交直流接触器电源模块的制作方法
【专利摘要】一种交直流接触器电源模块，具有电源、第一支路、第二支路及依次串联的高低电压转换电路、输出电路、开关切换电路和接触器；第一支路和第二支路并联后两端分别接电源的输出端和高低电压转换电路的输入端；第一支路包括依次串联的浪涌抑制滤波电路、功率因数校准电路、高频开关电源和低功耗维持电路；第二支路包括依次串联的第一隔离电路、电压检测电路、微处理器和第二隔离电路；高频开关电源的输出端输出互相电气隔离的电源后分别与电压检测电路的输入端、微处理器的输入端和开关切换电路的输入端连接；第一隔离电路的输出端分别接高低电压转换电路的输入端和开关切换电路的输入端。本实用新型具有节能环保、使用寿命长、吸合可靠等特点。
【专利说明】交直流接触器电源模块
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及电器控制【技术领域】，是电力、冶金、工矿企业等配电装置中的必备 设备，符合国家急需大力发展的防晃电、节能、环保政策，特别涉及一种智能型的交直流接 触器电源模块。
【背景技术】
[0002] 目前市场上广泛采用的接触器，是不加控制器的。此类接触器往往会因电网电压 不稳定，时而吸紧，时而松吸或不吸。这样一来，会给接触器触点带来极大的拉弧和损伤，甚 至会因此加大烧毁接触器线包的几率，从而大大缩短接触器的使用寿命。
[0003] 接触器的触点，是完全靠接触器本身的线包通电产生磁场来实现的。故此类接触 器因线包的涡流损耗而消费100多瓦的电能，不仅白白地浪费大量电能，同时发出较大的 嗡嗡交流声，形成较大的噪声污染。
[0004] 目前市场上也有个别采用交直流接触器控制模块的产品，但此类产品为了应付不 同的应用环境而需要准备多种型号的节电控制器，并且工作范围、电气性能及稳定性尚有 待改进的地方。
[0005] 另外，目前市场上使用的各种交流接触器几乎都是AC220V或AC380V50HZ供电，由 于交流电是由正负对称的初始相位，幅值，频率相等正弦波组成。正弦波存在过零点。交流 接触器本身是一个感性负载，功率因数较低。
【发明内容】
[0006] 本实用新型的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种节能环保、使用寿命长、 安全可靠、吸合可靠、具有保护功能的交直流接触器电源模块。
[0007] 实现本实用新型目的的技术方案是：一种交直流接触器电源模块，具有电源、第一 支路、第二支路以及依次串联的高低电压转换电路、输出电路、开关切换电路和接触器；所 述第一支路和第二支路并联后两端分别接电源的输出端和高低电压转换电路的输入端；所 述高低电压转换电路的输入端与电源的输出端连接；所述第一支路由依次串联的浪涌抑制 滤波电路、功率因数校准电路、高频开关电源和低功耗维持电路组成；所述第二支路由依次 串联的第一隔离电路、电压检测电路、微处理器和第二隔离电路组成；所述高频开关电源的 输出端输出互相电气隔离的电源后分别与电压检测电路的输入端、微处理器的输入端和开 关切换电路的输入端连接；所述第一隔离电路的输出端分别与高低电压转换电路的输入端 和开关切换电路的输入端连接。
[0008] 上述技术方案所述电源的输出端通过互感器电磁隔离后与第一隔离电路的输入 端连接。
[0009] 上述技术方案所述高频开关电源为脉宽调制电路，高频开关电源包括四组均包括 光耦、两个NPN三极管和一个PNP三极管组成的支路；所述光耦输出端接第一 NPN三极管的 基极；所述第一 NPN三极管的集电极同时接PNP三极管及第二NPN三极管的基极，基极接第 二NPN三极管的集电极，发射极接PNP三极管的集电极；所述PNP三极管的发射极和第二 NPN三极管的发射极相连接。
[0010] 上述技术方案所述浪涌抑制滤波电路包括整流二极管D6、瞬态抑制二极管D8、变 压器T17和快恢复二极管；所述瞬态抑制二极管D8与整流二极管D6串联后接变压器T17 的输入端；变压器T17的输出端的各线圈两端分别接一个快恢复二极管。
[0011] 上述技术方案所述开关切换电路包括三极管1'13、1'14、1'15、1'16和整流二极管02、 D3、D4、D5 ;所述整流二极管D2、D4串联成第三支路；所述整流二极管D3、D5串联后并联在 第三支路的两端；所述三极管T13、T14、T15、T16各自的集电极和发射极分别接对应整流二 极管的负极和正极。
[0012] 上述技术方案所述微处理器为AT89C2052处理器，微处理器上接有晶振电路；所 述晶振电路包括晶振Yl和电容C2、C3。
[0013] 上述技术方案所述电源为AC220?380V。
[0014] 采用上述技术方案后，本实用新型具有以下积极的效果：
[0015] (1)交流接触器线包的功率都在100?200W，采用本实用新型可使原有交流接触 器节电效果高达90%以上，节电效果非常明显。
[0016] (2)采用本实用新型可解决由于交流接触器使用的是50Hz交流电，在电流流过线 圈的同时会产生音频振荡，发出嗡嗡的噪音，给人们的健康带来损害；以及由于线包的功耗 大，温度也会随之上升等问题。解决了一般交流接触器在长时间的工作中会产生50°C以上 的温升，在夏季环境温度达到40°C时线包的温度甚至会升高到KKTC以上，线包长期处于 高温中工作，其老化速度加快，甚至会烧毁线包，大大缩短了交流接触器的使用寿命，同时 还会带来很多安全隐患，也给环境带来了很大的热效应，避免给企业带来许多不必要的损 失。流工作没有任何音频噪声，且控制器给线包的是低电压，小电流工作源，线包的温升几 乎为零，线包的寿命大大延长。
[0017] (3)本实用新型的动作电压都可根据需要设定，而且所有动作都由微处理器控制， 动作准确无误，可靠性极高。
[0018] (4)交流接触器使用本实用新型后，使用电网电压大为宽松，解决了过去220V电 压降至170V左右就不能正常吸合甚至烧毁线包的问题，通过本实用新型的吸合电压可从 150V?420V可靠吸合，而维持电压可在50V?500V内可靠工作。
[0019] (5)本实用新型是通过微处理器高速检测电压来进行控制的，所以可以提供如： 过压保护，欠压保护，晃电保护等保护功能。
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 为了使本实用新型的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附 图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中
[0021] 图1为本实用新型的原理框图；
[0022] 图2为本实用新型的动作控制时序图；
[0023] 图3为本实用新型的采样电压波形图；
[0024] 图4为本实用新型的采样原理及运算图；
[0025] 图5为本实用新型的浪涌抑制滤波电路的电路图；
[0026] 图6为本实用新型的商频开关电源的电路图；
[0027] 图7为本实用新型的开关切换电路的电路图；
[0028] 图8为本实用新型的微处理器的示意图；
[0029] 附图中标号为：电源1、高低电压转换电路2、输出电路3、开关切换电路4、接触器 5、浪涌抑制滤波电路6、功率因数校准电路7、高频开关电源8、低功耗维持电路9、第一隔离 电路10、电压检测电路11、微处理器12、第二隔离电路13。
【具体实施方式】
[0030] (实施例1)
[0031] 见图1、图5至图8,本实用新型具有电源1、第一支路、第二支路以及依次串联的高 低电压转换电路2、输出电路3、开关切换电路4和接触器5 ;第一支路和第二支路并联后两 端分别接电源1的输出端和高低电压转换电路2的输入端；电源1为AC220?380V ;高低 电压转换电路2的输入端与电源1的输出端连接；第一支路由依次串联的浪涌抑制滤波电 路6、功率因数校准电路7、1?频开关电源8和低功耗维持电路9组成；第_支路由依次串联 的第一隔离电路10、电压检测电路11、微处理器12和第二隔离电路13组成；高频开关电源 8的输出端输出互相电气隔离的电源后分别与电压检测电路11的输入端、微处理器12的输 入端和开关切换电路4的输入端连接；第一隔离电路10的输出端分别与高低电压转换电路 2的输入端和开关切换电路4的输入端连接。电源1的输出端通过互感器电磁隔离后与第 一隔离电路10的输入端连接。微处理器12为AT89C2052处理器，微处理器12上接有晶振 电路；晶振电路包括晶振Yl和电容C2、C3。
[0032] 商频开关电源8为脉宽调制电路，商频开关电源8包括四组均包括光f禹、两个NPN 三极管和一个PNP三极管组成的支路；光耦输出端接第一 NPN三极管的基极；第一 NPN三极 管的集电极同时接PNP三极管及第二NPN三极管的基极，基极接第二NPN三极管的集电极， 发射极接PNP三极管的集电极；PNP三极管的发射极和第二NPN三极管的发射极相连接。
[0033] 浪涌抑制滤波电路6包括整流二极管D6、瞬态抑制二极管D8、变压器T17和快恢 复二极管；瞬态抑制二极管D8与整流二极管D6串联后接变压器T17的输入端；变压器T17 的输出端的各线圈两端分别接一个快恢复二极管。
[0034] 开关切换电路4包括三极管T13、T14、T15、T16和整流二极管D2、D3、D4、D5 ;整流 二极管D2、D4串联成第三支路；整流二极管D3、D5串联后并联在第三支路的两端；三极管 T13、T14、T15、T16各自的集电极和发射极分别接对应整流二极管的负极和正极。
[0035] 本实用新型的工作原理为：微处理器12把输入电压与设定的启动电压进行比较， 当输入电压大于设定的启动电压时，微处理器12控制高低电压转换电路2输出高电压，同 时控制开关切换电路4接通，高电压通过接触器5的线包使接触器5吸合，接触器5吸合后， 微处理器12立即控制高低压转换电路2把高压关断，并把低功耗维持电路9接入输出电3 路，输出电路3接入开关切换电路4,开关切换电路4把低功耗保持电压输入接触器5线包， 保持接触器5吸合状态，见图2,利用微处理器12的高速度高稳定的特性，精确控制吸合动 作的时间，接触器5的动吸铁向静吸铁运动的时候会产生弹性碰撞，使吸合动作时间延长， 主触点产生有害抖动增加触点的损耗，利用微处理器12的高速高稳定的特点通过实验的 方式得出最佳的启动时间，使动吸铁在运动的过程中经历加速-减速-吸合的过程恰到好 处，既可靠快速吸合又大大消除了有害抖动，使触点寿命大大增加。输出电路3里包含高压 整流，高压反响保护，高低压转换续流电路。接触器5吸合以后，微处理器12把输入电压与 设定脱扣电压比较，当输入电压低于脱扣电压时，微处理器12控制开关切换电路4切断输 出使接触器12立即脱扣，当输入电压高于脱扣电压，微处理器12把输入电压与设定的晃电 电压比较，当输入电压低于设定的晃电电压值时，微处理器12开始计时，在计时达到设定 的时间内输入电压一直低于设定的晃电电压，微处理器12控制开关切换电路4切断输出， 使接触器5脱扣。
[0036] 高频开关电源8为脉宽调制电路，电路中输出为主负载从这组输出反馈电压信号 到电源控制芯片，是恒压输出，功率恒定，控制芯片输出的脉冲宽度就恒定，从而使低功耗 维持电路9输出功率恒定，用在不同的接触器5上，由于接触器5线包的直流电阻不同，这 组输出电压就会有不同的跌落，使本实用新型可以在各种接触器5上使用，而不至于线包 电阻大的接触器5吸合不紧，线包电阻小的造成线包电流过大而降低节电效率。
[0037] 本实用新型的电压检测电路在硬件上没有采用普通的交直流转换而是采用交流 信号叠加一个合适的直流分量使交流分量的最小值为正正电平，见图3 ;然后利用采样定 律（采样频率大于被采样信号最高频率的2倍就可以无损的采出被采样信号）的原理把信 号离散处理，见图4,离散处理运算公式为：
【权利要求】
1. 一种交直流接触器电源模块，具有电源（1)、第一支路、第二支路w及依次串联的高 低电压转换电路（2)、输出电路（3)、开关切换电路（4)和接触器巧）；所述第一支路和第二 支路并联后两端分别接电源（1)的输出端和高低电压转换电路（2)的输入端；所述高低电 压转换电路（2)的输入端与电源（1)的输出端连接；其特征在于；所述第一支路由依次串 联的浪涌抑制滤波电路化）、功率因数校准电路（7)、高频开关电源（8)和低功耗维持电路 (9)组成；所述第二支路由依次串联的第一隔离电路（10)、电压检测电路（11)、微处理器 (。）和第二隔离电路（蝴组成；所述高频开关电源做的输出端输出互相电气隔离的电 源后分别与电压检测电路（11)的输入端、微处理器（12)的输入端和开关切换电路（4)的 输入端连接；所述第一隔离电路（10)的输出端分别与高低电压转换电路（2)的输入端和开 关切换电路（4)的输入端连接。
2. 根据权利要求1所述的交直流接触器电源模块，其特征在于：所述电源（1)的输出 端通过互感器电磁隔离后与第一隔离电路（10)的输入端连接。
3. 根据权利要求2所述的交直流接触器电源模块，其特征在于；所述高频开关电源巧） 为脉宽调制电路，高频开关电源（8)包括四组均包括光禪、两个NPNH极管和一个PNPH极 管组成的支路；所述光禪输出端接第一 NPN H极管的基极；所述第一 NPN H极管的集电极 同时接PNP H极管及第二NPN H极管的基极，基极接第二NPN H极管的集电极，发射极接 PNP H极管的集电极；所述PNP H极管的发射极和第二NPN H极管的发射极相连接。
4. 根据权利要求2所述的交直流接触器电源模块，其特征在于；所述浪涌抑制滤波电 路（6)包括整流二极管D6、瞬态抑制二极管D8、变压器T17和快恢复二极管；所述瞬态抑制 二极管D8与整流二极管D6串联后接变压器T17的输入端；变压器T17的输出端的各线圈 两端分别接一个快恢复二极管。
5. 根据权利要求2所述的交直流接触器电源模块，其特征在于：所述开关切换电路（4) 包括H极管T13、T14、T15、T16和整流二极管D2、D3、D4、D5 ;所述整流二极管D2、D4串联 成第H支路；所述整流二极管D3、D5串联后并联在第H支路的两端；所述H极管T13、T14、 T15、T16各自的集电极和发射极分别接对应整流二极管的负极和正极。
6. 根据权利要求2所述的交直流接触器电源模块，其特征在于；所述微处理器（12)为 AT89C2052处理器，微处理器（12)上接有晶振电路；所述晶振电路包括晶振Y1和电容C2、 C3。
7. 根据权利要求1所述的交直流接触器电源模块，其特征在于：所述电源（1)为 AC220 ?380V。
【文档编号】H01H47/00GK204230158SQ201420588991
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年10月11日 优先权日:2014年10月11日
【发明者】王乔颖 申请人:江阴市嘉颖电子技术有限公司