1、T2分别串接在交流输入端U与节点A之间、节点B与电阻R之间；或者，IGBT模块T1、T2分别串接在节点B与电阻R之间、交流输入端V与电阻R之间；又或者，IGBT模块T1、T2反相串接于节点B与电阻R之间。

以上实施方式中，两个IGBT模块T1、T2与整流储能单元、充电缓冲单元串联，除此之外，还可以采用另一类实现方式，即两个IGBT模块分别串接于整流储能单元中第一整流二极管、第二整流二极管所在的两条支路中，每个IGBT模块中的续流二极管与该IGBT模块所在支路中的整流二极管的方向相反。图4即显示了此类实现方式的一个具体实施例。如图4所示，IGBT模块T1串接于整流二极管D1的负极与电解电容C1的正极之间，IGBT模块T1的续流二极管与整流二极管D1的方向相反；IGBT模块T2串接于整流二极管D2的正极与电解电容C2的负极之间，IGBT模块T2的续流二极管与整流二极管D2的方向相反。除此以外，IGBT模块T1也可串接于整流二极管D1的正极与节点A之间或电解电容C1的负极与节点B之间，IGBT模块T2可串接于整流二极管D2的负极与节点A之间或电解电容C2的正极与节点B之间。

本实用新型电磁驱动装置具有输出电压幅值较高、电压纹波较小，输出电压易于调节以及结构简单、实现成本低的显著优点，可广泛应用于电磁继电器、接触器、双电源自动转换开关等诸多领域，具有较好的应用前景。

Claims (10)

1.一种电磁铁驱动电路，用于向电磁铁提供直流电能，其特征在于，其包括：整流储能单元、充电缓冲单元、充电控制单元，以及用于连接外部交流电的两个交流输入端；整流储能单元与充电缓冲单元串联于所述两个交流输入端之间；所述整流储能单元包括两个整流二极管：第一整流二极管、第二整流二极管，两个储能电容：第一储能电容、第二储能电容，第一储能电容的正极、负极分别连接第一整流二极管的负极、第二储能电容的正极，第二整流二极管的正极、负极分别连接第二储能电容的负极、第一整流二极管的正极，第一整流二极管与第二整流二极管的连接节点、第一储能电容与第二储能电容的连接节点分别作为整流储能单元的两个交流输入端，第一储能电容的正极、第二储能电容的负极分别为该电磁铁驱动电路的正输出端、负输出端；所述充电控制单元用于控制第一储能电容和第二储能电容的电压。

2.如权利要求1所述电磁铁驱动电路，其特征在于，所述充电控制单元包括采样单元、控制单元以及电子开关单元；所述采样单元用于对第一储能电容的两端电压、第二储能电容的两端电压进行检测，所述控制单元用于根据采样单元的检测结果，通过对所述电子开关单元进行控制，实现对第一储能电容和第二储能电容的电压控制。

3.如权利要求2所述电磁铁驱动电路，其特征在于，所述电子开关单元由两个IGBT模块构成。

4.如权利要求3所述电磁铁驱动电路，其特征在于，两个IGBT模块与整流储能单元、充电缓冲单元一起串联于电磁铁驱动电路的两个交流输入端之间，且两个IGBT模块的连接方向相反。

5.如权利要求3所述电磁铁驱动电路，其特征在于，两个IGBT模块分别串接于整流储能单元中第一整流二极管、第二整流二极管所在的两条支路中，每个IGBT模块中的续流二极管与该IGBT模块所在支路中的整流二极管的方向相反。

6.一种电磁继电器，包括电磁铁以及如权利要求1～5任一项所述电磁铁驱动电路。

7.一种接触器，包括电磁铁以及如权利要求1～5任一项所述电磁铁驱动电路。

8.一种电磁脱扣器，包括电磁铁以及如权利要求1～5任一项所述电磁铁驱动电路。

9.一种双电源自动转换开关，包括电磁铁以及如权利要求1～5任一项所述电磁铁驱动电路。

10.一种自动开关，包括电磁铁以及如权利要求1～5任一项所述电磁铁驱动电路。