專利名稱：一種雙穩(wěn)態(tài)接觸器驅(qū)動電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)中的雙穩(wěn)態(tài)接觸器，更具體地說，涉及一種雙穩(wěn)態(tài)接觸器驅(qū)動電路。
背景技術(shù)：
雙穩(wěn)態(tài)(磁保持)接觸器可工作于常開、常閉兩種狀態(tài)，維持狀態(tài)不需要提供能量，因其穩(wěn)定和節(jié)能，在業(yè)界推廣采用。但驅(qū)動控制較為復(fù)雜，限制了雙穩(wěn)態(tài)接觸器的進(jìn)一步推廣。雙穩(wěn)態(tài)接觸器的驅(qū)動線圈具有極性，正極對負(fù)極施加一個(gè)一定寬度的正脈沖，雙穩(wěn)態(tài)接觸器從斷開狀態(tài)變?yōu)殚]合狀態(tài)，同理，施加負(fù)脈沖，從閉合變?yōu)閿嚅_。不同的雙穩(wěn)態(tài)接觸器需要的脈沖寬度和幅值可能不盡相同(如圖l所示)具體參數(shù)由廠家提供。
目前市場上采用的驅(qū)動電路主要有兩類。 一類如圖2所示，通過光耦隔離驅(qū)動四個(gè)金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管(MOSFET)組成的橋式電路來得到雙穩(wěn)態(tài)接觸器線圈端的正負(fù)脈沖。這種控制方式的缺點(diǎn)是MOSFET管組成的橋式電路容易被操作過程中的靜電損壞，導(dǎo)致控制失效。 一類如圖3所示，是由兩個(gè)繼電器組成的雙向切換電路，這個(gè)電路隔離性能好，但由于一般繼電器的操作電壓小于30VDC, 48V通訊電源的應(yīng)用中超出電壓降額較多，就必須選用額定電流較大的繼電器，比如驅(qū)動3A左右的接觸器，要選用額定電流8A以上的2C繼電器，體積較大，很難滿足目前小型化的要求。
因此，需要一種可靠性高、壽命長，并且體積小，電路所占PCB面積小的雙穩(wěn)態(tài)接觸器驅(qū)動電路。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的上述MOSFET管組成的橋式電路容易被操作過程中的靜電損壞和體積較大的缺陷，提供一種可靠性
高、壽命長，并且體積小，電路所占PCB面積小的雙穩(wěn)態(tài)接觸器驅(qū)動電路。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是構(gòu)造一種雙穩(wěn)態(tài)接觸器驅(qū)動
電路，包括雙穩(wěn)態(tài)接觸器，還包括開關(guān)管Q、繼電器RLY1，所述繼電器RLY1的第九動觸點(diǎn)和第四動觸點(diǎn)分別連接到雙穩(wěn)態(tài)接觸器的線圈兩端、第十常閉觸點(diǎn)和第五常開觸點(diǎn)連接到電源正極、第八常開觸點(diǎn)和第三常閉觸點(diǎn)連接到開關(guān)管Q的集電極，開關(guān)管Q的發(fā)射極連接到電源負(fù)極、基極連接到開關(guān)管驅(qū)動電路的輸出端，所述繼電器RLY 1的線圈分別與用于產(chǎn)生繼電器驅(qū)動電壓的驅(qū)動電壓生成電路的輸出正極和輸出負(fù)極相連。
在本發(fā)明所述的雙穩(wěn)態(tài)接觸器驅(qū)動電路中，所述開關(guān)管Q是金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管Q1。
在本發(fā)明所述的雙穩(wěn)態(tài)接觸器驅(qū)動電路中，所述開關(guān)管驅(qū)動電路包括光電耦合器U14、 二極管D2、電阻R8，所述光電耦合器U14的發(fā)射端陽極為開關(guān)管驅(qū)動電路的輸出端、發(fā)射端陰極接地，接收端集電極經(jīng)電阻R1連接到電源正極，接收端發(fā)射極經(jīng)電阻R6連接到金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管Q1的門極；所述二極管D2的正極連接到電源負(fù)極、負(fù)極連接到光電耦合器U14的接收端集電極，電阻R8連接在電源負(fù)極和光電耦合器U14的接收端發(fā)射極之間，所述二極管D2用于提供金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管Ql開通時(shí)的穩(wěn)定門極電壓。
在本發(fā)明所述的雙穩(wěn)態(tài)接觸器驅(qū)動電路中，所述光電耦合器U14的接收端集電極和電源負(fù)極之間串聯(lián)有電容Cl 。
在本發(fā)明所述的雙穩(wěn)態(tài)接觸器驅(qū)動電路中，所述輸出端和光電耦合器U14的發(fā)射端陽極之間串聯(lián)有電阻R7，所述電阻Rl和光電耦合器U14的接收端集電極之間串聯(lián)有電阻R2、 R3。
在本發(fā)明所述的雙穩(wěn)態(tài)接觸器驅(qū)動電路中，所述金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管Ql的柵極源級之間并聯(lián)有瞬態(tài)電壓抑制二極管Dl。
在本發(fā)明所述的雙穩(wěn)態(tài)接觸器驅(qū)動電路中，所述繼電器RLY 1的第九動觸點(diǎn)和第四動觸點(diǎn)之間串聯(lián)有電阻R9和電容C1。在本發(fā)明所述的雙穩(wěn)態(tài)接觸器驅(qū)動電路中，所述電壓生成電路包括連接輸
出正極的電源Vcc、三極管Q2、 二極管D3和D4，其中所述三極管Q2的基
極經(jīng)電阻R267連接到驅(qū)動信號端、發(fā)射極接地、集電極連接到輸出負(fù)極，所
述二極管D4正極接地、負(fù)極連接到三極管Q2的集電極，所述的二極管D3
的負(fù)極與電源Vcc相連、正極連接到三極管Q2的集電極。
在本發(fā)明所述的雙穩(wěn)態(tài)接觸器驅(qū)動電路中，所述電源Vcc和地之間連接有
電容C2，所述三極管Q2的集電極和發(fā)射極之間連接有電容C3。
在本發(fā)明所述的雙穩(wěn)態(tài)接觸器驅(qū)動電路中，所述開關(guān)管Q是功率三極管。
實(shí)施本發(fā)明的雙穩(wěn)態(tài)接觸器驅(qū)動電路，具有以下有益效果
可靠性高，壽命和抗靜電、抗過壓能力強(qiáng)，體積小，采用小型繼電器，電
路所占PCB面積小。
更進(jìn)一步地，實(shí)施本發(fā)明的雙穩(wěn)態(tài)接觸器驅(qū)動電路，驅(qū)動能力強(qiáng)，能夠提
供較大脈沖驅(qū)動電流MOSFET開關(guān)驅(qū)動簡便，另外沒有繼電器觸點(diǎn)產(chǎn)生的抖
動


下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中
圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的一種雙穩(wěn)態(tài)接觸器驅(qū)動電路的電路原理示意圖2是現(xiàn)有技術(shù)中的另一種雙穩(wěn)態(tài)接觸器驅(qū)動電路的電路原理示意圖3是本發(fā)明的雙穩(wěn)態(tài)接觸器驅(qū)動電路原理示意圖4是本發(fā)明的雙穩(wěn)態(tài)接觸器驅(qū)動電路的脈沖信號圖5是本發(fā)明的雙穩(wěn)態(tài)接觸器驅(qū)動電路的一個(gè)實(shí)施例的電路原理圖。
具體實(shí)施例方式
如圖3所示，本發(fā)明的雙穩(wěn)態(tài)接觸器驅(qū)動電路包括所述繼電器RLY 1的第九動觸點(diǎn)9和第四動觸點(diǎn)4分別連接到雙穩(wěn)態(tài)接觸器的線圈兩端、第十常閉觸點(diǎn)10和第五常開觸點(diǎn)5連接到電源正極、第八常開觸點(diǎn)8和第三常閉觸點(diǎn)3連接到開關(guān)管Q的集電極，開關(guān)管Q的發(fā)射極連接到電源負(fù)極、基極連接
6到開關(guān)管驅(qū)動電路A的輸出端MOSDRV，所述繼電器RLY1的線圈分別與用于產(chǎn)生繼電器驅(qū)動電壓的驅(qū)動電壓生成電路B的輸出正極DRV+和輸出負(fù)極DRV-相連。在本發(fā)明中，繼電器RLY1用來變換脈沖電流方向，開關(guān)管Q用來提供驅(qū)動電流。
圖3所示的本發(fā)明的雙穩(wěn)態(tài)接觸器驅(qū)動電路工作過程如下(脈沖信號參見圖4) : (1)根據(jù)雙穩(wěn)態(tài)接觸器的控制指令在a點(diǎn)動作繼電器RLYl， (2)等待200~300毫秒，(3)在b點(diǎn)打開開關(guān)管Q，控制脈沖開始，(4)等待500毫秒，維持脈沖寬度，(5)c點(diǎn)關(guān)閉開關(guān)管Q，脈沖結(jié)束，(6)等待200-300毫秒，(7) d點(diǎn)釋放繼電器RLYl。
圖5是本發(fā)明的雙穩(wěn)態(tài)接觸器驅(qū)動電路的一個(gè)實(shí)施例的電路原理圖。如圖5所示，本發(fā)明的雙穩(wěn)態(tài)接觸器驅(qū)動電路包括雙穩(wěn)態(tài)接觸器、繼電器RLY1，所述繼電器RLY1的第九動觸點(diǎn)9和第四動觸點(diǎn)4分別連接到雙穩(wěn)態(tài)接觸器的線圈兩端，同時(shí)第九動觸點(diǎn)9和第四動觸點(diǎn)4之間串聯(lián)有電阻R9和電容Cl;繼電器RLY1的第十常閉觸點(diǎn)10和第五常開觸點(diǎn)5連接到電源正極、第八常開觸點(diǎn)8和第三常閉觸點(diǎn)3連接到MOSFET Ql的柵極，MOSFET Ql的源級連接到電源負(fù)極、門極連接到開關(guān)管驅(qū)動電路A的輸出端MOSDRV，所述MOSFET Ql的源級、柵極之間并聯(lián)有瞬態(tài)電壓抑制二極管Dl;所述繼電器RLY 1的線圈的正極和負(fù)極分別與用于產(chǎn)生繼電器驅(qū)動電壓的驅(qū)動電壓生成電路B的輸出正極DRV+和輸出負(fù)極DRV-相連，所述瞬態(tài)電壓抑制二極管Dl和電源正極之間串聯(lián)有電阻R4、 R5。所述電壓生成電路B包括連接輸出正極DRV+的電源Vcc、三極管Q2、 二極管D3和D4，其中所述三極管Q2的基極經(jīng)電阻R267連接到驅(qū)動信號端DRV、發(fā)射極接地、集電極連接到輸出負(fù)極DRV—，所述二極管D4正極接地、負(fù)極連接到三極管Q2的集電極，所述的二極管D3的負(fù)極與電源Vcc相連、正極連接到三極管Q2的集電極。所述電源Vcc和地之間連接有電容C2，所述三極管Q2的集電極和發(fā)射極之間連接有
所述開關(guān)管驅(qū)動電路A包括光電耦合器U14、 二極管D2、電阻R8，所述光電耦合器U14的發(fā)射端陽極為開關(guān)管驅(qū)動電路的輸出端MOSDRV、發(fā)射端陰極接地，接收端集電極經(jīng)電阻R1連接到電源正極，接收端發(fā)射極經(jīng)電阻R6連接到金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管Ql的門極；所述二極管D2的正極連接到電源負(fù)極、負(fù)極連接到光電耦合器U14的接收端集電極，電阻R8連接在電源負(fù)極和光電耦合器U14的接收端發(fā)射極之間，所述二極管D2用于提供金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管Ql開通時(shí)的穩(wěn)定門極電壓。所述光電耦合器U14的接收端集電極4腳和電源負(fù)極之間串聯(lián)有電容Cl，所述信號端MOSDRV和光電耦合器U14的發(fā)射端陽極1腳之間串聯(lián)有電阻R7。串聯(lián)在雙穩(wěn)態(tài)接觸器的線圈兩端的電阻R9和C1可用來吸收感性負(fù)載(接觸器的線圈)的沖擊電流，保證整個(gè)驅(qū)動電路的穩(wěn)定。
在本發(fā)明中，可由與單片機(jī)相連的輸出MOSDRV向MOSFETQ1提供驅(qū)動電壓，同時(shí)與三極管Q2相連的驅(qū)動信號端DRV也可通過單片機(jī)端口的高電平觸發(fā)。光電耦合器U14有效地將單片機(jī)和雙穩(wěn)態(tài)接觸器驅(qū)動電路隔離，保證本雙穩(wěn)態(tài)接觸器驅(qū)動電路的有效運(yùn)行。連接在MOSFETQ1的源級柵極之間的瞬態(tài)電壓抑制二極管D1可有效地減小靜電和浪涌的危害。在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，還可采用穩(wěn)壓二級管取代瞬態(tài)電壓抑制二極管，采用功率三極管取代MOSFET。當(dāng)采用開關(guān)管取代MOSFET管時(shí)，可對應(yīng)采用適合的電流驅(qū)動電路。
在圖5所示的本發(fā)明的雙穩(wěn)態(tài)接觸器驅(qū)動電路的一個(gè)實(shí)施例的電路原理圖中，繼電器RLY的狀態(tài)由驅(qū)動電壓生成電路B的輸出電壓控制。當(dāng)單片機(jī)端口的高電平觸發(fā)驅(qū)動電壓生成電路B產(chǎn)生繼電器RLY1驅(qū)動所需的正負(fù)脈沖，閉合繼電器RLY1，等待300ms后，同樣可由單片機(jī)端口的高電平觸發(fā)的M0SFETQ1的控制脈沖開始，并將其保持500ms，接著，M0SFETQ1關(guān)閉，等待200-300ms之后，釋放繼電器RLY1。 MOSFET Ql和繼電器RLY1的控制信號由邏輯信號提供，例如單片機(jī)I/0，其時(shí)序由軟件控制產(chǎn)生。
在本發(fā)明中，繼電器RLY1零電流動作，不參與功率切換，可以有效防止大電流動作時(shí)的觸點(diǎn)拉弧，使采用小型繼電器成為可能，對于繼電器的參數(shù)選擇，滿足觸點(diǎn)靜態(tài)最大電流即可。在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，可使用較大的繼電器來替代開關(guān)管。本發(fā)明的雙穩(wěn)態(tài)接觸器驅(qū)動電路也可用于驅(qū)動直流電機(jī)。
8雖然本發(fā)明是通過具體實(shí)施例進(jìn)行說明的，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，在 不脫離本發(fā)明范圍的情況下,還可以對本發(fā)明進(jìn)行各種變換及等同替代。因此， 本發(fā)明不局限于所公開的具體實(shí)施例，而應(yīng)當(dāng)包括落入本發(fā)明權(quán)利要求范圍內(nèi) 的全部實(shí)施方式
權(quán)利要求
1、一種雙穩(wěn)態(tài)接觸器驅(qū)動電路，包括雙穩(wěn)態(tài)接觸器，其特征在于，還包括開關(guān)管Q、繼電器RLY1，所述繼電器RLY1的第九動觸點(diǎn)(9)和第四動觸點(diǎn)(4)分別連接到雙穩(wěn)態(tài)接觸器的線圈兩端、第十常閉觸點(diǎn)(10)和第五常開觸點(diǎn)(5)連接到電源正極、第八常開觸點(diǎn)(8)和第三常閉觸點(diǎn)(3)連接到開關(guān)管Q的集電極，開關(guān)管Q的發(fā)射極連接到電源負(fù)極、基極連接到開關(guān)管驅(qū)動電路(A)的輸出端(MOSDRV)，所述繼電器RLY1的線圈分別與用于產(chǎn)生繼電器驅(qū)動電壓的驅(qū)動電壓生成電路(B)的輸出正極(DRV+)和輸出負(fù)極(DRV-)相連。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的雙穩(wěn)態(tài)接觸器驅(qū)動電路，其特征在于，所述開 關(guān)管Q是金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管Ql 。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙穩(wěn)態(tài)接觸器驅(qū)動電路，其特征在于，所述開 關(guān)管驅(qū)動電路(A)包括光電耦合器U14、 二極管D2、電阻R8，所述光電 耦合器U14的發(fā)射端陽極為開關(guān)管驅(qū)動電路的輸出端(MOSDRV)、發(fā)射端陰 極接地，接收端集電極經(jīng)電阻Rl連接到電源正極，接收端發(fā)射極經(jīng)電阻R6 連接到金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管Ql的門極；所述二極管D2的正極連接到 電源負(fù)極、負(fù)極連接到光電耦合器U14的接收端集電極，電阻R8連接在電源 負(fù)極和光電耦合器U14的接收端發(fā)射極之間，所述二極管D2用于提供金屬氧 化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管Q1開通時(shí)的穩(wěn)定門極電壓。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙穩(wěn)態(tài)接觸器驅(qū)動電路，其特征在于，所述光 電耦合器U14的接收端集電極和電源負(fù)極之間串聯(lián)有電容C1。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙穩(wěn)態(tài)接觸器驅(qū)動電路，其特征在于，所述開 關(guān)管驅(qū)動電路的輸出端(MOSDRV)和光電耦合器U14的發(fā)射端陽極之間串 聯(lián)有電阻R7，所述電阻Rl和光電耦合器U14的接收端集電極之間串聯(lián)有電 阻R2、 R3。
6、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙穩(wěn)態(tài)接觸器驅(qū)動電路，其特征在于，所述金 屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管Ql的柵極和源級之間并聯(lián)有瞬態(tài)電壓抑制二極管Dl。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的雙穩(wěn)態(tài)接觸器驅(qū)動電路，其特征在于，所述繼 電器RLY1的第九動觸點(diǎn)(9)和第四動觸點(diǎn)(4)之間串聯(lián)有電阻R9和電容 Cl。
8、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的雙穩(wěn)態(tài)接觸器驅(qū)動電路，其特征在于，所述電 壓生成電路(B)包括連接輸出正極(DRV+)的電源Vcc、三極管Q2、 二極 管D3和D4，其中所述三極管Q2的基極經(jīng)電阻R267連接到驅(qū)動信號端(DRV)、發(fā)射極接地、集電極連接到輸出負(fù)極(DRV—)，所述二極管D4正 極接地、負(fù)極連接到三極管Q2的集電極，所述的二極管D3的負(fù)極與電源Vcc 相連、正極連接到三極管Q2的集電極。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的雙穩(wěn)態(tài)接觸器驅(qū)動電路，其特征在于，所述電 源Vcc和地之間連接有電容C2，所述三極管Q2的集電極和發(fā)射極之間連接 有電容C3。
10、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的雙穩(wěn)態(tài)接觸器驅(qū)動電路，其特征在于，所述開 關(guān)管Q是功率三極管。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種雙穩(wěn)態(tài)接觸器驅(qū)動電路，包括雙穩(wěn)態(tài)接觸器，還包括開關(guān)管Q、繼電器RLY 1，所述繼電器RLY 1的第九動觸點(diǎn)和第四動觸點(diǎn)分別連接到雙穩(wěn)態(tài)接觸器的線圈兩端、第十常閉觸點(diǎn)和第五常開觸點(diǎn)連接到電源正極、第八常開觸點(diǎn)和第三常閉觸點(diǎn)連接到開關(guān)管Q的集電極，開關(guān)管Q的發(fā)射極連接到電源負(fù)極、基極連接到開關(guān)管驅(qū)動電路的輸出端，所述繼電器RLY 1的線圈分別與用于產(chǎn)生繼電器驅(qū)動電壓的驅(qū)動電壓生成電路的輸出正極和輸出負(fù)極相連。實(shí)施本發(fā)明的雙穩(wěn)態(tài)接觸器驅(qū)動電路，具有以下有益效果可靠性高，壽命長和抗靜電、抗過壓能力強(qiáng)，體積小，采用小型繼電器，電路所占PCB面積小。
文檔編號H01H47/22GK101673640SQ20081021298
公開日2010年3月17日 申請日期2008年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月10日
發(fā)明者劉衍志 申請人:艾默生網(wǎng)絡(luò)能源系統(tǒng)北美公司