宽电压输入交直流通用电磁接触器智能控制模块的制作方法

专利名称：宽电压输入交直流通用电磁接触器智能控制模块的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及器械智能控制领域，特别是一种宽电压输入交直流通用电磁 接触器智能控制模块的设计。
背景技术：
接触器是一种量大面广的自动控制电器，多用于远距离控制和电动机传动系统中。随着 自动控制技术的发展，对控制的要求也越来越高。现有的电磁接触器由于电磁机构输入电压 类型单一、工作范围窄、吸持损耗大，造成机构种类繁多、资源浪费大、寿命低、产品可靠 性差，已成为发展的瓶颈。
发明内容
本实用新型的目的是实现了宽电压工作范围、交直流通用的电磁接触器智能控制模块的 设计。
本实用新型是这样实现的， 一种宽电压输入交直流通用电磁接触器智能控制模块，包括 大功率整流电路D,采样电路E，大功率开关管A、 B，光耦隔离器F、 G，反激式拓扑电路 StackFET ,高频变压器S，单片机系统P,通信模块Q，光电耦合器件的电源U及电磁接触 器的电磁线圈C;其特征在于；所述的大功率整流电路D的输入端[l]、 [2]接电源，输出端 并接采样电路E，所述的采样电路E的正端接大功率开关管A的输入端，所述的大功率开关 管A输出端与大功率开关管B的输出端相连接，所述的大功率开关管A、 B分别接有光耦隔离 器F、 G，所述的大功率开关管A、 B之间还并接有电磁接触器的电磁线圈C;所述的高频变压 器S的一路供电输出端的一端与电磁接触器的电磁线圈C的另一端和采样电路E的负极相连 接，另一端与大功率开关管B的输入端相连接，形成高压起动回路和低压保持回路，高电压 起动回路由所述的大功率开关管A导通形成回路；低电压保持回路由所述的大功率开关管B 导通形成；
所述的反激式拓扑电路StackFET 由or型滤波器H， LinkSwitch-TN芯片M， M0SFET功 率管L，分压稳压电路I、 J和缓冲与钳位电路K组成；其并接在采样电路E的两端，依次将 n型滤波器H与分压稳压电路I、 J组成的串连电路，缓冲与钳位电路K、 MOSFET功率管L、 LinkSwitch-TN芯片M组成的串连电路并联；所述的M0SFET功率管L的一个输入端接在分压 稳压电路I、 J之间；所述的缓冲与钳位电路K的两端与高频变压器S的输入端相连；所述的高频变压器S具有四路相互独立的输出电源，分别为单片机系统P，通信模块Q,光电耦合器 件的电源U及上述的低压保持回路供电；所述的光电耦合器件的电源U的输入端接有反馈电 路N,其将采集的电信号反馈给LinkSwitch-TN芯片M，从而构成稳定的直流电源；、 [2]端接上电源后，通过采样电路E对电源电压进行采样，并将采样值送入单片机 系统，与设定值进行比较，高压起动回路和低压保持回路均处于待机状态；单片机系统通过 光耦隔离器F给大功率开关管A施加一个触发控制信号[4]，此信号决定强激磁的施加与关断 时间，在合适时间通过光耦隔离器G给大功率开关管B施加触发信号[5],电磁接触器转入节 能无声运行状态；当电源电压小于设定电压值时，转入释放程序，电磁接触器分闸。
本实用新型具有如下优点
1、 交、直流控制电源通用；
2、 宽工作电压输入范围，现有接触器工作电压范围为85%Ue 105%Ue，本控制模块的 工作电压可以达到6596Ue 115WUe，参数设计合理，工作范围可以更大；
3、 高电压起动、低电压保持，节能无声运行；
4、 单片机控制系统，进行接触器吸合过程的动态优化控制，实现吸合过程铁心和触头撞 击能量最小控制；
5、 通信功能，具有现场控制和远程控制两种控制模式。可极大拓展电磁接触器的应用领 域，提高接触器的各项性能指标。


图1是本实用新型的系统原理框图。
图2是本实用新型实施例的反激式拓扑电路StackFET 的结构原理框图。
具体实施方式

以下结合附图和实施例对本实用新型做详细说明。
如图1所示，本实用新型涉及一种宽电压输入交直流通用电磁接触器智能控制模块，包 括大功率整流电路D，采样电路E，大功率开关管A、 B，光耦隔离器F、 G，反激式拓扑电路 StackFET ,高频变压器S,单片机系统P,通信模块Q，光电耦合器件的电源U及电磁接触 器的电磁线圈C;其特征在于；所述的大功率整流电路D的输入端[l]、 [2]接电源，输出端 并接采样电路E，所述的采样电路E的正端接大功率开关管A的输入端，所述的大功率开关 管A输出端与大功率开关管B的输出端相连接，所述的大功率开关管A、 B分别接有光耦隔离 器F、 G，所述的大功率开关管A、 B之间还并接有电磁接触器的电磁线圈C;所述的高频变压 器S的一路供电输出端的一端与电磁接触器的电磁线圈C的另一端和采样电路E的负极相连接，另一端与大功率开关管B的输入端相连接，形成高压起动回路和低压保持回路，高电压
起动回路由所述的大功率开关管A导通形成回路;低电压保持回路由所述的大功率开关管B 导通形成；
所述的反激式拓扑电路StackFET 由n型滤波器H, LinkSwitch-TN芯片M, MOSFET功 率管L，分压稳压电路I、 J和缓冲与钳位电路K组成；其并接在采样电路E的两端，依次将 冗型滤波器H与分压稳压电路I、 J组成的串连电路，缓冲与钳位电路K、 MOSFET功率管L、 LinkSwitch-TN芯片M组成的串连电路并联；所述的MOSFET功率管L的一个输入端接在分压 稳压电路I、 J之间；所述的缓冲与钳位电路K的两端与高频变压器S的输入端相连；所述的 高频变压器S具有四路相互独立的输出电源，分别为单片机系统P，通信模块Q，光电耦合器 件的电源U及上述的低压保持回路供电；所述的光电耦合器件的电源U的输入端接有反馈电 路N，其将采集的电信号反馈给LinkSwitch-TN芯片M，从而构成稳定的直流电源、 [2]端接上电源后，通过采样电路E对电源电压进行采样，并将采样值送入单片机 系统，与设定值进行比较，高压起动回路和低压保持回路均处于待机状态；单片机系统通过 光耦隔离器F给大功率开关管A施加一个触发控制信号[4]，此信号决定强激磁的施加与关断 时间，在合适时间通过光耦隔离器G给大功率开关管B施加触发信号[5]，电磁接触器转入节 能无声运行状态；当电源电压小于设定电压值时，转入释放程序，电磁接触器分闸。
当电源电压上电以后，经过大功率整流电路D，进行两路输入， 一路提供给开关电源模 块进行DC/DC电压转换；另一路在合适时间提供给电磁接触器的激磁线圈C进行高电压激磁 起动。当电源电压超过380V时，即使开关电源芯片内部集成了高达700V的MOSFET也远满足 不了在功率管关断时所加电压及原边漏感造成的尖峰电压加之副边输出时在原边感应出的感 应电压之和，故一般的钳位与缓冲电路在极限高电压输入时根本不起作用，需进行特殊的设 计才能满足要求。这里采用StackFET 反激式拓扑结构，使输入电压范围大大拓宽，在极限 高电压下仍能安全可靠的工作。StackFET技术允许组合使用不太昂贵的、额定电压为600V的 低压MOSFET和PI公司的单片开关电源芯片，极大的拓宽了输入电压的范菌，这样便可设计 出简单、便宜并能够保证在高电压输入的情况下开关电源仍能安全可靠的工作。本专利将一 个内部集成了 700V耐压的MOSFET的LinkSwitch-TN芯片与一个耐压高达600V的MOSFET搭 配构成了一个StackFET结构的反激式开关电源。如图2所示图中，Ql (框图中的L)为外 加的600V的MOSFET， Ul (框图中的M)为LinkSwitch-TN芯片，为了加强对LinkSwitch-TN 的保护，在其漏源极两端串联了三个瞬态电压抑制二极管P6KE160A (框图中的J，因为型号 不同，用了三个管子，采用一个管子的原理相同)，LinkSwitch-TN的漏源极两端的电压不会
超过480V，而Q1和U1的最大合成峰值漏极耐压则扩展到了 1080V,完全满足550V输入时开关管的耐压。采用StackFET结构必需保证Ul的工作不受其影响，当LinkSwitch-TN内部的 MOSFET导通时，Ql也导通，输入电压施加在高频变压器原边， 一旦初级电流达到U1的内部 限流点，内部MOSFET关断，储存的能量被传送到输出。在LinkSwitch-TN内部的MOSFET管， 就是控制开关，通过内部MOSFET的导通和截止来维持稳压，而内部MOSFET的导通和截止是 根据开关管LinkSwitch-TN的反馈引脚电流进行使能的。这种状态下能使有效开关频率随负 载降低、开关损耗按比例递减，提高了电源转换效率。 本实用新型的优点如下
1、 交、直流控制电源通用；
2、 宽工作电压输入范围，现有接触器工作电压范围为85%Ue 105%Ue,本控制模块的 工作电压可以达到65XUe 115XUe，参数设计合理，工作范围可以更大；
3、 高电压起动、低电压保持，节能无声运行；
4、 单片机控制系统，进行接触器吸合过程的动态优化控制，实现吸合过程铁心和触头撞 击能量最小控制；
5、 通信功能，具有现场控制和远程控制两种控制模式。可极大拓展电磁接触器的应用领 域，提高接触器的各项性能指标。
权利要求1、一种宽电压输入交直流通用电磁接触器智能控制模块，包括大功率整流电路D，采样电路E，大功率开关管A、B，光耦隔离器F、G，反激式拓扑电路StackFETTM，高频变压器S，单片机系统P，通信模块Q，光电耦合器件的电源U及电磁接触器的电磁线圈C；其特征在于；所述的大功率整流电路D的输入端[1]、[2]接电源，输出端并接采样电路E，所述的采样电路E的正端接大功率开关管A的输入端，所述的大功率开关管A输出端与大功率开关管B的输出端相连接，所述的大功率开关管A、B分别接有光耦隔离器F、G，所述的大功率开关管A、B之间还并接有电磁接触器的电磁线圈C；所述的高频变压器S的一路供电输出端的一端与电磁接触器的电磁线圈C的另一端和采样电路E的负极相连接，另一端与大功率开关管B的输入端相连接，形成高压起动回路和低压保持回路，高电压起动回路由所述的大功率开关管A导通形成回路；低电压保持回路由所述的大功率开关管B导通形成；所述的反激式拓扑电路StackFETTM由π型滤波器H，LinkSwitch-TN芯片M，MOSFET功率管L，分压稳压电路I、J和缓冲与钳位电路K组成；其并接在采样电路E的两端，依次将π型滤波器H与分压稳压电路I、J组成的串连电路，缓冲与钳位电路K、MOSFET功率管L、LinkSwitch-TN芯片M组成的串连电路并联；所述的MOSFET功率管L的一个输入端接在分压稳压电路I、J之间；所述的缓冲与钳位电路K的两端与高频变压器S的输入端相连；所述的高频变压器S具有四路相互独立的输出电源，分别为单片机系统P，通信模块Q，光电耦合器件的电源U及上述的低压保持回路供电；所述的光电耦合器件的电源U的输入端接有反馈电路N，其将采集的电信号反馈给LinkSwitch-TN芯片M，从而构成稳定的直流电源；[1]、[2]端接上电源后，通过采样电路E对电源电压进行采样，并将采样值送入单片机系统，与设定值进行比较，高压起动回路和低压保持回路均处于待机状态；单片机系统通过光耦隔离器F给大功率开关管A施加一个触发控制信号[4]，此信号决定强激磁的施加与关断时间，在合适时间通过光耦隔离器G给大功率开关管B施加触发信号[5]，电磁接触器转入节能无声运行状态；当电源电压小于设定电压值时，转入释放程序，电磁接触器分闸。
2、 根据权利要求l所述的宽电压输入交直流通用电磁接触器智能控制模块，其特征在于所 述的大功率整流电路的输入端[1]、[2]所接的电源电压范围可以是110V到550V的交直流 额定电压。
3、 根据权利要求l所述的宽电压输入交直流通用电磁接触器智能控制模块，其特征在于所述的高频变压器S的四路相互独立的输出电源分别通过整流滤波电路O、 X、 Y、 R为所述模块供电。
4、根据权利要求l所述的宽电压输入交直流通用电磁接触器智能控制模块，其特征在于所 述的通信模块与上位计算机连接，实现双向通信、远程控制。
专利摘要本实用新型涉及一种宽电压输入交直流通用电磁接触器智能控制模块，包括大功率整流电路D，采样电路E，大功率开关管A、B，光耦隔离器F、G，反激式拓扑电路StackFET^TM，高频变压器S，单片机系统P，通信模块Q，光耦合器件的电源U及电磁接触器的电磁线圈C；其特征在于所述的大功率整流电路D的输入端[1]、[2]接电源，输出端并接采样电路E，采样电路E的正端接大功率开关管A的输入端，大功率开关管A输出端与大功率开关管B的输出端相连接，大功率开关管A、B分别接有光耦隔离器F、G，大功率开关管A、B之间还并接有电磁接触器的电磁线圈C；本实用新型实现了宽电压工作范围、交直流通用的电磁接触器智能控制模块的设计，其体积小、工作可靠。
文档编号H01H47/00GK201307560SQ20082014603
公开日2009年9月9日 申请日期2008年10月28日 优先权日2008年10月28日
发明者叶开亮, 洪祥钦, 许志红 申请人:福州大学