CN116667834B - 驱动电路、继电器驱动电路及晶闸管驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种驱动电路，接收外部下发的控制指令，包括第一开关管、第二开关管、比较器、与非门、振荡电路和供电电源，所述控制指令分别经第一开关管后输出至比较器的第一输入端，以及经第二开关管后输出至与非门的第一输入端；比较器的第二输入端电连接供电电源，振荡电路控制比较器的输出端的电压脉宽，比较器的输出端电连接与非门的第二输入端，与非门的输出端用于外接需要驱动的器件。控制指令分别输出至第一开关管和第二开关管，第一开关管的输出与供电电源经比较器的逻辑判断后，再与第二开关管的输出通过与非门的逻辑判断后输出可靠驱动器件开通的电压，并且通过振荡电路控制输出电压的脉宽，有效降低了所驱动的器件在开通后的损耗。

Description

驱动电路、继电器驱动电路及晶闸管驱动电路

技术领域

本发明涉及电子驱动技术领域，尤其涉及一种驱动电路、继电器驱动电路及晶闸管驱动电路。

背景技术

为确保继电器可靠开通吸合，线圈的励磁电压需达到要求的额定励磁电压以上，但继电器吸合后，线圈若一直维持在额定励磁电压，则损耗很大，发热严重，温升较高。为降低继电器线圈的损耗，当前的做法主要有以下三种：

（1）如图1所示，采用双电源供电的方案，开通吸合瞬间线圈的励磁电压采用额定的线圈励磁电压源，待吸合后，自动切换至一半的额定励磁电压源，进而降低线圈的励磁损耗。但是该方案需要两路供电电源，不仅增加了成本，还增加电源的损耗。

（2）如图2所示，采用倍压驱动的方案，线圈的供电电源的电压只有一半的额定励磁电压。利用硬件电路实现开通吸合瞬间达到倍压（即线圈额定励磁电压），再缓慢降至供电电源电压，待吸合后，线圈的励磁电压就是供电电源电压（即线圈额定励磁电压的一半），进而降低线圈的励磁损耗。该方案相对上述双电源供电的方案来说较为简单，但是不适用于频繁切换（C1无法及时泄放完能量），频繁切换下就无法实现倍压驱动也就无法确保可靠的重新开通。

（3）采用数字控制的方案，通过发出不同的脉宽波来调节线圈的等效励磁电压。开通吸合瞬间，发出占空比为100%的脉宽波，使线圈工作在额定励磁电压下，待吸合后，发出占空比为50%的脉宽波并维持，相当于线圈工作在一半的额定励磁电压下，进而降低线圈的励磁损耗。但是该方案控制逻辑复杂，对于很多外部下发指令的装置来说无法实现占空比的调节，也不适用于远程控制的场合。

发明内容

鉴于现有技术的上述不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种简单有效的驱动电路，既能够确保可靠地驱动器件开通，又能够有效降低所驱动的器件在开通后的驱动损耗。

本发明所要解决的另一个技术问题是：提供一种继电器驱动电路，既能够可靠地驱动继电器的开通，又能够有效降低开通后继电器线圈的损耗。

本发明所要解决的又一个技术问题是：提供一种晶闸管驱动电路，既能够可靠地驱动晶闸管的开通，又能够有效降低开通后晶闸管的驱动损耗。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种驱动电路，接收外部下发的控制指令，包括第一开关管、第二开关管、比较器、与非门、振荡电路和供电电源，所述控制指令分别经第一开关管后输出至比较器的第一输入端，以及经第二开关管后输出至与非门的第一输入端；比较器的第二输入端电连接供电电源，振荡电路控制比较器的输出端的电压脉宽，比较器的输出端电连接与非门的第二输入端，与非门的输出端用于外接需要驱动的器件。

本发明采用的另一个技术方案为：

一种继电器驱动电路，包括上述驱动电路，还包括：稳压管和第三开关管，所述与非门的输出经第三开关管后外接继电器。

本发明采用的另一个技术方案为：

一种晶闸管驱动电路，包括上述驱动电路，还包括：驱动芯片，所述与非门的输出经驱动芯片后外接晶闸管。

本发明的有益效果在于：外部下发的控制指令分别输出至第一开关管和第二开关管，第一开关管的输出与供电电源经比较器的逻辑判断后，再与第二开关管的输出通过与非门的逻辑判断后输出可靠驱动继电器或晶闸管等器件开通的电压，并且通过振荡电路控制输出电压的脉宽，有效降低了所驱动的器件在开通后的驱动损耗。

附图说明

图1所示为现有技术采用双电源供电的方案的电路示意图；

图2所示为现有技术采用采用倍压驱动的方案的电路示意图；

图3所示为本发明实施例驱动电路的电路示意图；

图4所示为本发明实施例继电器驱动电路的电路示意图；

图5所示为本发明实施例晶闸管驱动电路的电路示意图；

图6所示为本发明实施例一驱动电路的电路示意图；

图7所示为本发明实施例驱动电路的控制指令和与非门输出端的输出示意图。

实施方式

为了能更清楚地理解本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合具体实施方式并配合附图对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。

请参照图3所示，本发明提供一种驱动电路，接收外部下发的控制指令，包括第一开关管、第二开关管、比较器、与非门、振荡电路和供电电源，所述控制指令分别经第一开关管后输出至比较器的第一输入端，以及经第二开关管后输出至与非门的第一输入端；比较器的第二输入端电连接供电电源，振荡电路控制比较器的输出端的电压脉宽，比较器的输出端电连接与非门的第二输入端，与非门的输出端用于外接需要驱动的器件。

从上述描述可知，本发明的驱动电路，外部下发的控制指令分别输出至第一开关管和第二开关管，第一开关管的输出与供电电源经比较器的逻辑判断后，再与第二开关管的输出通过与非门的逻辑判断后输出可靠驱动器件开通的电压，并且通过振荡电路控制输出电压的脉宽，有效降低了所驱动的器件在开通后的损耗。

进一步的，所述第一开关管为PNP型三极管，第二开关管为NPN型三极管；所述驱动电路还包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第一电容、第二电容、第一二极管、第二二极管和第三二极管；第一电阻接于供电电源与比较器的第二输入端之间，第二电阻接于比较器的第二输入端与地之间，第三电阻接于比较器的第二输入端与输出端之间；第一二极管的负极与比较器的第一输入端电连接，第四电阻接于第一二极管的正极与比较器的输出端之间，第二二极管的正极与比较器的第一输入端电连接，第五电阻接于第二二极管的负极与比较器的输出端之间，第二电容接于比较器的第一输入端与地之间，第二电容、第一二极管、第四电阻、第二二极管和第五电阻构成所述振荡电路；并联的第七电阻和第三二极管接于控制指令与第一开关管的发射极之间，第三二极管D3的正极电连接第一开关管Q1的发射极，负极电连接控制指令，第六电阻接于第一开关管的基极与发射极之间，第一电容接于第一开关管的基极与地之间，第一开关管的集电极电连接比较器的第一输入端，第八电阻接于第一开关管的集电极与地之间。

从上述描述可知：通过比较器对供电电源经分压后的电压与控制指令经第一开关管的输出进行比较，比较后的输出再通过与非门与控制指令经第二开关管的输出进行逻辑判断，输出可驱动器件开通的脉宽电平。通过第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第一电容、第二电容、第一二极管、第二二极管和第三二极管调节与非门输出的脉宽大小和频率，形成供器件可靠开通的输出。

进一步的，所述供电电源还分别电连接比较器和与非门的供电端。

从上述描述可知，本发明采用一路电源供电，有效降低了电源损耗。

进一步的，所述控制指令与供电电源共地。

从上述描述可知，控制指令与供电电源共地，驱动电路的输入（即控制指令）和输出（即与非门的输出）可不需要隔离，简化了电路。

请参照图4，本发明提供一种继电器驱动电路，包括上述驱动电路，还包括第三开关管，所述与非门的输出经第三开关管后外接继电器。

从上述描述可知，本发明的继电器驱动电路，控制指令分别输出至第一开关管和第二开关管，第一开关管的输出与供电电源经比较器的逻辑判断后，再与第二开关管的输出通过与非门的逻辑判断后输出可靠驱动继电器开通的电压，并且通过振荡电路控制输出电压的脉宽，有效降低了继电器在开通后的损耗。

请参照图5，本发明提供一种晶闸管驱动电路，包括上述驱动电路，还包括：驱动芯片，所述与非门的输出经驱动芯片后外接晶闸管。

从上述描述可知，本发明的晶闸管驱动电路，控制指令分别输出至第一开关管和第二开关管，第一开关管的输出与供电电源经比较器的逻辑判断后，再与第二开关管的输出通过与非门的逻辑判断后输出可靠驱动晶闸管开通的电压，并且通过振荡电路控制输出电压的脉宽，有效降低了晶闸管在开通后的损耗。

请参照图6和7，本发明的实施例一为：

如图6所示，一种驱动电路，接收外部下发的控制指令，所述控制指令包含电平信号。图中控制指令为IN_IO。

所述驱动电路包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、比较器U1、与非门U2、供电电源、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第一电容C1、第二电容C2、第一二极管D1和第二二极管D2。所述第一开关管Q1为PNP型三极管，第二开关管Q2为NPN型三极管；所述供电电源的电压为12V。所述比较器U1同时也作为运算放大器。

控制指令IN_IO分别经第一开关管Q1后输出至比较器U1的第一输入端UB，以及经第二开关管Q2后输出至与非门U2的第一输入端UD；比较器U1的第二输入端UA电连接供电电源，比较器U1的输出端UC电连接与非门U2的第二输入端，与非门U2的输出端OUT_DRV用于外接需要驱动的器件。

具体的，控制指令IN_IO电连接第二开关管Q2的基极，第二开关管Q2的集电极电连接与非门U2的第一输入端UD，第二开关管Q2的发射极接地。

控制指令IN_IO通过第七电阻R7和第三二极管D3的并联支路后分别电连接第一开关管Q1的发射极和第六电阻R6，其中第三二极管D3的正极电连接第一开关管Q1的发射极，负极电连接控制指令。第一开关管Q1的集电极电连接比较器U1的第一输入端UB，第六电阻R6接于第一开关管Q1的基极与发射极之间，第一电容C1接于第一开关管Q1的基极与地之间，第八电阻R8接于第一开关管Q1的集电极与地之间。设置第一开关管Q1的电阻分压使得比较器U1的第一输入端UB的电压在第一开关管Q1导通瞬间大于比较器U1的第二输入端UA的最高电平。

第一电阻R1接于供电电源与比较器U1的第二输入端UA之间，第二电阻R2接于比较器U1的第二输入端UA与地之间，第三电阻R3接于比较器U1的第二输入端UA与输出端UC之间。

第一二极管D1的负极与比较器U1的第一输入端UB电连接，第四电阻R4接于第一二极管D1的正极与比较器U1的输出端UC之间，第二二极管D2的正极与比较器U1的第一输入端UB电连接，第五电阻R5接于第二二极管D2的负极与比较器U1的输出端UC之间，第二电容C2接于比较器U1的第一输入端UB与地之间，第二电容C2、第一二极管D1、第四电阻R4、第二二极管D2和第五电阻R5构成振荡电路，控制比较器U1输出的电压脉宽。

在具体实例中，第一开关管Q1的集电极与比较器U1的第一输入端UB之间还接由一二极管，所述二极管的正极电连接第一开关管Q1的集电极，负极电连接比较器U1的第一输入端UB。

供电电源还分别电连接比较器U1和与非门U2的供电端，为比较器U1和与非门U2供电。控制指令与供电电源共地。

上述实施例，通过比较器U1对供电电源经第一电阻R1和第二电阻R2分压后的电压与控制指令经第一开关管Q1的输出进行比较，比较后的输出再通过与非门与控制指令经第二开关管Q2的输出进行逻辑判断，最终输出用于驱动器件的电平。

具体原理如下：需要说明的是，下述关于UA、UB、UC、UD的比较，指的是电压的比较，关于R1、R2、R3、R4、R5、C1、C2的数学计算，指的是电阻值和电容值的数学计算。

1、当IN_IO的输出为低电平，UC为PWM输出，输出的是高低电平脉宽，UD输出持续高电平，此时OUT_DRV的输出为持续低电平。

2、当IN_IO为由低置高电平，第一开关管Q1瞬间导通，为确保UF（第一开关管Q1的集电极输出）>UA，需满足IN_IO*R8/(R7+R8)>UAmax，此时UB>UA，对应的UC输出低电平，UD也输出低电平，OUT_DRV输出高电平，高电平的持续时间可由第六电阻R6、第七电阻R7和第一电容C1共同来调节。

当IN_IO置高稳定后，第一开关管Q1截止，UB的电平分别按照R4*C2和R5*C2的时间常数进行充放电，并与UA进行比较：当UB>UA，UC输出低电平，当UB<UA，UC输出高电平，如此循环，因此UC输出高低电平相间的脉宽。而在此期间UD一直维持低电平不变，此时OUT_DRV输出为低高电平相间的脉宽电平。脉宽大小及频率则由以下参数确定：当UC为高电平，此时UA的输出电平UA1为12V（供电电源的电压）*(R1//R3+R2)*R2；当UC为低电平，此时UA的输出电平UA2为12V（供电电源的电压）*(R2//R3+R1)*(R2//R3)。UB按照振荡电路的时间常数进行充放电，充电时间由第二电容C2和第四电阻R4决定，放电时间由第二电容C2和第五电阻R5决定。当UB的充电电压大于UA1时，UC的输出翻转置为低电平，此刻UB由充电状态转为放电状态；当UB放电电压小于UA2时，UC的输出翻转置为高电平；此刻UB由放电状态转为充电状态；如此循环，UC端口则输出脉宽频率都可调PWM波。

3、当IN_IO为由高置低电平，UC输出为高低电平脉宽，UD输出持续高电平，此时OUT_DRV输出持续低电平。与此同时，第一电容C1的电容容量通过第三二极管D3和第六电阻R6快速泄放，确保重新下发控制指令前，第一电容C1的容量泄放完毕，支持频繁控制切换。

具体电平变化如图7所示，其中图7上半部分是控制指令的输出随时间变化的示意图，图7下半部分是与非门的输出随时间变化的示意图，Va指的是控制指令的输出电平，Vc指的是与非门的输出电平，t指的是时间。

请参照图4，本发明的实施例二为：

一种继电器驱动电路，包括上述实施例一的驱动电路，还包括：稳压管和第三开关管，所述与非门的输出经第三开关管后外接继电器，图4中圆框中标出的为继电器。

请参照图5，本发明提供一种晶闸管驱动电路，包括上述驱动电路，还包括：驱动芯片，所述与非门的输出经驱动芯片后外接晶闸管，图5中方框中标出的为晶闸管。

晶闸管虽然是电流型器件，但驱动的性质与继电器非常类似，开通瞬间需要足额的驱动电流（高电平）以其确保可靠开通，稳定后则仅需很小电流维持开通状态（脉宽）以减少晶闸管的驱动损耗。

综上所述，本发明的驱动电路、继电器驱动电路及晶闸管驱动电路，通过比较器对供电电源经分压后的电压与控制指令经第一开关管的输出进行比较，比较后的输出再通过与非门与控制指令经第二开关管的输出进行逻辑判断，输出可驱动器件开通的电平，并通过硬件电路调节脉宽大小和频率，最终形成能够可靠驱动器件开通的输出，有效减小器件的驱动损耗。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种驱动电路，接收外部下发的控制指令，其特征在于，包括第一开关管、第二开关管、比较器、与非门、振荡电路和供电电源，所述控制指令分别经第一开关管后输出至比较器的第一输入端，以及经第二开关管后输出至与非门的第一输入端；比较器的第二输入端电连接供电电源，比较器的输出端电连接与非门的第二输入端，与非门的输出端用于外接需要驱动的器件；

其中，所述第一开关管为PNP型三极管，第二开关管为NPN型三极管；所述驱动电路还包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第一电容、第二电容、第一二极管、第二二极管和第三二极管；第一电阻接于供电电源与比较器的第二输入端之间，第二电阻接于比较器的第二输入端与地之间，第三电阻接于比较器的第二输入端与输出端之间；第一二极管的负极与比较器的第一输入端电连接，第四电阻接于第一二极管的正极与比较器的输出端之间，第二二极管的正极与比较器的第一输入端电连接，第五电阻接于第二二极管的负极与比较器的输出端之间，第二电容接于比较器的第一输入端与地之间，第二电容、第一二极管、第四电阻、第二二极管和第五电阻构成所述振荡电路，当第一开关管处于导通后截止时，振荡电路、第一电阻、第二电阻和第三电阻共同控制比较器的电压脉宽；并联的第七电阻和第三二极管接于控制指令与第一开关管的发射极之间，第三二极管的正极电连接第一开关管的发射极，负极电连接控制指令，第六电阻接于第一开关管的基极与发射极之间，第一电容接于第一开关管的基极与地之间，第一开关管的集电极电连接比较器的第一输入端，第八电阻接于第一开关管的集电极与地之间。

2.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述供电电源还分别电连接比较器和与非门的供电端。

3.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述控制指令与供电电源共地。

4.一种继电器驱动电路，其特征在于，包括上述权利要求1-3任意一项所述的驱动电路，还包括第三开关管，所述与非门的输出经第三开关管后外接继电器。

5.一种晶闸管驱动电路，其特征在于，包括上述权利要求1-3任意一项所述的驱动电路，还包括：驱动芯片，所述与非门的输出经驱动芯片后外接晶闸管。