CN218160181U - 一种用于双稳态继电器的驱动电路 - Google Patents

Abstract

一种用于双稳态继电器的驱动电路，驱动电路包括：脉冲产生单元的输入端用于与控制系统的控制端连接，控制系统用于通过其控制端输出高电平或者低电平，高电平和低电平之间存在上升沿信号或下降沿信号，脉冲产生单元响应于上升沿信号，由第一输出端输出第一脉冲信号，响应于下降沿信号，由第二输出端输出第二脉冲信号；驱动单元响应于第一脉冲信号，通过其第一输出端输出驱动信号至双稳态继电器的第一驱动端，使其位于第一状态；响应于第二脉冲信号，通过其第二输出端输出驱动信号至双稳态继电器的第二驱动端，使其位于第二状态。由于脉冲产生单元只需要一个输入端输入上升沿信号或下降沿信号，从而可以实现单线控制。

Description

一种用于双稳态继电器的驱动电路

技术领域

本申请涉及继电器驱动电路技术领域，具体涉及一种用于双稳态继电器的驱动电路。

背景技术

继电器作为常见的电子器件应用于各种设备中，例如测量仪器中常用继电器切换档位或者功能，而继电器按照控制方法分为单稳态继电器和双稳态继电器。其中，单稳态继电器置位需要一直对其线圈供电，使其保持在一固定状态，例如置位状态。双稳态继电器置位只需要对其线圈两端给出相应极性的电流脉冲，便可实现保持在不同状态。因此控制单稳态继电器只需要一个控制线，控制双稳态继电器需要两个控制线。

由于双稳态继电器不用一直对线圈供电，适用于对功耗有要求的手持测量设备中，但缺点是需要两根控制线，因此其驱动电路还存在一些改进的空间。

实用新型内容

本申请提供一种用于双稳态继电器的驱动电路，以实现单线控制。

根据本申请的一方面，一种实施例中提供一种用于双稳态继电器的驱动电路，所述双稳态继电器包括第一驱动端和第二驱动端，所述驱动电路包括：

脉冲产生单元，具有输入端、第一输出端和第二输出端；所述脉冲产生单元的输入端用于与控制系统的控制端连接，所述控制系统用于通过其控制端输出高电平或者低电平，所述高电平和低电平之间存在上升沿信号或下降沿信号；响应于由所述输入端接收的所述上升沿信号，所述脉冲产生单元由第一输出端输出第一脉冲信号，响应于由所述输入端接收的所述下降沿信号，所述脉冲产生单元由第二输出端输出第二脉冲信号；

驱动单元，具有第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端；所述驱动单元的第一输入端与所述脉冲产生单元的第一输出端连接，所述驱动单元的第二输入端与所述脉冲产生单元的第二输出端连接，所述驱动单元的第一输出端与所述双稳态继电器的第一驱动端连接，所述驱动单元的第二输出端与所述双稳态继电器的第二驱动端连接；响应于由所述第一输入端接收的所述第一脉冲信号，所述驱动单元通过其第一输出端输出驱动信号至双稳态继电器的第一驱动端，使其位于第一状态；响应于由所述第二输入端接收的所述第二脉冲信号，所述驱动单元通过其第二输出端输出驱动信号至双稳态继电器的第二驱动端，使其位于第二状态；当所述第一状态为置位状态时，所述第二状态为复位状态，当所述第一状态为复位状态时，所述第二状态为置位状态。

一些实施例中，所述脉冲产生单元包括：

第一脉冲单元，响应于所述下降沿信号，用于输出高电平脉冲信号，以作为第二脉冲信号；

第二脉冲单元，响应于所述上升沿信号，用于输出高电平脉冲信号，以作为第一脉冲信号。

一些实施例中，所述第一脉冲单元包括：

信号转换模块，用于将控制系统输入的所述下降沿信号转换为上升沿信号输出；

脉冲产生模块，响应于所述信号转换模块输出的上升沿信号，用于输出高电平脉冲信号。

一些实施例中，所述信号转换模块包括开关晶体管和上拉电阻；

所述开关晶体管的控制极连接控制系统的控制端，第一极连接地，第二极连接上拉电阻的第一端，所述上拉电阻的第二端连接高电平，所述开关晶体管在输入所述下降沿信号时由导通变为截止，使得所述开关晶体管和上拉电阻之间的节点输出上升沿信号。

一些实施例中，所述脉冲产生模块包括第一电容、第一二极管和第一电阻；

所述第一电容的第一端用于输入信号转换模块输出的上升沿信号，第二端连接所述第一电阻的第一端，所述第一电阻的第二端接地，所述第一电容和第一电阻之间的连接节点用于输出高电平脉冲信号，所述第一二极管的正极接地，负极连接第一电容的第二端。

一些实施例中，所述第二脉冲单元包括第二电阻、第二电容和第三电阻；

所述第二电阻的第一端连接控制系统的控制端，第二端连接第二电容的第一端，所述第二电容的第二端连接第三电阻的第一端，所述第三电阻的第二端接地，所述第二电容和第三电阻之间的连接节点用于输出高电平脉冲信号。

一些实施例中，所述第二脉冲单元还包括第二二极管，所述第二二极管的正极接地，负极连接第二电容的第二端。

一些实施例中，所述驱动单元包括型号SH8023868的驱动芯片。

一些实施例中，双稳态继电器的驱动电路还包括：

储能单元，用于供电系统供电时进行储能，并在供电系统断电时对所述脉冲产生单元和驱动单元进行供电，使得所述脉冲产生单元可以产生脉冲信号，以及所述驱动单元可以输出驱动信号，所述第一状态为置位状态，所述第二状态为复位状态。

一些实施例中，所述储能单元包括第三二极管和第三电容；

所述第三二极管的正极连接供电系统，负极连接第三电容的第一端，所述第三电容的第二端接地，所述第三二极管和第三电容之间的连接节点用于在供电系统断电时向脉冲产生单元和驱动单元供电。

依据上述实施例的用于双稳态继电器的驱动电路，脉冲产生单元的输入端用于与控制系统的控制端连接，控制系统的控制端用于输出高电平或者低电平，而高电平和低电平之间存在上升沿信号或下降沿信号。脉冲产生单元响应于所接收的上升沿信号，并由第一输出端输出第一脉冲信号，响应于所接收的下降沿信号，由第二输出端输出第二脉冲信号。驱动单元响应于所接收的第一脉冲信号，通过其第一输出端输出驱动信号至双稳态继电器的第一驱动端，使其位于第一状态，驱动单元响应于所接收的第二脉冲信号，通过其第二输出端输出驱动信号至双稳态继电器的第二驱动端，使其位于第二状态。由于脉冲产生单元可以根据输入的上升沿信号或下降沿信号，由不同的输出端输出不同脉冲信号，驱动单元响应于不同的脉冲信号后，由不同的输出端输出驱动信号至双稳态继电器的不同驱动端，使得双稳态继电器可以处于不同的状态，因此脉冲产生单元只需要一个输入端输入上升沿信号或下降沿信号，从而实现单线控制。

附图说明

图1为一种实施例的用于双稳态继电器的驱动电路的结构示意图；

图2为一种实施例的脉冲产生单元的结构示意图；

图3为一种实施例的第一脉冲单元的结构示意图；

图4为一种实施例的用于双稳态继电器的驱动电路的电路图；

图5为用于双稳态继电器的驱动电路的波形时序图；

图6为另一种实施例的用于双稳态继电器的驱动电路的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式，各实施例所涉及的操作步骤也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的组成和/或顺序。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。

由于双稳态继电器需要响应于不同的驱动信号来实现不同的状态，因此目前的驱动电路是通过两根控制线来输入相应的控制信号，从而可以根据不同控制线输入的控制信号来输出不同的驱动信号。通常驱动电路的控制信号为高电平脉冲，因此驱动电路的两根控制线也无法合并为一根控制线，否则不能区别不同的控制信号以输出不同的驱动信号。

在本申请中，通过上升沿信号和下降沿信号作为驱动电路的控制信号，而上升沿信号和下降沿信号可以同时存在于一根控制线，因此脉冲产生单元只需要一个输入端输入控制信号，即只需一根控制线控制驱动电路输出不同的驱动信号，从而通过单线控制实现双稳态继电器的不同状态。

一些实施例中提供一种用于双稳态继电器的驱动电路，其可以输入控制系统输出的控制信号，并根据控制信号输出驱动信号至双稳态继电器的第一驱动端或者第二驱动端，而驱动信号用于匹配双稳态继电器，以对其进行驱动，例如为高电平脉冲信号，并使得双稳态继电器处于复位状态或者置位状态。请参考图1，用于双稳态继电器的驱动电路包括脉冲产生单元20和驱动单元30，以下对其进行具体的说明。

控制系统10用于输出高电平或者低电平，而高电平和低电平之间存在上升沿信号或下降沿信号。一些实施例中，控制系统10可以根据外部的控制信号由其控制端来输出高电平或者低电平，而高电平和低电平之间可以只是相对的，只需要两者之间的幅度差能够存在满足需求的上升沿信号或下降沿信号即可。一些实施例中，控制系统10可以由单片机或者处理器来实现。

脉冲产生单元20用于根据输入的上升沿信号或下降沿信号，然后通过不同的输出端输出脉冲信号。脉冲产生单元20具有输入端、第一输出端和第二输出端，其输入端与控制系统10的控制端连接。脉冲产生单元20用于响应于由输入端接收的上升沿信号，并由第一输出端输出第一脉冲信号，响应于由输入端接收的下降沿信号，并由第二输出端输出第二脉冲信号。本实施例中，由于是通过上升沿信号或下降沿信号来实现对双稳态继电器的控制，因此可以只需要一根控制线即可实现，对应的脉冲产生单元20也可以只具有一个输入端。请参考图2，一些实施例中，脉冲产生单元20包括第二脉冲单元24和第一脉冲单元22，其中第二脉冲单元24用于响应于上升沿信号，并输出高电平脉冲信号，以作为第一脉冲信号，而第一脉冲单元22用于响应于下降沿信号，并输出高电平脉冲信号，以作为第二脉冲信号。

驱动单元30用于由不同的输入端接收脉冲信号，并通过不同的输出端输出驱动信号至双稳态继电器，以实现双稳态继电器处于不同状态。驱动单元30具有第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端，其第一输入端与脉冲产生单元20的第一输出端连接，其第二输入端与脉冲产生单元20的第二输出端连接，其第一输出端与双稳态继电器的第一驱动端连接，其第二输出端与双稳态继电器的第二驱动端连接。驱动单元30响应于由其第一输入端接收的第一脉冲信号，然后通过其第一输出端输出驱动信号至双稳态继电器的第一驱动端，使双稳态继电器位于第一状态。驱动单元30响应于由其第二输入端接收的第二脉冲信号，然后通过其第二输出端输出驱动信号至双稳态继电器的第二驱动端，使双稳态继电器位于第二状态。本实施例中，双稳态继电器通常是包括复位状态和置位状态的，因此当第一状态为置位状态时，第二状态为复位状态，当第一状态为复位状态时，第二状态为置位状态，在置位状态下，双稳态继电器由常闭点闭合切换到常开点闭合，在复位状态下，双稳态继电器由常开点闭合切换到常闭点闭合。请参考图4，一些实施例中，驱动单元30包括型号SH8023868的驱动芯片U1，该驱动芯片U1用于将输入的高电平脉冲信号进行波形整形后输出，并且还可以用于增强其驱动能力，从而使其作为驱动信号以驱动双稳态继电器。

请参考图3，一些实施例中，第一脉冲单元22包括信号转换模块222和脉冲产生模块224。信号转换模块222用于将控制系统10输入的下降沿信号转换为上升沿信号输出，脉冲产生模块224响应于信号转换模块222输出的上升沿信号，并用于输出高电平脉冲信号。

请参考图4，一些实施例中，信号转换模块222包括开关晶体管Q1和上拉电阻R4。开关晶体管Q1的控制极连接控制系统10的控制端，第一极连接地，第二极连接上拉电阻R4的第一端，上拉电阻R4的第二端连接高电平，开关晶体管Q1在输入所述下降沿信号时由导通变为截止，使得开关晶体管Q1和上拉电阻R4之间的节点输出上升沿信号。脉冲产生模块224包括第一电容C1、第一二极管D1和第一电阻R1。第一电容C1的第一端用于输入信号转换模块222输出的上升沿信号，第二端连接第一电阻R1的第一端，第一电阻R1的第二端接地，第一电容C1和第一电阻R1之间的连接节点用于输出高电平脉冲信号，第一二极管D1的正极接地，负极连接第一电容C1的第二端。本实施例中，开关晶体管Q1采用NPN型三极管，因此其控制极为基极，第一极为发射极，第二极为集电极。可以理解的是，开关晶体管Q1也可以采用PNP型三极管来实现，或者采用场效应管来实现。

请参考图4和图5，当控制系统10的控制端由输出低电平变为高电平时，可以称为第一阶段，此时开关晶体管Q1导通，第一电容C1的第一端由高电平变为低电平，而其第二端会有产生负压的趋势，但是由于第一二极管D1的电压钳位作用，使得第一电容C1的第二端的负电压很小，从而可以防止较大的负电压输入驱动单元30，以起到保护驱动单元30的作用。当控制系统10的控制端由输出高电平变为低电平时，可以称为第二阶段，此时开关晶体管Q1截止，上拉电阻R4对第一电容C1进行充电，同时第一电阻R1对第一电容C1进行放电，由于上拉电阻R4对第一电容C1的充电速度远大于第一电阻R1对第一电容C1的放电速度，直至第一电容C1的两端电压基本相等。当第一电容C1的充电结束时，只有第一电阻R1对第一电容C1进行放电，直至第一电容C1的第二端的电压为零。而第一电容C1的这个充放电过程，便会使得第一电容C1和第一电阻R1之间的连接节点产生一高电平脉冲信号，而该高电平脉冲信号将作为第二脉冲信号输出至驱动单元30。

请再参考图4，一些实施例中，第二脉冲单元24包括第二电阻R2、第二电容C2、第二二极管D3和第三电阻R5。第二电阻R2的第一端连接控制系统10的控制端，第二端连接第二电容C2的第一端，第二电容C2的第二端连接第三电阻R5的第一端，第三电阻R5的第二端接地，第二电容C2和第三电阻R5之间的连接节点用于输出高电平脉冲信号，第二二极管D3的正极接地，负极连接第二电容C2的第二端。

请参考图4和图5，在第一阶段时，第二电阻R2对第二电容C2进行充电，同时第三电阻R5对第二电容C2进行放电，由于低电平变为高电平时存在上升沿信号，因此第二电阻R2对第二电容C2的充电速度远大于第三电阻R5对第二电容C2的放电速度，直至第二电容C2的两端电压基本相等。当低电平变为高电平且稳定后，第二电容C2的充电结束，只有第三电阻R5对第二电容C2进行放电，直至第二电容C2的第二端的电压为零。而第二电容C2的这个充放电过程，便会使得第二电容C2和第三电阻R5之间的连接节点产生一高电平脉冲信号，并将其作为第一脉冲信号输出至驱动单元30。在第二阶段时，第二电容C2的第二端会有产生负压的趋势，但是由于第二二极管D3的电压钳位作用，使得第二电容C2的第二端的负电压很小，从而可以防止较大的负电压输入驱动单元30，以起到保护驱动单元30的作用。

一些实施例中，双稳态继电器对驱动信号的脉冲宽度有要求，例如脉冲宽度太小便达不到控制目的。一些实施例中，由于驱动芯片U1的输入端是一个施密特触发器，其有一个门限电压VTH，当输入电压大于VTH时其输出高电平，当输入电压小于VTH时其输出低电平，因此所输入高电平脉冲的宽度决定了驱动信号的脉冲宽度。而对应的，在第二脉冲单元24和脉冲产生模块224中，当其中的电容越大时，电容充电完成后电荷量越大，若放电电阻一定，则放电时间越慢，对应的脉冲脉宽也越大，反之电容越小，对应的脉冲脉宽越小。当放电电阻越小时，若电容一定，则放电电流越大，放电时间越慢，对应的脉冲宽度越大，反之，放电电阻越大，对应的脉冲宽度越小。由此可知，可以通过调整第一电阻R1、第一电容C1、第三电阻R5和第二电容C2的大小就可以达到调节脉冲宽度的效果。

请参考图6，一些实施例中，用于双稳态继电器的驱动电路还包括储能单元40。储能单元40用于供电系统50供电时进行储能，并在供电系统50断电时对脉冲产生单元20和驱动单元30进行供电，使得脉冲产生单元20可以产生脉冲信号，以及驱动单元30可以输出驱动信号，且此时双稳态继电器对应的第一状态为置位状态，第二状态为复位状态。本实施例中，若供电系统50断电前，控制系统10的控制端处于输出高电平状态，那么当供电系统50断电后，控制系统10的控制端将会输出有一个下降沿信号，而脉冲产生单元20和驱动单元30可以继续工作并响应于该下降沿信号，使得双稳态继电器由置位状态变为复位状态。若供电系统50断电前，控制系统10的控制端处于输出低电平状态，那么当供电系统50断电后，双稳态继电器还是保持为复位状态。由此可知，本实施例中通过增加储能单元40实现了双稳态继电器在断电后的自动复位。一些实施例中，如果双稳态继电器采用普通的驱动电路，则双稳态继电器不能像单稳态继电器实现断电复位，而双稳态继电器在应用于一些设备中时，例如示波器、信号源、电源等，若不能保证双稳态继电器在意外断电时实现复位，可能会损坏设备。而本实施例中，通过储能单元40在断电后对脉冲产生单元20和驱动单元30进行供电，并利用供电系统50断电时控制系统10所产生的一个下降沿信号，从而可以实现双稳态继电器的断电复位，以保证其应用于一些设备时的安全性。

请再参考图4，一些实施例中，储能单元40包括第三二极管D3和第三电容C3。第三二极管D3的正极连接供电系统50，负极连接第三电容C3的第一端，第三电容C3的第二端接地，第三二极管D3和第三电容C3之间的连接节点用于在供电系统50断电时向脉冲产生单元20和驱动单元30供电。本实施例中，当供电系统50供电时，其对第三电容C3进行充电，当第三电容C3充满电时，VCC2稳定，脉冲产生单元20和驱动单元30可以响应于控制系统10输出的信号，当供电系统50断电时，第三电容C3进行放电，以维持脉冲产生单元20和驱动单元30的工作。一些实施例中，第三电容C3可以采用容值较大的储能电容，从而可以维持较长时间的放电。一些实施例中，储能单元40也可以采用电池组来实现。

由上述实施例可知，驱动电路通过脉冲产生单元20的输入端的单线输入，便可以实现双稳态继电器状态控制，且在供电系统50断电时，可以通过储能单元40的供电实现双稳态继电器的断电复位。

以上应用了具体个例对本实用新型进行阐述，只是用于帮助理解本实用新型，并不用以限制本实用新型。对于本实用新型所属技术领域的技术人员，依据本实用新型的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种用于双稳态继电器的驱动电路，所述双稳态继电器包括第一驱动端和第二驱动端，其特征在于，所述驱动电路包括：

脉冲产生单元，具有输入端、第一输出端和第二输出端；所述脉冲产生单元的输入端用于与控制系统的控制端连接，所述控制系统用于通过其控制端输出高电平或者低电平，所述高电平和低电平之间存在上升沿信号或下降沿信号；响应于由所述输入端接收的所述上升沿信号，所述脉冲产生单元由第一输出端输出第一脉冲信号，响应于由所述输入端接收的所述下降沿信号，所述脉冲产生单元由第二输出端输出第二脉冲信号；

驱动单元，具有第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端；所述驱动单元的第一输入端与所述脉冲产生单元的第一输出端连接，所述驱动单元的第二输入端与所述脉冲产生单元的第二输出端连接，所述驱动单元的第一输出端与所述双稳态继电器的第一驱动端连接，所述驱动单元的第二输出端与所述双稳态继电器的第二驱动端连接；响应于由所述第一输入端接收的所述第一脉冲信号，所述驱动单元通过其第一输出端输出驱动信号至双稳态继电器的第一驱动端，使其位于第一状态；响应于由所述第二输入端接收的所述第二脉冲信号，所述驱动单元通过其第二输出端输出驱动信号至双稳态继电器的第二驱动端，使其位于第二状态；当所述第一状态为置位状态时，所述第二状态为复位状态，当所述第一状态为复位状态时，所述第二状态为置位状态。

2.如权利要求1所述的用于双稳态继电器的驱动电路，其特征在于，所述脉冲产生单元包括：

第一脉冲单元，响应于所述下降沿信号，用于输出高电平脉冲信号，以作为第二脉冲信号；

第二脉冲单元，响应于所述上升沿信号，用于输出高电平脉冲信号，以作为第一脉冲信号。

3.如权利要求2所述的用于双稳态继电器的驱动电路，其特征在于，所述第一脉冲单元包括：

信号转换模块，用于将控制系统输入的所述下降沿信号转换为上升沿信号输出；

脉冲产生模块，响应于所述信号转换模块输出的上升沿信号，用于输出高电平脉冲信号。

4.如权利要求3所述的用于双稳态继电器的驱动电路，其特征在于，所述信号转换模块包括开关晶体管和上拉电阻；

所述开关晶体管的控制极连接控制系统的控制端，第一极连接地，第二极连接上拉电阻的第一端，所述上拉电阻的第二端连接高电平，所述开关晶体管在输入所述下降沿信号时由导通变为截止，使得所述开关晶体管和上拉电阻之间的节点输出上升沿信号。

5.如权利要求3所述的用于双稳态继电器的驱动电路，其特征在于，所述脉冲产生模块包括第一电容、第一二极管和第一电阻；

所述第一电容的第一端用于输入信号转换模块输出的上升沿信号，第二端连接所述第一电阻的第一端，所述第一电阻的第二端接地，所述第一电容和第一电阻之间的连接节点用于输出高电平脉冲信号，所述第一二极管的正极接地，负极连接第一电容的第二端。

6.如权利要求2所述的用于双稳态继电器的驱动电路，其特征在于，所述第二脉冲单元包括第二电阻、第二电容和第三电阻；

所述第二电阻的第一端连接控制系统的控制端，第二端连接第二电容的第一端，所述第二电容的第二端连接第三电阻的第一端，所述第三电阻的第二端接地，所述第二电容和第三电阻之间的连接节点用于输出高电平脉冲信号。

7.如权利要求6所述的用于双稳态继电器的驱动电路，其特征在于，所述第二脉冲单元还包括第二二极管，所述第二二极管的正极接地，负极连接第二电容的第二端。

8.如权利要求1所述的用于双稳态继电器的驱动电路，其特征在于，所述驱动单元包括型号SH8023868的驱动芯片。

9.如权利要求1-8任一项所述的用于双稳态继电器的驱动电路，其特征在于，还包括：

储能单元，用于供电系统供电时进行储能，并在供电系统断电时对所述脉冲产生单元和驱动单元进行供电，使得所述脉冲产生单元可以产生脉冲信号，以及所述驱动单元可以输出驱动信号，所述第一状态为置位状态，所述第二状态为复位状态。

10.如权利要求9所述的用于双稳态继电器的驱动电路，其特征在于，所述储能单元包括第三二极管和第三电容；

所述第三二极管的正极连接供电系统，负极连接第三电容的第一端，所述第三电容的第二端接地，所述第三二极管和第三电容之间的连接节点用于在供电系统断电时向脉冲产生单元和驱动单元供电。

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