CN213483654U - 一种高效率继电器驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种高效率继电器驱动电路，包括正向驱动器U1、反向驱动器U2、开关管Q1、开关管Q2、开关管Q4、二极管D1、驱动倍压电容C1。本实用新型通过增加正向驱动器U1、开关管Q2、二极管D1、驱动倍压电容C1、反向驱动器U2、开关管Q1，使继电器开启过程中能有近2倍VCC的驱动电压，而在维持过程中有能以较低的维持电压VCC维持继电器维持吸合状态，假设VCC电压为继电器标准驱动电压的一半，则该新型驱动电路与传统的继电器驱动电路相比，能节省75％的继电器维持功耗，能够实现高效灵敏闭合，低功耗维持。
Description
技术领域
本实用新型涉及继电器控制领域，尤其涉及一种高效率继电器驱动电路。
背景技术
继电器线圈电压一般有6VDC/12VDC/24VDC/48VDC等，具体参数如表1所示，继电器的工作特性为较高的开启驱动电压(下文以VCC_H表示)以提供继电器动作的速度和可靠性，同时允许以较低的电压(下文以VCC_M表示)来维持继电器的吸合状态；继电器原边驱动为一个有一定阻值(下文以Rcoil表示)电磁绕组；继电器的驱动损耗表达式为P＝Vcc*Vcc/Rcoil；为了驱动的安全性、可靠性，通常取维持电压为开启电压的一半，即VCC_M＝0.5*VCC_H。
表1
备注：(1)触点无负载电流情况下，继电器允许施加的最大连续工作电压。
目前常用的继电器驱动电路有两种：
第一种如图1所示，继电器线圈绕组的一端直接与电源VCC连接，另一端与开关管的漏极连接，开关管栅极连接驱动电平，源极接地。该电路结构简单，控制方便，提供一个电源即可，但是这种电路的驱动损耗较大，以12VDC为例，假设继电器线圈绕组的阻值为90Ω，则驱动损耗功率为12*12/90＝1.6W。
第二种如图2所示，继电器线圈绕组的一端直接与两个并联的二极管连接，两个二极管分别连接不同电压的控制电源，继电器线圈绕组的另一端与开关管的漏极连接，开关管栅极连接驱动电平，源极接地。该电路控制复杂，需要预留两路不同电压的控制电源；继电器控制除了开关继电器还要设置电源切换电路。还是以12VDC为例，驱动损耗功率为6*6/90＝0.4W，该电路可以降低驱动损耗。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种高效率继电器驱动电路。
为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：
一种高效率继电器驱动电路，包括正向驱动器U1、反向驱动器U2、开关管Q1、开关管Q2、开关管Q4、二极管D1、驱动倍压电容C1，所述二极管D1的正极与驱动电压VCC连接，所述二极管D1的负极与继电器(2)的线圈绕组的一端连接，所述继电器(2)的线圈绕组的另一端与所述开关管Q4的漏极连接，所述开关管Q4的源极接地，所述正向驱动器的输入端与驱动电平DR连接，所述正向驱动器的输出端与所述开关管Q1的栅极连接，所述开关管Q1的漏极与所述驱动电压VCC连接，所述开关管Q1的源极与所述开关管Q2的漏极连接，所述驱动倍压电容C1的一端与所述二极管D1的负极连接，所述驱动倍压电容C1的另一端与所述开关管Q2的漏极连接，所述反向驱动器U2的输入端与驱动电平DR连接，所述反向驱动器的输出端与所述开关管Q2的栅极连接，所述开关管Q2的源极接地。
优选的，所述开关管Q1、开关管Q2及开关管Q4采用金属场效应晶体管或三极管或IGBT模块。
优选的，所述正向驱动器为正逻辑的驱动逻辑单元，输入为高电平时，输出也为高电平；输入为低电平时，输出为低电平。
优选的，所述反向驱动器为负逻辑的驱动逻辑单元，输入为高电平时，输出也为低电平；输入为低电平时，输出为高电平。
本实用新型的优势是通过增加正向驱动器U1、开关管Q2、二极管D1、驱动倍压电容C1、反向驱动器U2、开关管Q1，使继电器开启过程中能有近2倍VCC的驱动电压，而在维持过程中有能以较低的维持电压维持继电器维持吸合状态，假设VCC电压为继电器标准驱动电压的一半，则该新型驱动电路与传统的继电器驱动电路相比，能节省75％的继电器维持功耗，能够实现高效灵敏闭合，低功耗维持。
附图说明
图1为现有继电器驱动电路的电路原理图；
图2为现有另一种继电器驱动电路的电路原理图；
图3为本实施例继电器驱动电路的电路原理图；
图4为本实施例继电器驱动电路中各工作阶段的电压曲线图；
图5为本实施例继电器驱动电路的第1工作阶段、第2工作阶段和第5工作阶段的电路导通图；
图6为本实施例继电器驱动电路的第3工作阶段的电路导通图；
图7为本实施例继电器驱动电路的第4工作阶段的电路导通图。
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。
参照图3，一种高效率继电器驱动电路1，包括正向驱动器U1、反向驱动器U2、开关管Q1、开关管Q2、开关管Q4、二极管D1、驱动倍压电容C1，二极管D1的正极与驱动电压VCC连接，二极管D1的负极与继电器2的线圈绕组的一端连接，继电器2的线圈绕组的另一端与开关管Q4的漏极连接，开关管Q4的源极接地，正向驱动器的输入端与驱动电平DR连接，正向驱动器的输出端与开关管Q1的栅极连接，开关管Q1的漏极与驱动电压VCC连接，开关管Q1的源极与开关管Q2的漏极连接，驱动倍压电容C1的一端与二极管D1的负极连接，驱动倍压电容C1的另一端与开关管Q2的漏极连接，反向驱动器U2的输入端与驱动电平DR连接，反向驱动器的输出端与开关管Q2的栅极连接，开关管Q2的源极接地。
本实施例的开关管Q1、开关管Q2及开关管Q4采用金属场效应晶体管或三极管或IGBT模块。正向驱动器U1为正逻辑的驱动逻辑单元，输入为高电平时，输出也为高电平；输入为低电平时，输出为低电平。反向驱动器U2为负逻辑的驱动逻辑单元，输入为高电平时，输出也为低电平；输入为低电平时，输出为高电平。
本实施例的高效率继电器驱动电路在工作时，分为如下五个阶段，各阶段的电压曲线图如图4所示：
1、t0～t1，驱动倍压电容C1充电阶段
驱动电平DR为低电平，反向驱动器U2通过驱动反向使输出为高电平，驱动开关管Q2导通；电源VCC通过二极管D1、电容C1、开关管Q2给电容C1充电，直到C1电容电压等于VCC电压减去二极管D1管压降，该阶段的电路导通示意图，如图5所示。
2、t1～t2，驱动倍压电容C1维持阶段
驱动电平DR持续为低电平，反向驱动器U2通过驱动反向使输出持续为高电平，驱动开关管Q2导通；t1时刻，C1电容电压等于VCC_M电压减去二极管D1管压降，驱动倍压电容C1充满并开始维持电平，直到驱动电平DR变为高电平，该阶段的电路导通示意图与第1阶段的相同，如图5所示。
3、t2～t3，继电器驱动开通阶段
驱动电平DR由低电平变为高电平，反向驱动器U2通过驱动反向使输出为低电平电平，驱动开关管Q2关闭；正向驱动器U1使输出为高电平，驱动开关管Q1闭合，VCC通过开关管Q1、电容C1、继电器的线圈绕组、开关管Q4给继电器2的线圈绕组提供能量，此时继电器的线圈绕组两端电压为VCC+VC1(约为2倍的VCC)，继电器在额定电压下快速闭合，倍压电容C1上的能量在驱动过程中不断消耗，电压不断降低，直到电容C1的电压等于二极管D1压降，此阶段结束。该阶段的电路导通示意图，如图6所示。
4、t3～t4，继电器开通状态维持阶段
t3时刻倍压电容C1上的电压等于二极管D1压降，倍压电容C1不再提供能量驱动继电器，VCC通过二极管D1、继电器驱动绕组、开关管Q4持续驱动继电器维持闭合状态，继电器在低功耗下维持闭合状态。该阶段的电路导通示意图，如图7所示。
5、t4～，继电器断开状态
t4时刻继电器驱动电平DR由高电平变为低电平，开关管Q4关断，继电器驱动绕组失去驱动电压，继电器断开；VCC通过二极管D1、倍压电压C1、开关管Q2为驱动倍压电容C1充电，为下一次开通继电器做准备。该阶段的电路导通示意图与第1阶段的相同，如图5所示。
本实用的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限制，术语“设置”、“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，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用中的具体含义。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，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，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种高效率继电器驱动电路，其特征在于，包括正向驱动器U1、反向驱动器U2、开关管Q1、开关管Q2、开关管Q4、二极管D1、驱动倍压电容C1，所述二极管D1的正极与驱动电压VCC连接，所述二极管D1的负极与继电器(2)的线圈绕组的一端连接，所述继电器(2)的线圈绕组的另一端与所述开关管Q4的漏极连接，所述开关管Q4的源极接地，所述正向驱动器的输入端与驱动电平DR连接，所述正向驱动器的输出端与所述开关管Q1的栅极连接，所述开关管Q1的漏极与所述驱动电压VCC连接，所述开关管Q1的源极与所述开关管Q2的漏极连接，所述驱动倍压电容C1的一端与所述二极管D1的负极连接，所述驱动倍压电容C1的另一端与所述开关管Q2的漏极连接，所述反向驱动器U2的输入端与驱动电平DR连接，所述反向驱动器的输出端与所述开关管Q2的栅极连接，所述开关管Q2的源极接地。
2.根据权利要求1所述的一种高效率继电器驱动电路，其特征在于，所述开关管Q1、开关管Q2及开关管Q4采用金属场效应晶体管或三极管或IGBT模块。
3.根据权利要求1所述的一种高效率继电器驱动电路，其特征在于，所述正向驱动器为正逻辑的驱动逻辑单元，输入为高电平时，输出也为高电平；输入为低电平时，输出为低电平。
4.根据权利要求1所述的一种高效率继电器驱动电路，其特征在于，所述反向驱动器为负逻辑的驱动逻辑单元，输入为高电平时，输出也为低电平；输入为低电平时，输出为高电平。
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