一种继电器驱动控制电路的制作方法

本实用新型属于继电器驱动控制领域，特别涉及一种既能减小线圈发热，还能够实现继电器快速通断切换的驱动控制电路。

背景技术：

继电器由线圈和触点构成，其工作过程可以分为两个阶段：一个是触点吸合过程，另一个是触点吸合之后的保持过程。触点吸合过程需要较高的电压提供较大的能量，而触点吸合之后则需要较低的电压保持吸合状态即可。如果采用单一的驱动电压，为了保证继电器的可靠吸合只能选择高驱动电压，这样在继电器吸合后长时间工作过程中，继电器的线圈会严重发热耗能，为解决这一问题目前现有的做法有以下两种：

第一种方法见图1：采用双电压驱动，高驱动电压12V通过限流电阻R2接到一较大储能电容C1上，低驱动电压7V通过二极管D2接到此储能电容C1上。继电器未工作时电容C1上被充电为高驱动电压12V，从而能够给继电器的触点吸合提供较大能量；当继电器吸合后，由于高驱动电压的限流电阻R2作用将转由低驱动电压7V持续供电。这样做的好处就是：在继电器吸合后持续工作时转由低驱动电压供电，可以降低继电器线圈发热并节能，同时稳压管ZD3的阻断作用在保证了Q2关闭时继电器线圈的反激电压不会过高的同时，限制了继电器线圈的续流使继电器关断速度更快。

第二种方法如图2：利用继电器关闭时线圈的短暂续流吸合保持原理，采用PWM驱动，开始吸合时高电平持续数秒保证继电器可靠吸合，继电器吸合后转由PWM波驱动，PWM波谷时由于线圈的续流作用继电器触点仍然保持吸合状态。这样做的好处就是在继电器吸合后持续工作时转由PWM驱动，可以降低继电器线圈发热并节能且不需要双电压。

以上两种方法分别存在以下缺陷：

第一种方法为了在吸合后转由低压驱动，限流电阻R2取值较大，同时为了保证继电器可靠吸合，储能电容C1取值也较大，这样导致高电压给储能电容充电时间较长。由于高电压给储能电容充电时间较长，在继电器断开后需要等待一段时间对储能电容进行再次充电，只有当储能电容上的电压充电为高电压后才能进行再次吸合动作。在一些应用场合中，继电器断开后需要立刻重新驱动吸合，此时继电器无法进行快速通断切换控制，导致无法使用。

第二种方法由于使用PWM驱动所以要保留线圈的续流功能，没有使用反向的续流阻断稳压管，这就使继电器关断延迟，在一些场合如故障时继电器不能迅速关断是不利的。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种既能解决继电器的快速闭合和断开的问题，又能解决继电器线圈的损耗和发热问题的继电器驱动控制电路。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种继电器驱动控制电路，用于对线圈两端分别形成第一节点和第二节点的继电器进行驱动控制，所述继电器驱动控制电路包括连接于所述第二节点与地之间并在继电器驱动信号为高电平时导通的接地端开关管，所述继电器驱动控制电路还包括用于为所述继电器提供吸合动作时所需电压的高压电源、用于为所述继电器提供保持吸合时所需电压的低压电源、用于对所述继电器驱动信号进行延时后输出的驱动延时电路、在延时后的所述继电器驱动信号为高电平时导通的电源端开关管、限流电阻、储能电容、阻断稳压管，所述高压电源、所述电源端开关管、所述限流电阻相串联后连接至所述第一节点，所述低压电源连接至所述第一节点，所述储能电容连接在所述第一节点与地之间，所述驱动延时电路与所述电源端开关管相连接，所述阻断稳压管的正极与所述第一节点相连接，所述阻断稳压管的负极与所述第二节点相连接。

优选的，所述电源端开关管采用三极管，所述三极管的基极与所述驱动延时电路相连接，所述三极管的发射极与所述高压电源相连接，所述三极管的集电极与所述限流电阻相连接。

优选的，所述驱动延时电路的输出端经第一电阻后连接至所述三极管的基极，所述三极管的基极与发射极之间连接有第二电阻。

优选的，所述继电器驱动电路还包括电源端二极管，所述低压电源经所述电源端二极管而连接至所述第一节点。

优选的，所述继电器驱动控制电路还包括续流二极管，所述阻断稳压管的正极经所述续流二极管而连接至所述第一节点。

优选的，所述接地端开关管采用场效应管，所述场效应管的栅极接入所述继电器驱动信号，所述场效应管的漏极与所述第二节点相连接，所述场效应管的源极接地。

优选的，所述继电器驱动信号经第三电阻后接入所述场效应管的栅极，所述场效应管的栅极和源极之间连接有第四电阻。

优选的，所述驱动延时电路中对所述继电器驱动信号的高电平和低电平分别设置延时时间，对所述继电器驱动信号的高电平的延时时间大于所述继电器的吸合动作所需时间。

由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：本实用新型可以对继电器的高驱动电压的作用时间进行有效控制，实现高低驱动电压的快速转换，保证继电器可以快速通断切换控制的同时实现降低线圈发热的目的，并减小了储能电容的容量和体积，节约了PCBA空间。

附图说明

附图1为现有的第一种继电器驱动控制电路的示意图。

附图2为现有的第二种继电器驱动控制电路的示意图。

附图3为本实用新型的继电器驱动控制电路的示意图。

具体实施方式

下面结合附图所示的实施例对本实用新型作进一步描述。

实施例一：继电器包括线圈和在线圈作用下动作的触点，其中线圈所在电路与继电器驱动信号相连接，线圈的两端分别形成第一节点和第二节点。当继电器动作信号为高电平时，线圈所在电路接通，从而线圈得电，触点吸合；而当继电器动作信号为低电平时，线圈所在电路断开，线圈失电，触点断开。

如附图3所示，一种用于对上述继电器进行驱动控制的继电器驱动控制电路，主要包括高压电源、低压电源、电源端开关管、限流电阻R5、储能电容C1、阻断稳压管ZD3以及接地端开关管。

高压电源用于为继电器提供吸合动作时所需电压（即高驱动电压），本实施例中采用12V电源。低压电源用于为继电器提供保持吸合时所需电压（及低驱动电压），本实施例中采用7V电源。高压电源、电源端开关管、限流电阻R5相串联后连接至第一节点，低压电源也连接至第一节点，还可以设置电源端二极管D2，使得低压电源经电源端二极管D2而连接至第一节点。储能电容C1连接在第一节点与地之间。用于对继电器驱动信号进行延时后输出的驱动延时电路与电源端开关管相连接，电源端开关管在驱动延时电路输出的延时后的继电器驱动信号为高电平时导通。阻断稳压管ZD3的正极与第一节点相连接，阻断稳压管ZD3的负极与第二节点相连接；还可以设置续流二极管D1，阻断稳压管ZD3的正极经续流二极管D1而连接至第一节点，续流二极管D1的正极与阻断稳压管ZD3的正极相连接。在继电器驱动信号为高电平时导通的接地端开关管连接于第二节点与地之间。

电源端开关管采用三极管Q1。三极管Q1的基极与驱动延时电路相连接，三极管Q1的发射极与高压电源相连接，三极管Q1的集电极与限流电阻R5相连接。驱动延时电路的输出端经第一电阻R1后连接至三极管Q1的基极，三极管Q1的基极与发射极之间连接有第二电阻R2。

接地端开关管采用场效应管Q2，场效应管Q2的栅极接入继电器驱动信号，场效应管Q2的漏极与第二节点相连接，场效应管Q2的源极接地。继电器驱动信号经第三电阻R3后接入场效应管Q2的栅极，场效应管Q2的栅极和源极之间连接有第四电阻R4。

驱动延时电路中对继电器驱动信号的高电平和低电平分别设置延时时间，通常对继电器驱动信号的高电平的延时时间大于继电器的吸合动作所需时间，而对继电器驱动信号的低电平的延时时间设置为0，即对低电平不延时。

以上继电器驱动控制电路在高电压充电回路中串入三极管Q1，利用继电器驱动信号对三极管Q1的导通及关闭进行控制，并在继电器驱动信号与三极管Q1控制极之间加入延时电路，继电器驱动信号高低电平的延时时间可以分别控制，限流电阻R5及储能电容C1取值均较小，这样可以对高电压驱动持续时间进行延时控制，保证继电器可靠吸合后再迅速关闭三极管Q1，转由低电压对继电器的吸合状态进行保持，同时保留了阻断稳压管ZD3对续流的阻断功能，使继电器能够快速关断。

上述继电器驱动控制电路的具体工作流程如下：

初始上电时，继电器驱动信号为低电平，场效应管Q2关闭，继电器处于关闭状态，驱动延时电路对低电平的继电器驱动信号无效不起延时作用（延时时间可调），三极管Q1的基极为低电平，三极管Q1处于导通状态，此时储能电容C1两端电压由0V开始上升，12V的高压电源和7V的低压电源同时给储能电容C1快速充电至7V后，由12V的高压电源继续给储能电容C1充电至12。该过程中的电流方向如图3中I1所标，给继电器驱动做好准备。此充电时间极短，小于继电器的机械动作时间，所以认为此充电时间无需等待。

当继电器驱动信为高电平而驱动继电器时，场效应管Q2导通，继电器动作。由于驱动延时电路对继电器驱动信号的高电平的延时作用，三极管Q1的基极在场效应管Q2导通、继电器机械动作的整个过程中均为低电平，整个过程中12V的高压电源持续为继电器供电，以保证继电器可靠动作，此电流如图3中I2所标，持续时间为驱动延时电路对驱动信号高电平的延时时间（延时时间可调,一般调整为大于继电器的机械动作时间）。

当继电器动作完毕，驱动延时电路延时到达，此时三极管Q1的基极转为高电平，三极管Q1关闭，继电器转由储能电容C1供电，直到储能电容C1上的电压下降到7V，电流流向如图3中I4所标（此时间较短）。

当储能电容C1两端电压下降到7V时，继电器则转由7V的低压电源供电，处于保持状态，电流流向如图3中I3所标。

当继电器驱动信号由高电平变为低电平，场效应管Q2关闭时，继电器断开，三极管Q1迅速导通给储能电容C1充电，过程与前述初始充电过程类似，不重述，差别在于：此时非初始上电，储能电容C1上的电压由7V开始上升到12V，而不是由0 V上升到12V。

场效应管Q2关闭时，继电器线圈感应反向电压，只有当电压大于阻断稳压管ZD3的阈值时才会进入续流状态。续流电流如图3中I5所标，所以阻断稳压管ZD3在继电器关闭时对线圈续流起到了阻断作用，加快了继电器的关闭速度。同时开通时也无需等待储能电容C1的充电时间，所以本方案中继电器通断切换速度较快，其通断切换时间本质上由继电器本身的机械动作时间决定。

本发明解决了现有的第一种继电器控制驱动方法存在的继电器断开后不能快速闭合的问题，以及第二种继电器控制驱动方法存在的继电器不能快速断开的问题，同时保证供电电压在继电器闭合的初始时间内保持较高的电压值，而在继电器完全闭合后保持时间内供电电压较低，以降低线圈的损耗和发热。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。