CN202475251U - 一种低能耗继电器驱动电源电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种低能耗继电器驱动电源电路，通过在继电器与电源之间增加DC/DC降压模块、半导体开关管和电压转换控制电路来改变继电器的线圈两端的电压，在继电器吸合初期，让线圈两端有较高的电压以保证继电器可靠吸合；当继电器吸合稳定后，可以通过控制电路让半导体开关管关断，让DC/DC降压模块的输出电压给线圈供电，降低线圈的保持电压，且线圈电压从高到低的切换过程是单调的。
Description
技术领域
本实用新型涉及电气设备控制领域，尤指一种低能耗继电器驱动电源电路。
背景技术
继电器是一种通过弱电信号来控制强电信号的控制开关，因此在工业控制领域中大量实用。由于继电器在簧片触点断开状态能可靠的断开电路，在簧片触点吸合时只有很小的接触电阻，所以在光伏发电领域大量用于逆变器与网侧和PV阵列侧的通断控制。
现有技术常采用如图1所示的继电器控制方案。其工作原理是：当控制电平为低时，开关管Q1截止，继电器初级线圈无电流流过，继电器簧片分离；当控制电平CON为高时，开关管Q1导通，继电器初级线圈流过电流，继电器簧片吸合，当CON保持高电平时，继电器线圈有维持电流，继电器簧片一直保持吸合状态。现有方案中，由于继电器的保持电压与吸合电压一样大，继电器初级线圈的能耗较大，发热严重，缩短继电器使用寿命。
实用新型内容
有鉴于此，有必要提供一种低能耗继电器驱动电源，用以解决现有驱动控制技术在继电器正常使用时，继电器发热严重、***效率低的问题。
本实用新型是这样实现的，一种低能耗继电器驱动电源电路，其包括继电器、对所述继电器供电的电源、控制所述继电器吸合或断开的继电器控制电路、导通电压提供电路、维持电压提供电路以及对所述导通电压提供电路与所述维持电压提供电路之间进行切换的切换电路，所述电源的正极连接于所述维持电压提供电路的一端，所述维持电压提供电路的另一端连接于所述继电器的一端，所述继电器的另一端连接于所述继电器控制电路的一端，所述继电器控制电路的另一端连接于所述电源的负极，所述导通电压提供电路的一端连接于所述电源的正极，所述导通电压提供电路的另一端连接于所述继电器并与所述维持电压提供电路形成节点，所述切换电路均与所述导通电压提供电路、所述维持电压提供电路以及所述继电器连接。
作为上述方案的进一步改进，所述维持电压提供电路包括DC/DC降压模块以及二极管，所述DC/DC降压模块的输入端与所述电源的正极连接，所述DC/DC降压模块的输出端与所述二极管的阳极连接，所述二极管的阴极连接于所述节点。
作为上述方案的进一步改进，所述导通电压提供电路包括开关管，所述开关管的控制端连接于所述切换电路，所述开关管的输入端连接于所述电源的正极，所述开关管的输出端连接于所述节点。
作为上述方案的进一步改进，所述切换电路包括电阻、N沟道MOS管、控制信号源以及电容，所述开关管为P沟道MOS管，其中，所述N沟道MOS管的栅极连接于所述信号源，所述N沟道MOS管的源极连接于所述电源的负极，所述N沟道MOS管的漏极连接于所述P沟道MOS管的栅极，所述P沟道MOS管的源极连接于所述电源的正极，所述P沟道MOS管的漏极连接于所述节点，所述P沟道MOS管的源极与栅极之间连接有所述电阻，所述电容的一端连接于所述节点，所述电容的另一端连接于所述电源的负极。
作为上述方案的进一步改进，所述切换电路包括第一电阻、第二电阻、N沟道MOS管、控制信号源以及电容，所述开关管为PNP三极管，其中，所述N沟道MOS管的栅极连接于所述信号源，所述N沟道MOS管的源极连接于所述电源的负极，所述N沟道MOS管的漏极经由所述第二电阻连接于所述PNP三极管的基极，所述PNP三极管的发射极连接于所述电源的正极，所述PNP三极管的集电极连接于所述节点，所述PNP三极管的发射极与集电极之间连接有所述第一电阻，所述电容的一端连接于所述节点，所述电容的另一端连接于所述电源的负极。
作为上述方案的进一步改进，所述切换电路包括驱动电路、控制信号源以及电容，所述开关管为N沟道MOS管，其中，所述驱动电路的一端连接于所述信号源，所述驱动电路的另一端连接于所述N沟道MOS管的栅极，所述N沟道MOS管的源极连接于所述电源的正极，所述N沟道MOS管的漏极连接于所述节点，所述电容的一端连接于所述节点，所述电容的另一端连接于所述电源的负极。
作为上述方案的进一步改进，所述切换电路包括驱动电路、控制信号源以及电容，所述开关管为NPN三极管，其中，所述驱动电路的一端连接于所述信号源，所述驱动电路的另一端连接于所述NPN三极的基极，所述NPN三极的集电极连接于所述电源的正极，所述NPN三极的发射极连接于所述节点，所述电容的一端连接于所述节点，所述电容的另一端连接于所述电源的负极。
作为上述方案的进一步改进，所述切换电路包括驱动电路、控制信号源以及电容，所述开关管为另一继电器，其中，所述驱动电路的一端连接于所述信号源，所述驱动电路的另一端连接于所述另一继电器的线圈，所述另一继电器的开关的一端连接于所述电源的正极，所述另一继电器的开关的另一端连接于所述节点，所述电容的一端连接于所述节点，所述电容的另一端连接于所述电源的负极。
本实用新型的优点在于：
1、采用了一个简单可靠的继电器驱动电源电路，解决了继电器吸合后保持功耗较大的问题，在保证继电器正常工作的前提下，降低了继电器线圈的保持电压，从而降低了线圈的能耗和发热量，极大提高了继电器供电电源的整体效率。
2、使用本专利后，整个继电器驱动电源节能效果可大幅提高，在提倡节约能源的今天，有极大的推广价值。
3、在光伏逆变器中，继电器使用数量大，其工作环境温度高、电磁环境恶劣，本专利特尤其适用于该场合。
附图说明
图1为现有技术原理电路示意图；
图2为本实用新型提供的开关管为PMOS管的低能耗继电器驱动电源电路示意图；
图3为本实用新型提供的开关管为PNP三极管的低能耗继电器驱动电源电路示意图；
图4为本实用新型提供的开关管为NMOS管的低能耗继电器驱动电源电路示意图；
图5为本实用新型提供的开关管为NPN三极管的低能耗继电器驱动电源电路示意图；
图6为本实用新型提供的开关管为继电器时的低能耗继电器驱动电源电路示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
本实用新型所提出的低能耗继电器驱动电源的核心：当继电器初级线圈有电流流过时产生磁场，把磁性材料吸合，另一头由于机械联动是簧片部分接触，吸合时由于磁性材料距离较远，需要克服弹簧应力做功，因此需要有较大的电流才能让簧片吸合，之后如果继续维持吸合状态，只需要较小的维持电流即可。
本实用新型设计是这样实现的：通过在继电器与电源之间增加DC/DC降压模块、半导体开关管和电压转换控制电路来改变继电器的线圈两端的电压，在继电器吸合初期，让线圈两端有较高的电压以保证继电器可靠吸合；当继电器吸合稳定后，可以通过控制电路让半导体开关管关断，让DC/DC降压模块的输出电压给线圈供电，降低线圈的保持电压，且线圈电压从高到低的切换过程是单调平滑的。
下面结合具体实施例来说明本实用新型的技术方案，这里将负载的n个继电器简化为一个继电器来进行说明。
本实用新型提供的开关管Q1为PMOS管的低能耗继电器驱动电源电路示意图如图2所示。
DC/DC降压模块U1的输入端与电源V1的正极相连，输出为电压V2，DC/DC降压模块U1的输出端与二极管D1的阳极相连，D1的阴极与电容C2的正极相连，电容C2两端的电压为V3，也就是继电器1的供电电压。PMOS管Q1的源极与V1相连，Q1的漏极与二极管D1的阴极相连。电阻R1跨接在Q1的门极与源极之间。GPIO为控制信号，它通过控制N沟道MOS管Q2的开关来实现对Q1的开关控制。CON1为开关管K1的控制信号，K1与继电器1的线圈串联。
在本实施方式中，DC/DC降压模块与二极管D1充当维持电压提供电路；PMOS管充当导通电压提供电路；电阻R1、N沟道MOS管Q2、控制信号源GPIO以及电容C2充当切换电路。
当***上电后，DC/DC降压模块工作，输出电压V2小于V1，此时GPIO为高电平，Q2管导通，Q1管的门极为低电平，Q1完全导通，电源V1经过Q1后给继电器1供电，此时V3等于V1，也就是V2小于V3，二极管D1承受反偏电压而截止。
当CON1控制K1导通时，继电器1完成吸合，继电器1进入吸合稳定状态后GPIO由高电平变为低电平，Q2管关断，Q1的门极电平与源极电平相等，Q1管关断，电容C2两端的电压值V3从V1开始下降，当V3的值下降到V2加上二极管D1的正向导通电压VF时，二极管D1导通，此后V3的值稳定在(V2-VF)，从而让继电器1的保持电压低于初始的吸合电压，达到降耗的目的。此时，Q1管和Q2管工作在饱和区，管子压降小、导通损耗小，提高了整个电源的效率。
本实用新型提供的开关管Q1为PNP三极管的低能耗继电器驱动电源电路示意图如图3所示。
DC/DC降压模块的输入端与V1相连，输出为V2，DC/DC降压模块的输出端与二极管D1的阳极相连，D1的阴极与电容C2的正极相连，电容C2两端的电压为V3，也就是继电器1的供电电压。PNP管Q1的发射极与V1相连，Q1的集电极与二极管D1的阴极相连。电阻R1跨接在Q1的基极与发射极之间，电阻R2为Q1管的基极串联电阻，R2的阻值远小于R1。GPIO为控制信号，它通过控制Q2的开关，来实现对Q1的开关控制。CON1为开关管K1的控制信号，K1与继电器1的线圈串联。
在本实施方式中，DC/DC降压模块与二极管D1充当维持电压提供电路；PNP三极管充当导通电压提供电路；电阻R1、R2(即第一电阻R1与第二电阻R2)，N沟道MOS管Q2，控制信号源GPIO以及电容C2充当切换电路。
当***上电后，DC/DC降压模块工作，输出电压V2小于V1，此时GPIO为高电平，Q2管导通，Q1完全导通，电源V1经过Q1后给继电器1供电，此时V3等于V1，也就是V2小于V3，二极管D1承受反偏电压而截止。
当CON1控制K1导通时，继电器1完成吸合，继电器1进入稳定工作状态后GPIO由高电平变为低电平，Q2管关断，Q1管的基极电平与发射极电平相等，Q1管关断，电容C2两端的电压值V3从V1开始下降，当V3的值下降到V2加上D1的正向导通电压VF时，二极管D1导通，此后V3的值稳定在(V2-VF)，从而让继电器1的保持电压低于初始的吸合电压，达到降耗的目的。此时，Q1管和Q2管工作在饱和区，管子压降小、导通损耗小，提高了整个电源的效率。
本实用新型提供的开关管Q1为NMOS管的低能耗继电器驱动电源电路示意图如图4所示。
DC/DC降压模块的输入端与V1相连，输出为V2，DC/DC降压模块的输出端与二极管D1的阳极相连，D1的阴极与电容C2的正极相连，电容C2两端的电压为V3，也就是继电器1的供电电压。NMOS管Q1的漏极与V1相连，Q1的源极与二极管D1的阴极相连。GPIO控制Q1管的开关状态。CON1为开关管K1的控制信号，K1与继电器1的线圈串联。
在本实施方式中，DC/DC降压模块与二极管D1充当维持电压提供电路；NMOS管充当导通电压提供电路；驱动电路、控制信号源GPIO以及电容C2充当切换电路。
当***上电后，DC/DC降压模块工作，输出电压V2小于V1，此时GPIO控制Q1管完全导通，电源V1经过Q1后给继电器1供电，此时V3等于V1，也就是V2小于V3，二极管D1承受反偏电压而截止。
当CON1控制K1导通时，继电器1完成吸合，继电器1进入稳定工作状态后GPIO控制Q1管关断，电容C2两端的电压值V3从V1开始下降，当V3的值下降到V2加上二极管D1的正向导通电压VF时，二极管D1导通，此后V3的值稳定在(V2-VF)，从而让继电器1的保持电压低于初始的吸合电压，达到降耗的目的。此时，Q1管工作在饱和区，管子压降小、导通损耗小，提高了整个电源的效率。
本实用新型提供的开关管Q1为NPN三极管的低能耗继电器驱动电源电路示意图如图5所示。
DC/DC降压模块的输入端与V1相连，输出为V2，DC/DC降压模块的输出端与二极管D1的阳极相连，D1的阴极与电容C2的正极相连，电容C2两端的电压为V3，也就是继电器1的供电电压。Q1的集电极与V1相连，Q1的发射极与二极管D1的阴极相连。控制信号GPIO控制Q1管的开关状态。CON1为开关管K1的控制信号，K1与继电器1的线圈串联。
在本实施方式中，DC/DC降压模块与二极管D1充当维持电压提供电路；NPN三极管充当导通电压提供电路；驱动电路、控制信号源GPIO以及电容C2充当切换电路。
当***上电后，DC/DC降压模块工作，输出电压V2小于V1，此时GPIO控制Q1完全导通，电源V1经过Q1后给继电器1供电，此时V3等于V1，也就是V2小于V3，二极管D1承受反偏电压而截止。
当CON1控制K1导通时，继电器1完成吸合，继电器1进入稳定工作状态后GPIO由高电平变为低电平，Q1管关断，电容C2两端的电压值V3从V1开始下降，当V3的值下降到V2加上二极管D1的正向导通电压VF时，二极管D1导通，此后V3的值稳定在(V2-VF)，从而让继电器1的保持电压低于初始的吸合电压，达到降耗的目的。
本实用新型提供的开关管Q1为继电器时的低能耗继电器驱动电源电路示意图如图6所示。
DC/DC降压模块的输入端与V1相连，输出为V2，DC/DC降压模块的输出端与二极管D1的阳极相连，D1的阴极与电容C2的正极相连，电容C2两端的电压为V3，也就是继电器1的供电电压。Q1的一端与V1相连，Q1的令一端与二极管D1的阴极相连。控制信号GPIO控制Q1的开关状态。CON1为开关管K1的控制信号，K1与继电器1的线圈串联。
在本实施方式中，DC/DC降压模块与二极管D1充当维持电压提供电路；继电器充当导通电压提供电路；驱动电路、控制信号源GPIO以及电容C2充当切换电路。
当***上电后，DC/DC降压模块工作，输出电压V2小于V1，此时GPIO控制Q1导通，电源V1经过Q1后给继电器1供电，此时V3等于V1，也就是V2小于V3，二极管D1承受反偏电压而截止。
当CON1控制K1导通时，继电器1完成吸合，继电器1进入稳定工作状态后GPIO控制Q1关断，电容C2两端的电压值V3从V1开始下降，当V3的值下降到V2加上二极管D1的正向导通电压VF时，二极管D1导通，此后V3的值稳定在(V2-VF)，从而让继电器1的保持电压低于初始的吸合电压，达到降耗的目的。此时，Q1管工作在饱和区，管子压降小、导通损耗小，提高了整个电源的效率。
综上所述，本实用新型的优点在于：
1、本实用新型元器件少、电路简单、成本低，采用了一个简单可靠的继电器驱动电源电路，解决了继电器吸合后保持功耗较大的问题，在保证继电器正常工作的前提下，降低了继电器线圈的保持电压，从而降低了线圈的能耗和发热量，极大提高了继电器供电电源的整体效率。
2、使用本专利后，整个继电器驱动电源节能效果可大幅提高，在提倡节约能源的今天，有极大的推广价值。
3、在光伏逆变器中，继电器使用数量大，其工作环境温度高、电磁环境恶劣，本专利特尤其适用于该场合。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种低能耗继电器驱动电源电路，其包括继电器、对所述继电器供电的电源以及控制所述继电器吸合或断开的继电器控制电路，其特征在于，所述低能耗继电器驱动电源电路还包括导通电压提供电路、维持电压提供电路以及对所述导通电压提供电路与所述维持电压提供电路之间进行切换的切换电路，所述电源的正极连接于所述维持电压提供电路的一端，所述维持电压提供电路的另一端连接于所述继电器的一端，所述继电器的另一端连接于所述继电器控制电路的一端，所述继电器控制电路的另一端连接于所述电源的负极，所述导通电压提供电路的一端连接于所述电源的正极，所述导通电压提供电路的另一端连接于所述继电器并与所述维持电压提供电路形成节点，所述切换电路均与所述导通电压提供电路、所述维持电压提供电路以及所述继电器连接。
2.如权利要求1所述的一种低能耗继电器驱动电源电路，其特征在于，所述维持电压提供电路包括DC/DC降压模块以及二极管，所述DC/DC降压模块的输入端与所述电源的正极连接，所述DC/DC降压模块的输出端与所述二极管的阳极连接，所述二极管的阴极连接于所述节点。
3.如权利要求1或2所述的一种低能耗继电器驱动电源电路，其特征在于，所述导通电压提供电路包括开关管，所述开关管的控制端连接于所述切换电路，所述开关管的输入端连接于所述电源的正极，所述开关管的输出端连接于所述节点。
4.如权利要求3所述的一种低能耗继电器驱动电源电路，其特征在于，所述切换电路包括电阻、N沟道MOS管、控制信号源以及电容，所述开关管为P沟道MOS管，其中，所述N沟道MOS管的栅极连接于所述信号源，所述N沟道MOS管的源极连接于所述电源的负极，所述N沟道MOS管的漏极连接于所述P沟道MOS管的栅极，所述P沟道MOS管的源极连接于所述电源的正极，所述P沟道MOS管的漏极连接于所述节点，所述P沟道MOS管的源极与栅极之间连接有所述电阻，所述电容的一端连接于所述节点，所述电容的另一端连接于所述电源的负极。
5.如权利要求3所述的一种低能耗继电器驱动电源电路，其特征在于，所述切换电路包括第一电阻、第二电阻、N沟道MOS管、控制信号源以及电容，所述开关管为PNP三极管，其中，所述N沟道MOS管的栅极连接于所述信号源，所述N沟道MOS管的源极连接于所述电源的负极，所述N沟道MOS管的漏极经由所述第二电阻连接于所述PNP三极管的基极，所述PNP三极管的发射极连接于所述电源的正极，所述PNP三极管的集电极连接于所述节点，所述PNP三极管的发射极与集电极之间连接有所述第一电阻，所述电容的一端连接于所述节点，所述电容的另一端连接于所述电源的负极。
6.如权利要求3所述的一种低能耗继电器驱动电源电路，其特征在于，所述切换电路包括驱动电路、控制信号源以及电容，所述开关管为N沟道MOS管，其中，所述驱动电路的一端连接于所述信号源，所述驱动电路的另一端连接于所述N沟道MOS管的栅极，所述N沟道MOS管的源极连接于所述电源的正极，所述N沟道MOS管的漏极连接于所述节点，所述电容的一端连接于所述节点，所述电容的另一端连接于所述电源的负极。
7.如权利要求3所述的一种低能耗继电器驱动电源电路，其特征在于，所述切换电路包括驱动电路、控制信号源以及电容，所述开关管为NPN三极管，其中，所述驱动电路的一端连接于所述信号源，所述驱动电路的另一端连接于所述NPN三极的基极，所述NPN三极的集电极连接于所述电源的正极，所述NPN三极的发射极连接于所述节点，所述电容的一端连接于所述节点，所述电容的另一端连接于所述电源的负极。
8.如权利要求3所述的一种低能耗继电器驱动电源电路，其特征在于，所述切换电路包括驱动电路、控制信号源以及电容，所述开关管为另一继电器，其中，所述驱动电路的一端连接于所述信号源，所述驱动电路的另一端连接于所述另一继电器的线圈，所述另一继电器的开关的一端连接于所述电源的正极，所述另一继电器的开关的另一端连接于所述节点，所述电容的一端连接于所述节点，所述电容的另一端连接于所述电源的负极。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CX01 | Expiry of patent term | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20121003 |