本发明涉及继电器控制电路领域，特别涉及一种高安全性开关控制继电器驱动电路。
背景技术：
在电加热控制的几种方式中通过继电器控制开或关是一种普遍方式。而对于类如电加热设备(具有一定危险性的高温大电流等设备)开关，需要更严格的安全预防控制，否则当加热到本来应该停止加热但是实际因为故障无法断开加热设备的电源，可能发生由于高温继而引发严重火灾的问题。现有技术中的电加热控制的继电器驱动电路如图1所示，包括三极管Q4、二极管D2、电阻R8和R9，其存在的风险如下:
一方面，当三极管Q4损坏集电极和发射极之间短路之后，继电器REL2将长时间处于吸和状态，即继电器REL2触点也将长时间处于接通的状态，使电加热设备持续在不需要加热时持续加热，而持续的高温易导致加热设备的烧坏，引发火灾事故的发生；
另一方面，三极管Q4的驱动信号来自MCU，在使用过程中，常出现MCU因为程序设计瑕疵、外部高频尖峰脉冲、静电、强电磁干扰等原因造成MCU死机的问题，而MCU死机之后原驱动信号是高电平或者是低电平信号是不确定的，即三极管Q4的驱动信号Heat-Driver2在MCU死机之后有可能是高电平的有效驱动信号，那么带来的问题就是继电器REL2持续的吸和，导继电器REL2触点持续的接通，使电加热设备持续在不需要加热时持续加热，导致加热设备的烧毁。
为解决现有技术中的电加热控制的继电器驱动电路的安全缺陷，迫切需要研究出一种能解决以上安全缺陷的更安全、更可靠的电加热开关控制继电器驱动电路。
技术实现要素：
为解决上述背景技术中提到的问题，本发明提供一种高安全性开关控制继电器驱动电路，包括单片机、电源正极开关模块和接地开关模块；其中：
继电器一端通过电源正极开关模块与电源正极连接；所述继电器另一端通过接地开关模块与地端连接；所述电源正极开关模块和接地开关模块均与单片机连接；
所述单片机与电源正极开关模块之间通过PWM信号驱动；
所述单片机与接地开关模块采用输出口驱动。
进一步地，所述电源正极开关模块包括三极管Q1、三极管Q2和极性电容C2；所述三极管Q2和三极管Q1依次连接于所述单片机与继电器之间；所述三极管Q2与三极管Q1之间通过极性电容C2与电源正极连接；所述电源正极还通过三极管Q1与继电器连接。
进一步地，所述三极管Q2与极性电容C2通过电阻R4连接；所述三极管Q2与三极管Q1通过电阻R6连接。
进一步地，所述三极管Q1还与电源正极通过电阻R5连接。
进一步地，所述单片机依次通过电容C1和电阻R2与所述三极管Q2连接。
进一步地，所述电容C1与单片机之间以及所述电阻R2与所述三极管Q2之间均设有下拉电阻。
进一步地，所述三极管Q1为PNP型；所述三极管Q2为NPN型。
本发明提供的高安全性开关控制继电器驱动电路，通过设立两组电子开关即电源正极开关模块和接地开关模块分别控制继电器的电源正极和接地端；大大降低了电路故障导致的继电器异常导通的概率；同时，通过设置的两个模块的不同控制信号，解决了单片机死机造成的继电器异常问题，提高了电路的安全性。本发明提供的高安全性开关控制继电器驱动电路，结构简单、提高了继电器驱动电路的安全性，在继电器电加热驱动控制电路领域具有广泛的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中的电加热继电器驱动电路的电路图；
图2为本发明提供的高安全性开关控制继电器驱动电路的示意图；
图3为高安全性开关控制继电器驱动电路的具体电路图。
附图标记：
10 单片机 20 电源正极开关模块 30 继电器
40 接地开关模块 50 负载
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“连接”或者“相连”等类似词语并非限定与物理或者机械的连接，而是可以包括电性的连接、光连接等，不管是直接的还是间接的。
本发明实施例提供一种高安全性开关控制继电器驱动电路，包括单片机10、电源正极开关模块20和接地开关模块40；其中：
继电器30一端通过电源正极开关模块20与电源正极连接；所述继电器30另一端通过接地开关模块40与地端连接；所述电源正极开关模块20和接地开关模块40均与单片机10连接；
所述单片机10与电源正极开关模块20之间通过PWM信号驱动；
所述单片机10与接地开关模块40采用输出口驱动。
具体实施时，如图2、图3所示，继电器30线圈一端通过电源正极开关模块20与电源正极连接；继电器30线圈另一端通过接地开关模块40与地端连接；继电器30触点两端连接负载50；电源正极开关模块20和接地开关模块40均与单片机10连接；单片机10与电源正极开关模块20之间通过PWM信号驱动；单片机10与接地开关模块40采用输出口驱动。
通过设立两组电子开关即电源正极开关模块20和接地开关模块40分别控制继电器30的电源正极和接地端，任意一组的电子开关出现短路故障都不会使得继电器30异常吸合导通。
本发明申请中PWM信号驱动为脉冲宽度调制，即PWM输出10ms高电平10ms低电平，连续重复下去，形成的脉冲信号；通过连续的低电平和高电平有规律变动的脉冲信号才能有效作用于本发明申请中的电路；同时，通过PWM信号驱动方式也增强了驱动端可靠性。
本发明申请中采用的输出口驱动为输出高电平或低电平驱动。
由于单片机10死机时出现的是持续的高电平或低电平，则原本输出的PWM信号的端口输出的是持续的高电平或低电平，这与PWM信号不同，无法使电源正极开关模块20将+24V电压导通到继电器30，而电路中必须是电源正极开关模块20和接地开关模块40同时导通才能使继电器30工作。故在单片机10死机的情况下，继电器30会断开，从而起到保护断开的作用；并且，当三极管Q3的集电极和发射极之间发生短路，则单片机10通过对控制电源正极开关模块20输入非PWM信号，将电源正极开关模块20断开，即可实现对继电器30的保护。
本发明提供的高安全性开关控制继电器驱动电路，通过设立两组电子开关即电源正极开关模块和接地开关模块分别控制继电器的电源正极和接地端；大大降低了电路故障导致的继电器异常导通的概率；同时，通过设置的两个模块的不同导通控制信号，解决了单片机死机造成的继电器异常问题，提高了电路的安全性。本发明提供的高安全性开关控制继电器驱动电路，结构简洁、提高了继电器驱动电路的安全性，具有广泛的应用前景。
优选地，所述电源正极开关模块20包括三极管Q1、三极管Q2和极性电容C2；所述三极管Q2和三极管Q1依次连接于所述单片机10与继电器30之间；所述三极管Q2与三极管Q1之间通过极性电容C2与电源正极连接；所述电源正极还通过三极管Q1与继电器30连接。
具体实施时，电源正极开关模块20包括三极管Q1、三极管Q2和极性电容C2；单片机10与三极管Q2基极连接；三极管Q2发射极接地；三极管Q2集电极、三极管Q1基极均与极性电容C2负极连接；三极管Q1发射极和极性电容C2正极均与+24V电源连接；三极管Q1集电极与继电器30线圈一端连接；以上电路中三极管Q1为A733型PNP三极管；三极管Q2为C945型NPN三极管；极性电容C2的参数为10μF/35V；
另外，本发明中的接地开关模块包括三极管Q3、电阻R10、电阻R7；三极管Q3集电极与继电器线圈和二极管D1阳极连接；二极管D1阴极与继电器线圈还与三极管Q1集电极连接；三极管Q3基极与电阻R10一端和电阻R7一端连接；电阻R10另一端与单片机10连接；电阻R7另一端与三级管Q3发射极均接地连接；以上电路中三极管Q3为C945型NPN三极管；电阻R10的阻值为4KΩ-5KΩ；较佳地，电阻R10的阻值4.7KΩ；电阻R7的阻值为8KΩ-11KΩ；较佳地，电阻R7的阻值10KΩ；二极管D1的信号为IN4004。
当单片机10输出PWM-Driver信号(PWM脉冲驱动信号)为高电平时，三极管Q2饱和导通；随着三极管Q2的饱和导通，与三极管Q1发射极连接的+24V经过基极，再经过已导通的三极管Q2集电极和发射极到GND，构成有效的驱动回路，使得三极管Q1也饱和导通，继电器30(REL1)的正端电压+24V有效输出到继电器30线圈的一端；
同时，极性电容C2电解电容也经过已导通的Q2三极管集电极和发射极到与GND连接，构成有效的充电回路，C2两端的电压将逐渐升高到23.7V(C2电压＝24V-Vce＝24V-0.3V＝23.7V),Vce是三极管Q2的集电极-发射极导通压降，而极性电容C2的负极则接近GND电压＝Vce＝0.3V左右。
当单片机10输出PWM-Driver信号为高电平时，且单片机10输出Drive信号为高电平时，三极管Q3饱和导通。此刻继电器30线圈的另外一端有效导通到GND，继电器被有效驱动动作，继电器的触点ACL导通到ACL-Out有效输出，受控的负载50才能正常工作。
当单片机10输出Driver信号为低电平时，三极管Q2因为失去了有效的偏置电压和驱动电流而截止。但是因为极性电容C2在此刻之前已经经过了PWM-Driver脉冲信号为高电平时的有效充电，所以极性电容C2正极也通过三极管Q1的发射极到基极，经过电阻R6和电阻R4限流，回到极性电容C2负极(0.3V左右，可视同GND)如此构成另外一个有效的驱动回路，保持三极管Q1的饱和导通，继电器30的正极电压+24V有效保持输出到继电器30线圈的一端；通过极性电容C2的充电和放电功能以转换的方式实施了PWM-Driver脉冲信号的低电平时刻保持有效驱动功能；
当PWM-Driver脉冲信号为低电平，且极性电容C2放电到无法维持三极管Q1的正常驱动电流时，还未出现PWM-Driver脉冲信号的高电平时，那么三极管Q1将截止断开+24V，继电器30也因此断开；可见只有持续的PWM-Driver脉冲高低电平变化信号才能维持三极管Q1的导通，如果产生PWM-Driver脉冲信号的MCU死机时，不管是持续的高电平还是持续的低电平，都会使得三极管Q1截止从而使得继电器30被保护断开，显现了单片机意外发生时的可靠保护断开功能，避免了不可控制危险的发生，从而大大提升了驱动的高度可靠性；
若三极管Q3的集电极和发射极之间发生短路，则单片机10通过对控制电源正极开关模块20输入非PWM信号，将电源正极开关模块20断开，即可实现对继电器30的保护；本发明提供的电源正极开关模块20中，三极管Q2与三极管Q3同时损坏的概率很低，保证了电源正极开关模块20中在接地模块40短路时对继电器30的断开保护。
另外，单片机10上电瞬间会输出短暂的高电平脉冲信号，使继电器30短暂的吸合一下再放开，同样的继电器30触点也是短暂的接通了一下加热设备的电源，加热设备启动瞬间的大电流对继电器30的触点带来不正常的影响，导致继电器30的触点寿命减短。除单片机10之外的外部干扰脉冲信号通过三极管Q3对信号放大也容易造成三极管Q3的短暂有效导通，造成继电器30触点受到加热设备启动瞬间的大电流地冲击，同样地导致继电器30的触点寿命减短；本发明通过三极管Q1、三极管Q2和极性电容C2的结构设计，再通过PWM信号驱动与输出口驱动信号结合的方式，在单片机10上电瞬间或存在外部干扰脉冲信号的情况下，能够对继电器30进行保护。
优选地，所述三极管Q2与极性电容C2通过电阻R4连接；所述三极管Q2与三极管Q1通过电阻R6连接。
具体实施时，三极管Q2集电极与极性电容C2负极通过电阻R4连接；三极管Q2集电极与三极管Q1基极通过电阻R6连接；三极管Q1通过限流电阻R4和极性电容C2的充电和放电功能来配合极性电容C2的PWM信号方式驱动，确保在PWM有效驱动的过程中三极管Q1的基极能持续保持低电平的有效驱动信号，从而确保继电器30能得到持续有效的+24V电压，实现PWM驱动信号转换为有效的低电平驱动信号。
优选地，所述三极管Q1还与电源正极通过电阻R5连接。
具体实施时，三极管Q1基极还与电源正极通过电阻R5连接，电阻R5为上拉电阻，用于防止在三极管Q2还没有导通之前三极管Q1受到干扰信号而误动作，增强抗干扰的能力。
优选地，所述单片机10依次通过电容C1和电阻R2与所述三极管Q2连接。
具体实施时，单片机10依次通过电容C1和电阻R2与三极管Q2连接；经过电容C1的耦合，电阻R2的限流，给三极管Q2基极提供有效的偏置电压和驱动电流，使三极管Q2饱和导通。
优选地，所述电容C1与单片机10之间以及所述电阻R2与所述三极管Q2之间均设有下拉电阻。
具体实施时，电容C1与单片机10的连接节点与电阻R1一端连接；电阻R2与三极管Q2基极的连接节点与电阻R3一端连接；电阻R1另一端、电阻R3另一端与发射极均接地连接；电阻R1和电阻R3是下拉电阻，电阻R1和电阻R3能够防止三极管Q2受到干扰信号而误动作，增强抗干扰的能力。
优选地，所述三极管Q1为PNP型；所述三极管Q2为NPN型。
以上电路中，电阻R1和电阻R1的阻值均为8KΩ-11KΩ；较佳地电阻R1和电阻R1的阻值均为10KΩ；电阻R2的阻值为4KΩ-5KΩ；较佳地电阻R2的阻值为4.7KΩ；电阻R4的阻值为0.5KΩ-2KΩ；较佳地电阻R4的阻值为1KΩ；电阻R5的阻值为45KΩ-50KΩ；较佳地电阻R5的阻值为47KΩ；电阻R6的阻值为8KΩ-12KΩ；较佳地电阻R6的阻值为10KΩ；电容C1的容值为0.05μF-0.2μF；较佳地电容C1的容值为0.1μF。
尽管本文中较多的使用了诸如单片机、二极管、三极管、电阻、电容、继电器、电源正极开关模块、接地开关模块、负载等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。