CN214123785U - 一种双控保护型高压控制电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种双控保护型高压控制电路，包括依次连接的双控单元、处理单元和控制高压接入和断开的双刀双掷继电器K1，所述双控单元包括通信连接的控制单元A和控制单元B，控制单元A和控制单元B分别单独控制双刀双掷继电器K1线圈的一极；所述处理单元包括可以接收双控单元输出控制信号的反相器，所述反相器的输出信号通过输入到MOS管控制双刀双掷继电器K1；所述处理单元还包括与控制单元连接的反馈信号检测电路。本实用新型通过两个不同的控制单元改变继电器线圈两侧的电压，保证继电器工作在合理范围内和长期运行的可靠性；两个控制单元可单独控制继电器线圈的一极，可实现故障后迅速断开控制信号，确保高压通断安全。
Description
技术领域
本实用新型属于储能电池管理***中的高压控制技术领域，具体涉及一种双控保护型高压控制电路。
背景技术
在自动化设备中，采用继电器输出控制可实现弱电控制强电，从而实现对外部强电设备的驱动运行。而目前在储能行业电池***中，总负继电器和总正继电器的控制通常采用电池主控管理***BCU进行单点控制，在控制过程中如果出现BCU控制电路短路或CPU程序处于运行不正常状态，就会导致继电器无法正常断开，电池***将会发生过放或过充，最后可能会促使电池组出现无法恢复的故障乃至***。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对上述问题，提供一种双控保护型高压控制电路，可以在故障后迅速断开控制信号，确保高压通断安全，保证继电器长期运行的可靠性和安全性。
为达到上述目的，本实用新型采用了下列技术方案：
一种双控保护型高压控制电路，包括依次连接的双控单元、处理单元和用于控制高压接入和断开的双刀双掷继电器K1，所述双控单元包括通信连接的控制单元A和控制单元B，控制单元A和控制单元B分别单独控制双刀双掷继电器K1线圈的一极；所述处理单元包括可以接收双控单元输出控制信号的反相器，所述反相器的输出信号通过输入到MOS管控制双刀双掷继电器K1；所述处理单元还包括与控制单元连接的反馈信号检测电路。本实用新型通过两个不同的控制单元改变继电器线圈两侧的电压，保证继电器工作在合理范围内和长期运行的可靠性；两个控制单元可单独控制继电器线圈的一极，可实现故障后迅速断开控制信号，并且两个控制单元的数据可实时交互，实现信息互知，防止继电器运行不正常时无法正常断开使电池组发生过充或过放、出现无法恢复的故障乃至***。
进一步的，控制单元A输出控制信号到反相器D1，所述反相器D1输出电平信号至MOS管V2，通过控制MOS管V2的状态，控制所述双刀双掷继电器K1的1脚的电平状态。当控制单元A输出控制信号为低电平时，反相器D1将输出高电平信号，驱动NMOS管V2导通，从而使双刀双掷继电器K1的1脚呈现低电平。当控制单元A输出控制信号为高电平或不输出电平时，反相器D1将输出低电平信号，此时NMOS管V2截止，使双刀双掷继电器K1的1脚处于悬空状态，继电器无法正常工作。
进一步的，处理单元还包括与控制单元B连接的双频非可再触发单稳态多谐振荡器D3，所述双频非可再触发单稳态多谐振荡器D3带复位功能。
进一步的，控制单元B输出的控制信号连接到反相器D2和双频非可再触发单稳态多谐振荡器D3，所述反相器D2和双频非可再触发单稳态多谐振荡器D3输出电平信号到MOS管，通过控制MOS管的状态，控制双刀双掷继电器K1的12脚的电平状态。
进一步的，双频非可再触发单稳态多谐振荡器D3输出电平信号脉冲的持续时间由电阻R7和电容C2构成的RC频率器决定。
进一步的，控制单元B输出控制信号为低电平时，双频非可再触发单稳态多谐振荡器D3输出高电平脉冲驱动MOS管V10导通接地，促使MOS管V8导通，启动电源VCC_H2经防反二极管V5输入到双刀双掷继电器K1的12脚，使双刀双掷继电器K1的12脚呈现高电平；同时反相器D2输出高电平信号到MOS管V6，驱动MOS管V6的导通接地，促使MOS管V3导通，供电电源VCC_H1经防反二极管V5输入到双刀双掷继电器K1的12脚，双刀双掷继电器K1的12脚维持高电平。当双刀双掷继电器K1的12脚维持高电平，1脚呈现低电平时双刀双掷继电器K1将动作，其双刀双掷开关将切换位置，高压HV_I将接通到高压HV_O，而反馈信号REY_FB-N为低电平被控制单元B所接收，从而判断继电器已正常动作，高压已正常接入。
进一步的，控制单元B输出控制信号为高电平或不输出电平时，双频非可再触发单稳态多谐振荡器D3为低电平状态MOS管V10处于截止状态，双刀双掷继电器K1的12脚处于悬空状态；同时反相器D2输出低电平信号，所述MOS管V6处于截止状态，双刀双掷继电器K1的12脚处于悬空状态，双刀双掷继电器K1无法正常工作。当双刀双掷继电器K1的12脚处于悬空状态，或者双刀双掷继电器K1的1脚处于悬空状态时双刀双掷继电器K1不动作，其双刀双掷开关回到初始位置，高压HV_I无法接通到高压HV_O，而反馈信号为高电平被控制单元B所接收，从而判断继电器断开或未动作，高压已正常断开或未接入。
进一步的，供电电源VCC_H1比启动电源VCC_H2的电压值小。通过切换继电器供电电源的方式，可以使继电器维持在低功耗状态，以确保继电器不过热，保证继电器长期运行的可靠性。
进一步的，控制单元A和控制单元B通过串口，和/或，SPI，和/或，CAN进行通信和数据交互。控制单元A和控制单元B通过串口通信实现数据交互、信息互知，从而对继电器的状态实时监测和控制。
进一步的，控制单元输出的控制信号分别通过连接上拉电阻接入电源。
与现有的技术相比，本实用新型的优点在于：
1.本实用新型通过双刀双掷继电器一路可顺利接入和断开高压，另一路可实时反馈高压是否正常接入和断开，确保控制单元能实时监控高压的通断；
2.继电器的线圈两极采用两个独立的控制单元分别控制，有利于在一个控制单元失效的情形下，通过另一控制单元仍能正常断开继电器，确保高压通断安全；
3.继电器采用大电压脉冲驱动，中电压维持功能的设计，可降低继电器线圈的功耗，防止继电器长期通电过程中发热，而导致触点粘连的现象，造成继电器使用寿命的缩短，保证继电器长期运行的可靠性和安全性；
4.两个独立的控制单元间通过串口通信，实现数据交互、信息互知，从而对继电器的状态可实时监测和控制；
5.本实用新型设计有反馈信号检测电路，且接入控制单元，可实时检测继电器的高压通断状态，不会造成失控。
本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1是本实用新型双控保护型高压控制电路的电路图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好的理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。
如图1所示，一种双控保护型高压控制电路，包括依次连接的双控单元、处理单元和用于控制高压接入和断开的双刀双掷继电器K1，所述双控单元包括通信连接的控制单元A和控制单元B，控制单元A和控制单元B分别单独控制双刀双掷继电器K1线圈的一极；所述处理单元包括可以接收控制单元输出控制信号的反相器，所述反相器的输出信号通过输入到MOS管控制双刀双掷继电器K1；所述处理单元还包括与控制单元连接的反馈信号检测电路。本实用新型通过两个不同的控制单元改变继电器线圈两侧的电压，保证继电器工作在合理范围内和长期运行的可靠性；两个控制单元可单独控制继电器线圈的一极，可实现故障后迅速断开控制信号，并且两个控制单元的数据可实时交互，实现信息互知，防止继电器运行不正常时无法正常断开，使电池组发生过充或过放，导致电池组出现无法恢复的故障乃至***。
本实施例控制单元A输出控制信号到反相器D1，所述反相器D1输出电平信号至MOS管V2，控制MOS管V2的状态，控制所述双刀双掷继电器K1的1脚的电平状态。
控制单元B输出的控制信号连接到反相器D2和带复位功能的双频非可再触发单稳态多谐振荡器D3，所述反相器D2和双频非可再触发单稳态多谐振荡器D3输出电平信号到MOS管控制MOS管的状态，控制双刀双掷继电器K1的12脚的电平状态。具体为：双频非可再触发单稳态多谐振荡器D3输出电平信号到MOS管V10，控制MOS管V10的状态，当所述MOS管V10导通，促使MOS管V8导通，经分压、稳压后的启动电源VCC_H2经防反二极管V5输入到双刀双掷继电器K1的12脚，所述双刀双掷继电器K1的12脚为高电平；所述反相器D2输出电平信号到MOS管V6，控制MOS管V6的状态，所述MOS管V6导通促使MOS管V3导通，经分压、稳压后的供电电源VCC_H1经防反二极管V5输入到双刀双掷继电器K1的12脚，双刀双掷继电器K1的12脚维持高电平。当MOS管V10处于截止状态，双刀双掷继电器K1的12脚悬空；MOS管V6处于截止状态，双刀双掷继电器K1的12脚悬空。
本实施例中双频非可再触发单稳态多谐振荡器D3输出电平信号脉冲的持续时间由电阻R7和电容C2构成的RC频率器决定。
本实施例的具体控制过程为：
控制单元A输出控制信号REY1_EN-N，该信号接上拉电阻R1到电源VCC_LV，当控制单元A输出控制信号REY1_EN-N为低电平时，输入到反相器D1的2脚后，反相器D1的4脚输出高电平信号经限流电阻R2，输入到NMOS管V2的栅极，控制V2导通，从而使继电器K1的1脚呈现低电平。本实施例中反相器D1选用74LVC1G04，NMOS管V2选用2N7002，电源VCC_LV选用+5V直流电源。
控制单元B输出控制信号REY2_EN-N，该信号连接到反相器D2的2脚和带复位功能的双频非可再触发单稳态多谐振荡器D3的1脚，并接上拉电阻R9到电源VCC_LV；该单稳态多谐振荡器D3的2脚和16脚接电源VCC_LV，8脚和14脚接地，15脚和14脚之间接电阻R7和电容C2，构成RC频率器，3脚接到NMOS管V6的栅极，13脚接到NMOS管V10的栅极。
当控制单元B输出控制信号REY2_EN-N为低电平时，带复位功能的双频非可再触发单稳态多谐振荡器D3的输出端13脚将输出一个高电平脉冲，脉冲的持续时间由电阻R7和电容C2构成的RC频率器决定，该高电平脉冲将驱动NMOS管V10导通，促使分压电阻R10接地，实现PMOS管V8导通，此时电源VCC_HV2经分压电阻R8和R10及稳压二极管V9后，将稳压后的电压经防反二极管V5输入到继电器K1的12脚，从而使继电器K1的12脚呈现高电平。其中二极管V5和二极管V7选用BAV70W，单稳态多谐振荡器D3选用74HCT221，NMOS管V10选用2N7002，PMOS管V8选用BSP171，稳压二极管V9选用MM3Z16VT1G，R7选用100K电阻，C2选用4.7uF电容，分压电阻R8为22K,R10为10K，电源VCC_HV2选用+24V直流电源。
当继电器K1的1脚呈现低电平，12脚呈现高电平时，继电器K1将得电开始工作，其双刀双掷开关将切换位置。此时继电器K1的4脚将切换到5脚，高压HV_I将接通到高压HV_O，在高压侧HV_I和HV_O间增加压敏保护元件R5及吸燥元件高压电容C1和电阻R6。同时继电器K1的9脚将切换到8脚，未切换前的反馈信号REY_FB-N是由分压电阻R11和R12对电源VCC_HV2进行分压获得，故此时的反馈信号REY_FB-N为高电平；当切换后，反馈信号REY_FB-N被下拉，此时的反馈信号REY_FB-N为低电平。该反馈信号REY_FB-N的电平变化被控制单元B所接收获取，从而得知继电器是否已正常动作。其中继电器K1选用SR2M-V23047-A1024-A501，压敏电阻R5选用B72650M0141K072，高压电容C1选用4.7nF/2kV，电阻R6为47Ω，分压电阻R11和R12分别为100K和15K。
在控制单元B输出控制信号REY2_EN-N为低电平后，单稳态多谐振荡器D3输出一个高电平脉冲，促使继电器K1正常启动，而同时该REY2_EN-N信号也输入到反相器D2的2脚，反相器D2的4脚输出高电平信号，输入到NMOS管V6的栅极，控制V6导通接地，促使PMOS管V3导通，此时电源VCC_HV1经分压电阻R3和R4及稳压二极管V4后，将稳压后的电压经防反二极管V5输入到继电器K1的12脚，从而使继电器K1的12脚维持高电平。其中NMOS管V6选用2N7002，PMOS管V3选用BSP171，稳压二极管V4选用MM3Z16VT1G，分压电阻R3为22K,R4为10K，电源VCC_HV1选用+15V直流电源。
当继电器K1的12脚维持高电平，1脚呈现低电平时，继电器将维持导通动作状态不变，此时因为供电电源VCC_HV1比启动电源VCC_HV2电压值小，故流过继电器K1线圈的电流减小，能有效降低线圈功耗，防止继电器处于长期导通状态而发生触点粘连现象，起到保护继电器的作用。
控制单元B和控制单元A之间通过串口通信(通信方式可以但不限于串口，其他通信方式亦可，如SPI、CAN等)实现数据交互，通过控制信号REY1_EN-N和REY2_EN-N输出高低电平，可实现控制继电器线圈的两侧电位变化，从而实现对外部高压的接入和断开，并通过反馈信号REY_FB-N的高低电平判断外部高压是否正常接入和断开。
控制单元A或控制单元B检测到发生故障时，可输出高电平信号，断开自控制端，也可通过通信方式告知对方断开控制端。只需有一方准确断开继电器的控制端，即可确保外部高压的准确断开，保证高压安全。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (10)
1.一种双控保护型高压控制电路，其特征在于，包括依次连接的双控单元、处理单元和用于控制高压接入和断开的双刀双掷继电器K1，所述双控单元包括通信连接的控制单元A和控制单元B，控制单元A和控制单元B分别单独控制双刀双掷继电器K1线圈的一极；所述处理单元包括可以接收双控单元输出控制信号的反相器，所述反相器的输出信号通过输入到MOS管控制双刀双掷继电器K1；所述处理单元还包括与控制单元连接的反馈信号检测电路。
2.根据权利要求1所述的一种双控保护型高压控制电路，其特征在于，所述控制单元A输出控制信号到反相器D1，所述反相器D1输出电平信号至MOS管V2，通过控制MOS管V2的状态，控制所述双刀双掷继电器K1的1脚的电平状态。
3.根据权利要求1所述的一种双控保护型高压控制电路，其特征在于，所述处理单元还包括与控制单元B连接的双频非可再触发单稳态多谐振荡器D3，所述双频非可再触发单稳态多谐振荡器D3带复位功能。
4.根据权利要求3所述的一种双控保护型高压控制电路，其特征在于，所述控制单元B输出的控制信号连接到反相器D2和双频非可再触发单稳态多谐振荡器D3，所述反相器D2和双频非可再触发单稳态多谐振荡器D3输出电平信号到MOS管，通过控制MOS管的状态，控制双刀双掷继电器K1的12脚的电平状态。
5.根据权利要求4所述的一种双控保护型高压控制电路，其特征在于，所述双频非可再触发单稳态多谐振荡器D3输出电平信号脉冲的持续时间由电阻R7和电容C2构成的RC频率器决定。
6.根据权利要求4所述的一种双控保护型高压控制电路，其特征在于，所述控制单元B输出控制信号为低电平时，双频非可再触发单稳态多谐振荡器D3输出高电平脉冲驱动MOS管V10导通接地，促使MOS管V8导通，启动电源VCC_H2经防反二极管V5输入到双刀双掷继电器K1的12脚，使双刀双掷继电器K1的12脚呈现高电平；同时反相器D2输出高电平信号到MOS管V6，驱动MOS管V6的导通接地，促使MOS管V3导通，供电电源VCC_H1经防反二极管V5输入到双刀双掷继电器K1的12脚，双刀双掷继电器K1的12脚维持高电平。
7.根据权利要求6所述的一种双控保护型高压控制电路，其特征在于，所述控制单元B输出控制信号为高电平或不输出电平时，双频非可再触发单稳态多谐振荡器D3为低电平状态，MOS管V10处于截止状态，双刀双掷继电器K1的12脚处于悬空状态；同时反相器D2输出低电平信号，所述MOS管V6处于截止状态，双刀双掷继电器K1的12脚处于悬空状态。
8.根据权利要求7所述的一种双控保护型高压控制电路，其特征在于，所述供电电源VCC_H1比启动电源VCC_H2的电压值小。
9.根据权利要求1所述的一种双控保护型高压控制电路，其特征在于，所述控制单元A和控制单元B通过串口，和/或，SPI，和/或，CAN进行通信和数据交互。
10.根据权利要求1所述的一种双控保护型高压控制电路，其特征在于，所述控制单元A和控制单元B输出的控制信号分别通过连接上拉电阻接入电源。
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