CN215988274U - 电磁铁节能电源驱动电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电力电子技术领域，公开了一种电磁铁节能电源驱动电路，包括降压模块，以及分别与降压模块连接的电压设定模块和延时切换模块；电压设定模块用于设定所述降压模块的输出电压值，降压模块包括输入滤波单元、输出滤波单元、低压供电单元和高压供电单元，降压模块用于将输入的电压降低到设定的输出电压值；延时切换模块用于定时切断所述高压供电单元。本实用新型具有提高电磁铁性能，降低电磁铁功耗的有益效果。

Description

电磁铁节能电源驱动电路

技术领域

本实用新型涉及电力电子技术领域，具体涉及一种电磁铁节能电源驱动电路。

背景技术

电磁铁是通电产生电磁的一种装置，在铁芯的外部缠绕与其功率相匹配的导电线圈，在导电线圈中通入电流后，线圈就像磁铁一样具有磁性。电磁铁在日常生活中有着极其广泛的应用，例如电磁起重机、电磁继电器、电铃和磁悬浮列车等。传统的应用方式是使用继电器的通断来控制电磁铁的供电状态，从而实现电磁铁的吸合和释放，目前主要采用奋力器件，通过自激振荡的方式使输出电压维持在一个低电压输出范围，从而使输出功率下降。但是在特定条件下，例如高温环境下，电路中元器件参数发生漂移，使供电电压不稳定，从而引发故障。

为解决这一问题，现有技术中有一种电磁阀节能电路，包括二极管D1、晶体管Q2、隔离二极管D3、降压芯片和隔离二极管D2，其中，所述二极管D1的阳极为电源输入端，所述二极管D1的阴极分别与所述降压芯片、晶体管Q2的漏极连接，所述降压芯片与所述隔离二极管D2的阳极连接，所述隔离二极管D2的阴极连接于电磁阀供电端，所述晶体管Q2的源极与所述隔离二极管D3的阳极连接，所述隔离二极管D3的阴极连接于电磁阀供电端，所述二极管D1、晶体管Q2、隔离二极管D3形成第一供电回路，所述二极管D1、降压芯片、隔离二极管D2形成第二供电回路。

虽然该方案采用降压芯片替代了自激振荡电路，使输入电压范围更宽，供电电压稳定，但是其电路功率较小，所能带动的负载有限，且该电路中延时电路不稳定。故，现在针对电磁铁的电源驱动电路研究出功率大且延时效果稳定的电路十分有意义。

实用新型内容

本实用新型意在提供一种电磁铁节能电源驱动电路，用来解决电磁铁电源驱动电路功率小且延时效果不稳定的技术问题。

本实用新型提供的基础方案为：电磁铁节能电源驱动电路，包括降压模块，以及分别与降压模块连接的电压设定模块和延时切换模块；

电压设定模块用于设定所述降压模块的输出电压值；

降压模块包括输入滤波单元、输出滤波单元、低压供电单元和高压供电单元；

延时切换模块包括振荡电路和延时切换电路；所述振荡电路与所述延时切换电路连接，所述延时切换电路与所述高压供电单元连接；所述延时切换模块用于定时切断所述高压供电单元。

本实用新型的工作原理及优点在于：通过延时切换电路能够使电磁铁的供电端先通过高压供电电路得到高电压，从而使电磁铁得到额定电压，并在额定电压下开始正常工作，当电磁铁完成吸合后，延时切换电路断开高电压供电电路，则电磁铁得到经降压模块降压处理后的低电压，降低电磁铁的工作电压，从而降低了电磁铁的功率，不仅减少了能耗，同时减少了电磁铁的发热量，避免引发故障。

本实用新型的优点在于，相比于现有技术，增大了电源驱动电路的输出电流，使驱动电路的输出功率变大，能够带动更多的负载，同时通过实用更可靠的延时切换电路，使对电磁铁的功率降低效果更稳定可靠，减少电磁铁线圈的发热量，避免引发故障。

优选的，作为一种改进，低压供电单元包括降压芯片、与降压芯片电源输入端连接的第三电阻R3、与降压芯片输出端连接的第一电感L1，第三电阻R3和外部电源之间连接有第一二极管D1，第一电感L1和负载端之间连接有第二二极管D2，降压芯片输出端和接地端之间连接有第三二极管D3；所述高压供电单元包括晶体管Q1，晶体管Q1的漏极与负载端之间连接有第五二极管D5。

刚开始给低压供电单元的第一二极管D1的阳极连接上外部电源的时候，第一二极管D1、第五二极管D5导通，高压供电电路正常工作，电磁铁的供电端得到外部电源输入的高电压，在此过程中，低压供电电路正常工作，通过降压芯片将外部电源输入的高电压降低为低电压，则第二二极管D2的阳极和延时切换电路得到低电压，由于此时第二二极管D2的阴极得到高电压，故第二二极管D2截止，因此低电压并不对电磁铁的运行造成影响。而当延时切换电路得到低电压后，通过断开晶体管Q1使高压供电电路断开，从而使第二二极管D2导通，最终使电磁铁供电端得到低电压，降低电磁铁的功率，减少电磁铁线圈的发热量。

优选的，作为一种改进，振荡电路包括第七电阻R7、第九电阻R9、第八电阻R8和第七电容C7；所述第七电阻R7的一端与所述第二二极管D2的阳极连接，所述第七电阻R7的另一端与所述第九电阻R9的一端连接，所述第九电阻R9的另一端接地；所述第八电阻R8的一端连接在所述第七电阻R7与所述第九电阻R9的中间位置，所述第八电阻R8的另一端连接所述第七电容C7的一端，所述第七电容C7的另一端接地。

通过振荡电路，控制晶体管Q2延时导通，从而给高电压供电单元提供足够的工作时间，使电磁铁得到高电压快速吸合，而后当延时结束后，晶体管Q2导通，从而使光耦继电器U2被关断，然后Q1被关断，最终使高压供电单元断开，降低电磁铁的功率。

优选的，作为一种改进，延时切换电路包括晶体管Q2、光耦继电器U2、第五电阻R5、第四电阻R4和第六电阻R6；所述晶体管Q2的栅极和所述第七电容C7的另一端连接，所述晶体管Q2的源极与所述光耦继电器U2的阴极连接，所述晶体管Q2的漏极接地；所述光耦继电器U2的阳极与所述第五电阻R5的一端连接，所述第五电阻R5的另一端与所述第一二极管D1的阴极连接，所述光耦继电器U2的第一漏极与所述第六电阻R6的一端连接，所述第六电阻R6的另一端分别连接所述第四电阻R4的一端和所述晶体管Q1的栅极；所述第四电阻R4的另一端与所述晶体管Q1的源极连接；所述光耦继电器U2的第二漏极接地。

通过此延时电路，当晶体管Q2导通后，光耦继电器U2被关断，高压供电单元断开，第二二极管D2两端压差反向，从而使低压供电单元开始工作，为电磁铁提供低电压，从而降低了电磁铁的功率。

优选的，作为一种改进，输入滤波单元包括第五电容C5、第六电容C6、第八电容C8和第九电容C9；所述第五电容C5、第六电容C6、第八电容C8和第九电容C9并联在所述降压芯片的电源输入端和接地端之间。

通过此输入滤波单元，能对输入的外部电源进行滤波，减小脉动的直流电压中的交流成分，保留其直流成分，使输入到降压芯片中的电压纹波系数降低，波形变平滑，从而提高降压芯片的降压效果。

优选的，作为一种改进，电压设定模块包括第一电阻R1、第二电阻R2和第一电容C1；所述第一电阻R1的一端、第二电阻R2的一端和第一电容C1的一端均与所述降压芯片的反馈端连接，所述第一电阻R1的另一端接地，所述第二电阻R2的另一端与第一电容C1的另一端均与所述第二二极管D2的阳极连接。

在此电压设定模块中，可以通过人为改变第一电阻R1、第二电阻R2的阻值大小，从而改变降压模块的输出电压值，使降压模块的输出电压能够人为调整来灵活运用，扩大此降压模块的应用面。

优选的，作为一种改进，输出滤波单元包括第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4；所述第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4均并联在所述第二二极管D2的阳极与所述降压芯片的接地端之间。

经过降压模块降低后的电压，经过输出滤波单元滤波处理，能对输出给电磁铁的电压进行滤波，减小脉动的直流电压中的交流成分，保留其直流成分，使电压纹波系数降低，波形变平滑，从而提高电磁铁的运行效果。

优选的，作为一种改进，第二二极管D2还连接有第四二极管D4；所述第四二极管D4的阴极与所述第二二极管D2的阴极连接，所述第四二极管D4的阳极接地。

第四二极管D4作为续流二极管，用来续流对地输出感性负载产生的尖峰电压，能够保护电路中的元器件不损坏。

优选的，作为一种改进，降压芯片的型号为XL7015。

XL7015是一款高效、高压降压型DC-DC转换器，固定150KHz开关频率，输入电压范围从5V到80V，输出电压从1.25V到20V可调，更可提供最高0.8A输出电流，低纹波具有出色的线性调整率和负载调整率；同时XL7015芯片中内置有固定频率振荡器与频率补偿电路简化了应用电路的设计，以及过热、限流、短路保护功能使得电路更加稳定可靠，并且XL7015芯片的封装为to252-5L，使降压芯片能够更加快速散热。

优选的，作为一种改进，光耦继电器的型号为TLP4176G。

光耦继电器具有无机械触点，不会出现触电磨损，无动作声音，工作起来噪音小的优点，同时能够高速切换工作状态，使延时切换电路工作更稳定，从而使电磁铁的节能效果更稳定。

附图说明

图1为本实用新型电磁铁节能电源驱动电路实施例一的逻辑框图。

图2为本实用新型电磁铁节能电源驱动电路实施例一的电路原理图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细的说明：

说明书附图中的标记包括：降压模块1、电压设定模块2、延时切换模块3、输入滤波单元4、输出滤波单元5、低压供电单元6、高压供电单元7。

实施例一：

本实施例基本如附图1所示：电磁铁节能电源驱动电路，包括降压模块1，以及分别与降压模块1连接的电压设定模块2和延时切换模块3。

如附图2所示，电压设定模块2用于设定降压模块1的输出电压值；电压设定模块2包括第一电阻R1、第二电阻R2和第一电容C1；第一电阻R1的右端、第二电阻R2的左端和第一电容C1的左端均与所述降压芯片的4号脚反馈端连接，第一电阻R1的左端接地，第二电阻R2的右端与第一电容C1的右端均与第二二极管D2的阳极连接。

降压模块1包括输入滤波单元4、输出滤波单元5、低压供电单元6和高压供电单元7。

输入滤波单元4包括第五电容C5、第六电容C6、第八电容C8和第九电容C9；所述第五电容C5、第六电容C6、第八电容C8和第九电容C9并联在所述降压芯片的电源输入端和接地端之间。

输出滤波单元5包括第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4；所述第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4均并联在所述第二二极管D2的阳极与所述降压芯片的接地端之间。

低压供电单元6包括降压芯片、第一二极管D1、第三电阻R3、第三二极管D3、第一电感L1和第二二极管D2；降压芯片的1号脚电源输入端连接第三电阻R3的右端，第三电阻R3的左端连接第一二极管D1的阴极，第一二极管D1的阳极连接外部电源；降压芯片的2号脚输出端连接第三二极管D3的阴极和第一电感L1的左端，第三二极管D3的阳极连接降压芯片3号脚接地端，所述第一电感L1的右端连接第二二极管D2的阳极，第二二极管D2的阴极连接负载端。

高压供电单元7包括晶体管Q1和第五二极管D5；所述晶体管Q1的源极与所述第一二极管D1的阴极连接，所述晶体管Q1的漏极与所述第五二极管D5的阳极连接，所述第五二极管D5的阴极连接所述负载端。

延时切换模块3包括振荡电路和延时切换电路。

振荡电路包括第七电阻R7、第九电阻R9、第八电阻R8和第七电容C7；所述第七电阻R7的上端与所述第二二极管D2的阳极连接，所述第七电阻R7的下端与所述第九电阻R9的上端连接，所述第九电阻R9的下端接地；所述第八电阻R8的左端连接在所述第七电阻R7与所述第九电阻R9的中间位置，所述第八电阻R8的右端连接所述第七电容C7的上端，所述第七电容C7的下端接地。

延时切换电路包括晶体管Q2、光耦继电器U2、第五电阻R5、第四电阻R4和第六电阻R6；所述晶体管Q2的栅极和所述第七电容C7的上端连接，所述晶体管Q2的源极与所述光耦继电器U2的阴极连接，所述晶体管Q2的漏极接地；所述光耦继电器U2的阳极与所述第五电阻R5的下端连接，所述第五电阻R5的上端与所述第一二极管D1的阴极连接，所述光耦继电器U2的第一漏极与所述第六电阻R6的左端连接，所述第六电阻R6的右端分别连接所述第四电阻R4的下端和所述晶体管Q1的栅极；所述第四电阻R4的上端与所述晶体管Q1的源极连接；所述光耦继电器U2的第二漏极接地。

第二二极管D2还连接有第四二极管D4；所述第四二极管D4的阴极与所述第二二极管D2的阴极连接，所述第四二极管D4的阳极接地。

本实施例中降压芯片的型号为XL7015，电压设定模块2中第一电阻R1的阻值为10K，第二电阻R2的阻值为86K。

本实施例的具体实施过程如下：

第一步，给第一二极管D1的阳极接上24V的直流电源，并将第二二极管D2的阴极连接上电磁铁。

第二步，第一二极管D1导通，然后高压供电单元7开始工作，晶体管Q1导通，第五二极管D5导通，然后由第五二极管D5的阴极输出24V的电压给电磁铁，电磁铁得电后开始工作，线圈通入电流后产生磁场，从而使电磁铁吸合。

第三步，当第一二极管D1的阳极接上24V的直流电源后，低压供电单元6也同步开始工作，首先通过输入滤波单元4进行滤波后，将24V的电压送入降压芯片XL7015的电源输入端。

第四步，通过公式

计算得到输出电压V_OUT为12V，则24V的电压经过降压芯片XL7015降压后得到12V的电压，并从降压芯片XL7015的输出端，然后经过输出滤波单元5滤波后，第二二极管D2阳极的电压为12V，此时第二二极管D2阴极的电压为高压供电单元7提供的24V，则第二二极管D2截止。

第五步，第二二极管D2阳极得到12V的电压，则振荡电路得电开始工作，使晶体管Q2延时150毫秒导通，当晶体管Q2导通后，光耦继电器U2被关断，然后晶体管Q1被关断，使高压供电单元7断开。

第六步，当高压供电单元7断开后，第二二极管D2的阴极电压为0，则第二二极管D2导通，为电磁铁提供12V的电压，因电磁铁线圈的电阻不变，由功率公式

计算得到此时电磁铁的功率为原来功率的25％。

通过本方案中设计的高压供电单元，能够先为电磁铁提供高工作电压，电磁铁能快速达到额定工作状态使电磁铁吸合，而后通过降压芯片XL7015将24V降低到12V，再配合延时切换电路，能在电磁铁吸合后将电磁铁的工作电压降低到12V，不仅使电磁铁保持吸合状态，同时能够通过降低电压的方式降低电磁铁的功率，达到节能的目的，功率降低的同时还能降低电磁铁的发热量，保证电磁铁在长时间运行时的安全性。

以上所述的仅是本实用新型的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前实用新型所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.电磁铁节能电源驱动电路，其特征在于，包括降压模块，以及分别与降压模块连接的电压设定模块和延时切换模块；

所述电压设定模块用于设定所述降压模块的输出电压值；

所述降压模块包括输入滤波单元、输出滤波单元、低压供电单元和高压供电单元；

所述延时切换模块包括振荡电路和延时切换电路；所述振荡电路与所述延时切换电路连接，所述延时切换电路与所述高压供电单元连接；所述延时切换模块用于定时切断所述高压供电单元。

2.根据权利要求1所述的电磁铁节能电源驱动电路，其特征在于，所述低压供电单元包括降压芯片、与降压芯片电源输入端连接的第三电阻R3、与降压芯片输出端连接的第一电感L1，第三电阻R3和外部电源之间连接有第一二极管D1，第一电感L1和负载端之间连接有第二二极管D2，降压芯片输出端和接地端之间连接有第三二极管D3；所述高压供电单元包括晶体管Q1，晶体管Q1的漏极与负载端之间连接有第五二极管D5。

3.根据权利要求2所述的电磁铁节能电源驱动电路，其特征在于，所述振荡电路包括第七电阻R7、第九电阻R9、第八电阻R8和第七电容C7；所述第七电阻R7的一端与所述第二二极管D2的阳极连接，所述第七电阻R7的另一端与所述第九电阻R9的一端连接，所述第九电阻R9的另一端接地；所述第八电阻R8的一端连接在所述第七电阻R7与所述第九电阻R9的中间位置，所述第八电阻R8的另一端连接所述第七电容C7的一端，所述第七电容C7的另一端接地。

4.根据权利要求3所述的电磁铁节能电源驱动电路，其特征在于，所述延时切换电路包括晶体管Q2、光耦继电器U2、第五电阻R5、第四电阻R4和第六电阻R6；所述晶体管Q2的栅极和所述第七电容C7的另一端连接，所述晶体管Q2的源极与所述光耦继电器U2的阴极连接，所述晶体管Q2的漏极接地；所述光耦继电器U2的阳极与所述第五电阻R5的一端连接，所述第五电阻R5的另一端与所述第一二极管D1的阴极连接，所述光耦继电器U2的第一漏极与所述第六电阻R6的一端连接，所述第六电阻R6的另一端分别连接所述第四电阻R4的一端和所述晶体管Q1的栅极；所述第四电阻R4的另一端与所述晶体管Q1的源极连接；所述光耦继电器U2的第二漏极接地。

5.根据权利要求2所述的电磁铁节能电源驱动电路，其特征在于，所述输入滤波单元包括第五电容C5、第六电容C6、第八电容C8和第九电容C9；所述第五电容C5、第六电容C6、第八电容C8和第九电容C9并联在所述降压芯片的电源输入端和接地端之间。

6.根据权利要求2所述的电磁铁节能电源驱动电路，其特征在于，所述电压设定模块包括第一电阻R1、第二电阻R2和第一电容C1；所述第一电阻R1的一端、第二电阻R2的一端和第一电容C1的一端均与所述降压芯片的反馈端连接，所述第一电阻R1的另一端接地，所述第二电阻R2的另一端与第一电容C1的另一端均与所述第二二极管D2的阳极连接。

7.根据权利要求2所述的电磁铁节能电源驱动电路，其特征在于，所述输出滤波单元包括第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4；所述第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4均并联在所述第二二极管D2的阳极与所述降压芯片的接地端之间。

8.根据权利要求2所述的电磁铁节能电源驱动电路，其特征在于，所述第二二极管D2还连接有第四二极管D4；所述第四二极管D4的阴极与所述第二二极管D2的阴极连接，所述第四二极管D4的阳极接地。

9.根据权利要求2所述的电磁铁节能电源驱动电路，其特征在于，所述降压芯片的型号为XL7015。

10.根据权利要求4所述的电磁铁节能电源驱动电路，其特征在于，所述光耦继电器的型号为TLP4176G。

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