专利名称：接触器线圈的驱动电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种驱动电路，更涉及一种用于电磁接触器线圈的驱动电 路，是通过P画恒压驱动方式的驱动电路。
背景技术：
接触器的工作过程可分为两个阶段l.启动阶段线圈通电后产生较大的 电磁力将动铁芯吸下使动静触头闭合，此过程中线圈需要通较大的电流才能完 成。2.吸持阶段触头闭合后即转入维持吸合状态，此过程中线圈仅仅需要很 小的电流就能维持运行。接触器节电器产品(驱动装置)大多是将交流电磁铁 改用直流控制，并对吸持阶段进行降压，从而达到消声和节能的目的。而对于 规格较大的接触器而言，由于本身价格较高，除了节能和无噪音以外，电气寿 命是用户所关心的又一个重要问题。由于交流电磁铁改用直流控制后，相同电 压下所产生的电磁力会增大数倍。如果不加控制，必然会导致吸合时铁芯的强 烈碰撞以及触头的反复弹跳，这直接影响到接触器的电气寿命。而目前的驱动 装置大都未对起动阶段的电压进行控制，因此无法实现减少触头弹跳的功能。
因此，需要对接触器线圏的起动和吸持阶段两段的电压都进行驱动控制。 中国专利公开号为CN1358350A的专利公开了一种驱动控制装置采用的方案是通 过微控制器对线圈的"启动"和"吸持"两个阶段进行P丽方式的脉冲控制， 并利用微控制器的半导体开关上的具有施密特触发器输入的倒相器和对应的4 个RC单元实现16级的P丽输出控制。另，中国专利公开号为CN1770349A的专 利公开了一种带电压反馈智能控制的交流接触器，包括由斩波器组成的线圈 操作模块；斩波器采用IGBT作为自关断功率器件；以纟鼓处理器为核心的中央控 制模块；IGBT驱动及保护模块及提供反馈信号的电压检测模块。该系统的工作 流程是交流电源进入线圈操作模块，经整流后，通过由IGBT组成的斩波器供电给接触器线圈，中央控制模块接收由电压检测模块检测到的电源电压信号，
并依此来控制斩波器输出电压的占空比，IGBT驱动电路提供控制脉冲来控制 IGBT的通断。其微处理器是采用单片机进行PWM输出控制，P窗的输出级数则 根据单片机的内嵌程序控制，和其内部集成的5路8位A/D转换部件，可以实 现对接触器搡作线圈电压和电流信号的检测。
这些方案存在两个共同的缺陷1.釆用微处理器控制电路，虽然对P丽的 驱动控制方便，但由于"^触器产品所处的工业电网环境相对比较恶劣，微处理 器的抗干扰能力相对较弱易受干扰而发生故障，且微处理器本身以及所必须增 加的保护和滤波器件造价较高；2. P丽的输出级数无论是倒相器和对应的RC单 元配合的硬件分级还是单片机软件编程的软件分级，均只能是有限级数控制。
实用新型内容
本实用新型针对以上不足，通过采用模拟逻辑电路取代微控制器电路，并 实现了无级调节控制。
本实用新型是通过如下技术方案实现的
基本原理是将输入的AC或DC电压转为直流脉冲形式去驱动线圈工作， 并且对起动和吸持阶段的脉冲电压都采用P丽调制，保证接触器在较宽的输入 电压范围内均达到"恒压启动，恒压吸持"。
本实用新型的接触器线圈的驱动电路，进一步包括AC/DC电源滤波整流模 块、芯片组工作电源模块、斩波及续流模块、电压采样模块，所述斩波及续流 模块驱动接触器线圏。电压采样模块有三路输出，第一路输出端连接至控制模 块，第二路输出端和第三路输出端分别连接启动运算单元和吸持运算单元，所 述启动运算单元和吸持运算单元连接至多路开关，所述多路开关还受驱于控制 模块的Ctrl信号输出，多路开关输出至脉冲发生及驱动模块后连接于所述斩波 及续流模块，脉冲发生及驱动模块还连接受控于控制模块的Reset信号输出端。进一步的，所述斩波及续流模块使用至少两个串联的半导体开关，控制端 连接于所述脉沖发生及驱动模块的P麵输出脉冲端。
进一步的，所述控制模块是由运算放大器构成的模拟逻辑电路，所述控制 模块由两运放构成的两级比较电路，其中第 一 比较器的正输入端连接于所述电 压采样模块的第一路输出端，第一比较器的输出端连接于串联RC单元至地，第
二比较器的负输入端并接于RC单元的电阻前。
进一步的，所述启动运算单元和吸持运算单元均是由运放器构成的^t拟逻 辑电路。所述启动运算单元是由两级差分比例运算电^ 各组成，所述吸持运算单 元是由同相比例运算电路和同相输入求和电路组成。
进一步的，所述脉冲发生及驱动模块是芯片TL494和两个串联的半导体开 关组成，所述的芯片TL494的15脚或2脚连接于所述控制模块的Reset信号输 出端，所述的芯片TL494的16脚或1脚连接于电阻R27和电阻R28构成的分压 网络。
进一步的，所述的多路开关采用多路开关集成电路芯片，所述启动运算单 元的信号a输出端及吸持运算单元的信号b输出端分别连接于其第一路信号输 入端和第二路信号输入端，其一控制端连接于所述控制模块的Ctrl信号输出端。
进一步的，所述芯片组工作电源模块是由电容、电感等相关必要元件及开 关电源芯片组成的开关电源电路，所述芯片组工作电源^f莫块输入端连接于所述 AC/DC电源滤波整流i^块的输出端。
控制接触器线圈的P簡恒压驱动电路，其不仅能实现接触器的消声、节能 作用，而且对接触器起动过程中的线圈电压加以控制，以尽量减少触头在闭合 过程中的弹跳时间，从而对提高接触器的AC3电气寿命起到一定作用。而P丽 控制方式的采用极大的扩展了操作电压范围(如型号之一的额定控制电压Us可同时涵盖100V-240V范围，并且可不加区别的应用于AC或DC电源)。因此 只需用 一种规格的线圈便可取代传统的十几种线圈规格。
本实用新型的驱动电路由于采用模拟逻辑电路取代微控制器电路，更加稳 定可靠且降低成本，并实现了无级调节控制。
图l是本实用新型的模块框图； 图2是接触器起动与吸持运行时的PWM脉冲波形； 图3是控制模块输出的crtl信号波形； 图4是多路开关与脉沖发生及驱动模块电路图； 图5是斩波及续流模块电路图； 图6是控制模块电路图； 图7是启动运算单元电路图； 图8是吸持运算单元电路图； 图9是芯片组工作电源模块电路原理图。
具体实施方式
现结合附图说明和具体实施方式
对本实用新型进一步说明。
如图1所示，本实用新型的接触器线圈的驱动电路，进一步包括AC/DC电 源滤波整流模块l、芯片组工作电源模块3、斩波及续流模块2、电压釆样模块 4,所述斩波及续流模块2驱动接触器线圈；电压采样模块4有三路输出，第一 路输出端连接至控制模块5，第二路输出端和第三路输出端分别连接启动运算单 元6和吸持运算单元7，所述启动运算单元6和吸持运算单元7连接至多路开关 8，所述多路开关8还受驱于控制模块5的Ctrl信号输出，多路开关8输出至 脉冲发生及驱动模块9后连接于所述斩波及续流模块2,脉沖发生及驱动模块9 还连接受控于控制模块5的Reset信号输出端。
滤波及整流模块1将输入的AC或DC电源进行滤波和整流变成直流电压送斩波及续流模块2去驱动线圈。斩波所需P窗脉冲由脉沖发生及驱动模块9产 生，其频率定为20KHz，属于人耳所听不到的范围，以此来消除电^f兹噪音。
如图5所示，斩波电路采用两个半导体开关Q1、 Q2串连构成， 一个用于斩
波，另一个用于对续流回路进行控制。续流回路采用至少一个二极管D2进行续流。
如图2所示，PWM脉冲的占空比调节受前级输入信号a或信号b的控制，在 接触器起动时受控于信号a而产生较大的占空比；在接触器吸持运行时受控于 信号b而产生较小的占空比。
如图6所示，所述控制模块是由运放器构成的模拟逻辑电路，所述控制模 块由两运放构成的两级比较电路，其中第一比较器U1A的正输入端连接于所述 电压采样模块的第一路输出端，第一比较器U1A的输出端连接于串联RC单元至 地，第二比较器U1B的负输入端并接于RC单元的电阻R23前，其输出端为Ctrl 控制输出，所述的Ctrl信号的电平波形变化则是由电阻R23和电容C9的不同 参数决定。
如图7、图8所示，所述启动运算单元6和吸持运算单元7均是由运放器构 成的模拟逻辑电路。所述启动运算单元6是由两级差分比例运算电路组成，第 一级是信号Ur和信号s ign2的运算，第二级是运放U3C输出信号与电阻R33端 电压的运算，信号输出信号a至多路开关8的第一个信道端。所述吸持运算单 元是由同相比例运算电路和同相输入求和电路组成，第一级是对信号Sign3的 比例运算，第二级是运放U3A输出信号与信号Ur的求和运算，输出信号b至多 路开关8的第二个信道端。
如图4所示，信号a和信号b的切换由控制模块5控制，并由多路开关8 执行。所述的多路开关采用多路开关集成电路芯片U4，所述启动运算单元的信 号a输出端及吸持运算单元的信号b输出端分别连接于其第一路信号输入端X0和第二路信号输入端Xl,其一控制端A连接于所述控制模块的Ctrl信号输出端。 接触器起动时首先将信号a切入，并且延时一定时间，该时间才艮据不同接触器 的动作时间而定，通过改变控制模块5的电阻R23和电容C9的不同参数，在此 时间内接触器可完成吸合动作，之后再切至信号b，接触器进入吸持运行状态。
信号a的设定原则是能够提供接触器起动所需高电压且保证触头的弹跳 最小，以达到延长AC3电气寿命的目的；信号b的设定原则是在维持接触器 可靠吸持的前提下，尽量减小线圈电压以达到节能目的。并且二者均应在较宽 的电源输入范围内满足上述原则。
信号a和信号b的产生均由釆样电压运算而来。分别由启动运算模块6和 吸持运算模块7独立执行不同规则运算而得。采样电压则由电压采样模块4提 供。
如图3所示，接触器起动和释放动作时机均由控制模块5进行控制，该模 块把采样电压与设定的门樣电压进行比较判断，适时发出指令。当采样电压高 于上限门槛电压时，发出延时切换指令Ctrl,即信号a延时后切换到信号b使 接触器起动。当釆样电压低于下限门槛电压时，发出复位指令Reset使模块9 停止输出脉冲，线圈断电而接触器释放。
如图4所示，PWM脉沖发生器采用TL494芯片，工作频率定为20KHz，属人 耳所听不到的范围，以此来消除电磁噪音。其和两个串联的半导体开关组成， 所述的芯片TL494的15脚或2脚连接于所述控制模块的Reset信号输出端，所 述的芯片TL494的16脚或1脚连4^于电阻R27和电阻R28构成的分压网络。该 芯片具有两路信号输入，本设计中使用其中一路作为信号输入，而将另一输入 端作为复位使用，弥补了该芯片本身不具备复位功能的不足。
由于采用了P麵控制，本装置可在很宽的AC或DC电源范围内工作。如 型号之一的额定Us为100V-240V,起动门槛为77V，释放门槛为50V,电压上限裕 度设为l. 15Us，则该装置所能达到的实际工作电压范围达50V-276V。如图9所 示，为适应宽电压范围需求，电源模块3采用开关电源设计，所述芯片组工作电源模块输入端连接于所述AC/DC电源滤波整流模块的输出端，为各模块提供 工作所需的+ 12V直流电压。
由于接触器的工作环境及操作状况都会导致线圈温度变化从而引起阻值变 化，这将导致电磁吸力的改变。因此本装置还设有溫度补偿电路，根据温度变 化对输出电压做相应调节，以保证接触器在不同环境温度下均能可靠的工作。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术 人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内， 在形式上和细节上可以对本实用新型做出各种变化，均为本实用新型的保护范 围。
权利要求1.接触器线圈的驱动电路，包括AC/DC电源滤波整流模块、芯片组工作电源模块、斩波及续流模块、电压采样模块，所述斩波及续流模块驱动接触器线圈，其特征在于电压采样模块有三路输出，第一路输出端连接至控制模块，第二路输出端和第三路输出端分别连接启动运算单元和吸持运算单元，所述启动运算单元和吸持运算单元连接至多路开关，所述多路开关还受驱于控制模块的Ctrl信号输出，多路开关输出至脉冲发生及驱动模块后连接于所述斩波及续流模块，脉冲发生及驱动模块还连接受控于控制模块的Reset信号输出端。
2. 根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于所述斩波及续流模块使用至 少两个串联的半导体开关(Ql、 Q2),控制端连接于所述脉冲发生及驱动模块 的P丽输出脉冲端。
3. 根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于所述控制模块是由运算放大 器构成的模拟逻辑电路，所述控制模块由两运放构成的两级比较电路，其中 第一比较器(U1A)的正输入端连接于所述电压采样模块的第一路输出端，第 一比较器(U1A)的输出端连接于串联RC单元至地，第二比较器(U1B)的负 输入端并接于RC单元的电阻(R23)前。
4. 根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于所述启动运算单元和吸持运 算单元均是由运放器构成的模拟逻辑电路，所述启动运算单元是由两级差分 比例运算电路组成，所述吸持运算单元是由同相比例运算电路和同相输入求 和电路组成。
5. 根据权利要求1或权利要求3所述的驱动电路，其特征在于所述脉沖发生 及驱动模块是芯片TL494和两个串联的半导体开关(Q4、 Q5 )组成，所述的芯 片TL494的15脚或2脚连接于所述控制模块的Reset信号输出端；所述的芯片TL494的16脚或l脚连接于电阻(R27)和电阻(R28)构成的分压网络。
6. 根据权利要求1或3或4任一所述的驱动电路，其特征在于所述的多路开 关采用多路开关集成电路芯片(U4)，所述启动运算单元的信号a输出端及吸 持运算单元的信号b输出端分别连接于其第一路信号输入端(X0)和第二路 信号输入端(XI ),其一控制端(A )连接于所述控制模块的Ctrl信号输出端。
7. 根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于所述芯片组工作电源模块是 由电容、电感等相关必要元件及开关电源芯片组成的开关电源电路，所述芯 片组工作电源模块输入端连接于所述AC/DC电源滤波整流模块的输出端。
专利摘要本实用新型涉及一种驱动电路，更涉及一种用于电磁接触器线圈的驱动电路，是通过PWM恒压驱动方式的驱动电路。本实用新型的接触器线圈的驱动电路包括AC/DC电源滤波整流模块、芯片组工作电源模块、斩波及续流模块、电压采样模块、启动运算单元、吸持运算单元、多路开关、控制模块、脉冲发生及驱动模块组成。将输入的AC或DC电压转为直流脉冲形式去驱动线圈工作，并且对起动和吸持阶段的脉冲电压都采用PWM调制，保证接触器在较宽的输入电压范围内均达到“恒压启动，恒压吸持”。本实用新型的驱动电路由于采用模拟逻辑电路取代微控制器电路，更加稳定可靠且降低成本，并实现了无级调节控制。
文档编号H01H47/02GK201348976SQ200920136538
公开日2009年11月18日 申请日期2009年1月22日 优先权日2009年1月22日
发明者刘剑锋, 李卫红, 陈春发 申请人:厦门士林电机有限公司