接触器控制电路和接触器线圈电压控制方法与流程

本发明涉及低压电器领域，特别涉及一种接触器控制电路和线圈电压控制方法。

背景技术：

传统接触器通过线圈得电后下铁芯产生磁力使上铁芯克服复位弹簧弹力运行，上铁芯带动动触头运动与静触头接触。交流接触器是一种频繁操作的低压电器，使用范围广泛。控制线圈电压规格多，既有交流控制又有直流控制，

目前，对于同一壳架产品备货需要配置不同线圈，且使用时需要与对应电压匹配，现场使用比较繁琐，且线圈维持功耗比较高。随着自动化技术的发展，出现了一些电流型控制交流接触器线圈的方法，但大都是采用电源芯片改造而成，线圈工作电压范围不够宽，电路设计复杂。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种性能安全稳定，结构简单紧凑，成本低的接触器控制电路和接触器线圈电压控制方法。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种接触器控制电路，包括电源电路，电压采集电路，控制电路，驱动电路，开关元件和线圈；

所述电源电路的输入端与外部电源连接用于取电，电源电路的输出端与电压采集电路、控制电路、开关元件和线圈连接为电压采集电路、控制电路、开关元件和线圈供电；

所述电压采集电路的输入端与电源电路连接，用于采集电源电路当前的电源电压，控制电路的输入端与电压采集电路的输出端连接，

控制电路根据当前的电源电压调整占空比以输出控制信号，驱动电路的输入端与控制电路的输出端连接，驱动电路的输出端与开关元件连接，驱动电路接收控制电路发出的控制信号，控制开关元件的导通和关闭；

所述开关元件与线圈连接，开关元件的通断控制线圈两端的电压的有无。

优选的，还包括温度采集电路，温度采集电路的输入端与线圈连接，用于获取线圈的温度，温度采集电路的输出端与控制电路连接，将获取的线圈的温度信号发送给控制电路；所述控制电路根据当前的电源电压和线圈当前的温度，进而调整占空比以输出控制信号。

优选的，还包括emi电路，所述emi电路并联在电源电路的输入端一侧；emi电路包括电感l1，压敏电阻rv1，电容c2和电容c1，电容c1和电容c2并联连接在电感l1的两端，电容c1靠近电源电路一侧，电容c2靠近外部电源一侧，压敏电阻rv1并联连接在电容c2靠近外部电源的一侧。

优选的，所述电源电路包括整流电路，降压稳压电路；所述整流电路的输入端与外部电源连接，整流电路的输出端与降压稳压电路连接；所述整流电路为全波整流桥br1；降压稳压电路所述降压稳压电路包括电阻r1，电阻r2，三极管q1，电阻r7，电阻r8，三极管q2，电阻r11，电阻r14，三极管q3，稳压管d1，电容c3，电容c8，瞬态抑制二极管tvs2，电容c9，电容c14，稳压芯片vot1，电容c15；所述电容c3并联连接在整流电路的输出端，电阻r1和电阻r2的一端与整流电路的输出端负极连接，电阻r1、电阻r7、电阻r11和稳压管d1依次串联连接，稳压管d1的一端与整流电路的输出端正极连接，电阻r2三极管q1、电阻r8、三极管q2、电阻r14、三极管q3、电容c8依次串联连接后，电容c8的一端与整流电路的输出端正极连接，三极管q1的基极与电阻r1和电阻r7的中间节点连接，三极管q2的基极与电阻r7和电阻r11的中间节点连接，三极管q3的基极与电阻r11和稳压管d1的中间节点连接，瞬态抑制二极管tvs2和电容c9依次并联连接在电容c8的一端；电容c9的一端接地，另一端与电容c14和稳压芯片vot1连接，稳压芯片的输出脚与电容c15连接，电容c14、稳压芯片vot1和电容c15的另一脚接地；其中电容c9还给驱动电路提供电源；稳压芯片vot1给控制电路供电。

优选的，所述电压采集电路包括电阻r3、电阻r4、电阻r5、电阻r9、电阻r12、电容c4、瞬态抑制二极管tvs1；电压采集电路中电阻r3与电源电路连接，另一端串联电阻r4，电阻r4串联电阻r5，电阻r5串联电阻r9，电阻r9串联电阻r12，电阻r12与电容c4，瞬态抑制二极管tvs1并联，电阻r12与电容c4，瞬态抑制二极管tvs1另一端接地；电阻r9与电阻r12的节点提供信号给控制电路。

优选的，所述控制电路包括控制芯片u1，电容c6和电容c7，电阻r15和电容c10；控制芯片u1的第三管脚与电压采集电路的输出端连接，控制芯片u1的第八管脚和控制芯片u1的第十九管脚接地，电容c6和电容c7并联后的一端与控制芯片u1的第二十管脚连接，另一端接地，电阻r15和电容c10的中间节点与控制芯片u1的第一管脚连接。优选的，所述控制电路包括控制芯片u1，电容c6和电容c7；控制芯片u1的第三管脚与电压采集电路的输出端连接，控制芯片u1的第八管脚和控制芯片u1的第十九管脚接地，电容c6和电容c7并联后的一端与控制芯片u1的第二十管脚连接，另一端接地，控制芯片u1的第七管脚与温度采集电路的输出端连接，电阻r15和电容c10的中间节点与控制芯片u1的第一管脚连接。

优选的，所述温度采集电路包括热敏电阻r6，电阻r10，电阻r13和电容c5，所述热敏电阻r6、电阻r10、电阻r13串联连接后的一端与恒定电源连接，另一端接地，电容c5并联连接在电阻r13的两端，热敏电阻r6与线圈紧贴安装，电阻r10和电阻r13之间的连接线与控制电路连接。

优选的，所述驱动电路包括驱动芯片u2，电容c12，电容c11，电阻r17，电阻r18，电容c13、电阻r16和二极管d2；驱动芯片u2的输入端与控制电路连接，驱动芯片u2的电源端与电容c12和电容c11并联后的一端连接，电容c12和电容c11并联后的另一端接地，驱动芯片u2的接地端接地，驱动芯片u2的输出端与电阻r17的一端连接，电阻r17的另一端与开关元件和电阻r18的一端连接，电阻r18的另一端经过电容c13和电阻r16后与二极管d2的正极连接，线圈并联连接在二极管d2的两端，二极管d2的正极与开关元件连接。

本发明还提供一种接触器线圈电压控制方法，所述方法包括：

获取当前输入的电源电压；

获取当前的线圈温度，根据线圈温度与线圈电阻的对应关系，基于当前的线圈温度获得当前的线圈电阻；

保持时基于线圈电阻*保持时的线圈电流得到线圈保持电压，基于当前电源电压和线圈保持电压得到当前的保持占空比，根据保持占空比，对接触器的线圈两端的电压进行调节，使接触器在可靠保持状态。

优选的，启动时基于线圈电阻*启动时的线圈电流得到线圈启动电压，基于当前的电源电压和线圈启动电压得到当前的启动占空比，根据启动占空比，对接触器的线圈两端的电压进行调节，使接触器动作。

优选的，通过与线圈紧贴的热敏电阻获取线圈温度。

本发明接触器控制电路，包括电源电路，电压采集电路，控制电路，驱动电路，开关元件和线圈；控制电路接收电压采集电路采集到的当前的电源电压，控制电路根据当前的电压信号，进而调整占空比以输出控制信号，控制电路通过采集当前的电压计算出占空比的值，驱动开关元件改变接触器的线圈的电压，实现线圈的启动和保持，达到不同电压下线圈两端电压基本恒定，从而使线圈两端电压平均值稳定，线圈工作电压范围较宽，电路结构简单紧凑，线圈功耗低，成本低。

进一步，本发明接触器控制电路还包括温度采集电路，用于获取线圈的温度，控制电路接收电压采集电路采集到的当前的电源电压，以及温度采集电路采集的线圈当前的温度，控制电路根据当前的电源电压信号和线圈当前的温度，进而调整占空比以输出控制信号，驱动开关元件改变接触器的线圈的电压，实现线圈的启动和保持，达到线圈两端电压基本恒定，从而使线圈两端电压平均值稳定，控制电路根据当前的电源电压信号和线圈当前的温度，进而调整占空比以输出控制信号，接触器控制电路性能更加稳定可靠，线圈工作电压范围较宽，电路结构简单紧凑，线圈功耗低，成本低。

附图说明

图1是本发明接触器控制电路的一种实施例的结构框图；

图2是本发明接触器控制电路的另一种实施例的结构框图；

图3是本发明接电源电路的部分电路图；

图4是本发明电压采集电路的具体电路图；

图5是本发明一种实施例的控制电路的电路图；

图6是本发明另一种实施例的控制电路的电路图；

图7是本发明驱动电路的电路图；

图8是本发明电压降压稳压电路的部分电路图；

图9是本发明电压降压稳压电路的部分电路图。

具体实施方式

以下结合附图1至9给出的实施例，进一步说明本发明的接触器控制电路和接触器线圈电压控制方法的具体实施方式。本发明的接触器控制电路接触器线圈电压控制方法不限于以下实施例的描述。

如图1所示，本发明接触器控制电路，包括电源电路，电压采集电路，控制电路，驱动电路，开关元件和线圈；电源电路的输入端与外部电源连接用于取电，电源电路的输出端与电压采集电路、控制电路、开关元件和线圈连接为电压采集电路、控制电路、开关元件和线圈供电；电压采集电路的输入端与电源电路连接，用于采集电源电路当前的电源电压信号，控制电路的输入端与电压采集电路的输出端连接，控制电路接收电压采集电路采集到的当前的电源电压信号；控制电路根据当前的电压信号，进而调整占空比以输出控制信号，驱动电路的输入端与控制电路的输出端连接，驱动电路的输出端与开关元件连接，驱动电路接收控制电路发出的控制信号，控制开关元件的导通和关闭；开关元件与线圈连接，开关元件的通断控制线圈两端的电压的有无。

本发明接触器控制电路，包括电源电路，电压采集电路，控制电路，驱动电路，开关元件和线圈；控制电路接收电压采集电路采集到的当前的电源电压，控制电路根据当前的电源电压，进而调整占空比以输出控制信号，驱动开关元件改变接触器的线圈的电压，实现线圈的启动和保持，达到不同电源电压下线圈两端电压基本恒定，从而使线圈两端电压平均值稳定，线圈工作电压范围较宽，电路结构简单紧凑，线圈功耗低，成本低。

如图3所示，本发明接触器控制电路还包括emi电路。emi电路并联在电源电路的输入端一侧；emi电路包括电感l1，压敏电阻rv1，电容c2和电容c1，电容c1和电容c2并联连接在电感l1的两端，电容c1靠近电源电路一侧，电容c2靠近外部电源一侧，压敏电阻rv1并联连接在电容c2靠近外部电源的一侧。emi电路能够滤除外界电网的高频脉冲对电源的干扰，同时还有减少开关电源本身对外界的电磁干扰。

如图3、8、9所示，本发明电源电路包括整流电路，降压稳压电路；整流电路的输入端与外部电源连接，整流电路的输出端与降压稳压电路连接；整流电路为全波整流桥br1；降压稳压电路包括电阻r1，电阻r2，三极管q1，电阻r7，电阻r9，三极管q2，电阻r11，电阻r14，三极管q3，稳压管d1，电容c3，电容c8，瞬态抑制二极管tvs2，电容c9，电容c14，稳压芯片vot1，电容c15；电容c3并联连接在整流电路的输出端，电阻r1和电阻r2的一端与整流电路的输出端负极连接，电阻r1、电阻r7、电阻r11和稳压管d1依次串联连接，稳压管d1的一端与整流电路的输出端正极连接，电阻r2q1、三极管q1、电阻r8、三极管q2、电阻r14、三极管q3、电容c8依次串联连接后，电容c8的一端与整流电路的输出端正极连接，三极管q1的基极与电阻r1和电阻r7的中间节点连接，三极管q2的基极与电阻r7和电阻r11的中间节点连接，三极管q3的基极与电阻r11和稳压管d1的中间节点连接，瞬态抑制二极管tvs2和电容c9依次并联连接在电容c8的一端；电容c9的一端接地，另一端与电容c14和稳压芯片vot1连接，稳压芯片的输出脚与电容c15连接，电容c14、稳压芯片vot1和电容c15的另一脚接地；其中电容c9还给驱动电路提供电源；稳压芯片vot1给控制电路供电。电源电路采用电阻与三极管、二极管组成的降压降压稳压电路，也可以是dc-dc降压电路或ldo降压电路。

如图4所示，本发明电压采集电路包括电压采集电路中电阻r3与电源电路连接，另一端串联电阻r4，电阻r4串联电阻r5，电阻r5串联电阻r9，电阻r9串联电阻r12，电阻r12与电容c4，瞬态抑制二极管tvs1并联，电阻r12与电容c4，瞬态抑制二极管tvs1另一端接地；电阻r9与电阻r12的节点提供信号给控制电路。电压采集电路用于采集电源电路输出的当前电源电压信号。

如图6所示，本发明控制电路包括控制芯片u1，电容c6和电容c7；控制芯片u1的第三管脚与电压采集电路的输出端连接，控制芯片u1的第八管脚和控制芯片u1的第十九管脚接地，电容c6和电容c7并联后的一端与控制芯片u1的第二十管脚连接，另一端接地，电阻r15和电容c10的中间节点与控制芯片u1的第一管脚连接。本发明控制电路采用单片机也可以是专用驱动芯片。

如图7所示，驱动电路包括驱动芯片u2，电容c12，电容c11，电阻r17，电阻r18，电容c13、电阻r16和二极管d2；驱动芯片u2的输入端与控制电路连接，驱动芯片u2的电源端与电容c12和电容c11并联后的一端连接，电容c12和电容c11并联后的另一端接地，驱动芯片u2的接地端接地，驱动芯片u2的输出端与电阻r17的一端连接，电阻r17的另一端与开关元件和电阻r18的一端连接，电阻r18的另一端经过电容c13和电阻r16后与二极管d2的正极连接，线圈并联连接在二极管d2的两端，二极管d2的正极与开关元件连接。驱动芯片u2可以采用型号为fan3111e的驱动芯片，本发明驱动电路采用专用驱动器，也可以由分立器件构成。

如图开关元件为mos管q4，也可以采用功率三极管或igbt等。

下面结合图1、3、6、7、8、9说明本发明接触器控制电路的工作原理：

接触器控制电路接通后，控制电路通过检测整流后电源电压值，将线圈需要的最小启动电压值与当前采样电源电压值进行比较。

当整流后的电源电压值大于线圈最小启动电压值时，将线圈最小启动电压与整流后电源电压比值作为启动占空比，根据启动占空比，对接触器的线圈两端的电压进行调节，经过驱动电路后驱动功率管导通一定时间，使接触器动作；再转换成较小的保持占空比使线圈两端电压平均值较低，提供小的保持电压且满足接触器在可靠保持状态，将线圈保持电压与整流后电源电压比值作为保持占空比，根据保持占空比，对接触器的线圈两端的电压进行调节，较小维持线圈占空比随整流后电压变化而调整，从而达到线圈两端电压平均值稳定。所述线圈最小启动电压值，以及线圈保持电压为已知值。当然，启动占空比和保持占空比，除了采用线圈最小启动电压和线圈保持电压分别与整流后电压比值的方法外，也可以采用其它的方式计算。

当整流后的电压值低于预定关闭值时，控制电路关闭占空比输出，功率管为截止状态，线圈无维持电压，接触器处于断开状态。

图2为本发明提供的另一种接触器控制电路的结构示意图。

如图2所示，本发明接触器控制电路，包括电源电路，电压采集电路，控制电路，驱动电路，开关元件，温度采集电路和线圈；电源电路的输入端与外部电源连接用于取电，电源电路的输出端与电压采集电路、控制电路、开关元件和线圈连接为电压采集电路、控制电路、开关元件和线圈供电；电压采集电路的输入端与电源电路连接，用于采集电源电路当前的电源电压信号，控制电路的输入端与电压采集电路的输出端连接，接收电压采集电路采集到的当前的电源电压；温度采集电路与线圈连接，用于获取线圈的温度，温度采集电路的输出端与控制电路连接，用于将获取的线圈的温度信号发送给控制电路；控制电路根据当前的电源电压和线圈当前的温度，进而调整占空比以输出控制信号，驱动电路的输入端与控制电路的输出端连接，驱动电路的输出端与开关元件连接，驱动电路接收控制电路发出的控制信号，控制开关元件的导通和关闭；开关元件与线圈连接，开关元件的通断控制线圈两端的电压的有无。

本发明接触器控制电路，包括电源电路，电压采集电路，控制电路，驱动电路，开关元件，温度采集电路和线圈；控制电路接收电压采集电路采集到的当前的电源电压，以及温度采集电路采集的线圈当前的温度，控制电路根据当前的电源电压和线圈当前的温度，进而调整占空比以输出控制信号，驱动开关元件改变接触器的线圈的电压，实现线圈的启动和保持，达到线圈两端电压基本恒定，从而使线圈两端电压平均值稳定，控制电路根据当前的电源电压和线圈当前的温度，进而调整占空比以输出控制信号，接触器控制电路性能更加稳定可靠，线圈工作电压范围较宽，电路结构简单紧凑，线圈功耗低，成本低。

如图2所示，所述的温度采集电路与线圈连接，用于获取线圈的温度，温度采集电路的输出端与控制电路连接，用于将获取的线圈的温度信号发送给控制电路。

如图5所示，本发明控制电路包括控制芯片u1，电容c6和电容c7；控制芯片u1的第三管脚与电压采集电路的输出端连接，控制芯片u1的第八管脚和控制芯片u1的第十九管脚接地，电容c6和电容c7并联后的一端与控制芯片u1的第二十管脚连接，另一端接地，控制芯片u1的第七管脚与温度采集电路的输出端连接，电阻r15和电容c10的中间节点与控制芯片u1的第一管脚连接。控制芯片u1采用单片机。

如图5所示，温度采集电路包括热敏电阻r6，电阻r10，电阻r13和电容c5，单片机采集电阻r13产生的压降，热敏电阻r6、电阻r10、电阻r13串联连接后的一端与5v恒定电源连接，另一端接地，电容c5并联连接在电阻r13的两端，热敏电阻r6与线圈紧贴安装，电阻r10和电阻r13之间的连接线与控制电路连接，电阻r10和电阻r13为分压电阻，单片机采集电阻r13产生的压降。显然，温度采集电路也可以采用其它的温度传感器实现，通过温度传感器采集线圈温度。

在图2所示实施例中，电源电路，电压采集电路，驱动电路均可与前述图1所示实施例中采用相同的电路，也可以采用不同的电路。

下面结合图2、3、4、5、6、7、8、9说明本发明接触器控制电路的工作原理：

接触器控制电路接通后，控制电路通过电压采集电路获取整流后的电源电压值，将线圈需要的最小启动电压值与采样的当前电源电压值比较。

当当前的电源电压值大于线圈最小启动电压值时，将线圈最小启动电压与电源电压的比值作为启动占空比，经过驱动电路后驱动功率管导通一定时间，再转换成较小的保持占空比使线圈两端平均值较低，且满足接触器在可靠保持状态。较小维持线圈的保持占空比随整流后电压变化和线圈温度变化而调整，从而达到线圈两端电压平均值稳定。当线圈温度变化时，控制电路通过温度采集电路读取线圈温度并计算出此时线圈电阻，结合此时输入的电源电压值综合计算出占空比。热敏电阻贴与线圈紧密贴合，线圈温度传递给热敏电阻从而改变热敏电阻阻值，热敏电阻与分压电阻组成的电路输入电源电压不变，当热敏电阻的阻值随温度变化时，分压电阻的压降与温度有对应关系，从而得到线圈的温度，线圈温度与线圈电阻成正比的对应关系，当温度升高时电阻变大，经过多次试验得出线圈温度与线圈电阻的对应关系。常温下线圈电阻写入单片机，电路接通控制电路的单片机读取电源电路的输入电压，当达到启动电压阈值时根据i＝u/r计算出启动电流，其中线圈两端的电压可通过调节占空比得到理想值；启动后在换成较小的保持占空比使线圈两端平均值较低，提供小的保持电压且满足接触器在可靠保持状态，保持时当线圈温度升高，线圈电阻增大，基于线圈电阻*保持时的线圈电流得到线圈保持电压，将线圈保持电压与输入电源电压比值作为保持占空比，通过增大占空比使得线圈两端的电压增加，保证了线圈电流恒定。反之线圈温度降低，线圈电阻变小，线圈电阻*保持时的线圈电流得到线圈保持电压，线圈保持电压变小，通过减小占空比使得线圈两端电压降低，保证线圈电流恒定，保证了接触器线圈在不同温度下启动功率稳定、保持功稳定。

当整流后的电压值低于预定关闭值时，控制电路关闭占空比输出，功率管为截止状态，线圈无维持电压，接触器处于断开状态。

实施例一经过电压采集电路检测到电源电压后根据电源电压的大小改变pwm占空比大小实现对线圈的电压控制，完成接触器的动作特性。其缺点是随着环境温度或产品本身发热后线圈电阻会变大，而在相同输入电压情况下以往技术pwm中的占空比不发生改变从而导致线圈电流变小，接触器的吸合力变小导致接触器的动作特性发生变化。本发明通过温度采集电路采集线圈的温度，实现温度补偿控制，当温度升高时线圈电阻变大pwm的占空比也发生改变，从而提高线圈两端电压，从而达到了线圈中电流与升温前接近，从而保障了接触器吸合力在同电压不同温度下吸合力接近维持了动作特性一致。(线圈最小启动电压是指此电压刚好使接触器动作电压。大于此最小启动电压时的电压都可以使之动作亦可称为启动电压。产品标识的启动电压一般比最小启动电压高。)

基于上述接触器控制电路的实施例，本发明还提供一种接触器线圈电压控制方法，所述方法包括：

获取当前输入的电源电压；

获取当前的线圈温度，根据线圈温度与线圈电阻的对应关系，基于当前的线圈温度获得当前的线圈电阻；

启动时基于线圈电阻*启动时的线圈电流得到线圈启动电压，基于当前的电源电压和线圈启动电压得到当前的启动占空比，根据启动占空比，对接触器的线圈两端的电压进行调节，使接触器动作；

保持时基于线圈电阻*保持时的线圈电流得到线圈保持电压，基于当前的电源电压和线圈保持电压得到当前的保持占空比，根据保持占空比，对接触器的线圈两端的电压进行调节，使接触器在可靠保持状态。

电源电压可基于本发明的电压采集电路获得，即整流后的电压，线圈温度可以基于本发明的温度采样电路获得，温度采样电路可以是温度传感器，也可以基于热敏电阻获取。启动时的线圈电流和保持时的线圈电流均为已知值，保持占空比可以基于线圈保持电压与电源电压的比值获得，也可以采用其它的计算方式，线圈温度与线圈电阻的对应关系为已知值，采购时可通过供应商获得，也可通过实验获得。启动时可以不考虑线圈温度，按实施例一的方式启动，保持时考虑当前电源电压和线圈温度输出保持占空比。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。