接触器的线圈驱动电路及线圈驱动电流的控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及交流接触器领域，具体涉及一种接触器的线圈驱动电路及线圈驱动电 流的控制方法。
【背景技术】
[0002] 传统接触器操作系统由线圈、静铁心、衔铁和反力弹簧组成。当接触器线圈通电 后，静铁心和衔铁之间产生吸力，当吸力大于弹簧反作用力时，衔铁被吸向静铁心，直到与 静铁心接触为止，这时主触头闭合，这个过程称为吸合过程。线圈持续通电，衔铁与静铁心 保持接触，主触头保持闭合状态的过程，称为吸持过程。当线圈中电流减少或中断时，静铁 心对衔铁的吸力减小，当吸力小于弹簧反作用里时，衔铁返回打开位置，主触头分开，这个 过程称为释放过程。
[0003] 接触器用于频繁地接通和分断交、直流电路，且可以远距离控制的低压电器。其主 要控制对象是电动机，也可以用于控制电热器、电焊机和照明灯等电力负载。目前全国接触 器的使用量巨大，中大容量的接触器在吸持状态时，每台消耗的有功功率平均约为60W，功 率因数只有0.3左右。降低接触器的能耗对节能减排有重大贡献。
[0004]目前已有的接触器节电器采用交流转直流，大电流吸合，小电流保持的方式，大大 降低了电磁线圈铁损、铜损和短路环的损耗，可以减小90%以上的有功功耗。但这些技术还 有一定的缺陷，只解决的有功功耗的问题，对于功率因数的提高却无能为力，某些节电技术 还会使得功率因数降低。如申请号为200510029373.2的专利中，采用脉冲形式给电磁线圈 供电，使电磁线圈以恒定的小电流工作;采用该方式工作，不仅会产生大量的谐波，而且输 入电流的有效值不跟随输入电压，导致功率因素很低，按照该技术制作样机，实际PF值小于 0.3。申请号201210196762.4和201010040019.9的专利的技术，在输入交流电压过零附近给 电磁线圈励磁，使得输入电流与输出电压处于一种类似反相的状态，按照该技术制作样机， 功率因数小于0.1。
[0005] 在国家标准GB21518-2008中，根据接触器线圈损耗分为三个能效等级。一般传统 接触器为3级能效，而带节电技术的接触器可以做到2级能效。对于容量为100A以上的接触 器，为了达到1级能效需要需要把线圈吸持功耗降到IVA以下。目前的接触器节电技术绝大 部分没有考虑过功率因数的问题，采用现有的节电技术，很难做到1级能效。
[0006] 针对现有技术所存在的上述的缺陷，本发明提供了一种交流接触器的节电电路， 在降低接触器线圈有功功耗的同时可以提高功率因数，使得传统接触器达到1级能效。
【发明内容】
[0007] 本发明所要解决的技术问题是，提供一种采样及电路工作状态切换灵活，且易于 设计实现的线圈驱动电路。
[0008] 相应的，本发明另一个要解决的技术问题是，提供一种采样及电路工作状态切换 灵活，且易于设计实现的线圈驱动电流的控制方法。
[0009]为了实现上述发明目的，本发明提供一种接触器的线圈驱动电路，适用于方波发 生器来控制调节线圈的驱动电流，所述线圈驱动电路，由二极管D3、N-M0S管Q2、电阻RU电 阻R2和电阻R3组成，二极管D3的阴极与接触器线圈的入端相连，二极管D3的阴极还引出作 为线圈驱动电路的第一输入端;二极管D3的阳极分别与N-MOS管Q2的漏极及接触器线圈的 出端相连，N-MOS管Q2的源极分别与电阻R3的一端及电阻Rl的一端相连，电阻R3的另一端接 地；电阻Rl的另一端通过电阻R2接地;N-MOS管Q2的栅极引出作为第二输入端，用于与方波 发生器的方波信号输出端相连；电阻R3的一端引出作为吸持电流检测端；电阻Rl的另一端 引出作为吸合电流检测端;其中，由时钟窄脉冲信号CLK形成方波信号的上升沿，用以控制 线圈驱动电路的N-MOS管Q2导通，在接触器的吸合阶段，通过方波发生器自吸合电流检测端 检测线圈的吸合电流Ics2,进行比较运算后输出方波信号的下降沿，与时钟窄脉冲信号CLK 所形成的方波信号的上升沿一起构成吸合占空比信号，用以控制线圈驱动电路的N-MOS管 Q2的通断，直到接触器进入吸持阶段;在接触器的吸持阶段，通过方波发生器自吸持电流检 测端检测线圈的吸持电流Icsl，进行比较运算后输出方波信号的下降沿，与时钟窄脉冲信 号CLK所形成的方波信号的上升沿一起形成吸持占空比信号，用以控制线圈驱动电路的N-MOS管Q2的通断。
[0010]优选的，所述线圈驱动电路的吸合电流Ics2是吸持电流Icsl的10至20倍。
[0011] 优选的，所述线圈驱动电路的吸合电流Ics2的电流峰值为
吸持 电流Icsl的电流峰值为
[0012] 优选的，所述方波发生器，包括信号发生模块和第一逻辑电路，第一逻辑电路的第 一输入端接延时信号DELAY，第一逻辑电路的第二输入端与信号发生模块的输出相连，第一 逻辑电路的输出作为方波发生器的第一方波输出端GATEl;其中，信号发生模块用于产生控 制N-MOS管Ql的占空比信号SIGNl，以控制N-MOS管Ql的通断;延时信号DELAY，在吸合阶段， 用于控制第一逻辑电路屏蔽信号SIGNl，使得方波发生器的第一方波输出端不输出信号，用 以让PFC电路不工作;在吸持阶段，控制第一逻辑电路不屏蔽信号SIGN1，使得方波发生器的 第一方波输出端输出信号，用以控制PFC电路工作。
[0013] 优选的，所述方波发生器，包括时钟发生模块、第一比较器、第二比较器、延时信号 发生模块及第二逻辑电路，其具体连接关系是，第一比较器的第一输入端与线圈驱动电路 的吸持电流检测端相连，第一比较器的第二输入端与第一电压基准相连;第二比较器的第 一输入端与线圈驱动电路的吸合电流检测端相连，第二比较器的第二输入端与第二电压基 准相连;时钟发生模块的输出、第一比较器的输出、第二比较器的输出和延时信号发生模块 的输出分别与第二逻辑电路的输入相连，第二逻辑电路的输出作为方波发生器的第二方波 输出端。
[0014] 本发明还提供一种接触器线圈驱动电流的控制方法，所述线圈的驱动电流通过采 用峰值电流控制方式控制线圈驱动电路的N-MOS管Q2的占空比来调节，所述线圈驱动电路 的N-MOS管Q2的占空比控制，包括如下步骤，时钟控制开关管导通阶段，由时钟窄脉冲信号 CLK形成方波信号的上升沿，用以控制线圈驱动电路的N-MOS管Q2导通，在接触器的吸合阶 段，通过方波发生器检测线圈的吸合电流Ics2,进行比较运算后输出方波信号的下降沿，与 时钟窄脉冲信号CLK所形成的方波信号的上升沿一起构成吸合占空比信号，用以控制线圈 驱动电路的N-MOS管Q2的通断，直到接触器进入吸持阶段;在接触器的吸持阶段，通过方波 发生器检测线圈的吸持电流Icsl，进行比较运算后输出方波信号的下降沿，与时钟窄脉冲 信号CLK所形成的方波信号的上升沿一起形成吸持占空比信号，用以控制线圈驱动电路的 N-MOS管Q2的通断。
[0015]优选的，所述方波发生器的比较运算步骤是，在接触器的吸合阶段，延时信号 DELAY控制第二逻辑电路屏蔽第一比较器COMl，不屏蔽第二比较器COM2;通过方波发生器检 测的吸合电流Ics2传输给第二比较器COM2，当吸合电流Ics2等于第二电压基准时，第二比 较器COM2输出高电平信号，控制第二逻辑电路输出低电平，以产生方波信号的下降沿;在接 触器的吸持阶段，延时信号DELAY控制第二逻辑电路屏蔽第二比较器COM2,不屏蔽第一比较 器COMl，通过方波发生器检测的吸持电流Icsl传输给第一比