专利名称：电磁线圈驱动装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及驱动装置，具体涉及电磁线圈驱动装置。
背景技术：
在井下的一个电气系统中，控制器需要对多个电磁线圈进行驱动，而控制器由于 体积的原因驱动口有限，驱动的电磁线圈数也就有限，因此需要对驱动能力进行扩展。这 种驱动装置的主要作用是将控制器发出的串行控制信号转换成并行信号输出，以控制各个 电磁线圈；同时将各个电磁线圈的反馈值转换成串行信号供控制器读取。目前，在矿井环 境中使用的电磁线圈驱动装置存在着如下几点缺陷实现复杂，需要消耗较多的系统资源； 可靠性差，复杂的电路容易造成驱动装置的单片机和执行电路损坏。
发明内容针对现有技术存在的电磁线圈驱动装置的缺陷，本实用新型所要解决的技术问题 在于提供一种可靠性高、电路简单安全的一种电磁线圈驱动装置装置。为了解决上述技术问题，根据本实用新型的技术方案，提供电磁线圈驱动装置，包 括逻辑电平变换电路、触发器电路、移位锁存电路、移位电路和线圈驱动电路，其特点是所述逻辑电平变换电路接收外部控制器输出的串行信号，同时逻辑电平变换电路 接收触发器电路输出的触发控制信号，将串行信号进行逻辑变换后输出到触发器电路和移 位锁存电路中；所述逻辑电平变换电路还接收移位电路串行输出的反馈信号，并将反馈信 号输出到外部控制器；触发器电路接收逻辑电平变换电路输出的逻辑变换后的信号，输出触发控制信号 到逻辑电平变换电路、移位锁存电路和移位电路；移位锁存电路接收逻辑电平变换电路输出的逻辑变换后的信号并锁存，并在触发 器电路输出的触发控制信号的控制下输出并行信号到线圈驱动电路；线圈驱动电路接收移位锁存电路输出的并行信号，输出驱动信号到外部线圈，控 制外部线圈通断，同时，线圈驱动电路输出反馈信号到移位电路；该反馈信号反映了外部线 圈的通断状态；移位电路接收触发器电路输出的触发控制信号，移位电路将线圈驱动电路输出的 反馈信号移入，并在触发器电路输出的触发控制信号的控制下，将反馈信号串行输出到逻 辑电平变换电路。逻辑电平变换电路、触发器电路和移位锁存电路实现了对输入串行信号的解码； 移位电路将采集到的反馈信号在触发器电路的作用下输出到逻辑电平变换电路，并与逻辑 电平变换电路一起实现了对反馈信号的编码。根据本实用新型所述的电磁线圈驱动装置的一个优选方案，所述线圈驱动电路包 括线圈驱动模块VDl ；线圈驱动模块VDl包括电阻R59、R60、R61、R63、R64，电容C12，二极 管D30、D31、D32和三极管Q2、Q3 ；其中，电阻R59、R60、R61的一端同时连接移位锁存电路的输出端，电阻R59的另一端连接三极管Q2的基极和三极管Q3的集电极，电阻R60的另一 端连接二极管D30的阴极和电容C12的正极，电阻R61的另一端连接二极管D30的阳极、二 极管D32的阳极和三极管Ql的基极；三极管Q2的集电极和二极管D32的阴极均通过串联 连接的电阻R64、R63接地，电阻R64、R63的连接节点连接到移位电路的输入端，并且，三极 管Q2的集电极还通过二极管Dl连接输出驱动口 Z1，三极管Q3的发射极连接二极管D31的 阳极，三极管Q2的发射极、电容C12的负极和二极管D31的阴极同时接地。根据本实 用新型所述的电磁线圈驱动装置的一个优选方案，所述逻辑电平变换电 路包括六非门集成电路Ul、三与非门集成电路U2。根据本实用新型所述的电磁线圈驱动装置的一个优选方案，所述移位锁存电路包 括移位锁存器U9、U10、U11、U12。根据本实用新型所述的电磁线圈驱动装置的一个优选方案，所述移位电路包括移 位寄存器U5、U6、U7、U8。本实用新型所述的一种电磁线圈驱动装置的有益效果是本实用新型具有解码编 码串行信号指令以驱动相应电磁线圈的功能，消耗和占用的系统资源少，无需占用数据通 信口 ；线圈驱动模块短路保护能力强，使用简便、可靠，可以驱动多个电磁线圈驱动中，而且 成本低，可广泛应用于工业控制中，具有良好的应用前景。
图1是本实用新型所述的一种电磁线圈驱动装置原理框图。图2是本实用新型所述的一种电磁线圈驱动装置逻辑电平变换电路和触发器电 路原理图。图3是本实用新型所述的一种电磁线圈驱动装置移位锁存电路和移位电路原理 图。图4是本实用新型所述的一种电磁线圈驱动装置线圈驱动电路原理图。
具体实施方式
参见图1，电磁线圈驱动装置由逻辑电平变换电路1、触发器电路2、移位锁存电路 3、移位电路5和线圈驱动电路4构成，其中所述逻辑电平变换电路1的输入输出口 ZO通过串行信号线连接外部控制器，逻辑 电平变换电路1的第一输出端与触发器电路2的输入端连接，逻辑电平变换电路1的第二 输出端与移位锁存电路3的输入端连接，所述逻辑电平变换电路1的第二输入端与移位电 路5的输出端连接，所述逻辑电平变换电路1的控制端与触发器电路2的第三输出端连接； 所述触发器电路2的输入端与逻辑电平变换电路1的第一输出端连接，触发器电路2的第 一输出端与移位锁存电路3的控制端连接，触发器电路2的第二输出端与移位电路5的控 制端连接，触发器电路2的第三输出端与逻辑电平变换电路1的控制端连接；所述移位锁存 电路3的控制端与触发器电路2的第一输出端连接，移位锁存电路3的输入端与逻辑电平 变换电路1的第二输出端连接，移位锁存电路3的输出端与线圈驱动电路4的输入端连接； 所述线圈驱动电路4的输入端与移位锁存电路3的输出端连接，线圈驱动电路4的第一输 出端连接外部线圈，线圈驱动电路4的第二输出端连接移位电路5的输入端；所述移位电路5的输入端与线圈驱动电路4的第二输出端连接，所述移位电路5的控制端与触发器电路2 的第二输出端连接，移位电路5的输出端与逻辑电平变换电路1的第二输入端连接。所述逻辑电平变换电路1接收外部串行信号和移位电路5输出的串行输出的反馈 信号，同时逻辑电平变换电路1接收触发器电路2输出的触发控制信号，将串行信号进行逻 辑变换后输出到触发器电路2和移位锁存电路3中；所述逻辑电平变换电路1还接收移位 电路5串行输出的反馈信号，并将反馈信号通过输入输出口 ZO和串行信号线输出到外部控 制器；触发器电路2接收逻辑电平变换电路1输出的逻辑变换后的信号，输出触发控制信号 分别到逻辑电平变换电路1、移位锁存电路3和移位电路5 ；移位锁存电路3接收逻辑电平 变换电路1输出 的逻辑变换后的信号并锁存，并在触发器电路2输出的触发控制信号的控 制下输出并行信号到线圈驱动电路4 ；线圈驱动电路4接收移位锁存电路3输出的并行信 号，输出驱动信号到外部线圈，控制外部线圈通断，同时，线圈驱动电路4输出反馈信号到 移位电路5，该反馈信号反映了外部线圈的通断状态；移位电路5接收触发器电路2输出的 触发控制信号，移位电路5将线圈驱动电路4输出的反馈信号移入，并在触发器电路2输出 的触发控制信号的控制下将反馈信号串行输出到逻辑电平变换电路。其中，所述线圈驱动电路4由线圈驱动模块VDl VD22、输出驱动口 Zl Z11、二 极管Dl D22、D05、场效应三极管Q1、电阻R3构成；其中，线圈驱动模块VD2 VD22与线 圈驱动模块VDl电路结构完全相同，线圈驱动模块VDl VD22通过输出驱动口 Zl Zll 控制电磁线圈的打开和关闭，同时线圈驱动模块VDl VD22输出反馈信号，将电磁线圈的 状态通过移位电路5和逻辑电平变换电路1反馈给外部控制器；22个线圈驱动模块对应着 22个电磁线圈，输出驱动口 Z1 Z11为电磁线圈驱动装置的11个输出口，连接11个电磁 先导阀，每个电磁先导阀装有2个电磁线圈。在具体实施例中，线圈驱动模块VDl由电阻1 59、1 60、1 61、1 63、1 64，电容(12，二 极管D30、D31、D32，三极管Q2、Q3和接口 Pl构成；其中，接口 Pl的4脚通过二极管Dl接输 出驱动口 Zl，3脚接地，2脚输出反馈信号到移位电路5，1脚接移位锁存电路3的输出端；电 阻R59、R60、R61的一端同时通过接口 P的1脚连接移位锁存电路3的输出端，电阻R59的 另一端连接三极管Q2的基极和三极管Q3的集电极，电阻R60的另一端连接二极管D30的 阴极和电容C12的正极，电阻R61的另一端连接二极管D30的阳极、二极管D32的阳极和三 极管Ql的基极；三极管Q2的集电极和二极管D32的阴极均通过串联连接的电阻R64、R63 接地，电阻R64、R63的连接节点连接到接口 Pl的2脚，并且，三极管Q2的集电极与接口 Pl 的4脚连接，三极管Q3的发射极连接二极管D31的阳极，三极管Q2的发射极、电容C12的 负极和二极管D31的阴极同时接地。线圈驱动电路的作用是控制线圈的导通和闭合，并且具有短路保护功能，其工作 原理为当移位锁存电路3的输出的信号是高电平时，三极管Q2导通，使得外部线圈接地， 外部线圈形成回路后导通，反馈信号拉低至低电平；当控制信号为低电平时，三极管Q2截 止，线圈回路被切断，反馈信号维持在高电平。当线圈发生短路时，接口 Pl的4脚维持在高 电平，三极管Q2导通后三极管Q3的基极维持在高电平，使得三极管Q3打开，三极管Q2的 基极拉低，使得三极管Q2关闭，从而达到保护作用。其中，参见图2，所述逻辑电平变换电路1由六非门集成电路U1、三与非门集成电 路U2、电容C20、C21，电阻R4、R5、R6、R7、R12，二极管D03、D04，发光二极管L3构成；其中，六非门集成电路Ul可以采用HEF40098，三与非门集成电路U2可以选用MC14023 ；六非门集 成电路Ul的输出端3脚、5脚、7脚、9脚和12脚通过电阻R4、电容C20接到串行输入的一 条信 线上，集成电路Ul的输入端14脚通过电阻R5、电容C21连接串行输入的另一条信 号线上，六非门集成电路Ul的输入端2脚、4脚、6脚和10脚连接移位电路5中移位寄存器 U5的3脚，六非门集成电路Ul的输出端11脚接三与非门集成电路U2的输入端8脚，六非 门集成电路Ul的输入端1脚连接三与非门集成电路U2的输入端1脚、4脚和13脚，并同时 连接到触发器电路2 ；三与非门集成电路U2的输入端2脚、5脚、11脚和12脚连接到触发 器电路2 ；三与非门集成电路U2的输出端9脚、6脚连接到触发器电路2。触发器电路2 由触发器 U3、U4，电阻 R8、R9、RIO、Rll、R13，电容 Cl、C2、C3、C4、C5 构成。触发器电路2的作用是产生触发信号，控制逻辑电平变换电路1读取串行信号线上的 信号和输出反馈信号到串行信号线上，使串行信号线在读、写之间切换；触发器电路2还控 制移位锁存电路3，使其输入锁存，并且，触发器电路2还控制移位电路5将线圈驱动电路4 采集并反馈的外部线圈通断状态的信号移入并串行输出反馈信号到逻辑电平变换电路；并 且触发器电路2控制场效应管Ql打开和关闭，即控制电磁线圈供电。其中，触发器U3的9 脚输出触发信号用于控制六非门集成电路Ul和三与非门集成电路U2，触发器U3的7脚输 出触发信号用于控制三与非门集成电路U2和触发器U4，触发器U4的6脚输出触发信号用 于控制移位寄存器U5 U8、移位锁存器U9 U12，触发器U4的9脚输出触发信号用于控 制场效应管Q1，触发器U4的10脚输出控制信号用于控制移位锁存器U9 U12。其中，参见图3，所述移位锁存电路3由U9、U10、UlU U12、电阻R37 R58构成。 其中，移位锁存器U9、U10、UlU U12的2脚、3脚用于信号的输入，接逻辑电平变换电路1 ； 9脚用于信号的输出，在芯片间级联；移位锁存器U9、U10、U11、U12的4脚、5脚、6脚、7脚、 11脚、12脚、13脚、14脚用于信号并行输出，连接线圈驱动电路4;移位锁存器U9、U10、U11、 U12的1脚、15脚分别接触发器电路2的触发输出。其中，所述移位电路5由移位寄存器TO、U6、U7、U8构成；其中，移位寄存器TO、U6、 U7、U8的10脚均为信号输入，连接逻辑电平变换电路1 ；移位寄存器U5、U6、U7、U8的3脚 均为信号输出，移位寄存器U5、U6、U8的3脚在芯片间级联；移位寄存器U7的3脚连接逻 辑电平变换电路1中六非门集成电路Ul的输入端2脚、4脚、6脚和10脚；移位寄存器TO、 U6、U7、U8的11脚均为信号输入，移位寄存器TO的11脚；移位寄存器U7、U8、TO的11脚 在芯片间级联；移位寄存器U5、U6、U7、U8的1脚、4脚、5脚、6脚、7脚、13脚、14脚、15脚为 信号并行输入，连接线圈驱动电路4 ；移位寄存器TO、U6、U7、U8的9脚同时连接触发器电路 2的触发输出。本实用新型所述的电磁线圈驱动装置的工作过程如下当数据写入1时，将高电平加载在六非门集成电路Ul的12脚上，通过六非门集成 电路Ul和三与非门集成电路U2转换后作用在触发器U3上，当时钟到来时使触发器U3A触 发，触发器U3A的7脚输出方波控制触发器U4A触发，同时反馈到三与非门集成电路U2使 发光二极管L3灯亮，指示有数据读取。时钟的到来还使得移位锁存器U9、U10、U11、U12移 位一次，数据1被移进移位锁存器U11。触发器U4A触发后控制移位锁存器U9、U10, UlU U12锁存，移位锁存器U9在锁存后，移位锁存器U9的12脚直接输出信号到触发器U4B的 12脚，控制触发器U4B的触发和复位。如果触发器U4B触发，则发光二极管L2灯灭，打开场效应管Ql使电磁线圈供电正常，同时移位锁存器U10、UlU U12输出使能；如果触发器U4B 复位，则发光二极管L2灯亮，指示通信数据有错误，关闭场效应管Ql，移位锁存器U10、U11、 U12输出关闭。 当数据写入0时，将低电平加载在六非门集成电路Ul的12脚上，通过六非门集成 电路Ul和三与非门集成电路U2转换后作用在触发器U3上，当时钟到来时使触发器U3B触 发，触发器U3 B的9脚输出方波将六非门集成电路Ul打开，同时反馈到三与非门集成电路 U2使发光二极管L3点亮，指示有数据读取。时钟的到来还使得移位锁存器U9、U10、UlU U12移位一次，数据0被移进移位锁存器Ul 1。
权利要求1.电磁线圈驱动装置包括逻辑电平变换电路(1)、触发器电路(2)、移位锁存电路(3)、 移位电路(5)和线圈驱动电路(4)，其特征在于所述逻辑电平变换电路(1)接收外部控制器输出的串行信号，同时逻辑电平变换电路 (1)接收触发器电路(2)输出的触发控制信号，将串行信号进行逻辑变换后输出到触发器电 路(2 )和移位锁存电路(3 )中；所述逻辑电平变换电路(1)还接收移位电路(5 )串行输出的 反馈信号，并将反馈信号输出到外部控制器；触发器电路(2)接收逻辑电平变换电路(1)输出的逻辑变换后的信号，输出触发控制 信号到逻辑电平变换电路(1)、移位锁存电路(3 )和移位电路(5 )；移位锁存电路(3)接收逻辑电平变换电路(1)输出的逻辑变换后的信号并锁存，并在 触发器电路(2)输出的触发控制信号的控制下输出并行信号到线圈驱动电路(4)；线圈驱动电路(4)接收移位锁存电路(3)输出的并行信号，输出驱动信号到外部线圈， 控制外部线圈通断，同时，线圈驱动电路(4)输出反馈信号到移位电路(5)；移位电路(5)接收触发器电路(2)输出的触发控制信号，移位电路(5)将线圈驱动电路 (4)输出的反馈信号移入，并在触发器电路(2)输出的触发控制信号的控制下，将反馈信号 串行输出到逻辑电平变换电路(1)。
2.根据权利要求1所述的电磁线圈驱动装置，其特征在于所述线圈驱动电路(4)包 括线圈驱动模块VDl ；线圈驱动模块VDl包括电阻R59、R60、R61、R63、R64，电容C12，二极 管D30、D31、D32和三极管Q2、Q3 ；其中，电阻R59、R60、R61的一端同时连接移位锁存电路 (3)的输出端，电阻R59的另一端连接三极管Q2的基极和三极管Q3的集电极，电阻R60的 另一端连接二极管D30的阴极和电容C12的正极，电阻R61的另一端连接二极管D30的阳 极、二极管D32的阳极和三极管Ql的基极；三极管Q2的集电极和二极管D32的阴极均通过 串联连接的电阻R64、R63接地，电阻R64、R63的连接节点连接到移位电路(5)的输入端，并 且，三极管Q2的集电极还通过二极管Dl连接输出驱动口 Z1，三极管Q3的发射极连接二极 管D31的阳极，三极管Q2的发射极、电容C12的负极和二极管D31的阴极同时接地。
3.根据权利要求1或2所述的电磁线圈驱动装置，其特征在于所述逻辑电平变换电 路(1)包括六非门集成电路Ul、三与非门集成电路U2。
4.根据权利要求3所述的电磁线圈驱动装置，其特征在于所述移位锁存电路(3)包括 移位锁存器U9、U10、U11、U12。
5.根据权利要求4所述的一种电磁线圈驱动装置，其特征在于所述移位电路(5)包括 移位寄存器U5、TO、U7、U8。
专利摘要本实用新型提供电磁线圈驱动装置，包括逻辑电平变换电路、触发器电路、移位锁存电路、移位电路和线圈驱动电路，其特征在于所述逻辑电平变换电路接收外部控制器输出的串行信号，同时逻辑电平变换电路接收触发器电路输出的触发控制信号，将串行信号进行逻辑变换后输出到触发器电路和移位锁存电路中；所述逻辑电平变换电路接收移位电路串行输出的反馈信号，并将反馈信号输出到外部控制器；触发器电路接收逻辑电平变换电路输出的逻辑变换后的信号，输出触发控制信号分别到逻辑电平变换电路、移位锁存电路和移位电路；本实用新型具有解码编码串行信号指令以驱动相应电磁线圈的功能，可广泛应用于工业控制中。
文档编号H01F7/18GK201886857SQ20102064944
公开日2011年6月29日 申请日期2010年12月9日 优先权日2010年12月9日
发明者廖祖君, 张载春, 赵明, 陈勇 申请人:重庆航天工业公司