CN209658087U - 一种中压接触器吸合线圈的控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种中压接触器吸合线圈的控制电路，用于对吸合线圈进行恒流控制，包括控制子电路和电流调节子电路，所述的吸合线圈与电流调节子电路连接，所述的电流调节子电路包括采样电阻和MOS管，所述的MOS管的栅极与控制子电路连接，漏极通过吸合线圈与吸合线圈电源连接，源极通过采样电阻接地，并且与控制子电路连接。与现有技术相比，本实用新型具有降低功耗、可靠性高等优点。

Description

一种中压接触器吸合线圈的控制电路

技术领域

本实用新型涉及中压接触器控制领域，尤其是涉及一种中压接触器吸合线圈的控制电路。

背景技术

在中压接触器中，吸合持线圈是不可缺少的一部分。通过对电保持吸合线圈的通断，来控制接触器的通断。

电保持线圈由一个铁芯加上一个电磁线圈组成。当线圈通电时，形成电磁力，吸动接触器的动作机构闭合，前后级导通；当线圈断电时，动作机构在弹簧的作用下复位，接触器动作结构断开，前后级也随之断开。吸合线圈的电路特征是，它是一个电感，拥有阻碍电流变化的特性。当吸合线圈通电时，电流不会立即达到最大值，而是以恒定速率增加，直到电流达到峰值，此峰值取决于线路等效电阻大小和输入电压的大小。

当吸合线圈中存在电流时，就会产生电磁力，电磁力的大小与电流大小和线圈匝数成比例关系。以下关系式计算了电磁力对带电电荷的力F＝Q*V*M*N*I，其中F为电磁力大小，Q为电荷的电荷量，M为磁常量，N为线圈匝数，I为螺线管的电流。

在中压接触器线圈的控制中，常用电压控制的方式，由于通电发热情况的存在，将导致吸和线圈中的电阻值增加，导致吸合线圈的电流降低，在电路设计时，需要考发热量，给吸合线圈提供更高的供电电压，来保证线圈的正常工作。

在遇到各种突发状况时，比如雷击地震这种自然因素，设备故障等人为误操作时，以及供电线路的突然变化时，都需要接触器的控制电路具有维持接触器正常工作的能力，使得外界的干扰最小地影响接触器的正常工作。

对于吸合线圈来说，电压驱动的控制并不理想，使用电流控制是更好的中压接触器线圈控制方案，电流控制方式不需要考虑温度变化引起的电流差异，对于各种突发情况，有更好的容错能力。

综上所述，现有中压接触器控制电路存在以下缺点：

1)使用电压控制方式，需要考虑温度和发热导致的电阻变化问题，电阻的增加导致电流的下降，为了保证在温度增加时也能正常工作，需要进行裕量设计；

2)裕量设计能解决温度变化时带来的电阻变化问题，但在正常工作时带来更大的发热量，不利于节能；

3)在输入电压和外界自然因素扰动时，电压控制方式容易误动作；

4)传统接触器在节能方面考虑不足，理论上在吸合后，需要很小的电流便能维持吸合状态，减少电流可以降低功耗，降低发热。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种中压接触器吸合线圈的控制电路。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种中压接触器吸合线圈的控制电路，用于对吸合线圈进行恒流控制，包括控制子电路和电流调节子电路，所述的吸合线圈与电流调节子电路连接，所述的电流调节子电路包括采样电阻和MOS管，所述的MOS管的栅极与控制子电路连接，漏极通过吸合线圈与吸合线圈电源连接，源极通过采样电阻接地，并且与控制子电路连接。

所述的控制子电路包括MCU和比较器，所述的MCU的IO口引脚与比较器的输出端连接，PWM引脚与MOS管栅极连接，所述的比较器的一个输入端连接到MOS管和采样电阻之间，另一个输入端用以输入参考电压。

当该电路上电时，MCU驱动MOS管导通，吸合线圈中电流达到吸合电流，接触器达到吸合状态；当吸合稳定后，MCU调节PWM口引脚输出的PWM波占空比，吸合线圈中电流下降到维持电流，接触器保持吸合状态。

所述的PWM波占空比由MCU根据IO口采集得到的比较器输出端信号调节，所述的比较器输出端信号根据采样电阻两端电压与参考电压的比较结果产生。

吸合电流I₁的表达式为：

其中，R_T1为吸合线圈电阻、R_D2为MOS管导通时的等效电阻。

所述的电流调节子电路还包括续流二极管，所述的续流二极管与吸合线圈并联连接。

所述的MOS管为N沟道MOS管。

所述的MCU和比较器均通过控制电源供电，所述的控制电源通过滤波电容接地。

所述的MCU的型号为MKE04Z128，所述的比较器的型号为LM293。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1)降低功耗：采用电流控制驱动方式，且以两段式控制，第一段全导通使吸合线圈内电流达到吸合电流，开关达到吸合状态，吸合后通过调节PWM波降低电流，使电流降低到吸合线圈的维持电流；两段式控制保证线圈吸合的同时，大大减少线圈的发热量，减少中压接触器的电能消耗，节约能量，增强寿命；

2)可靠性高：采样电阻的存在使得电路自身存在反馈机制，在外界自然因素扰动时，可减少误动作的发生，提高可靠性；

3)不需考虑裕量设计：电路采用恒流控制方式，相比电压控制和传统设计的留有裕量，在各种电路情况下均能自动适应，不需要考虑裕量设计。

附图说明

图1为本实用新型吸合线圈控制电路图；

图2为吸合线圈电流示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。

实施例

本实用新型提供一种中压接触器吸合线圈的控制电路，用于控制中压接触器的吸合线圈，吸合线圈T1固定在中压接触器中，不属于本控制电路的一部分，如图1所示，包括控制子电路和电流调节子电路，电流调节子电路包括采样电阻R1和MOS管D2，控制子电路包括MCU U1和比较器U3，MOS管D2栅极与MCU U1的PWM口引脚P15连接，漏极通过续流二极管D1连接吸合线圈电源Vss，源极与采样电阻R1一端连接，采样电阻R1另一端接地，吸合线圈T1一端连接线圈电源Vss，另一端连接到MOS管D2和续流二极管D1之间，比较器U3输出端与MCUU1的IO口引脚P12连接，比较器U3一个输入端连接到MOS管D2和采样电阻R1之间，另一个输入端接入参考电压Vref，MCU U1和比较器U3均通过控制电源Vdd供电，控制电源Vdd与地之间连接滤波电容C1。

当该电路上电时，MCU U1驱动MOS管D2导通，吸合线圈T1中电流达到吸合电流，接触器达到吸合状态；当吸合稳定后，MCU U1调节PWM口引脚P15输出的PWM波占空比，吸合线圈T1中电流下降到维持电流，接触器保持吸合状态。PWM波占空比由MCUU1根据IO口采集得到的比较器U3输出端信号调节。

MOS管D2为N沟道MOS管，NMOS管需要使用大电流、低导通阻抗、低寄生电容的MOS管，以减少MOS管在通断时的电流电压信号重叠，减少发热，MOS管D2的栅极通过MCU U1来驱动。

采样电阻R1采样到的电压为U＝I*R1，此电压传入比较器U3，此采样电压与参考电压Vref比较，比较的结果以的形式传给MCU U1，MCU U1通过采集比较器U3传来的开关信号，决定输出PWM波的占空比，控制平均电流大小和MOS管D2。

VDD为直流芯片供电电压，供电给MCU U1和比较器U3，线圈电源Vss为交流或直流输入，续流二极管D1为高耐压、大电流的快速二极管，吸合线圈T1和续流二极管D1并联在电路上等效为电阻与电感的串联。

本实施例中，中压接触器吸合线圈控制电路的电流控制原理过程如下：

1)上电时，MCU U1驱动MOS管D2完全导通200ms，此时线圈得到吸合电流其中R_T1为吸合线圈T1电阻、R_D2为MOS管D2导通时的等效电阻，此电流为电路能得到的最大电流值，保证T1产生的电磁力使中压接触器吸合。

2)完全导通200ms后，MCU U1通过PWM波的方式控制MOS管D2，PWM波的脉宽范围在5％～100％，在每个PWM波周期的开始，PWM波都会控制MOS管D2处于导通状态，导通后吸合线圈T1中的电流开始上升，采样电阻R1两端相应得到一个采样电压，这个采样电压与参考电压Vref比较。当采样电压小于参考电压Vref时，MCU U1通过PWM控制MOS管D2保持导通状态；当采样电压大于参考电压Vref时，MCU U1通过PWM控制MOS管D2切换为断开状态，通过调节PWM波占空比，使得吸合线圈T1中的电流下降到维持电流。

3)稳定后控制电路持续工作在脉宽调制状态，以此保证吸合线圈T1中的电流保持维持电流，此设定值可通过更改参考电压Vref来改变。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的工作人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种中压接触器吸合线圈的控制电路，用于对吸合线圈(T1)进行恒流控制，其特征在于，包括控制子电路和电流调节子电路，所述的吸合线圈(T1)与电流调节子电路连接，所述的电流调节子电路包括采样电阻(R1)和MOS管(D2)，所述的MOS管(D2)的栅极与控制子电路连接，漏极通过吸合线圈(T1)与吸合线圈电源(Vss)连接，源极通过采样电阻(R1)接地，并且与控制子电路连接。

2.根据权利要求1所述的一种中压接触器吸合线圈的控制电路，其特征在于，所述的控制子电路包括MCU(U1)和比较器(U3)，所述的MCU(U1)的IO口引脚(P12)与比较器(U3)的输出端连接，PWM引脚(P15)与MOS管(D2)栅极连接，所述的比较器(U3)的一个输入端连接到MOS管(D2)和采样电阻(R1)之间，另一个输入端用以输入参考电压(Vref)。

3.根据权利要求1所述的一种中压接触器吸合线圈的控制电路，其特征在于，所述的电流调节子电路还包括续流二极管(D1)，所述的续流二极管(D1)与吸合线圈(T1)并联连接。

4.根据权利要求1所述的一种中压接触器吸合线圈的控制电路，其特征在于，所述的MOS管(D2)为N沟道MOS管。

5.根据权利要求2所述的一种中压接触器吸合线圈的控制电路，其特征在于，所述的MCU(U1)和比较器(U3)均通过控制电源(Vdd)供电，所述的控制电源(Vdd)通过滤波电容(C1)接地。

6.根据权利要求2所述的一种中压接触器吸合线圈的控制电路，其特征在于，所述的MCU(U1)的型号为MKE04Z128，所述的比较器(U3)的型号为LM293。