一种应用于电磁继电器的能量泄放电路的制作方法

本实用新型涉及水位测试领域，尤指应用于电磁继电器的能量泄放电路。
背景技术：
：电磁继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统(又称输入回路)和被控制系统(又称输出回路)，通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流能量、较低的电压去控制较大电流能量、较高的电压的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。电磁继电器广泛应用于日常生活中，但是对于一般家用电磁继电器而言，其电感量一般超过100mH，而其内阻只有20欧姆。从而，在电磁继电器工作的时候，会有极大的电流能量存储在该继电器电感中。当继电器关闭时，继电器电感中的电流能量需要一个泄放通路。一般的做法如图1所示，电流能量从地经过N型MOS管衬底寄生寄生二极管到继电器电感，再通过P型MOS管衬底寄生寄生二极管到电源，但是由于继电器电感中电流能量极大，从而会使得电源上产生一个很大的电压波动，此时不仅可能烧坏继电器驱动芯片，也有可能破坏连接在该电源上的其他器件，从而继电器泄放通道是十分重要的。现在一种比较常用的方法，如图2，3所示。通过改变信号，使得每次继电器导通过后，都必须要经过一个双端N型MOS管强拉到0的状态。通过这样的方法使得继电器中的电流能够得到泄放。然后再切换到高阻状态。但是，这并不能避免从导通状态到高阻状态切换的风险。如果在其上误操作使得其从导通状态切换到高阻状态，整个系统的电源供电将会有一个极大的波动，从而导致其他器件的损坏。技术实现要素：本实用新型的目的是提供一种应用于电磁继电器的能量泄放电路，本实用新型的结构简单，安全有效的泄放电磁继电器的能量。本实用新型提供的技术方案如下：一种应用于电磁继电器的能量泄放电路，包括：信号发生单元、逻辑控制单元和电流能量泄放单元；所述信号发生单元产生第一初级P信号、第二初级P信号、第一初级N信号、第二初级N信号；所述逻辑控制单元根据所述第一初级P信号、第二初级P信号、第一初级N信号、第二初级N信号，经过反相器，二输入的或非门，与门，或门，两个比较器进行逻辑处理输出第一次级N信号和第二次级N信号；所述电流能量泄放单元包括：两个P型MOS管，两个N型MOS管和电磁继电器；电源端分别接入第一P型MOS管、第二P型MOS管的漏极，第一P型MOS管的源级与第一N型MOS管的漏极连接，且电磁继电器的第一端分别与第一P型MOS管的源级和第一N型MOS管的漏极连接；第二P型MOS管的源级与第二N型MOS管的漏极连接，且电磁继电器的第二端连分别与第二P型MOS管的源级和第二N型MOS管的漏极连接，第一N型MOS管的源级和第一N型MOS管的源级分别接地；第一P型MOS管的栅极接入所述第一初级P信号，第二P型MOS管的栅极接入所述第二初级P信号，第一N型MOS管的栅极接入所述第一次级N信号，第二N型MOS管的栅极接入所述第二次级N信号。进一步的，第一初级N信号和第二初级N信号分别输入或非门的输入端，第一初级P信号和第二初级P信号分别输入第一与门的输入端，或非门和第一与门的输出端分别与第二与门的输入端连接；电磁继电器的第一端的电压信号输入第一比较器的反向输入端，第一比较器的正向输入端接地，电磁继电器的第二端的电压信号输入第二比较器的反向输入端，电磁继电器的第二端的电压信号输入第二比较器的正向输入端；第一比较器的输出端与第一反相器的输入端连接，第二比较器的输出端与第二反相器的输入端连接；第一反相器和第二与门的输出端分别与第三与门的输入端连接，第二反相器和第二与门的输出端分别与第四与门的输入端连接；第三与门的输出端与第一或门的一个输入端连接，第二初级N信号输入第一或门的另一个输入端生成第二次级N信号；第四与门的输出端与第二或门的一个输入端连接，第一初级N信号输入第二或门的另一个输入端生成第一次级N信号。进一步的，所述信号发生单元包括：四个非门；第一非门的输出端与第二非门的输入端连接，第三非门的输出端与第四非门的输入端连接；所述第一非门的输入端输入第一控制信号，所述第一非门的输出端输出所述第一初级P信号，所述第二非门的输出端输出所述第二初级N信号；所述第三非门的输入端输入第二控制信号，所述第三非门的输出端输出所述第二初级P信号，所述第四非门的输出端输出所述第一初级N信号。进一步的，所述第一初级P信号在预设周期内为高电平，所述第二初级P信号在第一时间段内为高电平，在第二时间段内为低电平，在第三时间段内为高电平，在第四时间段内为高电平；所述第二初级N信号在所述预设周期内为低电平，所述第一初级N信号在所述第一时间段内为低电平，在所述第二时间段内为高电平，在所述第三时间段内为低电平，在第四时间段内为低电平。进一步的，所述第二初级P信号在预设周期内为高电平，所述第一初级P信号在第一时间段内为高电平，在第二时间段内为低电平，在第三时间段内为高电平，在第四时间段内为高电平；所述第一初级N信号在所述预设周期内为低电平，所述第二初级N信号在所述第一时间段内为低电平，在所述第二时间段内为高电平，在所述第三时间段内为低电平，在第四时间段内为低电平。与现有技术相比，本实用新型提供一种应用于电磁继电器的能量泄放电路，至少带来以下一种技术效果：1、本实用新型可以自动泄放负载电磁继电器续流能量，提升电磁继电器及其电路的安全性。2、本实用新型时序控制精准，不影响正常工作状态。3、本实用新型结构简单，无需额外器件，芯片集成度高，易于实现。附图说明下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对一种应用于电磁继电器的能量泄放电路特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。图1是第一种电流能量泄放的现有技术的结构示意图；图2是第二种电流能量泄放的现有技术的结构示意图；图3是第二种电流能量泄放的现有技术的信号控制示意图；图4是本实用新型的电磁继电器的电流能量泄放电路的结构示意图；图5是本实用新型的电磁继电器的电流能量泄放电路的电流能量泄放单元的结构示意图；图6是本实用新型的电磁继电器的电流能量泄放电路的信号发生单元的结构示意图；图7是本实用新型的电磁继电器的电流能量泄放电路的第一种AN，BN，AP，BP信号示意图；图8是本实用新型的电磁继电器的电流能量泄放电路的第二种AN，BN，AP，BP信号示意图；图9是本实用新型的电磁继电器的电流能量泄放电路的AN，BN，AP，BP，AN1，BN1，OUTA和OUTB的仿真波形示意图；图10是本实用新型的电磁继电器的电流能量泄放过程中，AN1，BN1，OUTA和OUTB的仿真波形示意图；图11是本实用新型的电磁继电器的电流能量泄放电路的电流能量泄放单元的结构示意图；图12是本实用新型的电磁继电器的电流能量泄放电路的能量泄放结果与图2，3的能量泄放结果对比图；.图13是本实用新型的信号发生单元的结构示意图。.具体实施方式为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本实用新型的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本实用新型相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。本实用新型提供一种应用于电磁继电器的能量泄放电路的一个实施例，如图4，5，6，7，8所示，包括：信号发生单元10、逻辑控制单元20和电流能量泄放单元30；所述信号发生单元10产生第一初级P信号(AP)、第二初级P信号(BP)、第一初级N信号(AN)、第二初级N信号(BN)；所述逻辑控制单元20根据所述第一初级P信号(AP)、第二初级P信号(BP)、第一初级N信号(AN)、第二初级N信号(BN)，经过反相器，二输入的或非门(LG1)，与门，或门，两个比较器进行逻辑处理输出第一次级N信号和第二次级N信号；所述电流能量泄放单元30包括：两个P型MOS管，两个N型MOS管和电磁继电器；电源端(VDD)分别接入第一P型MOS管(PM1)、第二P型MOS管(PM2)的漏极，第一P型MOS管(PM1)的源级与第一N型MOS管(NM1)的漏极连接，且电磁继电器的第一端(OUTA)分别与第一P型MOS管(PM1)的源级和第一N型MOS管(NM1)的漏极连接；第二P型MOS管(PM2)的源级与第二N型MOS管(NM2)的漏极连接，且电磁继电器的第二端(OUTB)连分别与第二P型MOS管(PM2)的源级和第二N型MOS管(NM2)的漏极连接，第一N型MOS管(NM1)的源级和第一N型MOS管(NM1)的源级分别接地；第一P型MOS管(PM1)的栅极接入所述第一初级P信号(AP)，第二P型MOS管(PM2)的栅极接入所述第二初级P信号(BP)，第一N型MOS管(NM1)的栅极接入所述第一次级N信号，第二N型MOS管(NM2)的栅极接入所述第二次级N信号。优选的，第一初级N信号(AN)和第二初级N信号(BN)分别输入或非门(LG1)的输入端，第一初级P信号(AP)和第二初级P信号(BP)分别输入第一与门(LG2)的输入端，或非门(LG1)和第一与门(LG2)的输出端分别与第二与门(LG3)的输入端连接；电磁继电器的第一端(OUTA)的电压信号输入第一比较器(Comparator1)的反向输入端(-)，第一比较器(Comparator1)的正向输入端(+)接地，电磁继电器的第二端(OUTB)的电压信号输入第二比较器(Comparator2)的反向输入端(-)，电磁继电器的第二端(OUTB)的电压信号输入第二比较器(Comparator2)的正向输入端(+)；第一比较器(Comparator1)的输出端与第一反相器(LG4)的输入端连接，第二比较器(Comparator2)的输出端与第二反相器(LG5)的输入端连接；第一反相器(LG4)和第二与门(LG3)的输出端分别与第三与门(LG6)的输入端连接，第二反相器(LG5)和第二与门(LG3)的输出端分别与第四与门(LG7)的输入端连接；第三与门(LG6)的输出端与第一或门(LG8)的一个输入端连接，第二初级N信号(BN)输入第一或门(LG8)的另一个输入端生成第二次级N信号；第四与门(LG7)的输出端与第二或门(LG9)的一个输入端连接，第一初级N信号(AN)输入第二或门(LG9)的另一个输入端生成第一次级N信号。优选的，所述第一初级P信号(AP)在预设周期内为高电平，所述第二初级P信号(BP)在第一时间段内为高电平，在第二时间段内为低电平，在第三时间段内为高电平，在第四时间段内为高电平；所述第二初级N信号(BN)在所述预设周期内为低电平，所述第一初级N信号(AN)在所述第一时间段内为低电平，在所述第二时间段内为高电平，在所述第三时间段内为低电平，在第四时间段内为低电平。输入P型MOS管的栅极的电平信号为高电平时，P型MOS管为高阻状态，输入N型MOS管的栅极的电平信号为低电平时，N型MOS管为高阻状态。比较器的一种常用结构如图12中所示，针对图5所示的电流能量泄放单元30，以及图6所示的信号发生单元10输入如图7所示的信号时，当第二P型MOS管(PM2)导通，第一N型MOS管(NM1)导通，第一P型MOS管(PM1)关闭，第二N型MOS管(NM2)关闭时，使得电流能量方向为从电源端(VDD)流经导通的第二P型MOS管(PM2)后流经电磁继电器的第二端(OUTB)，然后再流经电磁继电器到达电磁继电器的第一端(OUTA)，后流经导通的第一N型MOS管(NM1)后接地，即电磁继电器的线圈内的电流能量方向为从电磁继电器的第二端(OUTB)流向电磁继电器的第一端(OUTA)，第二端(OUTB)的电压大于第一端(OUTA)的电压，电磁继电器中的线圈储蓄大量的电流能量，渐渐使得电磁继电器的第二端(OUTB)的电压大于电源端(VDD)的电压，如果想要泄放电磁继电器中的线圈储蓄大量的电流能量，则需要第二P型MOS管(PM2)导通，第一N型MOS管(NM1)导通，使得电磁继电器中的线圈储蓄的电流能量泄放，即需要采取下列措施：本实用新型针对电磁继电器输出端从导通状态转换到高阻状态的过程，进行了改进，以避免电磁继电器续流对电源造成影响。本实用新型H桥4个MOS管中，两个P型MOS管与通常结构一样，但是两个N型MOS管的控制信号经过如图6所示逻辑处理。其中比较器的一种常用结构如图12中所示。其工作流程如下。电磁继电器从导通状态转换到高阻状态，第一P型MOS管(PM1)和第二N型MOS管(NM2)关闭，第二P型MOS管(PM2)和第一N型MOS管(NM1)关闭导通时，电磁继电器为导通状态，电磁继电器中电流方向，从OUTB到OUTA，如果电磁继电器突然切换到高阻状态，电磁继电器电流方向不变，电流大小继续保持，在此时，为了保持负载电磁继电器的续流状态，第二N型MOS管(NM2)衬底寄生二极管导通，使得第二端(OUTB)为负电压，而第一端(OUTA)的泄放回路为第一P型MOS管(PM1)的衬底寄生二极管，从而第一端(OUTA)的电压在极短的时间内升高到超过VDD，第一端(OUTA)的电压和第二端(OUTB)的电压经过如图6中逻辑所示，使得第一N型MOS管(NM1)的栅端的第一次级N信号(AN1)为高，第二N型MOS管(NM2)的栅端的第二次级N信号(BN1)为高，从而使得第二N型MOS管(NM2)关闭。当第一P型MOS管(PM1)、第二P型MOS管(PM2)、第一N型MOS管(NM1)、第二N型MOS管(NM2)切换为高阻状态时，即信号发生单元10产生的第一初级N信号(AN)和第二初级N信号(BN)为0(即代表低电平)，第一初级P信号(AP)和第二初级P信号(BP)为1(即代表高电平)，将第一初级P信号(AP)输入到第一P型MOS管(PM1)的栅极，第二初级P信号(BP)输入到第二P型MOS管(PM2)的栅极，此外，此时第一初级N信号(AN)和第二初级N信号(BN)分别输入或非门(LG1)的输入端，第一初级P信号(AP)和第二初级P信号(BP)分别输入第一与门(LG2)的输入端，此时，第一比较器(Comparator1)、第二比较器(Comparator2)还没来得及变化，从而第一比较器(Comparator1)的输出端输出0，第一比较器(Comparator1)的输出端输出0，从而第二次级N信号(BN1)为0，第一次级N信号(AN1)为0。当Hi-Z为1时，第一比较器(Comparator1)开始工作比较OUTA与GND之间的电压差值，第二比较器(Comparator2)开始比较OUTB与GND之间电压差值。因为在短时间内第一N型MOS管(NM1)和第二N型MOS管(NM2)都关闭，由于电磁继电器的续流效果使得第二端(OUTB)的电压为负，而第一端(OUTA)的电压为超过VDD的一个正值，当正向输入端(+)电压高于反向输入端(-)时，比较器输出为高电平1，当反向输入端(-)电压高于正向输入端(+)时，比较器输出为低电平0，从而此时，经过第一比较器(Comparator1)判定出结果为0，经过第二比较器(Comparator2)判定的结果为1，第一比较器(Comparator1)的判定结果通过第一反相器(LG4)、第三与门(LG6)、第一或门(LG8)进行逻辑运算后输出，第二次级N信号(BN1)继续保持0，第二比较器(Comparator2)的判定结果通过第二反相器(LG5)、第四与门(LG7)、第一或门(LG8)进行逻辑运算后输出，第一次级N信号(AN1)变为1，从而第一N型MOS管(NM1)变为导通状态，第二N型MOS管(NM2)保持关闭状态，从而使得放电过程中，电流能量放电回路为：地GND经过第二N型MOS管(NM2)的衬底端寄生二极管到第二端(OUTB)，经过负载电磁继电器后到达第一端(OUTA)，再经过导通状态的第一N型MOS管(NM1)回到地GND，此时随着电磁继电器中续流电流的持续减小，第二端(OUTB)处的负电压值往GND靠近，而第一端(OUTA)处也保持一个较小的电压值。当第二端(OUTB)处的负电压非常接近GND的时候，此时第二比较器(Comparator2)反转比较结果，使得第二比较器(Comparator2)判定的结果为由1变为0，使得第一次级N信号(AN1)变为0，从而使得第一N型MOS管(NM1)关闭，直至电磁继电器内的电流能量全部被释放为止，整个电磁继电器电流能量泄放过程完毕后，电磁继电器的输出端保持高阻状态。其中，第一初级N信号(AN)，第二初级N信号(BN)，第一初级P信号(AP)，第二初级P信号(BP)，第一次级N信号(AN1)，第二次级N信号(BN1)，第一端(OUTA)的信号和第二端(OUTB)的信号的仿真波形如图8所示。在控制电磁继电器从导通状态切换为高阻状态时，检测电磁继电器的输出端的电压。当两端电压不为0时，经过比较器判断和逻辑控制过后，使得输出端较高电位的一端被强拉到地。此时，电磁继电器电流能量泄放通路为低电位，N型MOS管衬底寄生二极管到地，另一端为导通状态的N型MOS管，当电磁继电器电感中持续减小到接近0时，电磁继电器两端电压差也接近0，此时比较器输出反转，使得导通状态的N型MOS管关闭，此时，整个电流能量泄放过程完毕，电磁继电器的输出端继续保持高阻状态，此电流能量泄放电路可以保护电磁继电器驱动芯片从导通状态切换到高阻状态时产生的电压波动和电流能量波动。本实用新型电磁继电器处于高阻状态时，运用比较器来检测负载电磁继电器的电流能量，结合比较器的检测结果，形成了控制电路回路，自动控制电流能量的泄放，无需外部驱动做任何更改，无需添加任何外部器件，结构简单，便于实现。所述信号发生单元10包括：四个非门；如图13所示，第一非门(N1)的输出端与第二非门(N2)的输入端连接，第三非门(N3)的输出端与第四非门(N4)的输入端连接；所述第一非门(N1)的输入端输入第一控制信号，所述第一非门(N1)的输出端输出所述第一初级P信号(AP)，所述第二非门(N2)的输出端输出所述第二初级N信号(BN)；所述第三非门(N3)的输入端输入第二控制信号，所述第三非门(N3)的输出端输出所述第二初级P信号(BP)，所述第四非门(N4)的输出端输出所述第一初级N信号(AN)。假设如图13所示进行连接时输入输出逻辑真值表如下表1所示：输入输入输出输出HLLHLHHLHHLLLLOPENOPEN表1其中，H为高，L为低，OPEN为开路高阻状态。那么信号发生单元10的信号转换真值表如下表2所示：INAINBANAPBNBP000101011100100011111010表2因此，信号发生单元10可以生成第一初级P信号(AP)，第二初级P信号(BP)，第一初级N信号(AN)，第二初级N信号(BN)。所述N型MOS管衬底寄生二极管，所述P型MOS管衬底寄生二极管。具体的，N型MOS管，P型MOS管衬底寄生二极管，能够当电路中产生很大的瞬间反向电流时，可以通过寄生二极管导出来，不至于击穿N型MOS管或者P型MOS管，起到保护MOS管的作用。如图7所示，上述实施例例举的是电磁继电器的电流能量泄放方向是从电源端(VDD)→导通的第二P型MOS管(PM2)→电磁继电器的第二端(OUTB)→电磁继电器的第一端(OUTA)→导通的第一N型MOS管(NM1)→接地，这样通过这种方式进行电流能量的泄放，能够避免电磁继电器从导通状态切换到高阻状态时切换过程中的电流能量波动，从而保护电磁继电器，以及应用了该电磁继电器的电路。AN，BN，AP，BP，AN1，BN1，OUTA和OUTB的仿真波形如图9所示。其中，在电流能量泄放过程中，AN1，BN1，OUTA和OUTB的仿真波形如图10所示，通过本实用新型方案进行电流能量泄放的仿真波形，与通常情况进行电流能量泄放的比较结果如图11所示。比较器的一种常用结构如图12中所示，针对图5所示的电流能量泄放单元30，以及图6所示的信号发生单元10输入如图8所示的信号时，同理可以进行电流能量的泄放，电流能量的泄放过程在此不再详细说明，此时，电磁继电器的电流能量泄放方向是从电源端(VDD)→导通的第一P型MOS管(PM1)→电磁继电器的第一端(OUTA)→电磁继电器的第二端(OUTB)→导通的第二N型MOS管(NM2)→接地。应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。当前第1页1 2 3