一种供电电路及开关装置的制作方法

[0001]
本发明实施例涉及电子电路技术领域，特别是涉及一种供电电路及开关装置。


背景技术：

[0002]
切换开关，例如继电器、接触器等，都是包括线圈的，该种包括线圈的切换开关是一种利用线圈流过电流产生磁场，驱动弹片吸合以带动触头闭合，从而达到控制负载的目的的电器。
[0003]
在实际应用时，需要辅助电源为线圈供电，而辅助电源则需满足触头闭合瞬间所需的最大功率以实现触头可靠闭合，触头闭合后，辅助电源持续为线圈供电以维持触头的闭合状态。
[0004]
然而，发明人在实施本发明的过程中，发现现有技术至少存在以下技术问题：现有辅助电源一般是单个电源，即使用单电源单独为线圈供电，而切换开关实际上只是在触头闭合瞬间需要较大能量，待触头闭合后仅需要较小的能量便可维持触头的闭合状态，采用单电源供电方案在满足触头闭合瞬间所需的最大功率的基础上，在触头闭合后也将持续向线圈施加最大功率，此时，切换开关的耗散功率是比较大的，同时内部温升较高，长此以往，将对切换开关的寿命产生不利影响，由于切换开关消耗的能量较大，特别是在使用切换开关组的高效率储能电源的应用中，不可忽视的功率消耗将大大降低整机的效率。


技术实现要素：

[0005]
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种供电电路及开关装置，能够解决相关技术在使用切换开关时，由于对切换开关的线圈不合理的供电方式，造成切换开关耗散功率大、温升高或者使用寿命短的技术问题。
[0006]
本发明实施例为解决上述技术问题提供了如下技术方案：
[0007]
在第一方面，本发明实施例提供一种供电电路，应用于切换开关，所述切换开关包括线圈，所述供电电路包括：第一电源；第一开关电路，包括控制端、第一端及第二端，所述第一开关电路的第一端与所述第一电源连接，所述第一开关电路的第二端用于与所述切换开关的线圈第一端连接；第二电源，所述第二电源与所述第一开关电路的第二端连接；防倒灌电路，其第一端与所述第二电源连接，其第二端与所述第一开关电路的第二端连接；第二开关电路，包括控制端、第一端及第二端，所述第二开关电路的第一端用于与所述切换开关的线圈第二端连接，所述第二开关电路的第二端接地；控制电路，分别与所述第一开关电路的控制端、所述第一电源及所述第二开关电路的控制端连接，所述控制电路包括接收端，所述控制电路的接收端用于接收控制信号，所述控制电路用于在所述控制信号为第一电平信号时，控制所述第一开关电路闭合，在所述控制信号为第二电平信号时，控制所述第二开关电路闭合，以使所述第一电源为所述切换开关的线圈供电，并且延时预设时间后控制所述第一开关电路断开，以使所述第二电源为所述切换开关的线圈供电。
[0008]
可选的，所述控制电路包括延时电路，所述延时电路分别与所述第一电源、所述第
一开关电路的控制端及所述接收端连接，所述延时电路用于在所述控制信号为所述第二电平信号时，延时所述预设时长后控制所述第一开关电路断开。
[0009]
可选的，所述延时电路包括第一电阻、第一稳压二极管及延时电容；所述第一电阻一端与所述第一电源连接，所述第一电阻另一端、所述第一稳压二极管的阴极及所述延时电容一端共同与所述第一开关电路的控制端连接，所述第一稳压二极管的阳极与所述接收端连接。
[0010]
可选的，所述控制电路还包括分压电路，所述分压电路的第一端与所述第一稳压二极管的阳极连接，所述分压电路的第二端与所述接收端连接。
[0011]
可选的，还包括限流电路，所述限流电路的第一端与所述第一电源连接，所述限流电路的第二端与所述第一开关电路的第一端连接。
[0012]
可选的，还包括储能电路，所述储能电路的一端分别与所述第一开关电路的第二端及所述防倒灌电路的第二端连接，所述储能电路的另一端接地。
[0013]
可选的，所述第二开关电路包括三极管、第三电阻、第四电阻及第二稳压二极管；所述三极管的集电极与所述切换开关的线圈第二端连接，所述三极管的发射极及所述第二电阻一端共同接地，所述三极管的基极与所述第二电阻另一端及所述第三电阻一端共同连接，所述第三电阻另一端与所述第二稳压二极管的阳极连接，所述第二稳压二极管的阴极连接所述控制电路的接收端。
[0014]
可选的，所述防倒灌电路为二极管，所述二极管的阳极为所述防倒灌电路的第一端，所述二极管的阴极为所述防倒灌电路的第二端。
[0015]
可选的，所述第一开关电路为pmos管，所述pmos管的栅极为所述第一开关电路的控制端，所述pmos管的源极为所述第一开关电路的第一端，所述pmos管的漏极为所述第一开关电路的第二端。
[0016]
在第二方面，本发明实施例提供一种开关装置，包括：切换开关；以及如上所述的供电电路，所述供电电路用于为所述切换开关的线圈供电。
[0017]
本发明实施例的有益效果是：区别于现有技术，本发明实施例提供一种供电电路及开关装置。供电电路应用于切换开关，切换开关包括线圈，供电电路包括第一电源、第一开关电路、第二电源、第二开关电路、防倒灌电路及控制电路，第一电源通过第一开关电路与切换开关的线圈连接，第二电源通过防倒灌电路与切换开关的线圈连接，控制电路根据输入控制信号控制第一开关电路及第二开关电路的开关状态，当控制信号为第一电平信号时，控制第一开关电路闭合，在控制信号为第二电平信号时，控制第二开关电路闭合，以使第一电源为切换开关的线圈供电，并且延时预设时间后控制第一开关电路断开，以使第二电源为切换开关的线圈供电。因此，其能够在保证切换开关可靠闭合的基础上有效降低系统功耗。
附图说明
[0018]
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片仅作为示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
[0019]
图1是本发明实施例提供一种开关装置的结构框图；
[0020]
图2是图1中一种供电电路的结构示意图；
[0021]
图3是本发明另一实施例提供一种供电电路的结构示意图；
[0022]
图4是图3中提供一种供电电路的电路结构示意图；
[0023]
图5是本发明又一实施例提供一种供电电路的结构示意图；
[0024]
图6是图5中提供一种供电电路的电路结构示意图。
具体实施方式
[0025]
为了便于理解本申请，下面结合附图和具体实施方式，对本申请进行更详细的说明。需要说明的是，当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0026]
除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0027]
请参阅图1，图1是本发明实施例提供一种开关装置的结构框图。如图1所示，开关电路100包括供电电路10及切换开关20，供电电路10与切换开关20的线圈连接，当供电电路10为切换开关20的线圈供电时，线圈得电以使切换开关20闭合，当供电电路10未为切换开关20的线圈供电时，线圈失电以使切换开关20断开。在本实施例中，切换开关20可以是继电器，也可以是接触器，当然，还可以是其它带有线圈并起到切换开关作用的任意电子器件。例如，当切换开关20为继电器时，开关电路100一般应用于自动化的控制电路中，切换开关20用于连接在有信号流通的线路上，供电电路10用于根据输入控制信号来决定是否为切换开关20的线圈通电，进而决定切换开关20是断开还是闭合，从而在电路中起到自动调节、安全保护、电路转换等作用。接触器与继电器的工作原理类似，只是具体的应用场合稍有区别，无论继电器还是接触器，在需要触头闭合一段时间时，供电电路都应为继电器线圈或接触器线圈提供足够大的功率以满足触头闭合瞬间所需的能量，当触头可靠闭合后，供电电路需要继续为继电器线圈或接触器线圈提供一定的功率以维持触头的闭合状态。
[0028]
一般而言，触头闭合瞬间是需要较大的能量的，从而供电电路提供的功率也较大，而维持触头闭合状态仅需要较小的能量即可实现，从而供电电路仅需提供较小功率即可。如果在触头闭合瞬间以及维持触头闭合状态都提供较大功率，虽然其可保证触头可靠闭合并维持触头闭合状态，然而对于继电器或接触器而言，耗散功率是比较大的，这会造成以下不利影响：一方面，过大的耗散功率会极大降低整机的效率，另一方面，过大的耗散功率引起的较大温升则不利于继电器或接触器的正常稳定工作，严重时，继电器或接触器存在损坏的风险，尤其是在同时使用多个继电器或接触器的系统，例如储能电源中，上述两个方面的问题会更加突出。
[0029]
于是，在需要切换开关20闭合一段时间时，本实施例通过供电电路10在切换开关20闭合瞬间为切换开关20的线圈提供较大功率，在此之后，为切换开关20的线圈提供较小功率以维持切换开关20的闭合状态，因此，此种方式在保证切换开关20能够可靠闭合的基础上，可大幅降低切换开关20的耗散功率，有利于提高整机效率，以及延长切换开关20的使
用寿命。
[0030]
请参阅图2，供电电路10应用于切换开关20，切换开关20诸如包括有线圈21的继电器、接触器等等。供电电路10包括第一电源11、第二电源12、第一开关电路13、第二开关电路14、防倒灌电路15及控制电路16。
[0031]
第一开关电路13包括控制端13a、第一端13b及第二端13c，第一开关电路13的控制端13a与控制电路16连接，第一开关电路13的第一端13b与第一电源11连接，第一开关电路13的第二端13c用于分别与切换开关20的线圈21第一端21a及防倒灌电路15的一端连接，防倒灌电路15的另一端与第二电源12连接，第二开关电路14包括控制端14a、第一端14b及第三端14c，第二开关电路14的控制端14a与控制电路10连接，第二开关电路14的第一端14b与切换开关20的线圈21第二端21b连接，第二开关电路14的第二端14c接地，控制电路16包括接收端16a，控制电路16的接收端16a可接收外部的控制信号。
[0032]
在本实施例中，第一电源11的输出电压和输出功率均大于第二电源12的输出电压和输出功率，例如，第一电源的输出电压为12v，第二电源12的输出电压为6v，第一电源11及第二电源12的输出电压和输出功率可根据实际需求而定。
[0033]
当控制信号为第一电平信号(例如为低电平)时，控制电路16控制第一开关电路13闭合，在第一开关电路13闭合时，第一电源11的电压通过第一开关电路13施加在线圈21第一端21a，防倒灌电路15可防止电源11的电流倒灌至第二电源12；当控制信号为第二电平信号(例如为高电平)时，控制电路16控制第二开关电路14闭合，此时，第二开关电路14的第一端14b被拉至低电平，线圈21第一端21a与第二端21b存在压差，第一电源11的电流依次经由第一开关电路13、线圈21及第二开关电路14至地，并且，第一电源11的输出电压施加在线圈21两端，此时切换开关20得到闭合瞬间所需的足够能量，因此切换开关20能够可靠闭合，此后，控制电路16通过延迟预设时间(预设时间可根据实际需求而定)控制第一开关电路断开，于是，第一电源11停止为线圈21供电，转由第二电源12为线圈21供电，第二电源12的电流经由防倒灌电路15、线圈21及第二开关电路14至地，并且，第二电源的输出电压施加在线圈21的两端，此时切换开关20得到维持闭合状态所需的足够能量，因此切换开关20能够维持闭合状态。
[0034]
因此，通过此种方式，本实施例能够根据在需要切换开关20闭合时，可自动切换用于给切换开关20的线圈21供电的电源，在保证切换开关20能够可靠闭合的基础上，大大降低切换开关20的耗散功率，能够提供整机效率，并且可有效延长切换开关20的使用寿命，因而具有良好的应用和发展前景。
[0035]
在一些实施例中，如图3所示，控制电路16包括延时电路161，延时电路161分别与第一电源11、第一开关电路13的控制端13a及接收端16a连接，延时电路161用于在控制信号为第二电平信号时，延时预设时长后控制第一开关电路13断开。
[0036]
当控制信号为第二电平信号时，例如第二电平信号为高电平时，该高电平可驱动第一开关电路13关断，断开第一电源11为线圈21供电的通路，延时电路161能够使得第一电源11为线圈21供电切换至第二电源12为线圈21供电存在一段较短的延时时间，通过在该段延时时间内，继续由第一电源11为线圈21供电，保证线圈21得到切换开关20闭合瞬间所需的较大功率，以使切换开关20能够可靠闭合，经过该段延时时间后，由于切换开关20已经可靠闭合，此后只需要满足切换开关20维持闭合所需能量即可，于是，此时延时电路161切断
第一电源11为线圈21供电的通路，并且使得第二电源12为线圈21供电的通路导通，从而使得第二电源12为线圈21供电，以维持切换开关20的闭合状态。由于第二电源12施加在线圈21的功率相较于第一电源11而言是比较低的，因此，其能够降低切换开关20的耗散功率以及降低温升，从而提高系统的效率、稳定性以及提高切换开关20的使用寿命。
[0037]
具体的，如图4所示，延时电路161包括第一电阻r1、第一稳压二极管zd1及延时电容c1，第一电阻r1一端与第一电源11连接，第一电阻r1的另一端、第一稳压二极管zd1的阴极及延时电容c1的一端共同与第一开关电路13的控制端13a连接，第一稳压二极管zd1的阳极与接收端16a连接。
[0038]
为了更加清楚地说明本发明实施例，此处以第一开关电路13为pmos为例，如图4所示，第一开关电路13为pmos管q1，pmos管q1的栅极g为第一开关电路13的控制端13a，pmos管q1的源极s为第一开关电路13的第一端13b，pmos管q1的漏极d为第一开关电路13的第二端13c。
[0039]
切换开关20包括20a和20b两个接线端子，20a与20b分别与线路连接，20a与20b可通过切换开关20的触点连接，当20a与20b实现连接时，线路连通，当20a与20b断开连接时，线路断开。
[0040]
当来自接收端16a的控制信号为第一电平信号，例如第一电平信号为0v的低电平信号时，第一电源11和第二电源12逐步建立，通过第一电阻r1和第一稳压二极管zd1的分压作用，使得pmos管q1的栅极g电压小于源极s电压(第一电源11的电压v1)，pmos管q1的源栅电压vsg大于其阈值电压vth，从而pmos管q1导通，此时第一电源11给延时电容c1充电，同时由于第一稳压二极管zd1的作用，延时电容c1两端电压较低，也即pmos管q1的栅极g电压较低，因而pmos管q1保持闭合，并且，此时0v电压未能达到第二开关电路的闭合条件，从而第二开关电路14断开，线圈21没有电流流过，因此切换开关20处于断开状态。
[0041]
当来自接收端16a的控制信号为第二电平信号时，例如第二电平信号为5v的高电平信号，由于第一稳压二极管zd1的作用，第一电源12继续给延时电容c1充电，延时电容c1两端电压持续上升，在本实施例中，采用合适的第一稳压二极管zd1，使得第一稳压二极管zd1的齐纳击穿电压vz加上5v(第二电平信号的电压)略大于第一电源11的电压v1，使得延时电容c1在充电过程中，经过一段时间后，其两端电压(pmos管q1的栅极g电压)能够上升至大于第一电源11的电压v1(pmos管q1的源极s电压)，在此过程中，pmos管q1的源栅电压vsg小于其阈值电压vth时，从而pmos管q1关断，同时5v的高电平信号达到第二开关电路14的闭合条件，从而第二开关电路14闭合，线圈21有电流流过，因此切换开关20处于闭合状态。
[0042]
因此，通过延时电路16的作用，一方面，其能够保证当来自接收端16a的控制信号为第一电平信号时，第一开关电路13保持闭合，为第一电源11对线圈21供电作准备，另一方面，其能够当来自接收端16a的控制信号为第二电平信号时，延时一段时间(延时时间通过第一电阻r1和延时电容c1的参数决定)后使得第一开关电路13断开，而在这段延时时间内，由第一电源11为线圈21供电，保证了切换开关20闭合瞬间所需能量，实现可靠闭合，并且，经过这段延时时间后，第一开关电路13断开使得第一电源11停止为线圈21供电，转由第二电源12为线圈21供电以维持切换开关20的闭合状态。
[0043]
请一并参阅图5及图6，如图5所示，控制电路16还包括分压电路162，如图6所示，分压电路162为电阻r4，电阻r4的一端与第一稳压二极管zd1的阳极连接，电阻r4的另一端与
接收端16a连接。
[0044]
当接收到第一电平信号(例如为低电平)时，第一电阻r1、第一稳压二极管zd1及第二电阻r2共同起到分压作用，使得pmos管q1的栅极g电压维持在较低水平，确保pmos管q1工作在导通状态。
[0045]
如图6所示，第二开关电路14包括三极管q2、第三电阻r3、第四电阻r4及第二稳压二极管zd2，三极管q1的集电极c与线圈21的一端连接，三极管q1的发射极e及第三电阻r3一端共同接地，三极管q1的基极b与第三电阻r3另一端及第四电阻r4一端共同连接，第四电阻r4另一端与第二稳压二极管zd2的阳极连接，第二稳压二极管zd2的阴极连接控制电路16的接收端16a。
[0046]
在本实施例中，当接收端16a接收第一电平信号，例如第一电平为0v的低电平时，第二稳压二极管zd2未被击穿，三极管q2关断，当接收端16a接收第二电平信号，例如第二电平为5v的高电平时，第二稳压二极管zd2被击穿，三极管q2满足导通条件而导通，此时，当pmos管导通时，第一电源11的电流依次通过pmos管、线圈21及三极管q1至地，从而第一电源11为线圈21供电，当pmos管关断时，第二电源12的电流依次通过防倒灌电路15、线圈21及三极管q1至地，从而第二电源12为线圈21供电。
[0047]
在一些实施例中，防倒灌电路15为二极管d1，二极管d1的阳极为防倒灌电路15的第一端15a，二极管d1的阴极为防倒灌电路15的第二端15b，亦即二极管d1的阳极与第二电源12连接，二极管d2的阴极与线圈21连接。由于二极管d1的单向导通特性，当第一电源11为线圈21供电时，防止第一电源11的电流倒灌至第二电源12。
[0048]
在一些实施例中，供电电路10还包括储能电路17，储能电路17的一端分别与第一开关电路13的第二端13c及防倒灌电路15的第二端15b连接，储能电路17的另一端接地。储能电路17可使得切换开关20闭合瞬间实现平稳切换。
[0049]
其中，储能电路17为储能电容c4。
[0050]
供电电路10还包括限流电路18，限流电路18的第一端与第一电源11连接，限流电路18的第二端与第一开关电路13的第一端13b连接。
[0051]
其中，限流电路18为电阻r5。
[0052]
下面结合图6对本发明实施例提供的供电电路10进行详细说明。
[0053]
当处于上电初始阶段时，接收端16a接收0v的低电平信号，通过第一电阻r1、第一稳压二极管zd1及第二电阻r2的分压作用，使得pmos管导通，第一电源11的电流通过pmos管为储能电容c4充电，同时第二电源12的电流通过二极管d1为储能电容c4充电，直至二极管d1被反向偏置而停止，由于0v的低电平信号无法使三极管q1导通，因此第一电源11的电流无法流经线圈21，切换开关20处于闭合状态。
[0054]
当系统准备就绪时，接收端16a接收5v的高电平信号，5v的高电平信号使得三极管q1导通，线圈21开始有电流流过，由于此时第一电源11提供的能量足够大，使得切换开关20的触头获得闭合瞬间足够的能量而可靠闭合,此时由于储能电容c4储存有电压，同时又有电阻r5的限流作用，使得切换开关20在闭合瞬间不存在冲击电流，同时由于延时电容c1的存在，接收端16a接收5v的高电平信号时pmos管q1不会立即关断，而是会延时一段时间后才会关断，这是因为pmos管q1的栅极g电压还比较低，依然能够满足pmos管q1的导通条件，而第一电源11给延时电容c1持续充电会拉升pmos管q1的栅极g电压，充电到了一定时间后，
pmos管q1的栅极g电压不再满足pmos管q1的导通条件而关断，此时切换开关20也已经可靠闭合，此后，储能电容c3两端电压下降，当储能电容c4两端电压小于第二电源12的电压v2与二极管d1导通压降的差值时，二极管d1导通，第二电源12开始为储能电容c4充电并维持储能电容c4两端电压，满足切换开关20维持闭合状态时线圈21两端所需的电压，并且第二电源12的电流经过二极管d1后流经线圈21，线圈21得到维持闭合状态所需能量，从而切换开关20能够维持闭合状态。
[0055]
当接收端16a再次接收0v的低电平信号，切换开关20断开，系统再次回到上电初始状态。
[0056]
最后要说明的是，本发明可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例，这些实施例不作为对本发明内容的额外限制，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。并且在本发明的思路下，上述各技术特征继续相互组合，并存在如上所述的本发明不同方面的许多其它变化，均视为本发明说明书记载的范围；进一步地，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。