一种接触器节电控制电路及其控制方法与流程

本发明涉及接触器领域，特别涉及接触器节电控制电路及其控制方法。

背景技术：

传统接触器由线圈和铁芯组成，工作过程分三个阶段：吸合阶段、吸持阶段和关断阶段。吸合阶段，线圈通过大的吸合电流，产生做够大的电磁力使接触器触头吸合。吸持阶段，该阶段线圈的吸持电流约为吸合电流的十分之一，过大的吸持电流会使线圈的损耗增大。关断阶段，线圈的电流被消耗使得接触器触头断开，该过程中，线圈中电流消耗得越快，接触器断开越迅速、越可靠。

传统的接触器无其他控制元件，只能通过线圈本身阻抗来限流。为兼顾吸合所需的大电流，线圈阻抗不能设计得太大。所以在接触器吸持过程中，线圈流过的电流远大于实际需要的电流，多余能量变成线圈的热量，浪费能源，且使线圈的温度升高、可靠性降低，在关断阶段线圈内能量无泄放路径，线圈产生的感应电压过高导致后端器件损坏，如加续流电流则线圈中电流减小缓慢，接触器触头无法及时弹开，大大降低产品可靠性。

为解决传统接触器功耗大的问题，出现了一些接触器节电电路。如图1为一种常见的节电电路应用原理图，通过调节mos管tr1的占空比来控制接触器线圈l1的电流。吸合阶段让tr1的占空比较大，在吸持阶段则让tr1的占空比较小，实现接触器线圈大电流吸合小电流吸持，达到节能的效果。二极管d1给线圈提供续流回路，正常工作时，低阻抗的续流回路有利于减小整个电路的损耗。关断阶段，为了让接触器迅速关断,需要快速消耗线圈的电流，但关断时，线圈能量仅能通过续流二极管进行消耗，而续流二极管上管压降较小，导致线圈能量消耗缓慢，进而使得接触器关断非常慢。传统接触器产品中，关断时间为50ms左右，而加了节电电路的接触器产品，关断时间会上升到200ms左右，即变为原来的四倍左右。在部分应用场合中，关断时间的增大会产生致命的问题，如控制电机正逆转的接触器，并且关断速度变慢后，会导致接触器主触头之间拉弧时间加长，严重威胁接触器的寿命等等问题的发生。

为了实现快速关断功能，必须在接触器关断时，让线圈续流回路的阻抗增大。通常的做法是用一开关来切换续流回路的阻抗。目前带快速关断功能的接触器节电电路，都有一定的问题。

如公开号为cn106024521b的《一种接触器线圈控制电路》专利，其电路应用原理图如图2所示。在快速关断阶段，主功率开关管tr1断开，线圈电流被d1和快速关断电路(即开关管tr2)速消耗掉，达到快速关断的效果。该电路的缺点是在关断阶段，快速关断电路的开关器件工作在放大区，接触器线圈续流时就会损耗较多的能量，一方面由于给接触器线圈去磁的电压较低，因此接触器关断时间较长，且增加了节电电路在关断阶段的损耗，另一方面导致快速关断电路的开关器件的温度升高、可靠性降低。同时该该方案在关断过程中，线圈中的能量几乎全部消耗在开关管tr2上，在频繁通断的场合，开关管tr2会发热过大而损坏，并且对于能量浪费严重。

技术实现要素：

本发明所解决的技术问题是，提供一种接触器节电控制电路及其控制方法，降低接触器线圈有功功耗，加快接触器的关断速度，且节电器自身损耗小，并能将线圈能量反馈至电网，实现节能、可靠的目的。

本发明的接触器节电控制电路的技术方案如下：

一种接触器节电控制电路，其特征在于：包括第一开关管k1、第二开关管k2、第一二极管d1、第二二极管d2、第一电流采样器件、正输入端口vin+、负输入端口vin-、第一控制端口p1、第二控制端口p2、采样端口p3、第一连接端口p4和第二连接端口p5；

第二开关管k2的一端同时连接正输入端口vin+和第一二极管d1的阴极，第二开关管k2的另一端同时连接第一连接端口p4和第二二极管d2的阴极；第一开关管k1的一端连接第一电流采样器件的一端，第一开关管k1的另一端同时连接第二连接端口p5和第一二极管d1的阳极；第一电流采样器件的另一端同时连接负输入端口vin-和第二二极管d2的阳极；

正输入端口vin+用于连接电网的正端，负输入端口vin-用于连接电网的负端；第一连接端口p4用于连接接触器线圈的一端，第二连接端口p5用于连接接触器线圈的另一端；控制端口p1用于为第一开关管k1输入控制信号，控制端口p2用于为第二开关管k2输入控制信号；采样端口p3连接在第一开关管k1的一端，用于采样第一开关管k1中流过的电流，获得采样信号，然后通过该采样信号对第一开关管k1输入的控制信号进行控制。

优选地，第一开关管k1和第二开关管k2为n型mos管、p型mos管、npn三极管、pnp三极管、晶闸管或者可控开关器件。

优选地，第一电流采样器件为电阻或者电流互感器。

此外，本发明还提供上述接触器节电控制电路的控制方法，技术方案如下：

一种上述接触器节电控制电路的控制方法，其特征在于：

当接触器工作于吸合阶段，第一控制端口p1输入控制信号控制第一开关管k1闭合，第二控制端口p2输入控制信号控制第二开关管k2闭合,接触器线圈电感电流流过大电流，实现接触器主触头快速闭合；

当接触器工作于吸持阶段，第一控制端口p1输入控制信号控制第一开关管k1间歇式闭合和断开，第二控制端口p2输入控制信号控制第二开关管k2闭合，接触器线圈电感电流流过小电流，实现接触器主触头保持闭合，实现节能效果；

当接触器工作于关断阶段，第一控制端口p1输入控制信号控制第一开关管k1断开，第二控制端口p2输入控制信号控制第二开关管k2断开，接触器线圈快速放电，能量返回电网，流过电流降为零，实现接触器主触头快速弹开。

优选地，当接触器工作于吸合阶段和接触器工作于吸持阶段时，第一控制端口p1输入的控制信号为pwm信号，且接触器工作于吸合阶段时的占空比大于接触器工作于吸持阶段的占空比。

在上述优选方案的基础上进一步地优选方案，当接触器工作于吸合阶段和接触器工作于吸持阶段时，第二控制端口p2输入的控制信号择一或者均为pwm信号，且该pwm信号与第一控制端口p1输入的pwm信号同步。

优选地，当接触器工作于吸合阶段和接触器工作于吸持阶段时，第二控制端口p2输入的控制信号择一或者均为持续的高电平信号。

优选地，当接触器工作于吸合阶段和接触器工作于吸持阶段时，第二控制端口p2输入的控制信号择一或者均为pwm与高电平混合的信号。

优选地，当接触器工作于关断阶段，第一控制端口p1输入的控制信号和第二控制端口p2输入的控制信号均为持续的低电平信号。

需要说明的是，上述“择一或者均”表示的含义是针对两个阶段，可以是任意一个阶段被选中，也可以是两个阶段均被选中。例如“当接触器工作于吸合阶段和接触器工作于吸持阶段时，第二控制端口p2输入的控制信号择一或者均为持续的高电平信号”表示的含义为“有三种情况：(1)当接触器工作于吸合阶段时第二控制端口p2输入的控制信号才为持续的高电平信号；(2)当接触器工作于吸持阶段时第二控制端口p2输入的控制信号才为持续的高电平信号；(3)当接触器工作于吸合阶段和接触器工作于吸持阶段时，第二控制端口p2输入的控制信号均为持续的高电平信号”。

本发明的工作原理将在具体实施例部分进行详细分析，在此不重复，本发明的有益效果如下：

在接触器线圈在关闭阶段，将电网电压作为线圈的去磁电压，使得接触器线圈快速去磁，接触器触电迅速断开；并且线圈能量也能通过续流二极管回馈到电网，从而在主功率电路器件不变的情况下，能加快接触器的关断速度，降低有功功耗，并将线圈激磁能量回收，使得接触器节能，且可靠性强。

附图说明

图1为现有技术不带快速关断功能的接触器节电电路应用原理图；

图2为现有技术带快速关断功能的接触器节电电路应用原理图；

图3为本发明实施例接触器节点控制电路应用原理图；

图4为本发明实施例接触器节点控制电路的控制时序图。

具体实施方式

本申请的发明构思为：接触器在工作过程包括：吸合、吸持以及关断三个阶段。本发明提供的接触器节电控制电路包括第一开关管、第二开关管、第一二极管、第二二极管、第一电阻，工作模式为：激磁、吸持、去磁三种工作状态，三种工作状态与接触器工作的三个阶段对应。在激磁阶段，第一开关管、第二开关管闭合，电路从电网吸收能量，接触器线圈流过大电流，使主触头快速吸合；在吸持阶段，第二开关管闭合，第一开关管通过第一电阻采样第一开关管中流过的电流，控制第一开关管间歇式闭合和断开，接触器线圈流过小电流，使接触器触头保持吸合状态，同时实现节能效果；在去磁阶段，第一开关管、第二开关管断开，电路通过第一二极管、第二二极管形成的通路将线圈能量返回电网，接触器线圈电流减小为零，使接触器主触头快速断开，同时实现能量回收。

以下结合附图及实施例，对本发明电路进行说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明电路。

图3所示为本发明实施例接触器节电控制电路应用原理图，本发明的接触器节电控制电路包括第一开关管k1、第二开关管k2、第一二极管d1、第二二极管d2、第一电阻r1、正输入端口vin+、负输入端口vin-、第一控制端口p1、第二控制端口p2、第三控制端口p3、第一连接端口p4和第二连接端口p5，图3为应用原理图，因此将接触器线圈l的一端与第一连接端口p4进行了连接，将接触器线圈l的另一端与第二连接端口p5进行了连接。

图3的其它具体连接关系为：正输入端口vin+与电网的正端、第二开关管k2的一端、第一二极管d1的阴极连接，第二开关管k2的另一端与第二二极管d2的阴极连接、并与接触器线圈一端连接，第一二极管d1的阳极与第一开关管k1的另一端连接、并与接触器线圈另一端连接，第三控制端口p3与第一开关管k1的一端、第一接触电阻r1一端连接，负输入端口vin-与第一电阻另一端连接，第一控制端口p1与第一开关管k1的连接，第二控制端口p2与第二开关管k2的控制端连接。

以下结合图3本发明实施例接触器节点控制电路应用原理图，以及图4本发明实施例接触器节点控制电路的控制时序图，对本实施例的工作原理分析如下：

(1)接触器工作于吸合阶段，接触器线圈处于激磁状态，对应图4中的t0到t1：在初始t0时刻，输入上电，图3中第一控制端口p1持续输出pwm信号控制第一开关管k1闭合，第二控制端口p2输出高电平使第二开关管k2持续导通，第一开关管k1、第二开关管k2驱动处于高电平，正输入端口vin+通过第二开关管k2、接触器线圈l、第一开关管k1、第一电阻r1形成的通路给接触器线圈充能，至t1时刻接触器线圈电感完成激磁，流过大电流。

其中，控制端口p1的pwm信号的占空比保持最大(占空比越接近1电流越大，主触头吸合越快)能达到吸合阶段电流最大，实现接触器触头快速可靠闭合的效果；

(2)接触器工作于吸持阶段，接触器线圈电流处于保持状态，对应图4中的t1到t2：在t1时刻接触器触头吸合后，控制端口p1的pwm信号的占空比减小，控制端口p2输出高电平使第二开关管k2持续导通。在控制端口p1的pwm信号输出高电平时，第一开关管k1闭合；在控制端口p1的pwm信号输出低电平时，第一开关管k1断开，流经接触器线圈电感电流减小，接触器线圈电感通过第一二极管d1、第二开关管k2形成的通路实现不完全去磁，接触器线圈流过小电流，实现接触器线圈电感损耗减小，并保持接触器触头可靠闭合。

需要说明的是，其中，第(1)阶段和第(2)阶段第二控制端口p2的控制信号也可以是和第一控制端口p1同步的pwm信号，当第二控制端口p2为pwm信号时，接触器线圈能量通过第一二极管d1、正输入端口vin+、电网、负输入端口vin-、第二二极管d2形成的通路续流，同样实现发明目的。

(3)接触器工作于关断阶段，接触器线圈处于去磁状态，对应图4中的t2到t3，t2时刻正输入端口vin+停止输入，控制端口p1输出低电平使得第一开关管k1持续断开，第二控制端口p2输出低电平使得第二开关管k2持续断开，接触器线圈通过第一二极管d1、第二二极管d2、正输入端口vin+以及负输入端口vin-形成的通路，此时线圈能量回馈输入端电网，由于能量反馈至电网的速度非常迅速，因此线圈中能量可以快速释放，进而使得接触器主触头能够快速关断。而且，由于能量是通过输入端电网进行消耗，该部分能量会反馈至电网，而背景技术中提及的传统节电器和cn106024521b专利中节电器通过将该能量转换为热能损耗掉。因此本发明不仅能实现接触器的快速关断还能达到节能的效果。

本实施例中，第二开关管k2和第一开关管k1具体实现方式可以是n型mos管，也可以是p型mos管，也可以是npn三极管，也可以是pnp三极管，也可以是任一种可控开关器件。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干等同替换、改进和润饰，如将图3中的第一电阻r1替换为电流互感器，控制端口p2的控制信号由高电平信号替换为pwm与高电平混合的信号等等，这些等同替换、改进和润饰也应视为本发明的保护范围，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。