CN215420090U - 一种继电器驱动电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种继电器驱动电路，包括：电源、开关单元、电流检测单元、续流单元、驱动单元、电流调节单元和继电器；电源、开关单元、电流检测单元、继电器串联，形成第一回路；续流单元并联于电流检测单元与继电器的串联路径两端，与电流检测单元、继电器形成第二回路；电流检测单元，用于检测流经继电器的电流值；电流调节单元，与电流检测单元连接，用于根据电流值，生成驱动信号；驱动单元，分别与电流调节单元和开关单元连接，用于根据驱动信号，控制开关单元的通断状态，切换第一回路和第二回路。本实用新型采用硬件电路实现，电流信号直接参与硬件触发，无需微处理器的参与和控制，大大减少反馈调整的时间，保证继电器状态的稳定性。

Description

一种继电器驱动电路

技术领域

本实用新型属于硬件电路设计的技术领域，特别是涉及一种继电器驱动电路。

背景技术

目前，在继电器的驱动方式上，除了传统的采用继电器的标称吸合电压给继电器持续供电的驱动方式，还存在一种间歇性供电的驱动方式，即基于PWM（Pulse WidthModulation，脉冲宽度调制）波控制的继电器驱动方式。

然而，现有的基于PWM波控制的继电器驱动方式从电压信号的检测到驱动信号最终作用于继电器上，整个反馈路径过长，并且MCU响应时间慢，使得PWM波的调节反馈滞后于实际继电器线圈中电流的变化。

因此，如何通过提供一种可以减少反馈调整时间并保证继电器工作状态稳定的继电器驱动电路，实已成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种继电器驱动电路，用于解决现有技术无法提供一种可以减少反馈调整时间并保证继电器工作状态稳定的电路这一问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型一方面提供一种继电器驱动电路，包括：电源、开关单元、电流检测单元、续流单元和继电器；所述电源、所述开关单元、所述电流检测单元、所述继电器串联连接，形成第一回路；所述续流单元并联于所述电流检测单元与所述继电器的串联路径两端，用于与所述电流检测单元、所述继电器形成第二回路；所述开关单元用于当所述开关单元导通时，所述第一回路形成第一通路；当所述开关单元断开时，所述第二回路形成第二通路；所述电流检测单元，用于检测流经所述继电器的电流值；还包括：电流调节单元，与所述电流检测单元连接，用于根据所述电流值，生成驱动信号；驱动单元，分别与所述电流调节单元和所述开关单元连接，用于根据所述驱动信号，控制所述开关单元的通断状态。

于本实用新型的一实施例中，所述开关单元为第一开关单元；所述第一开关单元的一端与所述电源的正极连接，另一端与所述电流检测单元的一端连接；所述电流检测单元的另一端与所述继电器的正向供电端连接，所述继电器的负向供电端与所述电源的负极连接。

于本实用新型的一实施例中，所述开关单元为第二开关单元；所述第二开关单元的一端与所述电源的负极连接，另一端与所述继电器的负向供电端连接；所述继电器的正向供电端与所述电流检测单元的一端连接，所述电流检测单元的另一端与所述电源的正极连接。

于本实用新型的一实施例中，所述开关单元包括第三开关单元和第四开关单元；所述第三开关单元的一端与所述电源的正极连接，另一端与所述电流检测单元的一端连接；所述电流检测单元的另一端与所述继电器的正向供电端连接；所述继电器的负向供电端与所述第四开关单元的一端连接；所述第四开关单元的另一端与所述电源的负极连接。

于本实用新型的一实施例中，所述驱动单元包括第一驱动单元和第二驱动单元；所述第一驱动单元与所述第三开关单元连接；所述第二驱动单元分别与所述电流调节单元和所述第四开关单元连接。

于本实用新型的一实施例中，所述电流调节单元包括：比较电路；所述比较电路的第一输入端与所述电流检测单元连接，所述比较电路的第二输入端输入预设阈值；所述比较电路的输出端与所述驱动单元连接。

于本实用新型的一实施例中，所述电流调节单元还包括：放大电路和基准调节电路；所述放大电路的输入端与所述电流检测单元连接，输出端与所述比较电路的第一输入端连接；所述基准调节电路的输出端与所述比较电路的第二输入端连接，输出所述预设阈值。

于本实用新型的一实施例中，所述电流调节单元还包括：通讯电路；所述通讯电路与所述基准调节电路连接。

于本实用新型的一实施例中，所述驱动单元包括N型三极管和P型三极管；所述N型三极管的集电极与所述电源的正极连接，所述P型三极管的发射极与所述电源的负极连接；所述N型三极管的基极与所述P型三极管的基极连接，作为所述驱动单元的驱动输入端；所述N型三极管的发射极与所述P型三极管的集电极连接，作为所述驱动单元的驱动输出端。

如上所述，本实用新型所述的继电器驱动电路，具有以下有益效果：与现有的继电器电路相比，省去图2中的信号采集单元、计算单元、MCU处理单元，通过电流检测单元及电流调节单元代替。本实用新型中电流检测单元及电流调节单元采用硬件电路实现，电流信号直接参与硬件触发，无需经过MCU处理，通过单元数量的简化以及硬件电路触发方式可以大大减少反馈调整的时间，并保证PWM波控制时继电器工作状态的稳定性，进一步将该继电器电路应用于车辆中，可以降低整车功耗。

附图说明

图1显示为现有继电器电路的电路原理图。

图2显示为现有继电器电路的信号传输路径图。

图3显示为本实用新型的继电器驱动电路于一实施例中的电路原理图。

图4显示为本实用新型的继电器驱动电路于一实施例中的信号传输路径图。

图5显示为本实用新型的继电器驱动电路于一实施例中的电路结构图。

图6显示为本实用新型的继电器驱动电路于另一实施例中的电路结构图。

图7显示为本实用新型的继电器驱动电路于又一实施例中的电路结构图。

图8显示为本实用新型的继电器驱动电路于一实施例中电路调节单元的电路图。

图9显示为本实用新型的继电器驱动电路于一实施例中驱动单元的电路图。

元件标号说明：1.电源；2.开关单元；21第一开关单元；22.第二开关单元；23.第三开关单元；24.第四开关单元；3.电流检测单元；4.续流单元；5.继电器；6.电流调节单元；7.驱动单元；71.第一驱动单元；72.第二驱动单元。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

请参阅附图。须知，本说明书所附图示所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

请参阅图1，显示为现有继电器电路的电路原理图。如图1所示，该驱动方式通过ADC（Analog-to-digital converter模拟数字转换器）对电压进行实时采样、计算采样点的电压值，并将相关信息传输到MCU（Microcontroller Unit，微控制单元或单片机），MCU根据电压的大小，不断调节PWM波占空比，驱动低边控制单元的断开或闭合，使得流经继电器线圈的平均电流与继电器线圈标称的保持电流相匹配。通过这种方式，使得继电器稳态工作的能耗降低，避免了由于供电电压一直加在继电器线圈两端，引起继电器线圈发热和能量的浪费。

请参阅图2，显示为现有继电器电路的信号传输路径图。如图2所示，现有技术中继电器的PWM控制策略存在如下缺陷：继电器线圈上的电压信号，要依次经过电压信号采集单元、计算单元、MCU单元，驱动单元，最终到达继电器，整个反馈路径过长，并且MCU响应时间慢，使得PWM波的调节反馈滞后于实际继电器线圈中电流的变化，为此要调整PWM波占空比高于实际继电器需求，如果将该继电器接入汽车电路中，则进而增大了整车功耗。

本实施例提供的继电器驱动电路，采用硬件电路实现，电流信号直接参与硬件触发，无需微处理器的参与和控制，大大减少反馈调整的时间，保证继电器状态的稳定性。

请参阅图3，显示为本实用新型的继电器驱动电路于一实施例中的电路原理图。如图3所示，所述继电器驱动电路包括：电源1、开关单元2、电流检测单元3、续流单元4、继电器5、电流调节单元6和驱动单元7。其中，继电器5是一种输入量的电磁转换达到一定值时，输出量发生阶跃式变化的电控器件。在本实用新型中，当给继电器线圈通过一定大小的电流就会闭合高压触点，高压回路闭合导通，通过本实用新型所提供的反馈路径较短的硬件触发电路，对继电器回路中的电流进行调节，间歇式驱动所述继电器5的高压回路持续闭合导通，改善现有电路中PWM波的调节反馈滞后于实际线圈中电流的变化。

所述电源1、所述开关单元2、所述电流检测单元3、所述继电器5串联连接，形成第一回路。

所述续流单元4并联于所述电流检测单元3与所述继电器5的串联路径两端，用于与所述电流检测单元3、所述继电器5形成第二回路。具体地，当所述第一回路关断时，由于继电器5线圈这一强感性负载的电感特性，线圈充当电源，与电流检测单元3和续流单元4构成第二回路，续流单元为本实用新型继电器驱动电路中必不可少的一环，例如可以是二极管等续流器件。

所述开关单元2用于当所述开关单元2导通时，所述第一回路形成第一通路；当所述开关单元2断开时，所述第二回路形成第二通路。

所述电流检测单元3用于检测流经所述继电器5的电流值。于实际应用中，电流检测单元是检测流过某一电流支路上电流值大小的硬件电路或元件，例如可以是分流器等能够检测电流大小的硬件电路或元件。

所述电流调节单元6与所述电流检测单元3连接，用于根据所述电流值，生成驱动信号。

所述驱动单元7分别与所述电流调节单元6和所述开关单元2连接，用于根据所述驱动信号，控制所述开关单元2的通断状态。

请参阅图4，显示为本实用新型的继电器驱动电路于一实施例中的信号传输路径图。如图4所示，本实用新型中电流信号依次通过电流检测单元3、电流调节单元6、驱动单元7，进而通过驱动单元7作用于继电器5中，起到调节继电器5线圈中电流的作用。

请参阅图5，显示为本实用新型的继电器驱动电路于一实施例中的电路结构图。如图5所示，于一实施例中，所述开关单元2为第一开关单元21。

所述第一开关单元21的一端与所述电源的正极VCC连接，另一端与所述电流检测单元3的一端连接。

所述电流检测单元3的另一端与所述继电器5的正向供电端连接，所述继电器5的负向供电端与所述电源1的负极连接。

于实际应用中，所述第一开关单元21为高边开关，即与所述电源1的正极VCC连接的开关，通过功率MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, 金属-氧化物半导体场效应晶体管）管实现。

请参阅图6，显示为本实用新型的继电器驱动电路于另一实施例中的电路结构图。如图6所示，于一实施例中，所述开关单元2为第二开关单元22。

所述第二开关单元22的一端与所述电源1的负极连接，另一端与所述继电器5的负向供电端连接。

所述继电器5的正向供电端与所述电流检测单元3的一端连接，所述电流检测单元3的另一端与所述电源1的正极连接。

于实际应用中，所述第二开关单元22为低边开关，即与所述电源1的负极连接的开关，通过功率MOSFET管实现。

请参阅图7，显示为本实用新型的继电器驱动电路于又一实施例中的电路结构图。于一实施例中，所述开关单元2包括第三开关单元23和第四开关单元24。

所述第三开关单元23的一端与所述电源1的正极连接，另一端与所述电流检测单元3的一端连接。

所述电流检测单元3的另一端与所述继电器5的正向供电端连接。

所述继电器5的负向供电端与所述第四开关单元24的一端连接。

所述第四开关单元24的另一端与所述电源1的负极连接。

于一实施例中，所述驱动单元7包括第一驱动单元71和第二驱动单元72。

所述第一驱动单元71与所述第三开关单元23连接。

所述第二驱动单元72分别与所述电流调节单元6和所述第四开关单元24连接。

于实际应用中，将所述第三开关单元23作为高边开关，将所述第四开关单元24作为低边开关，两者均为MOSFET开关。其中，第三开关单元23作为继电器5的线圈与电源1的正极之间的可控开关，通过第一驱动单元71进行驱动，将第三开关单元23和第一驱动单元71组成HSD（High Side Drivers，高边驱动单元）；第四开关单元24作为继电器5的线圈与电源1的负极之间的可控开关，通过第二驱动单元72进行驱动，将第四开关单元24和第二驱动单元72组成LSD（Low Side Drivers，低边驱动单元）。当本实用新型的继电器驱动电路应用于车辆上时，BMS（Battery Management System，电池管理系统）收到整车端发送的继电器闭合指令时，BMS控制第一驱动单元71输出高电平，驱动高边开关闭合；BMS控制第二驱动单元72输出高电平，驱动低边开关闭合，且高边开关和低边开关均保持在闭合状态，为PWM电流调节作准备。在电流调节过程中，高边开关保持闭合状态，低边开关与电流检测单元3、继电器5、电流调节单元6 和第二驱动单元72形成电流调节反馈路径，实现电流的调节。结合本实用新型继电器驱动电路应用于车辆上继电器电路中，高边开关的作用为：为了防止无高边开关存在的情况下，低边开关发生单点短路失效导致继电器无法断开，威胁驾乘人员的生命安全；而高低边开关同时存在情况下，只有高低边开关同时短路，才会导致此类故障，降低此类意外发生的概率。

如图7所示，本实用新型中继电器驱动电路的工作过程如下：在高边开关和低边开关均闭合后，继电器5线圈回路导通，继电器触点吸合，此时第一回路导通，电流由电源1的正极依次流经第三开关单元23、电流检测单元3、继电器5线圈、第四开关单元24和电源1的负极，形成第一通路。由于继电器线圈电感特性，流过继电器5线圈的电流逐步增大，电流检测单元3实时检测流过第一回路上的电流大小，并传递给电流调节单元6，电流调节单元6实时比较：所述预设阈值包括第一阈值和第二阈值，若第一回路上的电流小于第一阈值，则维持闭合状态；若第一回路上的电流值大于第一阈值，则控制驱动单元7断开低边开关；低边开关断开后，由于电感的特性，继电器5线圈上产生较高的感应电动势，感应电流会通过续流单元4，继而第二回路导通，电流经过继电器5线圈、续流单元4、第三开关单元23和电流检测单元3，形成第二通路，因第一回路上的电流不会立即消失，但由于低边开关断开，供电回路切断，线圈上电流逐步消耗减弱，当电流值低至第一阈值，电流调节单元控制驱动单元闭合低边开关，第一回路导通，又形成第一通路，电流值上升，周而复始，整个过程中，继电器5全程维持在闭合状态。

通过循环上述工作过程，可以一直将第一回路的电流值控制在一个合理的预设范围内。由此使得继电器稳态工作能耗降到最低，避免了由于电源1的供电电压一直加在继电器5线圈两端，引起继电器5线圈发热和能量的浪费。

需要说明的是，本实用新型中图5和图6的实施例中所示继电器驱动电路，工作过程同理，不予赘述。区别在于，图5所示继电器驱动电路不存在低边开关，仅将第一开关单元21作为高边开关进行电流调节，图6所示继电器驱动电路不存在高边开关，仅将第二开关单元作为低边开关进行电流调节。

请参阅图8，显示为本实用新型的继电器驱动电路于一实施例中电路调节单元的电路图。如图8所示，于一实施例中，所述电流调节单元6包括：比较电路。

所述比较电路的第一输入端与所述电流检测单元3连接，所述比较电路的第二输入端输入预设阈值。

所述比较电路的输出端与所述驱动单元7连接。

于一实施例中，所述电流调节单元6还包括：放大电路和基准调节电路。

所述放大电路的输入端与所述电流检测单元3连接，输出端与所述比较电路的第一输入端连接。

所述基准调节电路的输出端与所述比较电路的第二输入端连接，输出所述预设阈值。

于实际应用中，电流调节单元是指将电流信号与内部基准调节电路或基准电源确定的预设阈值进行比较，输出PWM波的硬件电路，当收到的电流值大于基准调节电路输出的预设阈值时，输出低电平；反之，当收到的电流值小于基准调节电路输出的预设阈值时，输出为高电平。

于一实施例中，所述电流调节单元6还包括：通讯电路；所述通讯电路与所述基准调节电路连接。

于实际应用中， PWM继电器闭合时需要大电流，如4A，而维持闭合的电流只需要0.5A以内，所以在闭合和维持时可以配置不同的过流关断阈值，如设置预设阈值包括第一阈值和第二阈值，通过在电流检测电路增加MCU控制来实现。此外，由电流检测单元输入至电流调节单元的信号一般为小信号，还可以在输入端增加放大电路，提高信号的信噪比。

进一步地，通过SPI（Serial Peripheral Interface，串行外设接口）、I²C等通讯电路，与系统中的MCU进行交互，MCU可以通过读写寄存器等方式将阈值调整指令发送至基准调节电路，基准调节电路根据阈值调整指令确定是输出第一阈值还是第二阈值，使得继电器在闭合或维持不同阶段，电路可以切换不同的过流关断阈值。

请参阅图9，显示为本实用新型的继电器驱动电路于一实施例中驱动单元的电路图。如图9所示，于一实施例中，所述驱动单元包括N型三极管和P型三极管。

所述N型三极管的集电极与所述电源的正极连接，所述P型三极管的发射极与所述电源的负极连接。

所述N型三极管的基极与所述P型三极管的基极连接，作为所述驱动单元的驱动输入端。进一步地，所述驱动输入端串有限流电阻R1。

所述N型三极管的发射极与所述P型三极管的集电极连接，作为所述驱动单元的驱动输出端。

于实际应用中，N型三极管为上管，P型三极管为下管，当驱动信号为高时，上管导通、下管截止，输出为高；驱动信号为低时，下管导通、上管截止，输出为低。当电路逻辑的上下两管均截止时，则输出为高阻态；其中电阻R1起限流作用。

综上所述，本实用新型提供的继电器驱动电路与现有的继电器电路相比，省去现有继电器电路中的信号采集单元、计算单元、微处理单元，通过电流检测单元及电流控制单元代替。本实用新型中电流检测单元及电流控制单元采用硬件电路实现，电流信号直接参与硬件触发，无需经过MCU处理，通过单元数量的简化以及硬件电路触发方式可以大大减少反馈调整的时间，并保证PWM波控制时继电器工作状态的稳定性，进一步将该继电器电路应用于车辆中，可以降低整车功耗。有效克服了现有技术中的种种缺点而具有高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种继电器驱动电路，其特征在于，包括：电源、开关单元、电流检测单元、续流单元和继电器；

所述电源、所述开关单元、所述电流检测单元、所述继电器串联连接，形成第一回路；

所述续流单元并联于所述电流检测单元与所述继电器的串联路径两端，用于与所述电流检测单元、所述继电器形成第二回路；

所述开关单元用于当所述开关单元导通时，所述第一回路形成第一通路；当所述开关单元断开时，所述第二回路形成第二通路；

所述电流检测单元，用于检测流经所述继电器的电流值；

还包括：

电流调节单元，与所述电流检测单元连接，用于根据所述电流值，生成驱动信号；

驱动单元，分别与所述电流调节单元和所述开关单元连接，用于根据所述驱动信号，控制所述开关单元的通断状态。

2.根据权利要求1所述的继电器驱动电路，其特征在于，所述开关单元为第一开关单元；

所述第一开关单元的一端与所述电源的正极连接，另一端与所述电流检测单元的一端连接；

所述电流检测单元的另一端与所述继电器的正向供电端连接，所述继电器的负向供电端与所述电源的负极连接。

3.根据权利要求1所述的继电器驱动电路，其特征在于，所述开关单元为第二开关单元；

所述第二开关单元的一端与所述电源的负极连接，另一端与所述继电器的负向供电端连接；

所述继电器的正向供电端与所述电流检测单元的一端连接，所述电流检测单元的另一端与所述电源的正极连接。

4.根据权利要求1所述的继电器驱动电路，其特征在于，所述开关单元包括第三开关单元和第四开关单元；

所述第三开关单元的一端与所述电源的正极连接，另一端与所述电流检测单元的一端连接；

所述电流检测单元的另一端与所述继电器的正向供电端连接；

所述继电器的负向供电端与所述第四开关单元的一端连接；

所述第四开关单元的另一端与所述电源的负极连接。

5.根据权利要求4所述的继电器驱动电路，其特征在于，所述驱动单元包括第一驱动单元和第二驱动单元；

所述第一驱动单元与所述第三开关单元连接；

所述第二驱动单元分别与所述电流调节单元和所述第四开关单元连接。

6.根据权利要求1所述的继电器驱动电路，其特征在于，所述电流调节单元包括：比较电路；

所述比较电路的第一输入端与所述电流检测单元连接，所述比较电路的第二输入端输入预设阈值；

所述比较电路的输出端与所述驱动单元连接。

7.根据权利要求6所述的继电器驱动电路，其特征在于，所述电流调节单元还包括：放大电路和基准调节电路；

所述放大电路的输入端与所述电流检测单元连接，输出端与所述比较电路的第一输入端连接；

所述基准调节电路的输出端与所述比较电路的第二输入端连接，输出所述预设阈值。

8.根据权利要求7所述的继电器驱动电路，其特征在于，所述电流调节单元还包括：通讯电路；所述通讯电路与所述基准调节电路连接。

9.根据权利要求1所述的继电器驱动电路，其特征在于，

所述驱动单元包括N型三极管和P型三极管；

所述N型三极管的集电极与所述电源的正极连接，所述P型三极管的发射极与所述电源的负极连接；

所述N型三极管的基极与所述P型三极管的基极连接，作为所述驱动单元的驱动输入端；

所述N型三极管的发射极与所述P型三极管的集电极连接，作为所述驱动单元的驱动输出端。

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