一种双稳态继电器控制电路和双稳态继电器的制作方法

1.本技术涉及继电器控制技术领域，具体涉及一种双稳态继电器控制电路和双稳态继电器。


背景技术：

2.测量仪器中常用继电器切换档位或者功能。其中继电器按照控制方法分为单稳态继电器和双稳态继电器。单稳态继电器置位需要一直对线圈供电。双稳态继电器置位只需要线圈两端给出相应极性的电流脉冲。因此控制单稳态继电器只需要一个控制线，控制双稳态继电器需要两个控制线。因为双稳态继电器不用一直对线圈供电，适用于对功耗有要求的手持测量设备中，但缺点是需要两根控制线，且由单稳态继电器更改为双稳态继电器时需要修改软件驱动。


技术实现要素：

3.本技术提供一种双稳态继电器控制电路以解决现有技术中如何实现单线控制双稳态继电器的技术问题。
4.第一方面，一实施例中提供一种双稳态继电器控制电路，包括控制信号响应电路、第一脉冲信号输出电路、第二脉冲信号输出电路和双脉冲继电器驱动集成电路；
5.所述控制信号响应电路分别与所述第一脉冲信号输出电路和所述第二脉冲信号输出电路连接；所述控制信号响应电路用于响应单线输入控制信号分别向所述第一脉冲信号输出电路和所述第二脉冲信号输出电路输出第一驱动电压信号和第二驱动电压信号；所述单线输入控制信号用于对双稳态继电器进行开关控制；
6.所述第一脉冲信号输出电路与所述双脉冲继电器驱动集成电路连接；所述第一脉冲信号输出电路用于依据所述第一驱动电压信号输出第一驱动脉冲给所述双脉冲继电器驱动集成电路；
7.所述第二脉冲信号输出电路与所述双脉冲继电器驱动集成电路连接；所述第二脉冲信号输出电路用于依据所述第二驱动电压信号输出第二驱动脉冲给所述双脉冲继电器驱动集成电路；
8.所述双脉冲继电器驱动集成电路与所述双稳态继电器的驱动线圈连接；所述双脉冲继电器驱动集成电路用于响应所述第一驱动脉冲和所述第二驱动脉冲控制所述双稳态继电器打开或关闭；
9.所述第一驱动脉冲和所述第二驱动脉冲分别与所述单线输入控制信号的上升沿和下降沿相关。
10.一实施例中，所述控制信号响应电路用于当所述单线输入控制信号为高电位时向所述第一脉冲信号输出电路输出第一驱动电压信号，当所述单线输入控制信号为低电位时向所述第二脉冲信号输出电路输出第二驱动电压信号。
11.一实施例中，所述控制信号响应电路包括第一连接端、第二连接端、第三连接端、
电阻r11、电阻r12、电阻r13、电阻r14和三极管q11；
12.所述控制信号响应电路的第一连接端用于所述单线输入控制信号的输入；
13.所述控制信号响应电路的第二连接端与所述第一脉冲信号输出电路连接；
14.所述控制信号响应电路的第三连接端与所述第二脉冲信号输出电路连接；
15.电阻r11的一端与所述控制信号响应电路的第一连接端连接，另一端与所述控制信号响应电路的第二连接端连接；
16.电阻r12的一端与所述控制信号响应电路的第二连接端连接，另一端与三极管q11的基极连接；
17.电阻r13的一端用于一预设的电压信号vcc的输入，另一端与三极管q11的集电极连接；
18.电阻r14的一端与三极管q11的基极连接，另一端接地；
19.三极管q11的集电极与所述控制信号响应电路的第三连接端连接，三极管q11的发射极接地。
20.一实施例中，所述第一脉冲信号输出电路包括第一连接端、第二连接端、电容c21、电阻r21和二极管d21；
21.所述第一脉冲信号输出电路的第一连接端与所述控制信号响应电路的第二连接端连接；
22.所述第一脉冲信号输出电路的第二连接端与所述双脉冲继电器驱动集成电路连接；
23.电容c21的一端与所述第一脉冲信号输出电路的第一连接端连接，另一端与所述第一脉冲信号输出电路的第二连接端连接；
24.电阻r21的一端与所述第一脉冲信号输出电路的第二连接端连接，另一端接地；
25.二极管d21的正极接地，二极管d21的负极与所述第一脉冲信号输出电路的第二连接端连接。
26.一实施例中，电阻r21为可调电阻。
27.一实施例中，所述第二脉冲信号输出电路包括第一连接端、第二连接端、电容c31、电阻r31和二极管d31；
28.所述第二脉冲信号输出电路的第一连接端与所述控制信号响应电路的第三连接端连接；
29.所述第二脉冲信号输出电路的第二连接端与所述双脉冲继电器驱动集成电路连接；
30.电容c31的一端与所述第二脉冲信号输出电路的第一连接端连接，另一端与所述第二脉冲信号输出电路的第二连接端连接；
31.电阻r31的一端与所述第二脉冲信号输出电路的第二连接端连接，另一端接地；
32.二极管d31的正极接地，二极管d31的负极与所述第二脉冲信号输出电路的第二连接端连接。
33.一实施例中，电阻r31为可调电阻。
34.一实施例中，所述双脉冲继电器驱动集成电路包括驱动集成电路u1，驱动集成电路u1包括管脚1、管脚2、管脚3、管脚4、管脚5和管脚6；
35.驱动集成电路u1的管脚1与所述第二脉冲信号输出电路连接，驱动集成电路u1的管脚2接地，驱动集成电路u1的管脚3与所述第一脉冲信号输出电路连接，驱动集成电路u1的管脚4与所述双稳态继电器的驱动线圈的一个连接端连接，驱动集成电路u1的管脚6与所述双稳态继电器的驱动线圈的另一个连接端连接，驱动集成电路u1的管脚5用于驱动集成电路u1的驱动电源的输入。
36.一实施例中，所述单线输入控制信号为方波信号。
37.第一方面，一实施例中提供一种双稳态继电器，包括如第一方面所述的双稳态继电器控制电路。
38.依据上述实施例的双稳态继电器控制电路包括控制信号响应电路、第一脉冲信号输出电路、第二脉冲信号输出电路和双脉冲继电器驱动集成电路。控制信号响应电路用于响应单线输入控制信号分别向第一和第二脉冲信号输出电路第一和第二驱动电压信号，第一和第二脉冲信号输出电路分别用于依据第一和第二驱动电压信号输出第一和第二驱动脉冲给双脉冲继电器驱动集成电路，以使得双脉冲继电器驱动集成电路控制双稳态继电器打开或关闭。由于依据单线输入控制信号输出第一和第二驱动脉冲给双脉冲继电器驱动集成电路来控制双稳态继电器，实现了双稳态继电器的单线控制。
附图说明
39.图1为现有技术中单稳态继电器的驱动电路示意图；
40.图2为现有技术中双稳态继电器的驱动电路示意图；
41.图3为一种实施例中双稳态继电器控制电路的电路示意图；
42.图4为一种实施例中双稳态继电器控制电路的信号波形示意图。
具体实施方式
43.下面通过具体实施方式结合附图对本技术作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本技术能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本技术相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本技术的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
44.另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。
45.本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本技术所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。
46.现有技术中，继电器按照控制方式可以分为单稳态和双稳态。单稳态切换到常闭点需要一直对线圈供电，不供电时只有一个稳定状态。双稳态切换只需要线圈两端给出相
应极性的电流脉冲，具有两个稳定状态。因此控制单稳态继电器只需要一个控制线，控制双稳态继电器需要两个控制线。双稳态继电器也称为磁保持继电器。继电器由常闭点闭合切换到常开点闭合为置位，继电器由常开点闭合切换到常闭点闭合为复位。
47.请参考图1，为现有技术中单稳态继电器的驱动电路示意图，k1c是继电器的线圈，线圈通电后继电器置位。其中，二极管d1是续流二极管，三极管q1用作开关。控制信号rl_con是高电平时，三极管q1导通，继电器置位。控制信号rl_con是低电平时，三极管q1截止，继电器复位。因为置位状态下，继电器线圈一直供电，所以需要一直损耗电能。
48.请参考图2，为现有技术中双稳态继电器的驱动电路示意图，驱动集成电路u1是继电器驱动ic，有两个控制信号rl_con1和rl_con2。当控制信号rl_con1输出一定时间宽度的脉冲，继电器电流方向是引脚1到引脚8，继电器置位，脉冲消失后，引脚继电器线圈之间没有电流，继电器保持置位状态不变。当控制信号rl_con2输出一定时间宽度的脉冲，继电器电流方向是引脚8到引脚1，继电器复位，脉冲消失后，引脚继电器线圈之间没有电流，继电器保持复位状态不变。因为双稳态在不用电流保持置位状态，所以比较省功耗。请参考中国专利号为 cn202111420221.0的一种双线圈磁保持继电器的驱动电路，提出使用单稳态触发芯片生产驱动脉冲控制双线圈继电器。中国专利号为 cn201711420791.3 的单线控制的磁保持继电器驱动电路提出使用两个比较器来控制继电器。
49.在本技术实施例中，依据单线输入控制信号输出第一和第二驱动脉冲给双脉冲继电器驱动集成电路来控制双稳态继电器，实现了双稳态继电器的单线控制。
50.实施例一
51.请参考图3，为一种实施例中双稳态继电器控制电路的电路示意图，该双稳态继电器控制电路包括控制信号响应电路10、第一脉冲信号输出电路11、第二脉冲信号输出电路12和双脉冲继电器驱动集成电路13。控制信号响应电路10分别与第一脉冲信号输出电路11和第二脉冲信号输出电路12连接。控制信号响应电路10用于响应单线输入控制信号rl_con分别向第一脉冲信号输出电路11和第二脉冲信号输出电路12输出第一驱动电压信号和第二驱动电压信号。单线输入控制信号用于对双稳态继电器14进行开关控制。第一脉冲信号输出电路11与双脉冲继电器驱动集成电路13连接。第一脉冲信号输出电路11用于依据第一驱动电压信号输出第一驱动脉冲给双脉冲继电器驱动集成电路13。第二脉冲信号输出电路12与双脉冲继电器驱动集成电路13连接。第二脉冲信号输出电路12用于依据第二驱动电压信号输出第二驱动脉冲给双脉冲继电器驱动集成电路13。双脉冲继电器驱动集成电路13与双稳态继电器14的驱动线圈连接，双脉冲继电器驱动集成电路13用于响应第一驱动脉冲和第二驱动脉冲控制双稳态继电器14打开或关闭。一实施例中，单线输入控制信号为方波信号，第一驱动脉冲和第二驱动脉冲分别与单线输入控制信号的rl_con上升沿和下降沿相关。
52.一实施例中，控制信号响应电路10用于当单线输入控制信号rl_con为高电位时向第一脉冲信号输出电路11输出第一驱动电压信号，当单线输入控制信号rl_con为低电位时向第二脉冲信号输出电路12输出第二驱动电压信号。
53.一实施例中，控制信号响应电路10包括第一连接端、第二连接端、第三连接端、电阻r11、电阻r12、电阻r13、电阻r14和三极管q11。控制信号响应电路10的第一连接端用于单线输入控制信号rl_con的输入。控制信号响应电路10的第二连接端与第一脉冲信号输出电
路11连接。控制信号响应电路10的第三连接端与第二脉冲信号输出电路11连接。电阻r11的一端与控制信号响应电路10的第一连接端连接，另一端与控制信号响应电路10的第二连接端连接。电阻r12的一端与控制信号响应电路10的第二连接端连接，另一端与三极管q11的基极连接。电阻r13的一端用于一预设的电压信号vcc的输入，另一端与三极管q11的集电极连接。电阻r14的一端与三极管q11的基极连接，另一端接地。三极管q11的集电极与控制信号响应电路10的第三连接端连接，三极管q11的发射极接地。
54.一实施例中，第一脉冲信号输出电路11包括第一连接端、第二连接端、电容c21、电阻r21和二极管d21。第一脉冲信号输出电路11的第一连接端与控制信号响应电路10的第二连接端连接。第一脉冲信号输出电路11的第二连接端与双脉冲继电器驱动集成电路连接。电容c21的一端与第一脉冲信号输出电路11的第一连接端连接，另一端与第一脉冲信号输出电路11的第二连接端连接。电阻r21的一端与第一脉冲信号输出电路11的第二连接端连接，另一端接地。二极管d21的正极接地，二极管d21的负极与第一脉冲信号输出电路11的第二连接端连接。一实施例中，电阻r21为可调电阻。
55.一实施例中，第二脉冲信号输出电路12包括第一连接端、第二连接端、电容c31、电阻r31和二极管d31。第二脉冲信号输出电路12的第一连接端与控制信号响应电路10的第三连接端连接。第二脉冲信号输出电路12的第二连接端与双脉冲继电器驱动集成电路13连接。电容c31的一端与第二脉冲信号输出电路12的第一连接端连接，另一端与第二脉冲信号输出电路12的第二连接端连接。电阻r31的一端与第二脉冲信号输出电路12的第二连接端连接，另一端接地。二极管d31的正极接地，二极管d31的负极与第二脉冲信号输出电路12的第二连接端连接。一实施例中，电阻r31为可调电阻。
56.一实施例中，双脉冲继电器驱动集成电路13包括驱动集成电路u1，驱动集成电路u1包括管脚1、管脚2、管脚3、管脚4、管脚5和管脚6。驱动集成电路u1的管脚1与第二脉冲信号输出电路12连接，驱动集成电路u1的管脚2接地，驱动集成电路u1的管脚3与第一脉冲信号输出电路11连接，驱动集成电路u1的管脚4与双稳态继电器14的驱动线圈的一个连接端连接，驱动集成电路u1的管脚6与双稳态继电器14的驱动线圈的另一个连接端连接，驱动集成电路u1的管脚5用于驱动集成电路u1的驱动电源的输入。
57.下面对双稳态继电器控制电路的工作原理进行描述：
58.双稳态继电器14靠正负脉冲控制，所以从单线控制的高电平切换到低电平的下降沿提取负脉冲，从上升沿提取正脉冲。这样就可以使用单线控制双稳态继电器。假设控制信号rl_con初始状态是低电平，此时驱动集成电路u1的输入引脚3和引脚1都是低电平，所以输出引脚4和引脚6也是低电平，双稳态继电器14保持上一状态。当控制信号rl_con由低电平切换高电平时，电阻r11对电容c21进行充电，同时电阻r21对电容c21放电，充电速度远大于放电速度，直至电容c21右端电压等于电容c21左端电压。当切换完成后，控制信号rl_con稳定高电平，充电结束，只有电阻r21对电容c21放电，直至电容c21右端电压为0。这个充放电过程就是产生脉冲过程，驱动集成电路u1除了起到增强驱动能力，还起到波形整形的作用。
59.在控制信号rl_con由低电平切换高电的同时。三极管q11导通，电容c31左端由高电压变为低电压，电容c31右端有变为负压的趋势，但因为有肖特基二极管d31的存在，电容c31由端电压最小电压大于-vfd2，驱动集成电路u1引脚6输出低电压。vfd2是二极管d31的
正向导通压降，肖特基二极管的正向导通压降一般小于0.2v。增加二极管d31是为了防止较大的负电压进入驱动集成电路u1输入端，损坏驱动集成电路u1。二极管d31和二极管d21起到同样作用。控制信号rl_con由低电平切换到高电平，本技术称为阶段1。
60.请参考图4，为一种实施例中双稳态继电器控制电路的信号波形示意图，其中，rl_con表示控制信号rl_con，c1_r表示电容c21电压，c2_r表示电容c31电压，u1_4表示驱动集成电路u1的管脚4输出的电信号，u1_6表示驱动集成电路u1的管脚6输出的电信号。在一定脉宽的时间内，电流从继电器引脚1到引脚8，继电器置位，脉冲消失后，继电器保持置位状态。当控制信号rl_con由高电平切换到低电平，本技术称为阶段2。电容c21右端会有产生负压的趋势，但因为二极管d21的存在，电容c21右端负压很小。驱动集成电路u1引脚4输出低电压。此时三极管q11由导通状态切换到截止状态，电阻r13对电容c31充电，电阻r31对电容c31放电，充电电流远大于放电电流。当电容c31右端电压等于电容c31左端电压，只有电阻r31进行放电，直至电容c31右端电压等于0，在此过程中，驱动集成电路u1的引脚6输出一定宽度的脉冲。在阶段2中，电流从继电器的引脚8到引脚1，继电器复位，脉冲消失后，继电器保持复位状态。
61.需要说明的是，双稳态继电器对控制脉冲的宽度的大小有要求。脉冲宽度太小达不到控制目的。本技术中双稳态继电器控制电路的电容c21、电阻r21、电容c31和电阻r31的大小就可以调节脉宽宽度，其中，电阻r21和电阻r31改为可调电阻可以改良为脉宽可调整的驱动电路。下面介绍如何调整脉冲宽度：
62.驱动集成电路u1不仅起到继电器驱动，还是起到波形整形的作用。驱动集成电路u1输入端是一个施密特触发器，有一个门限电压vth，输入电压大于vth输出高电平，输入电压小于vth输出低电平。电容越大，电容充电完成后电荷量越大，放电电阻一定时，放电时间越慢，脉冲脉宽越大。电容越小，电容充电完成后电荷量越小，放电电阻一定时，放电时间越快，脉冲脉宽越小。放电电阻越小，电容一定时，放电电流越大，放电时间越慢，脉冲宽度越大。放电电阻越大，电容一定时，放电电流越小，放电时间越快，脉冲宽度越小。
63.本技术一实施例中还公开了一种双稳态继电器，包括如上所述的双稳态继电器控制电路。
64.申请实施例中公开的双稳态继电器控制电路包括控制信号响应电路、第一脉冲信号输出电路、第二脉冲信号输出电路和双脉冲继电器驱动集成电路。控制信号响应电路用于响应单线输入控制信号分别向第一和第二脉冲信号输出电路第一和第二驱动电压信号，第一和第二脉冲信号输出电路分别用于依据第一和第二驱动电压信号输出第一和第二驱动脉冲给双脉冲继电器驱动集成电路，以使得双脉冲继电器驱动集成电路控制双稳态继电器打开或关闭。由于依据单线输入控制信号输出第一和第二驱动脉冲给双脉冲继电器驱动集成电路来控制双稳态继电器，实现了双稳态继电器的单线控制。本技术公开的双稳态继电器控制电路电路简单、成本低、脉宽可调整、兼容单稳态继电器控制的软件驱动。
65.以上应用了具体个例对本技术进行阐述，只是用于帮助理解本技术，并不用以限制本技术。对于本技术所属技术领域的技术人员，依据本技术的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。