CN220272375U - 一种高压驱动低压保持的继电器驱动电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高压驱动低压保持的继电器驱动电路，该继电器驱动电路包括启动单元、电源单元、导通单元和切换单元，电源单元包括第一电压源和第二电压源，第一电压源的电压大于第二电压源的电压；其中，第一电压源与切换单元的输入端相连，切换单元的输出端与继电器的线圈的一端相连，继电器线圈的另一端与启动单元的输入端相连，启动单元的输出端接地，且启动单元的控制端和切换单元的控制端均与外部输入源的控制端相连；第二电压源与导通单元的输入端相连，导通单元的输出端与继电器线圈的一端相连。本实用新型能有效减少继电器工作状态下的损耗。

Description

一种高压驱动低压保持的继电器驱动电路

技术领域

本实用新型属于继电器驱动技术领域，更具体地，涉及一种高压驱动低压保持的继电器驱动电路。

背景技术

目前电源产品的方案中，关于继电器驱动电路，通常仅采用一个三极管或者MOSFET管直接去驱动，这样驱动电压在整个工作过程中是不会发生变化的，从而导致继电器的损耗无法降低。

因此，如何减少继电器工作状态下的损耗是亟需解决的问题。

实用新型内容

针对现有技术的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种高压驱动低压保持的继电器驱动电路，能有效减少继电器工作状态下的损耗。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种高压驱动低压保持的继电器驱动电路，包括启动单元、电源单元、导通单元和切换单元，所述电源单元包括第一电压源和第二电压源，所述第一电压源的电压大于所述第二电压源的电压；

其中，所述第一电压源与所述切换单元的输入端相连，所述切换单元的输出端与继电器的线圈的一端相连，所述继电器线圈的另一端与所述启动单元的输入端相连，所述启动单元的输出端接地，且所述启动单元的控制端和所述切换单元的控制端均与外部输入源的控制端相连；所述第二电压源与所述导通单元的输入端相连，所述导通单元的输出端与继电器线圈的一端相连。

在其中一个实施例中，工作时，所述启动单元用于根据外部输入源输入的控制信号将继电器线圈的另一端接地，同时所述切换单元用于根据该控制信号将第一电压源接入继电器线圈的一端，实现高压驱动继电器闭合；当继电器闭合后，所述切换单元切断第一电压源与继电器线圈的连接，使得导通单元将第二电压源接入继电器线圈的一端，从而将继电器保持过程中切换到低压状态。

在其中一个实施例中，所述启动单元包括第一开关管，外部输入源通过第一限流电阻与第一开关管的基极相连，第一开关管的集电极与继电器线圈的另一端相连，第一开关管的发射极接地。

在其中一个实施例中，所述切换单元包括第二开关管、第三开关管和电容，外部输入源依次通过第二限流电阻、电容与第二开关管的基极相连，第二开关管的发射极接地，第二开关管的集电极通过第一电阻与第三开关管的基极相连，第三开关管的发射极与第一电压源相连，第一电压源通过第二电阻与第三开关管的基极相连，第三开关管的集电极与继电器线圈的一端相连。

在其中一个实施例中，所述第三开关管采用PNP三极管，第一开关管和二开关管采用NPN三极管。

在其中一个实施例中，第三开关管采用P-MOSFET管，第一开关管和二开关管采用N-MOSFET管。

在其中一个实施例中，所述导通单元采用第一二极管，第一二极管的正极与第二电压源相连，第一二极管的负极分别与继电器线圈的一端、第三开关管的集电极相连。

在其中一个实施例中，还包括保护单元，保护单元包括第二二极管，第二二极管的负极分别与继电器线圈的一端、第三开关管的集电极相连，第二二极管的正极分别与继电器线圈的另一端相连。

在其中一个实施例中，第一二极管和第二二极管均采用整流二极管。

在其中一个实施例中，所述第一电压源采用+12V电压源，第二电压源采用+5V电压源。

本实用新型提供的高压驱动低压保持的继电器驱动电路，采用两个电压源和一切换单元，先利用高压源驱动继电器闭合，然后在继电器保持过程中通过切换单元将低压源接入继电器线圈，可实现保持过程中自动切换到低压状态，大大减少继电器在保持状态下线圈的损耗，降低线圈的温度，提高电路效率。

附图说明

图1是本实用新型一实施例提供的高压驱动低压保持的继电器驱动电路中的各单元的连接关系图；

图2是本实用新型一实施例提供的高压驱动低压保持的继电器驱动电路的电路原理图；

图3是本实用新型一实施例提供的高压驱动低压保持的继电器驱动电路的仿真原理图；

图4是图3提供的高压驱动低压保持的继电器驱动电路的仿真波形图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

为减少继电器工作状态下的损耗，对此，本实用新型提供了一种高压驱动低压保持的继电器驱动电路，如图1所示，该继电器驱动电路包括启动单元10、电源单元20、导通单元30和切换单元40。

其中，电源单元20包括第一电压源和第二电压源，第一电压源的电压大于第二电压源的电压，第一电压源与切换单元40的输入端相连，切换单元40的输出端与继电器的线圈的一端相连，继电器线圈的另一端与启动单元10的输入端相连，启动单元10的输出端接地，且启动单元10的控制端和切换单元40的控制端均与外部输入源的控制端相连；第二电压源与导通单元30的输入端相连，导通单元30的输出端与继电器线圈的一端相连。

具体地，本实施例提供的第一电压源可采用高压源，比如+12V电压源；第二电压源采用低压源，比如+5V电压源。

在本实施例中，启动单元10用于根据外部输入源输入的控制信号将继电器线圈的另一端接地，同时切换单元40用于根据该控制信号将+12V电压源接入继电器线圈的一端，实现高压驱动继电器闭合；当继电器闭合后，切换单元40切断+12V电压源与继电器线圈的连接，使得导通单元30将+5V电压源接入继电器线圈的一端，从而将继电器保持过程中切换到低压状态。

本实施例提供的高压驱动低压保持的继电器驱动电路，采用两个电压源和一切换单元，先利用高压源驱动继电器闭合，然后在继电器保持过程中通过切换单元将低压源接入继电器线圈，可实现保持过程中自动切换到低压状态，大大减少继电器在保持状态下线圈的损耗，降低线圈的温度，提高电路效率。

在一个实施例中，如图2所示，本实用新型提供的启动单元10可采用开关管Q3，外部输入源通过限流电阻R1与开关管Q3的基极相连，开关管Q3的集电极与继电器线圈的另一端(2脚)相连，开关管Q3的发射极接地。

在一个实施例中，如图2所示，本实用新型提供的切换单元40可采用开关管Q1、开关管Q2和电容C2组成的拓扑结构。各器件的连接关系为：外部输入源通过限流电阻R2、电容C2与开关管Q1的基极相连，开关管Q1的发射极接地，开关管Q1的集电极通过电阻R10与开关管Q2的基极相连，开关管Q2的发射极与+12V电压源相连，+12V电压源通过电阻R11与开关管Q2的基极相连，开关管Q2的集电极与继电器线圈的一端(1脚)相连。

本实用新型提供的导通单元30可采用二极管D1，二极管D1的正极与+5V电压源相连，二极管D1的负极分别与继电器线圈的一端(1脚)、开关管Q2的集电极相连。

具体地，上述实施例提供的开关管Q2可采用PNP三极管，开关管Q1和Q3采用NPN三极管，或者开关管Q2采用P-MOSFET管，开关管Q1和Q3采用N-MOSFET管；限流电阻R1和R2、电阻R10和R11以及电容C2均可采用贴片封装；外部输入源可采用单片机控制器。

本实施例提供的高压驱动低压保持的继电器驱动电路的工作原理为：利用电容隔直通交的特性，当输入控制信号给入一个3.3V电平的控制信号时，输入源通过限流电阻R1往开关管Q3注入基极电流，开关管Q3导通，同时通过限流电阻R2给电容C2充电，输入电流流过开关管Q1，开关管Q1导通，进而将开关管Q2导通，这样+12V电压源接入到继电器RLY1的线圈上，此时继电器RLY1线圈上的电压等于+12电压源电压减去开关管Q2和Q3的CE极间的压降，忽略此压降，继电器RLY1线圈上的电压接近+12V，假设此时继电器线圈的电阻为36Ω，则线圈上的功耗为12V*12V/36Ω＝4W。随着电容C2两端电压越来越大，流入限流电阻R2和开关管Q1的B极电流越来越小，直至减少到零，此时开关管Q1关断，从而导致开关管Q2关断，二极管D1导通，+5V电压源接入到线圈上，忽略开关管Q3的压降，继电器RLY1线圈上的电压接近+5V，此时线圈上的功耗为5V*5V/36Ω＝0.7W。

进一步地，本实施例提供的继电器驱动电路还可包括保护电路，如图2所示，该保护电路可采用二极管D2，二极管D2的负极分别与继电器线圈的一端(1脚)、开关管Q2的集电极相连，二极管D2的正极与继电器线圈的另一端(2脚)相连。本实施例采用二极管D2可有效防止继电器线圈的寄生电感因开关管Q2、Q3关断瞬间没有续流回路而形成大的电压尖峰，造成开关管Q3损坏。

本实施例提供的高压驱动低压保持的继电器驱动电路，采用低压保持的驱动方案，即先给一个高压驱动继电器闭合，然后保持过程中自动切换到低压状态，可大大减少继电器在保持状态下线圈的损耗，降低线圈的温度，提高电路效率。

为更准确地说明本实施例提供的继电器驱动电路的有效性，以下通过仿真实验进行相应说明：

图3是本实用新型提供的仿真原理图，如图3所示，图3中Q1和Q3为NPN三极管，Q2为PNP三极管，D1、D2为普通整流二极管，VDC1和VDC2分别为+12V和+5V的电压源，VIN模拟一个电平为3.3V的数字信号，Ro模拟继电器的线圈阻抗。

图4是本实用新型提供的仿真波形图，从仿真结果上看，当输入3.3V数字信号接入后，+12V电压源为负载电阻Ro提供能量，持续时间大约100ms(此时间可通过调整R2和C2的值进行调整，另外继电器动作电压一般不超过30ms)，此时二极管D1反向截止；当C2电压充到2.6V左右时，流入三极管Q1的基极电流为零，三极管Q1关断，从而PNP三极管Q2关断，负载Ro上的电压从12V往下降，当Ro两端电压降低到5V以下时，二极管D1导通，负载Ro两端电压保持在+5V。也就是说负载电阻Ro在前100ms内的功耗约为4W，后续持续保持状态下的损耗约为0.7W，因此，在实际应用中，既可以满足继电器开机瞬间的能量需求，也降低了后续保持状态下的线圈损耗和线圈温度，提高电路效率。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高压驱动低压保持的继电器驱动电路，其特征在于，包括启动单元、电源单元、导通单元和切换单元，所述电源单元包括第一电压源和第二电压源，所述第一电压源的电压大于所述第二电压源的电压；

其中，所述第一电压源与所述切换单元的输入端相连，所述切换单元的输出端与继电器的线圈的一端相连，所述继电器线圈的另一端与所述启动单元的输入端相连，所述启动单元的输出端接地，且所述启动单元的控制端和所述切换单元的控制端均与外部输入源的控制端相连；所述第二电压源与所述导通单元的输入端相连，所述导通单元的输出端与继电器线圈的一端相连。

2.根据权利要求1所述的高压驱动低压保持的继电器驱动电路，其特征在于，工作时，所述启动单元用于根据外部输入源输入的控制信号将继电器线圈的另一端接地，同时所述切换单元用于根据该控制信号将第一电压源接入继电器线圈的一端，实现高压驱动继电器闭合；当继电器闭合后，所述切换单元切断第一电压源与继电器线圈的连接，使得导通单元将第二电压源接入继电器线圈的一端，从而将继电器保持过程中切换到低压状态。

3.根据权利要求2所述的高压驱动低压保持的继电器驱动电路，其特征在于，所述启动单元包括第一开关管，外部输入源通过第一限流电阻与第一开关管的基极相连，第一开关管的集电极与继电器线圈的另一端相连，第一开关管的发射极接地。

4.根据权利要求2或3所述的高压驱动低压保持的继电器驱动电路，其特征在于，所述切换单元包括第二开关管、第三开关管和电容，外部输入源依次通过第二限流电阻、电容与第二开关管的基极相连，第二开关管的发射极接地，第二开关管的集电极通过第一电阻与第三开关管的基极相连，第三开关管的发射极与第一电压源相连，第一电压源通过第二电阻与第三开关管的基极相连，第三开关管的集电极与继电器线圈的一端相连。

5.根据权利要求4所述的高压驱动低压保持的继电器驱动电路，其特征在于，所述第三开关管采用PNP三极管，第一开关管和二开关管采用NPN三极管。

6.根据权利要求4所述的高压驱动低压保持的继电器驱动电路，其特征在于，所述第三开关管采用P-MOSFET管，第一开关管和二开关管采用N-MOSFET管。

7.根据权利要求4所述的高压驱动低压保持的继电器驱动电路，其特征在于，所述导通单元采用第一二极管，第一二极管的正极与第二电压源相连，第一二极管的负极分别与继电器线圈的一端、第三开关管的集电极相连。

8.根据权利要求7所述的高压驱动低压保持的继电器驱动电路，其特征在于，还包括保护单元，保护单元包括第二二极管，第二二极管的负极分别与继电器线圈的一端、第三开关管的集电极相连，第二二极管的正极分别与继电器线圈的另一端相连。

9.根据权利要求8所述的高压驱动低压保持的继电器驱动电路，其特征在于，第一二极管和第二二极管均采用整流二极管。

10.根据权利要求1所述的高压驱动低压保持的继电器驱动电路，其特征在于，所述第一电压源采用+12V电压源，第二电压源采用+5V电压源。