CN109686617B - 继电器线圈的控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种继电器线圈的控制装置和方法。所述控制装置包括：吸合确认电路、电压反馈电路以及控制单元；所述吸合确认电路用于检测继电器主回路的触点间电压，并输出继电器是否吸合的确认信号；电压反馈电路用于根据该确认信号向所述控制单元提供反馈信号；以及控制单元，用于根据该反馈信号控制所述继电器线圈两端的电压，使得在所述继电器未吸合时将继电器线圈两端的电压设置为第一电压，并在继电器吸合时将继电器线圈两端的电压设置为低于第一电压的第二电压。本发明中的控制装置可使得继电器能够更加可靠的运行并延长其使用寿命，并同时降低了密闭电器盒内热聚集效应，提高电器盒内其他电子元器件使用寿命。

Description

继电器线圈的控制装置及方法

本申请为：申请日为2017年8月28日，申请号为CN201710748539.9，发明名称为“继电器线圈的控制装置及方法”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及电子电路器件领域，具体涉及一种继电器线圈的控制装置及方法。

背景技术

继电器作为一种基本电气动作元器件，已广泛使用在电力行业。其能够通过触点的状态，控制断路器的开通与闭合，达到保护线路及用电负载的安全。因此，继电器准确、可靠地动作尤为重要。实际使用的继电器往往由于其内部线圈的发热导致寿命缩短，影响其动作的可靠性。故减小继电器发热可以使得整个***可靠运行与保护。因此有必要提供一种能够控制继电器的线圈发热以使得继电器可靠运行的方案。

发明内容

有鉴于此,本发明提供一种继电器线圈的控制装置及方法。能够防止继电器线圈发热过大，影响其寿命及动作的可靠性。并且，进一步地，能够防止热剧集造成密闭电器盒内其他元件的使用寿命及安全的损害。

根据本发明的第一方面，提供一种继电器线圈的控制装置，包括：

吸合确认电路、电压反馈电路以及控制单元，所述吸合确认电路与继电器线圈相连，所述电压反馈电路与所述吸合确认电路和所述控制单元相连，所述控制单元与所述继电器线圈相连；

所述吸合确认电路用于检测继电器主回路的触点间电压，并输出继电器是否吸合的确认信号；

电压反馈电路用于根据该确认信号向所述控制单元提供反馈信号；以及

控制单元，用于根据该反馈信号控制所述继电器线圈两端的电压，使得在所述继电器未吸合时将继电器线圈两端的电压设置为第一电压，并在继电器吸合时将继电器线圈两端的电压设置为低于第一电压的第二电压。

优选地，所述第一电压为继电器额定电压的70％以上，优选为80％以上，所述第二电压为继电器额定电压的40％-60％，优选为50％。

优选地，所述第一电压为继电器额定电压的80％以上。

优选地，设与衔铁接触的所述触点间的电压为触点间电压；

所述吸合确认电路检测所述触点间电压，根据该触点间电压是否等于主回路的额定电压来判断继电器是否吸合。

优选地，若所述触点间电压与所述主回路的额定电压一致，则所述吸合确认电路判断继电器未吸合；若所述触点间电压与所述主回路的额定电压不一致，则所述吸合确认电路判断继电器吸合。

优选地，若判断继电器未吸合，则所述吸合确认电路输出作为所述确认信号的低电平；以及若判断继电器吸合，则所述吸合确认电路输出作为所述确认信号的高电平。

优选地，所述电压反馈电路包括：

三极管，其基极连接吸合确认电路的输出端，用于接收所述确认信号；

第一电阻，该第一电阻的一端连接继电器线圈的正电压输入端以及所述三极管的集电极；

第二电阻，该第二电阻的一端连接所述第一电阻的另一端，该第二电阻的另一端连接所述继电器线圈的负电压输入端；以及

第三电阻，该第三电阻的一端连接所述三极管的发射极；

其中，所述第一电阻的所述另一端、所述第二电阻的所述一端以及所述第三电阻的另一端连接到所述控制单元的反馈信号接收端。

优选地，若判断继电器未吸合，则所述吸合确认信号输出作为所述确认信号的低电平；

所述三极管的基极接收到该低电平的所述确认信号，所述三极管不导通，则根据下式设定第一、第二电阻的阻值，从而控制单元将线圈两端的电压设定到第一电压，以使得继电器吸合；

Vout/(R1+R2)＝Vsense/R2；

其中，Vout为继电器线圈正电压输入端电压，R1、R2分别为第一电阻和第二电阻的阻值，以及Vsense为控制单元反馈信号接收端的设置电压。

优选地，若判断继电器吸合，则吸合确认电路输出作为所述确认信号的高电平；

则根据下式设定第三电阻的阻值，从而控制单元将线圈两端的电压设定到第二电压，以使得继电器维持吸合状态；

Vout/((R1//R3)+R2)＝Vsense/R2

其中，R3为第三电阻的阻值。

优选地，所述控制单元为PWM开关电源。

根据本发明的第二方面，提供一种继电器线圈的控制方法，包括：

吸合确认步骤，检测继电器主回路的触点间电压，并输出继电器是否吸合的确认信号；

电压反馈步骤，根据该确认信号生成反馈信号；以及

电压控制步骤，根据该反馈信号调节继电器线圈两端的电压，使得在所述继电器未吸合时将继电器线圈两端的电压设置为第一电压，并在继电器吸合时将继电器线圈两端的电压设置为低于第一电压的第二电压。

优选地，所述第一电压为继电器额定电压的70％以上，优选为80％以上，所述第二电压为继电器额定电压的40％-60％，优选为50％。

根据本发明的上述方案，通过使继电器以较高电压(例如，额定电压的80％以上)吸合后，再降低线圈电压(额定电压的50％)保持吸合状态，实现直流低压控制继电器的损耗大幅下降，从而达到减小发热的目的,从而使得继电器能够更加可靠的运行并延长其使用寿命。并同时降低了密闭电器盒内热聚集效应，提高电器盒内其他电子元器件使用寿命。

以下结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案做进一步详细的描述，本发明的有益效果将进一步明确。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1示出了根据本发明一优选实施例的继电器线圈的控制装置的框图。

图2示出了根据本发明一优选实施例的继电器线圈的控制装置具体电路构成。

图3示出了根据本发明一优选实施例的继电器线圈的控制方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

首先结合图1、图2说明本发明的继电器线圈的控制装置。图1示出了根据本发明一优选实施例的继电器线圈的控制装置的框图。所述继电器包括线圈、触点以及衔铁，所述触点与衔铁在线圈通电时闭合，未通电时断开。如图1所示，所述继电器线圈的控制装置用于控制继电器RL的线圈的两端的电压，该继电器线圈的控制装置包括吸合确认电路1、电压反馈电路2以及控制单元3。所述吸合确认电路1用于检测继电器主回路的触点间电压，并输出继电器是否吸合的确认信号；电压反馈电路2根据该确认信号向控制单元提供反馈信号；以及控制单元3，根据该反馈信号控制所述继电器线圈两端的电压，使得在所述继电器未吸合时将继电器线圈两端的电压设置为第一电压，并在继电器吸合时将继电器线圈两端的电压设置为低于第一电压的第二电压。其中，第一电压为继电器额定电压的70％以上，优选的，在80％以上，第二电压为继电器额定电压的大约50％。具体地，设与衔铁接触的触点间，即A、B之间的电压为触点间电压U_AB，所述吸合确认电路1检测所述触点间电压U_AB，判断该触点间电压U_AB是否等于主回路(电网)的额定电压，若所述触点间电压与所述主回路的额定电压一致，则继电器未吸合；反之，若所述触点间电压与所述主回路的额定电压不一致，则继电器吸合。

根据本发明的上述方案，通过使继电器以较高电压(例如，额定电压的80％以上)吸合后，再降低线圈电压(额定电压的50％)保持吸合状态，实现直流低压控制继电器的损耗大幅下降，从而达到减小发热的目的,从而使得继电器能够更加可靠的运行并延长其使用寿命。并同时降低了密闭电器盒内热聚集效应，提高电器盒内其他电子元器件使用寿命。

图2示出了根据本发明一优选实施例的继电器线圈的控制装置具体电路构成。如图2所示，区别于传统继电器线圈直接接入规格书规定的额定电压的控制方法，本发明中的继电器线圈两端的电压是可以调节的，以下将进行具体描述。

如图2所示，吸合确认电路1利用，例如集成运放单元的电压采集模块采集A、B两点间的电压，即所述触点间电压U_AB，通过设置所述运放单元的输入参数、反馈参数等，使得在例如继电器吸合时输出高电平，未吸合时输出低电平，从而输出判断继电器是否吸合的确认信号。具体地，判断所述触点间电压U_AB是否与设定的主回路的额定电压一致。若所述触点间电压与所述主回路的额定电压一致，则输出继电器未吸合的确认信号，例如为低电平；反之，若所述触点间电压与所述主回路的额定电压不一致，则输出继电器吸合的确认信号，例如为高电平。

所述电压反馈电路2，如图2所示，优选包括：三极管Q1，基极连接吸合确认电路的输出端，用于接收所述确认信号；第一电阻R1，一端连接继电器线圈的正电压输入端以及所述三极管Q1的集电极；第二电阻R2，一端连接所述第一电阻R1的另一端，第二电阻R2的另一端连接所述继电器线圈的负电压输入端(接地)；以及第三电阻R3，一端连接三极管Q1的发射极。第一电阻R1的所述另一端、第二电阻R2的所述一端以及第三电阻R3的另一端连接到控制单元3的反馈信号接收端Vsense。

所述控制单元3具体的例如为PWM降压开关电源芯片，其能够所接收的反馈信号，当判断到继电器没有吸合时，按照继电器吸合条件，将继电器线圈的正电压输入端电压Vout电压设定为继电器额定电压的80％以上，本发明的方案中，优选的即为20V，以保证继电器可以可靠吸合。以下对利用控制单元3、电压反馈电路2以及吸合确认电路1实现继电器线圈两端的电压的控制的具体实现过程进行描述。

首先，吸合确认电路1在判断U_AB与主回路额定电压一致时，判断继电器未吸合，则输出作为所述确认信号的低电平。此时三极管Q1的基极接收到低电平的所述确认信号，三极管Q1不导通，从而存在如下关系：

Vout/(R1+R2)＝Vsense/R2

PWM开关电源芯片本身设计Vsense的电压为0.8V左右，此时设定R2的阻值为某一固定值，设定Vout为20V，则可以计算出R1阻值，按照计算出来的电阻阻值匹配电路，则PWM开关电源芯片会自动调节输出电压Vout以维持Vsense电压为0.8V左右，同时确保了以上关系式成立，Vout就会维持在20V左右。

另一方面，若吸合确认电路1判断U_AB与主回路额定电压不一致，则判断继电器吸合，从而输出作为所述确认信号的高电平。按照继电器吸合后保持电压的条件，将Vout电压设定为继电器额定电压的50％左右，本发明的优选实施例中即为12V，以降低继电器线圈的损耗。具体地，三极管Q1的基极接收到的确认信号为高电平，三极管Q1导通，从而存在以下关系式：

Vout/((R1//R3)+R2)＝Vsense/R2

如上所述，PWM开关电源芯片本身设计Vsense的电压为0.8V左右，此时R1、R2的阻值为上一环节匹配好的阻值，则设定Vout为12V，就可以计算出R3的阻值，按照计算出来的电阻阻值匹配电路，则PWM开关电源芯片会自动调节输出电压Vout以维持Vsense电压为0.8V左右，同时确保了以上关系式成立，Vout就会维持在12V左右。本发明的发明人通过测试继电器吸合瞬间及吸合后保持时控制线圈所流过的电流，以及与继电器厂家交流确认，继电器吸合瞬间需要较高电压，一般为不低于额定线圈电压的70％，但是吸合后线圈保持电压可以低至额定电压的50％，故在检测到继电器已经吸合后，可以调低线圈两端的电压，使继电器保持在吸合状态的同时大幅降低继电器线圈的损耗。以下结合图3描述根据本发明的继电器线圈的控制方法。

图3示出了根据本发明一优选实施例的继电器线圈的控制方法的流程图。如图3所示，所述继电器线圈的控制方法包括：吸合确认步骤S1电压反馈步骤S2以及电压控制步骤S3。所述吸合确认步骤S1，检测继电器主回路的触点间电压，并输出继电器是否吸合的确认信号；电压反馈步骤S2，根据该确认信号生成反馈信号；以及电压控制步骤S3，根据该反馈信号调节继电器线圈两端的电压，使得在所述继电器未吸合时将继电器线圈两端的电压设置为第一电压，并在继电器吸合时将继电器线圈两端的电压设置为低于第一电压的第二电压。其中，第一电压为继电器额定电压的70％以上，优选的，在80％以上，第二电压为继电器额定电压的大约50％。具体地，设与衔铁接触的触点间，即A、B之间的电压为触点间电压U_AB，所述吸合确认步骤S1中检测所述触点间电压U_AB，判断该触点间电压U_AB是否等于主回路(电网)的额定电压，若所述触点间电压与所述主回路的额定电压一致，则继电器未吸合；反之，若所述触点间电压与所述主回路的额定电压不一致，则继电器吸合。以线圈额定电压为24VDC的继电器为例，结合图2对所述控制方法的实现进行详细描述。

根据上文的描述可知，当确认信号为高电平时，三极管Q1导通，电阻R3接入回路，当所述确认信号为低电平时，三极管Q1不导通，电阻R3不接入回路。则控制单元3的Vsense端接收到的反馈信号根据上述两种不同情况而不同。从而可以根据电阻R1、R2、R3的电路计算可以判断继电器是否吸合。具体地，继电器吸合时，三极管Q1导通，电阻R3接入回路，相比电阻R3未接入回路时，R1和R3并联后电阻小于R1，根据分压原理，Vsense接收到反馈信号电压升高，则PWM输出的占空比减小导致输出电压Vout降低，从而能够实现继电器线圈电压的控制。以下进行具体描述。

在图2所示的电路中，在正、负电压输入端输入直流低压24VDC，首先吸合确认电路1判断继电器的吸合状态，当判断到继电器没有吸合时，所述确认信号为低电平，三极管Q1不导通，R3没有接入电路，不参与输出电压的设定，如上工作原理所述，

此时，电压反馈电路将可调电压Vout设定为继电器额定电压的80％以上，本实施例中即为20V，PWM降压开关电源收到反馈信号后，调节输出电压，使输出电压稳定在20V，大于额定电压24VDC的70％既16.8VDC，则继电器可以可靠吸合。

另一方面，当吸合确认电路1判断到继电器已经吸合，此时确认信号为高电平，三极管Q1导通，R3接入电路，如上工作原理所述，此时，线圈电压反馈控制电路将可调电压Vout设定为继电器额定电压的50％左右，本案例中即为12V，PWM降压开关电源收到反馈信号后，调节输出电压，使输出电压稳定在12V，使继电器保持吸合状态。

以上对本发明的继电器线圈的控制装置和方法进行了描述。根据本发明的所述方案，通过使继电器以较高电压(例如，额定电压的80％以上)吸合后，再降低线圈电压(额定电压的50％)保持吸合状态。

由于继电器线圈直流电阻在一定温度范围内不会发生大的变化，依据线圈直流电阻的发热原理，线圈损耗P＝U2/R，降低线圈两端电压，会大幅降低线圈的损耗，对比如下：

额定电压：P1＝U²/R；

50％额定电压：P2＝(0.5U)²/R＝0.25U²/R

可见，按照本发明的方案可以将继电器线圈损耗降低至额定电压下线圈损耗的1/4，节能环保效果明显，并且可以有效降低继电器表面温升，使其工作温度处于较低的水平，从而有效提高继电器的可靠性及使用寿命。同时，也避免了密闭电器盒高温环境下，在多个继电器同时使用时造成的热聚集，即，降低了电器盒内部的温度，使其他电子元器件使用寿命也大幅提高。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种继电器线圈的控制装置，其特征在于，包括：

吸合确认电路、电压反馈电路以及控制单元，所述吸合确认电路与继电器线圈相连，所述电压反馈电路与所述吸合确认电路和所述控制单元相连，所述控制单元与所述继电器线圈相连；

所述吸合确认电路用于检测继电器主回路的触点间电压，并输出继电器是否吸合的确认信号,设与衔铁接触的所述触点间的电压为触点间电压；所述吸合确认电路检测所述触点间电压，根据该触点间电压是否等于主回路的额定电压来判断继电器是否吸合，所述吸合确认电路利用集成运放单元的电压采集模块采集触点间电压，通过设置运放单元的输入参数、反馈参数，使得在继电器吸合时输出高电平，未吸合时输出低电平；

所述电压反馈电路用于根据该确认信号向所述控制单元提供反馈信号；以及，

所述控制单元用于根据该反馈信号控制所述继电器线圈两端的电压，使得在所述继电器未吸合时将继电器线圈两端的电压设置为第一电压，并在继电器吸合时将继电器线圈两端的电压设置为低于第一电压的第二电压。

2.如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，

所述第一电压为继电器额定电压的70％以上，所述第二电压为继电器额定电压的40％-60％。

3.如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，

若所述触点间电压与所述主回路的额定电压一致，则所述吸合确认电路判断继电器未吸合；若所述触点间电压与所述主回路的额定电压不一致，则所述吸合确认电路判断继电器吸合。

4.如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，

若判断继电器未吸合，则所述吸合确认电路输出作为所述确认信号的低电平；

若判断继电器吸合，则所述吸合确认电路输出作为所述确认信号的高电平。

5.如权利要求4所述的控制装置，其特征在于，

所述电压反馈电路包括：

三极管，其基极连接吸合确认电路的输出端，用于接收所述确认信号；

第一电阻，该第一电阻的一端连接继电器线圈的正电压输入端以及所述三极管的集电极；

第二电阻，该第二电阻的一端连接所述第一电阻的另一端，该第二电阻的另一端连接所述继电器线圈的负电压输入端；以及

第三电阻，该第三电阻的一端连接所述三极管的发射极；

其中，所述第一电阻的所述另一端、所述第二电阻的所述一端以及所述第三电阻的另一端连接到所述控制单元的反馈信号接收端。

6.如权利要求5所述的控制装置，其特征在于，

若判断继电器未吸合，则所述吸合确认信号输出作为所述确认信号的低电平；

所述三极管的基极接收到该低电平的所述确认信号，所述三极管不导通，则根据下式设定第一、第二电阻的阻值，从而控制单元将线圈两端的电压设定到第一电压，以使得继电器吸合；

Vout/(R1+R2)＝Vsense/R2；

其中，Vout为继电器线圈正电压输入端电压，R1、R2分别为第一电阻和第二电阻的阻值，以及Vsense为控制单元反馈信号接收端的设置电压。

7.如权利要求6所述的控制装置，其特征在于，

若判断继电器吸合，则吸合确认电路输出作为所述确认信号的高电平；

则根据下式设定第三电阻的阻值，从而控制单元将线圈两端的电压设定到第二电压，以使得继电器维持吸合状态；

Vout/((R1//R3)+R2)＝Vsense/R2

其中，R3为第三电阻的阻值。

8.如权利要求1-4之一所述的控制装置，其特征在于，

所述控制单元为PWM开关电源。

9.一种利用如权利要求1-8之一所述的控制装置实现的控制方法，其特征在于，包括：

吸合确认步骤，检测继电器主回路的触点间电压，并输出继电器是否吸合的确认信号；

电压反馈步骤，根据该确认信号生成反馈信号；以及

电压控制步骤，根据该反馈信号调节继电器线圈两端的电压，使得在所述继电器未吸合时将继电器线圈两端的电压设置为第一电压，并在继电器吸合时将继电器线圈两端的电压设置为低于第一电压的第二电压。

10.如权利要求9所述的控制方法，其特征在于，

所述第一电压为继电器额定电压的70％以上，所述第二电压为继电器额定电压的40％-60％。

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