一种继电器的驱动装置的制作方法

本实用新型涉及控制领域，尤其涉及到一种继电器的驱动装置。

背景技术：

继电器作为开关元件，广泛应用中各种控制电路中，为了满足控制用继电器的使用环境温度，对于所应用的控制电路的使用环境温度，也有了一定限制。例如伺服电机的驱动装置中，为了满足控制用继电器的使用环境温度，驱动伺服电机的伺服放大器一般都有使用环境温度的限制，这个使用环境温度的高低取决于不同规格的继电器，常见的例如55℃。但是由于伺服放大器内部发热器件的互相干扰，某一局部的环境温度可能高于使用环境温度，例如达到65℃或更高。这样当继电器被放置在这一高温区域或邻近高温区域时，由于环境温度超过限制，则导致控制继电器无法正常工作，进而影响到伺服放大器的安全性。

因此如何提高控制用继电器的使用环境温度，从而使得应用继电器的控制电路能够在更高环境温度下正常工作，以提高整个控制电路的安全性，是一个需要考虑的重要问题。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种继电器的驱动装置，用以降低继电器工作时的温升，从而可以工作在更高的环境温度下。

本实用新型一方面提供一种继电器的驱动装置，包括：分压电路、第一开关电路和控制电路，其中：所述分压电路连接在所述继电器的线圈的第一端和所述继电器的驱动电源的第一接线端之间，所述线圈的第二端与所述驱动电源的第二接线端连接，且第一比值大于等于第二比值，所述第一比值为所述线圈的阻值与该所述线圈的阻值和所述分压电路的阻值之和的比值，所述第二比值为保持所述继电器的工作状态的最小保持电压与驱动电压的比值；所述第一开关电路连接在所述线圈的第一端与所述驱动电源的第一接线端之间，所述控制电路响应所述继电器的驱动信号而控制所述第一开关电路接通，并在所述继电器闭合之后控制所述第一开关电路断开。

本实用新型提供的继电器驱动装置中，启动继电器时给继电器线圈施加驱动电压，而在继电器稳定工作后将线圈两端的电压降至保持电压，由于继电器启动到稳定工作状态所需的时间很短，启动电压对继电器温升的影响很小，继电器在持续工作状态下，线圈两端仅仅施加保持电压，保持电压较启动电压可以降低很多，从而降低了继电器工作状态时的温升。

本实用新型的另一方面，还提供一种驱动装置，进一步还包括第二开关电路，其与所述分压电路串联形成的分支电路连接在所述线圈的第一端与所述驱动电源的第一接线端之间，且所述控制电路在控制所述第一开关电路断开之前控制所述第二开关电路接通，或者所述控制电路在控制所述第一开关电路断开的同时控制所述第二开关电路接通，或者所述控制电路控制所述第一开关电路接通的同时控制所述第二开关电路接通。

由于增加了第二开关电路，从而在需要关闭继电器时，利用第二开关电路以释放继电器。

在一个具体实施例中，本实用新型提供的驱动装置中，所述控制电路可以包括：第一光电信号耦合器、第二光电信号耦合器和延时电路，其中：

所述驱动信号控制所述第一光电信号耦合器和所述第二光电信号耦合器各自导通，所述第一光电信号耦合器在被导通时控制所述第一开关电路接通，所述第二光电信号耦合器在被导通时控制所述第二开关电路接通，所述延时电路在设定时长之后控制所述第二光电信号耦合器关断。

进一步，所述延时电路包括非门、与门、电阻、电容、二极管和第三开关电路，其中：所述驱动信号通过所述非门被输入到所述与门的第一输入端，所述驱动信号还被输入到所述二极管的阴极，所述二极管的阳极通过所述电阻与所述与门的第二输入端连接，所述电容连接在所述第二输入端和接地端之间，所述第二输入端还通过所述电阻与高电平连接，所述与门的输出端控制所述第三开关电路接通，所述第三开关电路在被接通时控制所述第二光电信号耦合器导通。

作为一个具体示例，第二比值大于等于0.3且小于等于0.6。

由此，按照此驱动装置驱动继电器时，即可通过改变线圈两端的电压，降低线圈温升，使得继电器可以设计在更高的环境温度中正常工作，以解决由于放大器电路板中某一区域环境温度过高导致此区域不可摆放继电器的问题。还可以在解决了上述问题的同时，由于正常工作时在线圈串入了分压电路，从而降低了流过线圈的电流，线圈上由于电流流通而产生的无用发热量也随之减少。这样，也起到了能源节约和有效利用电能的作用。

附图说明

图1为本实用新型提供的实施例一的继电器驱动装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的实施例一中驱动电源的一种具体结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的实施例一中驱动电源的另一种具体结构示意图；

图4为本实用新型提供的实施例二的继电器驱动装置的结构示意图；

图5为本实用新型提供的继电器驱动装置的一种具体结构示意图；

图6为图5所示具体示例的控制时序图；

图7为本实用新型提供的继电器驱动装置的一个具体示例的电路结构示意图。

具体实施方式

继电器工作时的温升受到两个因素的影响，一个是自身的温升，一个是环境温度，而影响继电器自身温升的主要因素是继电器线圈的工作电压，或工作电流。随着继电器线圈工作电压的降低，继电器自身的温升会随之下降。考虑到继电器闭合后，能够保持其工作状态的电压相比启动电压要低，因此可以在继电器闭合并进入稳定工作状态后，降低继电器的工作电压以保持其工作状态，从而可以降低继电器工作状态下自身的温升，使得继电器可以在更高的环境温度下稳定工作。基于此，本实用新型提供的继电器驱动装置中，继电器启动时给继电器线圈施加驱动电压，而在继电器稳定工作后将线圈两端的电压降至保持电压，由于继电器启动到稳定工作状态所需的时间很短，启动电压对继电器温升的影响很小，继电器在持续工作状态下，线圈两端仅仅施加保持电压，保持电压较启动电压可以降低很多，从而降低了继电器工作状态时的温升。继电器的启动电压一般为继电器的额度电压，而保持电压通常可以是额定电压的30％～60％之间的某个值，即。

下面以具体实施例并结合附图进行详细说明。

如图1所示，本实用新型基于上述分析提供的继电器的驱动装置的第一个实施例，该继电器的驱动装置具体包括：控制电路11、分压电路12和开关电路13，第一接线端141和第二接线端142为继电器驱动电源的两个接线端。在这个实施例中，分压电路12和开关电路13并联，并联电路连接在继电器的线圈10的一端和驱动电源第一接线端141之间，线圈10的另一端连接继电器的驱动电源第二接线端142。即分压电路12连接在继电器的线圈10的一端和驱动电源第一接线端141之间，开关电路13也连接在继电器的线圈10的一端和驱动电源第一接线端141之间，控制电路11根据系统发送过来的控制信号来控制开关电路13的接通或者断开，当开关电路13接通时，开关电路13将分压电路两端短路，驱动电压直接施加在线圈10的两端，线圈10得电，继电器闭合，当开关电路13断开时，驱动电压施加在线圈10和分压电路12形成的支路上，由于分压电路12的分压作用，线圈10上施加的电压相比驱动电压则有所降低。

图1所示的继电器驱动装置的工作过程为：需要启动继电器时，系统向控制电路11发送启动信号，控制电路11响应继电器的启动信号，控制开关电路13接通，驱动电压加到继电器线圈10上，线圈10得电，继电器闭合，经过设定时长后进入稳定的工作状态，控制电路11可以在设定时长后控制开关电路13断开，控制开关电路13断开后，驱动电压施加在线圈10和分压电路12形成的支路上，由于分压电路12的分压作用，从而使线圈10两端的工作电压小于驱动电压。为了保持继电器的处于工作状态，线圈10上分得的电压必须大于等于保持继电器工作状态的最小电压，为此，线圈10的阻值和分压电路12的阻值需要满足如下的公式1：

vx/(vx+vf)≥vmin/vq……..公式1

其中，vx为线圈10上的分压值，vf为分压电路上的分压值，vmin为保持继电器工作状态的最小电压，vq为继电器的驱动电压，通常为继电器的额定电压。公式1即为：线圈的阻值与其和分压电路的阻值之和的比值，大于等于保持继电器工作状态的最小电压与继电器驱动电压的比值，这个比值的大小可以为大于等于0.3并小于等于0.6，即为保证继电器的稳定工作状态，保持电压最多可以降低到额定电压的30％，为尽可能降低温升，保持电压最少也要降低到额定电压的60％。这里所说的线圈的阻值，是指从线圈两端测量的等效电阻的阻值，同样分压电路的阻值是电路两端测量的等效电阻的阻值。需要说明的是，对于继电器从闭合到进入稳定工作状态的设定时长，本领域技术人员完全可以根据经验设定，例如在继电器闭合所需的时间上增加一定余度以保证继电器工作的可靠性，举一个具体的示例，例如某型号的继电器闭合时间为120ms，则设定时间可以设定为120ms，或者稍大于120ms即可。

根据图1所示驱动装置，通过降低继电器稳定工作状态下线圈两端所施加的保持电压，可以降低线圈的温升。根据测试，保持电压可以降低到额定电压的30％～60％，与继电器线圈持续工作在额定电压下相比，降低了继电器线圈自身的温升，从而提高了继电器对环境温度的适应性，从而使得继电器可以工作在更高的环境温度下。例如在一个具体示例中，继电器被施加额定电压时所能使用的环境温度最高只有55℃，但在继电器闭合后施加50％的额定电压作为保持电压时，继电器的线圈自身温升将不超过45℃，这样即使该继电器工作在85℃的环境温度下，继电器的整体温升也可以保持在安全范围内，从而保证了继电器可以工作在更高温的环境下。

参阅图1所示，开关电路13被断开后，线圈10上分压所得的保持电压，可以通过分压电路12的阻值进行调整，一般在额定电压的30％～60％之间选择，保持电压越高则有助于继电器保持稳定的工作状态，但是自身温升的降低幅度则越小，所以在满足需要环境温度的前提下，保持电压可以尽量选择的高一些。例如环境温度在70度时，保持电压例如可以为额定电压的55％。保持电压的大小和使用环境温度之间的关系，可以通过适当的实验测定。

图2和图3给出了两种驱动电压的具体构成方式，第一接线端141和第二接线端142上分别施加的电压之差等于继电器的驱动电压即可，例如图2所示，第一接线端141可以连接到接地端，第二接线端142可以直接施加额定电压。再例如图3所示，第一接线端141和第二接线端142可以分别作为驱动电源的正负极，一个施加正向的50％额定电压，即二分之一vq，另一个施加负向的50％额定电压。

如图4所示，为本实用新型提供的第二个实施例，在实施例一的基础上，继电器驱动装置增加了一个开关电路，用于控制分压电路所在支路的通断，具体的，该驱动装置包括：控制电路41和分压电路42，以及第一开关电路431和第二开关电路432。其中：第一开关电路431的一端接地，另一端连接线圈40的一端，线圈40的另一端连接继电器的驱动电源的第二接线端442。第二开关电路432与分压电路42串联后形成的分支电路，一端连接到线圈40的一端，另一端连接驱动电源的第一接线端441。

图4所示驱动装置中，当第一开关电路431接通时，驱动电压通过第一开关电路431直接施加到线圈40上，线圈40得电，继电器闭合。当第一开关电路431断开且第二开关电路432接通时，驱动电压被线圈40和分压电路42分压，施加在线圈40上的电压得以降低。当第一开关电路431和第二开关电路432均断开时，线圈40失电，继电器得以释放而停止工作。

在本实施例中，控制电路41根据继电器启动信号控制第一开关电路231闭合，并在继电器进入稳定工作状态后控制第一开关电路231断开，第一开关电路231断开之前或者断开同时，第二开关电路232需处于接通状态，为满足这样的要求，控制电路41可以根据启动信号同时控制第一开关电路231和第二开关电路232接通，并在设定时长后将第一开关电路231断开，也可以在第一开关电路231断开之前或者断开的同时控制第二开关电路232接通，只要满足第一开关电路231断开之前或者断开的同时，第二开关电路232处于接通状态即可。

和实施例一相比，第二个实施例中增加了第二开关电路232，其作用可以控制分压电路所在支路的接通和断开，从而在需要关闭继电器时，利用控制电路21断开第二开关电路232以释放继电器。

在实施例一和实施例二所示驱动装置中，可用的开关电路很多，例如功率驱动器件等，分压电路的构成也非常多，通常可以使用一个电阻，或者使用多个串并联的电阻构成，控制电路可以使用可编程控制器实现，也可以使用硬件电路实现，下面再以一个具体示例进行详细说明。

如图5所示，为图4所示驱动装置的一个具体示例，第一开关电路和第二开关电路具体选用功率驱动器件MOS-FET1(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET，金属-氧化物半导体场效应晶体管，简称金氧半场效晶体管)和MOS-FET2，分压电路具体为一个分压电阻R。继电器线圈的一端连接额定电压直流24V，另一端通过功率驱动器件MOS-FET1接地，同时通过分压电阻R和MOS-FET2形成的支路接地，MOS-FET1和MOS-FET2的导通方式设定为低电平导通。其中MOS-FET1串联的分压电阻R起到分压的作用。MOS-FET1，MOS-FET2分别通过直流12V的RLYON1*和RLYON2*信号控制导通和关断，RLYON1*和RLYON2*信号来自控制电路。

本实施例中，驱动装置所要驱动的继电器有如下特性，线圈闭合时所需要的驱动电压为24V，当继电器完全闭合以后可以降低保持电压，保持电压可以降低至24V额定电压的30％～60％之间的一个电压值，在施加保持电压的状态下，线圈温升较24V额定电压的情况下有所降低，通过这样的方法即可实现继电器可以在高温的环境下工作的要求。例如，分压电阻R的阻值和线圈相等时，可使保持电压降至额定电压的50％，即12V，极大的降低了线圈的温升。

如图6所示，为图5所示的驱动装置的控制时序图，根据工作过程分为以下四个阶段：

Ⅰ：继电器启动之前

RLYON1*和RLYON2*均为高电平，MOS-FET1和MOS-FET2均不导通，继电器线圈处于失电状态；

Ⅱ：启动继电器

当需要启动继电器时，驱动信号，即驱动光电信号耦合器导通的启动信号同时给到RLYON1*和RLYON2*，RLYON1*和RLYON2*均由高电平变为低电平，此时MOS-FET1和MOS-FET2同时导通，MOS-FET2将分压电路R和MOS-FET1形成的支路短路，此时通过MOS-FET2，继电器线圈两端得电，被施加的电压为24V，继电器闭合；

Ⅲ：降低工作电压到保持电压

经过设定时长，继电器完全闭合后进入稳定工作状态，则通过控制RLYON2*的信号变为高电平，将MOS-FET2关断。MOS-FET2关断后，继电器线圈通过分压电阻R和MOS-FET1导通，由于分压电阻的作用，线圈两端的电压降低至12V，仅为24V的一半。这样当系统正常工作时，线圈两端的保持电压为12V，即可满足继电器在高温环境下正常工作；

Ⅳ：继电器停止工作

当需要继电器停止工作时，控制RLYON1*的信号变为高电平，将MOS-FET1关断，继电器线圈处于开路状态，线圈失电以释放继电器，继电器停止工作。

从图6可以看出，这个具体示例中，线圈两端在阶段Ⅱ施加了24V启动电压，在阶段Ⅲ的工作时间中施加的保持电压仅为12V。这个具体示例中，阶段Ⅱ的时间通常120ms即可，相比正常工作时间是非常短暂的，这一时间段对线圈温升的影响可以忽略不计。

如图7所示，为一种本实用新型提供的驱动装置的一个具体示例，该具体示例中，第一开关电路和第二开关电路具体选用功率驱动器件Q301和Q303，Q301和Q303的导通设定为高电平导通，分压电路由R301～R306串并联形成，其阻值和线圈K阻值相等。当Q301导通时，线圈K和分压电路组成的电路接通，当Q303接通时，线圈K两端直接施加24V驱动电压。

光电信号耦合器PC301为Q301的驱动电路，缓冲器U301、U302、Q302、PC302，以及电阻R311、电容C312和二极管D313，共同组成了Q303的驱动电路，其中，缓冲器U301为一个非门，U302为一个与门，其中：驱动信号通过PC301控制Q301的导通；同时，驱动信号通过U301输入U302的第一输入端，并输入D313的阴极，D313的阳极通过电阻R311连接到U302的第二输入端，电容C312连接在U302的第二输入端和接地端之间，U302的第二输入端还通过电阻R311连接高电平，U302的输出端控制Q302的导通和关断，Q302进一步控制PC302的导通和关断，PC302导通时控制所述第二场效晶体管导通Q302导通。电阻R311、电容C312和二极管D313构成的充放电电路组成了延时电路，可以延时关断Q302，通过调整电阻R311和电容C312的参数可以调节继电器从启动到稳定工作所需的设定时长。

下面分阶段说明图7所示驱动装置的工作过程：

Ⅰ：启动继电器之前

RLYON*为高电平，光电信号耦合器PC301关断，则Q301关断，线圈K和分压电路组成的电路为断路状态，线圈K无法通过Q301得电；

RLYON*为高电平，缓冲器U301输出低电平，缓冲器U302为与门，缓冲器U302的1号管脚为低电平，U302的2号管脚为高电平，则U302的4号输出管脚为低电平状态，则Q302处于关断状态，RLYON**为高电平，光电信号耦合器PC302处截至状态，则Q303处于关断状态，线圈K通过Q303的线路也是断开的，线圈K无法通过Q303得电。

Ⅱ：继电器启动阶段

当系统需要继电器工作时，发送继电器启动信号，RLYON*由高电平变为低电平，则PC301导通，继而Q301导通。

同时，由于RLYON*由高电平变为低电平，缓冲器U301输出脚变为高电平，缓冲器U302为与门，缓冲器U302的1号管脚为高电平，U302的2号管脚为高电平，则U302的4号输出管脚转变为高电平，Q302导通，RLYON**信号转为低电平，光电信号耦合器PC302导通，则Q303导通。

可见，连接继电器线圈K的两条通路全部导通，通路1为继电器K-分压电路R306～R311-Q301，通路2为继电器K-Q303。由于通路2将通路1短路，继电器线圈电压K被直接施加24V的电压，达到继电器的驱动电压，此时继电器启动，开始工作。

Ⅲ：经过设定时长，继电器进入稳定工作状态，线圈K两端被施加12V的保持电压

RLYON*变为低电平后，C312开始通过R311和D313放电，约120ms的放电后，C312电压降低到缓冲器U302低电平输入的阈值电压，U302的2号管脚由高电平变为低电平，缓冲器U302的4号输出管脚变为高电平，则Q302截止。Q302截止的同时信号RLYON**变为高电平，光电信号耦合器PC302关断，Q303也随即关断，线圈K-Q303的通路关断。而Q301仍处于导通状态，线圈K通过分压电路R301～R306的通路获得保持电压，由于分压电路和线圈K串联，且分压电路阻值设计为线圈K阻值相同，所以继电器线圈两端电压为12V。则接下来系统的正常工作中，线圈K两端的电压始终为保持电压12V。

从继电器闭合到进入稳定工作所需的120ms时长，可以通过选择电阻R311、电容C312和二极管D313的参数来设置，并且通过调整这三个元件的参数，就可以调整其所组成的充放电电路的充放电时间，从而可以调整继电器从启动到进入稳定工作状态的时间。

Ⅳ：继电器停止工作

当需要继电器停止工作时，发送继电器关闭信号，RLYON*由低电平变为高电平。此时各处状态再次回到系统上电以后的状态，继电器线圈K经由分压电路R306～R311和Q301的通路由导通变为关断，线圈K失电，继电器被释放而停止工作。

上述实施例中所述的24V，12V以及120ms等数值仅是一个具体示例，驱动电压和设定时长根据不同的应用环境以及电路构成而有所变化，本领域技术人员可以根据具体情况确定。

由此，按照此驱动装置驱动继电器时，即可通过改变线圈两端的电压，降低线圈温升，使得继电器可以设计在更高的环境温度中正常工作。以解决由于放大器电路板中某一区域环境温度过高导致此区域不可摆放继电器的问题。在解决了上述问题的同时，由于正常工作时在线圈串入了分压电路，所以流过线圈的电流也降低，线圈上由于电流流通而产生的无用发热量也随之减少。这样，也起到了能源节约和有效利用的作用。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。