专利名称：低功耗混合继电器及其运行方法
技术领域：
本发明涉及一种混合继电器技术领域，特别涉及一种低功耗混合继电 器及其运行方法。
(二)
背景技术：
现有混合继电器都具有至少一个机电继电器和至少一个电子功率开 关电路，二者组合切换控制继电器负载电路的通断。其中的机电继电器是 通过线圈、铁芯的动作切换触点，特别是双稳态继电器工作时为维持通断 其线圈始终处于通电状态，故功耗较大。同时线圈因长时间通电温升较高， 减少了使用寿命。
(三)
发明内容
本发明的目的在于提供一种低功耗混合继电器及其运行方法，在长期 工作状态只需微小的输入维持电流即可保证继电器可靠工作。
本发明所设计的低功耗混合继电器，包括功率开关电路和机电式继电 器，它们的输出端并联为本混合继电器的输出端，还包括有低功耗控制电 路和时序控制电路，时序控制电路控制端与低功耗控制电路并联，低功耗 控制电路输出端与机电式继电器的输入端相连，时序控制电路的输出端与 功率开关电路的输入端相连；所述低功耗控制电路主要由一个设定门限的 稳压管、两个三极管和一个控制输出的场效应管及与之相配和的电阻和电 容构成；所述时序控制电路主要由延时电路或单片机电路构成。直流电源 接低功耗控制电路经其放大和时序控制电路的延时后接入机电式继电器 绕组，使得机电式继电器的绕组只是在动作过程中才有较大的电流通过而 平时均处于低带电状态。因相同时间内流经该绕组的电流大大减小，从而 有效的降低了机电式继电器的功耗和其绕组的温升，进而延长了机电式继 电器是寿命，减少了继电器的使用成本。
所述机电式继电器为双稳态继电器。
上述时序控制电路可采用分立元件构成的延时电路、或单片机电路、 或其他延时电路。时序控制电路按时序控制功率开关电路先于机电式继电 器触点接通。当机电式继电器触点接通后，时序控制给出延时关断信号(可 根据实际需要调整)，断开功率开关电路。当输入端控制信号断开，时序 控制电路按时序控制接通功率开关电路，再断开机电式继电器触点，之后 时序控制电路给出关断信号、断开功率开关电路。
本发明的低功耗混合继电器的运行方法为
当输入端所加的控制信号超过低功耗控制电路所设定的门限时，固体
5功率开关电路接通，本混合继电器接通；机电式继电器线圈加电，其机械 触点接通；当达到时序控制电路所设定的延时后，固体功率开关电路断开， 当机电式继电器的输入端电压达到电源电压时，机电式继电器线圈断电， 其机械触点保持接通，即本混合继电器保持接通；
当输入端控制信号断开时，时序控制电路执行延时程序，固体功率开 关电路接通，机电式继电器的线圈通过低功耗电路加电，其机械触点断开； 当达到时序控制电路所设定的延时时间时，固体功率开关电路断开，机电 式继电器线圈断电，其机械触点保持断开，即本混合继电器保持断开。
本发明所述低功耗控制电路和时序控制电路以及机电式继电器共同 设置在印制电路板上，与底座上的功率组件通过电路相连接，外壳罩在印 制电路板与功率组件上，紧固件连接底座与外壳。
本发明所设计的低功耗混合继电器与现有技术相比，具有如下优点 1、只需微小的输入端控制信号便能维持本混合继电器的可靠工作，减少 了功耗，降低了使用成本；2、时序控制电路可精确控制的功率开关电路 的开断，使机电式继电器的带电时间减少，从而降低了机电式继电器线圈 绕组的温升，延长其使用寿命；3、结构简单，无需对现有机电式继电器 的构造进行改动，只需改进印制电路板即可。
-
图1为本低功耗混合继电器的实施例1的电路结构图； 图2为本低功耗混合继电器的实施例1的安装示意图； 图3为本低功耗混合继电器的实施例2的电路结构图。
1、低功耗控制电路；2、时序控制电路；3、功率开关
电路；4、机电式(双稳态)继电器；5、印制板组件；6、紧固件；7、
底座；8、外壳。
第一低功耗控制电阻R1、第二低功耗控制电阻R2、第三低功耗控制 电阻R3、第四低功耗控制电阻R4，第一低功耗控制稳压管Q2，第一低 功耗控制三极管Ql、第二低功耗控制三极管Q3，第一低功耗控制电容 器C1，第一低功耗控制场效应管Q4;
第一延时电路电阻R5、第二延时电路电阻R6、第三延时电路电阻R7、 第四延时电路电阻R8、第五延时电路电阻R9、第六延时电路电阻RIO、 第七延时电路电阻Rll、第八延时电路电阻R12、第九延时电路电阻R13， 第一延时电路三极管Q7、第二延时电路三极管Q8、第三延时电路三极 管Qll、第四延时电路三极管Q12、第五延时电路三极管Q13,第一延 时电路二极管Q9、第二延时电路二极管QIO，第一延时电路电容器C2、 第二延时电路电容器C3、第三延时电路电容器C4;
第一单片机电路电阻R5'、第二单片机电路电阻R14、第三单片机电 路电阻R15、第四单片机电路电阻R16、第五单片机电路电阻R17、第六 单片机电路电阻R18、第七单片机电路电阻R19、第八单片机电路电阻R20;第一单片机电路二极管Q15、第二单片机电路二极管Q16;第一单 片机电路稳压管Q14、第二单片机电路稳压管Q19;第一单片机电路三 极管Q7'、第二单片机电路三极管Q17、第三单片机电路三极管Q18、 第四单片机电路三极管Q20;第一单片机电路电容器C5、第二单片机电 路电容器C6、第三单片机电路电容器C7。
具体实施方式
-实施例l:
本发明低功耗混合继电器的实施例1的电路如图1所示，包括低功耗 控制电路l、时序控制电路2、功率开关电路3和双稳态继电器4，其中控 制信号由低功耗控制电路1的输入端输入，双稳态继电器4与低功耗控制 电路1串联；时序控制电路2的控制端与低功耗控制电路1并联；双稳态 继电器4的机械触点与功率开关电路3输出端并联为本混合继电器的输出
^山铜。
所述低功耗控制电路(1)包括第一至第四低功耗控制电阻R1 R4， 第一低功耗控制稳压管Q2、第一、第二低功耗控制三极管Q1、 Q3，第一 低功耗控制电容器Cl及第一低功耗控制场效应管Q4;第一低功耗控制电 阻R1与第一低功耗控制三极管Ql的发射极连接正电源，第一、第二低 功耗控制电阻Rl、 R2与第一低功耗控制稳压管Q2的负极连接，第一低 功耗控制电阻R1经第二低功耗控制电阻R2与第一低功耗控制三极管Ql 的基极连接，第一低功耗控制三极管Q1的集电极与第三、第四低功耗控 制电阻R3、 R4、第一低功耗控制场效应管Q4的栅极、第二低功耗控制 三极管Q3的集电极连接，第二低功耗控制三极管Q3的发射极与第一低 功耗控制场效应管Q4的源极连接，第三低功耗控制电阻R3与第二低功 耗控制三极管Q3的基极连接，第一低功耗控制稳压管Q2的正极、第四 低功耗控制电阻R4与第一低功耗控制电容Cl的负极接地电源。
所述时序控制电路(2)包括第一至第九延时电路电阻R5 R13，第 一至第五延时电路三极管Q7、 Q8、 Q11 Q13，第一至第二延时电路二极 管Q9、 QIO，第一至低三延时电路电容器C2 C4;第一延时电路电阻R5 连接低功耗控制电路的第一低功耗控制三极管Ql的集电极和第一延时电 路三极管Q7的基极，第一延时电路三极管Q7的集电极连接电源正极， 第一延时电路三极管Q7的发射极与第二延时电路电阻R6、第一、第二延 时电路二极管Q9、 Q10的正极、第二延时电路三极管Q8的发射极连接， 第一延时电路二极管Q9的负极与第四延时电路电阻R8连接，第二延时 电路二极管Q10的负极与第三延时电路三极管Qll的基极、第五延时电 路电阻R9连接，第四延时电路电阻R8与第二延时电路电容C3的、第三 延时电路三极管Qll的发射极连接，第三延时电路三极管Qll的集电极 与第六延时电路电阻RIO、第四延时电路三极管Q12的发射极连接，第四 延时电路三极管Q12的基极与第六、第七延时电路电阻RIO、 Rll连接，第四延时电路三极管Q12的集电极与第八延时电路电阻R12、第五延时电 路三极管Q13的发射极连接，第五延时电路三极管Q13的基极与第八、 第九延时电路电阻R12、 R13、第三延时电路电容C4连接，第五延时电路 三极管Q13的集电极与第二延时电路三极管Q8的发射极、功率开关电路 3控制端正极连接，第二延时电路三极管Q8的基极与第二、第三延时电 路电阻R6、 R7、第一延时电路电容C2连接，第二延时电路电容C3负极 与第五、第七、第九、第三延时电路电阻R9、 Rll、 R13、 R7、第一、第 三延时电路电容C2、 C4连接。
本实施例低功耗混合继电器安装结构如图2所示，低功耗控制电路1 和时序控制电路2以及双稳态继电器4共同设置在印制电路板5上，与底 座7上的功率组件通过电路相连接，外壳8罩在印制电路板5与功率组件 上，紧固件6连接底座7与外壳8。
本发明低功耗混合继电器的实施例1的运行方法如下
当输入端加控制信号超过第一低功耗控制稳压管Q2所设定的门限 时，第一、第二低功耗控制三极管Q1， Q3 ，第一、第二延时电路三极管 Q7， Q8接通，功率开关电路3接通，本混合继电器接通；双稳态继电器 4线圈加电，其机械触点接通，当第一延时电路电容C2充电到门限值后 第二延时电路三极管Q8关断，功率开关电路3断开，第一低功耗控制电 容C1充电、当达到电源电压时，双稳态继电器4线圈断电，其机械触点 保持接通，即本混合继电器保持接通。
当输入端信号断开时，第二延时电路电容器C3放电，第三至第五延 时电路三极管Qll、 Q12、 Q13接通，功率开关电路3接通。第一低功耗 控制电容器C1放电，第一低功耗控制场效应管Q4接通，双稳态继电器4 线圈通过第一低功耗控制场效应管Q4回路加电，机械触点断开，即本混 合继电器断开。第三延时电路电容C4充电、当达到门限值时，第五延时 电路三极管Q13断开，功率开关电路3断开，双稳态继电器线圈断电，其 机械触点保持断开，即本混合继电器保持断开。
可见本混合继电器工作时，只需微小的输入端控制信号，便能维持继 电器的可靠工作，双稳态继电器4的线圈不必为保持接通或关断状态持续 通电，不仅功耗低，且延长了其使用寿命。
实施例2:
本发明低功耗混合继电器的实施例2的电路如图3所示，其时序控制 电路为单片机电路，其余各电路组成与实施例l相同。
所述时序控制电路(2)包括第一至第八单片机电路电阻R5'、 R14 R20,第一、第二单片机电路二极管Q15、 Q16，第一、第二单片机电路 稳压管Q14、 Q19，第一至第四单片机电路三极管Q7'、 Q17、 Q18、 Q20, 第一至第三单片机电路电容器C5 C7，单片机；第一单片机电路电阻R5， 一端与低功耗控制电路的第一低功耗控制三极管Q1的集电极连接，另一端与第一单片机电路三极管Q7，的基极连接；第一单片机电路三极管Q7， 的集电极与电源连接、发射极与第二单片机电路电阻R14和功率开关电路 3控制端正极连接；第二单片机电路电阻R14与二极管第一、第二单片机 电路Q15、 Q16的正极、第一单片机电路稳压管Q14的负极连接；第一单 片机电路二极管Q15的负极与第一、第二单片机电路电容C5、 C6、单片 机的正电源端口与复位端口接第三单片机电路三极管Q18的发射极;第二 单片机电路二极管Q16的负极与第三、第四单片机电路电阻R15、 R16第 二单片机电路三极管Q17的集电极连接，第二单片机电路三极管Q17的 基极与电阻R16连接，电阻R17与单片机的査询端口连接，三极管Q18 的集电极与第六单片机电路电阻R18连接，第六单片机电路三极管Q18
的基极与第七单片机电路电阻R19连接，第七单片机电路电阻R19与单 片机的控制端口连接，单片机的输出端口与第八单片机电路电阻R20、第 三单片机电路电容C7、第二单片机电路稳压管Q19的负极连接，第八单 片机电路电阻R20与第四单片机电路三极管Q20的基极连接，第四单片 机电路三极管Q20的集电极与功率开关电路3控制端负极连接，第一至第 三单片机电路电容器C5 C7与第三、第五、第六、第七单片机电路电阻 R15、 R17、 R18、 R19、第一、第二单片机电路稳压管Q14、 Q19的负极、 单片机的地电源端口连接电源地。
本发明低功耗混合继电器的实施例2的运行方法如下 当输入端所加的控制信号超过第一低功耗控制稳压管Q2所设定的门 限时，第一、第二低功耗控制三极管Q1、 Q3 、第一延时电路三极管Q7 接通，单片机输出信号、并执行延时程序，第四、单片机电路三极管Q20 接通，功率开关电路3接通，本混合继电器接通；双稳态继电器线圈加电， 其机械触点接通。当达到单片机设定的延时后，功率开关电路3断开，当 第一低功耗控制电容C1充电达到电源电压时，双稳态继电器线圈断电， 其机械触点保持接通，本混合继电器保持接通。
当输入端控制信号断开时，单片机通过查询端口检测电源信号，信号 为低时单片机输出信号、并执行延时程序，第四单片机电路三极管Q20 接通，功率开关电路3接通，直至电容器C1放电，场效应管Q4接通， 双稳态继电器线圈通过第一低功耗控制场效应管Q4回路加电，其机械触 点断开。当达到单片机设定的延时时间时，单片机停止输出信号，功率开 关电路3关断，同时通过单片机控制端口输出控制信号控制第三单片机电 路三极管Q18接通，第一、第二单片机电路电容C5、 C6放电，双稳态继 电器线圈断电，其机械触点保持断开，本混合继电器保持断开。
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权利要求
1、低功耗混合继电器，包括功率开关电路(3)和机电式继电器(4)，二者的输出端并联为本混合继电器的输出端，其特征在于还包括有低功耗控制电路(1)和时序控制电路(2)，时序控制电路(2)控制端与低功耗控制电路(1)并联，低功耗控制电路(1)输出端与机电式继电器(4)的输入端相连，时序控制电路(2)的输出端与功率开关电路(3)的输入端相连；所述低功耗控制电路(1)主要由一个设定门限的稳压管、两个三极管和一个控制输出的场效应管及与之相配和的电阻和电容构成；所述时序控制电路(2)主要由延时电路或单片机电路构成。
2、 根据权利要求1所述的低功耗混合继电器，其特征在于-所述机电式继电器(4)为双稳态继电器。
3、 根据权利要求1或2所述的低功耗混合继电器，其特征在于 所述低功耗控制电路(1)包括第一至第四低功耗控制电阻(R1 R4)，第一低功耗控制稳压管(Q2)、第一、第二低功耗控制三极管(Ql、 Q3)， 第一低功耗控制电容器(Cl)及第一低功耗控制场效应管(Q4);第一低 功耗控制电阻(Rl)与第一低功耗控制三极管(Ql)的发射极连接正电 源，第一、第二低功耗控制电阻(Rl、 R2)与第一低功耗控制稳压管(Q2) 的负极连接，第一低功耗控制电阻(Rl)经第二低功耗控制电阻(R2) 与第一低功耗控制三极管(Ql)的基极连接，第一低功耗控制三极管(Ql) 的集电极与第三、第四低功耗控制电阻(R3、 R4)、第一低功耗控制场效 应管(Q4)的栅极、第二低功耗控制三极管(Q3)的集电极连接，第二 低功耗控制三极管(Q3)的发射极与第一低功耗控制场效应管(Q4)的 源极连接，第三低功耗控制电阻(R3)与第二低功耗控制三极管(Q3) 的基极连接，第一低功耗控制稳压管(Q2)的正极、第四低功耗控制电 阻(R4)与第一低功耗控制电容(Cl)的负极接地电源。
4、 根据权利要求1或2所述的低功耗混合继电器，其特征在于 所述时序控制电路(2)包括第一至第九延时电路电阻(R5 R13)，第一至第五延时电路三极管(Q7、 Q8、 Q11 Q13)，第一至第二延时电 路二极管(Q9、 QIO)，第一至低三延时电路电容器(C2 C4);第一延 时电路电阻(R5)连接低功耗控制电路的第一低功耗控制三极管(Ql) 的集电极和第一延时电路三极管(Q7)的基极，第一延时电路三极管(Q7) 的集电极连接电源正极，第一延时电路三极管(Q7)的发射极与第二延 时电路电阻(R6)、第一、第二延时电路二极管(Q9、 Q10)的正极、第二延时电路三极管(Q8)的发射极连接，第一延时电路二极管(Q9)的 负极与第四延时电路电阻(R8)连接，第二延时电路二极管(Q10)的负 极与第三延时电路三极管(Q11)的基极、第五延时电路电阻(R9)连接， 第四延时电路电阻(R8)与第二延时电路电容(C3)的、第三延时电路 三极管(Q11)的发射极连接，第三延时电路三极管(Q11)的集电极与 第六延时电路电阻(RIO)、第四延时电路三极管(Q12)的发射极连接， 第四延时电路三极管(Q12)的基极与第六、第七延时电路电阻(RIO、 Rll)连接，第四延时电路三极管(Q12)的集电极与第八延时电路电阻 (R12)、第五延时电路三极管(Q13)的发射极连接，第五延时电路三极 管(Q13)的基极与第八、第九延时电路电阻(R12、 R13)、第三延时电 路电容(C) 4连接，第五延时电路三极管(Q13)的集电极与第二延时 电路三极管(Q8)的发射极、功率开关电路3控制端正极连接，第二延 时电路三极管(Q8)的基极与第二、第三延时电路电阻(R6、 R7)、第 一延时电路电容(C2)连接，第二延时电路电容(C3)负极与第五、第 七、第九、第三延时电路电阻(R9、 Rll、 R13、 R7)、第一、第三延时 电路电容(C2、 C4)连接。
5、根据权利要求1或2所述的低功耗混合继电器，其特征在于-所述时序控制电路(2)包括第一至第八单片机电路电阻(R5'、 R14 R20)，第一、第二单片机电路二极管(Q15、 Q16)，第一、第二单片机 电路稳压管(Q14、 Q19)，第一至第四单片机电路三极管(Q7'、 Q17、 Q18、 Q20)，第一至第三单片机电路电容器(C5 C7)，单片机；第一单 片机电路电阻(R5，) 一端与低功耗控制电路的第一低功耗控制三极管(Ql)的集电极连接，另一端与第一单片机电路三极管(Q7，)的基极 连接；第一单片机电路三极管(Q7，)的集电极与电源连接、发射极与第 二单片机电路电阻(R14)和功率开关电路3控制端正极连接；第二单片 机电路电阻(R14)与二极管第一、第二单片机电路(Q15、 Q16)的正 极、第一单片机电路稳压管(Q14)的负极连接；第一单片机电路二极管(Q15)的负极与第一、第二单片机电路电容(C5、 C6)、单片机的正电 源端口与复位端口接第三单片机电路三极管(Q18)的发射极；第二单片 机电路二极管(Q16)的负极与第三、第四单片机电路电阻(R15、 R16) 第二单片机电路三极管(Q17的集电极连接，第二单片机电路三极管(Q17)的基极与电阻(R16)连接，电阻(R17)与单片机的査询端口 连接，三极管(Q18)的集电极与第六单片机电路电阻(R18)连接，第 六单片机电路三极管(Q18的基极与第七单片机电路电阻(R19)连接， 第七单片机电路电阻(R19)与单片机的控制端口连接，单片机的输出端 口与第八单片机电路电阻(R20)、第三单片机电路电容(C7)、第二单片 机电路稳压管(Q19)的负极连接，第八单片机电路电阻(R20)与第四 单片机电路三极管(Q20)的基极连接，第四单片机电路三极管(Q20)的集电极与功率开关电路3控制端负极连接，第一至第三单片机电路电容器 (C5 C7)与第三、第五、第六、第七单片机电路电阻(R15、 R17、 R18、 R19)、第一、第二单片机电路稳压管(Q14、 Ql) 9的负极、单片机的地 电源端口连接电源地。
6、 根据权利要求1所述的低功耗混合继电器，其特征在于 所述低功耗控制电路(1)和时序控制电路(2)以及机电式继电器(4)共同设置在印制电路板(5)上，与底座(7)上的功率组件通过电 路相连接，外壳(8)罩在印制电路板(5)与功率组件上，紧固件(6) 连接底座(7)与外壳(8)。
7、 根据权利要求1所述的低功耗混合继电器的运行方法，其特征在于当输入端所加的控制信号超过低功耗控制电路所设定的门限时，固 体功率开关电路(3)接通，本混合继电器接通，机电式继电器(4)线圈 加电，其机械触点接通；当达到时序控制电路(2)所设定的延时后，固 体功率开关电路(3)断开；当机电式继电器(4)的输入端电压达到电源 电压时，机电式继电器(4)线圈断电，其机械触点保持接通，本混合继 电器保持接通；当输入端fe制信号断开时，时序控制电路(2)执行延时程序，固体 功率开关电路(3)接通，机电式继电器(4)的线圈通过低功耗电路(1) 加电，其机械触点断开；当达到时序控制电路(2)所设定的延时时间时， 固体功率开关电路(3)断幵，机电式继电器(4)线圈断电，其机械触点 保持断开，即本混合继电器保持断开。
全文摘要
本发明公开一种低功耗混合继电器及其运行方法，该低功耗混合继电器包括有功率开关电路、机电式继电器、低功耗控制电路和时序控制电路。时序控制电路控制端与低功耗控制电路并联，低功耗控制电路输出端与机电式继电器的输入端相连，时序控制电路的输出端与功率开关电路的输入端相连。功率开关电路和机电式继电器的输出端并联为本混合继电器的输出端。低功耗控制电路和时序控制电路以及机电式继电器共同设置在印制电路板上，与底座上的功率组件通过电路相连接，外壳罩在印制电路板与功率组件上，紧固件连接底座与外壳。本低功耗混合继电器长期工作状态只需微小的输入维持电流即可保证继电器可靠工作。
文档编号H03K17/28GK101465636SQ20071005092
公开日2009年6月24日 申请日期2007年12月18日 优先权日2007年12月18日
发明者任海峰 申请人:桂林航天电子有限公司