專利名稱：電磁鐵控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電磁鐵控制裝置，屬于控制與保護(hù)電器領(lǐng)域。
技術(shù)背景用于斷開或閉合電磁鐵的控制裝置一般采用帶有輸入電壓檢測電路的裝置來實(shí)現(xiàn)電磁鐵閉合點(diǎn)和斷開點(diǎn)的控制，如中國發(fā)明專利99122867.7中 所述的電路斷路器控制裝置包括用于測量代表電源電壓(Ua)的第一電壓 (U2)的裝置，其采用電阻分壓的方法而得到，而電流的監(jiān)測通過電阻Rl 來實(shí)現(xiàn)，采用兩套測量裝置分別測量電源電壓與線圈電流，電路復(fù)雜，且該 專利所述控制裝置采用微處理器來實(shí)現(xiàn)控制，成本較高，且輸入電源Ul的 參考地與微處理器的參考地共用，整個(gè)系統(tǒng)的抗干擾性較差。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種電路簡單的、成本低的、抗干擾性高的電磁鐵 控制裝置。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的， 一種電磁鐵控制裝置，它包括與外部電 源連接的橋式整流器B1，具有斷開點(diǎn)并與外部電源連接的電源轉(zhuǎn)換器，與橋 式整流器Bl輸出端連接的功率電子器件Ql，與功率電子器件Ql串聯(lián)的采樣 電阻R1，與采樣電阻R1串聯(lián)后和橋式整流器B1輸出電壓相連的線圈L1， 與電源轉(zhuǎn)換器、功率電子器件Q1和采樣電阻R1相連的用于控制電磁鐵的中 央控制模塊，其特點(diǎn)是電磁鐵的閉合電壓受中央控制模塊測得的線圈電流 控制。電磁鐵的斷開電壓受電源轉(zhuǎn)換器的斷開電壓控制。中央控制模塊通過采樣電阻Rl采集線圈電流。中央控制模塊包括脈沖調(diào)制電路、電流監(jiān)視電路和電流反饋電路。脈沖調(diào)制電路包括電阻R2—R7、電容C1、 C2和芯片U3，電阻R2的一 端接電流反饋電路的電壓信號(hào)Vc，電阻R2的另一端與電阻R3的一端和芯片 U3的2腳連接，電阻R3的另一端與芯片U3的3腳連接，電阻R4的一端接 電流反饋電路的電壓信號(hào)Vf ，電阻R4的另一端與電阻R5的一端和芯片U3 的1腳連接，芯片U3的5、 6、 9腳分別接電容C2的一端、電阻R6的一端 和電阻R7的一端，電阻R7的另一端輸出控制信號(hào)DRIVER,芯片U3的8、 11、 12腳接電源轉(zhuǎn)換器輸出的直流電源，芯片U3的14腳輸出參考電壓Vref 并將該參考電壓信號(hào)連接至芯片U3的15腳，芯片U3的輸出信號(hào)Vdead至電 流監(jiān)視電路，電容Cl的一端與芯片U3的14、 15腳連接，電阻R5、 R6的另一 端、電容C1、 C2的另一端和芯片U3的7、 13、 16腳與接地端GND1連接。 脈沖調(diào)制電路中的芯片U3采用的是TL494芯片。 電磁鐵控制裝置的參考地位于采樣電阻Rl和線圈Ll之間。 本發(fā)明所體現(xiàn)的效果提供一套簡單的電源電壓與線圈電流能同時(shí)監(jiān)測 的裝置，將電源電壓和線圈電流的監(jiān)測都通過監(jiān)測線圈電流來實(shí)現(xiàn)，并將微 處理器改為專用的脈寬調(diào)制芯片，大大降低了成本，且由于無需考慮地隔離 的問題而使系統(tǒng)的抗干擾性得到大幅提升。


圖1為本發(fā)明電磁鐵控制裝置結(jié)構(gòu)框圖。 圖2表示脈沖調(diào)制電路。 圖3表示電流監(jiān)視電路。 圖4表示電流反饋電路。 圖5表示電源轉(zhuǎn)換器電路具體實(shí)施方式
參照?qǐng)Dl,這是電磁鐵控制裝置結(jié)構(gòu)框圖。所述的電磁鐵控制裝置包括:橋式整流器Bl，具有斷開點(diǎn)的電源轉(zhuǎn)換器，功率電子器件Q1，與功率電子器件Q1串聯(lián)的采樣電阻R1，與采樣電阻R1 串聯(lián)后和橋式整流器B1輸出電壓相連的線圈L1，中央控制模塊，用于控制 電磁鐵。在實(shí)際運(yùn)用中，續(xù)流二極管D1和線圈L1并聯(lián)。電源轉(zhuǎn)換器的輸入 端與外部控制電源相連，電源轉(zhuǎn)換器的輸出端與中央控制模塊相連，橋式整 流器Bl的輸入端1、 2與外部控制電源相連，橋式整流器Bl的輸出正端3 與功率電子器件Ql輸入端相連，輸出負(fù)端4與線圈Ll的2端和續(xù)流二極管 Dl的陽極相連，中央控制模塊的控制輸出端的控制信號(hào)DRIVER與功率電子 器件Q1的控制極相連，功率電子器件Q1的輸出端與續(xù)流二極管D1的陰極、 采樣電阻R1 —端和中央控制模塊相連，采樣電阻R1的另一端與線圈L1的1 端相連。所述的控制裝置中的電磁鐵的閉合電壓受中央控制模塊測得的線圈電 流控制，電磁鐵的斷開電壓受電源轉(zhuǎn)換器的斷開電壓控制?？刂蒲b置的參考 地位于采樣電阻Rl和線圈Ll之間的接地端GND。參照?qǐng)D2的脈沖調(diào)制電路圖。脈沖調(diào)制電路將電流反饋電路送過來的電壓信號(hào)Vf經(jīng)電阻R4、 R5分壓 后連接至芯片U3的同相輸入端1腳，電壓信號(hào)Vc經(jīng)電阻R2、 R3連接至芯 片U3的反相輸入端2腳和反饋輸入端3腳，芯片U3采用TL494。當(dāng)芯片U3 的4腳的Vdead信號(hào)為較低的第二死區(qū)電壓Vdeadl時(shí)，芯片U3根據(jù)采集的 電流反饋信號(hào)Vf實(shí)時(shí)調(diào)整輸出的控制信號(hào)DRIVER的占空比，以達(dá)到控制電 流的目的，實(shí)現(xiàn)恒流控制。當(dāng)芯片U3的4腳的Vdead信號(hào)為較高的第一死 區(qū)電壓Vdead2時(shí)，輸出控制信號(hào)被鉗制在很小的占空比條件下，使得電磁 鐵線圈L1中的電流很小，遠(yuǎn)不足以吸合電磁鐵。脈沖調(diào)制電路芯片U3帶有 內(nèi)部震蕩器，將芯片U3的6腳對(duì)地接電阻R6,芯片U3的5腳對(duì)地接電容 C2，通過對(duì)電容C2的恒流充電和快速放電，從而產(chǎn)生鋸齒波，該鋸齒波提 供給芯片U3內(nèi)部的PWM比較器，通過改變電阻R6、電容C2值可改變控制頻率。電容C1為濾波電容，電阻R7起限流作用。 參照?qǐng)D3的電流監(jiān)視電路圖。電阻R10的一端接采樣電阻Rl和功率電子器件Ql的連接點(diǎn)，電阻R10 的另一端接運(yùn)算放大器U1A的3腳和電容C3的一端。電阻Rll的一端與接 地端GND連接，電阻Rll的另一端與運(yùn)算放大器U1A的2腳和電阻R12的一 端連接，電阻R12的另一端與運(yùn)算放大器U1A的1腳和運(yùn)算放大器U2B的6 腳連接，運(yùn)算放大器U1A的8腳接直流電源24V。運(yùn)算放大器U2B的5腳與 芯片U4的1腳連接，運(yùn)算放大器U2B的7腳與電阻R13的一端、電容C4的 一端和芯片U4的9、 IO腳連接，電阻R13的另一端與參考電壓Vref連接。 電阻R24的一端接參考電壓Vref,電阻R24的另一端接芯片U4的5腳，電 容C5的一端接芯片U4的4腳。芯片U4的16腳與電阻R14、 R15、 R18、 R20、 R22的一端和參考電壓Vref連接，電阻R14的另一端和電阻R16的一端與芯 片U4的2腳連接，電阻R15的另一端和電阻R17的一端與芯片U4的1腳連 接，電阻R18的另一端和電阻R19的一端與芯片U4的12腳連接，電阻R20 的另一端和電阻R21的一端與芯片U4的13腳連接，電阻R22的另一端和電 阻R23的一端與運(yùn)算放大器U5A的2腳連接。運(yùn)算放大器U5A的3腳接芯片 U4的4腳，運(yùn)算放大器U5A的8腳接直流電源24V,運(yùn)算放大器U5A的1腳 與電容C6的一端、電阻R25的一端和芯片U4的11腳連接，電阻R25的另 一端接參考電壓Vref 。運(yùn)算放大器U5A的4腳和電容C6的另一端與接地端 GND1連接，電容C4、 C5的另一端、芯片U4的6、 7、 8腳和電阻R16、 R17、 R19、 R21、 R23的另一端與接地端GND連接。圖1中通過采樣電阻R1采到的反映線圈電流值的Isen電壓信號(hào)，經(jīng)運(yùn) 算放大器U1A、電阻RlO和電阻Rll、 R12比例放大后與較高的第一死區(qū)電壓 Vdead2進(jìn)行比較，當(dāng)運(yùn)算放大器U1A的1腳的電壓Vsen小于第一死區(qū)電壓 Vdead2時(shí)，運(yùn)算放大器U2B的7腳的電壓信號(hào)B00L2為高電平，模擬選擇開關(guān)芯片U4的9、 IO腳為高電平，使芯片U4的1腳和15腳導(dǎo)通，此時(shí)較高 的第一死區(qū)電壓Vdead2連接到芯片U3的死區(qū)控制端4腳，使芯片U3的輸 出脈沖占空比被鉗制在一個(gè)較小值，而此時(shí)的線圈電流Isen還不足以讓電 磁鐵吸合；當(dāng)電壓Vsen大于第一死區(qū)電壓Vdead2時(shí)，電壓信號(hào)B00L2為低 電平，模擬選擇開關(guān)芯片U4的9、 10腳為低電平，使芯片U4的2腳和15 腳導(dǎo)通，此時(shí)較低的第二死區(qū)電壓Vdeadl連接到芯片U3的死區(qū)控制端4腳， 使芯片U3的輸出脈沖占空比增加，閉合電磁鐵，同時(shí)芯片U3根據(jù)采樣的電 流信號(hào)進(jìn)行較大的吸合電流控制，緊接著以較小的保持電流進(jìn)行控制。經(jīng)電 阻R18、 R19分壓后得到的信號(hào)Vjl為吸合電流基準(zhǔn)信號(hào)，經(jīng)電阻R20、 R21 分壓后得到的信號(hào)Vj2為保持電流基準(zhǔn)信號(hào)，經(jīng)電阻R22、 R23分壓后得到 的信號(hào)Vyshij為吸合電流保持時(shí)間的基準(zhǔn)信號(hào)，參考電壓Vref上電時(shí)，電 壓信號(hào)B00L為低電平，模擬選擇開關(guān)芯片U4的12腳與14腳導(dǎo)通，吸合電 流基準(zhǔn)信號(hào)Vjl送給Vj，再送至電流反饋電路，由于電壓信號(hào)B00L2同樣為 低電平，模擬選擇開關(guān)芯片U4的5腳與4腳導(dǎo)通，參考電壓Vref通過電阻 R24對(duì)電容C5充電，當(dāng)電容C5上的電壓Vyshi大于吸合電流保持時(shí)間的基 準(zhǔn)信號(hào)Vyshi j時(shí)，電壓信號(hào)B00L2輸出高電平，模擬選擇開關(guān)芯片U4的13 腳與14腳導(dǎo)通，保持電流基準(zhǔn)信號(hào)Vj2送給Vj，再送至電流反饋電路。芯 片U3采用的是CD4053,運(yùn)算放大器U1采用的是LM258，運(yùn)算放大器U2、 U5 采用的是LM293D。參照?qǐng)D4的電流反饋電路圖。電阻R26的一端接采樣電阻Rl和功率電子器件Ql的連接點(diǎn)，電阻R26 的另一端與電容C7的一端和運(yùn)算放大器U1B的5腳連接。電阻R27的一端 與電阻R28的一端和運(yùn)算放大器U1B的6腳連接，電阻R28的另一端與運(yùn)算 放大器U1B的7腳接脈沖調(diào)制電路的電壓信號(hào)Vf 。電阻R29的一端接電流監(jiān) 視電路中的芯片U4的14腳，電阻R29的另一端與電容C8的一端和運(yùn)算放大器U2A的3腳連接。電阻R30的一端與電阻R31的一端和運(yùn)算放大器U2A 的2腳連接，電阻R31的另一端與運(yùn)算放大器U2A的1腳接脈沖調(diào)制電路的 電壓信號(hào)Vc。運(yùn)算放大器U2A的8腳接直流電源24V，電阻R27、 R30的另 一端、電容C7、 C8的另一端和運(yùn)算放大器U2A的4腳與接地端GND連接。圖1中通過采樣電阻R1采到的反映線圈電流值的Isen電壓信號(hào)，經(jīng)運(yùn) 算放大器U1B、電阻R27、 R28比例放大后的電壓信號(hào)Vf連接至脈沖調(diào)制電 路。電阻R26和電容C7起限流濾波作用。電壓信號(hào)Vj經(jīng)運(yùn)算放大器U2A、 電阻R29和電阻R30、 R31比例放大后的電壓信號(hào)Vc連接至脈沖調(diào)制電路， 此信號(hào)為吸合電壓基準(zhǔn)或保持電壓基準(zhǔn)，電阻R29、電容C8起限流濾波作用。參照?qǐng)D5的電源轉(zhuǎn)換器電路圖。電容C9的一端與相線L+和線圈L2的一端連接，電容C9的另一端與零 線N-和線圈L3的一端連接。線圈L2的另一端與壓敏電阻RV1的一端和轉(zhuǎn)換 模塊T的1腳連接，線圈L3的另一端與壓敏電阻RV1的另一端和轉(zhuǎn)換模塊T 的3腳連接。電容C10的兩端分別與轉(zhuǎn)換模塊Tl的22、 26腳連接。轉(zhuǎn)換模 塊T的16腳與TVS管D2的一個(gè)陰極和電容Cll的一端連接，并輸出直流電 源24V，轉(zhuǎn)換模塊Tl的14腳與TVS管D2的另一陰極、電容Cll的另一端和 接地端GND連接。電源轉(zhuǎn)換器通過AC/DC轉(zhuǎn)換模塊Tl將交流電壓轉(zhuǎn)換為24V直流電源， 電容C9、電感L2、 L3起濾波作用，壓敏電阻RV1起防止高電壓作用，電容 C10起濾波作用，TVS管D2起抗電磁干擾作用，電容C11起濾波作用。另外 線路中的基準(zhǔn)電壓Vref可由脈寬調(diào)制芯片U3自行產(chǎn)生，因而無需另加開關(guān) 電源。電磁鐵的釋放電壓值即為上述AC/DC的斷開點(diǎn)電壓值，這是AC/DC轉(zhuǎn) 換模塊T1本身的器件特性，其工作電壓為80V，斷開電壓為65V。當(dāng)電源電 壓低于65V時(shí)，該AC/DC轉(zhuǎn)換模塊T1無24V直流電源輸出，從而使得整個(gè) 中央控制模塊沒有工作電源，也就無控制信號(hào)輸出至功率電子器件Ql,該功率電子器件Ql處于截止?fàn)顟B(tài)，使得電磁鐵釋放。轉(zhuǎn)換模塊Tl采用的是 LD03-00B24。當(dāng)電源為直流電源時(shí)，同樣可用上述方法通過監(jiān)測電磁鐵線圈的電流來 控制電磁鐵的閉合電壓。按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，中央控制模塊通過采樣電阻采集電磁鐵線圈 電流，將線圈電流信號(hào)經(jīng)比例放大后的電壓信號(hào)Vsen與較高的吸合電流基 準(zhǔn)信號(hào)Vjl進(jìn)行比較，當(dāng)Vsen小于Vjl時(shí)，通過模擬選擇開關(guān)芯片U4將較 高的第一死區(qū)電壓Vdead2送至脈沖調(diào)制電路的芯片U3的死區(qū)控制端4腳， 從而將脈沖調(diào)制電路輸出至功率電子器件Ql控制極的控制信號(hào)的占空比鉗 制在一個(gè)很小的值，也就是使電源電壓施加到電磁鐵線圈Ll兩端的電壓很 小，即流過電磁鐵線圈Ll的電流很小，該小電流信號(hào)不足以吸合電磁鐵， 使電磁鐵保持在斷開狀態(tài)；當(dāng)Vsen大于Vjl時(shí)，通過模擬選擇開關(guān)芯片U4 將較低的第二死區(qū)電壓Vdeadl送至脈沖調(diào)制電路的芯片U3的死區(qū)控制端4 腳，此時(shí)脈沖調(diào)制電路輸出至功率電子器件Ql控制極的控制信號(hào)的占空比 可根據(jù)吸合電流基準(zhǔn)信號(hào)Vjl自動(dòng)調(diào)節(jié)，并經(jīng)短延時(shí)后，切換至根據(jù)保持電 流基準(zhǔn)信號(hào)Vj2自動(dòng)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)恒流控制，即實(shí)現(xiàn)了電磁鐵的閉合電壓受中 央控制模塊測得的線圈電流控制。電磁鐵的斷開電壓受電源轉(zhuǎn)換器的斷開點(diǎn) 控制，本發(fā)明中的電源轉(zhuǎn)換器具有斷開點(diǎn)，即當(dāng)電源電壓低于斷開點(diǎn)時(shí)無電 壓輸出，從而使得整個(gè)中央控制模塊沒有工作電源，也就無控制信號(hào)輸出至 功率電子器件Ql,該功率電子器件Q1處于截止?fàn)顟B(tài)，使得電磁鐵釋放。
權(quán)利要求
1、一種電磁鐵控制裝置，它包括與外部電源連接的橋式整流器(B1)，具有斷開點(diǎn)并與外部電源連接的電源轉(zhuǎn)換器，與橋式整流器(B1)輸出端連接的功率電子器件(Q1)，與功率電子器件(Q1)串聯(lián)的采樣電阻(R1)，與采樣電阻(R1)串聯(lián)后和橋式整流器(B1)輸出電壓相連的線圈(L1)，與電源轉(zhuǎn)換器、功率電子器件(Q1)和采樣電阻(R1)相連的用于控制電磁鐵的中央控制模塊，其特征在于電磁鐵的閉合電壓受中央控制模塊測得的線圈電流控制。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電磁鐵控制裝置，其特征在于電磁鐵的斷開電 壓受電源轉(zhuǎn)換器的斷開電壓控制。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電磁鐵控制裝置，其特征在于中央控制模塊通 過采樣電阻R1采集線圈電流。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電磁鐵控制裝置，其特征在于中央控制模塊包 括脈沖調(diào)制電路、電流監(jiān)視電路和電流反饋電路。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電磁鐵控制裝置，其特征在于脈沖調(diào)制電路包 括電阻(R2—R7)、電容(C1、 C2)和芯片(U3)，電阻(R2)的一端接電流反饋電 路的電壓信號(hào)(Vc)，電阻(R2)的另一端與電阻(R3)的一端和芯片(U3)的2腳 連接，電阻(R3)的另一端與芯片(U3)的3腳連接，電阻(R4)的一端接電流反 饋電路的電壓信號(hào)(Vf)，電阻(R4)的另一端與電阻(R5)的一端和芯片(U3)的 1腳連接，芯片(U3)的5、 6、 9腳分別接電容(C2)的一端、電阻(R6)的一端 和電阻(R7)的一端，電阻(R7)的另一端輸出控制信號(hào)DRIVER,芯片(U3)的8、 11、 12腳接電流轉(zhuǎn)換器輸出的直流電源，芯片(U3)的14、 15腳輸出參考電壓 (Vref)，芯片(U3)的輸出信號(hào)Vdead至電流監(jiān)視電路，電容(C1)的一端與芯 片(U3)的7、 14、 15腳連接，電阻(R5、 R6)的另一端、電容(C1、 C2)的另一 端和芯片(U3)的13、 16腳與接地端GND1連接。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電磁鐵控制裝置，其特征在于脈沖調(diào)制電路中 的芯片(U3)采用的是TL494芯片。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電磁鐵控制裝置，其特征在于電磁鐵控制裝置 的參考地位于采樣電阻(Rl)和線圈(Ll)之間。
全文摘要
一種電磁鐵控制裝置，屬于控制與保護(hù)電器領(lǐng)域。它包括與外部電源連接的橋式整流器，具有斷開點(diǎn)并與外部電源連接的電源轉(zhuǎn)換器，與橋式整流器輸出端連接的功率電子器件，與功率電子器件串聯(lián)的采樣電阻，與采樣電阻串聯(lián)后和橋式整流器輸出電壓相連的線圈，與電源轉(zhuǎn)換器、功率電子器件和采樣電阻相連的用于控制電磁鐵的中央控制模塊，其特點(diǎn)是電磁鐵的閉合電壓受中央控制模塊測得的線圈電流控制。優(yōu)點(diǎn)提供一套簡單的電源電壓與線圈電流能同時(shí)監(jiān)測的裝置，將電源電壓和線圈電流的監(jiān)測都通過監(jiān)測線圈電流來實(shí)現(xiàn)，并將微處理器改為專用的脈寬調(diào)制芯片，大大降低了成本，且由于無需考慮地隔離的問題而使系統(tǒng)的抗干擾性得到大幅提升。
文檔編號(hào)H01F7/08GK101404199SQ200810022290
公開日2009年4月8日 申請(qǐng)日期2008年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月1日
發(fā)明者季春華, 張志剛, 焦志剛, 管瑞良 申請(qǐng)人:常熟開關(guān)制造有限公司(原常熟開關(guān)廠)