接觸器線圈的驅動電路的製作方法
2023-05-24 23:43:26 1
專利名稱：接觸器線圈的驅動電路的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種驅動電路，更涉及一種用於電磁接觸器線圈的驅動電 路，是通過P畫恆壓驅動方式的驅動電路。
背景技術：
接觸器的工作過程可分為兩個階段l.啟動階段線圈通電後產生較大的 電磁力將動鐵芯吸下使動靜觸頭閉合，此過程中線圈需要通較大的電流才能完 成。2.吸持階段觸頭閉合後即轉入維持吸合狀態，此過程中線圈僅僅需要很 小的電流就能維持運行。接觸器節電器產品(驅動裝置)大多是將交流電磁鐵 改用直流控制，並對吸持階段進行降壓，從而達到消聲和節能的目的。而對於 規格較大的接觸器而言，由於本身價格較高，除了節能和無噪音以外，電氣壽 命是用戶所關心的又一個重要問題。由於交流電磁鐵改用直流控制後，相同電 壓下所產生的電磁力會增大數倍。如果不加控制，必然會導致吸合時鐵芯的強 烈碰撞以及觸頭的反覆彈跳，這直接影響到接觸器的電氣壽命。而目前的驅動 裝置大都未對起動階段的電壓進行控制，因此無法實現減少觸頭彈跳的功能。
因此，需要對接觸器線圏的起動和吸持階段兩段的電壓都進行驅動控制。 中國專利公開號為CN1358350A的專利公開了一種驅動控制裝置採用的方案是通 過微控制器對線圈的"啟動"和"吸持"兩個階段進行P麗方式的脈衝控制， 並利用微控制器的半導體開關上的具有施密特觸發器輸入的倒相器和對應的4 個RC單元實現16級的P麗輸出控制。另，中國專利公開號為CN1770349A的專 利公開了一種帶電壓反饋智能控制的交流接觸器，包括由斬波器組成的線圈 操作模塊；斬波器採用IGBT作為自關斷功率器件；以糹鼓處理器為核心的中央控 制模塊；IGBT驅動及保護模塊及提供反饋信號的電壓檢測模塊。該系統的工作 流程是交流電源進入線圈操作模塊，經整流後，通過由IGBT組成的斬波器供電給接觸器線圈，中央控制模塊接收由電壓檢測模塊檢測到的電源電壓信號，
並依此來控制斬波器輸出電壓的佔空比，IGBT驅動電路提供控制脈衝來控制 IGBT的通斷。其微處理器是採用單片機進行PWM輸出控制，P窗的輸出級數則 根據單片機的內嵌程序控制，和其內部集成的5路8位A/D轉換部件，可以實 現對接觸器搡作線圈電壓和電流信號的檢測。
這些方案存在兩個共同的缺陷1.釆用微處理器控制電路，雖然對P麗的 驅動控制方便，但由於"^觸器產品所處的工業電網環境相對比較惡劣，微處理 器的抗幹擾能力相對較弱易受幹擾而發生故障，且微處理器本身以及所必須增 加的保護和濾波器件造價較高；2. P麗的輸出級數無論是倒相器和對應的RC單 元配合的硬體分級還是單片機軟體編程的軟體分級，均只能是有限級數控制。
實用新型內容
本實用新型針對以上不足，通過採用模擬邏輯電路取代微控制器電路，並 實現了無級調節控制。
本實用新型是通過如下技術方案實現的
基本原理是將輸入的AC或DC電壓轉為直流脈衝形式去驅動線圈工作， 並且對起動和吸持階段的脈衝電壓都採用P麗調製，保證接觸器在較寬的輸入 電壓範圍內均達到"恆壓啟動，恆壓吸持"。
本實用新型的接觸器線圈的驅動電路，進一步包括AC/DC電源濾波整流模 塊、晶片組工作電源模塊、斬波及續流模塊、電壓採樣模塊，所述斬波及續流 模塊驅動接觸器線圏。電壓採樣模塊有三路輸出，第一路輸出端連接至控制模 塊，第二路輸出端和第三路輸出端分別連接啟動運算單元和吸持運算單元，所 述啟動運算單元和吸持運算單元連接至多路開關，所述多路開關還受驅於控制 模塊的Ctrl信號輸出，多路開關輸出至脈衝發生及驅動模塊後連接於所述斬波 及續流模塊，脈衝發生及驅動模塊還連接受控於控制模塊的Reset信號輸出端。進一步的，所述斬波及續流模塊使用至少兩個串聯的半導體開關，控制端 連接於所述脈沖發生及驅動模塊的P麵輸出脈衝端。
進一步的，所述控制模塊是由運算放大器構成的模擬邏輯電路，所述控制 模塊由兩運放構成的兩級比較電路，其中第 一 比較器的正輸入端連接於所述電 壓採樣模塊的第一路輸出端，第一比較器的輸出端連接於串聯RC單元至地，第
二比較器的負輸入端並接於RC單元的電阻前。
進一步的，所述啟動運算單元和吸持運算單元均是由運放器構成的^t擬邏 輯電路。所述啟動運算單元是由兩級差分比例運算電^ 各組成，所述吸持運算單 元是由同相比例運算電路和同相輸入求和電路組成。
進一步的，所述脈衝發生及驅動模塊是晶片TL494和兩個串聯的半導體開 關組成，所述的晶片TL494的15腳或2腳連接於所述控制模塊的Reset信號輸 出端，所述的晶片TL494的16腳或1腳連接於電阻R27和電阻R28構成的分壓 網絡。
進一步的，所述的多路開關採用多路開關集成電路晶片，所述啟動運算單 元的信號a輸出端及吸持運算單元的信號b輸出端分別連接於其第一路信號輸 入端和第二路信號輸入端，其一控制端連接於所述控制模塊的Ctrl信號輸出端。
進一步的，所述晶片組工作電源模塊是由電容、電感等相關必要元件及開 關電源晶片組成的開關電源電路，所述晶片組工作電源^f莫塊輸入端連接於所述 AC/DC電源濾波整流i^塊的輸出端。
控制接觸器線圈的P簡恆壓驅動電路，其不僅能實現接觸器的消聲、節能 作用，而且對接觸器起動過程中的線圈電壓加以控制，以儘量減少觸頭在閉合 過程中的彈跳時間，從而對提高接觸器的AC3電氣壽命起到一定作用。而P麗 控制方式的採用極大的擴展了操作電壓範圍(如型號之一的額定控制電壓Us可同時涵蓋100V-240V範圍，並且可不加區別的應用於AC或DC電源)。因此 只需用 一種規格的線圈便可取代傳統的十幾種線圈規格。
本實用新型的驅動電路由於採用模擬邏輯電路取代微控制器電路，更加穩 定可靠且降低成本，並實現了無級調節控制。
圖l是本實用新型的模塊框圖； 圖2是接觸器起動與吸持運行時的PWM脈衝波形； 圖3是控制模塊輸出的crtl信號波形； 圖4是多路開關與脈沖發生及驅動模塊電路圖； 圖5是斬波及續流模塊電路圖； 圖6是控制模塊電路圖； 圖7是啟動運算單元電路圖； 圖8是吸持運算單元電路圖； 圖9是晶片組工作電源模塊電路原理圖。
具體實施方式
現結合附圖說明和具體實施方式
對本實用新型進一步說明。
如圖1所示，本實用新型的接觸器線圈的驅動電路，進一步包括AC/DC電 源濾波整流模塊l、晶片組工作電源模塊3、斬波及續流模塊2、電壓釆樣模塊 4,所述斬波及續流模塊2驅動接觸器線圈；電壓採樣模塊4有三路輸出，第一 路輸出端連接至控制模塊5，第二路輸出端和第三路輸出端分別連接啟動運算單 元6和吸持運算單元7，所述啟動運算單元6和吸持運算單元7連接至多路開關 8，所述多路開關8還受驅於控制模塊5的Ctrl信號輸出，多路開關8輸出至 脈衝發生及驅動模塊9後連接於所述斬波及續流模塊2,脈沖發生及驅動模塊9 還連接受控於控制模塊5的Reset信號輸出端。
濾波及整流模塊1將輸入的AC或DC電源進行濾波和整流變成直流電壓送斬波及續流模塊2去驅動線圈。斬波所需P窗脈衝由脈沖發生及驅動模塊9產 生，其頻率定為20KHz，屬於人耳所聽不到的範圍，以此來消除電^f茲噪音。
如圖5所示，斬波電路採用兩個半導體開關Q1、 Q2串連構成， 一個用於斬
波，另一個用於對續流迴路進行控制。續流迴路採用至少一個二極體D2進行續流。
如圖2所示，PWM脈衝的佔空比調節受前級輸入信號a或信號b的控制，在 接觸器起動時受控於信號a而產生較大的佔空比；在接觸器吸持運行時受控於 信號b而產生較小的佔空比。
如圖6所示，所述控制模塊是由運放器構成的模擬邏輯電路，所述控制模 塊由兩運放構成的兩級比較電路，其中第一比較器U1A的正輸入端連接於所述 電壓採樣模塊的第一路輸出端，第一比較器U1A的輸出端連接於串聯RC單元至 地，第二比較器U1B的負輸入端並接於RC單元的電阻R23前，其輸出端為Ctrl 控制輸出，所述的Ctrl信號的電平波形變化則是由電阻R23和電容C9的不同 參數決定。
如圖7、圖8所示，所述啟動運算單元6和吸持運算單元7均是由運放器構 成的模擬邏輯電路。所述啟動運算單元6是由兩級差分比例運算電路組成，第 一級是信號Ur和信號s ign2的運算，第二級是運放U3C輸出信號與電阻R33端 電壓的運算，信號輸出信號a至多路開關8的第一個信道端。所述吸持運算單 元是由同相比例運算電路和同相輸入求和電路組成，第一級是對信號Sign3的 比例運算，第二級是運放U3A輸出信號與信號Ur的求和運算，輸出信號b至多 路開關8的第二個信道端。
如圖4所示，信號a和信號b的切換由控制模塊5控制，並由多路開關8 執行。所述的多路開關採用多路開關集成電路晶片U4，所述啟動運算單元的信 號a輸出端及吸持運算單元的信號b輸出端分別連接於其第一路信號輸入端X0和第二路信號輸入端Xl,其一控制端A連接於所述控制模塊的Ctrl信號輸出端。 接觸器起動時首先將信號a切入，並且延時一定時間，該時間才艮據不同接觸器 的動作時間而定，通過改變控制模塊5的電阻R23和電容C9的不同參數，在此 時間內接觸器可完成吸合動作，之後再切至信號b，接觸器進入吸持運行狀態。
信號a的設定原則是能夠提供接觸器起動所需高電壓且保證觸頭的彈跳 最小，以達到延長AC3電氣壽命的目的；信號b的設定原則是在維持接觸器 可靠吸持的前提下，儘量減小線圈電壓以達到節能目的。並且二者均應在較寬 的電源輸入範圍內滿足上述原則。
信號a和信號b的產生均由釆樣電壓運算而來。分別由啟動運算模塊6和 吸持運算模塊7獨立執行不同規則運算而得。採樣電壓則由電壓採樣模塊4提 供。
如圖3所示，接觸器起動和釋放動作時機均由控制模塊5進行控制，該模 塊把採樣電壓與設定的門樣電壓進行比較判斷，適時發出指令。當採樣電壓高 於上限門檻電壓時，發出延時切換指令Ctrl,即信號a延時後切換到信號b使 接觸器起動。當釆樣電壓低於下限門檻電壓時，發出復位指令Reset使模塊9 停止輸出脈衝，線圈斷電而接觸器釋放。
如圖4所示，PWM脈沖發生器採用TL494晶片，工作頻率定為20KHz，屬人 耳所聽不到的範圍，以此來消除電磁噪音。其和兩個串聯的半導體開關組成， 所述的晶片TL494的15腳或2腳連接於所述控制模塊的Reset信號輸出端，所 述的晶片TL494的16腳或1腳連4^於電阻R27和電阻R28構成的分壓網絡。該 晶片具有兩路信號輸入，本設計中使用其中一路作為信號輸入，而將另一輸入 端作為復位使用，彌補了該晶片本身不具備復位功能的不足。
由於採用了P麵控制，本裝置可在很寬的AC或DC電源範圍內工作。如 型號之一的額定Us為100V-240V,起動門檻為77V，釋放門檻為50V,電壓上限裕 度設為l. 15Us，則該裝置所能達到的實際工作電壓範圍達50V-276V。如圖9所 示，為適應寬電壓範圍需求，電源模塊3採用開關電源設計，所述晶片組工作電源模塊輸入端連接於所述AC/DC電源濾波整流模塊的輸出端，為各模塊提供 工作所需的+ 12V直流電壓。
由於接觸器的工作環境及操作狀況都會導致線圈溫度變化從而引起阻值變 化，這將導致電磁吸力的改變。因此本裝置還設有溫度補償電路，根據溫度變 化對輸出電壓做相應調節，以保證接觸器在不同環境溫度下均能可靠的工作。
儘管結合優選實施方案具體展示和介紹了本實用新型，但所屬領域的技術 人員應該明白，在不脫離所附權利要求書所限定的本實用新型的精神和範圍內， 在形式上和細節上可以對本實用新型做出各種變化，均為本實用新型的保護範 圍。
權利要求1.接觸器線圈的驅動電路，包括AC/DC電源濾波整流模塊、晶片組工作電源模塊、斬波及續流模塊、電壓採樣模塊，所述斬波及續流模塊驅動接觸器線圈，其特徵在於電壓採樣模塊有三路輸出，第一路輸出端連接至控制模塊，第二路輸出端和第三路輸出端分別連接啟動運算單元和吸持運算單元，所述啟動運算單元和吸持運算單元連接至多路開關，所述多路開關還受驅於控制模塊的Ctrl信號輸出，多路開關輸出至脈衝發生及驅動模塊後連接於所述斬波及續流模塊，脈衝發生及驅動模塊還連接受控於控制模塊的Reset信號輸出端。
2. 根據權利要求1所述的驅動電路，其特徵在於所述斬波及續流模塊使用至 少兩個串聯的半導體開關(Ql、 Q2),控制端連接於所述脈衝發生及驅動模塊 的P麗輸出脈衝端。
3. 根據權利要求1所述的驅動電路，其特徵在於所述控制模塊是由運算放大 器構成的模擬邏輯電路，所述控制模塊由兩運放構成的兩級比較電路，其中 第一比較器(U1A)的正輸入端連接於所述電壓採樣模塊的第一路輸出端，第 一比較器(U1A)的輸出端連接於串聯RC單元至地，第二比較器(U1B)的負 輸入端並接於RC單元的電阻(R23)前。
4. 根據權利要求1所述的驅動電路，其特徵在於所述啟動運算單元和吸持運 算單元均是由運放器構成的模擬邏輯電路，所述啟動運算單元是由兩級差分 比例運算電路組成，所述吸持運算單元是由同相比例運算電路和同相輸入求 和電路組成。
5. 根據權利要求1或權利要求3所述的驅動電路，其特徵在於所述脈沖發生 及驅動模塊是晶片TL494和兩個串聯的半導體開關(Q4、 Q5 )組成，所述的芯 片TL494的15腳或2腳連接於所述控制模塊的Reset信號輸出端；所述的晶片TL494的16腳或l腳連接於電阻(R27)和電阻(R28)構成的分壓網絡。
6. 根據權利要求1或3或4任一所述的驅動電路，其特徵在於所述的多路開 關採用多路開關集成電路晶片(U4)，所述啟動運算單元的信號a輸出端及吸 持運算單元的信號b輸出端分別連接於其第一路信號輸入端(X0)和第二路 信號輸入端(XI ),其一控制端(A )連接於所述控制模塊的Ctrl信號輸出端。
7. 根據權利要求1所述的驅動電路，其特徵在於所述晶片組工作電源模塊是 由電容、電感等相關必要元件及開關電源晶片組成的開關電源電路，所述芯 片組工作電源模塊輸入端連接於所述AC/DC電源濾波整流模塊的輸出端。
專利摘要本實用新型涉及一種驅動電路，更涉及一種用於電磁接觸器線圈的驅動電路，是通過PWM恆壓驅動方式的驅動電路。本實用新型的接觸器線圈的驅動電路包括AC/DC電源濾波整流模塊、晶片組工作電源模塊、斬波及續流模塊、電壓採樣模塊、啟動運算單元、吸持運算單元、多路開關、控制模塊、脈衝發生及驅動模塊組成。將輸入的AC或DC電壓轉為直流脈衝形式去驅動線圈工作，並且對起動和吸持階段的脈衝電壓都採用PWM調製，保證接觸器在較寬的輸入電壓範圍內均達到「恆壓啟動，恆壓吸持」。本實用新型的驅動電路由於採用模擬邏輯電路取代微控制器電路，更加穩定可靠且降低成本，並實現了無級調節控制。
文檔編號H01H47/02GK201348976SQ200920136538
公開日2009年11月18日 申請日期2009年1月22日 優先權日2009年1月22日
發明者劉劍鋒, 李衛紅, 陳春發 申請人:廈門士林電機有限公司