CN218415836U - 负载驱动电路及工控设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种负载驱动电路及工控设备，该负载驱动电路包括：电源输入端，用于连接电源；负载接入端，用于连接外部负载；延时设定电路，延时设定电路串联设置于负载接入端与电源输入端之间，延时设定电路用于在上电时导通，控制电源输入端输出电源至负载接入端，以驱动外部负载上电工作；节能驱动电路，节能驱动电路串联设置于负载接入端与电源输入端之间，节能驱动电路用于对外部负载输出驱动电流。本实用新型解决了驱动外部负载功耗高、发热量大以及对应的使用寿命低、可靠性存在风险的问题。

Description

负载驱动电路及工控设备

技术领域

本实用新型涉及驱动电路领域，特别涉及一种负载驱动电路及工控设备。

背景技术

电磁阀作为电气控制里常用的电控开关通断器件，在工控行业机器人搬运物品等使用场景中应用广泛。其工作特点为当电磁阀得电时，电磁线圈由于流过电流产生磁力，使得电磁阀中的电磁头吸合，电磁阀导通；断电时则电磁力消失，电磁阀关闭。由于电磁头间存在一定距离，因此需要足够大的电流来产生相应的电磁力；在应用中通常采用固定的电源直接驱动电磁阀导通，并在使用过程中保持恒定电压驱动。

由于电磁阀内的电磁头间存在一定距离，因此需要足够大的电流来产生相应的电磁力以驱动电池阀，在电磁阀导通后，如果仍以初始导通电流来维持电磁头间的吸合，会使得电磁阀的耗电量大大增加，带电长时间工作会造成电磁阀温升较高，使用寿命缩短的问题。对于例如工控行业的机器人搬运等场景，电磁阀寿命的缩减会直接影响到机器人的正常运作，给正常生产运作带来生产事故的安全隐患。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提出一种负载驱动电路及工控设备，旨在解决驱动外部负载功耗高、发热量大以及对应的使用寿命低、可靠性存在风险的问题。

为实现上述目的，本实用新型提出负载驱动电路，包括：

电源输入端，用于连接电源；

负载接入端，用于连接外部负载；

延时设定电路，所述延时设定电路串联设置于所述负载接入端与所述电源输入端之间，所述延时设定电路用于在上电时导通，控制所述电源输入端输出电源至负载接入端，以驱动所述外部负载上电工作；

节能驱动电路，所述节能驱动电路串联设置于所述负载接入端与所述电源输入端之间，所述节能驱动电路用于对所述外部负载输出驱动电流。

可选地，所述延时设定电路还用于在上电时进行延时，并在达到延时时间后，停止工作。

可选地，所述延时设定电路包括开关电路以及控制电路，所述开关电路串联设置于所述负载接入端与所述电源输入端之间，所述控制电路的输出端与所述开关电路的受控端连接；

所述控制电路用于上电时输出控制信号控制所述开关电路的导通，以控制所述电源输入端输出电源至负载接入端，以驱动所述外部负载上电工作。

可选地，所述控制电路包括第一电阻及第一电容，所述第一电阻的第一端与电源输入端连接，所述第一电阻的第二端及所述第一电容的第一端与所述开关电路的受控端互连，所述第一电容的第二端接地。

可选地，所述开关电路包括开关管，所述开关管的输入端与所述电源输入端连接，所述开关管的输出端与所述负载接入端连接，所述开关管的受控端与所述控制电路的输出端连接。

可选地，所述负载驱动电路还包括防反接二极管，所述防反接二极管串联设置于所述负载接入端与所述节能驱动电路之间。

可选地，所述节能驱动电路包括稳压电路及恒流输出电路，所述稳压电路与所述恒流输出电路连接；

所述稳压电路用于输出稳定的电压，所述恒流输出电路用于根据所述稳压电路输出的电压输出电流。

可选地，所述稳压电路包括稳压芯片，所述稳压芯片具有第一电压输出端及第二电压输出端，所述恒流输出电路分别与所述稳压芯片的第一电压输出端及第二电压输出端连接。

可选地，所述恒流输出电路包括第二电阻，所述稳压电路与所述第二电阻的第一端连接，所述第二电阻的第二端与所述负载接入端连接。

本实用新型提出一种工控设备，所述工控设备包括如上所述的驱动电路以及电磁阀，所述驱动电路的输出端与所述电磁阀连接。

本实用新型通过设置负载驱动电路，包括电源接入端、负载接入端、延时设定电路以及节能驱动电路。其中，电源输入端，用于连接电源；负载接入端，用于连接外部负载；延时设定电路，延时设定电路串联设置于负载接入端与电源输入端之间，延时设定电路用于在上电时导通，控制电源输入端输出电源至负载接入端，以驱动外部负载上电工作；节能驱动电路，节能驱动电路串联设置于负载接入端与电源输入端之间，节能驱动电路用于对外部负载输出驱动电流。工作时，在电源输入端接入电源时，延时设定电路控制电源输入端输出电源至负载接入端，以提供较大的驱动功率驱动负载工作，上电在一段时间后，由节能驱动电路单独输出驱动电流维持外部负载工作，节能驱动电路对外部负载提供的驱动功率要小于延时设定电路提供的驱动功率。负载驱动电路在刚上电时提供足够驱动功率以驱动外部负载启动的同时，也使得外部负载在启动后以较低的功耗和较少的发热量维持驱动的目的。本实用新型解决了恒定电源驱动带来的外部负载功耗高、发热量大以及对应的使用寿命低、可靠性存在风险的问题。

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示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型驱动电路一实施例的功能模块示意图；

图2为本实用新型驱动电路一实施例的电路结构示意图；

图3为本实用新型驱动电路一实施例中延时设定电路电流方向的电路结构示意图；

图4为本实用新型驱动电路一实施例中节能驱动电路电流方向的电路结构示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				10	延时设定电路	20	节能驱动电路
R1-R2	第一电阻-第二电阻	Q1	开关管
				C1	第一电容	U1	稳压芯片
D1	防反接二极管	L1	电磁阀

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

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的一部分实施例，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他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

对于固定电源直接驱动电磁阀带来的发热问题及电磁阀使用寿命的弊端，需要一种新的节能低功耗的电磁阀驱动电路，既可为电磁阀带来足够的导通磁力，又能在电磁阀导通后，采用较小的电流维持电磁头之间的吸合，在电磁阀维持电磁阀导通状态的同时大大降低驱动功耗。

本实用新型提出的负载驱动电路，能够解决驱动电磁阀时由于温度过高影响电磁阀使用寿命的问题。

参照图1，在本实用新型一实施例中，所述负载驱动电路包括：

电源输入端，用于连接电源；

负载接入端，用于连接外部负载；

延时设定电路10，所述延时设定电路10串联设置于所述负载接入端与所述电源输入端之间，所述延时设定电路10用于在上电时导通，控制所述电源输入端输出电源至负载接入端，以驱动所述外部负载上电工作；

节能驱动电路20，所述节能驱动电路20串联设置于所述负载接入端与所述电源输入端之间，所述节能驱动电路20用于对所述外部负载输出驱动电流。

在本实施例中，用于驱动外部负载开始工作的驱动功率一般大于用于维持外部负载工作的驱动功率。以电磁阀L1为例，在电磁阀L1未导通时，电磁阀L1内的电磁头间存在一定距离，因此需要足够大的功率来产生相应的电磁力以驱动电池阀导通，初始的驱动功率较大。而在电磁阀L1导通后，驱动功率用于维持电磁头间的吸合，相对于初始的驱动功率较小。外部负载的驱动功率来源于延时设定电路10以及节能驱动电路20输出的驱动功率。

延时设定电路10在上电时导通，控制外部负载与电源连接，外部负载在上电时获得较大的驱动功率，能够启动负载启动工作。

节能驱动电路20输出的驱动功率维持外部负载的工作，所输出的驱动功率比延时设定电路10输出的驱动功率低。一般情况下，要使得外部负载能够稳定的工作，节能驱动电路20可以输出稳定的驱动功率以维持外部负载的工作。

需要说明的是，驱动外部负载启动的功率可以由延时设定电路10单独提供，也可以由延时设定电路10与节能驱动电路20共同提供，而维持外部负载工作的功率由节能驱动电路20单独提供。

在电源输入端接入电源时，延时设定电路10可以先开始工作，此时节能驱动电路20不工作，由延时设定电路10单独输出足够大的驱动功率用于满足外部负载的启动，在一段时间后，延时设定电路10输出电流逐渐降低，节能驱动电路20上电，输出驱动功率用于维持外部负载工作。假设在t0时刻，延时设定电路10上电，延时设定电路10的电流为Ia用于驱动外部负载启动，在t1时刻，节能驱动电路20开始工作，驱动电路输出的电流为Ib用于维持外部负载工作。t0时刻Ia的值远大于t1时刻Ib的值。

延时设定电路10也可以与节能驱动电路20同时开始工作，由延时设定电路10与节能驱动电路20共同输出驱动功率用于满足外部负载的启动时需要的功率，在工作一段时间后，延时设定电路10停止工作，节能驱动电路20继续输出驱动功率维持外部负载工作。在t0时刻，延时设定电路10与节能驱动电路20同时上电，驱动电路输出的电流为Ia+Ib用于启动外部负载，在t1时刻，驱动电路输出的电流为Ib用于维持外部负载工作。t0时刻Ia+Ib的值大于t1时刻Ib的值。

本实用新型通过设置负载驱动电路，包括电源接入端、负载接入端、延时设定电路10以及节能驱动电路20。其中，电源输入端，用于连接电源；负载接入端，用于连接外部负载；延时设定电路10，延时设定电路10串联设置于负载接入端与电源输入端之间，延时设定电路10用于在上电时导通，控制电源输入端输出电源至负载接入端，以驱动外部负载上电工作；节能驱动电路20，节能驱动电路20串联设置于负载接入端与电源输入端之间，节能驱动电路20用于对外部负载输出驱动电流。工作时，在电源输入端接入电源时，延时设定电路10控制电源输入端输出电源至负载接入端，以提供较大的驱动功率驱动负载工作，上电在一段时间后，由节能驱动电路20单独输出驱动电流维持外部负载工作，节能驱动电路20对外部负载提供的驱动功率要小于延时设定电路10提供的驱动功率。负载驱动电路在刚上电时提供足够驱动功率以驱动外部负载启动的同时，也使得外部负载在启动后以较低的功耗和较少的发热量维持驱动的目的。本实用新型解决了恒定电源驱动带来的外部负载功耗高、发热量大以及对应的使用寿命低、可靠性存在风险的问题。

在本实用新型一实施例中，所述延时设定电路10还用于在上电时进行延时，并在达到延时时间后，停止工作。

本实施例中，由于维持外部负载所需要的负载不高，节能驱动电路20输出的驱动功率能够满足外部负载的工作。延时设定电路10达到了延时时间，延时设定电路10停止工作，节能驱动电路20单独对外部负载提供驱动电流，进一步降低了外部负载的驱动功率。

延时设定电路10在上电后维持工作的时间为延时时间，延时时间在延时设定电路10中预先设置的，例如，在RC延时电路中，通过设置电阻和电容的参数来设置延时设定电路10输出驱动电路的维持时间。

可以根据实际的使用需求设置延时设定电路10的延时时间，例如，在外部负载导通时间较长的情况下，设置的延时时间较长。

参照图2，在本实用新型一实施例中，所述延时设定电路10包括开关电路以及控制电路，所述开关电路串联设置于所述负载接入端与所述电源输入端之间，所述控制电路的输出端与所述开关电路的受控端连接；

所述控制电路用于上电时输出控制信号控制所述开关电路的导通，以控制所述电源输入端输出电源至负载接入端，以驱动所述外部负载上电工作。

在本实施例中，开关电路可以采用基于电压控制的开关器件，例如MOS管、三极管等开关器件。控制电路在上电时，输出的控制电压控制开关电路导通，电源输入端输出电源至外部负载，电源端输出较大的驱动功率至外部负载；控制电路在达到延时时间后，输出的控制电压控制开关电路关断，电源输入端与外部负载之间的连接关断。

例如，开关电路在控制电压大于电压阈值时导通，在开关电路在控制电压小于或等于电压阈值时关断。延时设定电路10上电时，控制电路输出高电压使得开关电路导通，在上电一段时间后，控制电路输出的电压逐渐降低，在上电后的时间达到延时时间，控制电路输出的电压降低至开关电路的阈值点以下，开关电路关断。

参照图2及图3，在本实用新型一实施例中，所述控制电路包括第一电阻R1及第一电容C1，所述第一电阻R1的第一端与电源输入端连接，所述第一电阻R1的第二端及所述第一电容C1的第一端与所述开关电路的受控端互连，所述第一电容C1的第二端接地。

在本实施例中，电源端上电时，首先通过第一电阻R1给第一电容C1充电，第一电容C1在上电瞬间类似短路，第一电容C1的第一端接低电平以控制开关电路导通，此时电磁阀L1一端接电源端，另一端通过开关电路接地；随着第一电容C1的逐渐充电，开关电路受控端的电压逐渐升高，直至升高至开关电路的阈值点以下时开关电路关断，驱动电磁阀L1与电源端之间的电连接断开。

参照图2及图3，在本实用新型一实施例中，所述开关电路包括开关管Q1，所述开关管Q1的输入端与所述电源输入端连接，所述开关管Q1的输出端与所述负载接入端连接，所述开关管Q1的受控端与所述控制电路的输出端连接。

在本实施例中，开关管Q1可以采用MOS管、三极管、IGBT、场效应管等电子开关。

以P沟道MOS管为例进行说明，电源端上电时，第一电容C1在上电瞬间类似短路，P沟道MOS管的栅极对地电压为0V，P沟道MOS管的Vgs为-24V，MOS管导通，此时电磁阀L1一端接地，另一端通过MOS管接电源端，电源端驱动电磁阀L1导通；随着电容的逐渐充电，P沟道MOS管的栅极对地电位逐渐抬高，直至上拉至24V，在P沟道MOS管的Vgs电压达到阈值点时，P沟道MOS管关断，此时电源端与电磁阀L1之间的连接断开。

在本实用新型一实施例中，所述负载驱动电路还包括防反接二极管D1，所述防反接二极管D1串联设置于所述负载接入端与所述节能驱动电路20之间。

在本实施例中，防反接二极管D1的作用是避免延时设定电路10工作时，电源接入端通过延时设定电路10输出至节能驱动电路20。由于节能驱动电路20的第一端与电源输入端连接，若节能驱动电路20的第二端接入电源，会使得节能驱动电路20的两端同时接入电源电压，导致节能驱动电路20损坏。

以图2中的防反接二极管D1为例，防反接二极用于在MOS管导通时防止电源端加压在LDO芯片上导致LDO芯片损坏。

参照图2及图4，在本实用新型一实施例中，所述节能驱动电路20包括稳压电路及恒流输出电路，所述稳压电路与所述恒流输出电路连接；

所述稳压电路用于输出稳定的电压，所述恒流输出电路用于根据所述稳压电路输出的电压输出电流。

在本实施例中，稳压电路可以采用稳压芯片U1、稳压二极管等器件实现，恒流输出电路的端电压稳定，且恒流输出电路在工作时的电阻稳定，保证了输出的驱动电路稳定。

参照图2及图4，在本实用新型一实施例中，所述稳压电路包括稳压芯片U1，所述稳压芯片U1具有第一电压输出端及第二电压输出端，所述恒流输出电路分别与所述稳压芯片U1的第一电压输出端及第二电压输出端连接。

在本实施例中，稳压芯片U1的第一电压输出端及第二电压输出端用于产生稳定的电位差。

稳压芯片U1采用一个LDO芯片，型号为LM317，由于LDO芯片U1的pin4脚ADJ作为第一电压输出端，pin2、3、6、7脚作为第二电压输出端，第一电压输出端以及第二电压输出端的电位差恒定，输出稳定的电压1.25V。

参照图2及图4，在本实用新型一实施例中，所述恒流输出电路包括第二电阻R2，所述稳压电路与所述第二电阻R2的第一端连接，所述第二电阻R2的第二端与所述负载接入端连接。

在本实施例中，通过串接第二电阻R2，由第二电阻R2两端的恒定电压为1.25V以及第二电阻R2的电阻值恒定，可使流过第一电阻R1的电流恒定，从而使LDO芯片和第二电阻R2一起起到恒流源的作用。

本实用新型提出一种工控设备，所述工控设备包括如上所述的驱动电路以及电磁阀，所述驱动电路的输出端与所述电磁阀连接。

以上所述仅为本实用新型的可选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种负载驱动电路，其特征在于，所述负载驱动电路包括：

电源输入端，用于连接电源；

负载接入端，用于连接外部负载；

延时设定电路，所述延时设定电路串联设置于所述负载接入端与所述电源输入端之间，所述延时设定电路用于在上电时导通，控制所述电源输入端输出电源至负载接入端，以驱动所述外部负载上电工作；

节能驱动电路，所述节能驱动电路串联设置于所述负载接入端与所述电源输入端之间，所述节能驱动电路用于对所述外部负载输出驱动电流。

2.如权利要求1所述的负载驱动电路，其特征在于，所述延时设定电路还用于在上电时进行延时，并在达到延时时间后，停止工作。

3.如权利要求2所述的负载驱动电路，其特征在于，所述延时设定电路包括开关电路以及控制电路，所述开关电路串联设置于所述负载接入端与所述电源输入端之间，所述控制电路的输出端与所述开关电路的受控端连接；

所述控制电路用于上电时输出控制信号控制所述开关电路的导通，以控制所述电源输入端输出电源至负载接入端，以驱动所述外部负载上电工作。

4.如权利要求3所述的负载驱动电路，其特征在于，所述控制电路包括第一电阻及第一电容，所述第一电阻的第一端与电源输入端连接，所述第一电阻的第二端及所述第一电容的第一端与所述开关电路的受控端互连，所述第一电容的第二端接地。

5.如权利要求3所述的负载驱动电路，其特征在于，所述开关电路包括开关管，所述开关管的输入端与所述电源输入端连接，所述开关管的输出端与所述负载接入端连接，所述开关管的受控端与所述控制电路的输出端连接。

6.如权利要求1所述的负载驱动电路，其特征在于，所述负载驱动电路还包括防反接二极管，所述防反接二极管串联设置于所述负载接入端与所述节能驱动电路之间。

7.如权利要求1所述的负载驱动电路，其特征在于，所述节能驱动电路包括稳压电路及恒流输出电路，所述稳压电路与所述恒流输出电路连接；

所述稳压电路用于输出稳定的电压，所述恒流输出电路用于根据所述稳压电路输出的电压输出电流。

8.如权利要求7所述的负载驱动电路，其特征在于，所述稳压电路包括稳压芯片，所述稳压芯片具有第一电压输出端及第二电压输出端，所述恒流输出电路分别与所述稳压芯片的第一电压输出端及第二电压输出端连接。

9.如权利要求7所述的负载驱动电路，其特征在于，所述恒流输出电路包括第二电阻，所述稳压电路与所述第二电阻的第一端连接，所述第二电阻的第二端与所述负载接入端连接。

10.一种工控设备，其特征在于，所述工控设备包括如权利要求1至9中任意一项所述的驱动电路以及电磁阀，所述驱动电路的输出端与所述电磁阀连接。

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