CN211149252U - 一种继电器控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开一种继电器控制系统，涉及电力电子技术领域。可以节省能耗。包括：控制器、第一开关电路、单稳态触发电路、低压维持电路及第二开关电路，所述控制器输出端与所述第一开关电路连接，所述第一开关电路输出端与所述单稳态触发电路输入端连接，所述单稳态触发电路输出端用于与继电器线圈的第一端连接；所述第二开关电路的输入端与所述控制器的输出端连接，所述第二开关电路的第一输出端用于与所述继电器线圈的第二端连接，所述第二开关电路的第二输出端接地；所述低压维持电路用于与所述继电器线圈的第一端连接。本实用新型适用于配电设备及电力控制场合中。

Description

一种继电器控制系统

技术领域

本实用新型涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种继电器控制系统。

背景技术

继电器(Relay)，也称电驿，是一种电子控制器件，一般应用于控制系统(又称输入回路)和被控制系统(又称输出回路)形成的自动控制电路中，具体的，继电器的输入端连接所述控制系统，继电器的输出端连接所述被控制系统，其在整个控制电路中，是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。

发明人在实现本发明创造的过程中发现：继电器吸合时，线圈需要流过较大的电流才能够吸合触点来克服动能，但触点吸合之后，只需要较小的电流就能够维持触点的吸合。

目前，在继电器控制应用场合中，继电器的控制是直接通过控制信号来驱动三极管的通断与截止，从而达到驱动继电器的目的。继电器线圈得电吸合。但是该种继电器控制方式，继电器线圈在较大电流下吸合并保持在该电流状态下至失电断开，使用过程中能耗较大。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例提供一种继电器控制系统，可以节省能耗。

为达到上述目的，本实用新型实施例提供的继电器控制系统，包括：控制器、第一开关电路、单稳态触发电路、低压维持电路及第二开关电路，所述控制器输出端与所述第一开关电路连接，所述第一开关电路输出端与所述单稳态触发电路输入端连接，所述单稳态触发电路输出端用于与继电器线圈的第一端连接；

所述第二开关电路的输入端与所述控制器的输出端连接，所述第二开关电路的第一输出端用于与所述继电器线圈的第二端连接，所述第二开关电路的第二输出端接地；

所述低压维持电路用于与所述继电器线圈的第一端连接。

可选地，所述单稳态触发电路输出端还连接有第三开关电路，所述第三开关电路第一输出端与所述继电器线圈的第一端连接，所述第三开关电路的第二输出端接地。

可选地，所述第一开关电路包括第一限流电阻、第一三极管及第一上拉电阻，所述第一限流电阻输入端用于与所述控制器输出端连接，所述第一限流电阻输出端与所述第一三极管的基极连接，所述第一三极管的集电极与所述第一上拉电阻一端连接，所述第一三极管的发射极接地，所述第一上拉电阻另一端接入第一电源。

可选地，所述单稳态触发电路包括第一电容、充电电阻及单稳态触发器，所述第一电容一端用于与所述第一开关电路输出端连接，另一端分别与充电电阻一端及单稳态触发器的触发信号输入端连接，所述充电电阻另一端与所述第一电源连接，所述单稳态触发器接收低电平触发信号后，对输入的触发信号进行整形后输出高电平与低电平定时翻转的脉冲信号。

可选地，所述第二开关电路包括第二限流电阻、第二三极管、第三限流电阻及第三三极管，所述第二限流电阻的输入端用于与控制器的输出端连接，所述第二限流电阻的输出端与所述第二三极管的基极连接，所述第二三极管的集电极接入第一电源，所述第二三极管的发射极与所述第三限流电阻的一端连接，所述第三限流电阻的另一端与所述第三三极管的基极连接，所述第三三极管的集电极与所述继电器线圈的第二端连接，所述第三三极管的发射极接地。

可选地，所述低压维持电路包括低压维持电源，所述低压维持电源输出端连接于二极管的正极，所述二极管的负极用于与继电器线圈的第一端连接。

可选地，所述第三开关电路包括：第四限流电阻、第四三极管、第五限流电阻及第五三极管，所述第四限流电阻的输入端用于连接单稳态触发电路的输出端，所述第四限流电阻的输出端与所述第四三极管的基极连接，所述第四三极管的发射极接地，所述第四三极管的集电极通过第五限流电阻与第五三极管的基极连接，所述第五三极管的发射极接入第二电源，所述第五三极管的集电极与所述继电器线圈的第一端连接。

可选地，在所述第五三极管的基极还连接有上拉电阻，所述上拉电阻一端与所述第二电源连接。

可选地，所述单稳态触发电路包括单稳态触发器，所述单稳态触发器为555 定时器。

可选地，所述继电器线圈的两端并联有反向二极管。

本实用新型实施例提供的继电器控制系统，包括控制器、第一开关电路、单稳态触发电路、低压维持电路及第二开关电路，通过对其电路拓扑进行改进，当控制器发出的信号为高电平时，第一开关电路导通，单稳态触发电路的输出端输出高电平脉冲，使继电器线圈的第一端得到启动电压；同时，第二开关电路接收控制器发出的高电平信号导通，继电器线圈的第二端接地，继电器线圈所在的回路导通，继电器得电吸合；在继电器吸合后，由于单稳态触发电路只能处于“稳态”或“暂态”，在单稳态电路输出为高电平一段时间后，会自动回到稳定的状态，即输出变为低电平，继电器的启动电压关断；但第二开关仍处于导通状态，由于继电器线圈的第二端通过第二开关接地(电源地)，此时，加在继电器第一端的低压维持电路为继电器提供较低的维持电压，继电器所在的回路导通，继电器线圈中有电流流过，其通过所述维持电压得电，维持吸合工作状态。这样，在继电器线圈得电导通后，可以切断较高的启动所需的供电电压，切换成较低的维持电压继续给继电器供电，使其维持在吸合工作状态，从而达到节省能耗的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实用新型一实施例继电器控制系统的电路方框图；

图2为本实用新型另一实施例继电器控制系统的电路方框图；

图3为本实用新型一实施例继电器控制系统的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型实施例进行详细描述。

应当明确，为了更加清楚说明本实用新型，在以下的具体实施例中描述了众多技术细节，本领域技术人员应当理解，没有其中的某些细节，本实用新型同样可以实施。另外，为了凸显本实用新型的实用新型主旨，涉及的一些本领域技术人员所熟知的方法、手段、零部件及其应用等未作详细描述，但是，这并不影响本实用新型的实施。本文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它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参看图1及图2所示，本实用新型实施例提供的继电器控制系统，适用于配电设备及电力控制场合中，所述配电设备包括变流器、逆变器、变压器等，所述继电器控制系统包括控制器、第一开关电路、单稳态触发电路、低压维持电路及第二开关电路。

所述控制器输出端与所述第一开关电路连接，所述第一开关电路输出端与所述单稳态触发电路输入端连接，所述单稳态触发电路输出端用于与继电器线圈的第一端连接。

所述第二开关电路的输入端与所述控制器的输出端连接，所述第二开关电路的第一输出端用于与所述继电器线圈的第二端连接，所述第二开关电路的第二输出端接地；

所述低压维持电路用于与所述继电器线圈的第一端连接，用于在继电器线圈得电吸合后，为其提供维持吸合所需的较低电压，使继电器在较低电压下维持吸合状态，以达到节省能耗的目的。

其中，所述控制器，用于发送高、低电平信号，可以为单片机；根据单稳态触发电路的特性可知，所述单稳态触发电路的输出信号只能在一种状态(逻辑高或低)下是稳定的，而当电路的输出处在另一种状态下时不能稳定的保持住，会自动的回到稳定的状态。其在没有外加信号触发时，电路处于稳态。在外加信号触发下，电路从稳态翻转到暂态，并且经过一段时间后，电路又会自动返回到稳态。暂态时间的长短取决于电路本身的参数，而与触发信号作用时间的长短无关。所述单稳态电路可以由分立元件、集成逻辑门来构成，也可用555 定时器或单片专用单稳态触发器实现。所述单稳态触发电路在本实施例中，是为了在触发与其输出端连接的继电器线圈导通预定时间后截止，以切断继电器吸合所需的较高电压，继而用所述低压维持电路维持继电器的得电吸合状态，实现节能的目的。

第一开关电路与第二开关电路为三极管开关电路，用于根据接收的控制信号的电平高低实现导通与截止，从而与单稳态触发电路协同实现控制继电器线圈的断开与吸合。在一些配电应用场合中，通过控制继电器线圈的断开与吸合，进而控制电力的配送等。

另外，可以理解的是，所述控制器及各组成电路的具体的电路构成及其拓扑连接关系可以有多种实现方式，本领域技术人员基于本实用新型的发明构思及各组成电路的描述，可以选择不同的单元电路拓扑实现，为了突显本实施例的改进点，就不再对具体的单元电路拓扑赘述。

本实用新型实施例提供的继电器控制系统，包括控制器、第一开关电路、单稳态触发电路、低压维持电路及第二开关电路，通过对其电路拓扑进行改进，当控制器发出的信号为高电平时，第一开关电路导通，单稳态触发电路的输出端输出高电平脉冲，使继电器线圈的第一端得到启动电压；同时，第二开关电路接收控制器发出的高电平信号导通，继电器线圈的第二端接地，继电器线圈所在的回路导通，继电器得电吸合；在继电器吸合后，由于单稳态触发电路只能处于“稳态”或“暂态”，在单稳态电路输出为高电平一段时间后，会自动回到稳定的状态，即输出变为低电平，继电器的启动电压关断；但第二开关仍处于导通状态，由于继电器线圈的第二端通过第二开关接地(电源地)，此时，加在继电器第一端的低压维持电路为继电器提供较低的维持电压，继电器所在的回路导通，继电器线圈中有电流流过，其通过所述维持电压得电，维持吸合工作状态。这样，在继电器线圈得电导通后，可以切断较高的供电电压，切换成较低的维持电压继续给继电器供电，使其维持在吸合工作状态，从而达到节省能耗的目的。

另外，还有一种继电器的控制方案是利用两路控制信号，分别控制两个开关三极管，其中一个开关三极管接12V(即较高电压)，另一个开关三极管接5V (低电压)。一路控制信号先控制12V电源的三极管导通，使继电器吸合，吸合之后再关断此三极管；同时，另一路控制信号控制5V的三极管导通，使继电器维持吸合。

该种继电器控制方案尽管也可以达到节能的目的，但需要两个控制信号，比较占用硬件端口资源，控制较为复杂。

而本实施例提供的继电器控制系统，通过对电路拓扑的改进，控制器发送一路控制信号，就能实现继电器的吸合、及低压维持吸合状态，达到节省能耗的目的；另外，由于采用一路信号控制，占用控制器等硬件的端口资源较少，且一路控制方式也较为简单。

参看图2所示，在本实用新型的一些实施方式中，所述单稳态触发电路输出端还连接有第三开关电路，所述第三开关电路导通后，可以将单稳态触发电路输出的脉冲信号放大输出，所述第三开关电路第一输出端与所述继电器线圈的第一端连接，所述第三开关电路的第二输出端接地。

可以理解的是，通过在单稳态触发电路输出端与继电器之间连接第三开关电路，第三开关电路导通后将脉冲信号放大后输出至继电器线圈，继电器线圈得电吸合，这样可以保证继电器线圈吸合所需的较高电流，从而提高控制的可靠性。

参看图3所示，所述第一开关电路包括第一限流电阻R7、第一三极管N3及第一上拉电阻R6，所述第一限流电阻R7输入端用于与所述控制器输出端连接，控制器输出端输出的控制信号CONTROL；所述第一限流电阻R7输出端与所述第一三极管N3的基极连接，所述第一三极管N3的集电极与所述第一上拉电阻R7 一端连接，所述第一三极管N3的发射极接地GND，所述第一上拉电阻R7另一端接入第一电源。其中，第一电源为+5V电源。

继续参看图3所示，在一些实施方式中，所述单稳态触发电路包括第一电容C1、充电电阻R8及单稳态触发器U1，所述第一电容C1一端用于与所述第一开关电路输出端连接；具体地，第一电容C1一端与第一三极管N3的集电极连接。第一电容C1另一端分别与充电电阻R8一端及单稳态触发器U1的触发信号输入端TRIG管脚连接，所述充电电阻R8另一端与所述第一电源连接，所述单稳态触发器接收低电平触发信号后，对输入的触发信号进行整形后输出高电平与低电平定时翻转的脉冲信号。

所述第二开关电路包括第二限流电阻R2、第二三极管N2、第三限流电阻R5 及第三三极管N4，所述第二限流电阻R2的输入端用于与控制器的输出端连接，以接收控制器输出的控制信号CONTROL；所述第二限流电阻R2的输出端与所述第二三极管N2的基极连接，所述第二三极管N2的集电极接入+5V的第一电源，所述第二三极管N2的发射极与所述第三限流电阻R5的一端连接，所述第三限流电阻R5的另一端与所述第三三极管N4的基极连接，所述第三三极管N4的集电极与所述继电器RLY1线圈的第二端连接，所述第三三极管N4的发射极接地 GND。

具体的，所述低压维持电路包括+5V的低压维持电源，所述低压维持电源输出端连接于二极管D1的正极(阳极)，所述二极管D1的负极(阴极)用于与继电器RLY1线圈的第一端连接。

参看图3所示，所述第三开关电路包括：第四限流电阻R1、第四三极管N1、第五限流电阻R4及第五三极管P1，所述第四限流电阻R1的输入端用于连接单稳态触发电路的输出端，所述第四限流电阻R1的输出端与所述第四三极管N1 的基极连接，所述第四三极管N1的发射极接地，所述第四三极管N1的集电极通过第五限流电阻R4与第五三极管P1的基极连接，所述第五三极管P1的发射极接入第二电源，所述第五三极管P1的集电极与所述继电器RLY1线圈的第一端连接。

在本实施例的一些实施方式中，在所述第五三极管P1的基极还连接有上拉电阻，其作用是：在三极管N1不导通的情况下，使第五三极管P1的基极始终保持高电平状态，让P1处于截止状态；所述上拉电阻一端与所述第二电源连接。

在前述实施例中，所述继电器线圈的两端并联有反向二极管，根据其作用也可以称为续流二极管。

可以理解的是，继电器线圈通电时会产生磁场使继电器吸合，而在断电的瞬间由于这个磁场的作用，线圈两端会产生很高的反向电压(称为反电动势)，这个反向电压可能高于数倍的供电电压，很有可能造成控制电路的器件工作不正常甚至击穿损坏，例如烧坏第五三极管；通过在继电器线圈两端并联反向二极管，就会使这个反向电压有一个泄放回路，这样可以避免损坏电路中的电子器件。

另外，参看图3所示，所述单稳态触发电路包括单稳态触发器U1，所述单稳态触发器为555定时器，具体为NE555定时器；所述单稳态触发器U1具有脉宽设定电路及计时电路(也可称为充放电定时电路)，包括与+SV供电电源连接的电阻R9和与电阻R9连接的电容C3，所述电阻R9另一端分别连接于单稳态触发器U1的DISCH及THRES管脚，电容C3另一端分成两路，一路接地，另一路通过电容C2接入单稳态触发器U1的CONT管脚。脉宽设定电路与计时电路为555 定时器中的常规电路，简单描述如上，就不再具体赘述。

为了帮助理解本实用新型的技术方案及技术效果，现结合图3，对一实施例继电器控制系统的工作原理或过程进行说明如下：

控制器发送控制信号CONTROL。当所述控制信号CONTROL为低电平时，第一三极管N3的基极为低电平，集电极为高电平，单稳态触发器U1的TRIG脚为高电平，此时OUT脚为低电平输出，继电器不吸合。

当所述控制信号CONTROL为高电平时，第一三极管N3的基极为高电平，集电极为低电平，第一电容电容C1两端的电压差为5V，电阻R8为C1充电，单稳态触发器U1的TRIG脚在充电过程中，由高电平变为低电平，使单稳态触发器 U1的输出端OUT引脚输出高电平脉冲，脉冲的宽度为1.1R9×C3。脉冲信号经过第四限流电阻R1后加到第四三极管N1的基极上，使第四三极管N1瞬间导通，第四三极管N1导通时，第五三极管P1的基极电压为12R4/R3+R4，所述电阻R3 可以选10K，R4选择100Ω，此时三极管P1导通，12V电压加在继电器RLY1的线圈一端；同时，由于控制信号CONTROL为高电平，使第二开关电路的第二三极管N2和第三三极管N3导通，继电器RLY1的线圈另一端接电源地，继电器得到12V启动电压吸合。在继电器吸合预定时间(即脉冲宽度)后，单稳态触发器的输出脉冲信号翻转为低电平脉冲，第四三极管N1截止，第五三极管P1恢复为截止状态，继电器RLY1的12V启动电压电源切断，此时，低压维持电路中的5V的低压维持电源通过二极管D1接到继电器RLY1的线圈的一端，使继电器得电，维持吸合，从而达到节省能耗的目的。

当控制器输出的控制信号CONTROL变为低电平时，三极管N2和N3截止，继电器RLY1的线圈另一端和电源地断开，继电器关断。其中，反向二极管D2 作为续流二极管，用于抑制继电器线圈断开时产生的电压尖峰，以保护电路中的电子器件。

本实用新型实施例提供的继电器控制系统，通过一个控制信号实现继电器的启动与维持，具体为用较高电压，例如12V吸合；较低电压，例如5V维持，可以降低能耗，减少占用的控制器端口资源。

需要说明的是，在本文中，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系的用语，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。诸如，第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解。

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技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，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 (10)

1.一种继电器控制系统，其特征在于，包括：控制器、第一开关电路、单稳态触发电路、低压维持电路及第二开关电路，所述控制器输出端与所述第一开关电路连接，所述第一开关电路输出端与所述单稳态触发电路输入端连接，所述单稳态触发电路输出端用于与继电器线圈的第一端连接；

所述第二开关电路的输入端与所述控制器的输出端连接，所述第二开关电路的第一输出端用于与所述继电器线圈的第二端连接，所述第二开关电路的第二输出端接地；

所述低压维持电路用于与所述继电器线圈的第一端连接。

2.根据权利要求1所述的继电器控制系统，其特征在于，所述单稳态触发电路输出端还连接有第三开关电路，所述第三开关电路第一输出端与所述继电器线圈的第一端连接，所述第三开关电路的第二输出端接地。

3.根据权利要求1或2所述的继电器控制系统，其特征在于，所述第一开关电路包括第一限流电阻、第一三极管及第一上拉电阻，所述第一限流电阻输入端用于与所述控制器输出端连接，所述第一限流电阻输出端与所述第一三极管的基极连接，所述第一三极管的集电极与所述第一上拉电阻一端连接，所述第一三极管的发射极接地，所述第一上拉电阻另一端接入第一电源。

4.根据权利要求3所述的继电器控制系统，其特征在于，所述单稳态触发电路包括第一电容、充电电阻及单稳态触发器，所述第一电容一端用于与所述第一开关电路输出端连接，另一端分别与充电电阻一端及单稳态触发器的触发信号输入端连接，所述充电电阻另一端与所述第一电源连接，所述单稳态触发器接收低电平触发信号后，对输入的触发信号进行整形后输出高电平与低电平定时翻转的脉冲信号。

5.根据权利要求1所述的继电器控制系统，其特征在于，所述第二开关电路包括第二限流电阻、第二三极管、第三限流电阻及第三三极管，所述第二限流电阻的输入端用于与控制器的输出端连接，所述第二限流电阻的输出端与所述第二三极管的基极连接，所述第二三极管的集电极接入第一电源，所述第二三极管的发射极与所述第三限流电阻的一端连接，所述第三限流电阻的另一端与所述第三三极管的基极连接，所述第三三极管的集电极与所述继电器线圈的第二端连接，所述第三三极管的发射极接地。

6.根据权利要求1所述的继电器控制系统，其特征在于，所述低压维持电路包括低压维持电源，所述低压维持电源输出端连接于二极管的正极，所述二极管的负极用于与继电器线圈的第一端连接。

7.根据权利要求2所述的继电器控制系统，其特征在于，所述第三开关电路包括：第四限流电阻、第四三极管、第五限流电阻及第五三极管，所述第四限流电阻的输入端用于连接单稳态触发电路的输出端，所述第四限流电阻的输出端与所述第四三极管的基极连接，所述第四三极管的发射极接地，所述第四三极管的集电极通过第五限流电阻与第五三极管的基极连接，所述第五三极管的发射极接入第二电源，所述第五三极管的集电极与所述继电器线圈的第一端连接。

8.根据权利要求7所述的继电器控制系统，其特征在于，在所述第五三极管的基极还连接有上拉电阻，所述上拉电阻一端与所述第二电源连接。

9.根据权利要求1或4所述的继电器控制系统，其特征在于，所述单稳态触发电路包括单稳态触发器，所述单稳态触发器为555定时器。

10.根据权利要求1或6所述的继电器控制系统，其特征在于，所述继电器线圈的两端并联有反向二极管。

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