一种继电器驱动电路的制作方法

1.本发明涉及电子电力技术领域，具体涉及一种用于光伏逆变器、储能机、ups、充电桩等电力设备中使用的继电器的驱动电路。


背景技术：

2.通常，继电器的驱动方式包括恒电压驱动、pwm斩波电源控制以及双电源控制三种。恒电压驱动方式，例如12v电压驱动，稳态下由于电流持续流经继电器线圈，则继电器线圈温度始终较高，导致对继电器线圈造成过高损耗。而pwm斩波电源控制方式中，是采用恒电压方式使得继电器开通，待继电器吸合后，再用pwm电压控制线圈，使电压有效值降低，该方式由于稳态下电流高频通断，因此虽然能够降低稳态下线圈的损耗，但相应的又引起了电磁兼容问题。再说双电源控制，该控制方式下，采用高电压电源开通继电器，待继电器吸合后，再改用低电压对继电器进行保持，这样，同样实现了稳态下降低线圈损耗，同时又避免了pwm斩波电源控制下的电磁兼容问题，然而，由于双电源控制模式下需要两路控制信号，在继电器数量较多的场景下，多路电源控制信号需要占用过多的信号io资源，另一方面，双电源控制模式下，由于需要采用不同的电源，系统控制复杂度高，控制成本大。
3.有鉴于此，应当对现有技术进行改动，从而提供一种新的继电器驱动方式，以解决继电器的现有驱动方式存在的上述技术问题。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明提供了一种能够降低继电器稳态下的线圈损耗，消除继电器启动和稳态下的电磁兼容问题，解决高压大电流下继电器驱动问题的继电器驱动电路。
5.为解决以上技术问题，本发明采取了一种继电器驱动电路，该电路用于驱动继电器工作，所述驱动电路包括：电源端，该电源端连接蓄能电感，并与所述继电器的使能端连接，第一控制单元，该第一控制单元与所述电源端、储能电感构成储能电路，并通过控制所述第一控制单元，控制所述储能电路的通断；第二控制单元，该第二控制单元与所述电源端、储能电感以及所述继电器构成继电器升压电路，并通过控制所述第二控制单元，控制所述升压电路的通断，其中，所述驱动电路还包括信号使能端，该信号使能端给出使能信号，并控制所述第一控制单元和第二控制单元形成互斥控制。
6.作为本方案的一种优选地，所述信号使能端给出第一信号以控制所述第一控制单元导通，或，所述信号使能端给出第二信号以控制所述第二控制单元导通，其中，当第一控制单元导通时，所述蓄能电感充能，当所述第二控制单元导通时，所述电源端与所述蓄能电感构成升压电路并对所述继电器进行升压驱动。
7.作为本方案进一步优选地，所述第一控制单元为pnp三极管，所述第一控制单元的发射极通过电阻连接至所述蓄能电感与所述继电器的使能端之间，其基极通过电阻连接至所述信号使能端，其集电极接地。
8.作为本方案再进一步优选地，所述第二控制单元为npn三极管，所述第二控制单元的基极通过电阻连接至所述信号使能端，其集电极与所述继电器连接，其发射极接地。
9.作为本方案更进一步优选地，所述第二控制单元上还并联有稳压二极管的，当所述第二控制单元断开时，所述二极管构成所述继电器的续流电路。
10.由于以上技术方案的采用，本发明相较于现有技术具有如下的有益技术效果：
11.1、采用pnp和npn构成与继电器并联的两条控制支路，并且两支路通过同一个信号使能端控制，形成互斥结构。在此基础上，在继电器的驱动电压上串联蓄能电感，从而在两三极管互斥控制的一条支路导通时，实现对蓄能电感的充能，而另一条支路是使得驱动电压和蓄能电感并联作为继电器的电源，实现对继电器驱动电源的升压，当蓄能电感放电完成后，继电器电压又回落至低电压驱动，这样，稳态下，继电器线圈的损耗被降低，又由于未采用pwm斩波控制，消除了电磁兼容问题对系统造成的影响；
12.2、在高压大电流场景下，由于继电器需要的瞬时驱动功率较大，而稳态下，继电器线圈的电阻较低，从而采用本方案的驱动电路，可以同时满足驱动时的高压和稳态下的低压，解决了高压大电流场景下的驱动问题；
13.3、第一控制单元和第二控制单元与信号使能端构成并联，从而共用一个io口控制信号，节省了信号使能端的资源，同时，采用低成本的电感、三极管和电阻，系统实现成本低，控制方式简单。
附图说明
14.图1为示意图，示出了本发明的一个较佳实施例中所述继电器驱动电路的等效电路结构。
具体实施方式
15.下面将参考附图来描述本发明所述的一种继电器驱动电路的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相同的部分。
16.需要说明的是，本发明实施例中所使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”、“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。
17.本发明的较佳实施例是针对继电器的三种常见驱动方式所存在的技术问题而提出的。恒压驱动时存在线圈损耗过高，而pwm斩波电源控制下又难以避免存在电磁兼容问题。究其实质，是由于继电器驱动时需要的驱动功率要大于其稳态下的功率，因此又提出双电源控制方式，也即采用高压电源对继电器实现开通，而采用低压对继电器稳态进行保持。然后，双电源控制方式又需要两路不同的信号控制两路电源的供电，占用过多的io资源。
18.本发明的较佳实施例实现其技术目的的思路中，首先，消除电磁兼容影响最直接的方式即是弃用pwm斩波电源，选择在恒压和双电源控制的基础上进行改进，以期实现兼顾下述两种效果：
19.1)能够既满足继电器在开通时的高电压需要和在稳态下的低电压维持；
20.2)降低系统io资源损耗，同时满足高压大电流场景下的驱动功率需求。
21.图1为示意图，示出了本发明的一个较佳实施例中所述继电器驱动电路的等效结构。参看图1，图中虚线框体选定的部分，也即继电器部分。采用7v电压作为继电器驱动电源端。为了实现前述的技术效果，本发明的较佳实施例中采用储能设备储能的方式来满足继电器驱动的瞬时高压，而当储能设备放电完成后，则又回到了基础电源电压，换句话说，可以视为通过在电源端串联储能设备的方式构成一个继电器的升压电路，而当储能设备放电完成后自动降压。则如图1所示，在该实施例中，电源端串联的储能设备是蓄能电感lm，蓄能电感lm与电源端串联后与继电器的使能端连接。
22.值得一提的是，在本发明的较佳实施例中限流电流的选取中，将pnp三极管的发射极连接至蓄能电感lm与继电器使能端之间的线路上串联的限流电阻定义为第一限流电阻r1，再将其基极连接至信号使能端的限流电阻定义为第二限流电阻r2，以及将npn三极管的基极连接至使能信号端的限流电阻定义为第三电阻r3。对于第一限流电阻r1，其是自以为为蓄能电感lm的储能回路限流，根据时间常数由lm/r1确定r1的阻值，对于第二和第三限流电阻，根据输入电流确定其阻值，通常选用kω级别的电阻。另外，在该较佳实施例中，npn三极管上还并联有二极管，当第二控制单元关断时，则该二极管为继电器实现稳压续流，构成稳压续流回路，实际中，可以根据设定的继电器释放时间，配置稳压二极管的规格，以及第二控制单元上承受的电压。
23.接下来则需要为蓄能电感lm和电源端构成的电路配置状态切换，也即从蓄能状态切换至放电状态。在本发明的较佳实施例中，实现该技术目的的思路，是配置第一控制单元电路和第二控制单元电路，其中第一控制单元控制蓄能电感lm的充能，而第二控制单元控制蓄能电感lm的放电，也可以是，第一控制单元控制升压电路关断，第二控制单元控制升压电路导通，且使得第一控制单元电路和第二控制单元形成互斥控制，即，于两者中实现择一导通。另一方面，为克服现有的双电源方式中的io资源占用问题，是将第一控制单元和第二控制单元的控制由单个信号使能端，通过高低驱动信号的不同实现互斥控制。
24.具体地说。继续参看图1，在该较佳实施例中，采用pnp三极管q1作为第一控制单元，以及采用npn三极管q2作为第二控制单元，且三极管q1和q2共用一个io口控制，也即信号使能端。先说第一控制单元，pnp三极管q1的发射极通过电阻连接至蓄能电感lm与继电器使能端之间，三极管q1的基极通过电阻连接至信号使能端，其集电极接地。再说第二控制单元，npn三极管q2的基极通过电阻接至信号使能端，三极管q2的集电极与继电器连接，其发射极接地。
25.实际控制时，io控制信号口给出信号控制两三极管的导通和关断。继电器驱动前，io控制信号口给出驱动信号为低，三极管q1和三极管q2的基极为低电平，则三极管q1导通，而三极管q2关断，此时电源端与蓄能电感lm串联的电路实现对蓄能电感lm的充能。继电器驱动时，io控制信号口给出驱动信号为高，三极管q1和三极管q2的基极为高电平，则此时三极管q1关断，三极管q2导通，此时电源端与蓄能电感lm串联的电路实现对继电器的驱动，由于蓄能电感lm的放电，则继电器此时的驱动电压也即为电源端电压与蓄能电感lm的电压之和，从而在继电器驱动时构成了对继电器的升压，继电器线圈的两端电压寻思提升，加速了继电器的吸合。随着蓄能电感lm上储存的电能耗尽，则继电器线圈两端的电压回落至电源
电压，也即7v，则继电器稳态下的损耗降低。
26.不难看出，在该电路结构下使用的元器件都为低成本器件，在没有增加系统复杂度和继电器驱动电路成本的基础上实现了如下的有益技术效果：
27.1、采用pnp和npn构成与继电器并联的两条控制支路，并且两支路通过同一个信号使能端控制，形成互斥结构。在此基础上，在继电器的驱动电压上串联蓄能电感，从而在两三极管互斥控制的一条支路导通时，实现对蓄能电感的充能，而另一条支路是使得驱动电压和蓄能电感并联作为继电器的电源，实现对继电器驱动电源的升压，当蓄能电感放电完成后，继电器电压又回落至低电压驱动，这样，稳态下，继电器线圈的损耗被降低，又由于未采用pwm斩波控制，消除了电磁兼容问题对系统造成的影响；
28.2、在高压大电流场景下，由于继电器需要的瞬时驱动功率较大，而稳态下，继电器线圈的电阻较低，从而采用本方案的驱动电路，可以同时满足驱动时的高压和稳态下的低压，解决了高压大电流场景下的驱动问题；
29.3、第一控制单元和第二控制单元与信号使能端构成并联，从而共用一个io口控制信号，节省了信号使能端的资源，同时，采用低成本的电感、三极管和电阻，系统实现成本低，控制方式简单。
30.以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。