CN218415837U - 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：接地端，用于连接地极；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接地端之间，延时设定电路用于在上电时导通，控制接地端与外部负载连接，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接地端之间，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：

接地端，用于连接地极；

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接地端之间，所述延时设定电路用于在上电时导通，控制所述接地端与所述外部负载连接，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接地端之间，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接地端之间，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，以控制所述接地端与所述外部负载连接，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、第二电阻及第一电容，所述第一电阻的第一端接地，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与所述第二电阻的第一端连接，所述第二电阻的第二端与电源端连接。

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外部负载的第二端连接，所述开关管的输出端接地，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，所述节能驱动电路包括第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一三极管及第二三极管，所述第三电阻的第一端与电源端连接，所述第三电阻的第二端、所述第一三极管的集电极连接及所述第一三极管的基极与所述第二三极管的基极互连，所述第一三极管的发射极与所述第五电阻的第一端连接，所述第二三极管的发射极与所述第四电阻的第一端连接，所述第四电阻的第二端及所述第五电阻的第二端接地，所述第二三极管的集电极与所述负载接入端连接。

可选地，所述负载驱动电路还包括指示灯电路，所述指示灯电路串联设置于所述节能驱动电路与所述负载接入端之间，所述指示灯电路用于在所述节能驱动电路输出电流时发亮。

可选地，所述指示灯电路包括第一二极管，所述第一二极管的阳极与所述负载接入端连接，所述第一二极管的阴极与所述节能驱动电路连接。

可选地，所述负载驱动电路还包括续流二极管，所述续流二极管并联设置于所述负载接入端与电源端之间。

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，包括接地端、负载接入端、延时设定电路以及节能驱动电路。其中，接地端用于连接地极；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，在电源端接上电时，延时设定电路控制接地端与负载接入端连接，电源端通过外部负载与接地端连接，能够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：

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：

接地端，用于连接地极；

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接地端之间，所述延时设定电路用于在上电时导通，控制所述接地端与所述外部负载连接，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接地端之间，所述节能驱动电路用于对所述外部负载输出驱动电流。

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，控制外部负载与接地端连接，由于外部负载的另一端与电源端连接，电源端输出的电压通过外部负载，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。

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，包括接地端、负载接入端、延时设定电路10以及节能驱动电路20。其中，接地端用于连接地极；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，在电源端接上电时，延时设定电路10控制接地端与负载接入端连接，电源端通过外部负载与接地端连接，能够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接地端之间，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，以控制所述接地端与所述负载接入端的电连接，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、第二电阻R2及第一电容C1，所述第一电阻R1的第一端接地，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的第二端与电源端连接。

在本实施例中，电源端上电时，首先通过第一电阻R1和第二电阻R2给第一电容C1充电，第一电容C1在上电瞬间类似短路，第一电阻R1与第二电阻R2进行分压后输出的控制电压控制开关电路导通，此时电磁阀L1的一端接电源端，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降低，直至降低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的输入端与所述外部负载的第二端连接，所述开关管Q1的输出端接地，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PMOS管为例说明，电源端上电时，第一电容C1在上电瞬间类似短路，MOS管的栅极电压高于MOS管导通阈值，MOS管导通，此时电磁阀L1一端接电源端，另一端通过MOS管接地，由电源端驱动电磁阀L1导通；随着第一电容C1的逐渐充电，MOS管的栅极电位逐渐降低，直至降低至MOS管阈值点以下时，MOS管关断，电磁阀L1与电源端之间的连接断开。

参照图2及图4，在一实施例中，所述节能驱动电路20包括第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第一三极管D1B及第二三极管D1A，所述第三电阻R3的第一端与电源端连接，所述第三电阻R3的第二端、所述第一三极管D1B的集电极连接及所述第一三极管D1B的基极与所述第二三极管D1A的基极互连，所述第一三极管D1B的发射极与所述第五电阻R5的第一端连接，所述第二三极管D1A的发射极与所述第四电阻R4的第一端连接，所述第四电阻R4的第二端及所述第五电阻R5的第二端接地，所述第二三极管D1A的集电极与所述负载接入端连接。

在本实施例中，节能驱动电路20可以采用镜像恒流源电路，为了确保镜像电流的精确性，优选采用特性尽可能相似的两颗三极管，或者采用复合的三极管，使体积更小电路更精简。

在电源上电后，电磁阀L1会通过MOS管由电源驱动，为了使得外部负载能够稳定的工作，节能驱动电路20可以输出恒定的电流。

以图4为例进行说明，节能驱动电路20的主要原理为，第一三极管D1B的基极与发射极电压恒定为Vbe，则流过第一三极管D1B的电流恒定为(24V-Vbe)/(R5+R3)，由于第三电阻R3的阻值恒定，则流过的电流会产生固定压降Vr3，电阻压降Vr3加上Vbe则为第一三极管D1B基极对地电压。由于第一三极管D1B和第二三极管D1A的基极相连，所以二三极管的基极电压也恒定，而且由于第一三极管D1B和第二三极管D1A为复合管内的两个单管，器件特性相似，所以第一三极管D1B和第二三极管D1A的基极-射极电压近似于相等，由此，只要保证第二三极管D1A的射极对地电阻与第一三极管D1B的射极对地电阻相等，则流过第一三极管D1B和第二三极管D1A的电流相等，此即为镜像恒流源电路的原理。

由此保证了电磁阀L1驱动的电流恒定，通过适当的设置电磁阀L1保持电流，即可使得电磁阀L1以较低的功耗和较少的发热量保持持续吸合，以达到低功耗维持驱动的目的。

参照图2，在本实用新型一实施例中，所述负载驱动电路还包括指示灯电路，所述指示灯电路串联设置于所述节能驱动电路20与所述负载接入端之间，所述指示灯电路用于在所述节能驱动电路20输出电流时发亮。

在本实施例中，在指示灯电路可以采用发光二极管等光电器件，在感应的电流时发亮。

由于指示灯电路串联设置于节能驱动电路20与负载接入端之间，在节能驱动电路20输出电流时，指示灯电路发亮，用于检测节能驱动电路20的工作情况。

参照图2，在本实用新型一实施例中，所述指示灯电路包括第一二极管D2，所述第一二极管D2的阳极与所述负载接入端连接，所述第一二极管D2的阴极与所述节能驱动电路20连接。

参照图2，在本实用新型一实施例中，所述负载驱动电路还包括续流二极管D3，所述续流二极管D3并联设置于所述负载接入端与电源端之间。

在本实施例中，续流二极管D3的作用在驱动电路停止工作时，对外部负载输出对应的续流电流，以维持外部负载在一段时间内继续工作。

续流二极管D3还具有保护外部负载的作用，外部负载中的线圈在通过电流时，会在其两端产生感应电动势。当电流消失时，其感应电动势会对电路中的元器件产生反向电压。当反向电压高于元器件的反向击穿电压时，会造成电子元器件的损坏。续流二极管D3并联于外部负载的两端之间，当流过线圈中的电流消失时，线圈产生的感应电动势通过二极管和线圈构成的回路做功而消耗掉，避免了由于反向击穿电压可能造成的危害。

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：

接地端，用于连接地极；

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接地端之间，所述延时设定电路用于在上电时导通，控制所述接地端与所述外部负载连接，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接地端之间，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接地端之间，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，以控制所述接地端与所述外部负载连接，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、第二电阻及第一电容，所述第一电阻的第一端接地，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与所述第二电阻的第一端连接，所述第二电阻的第二端与电源端连接。

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外部负载的第二端连接，所述开关管的输出端接地，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，所述节能驱动电路包括第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一三极管及第二三极管，所述第三电阻的第一端与电源端连接，所述第三电阻的第二端、所述第一三极管的集电极连接及所述第一三极管的基极与所述第二三极管的基极互连，所述第一三极管的发射极与所述第五电阻的第一端连接，所述第二三极管的发射极与所述第四电阻的第一端连接，所述第四电阻的第二端及所述第五电阻的第二端接地，所述第二三极管的集电极与所述负载接入端连接。

7.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指示灯电路，所述指示灯电路串联设置于所述节能驱动电路与所述负载接入端之间，所述指示灯电路用于在所述节能驱动电路输出电流时发亮。

8.如权利要求7所述的负载驱动电路，其特征在于，所述指示灯电路包括第一二极管，所述第一二极管的阳极与所述负载接入端连接，所述第一二极管的阴极与所述节能驱动电路连接。

9.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续流二极管，所述续流二极管并联设置于所述负载接入端与电源端之间。

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。

Images