接觸器的節電電路的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及交流接觸器領域，具體涉及一種提高功率因數的交流接觸器的節電電路。
【背景技術】
[0002]傳統接觸器操作系統由線圈、靜鐵心、銜鐵和反力彈簧組成。當接觸器線圈通電后，靜鐵心和銜鐵之間產生吸力，當吸力大于彈簧反作用力時，銜鐵被吸向靜鐵心，直到與靜鐵心接觸為止，這時主觸頭閉合，這個過程稱為吸合過程。線圈持續通電，銜鐵與靜鐵心保持接觸，主觸頭保持閉合狀態的過程，稱為吸持過程。當線圈中電流減少或中斷時，靜鐵心對銜鐵的吸力減小，當吸力小于彈簧反作用里時，銜鐵返回打開位置，主觸頭分開，這個過程稱為釋放過程。
[0003]接觸器用于頻繁地接通和分斷交、直流電路，且可以遠距離控制的低壓電器。其主要控制對象是電動機，也可以用于控制電熱器、電焊機和照明燈等電力負載。目前全國接觸器的使用量巨大，中大容量的接觸器在吸持狀態時，每臺消耗的有功功率平均約為60W，功率因數只有0.3左右。降低接觸器的能耗對節能減排有重大貢獻。
[0004]目前已有的接觸器節電器采用交流轉直流，大電流吸合，小電流保持的方式，大大降低了電磁線圈鐵損、銅損和短路環的損耗，可以減小90%以上的有功功耗。但這些技術還有一定的缺陷，只解決的有功功耗的問題，對于功率因數的提高卻無能為力，某些節電技術還會使得功率因數降低。如申請號為200510029373.2的專利中，采用脈沖形式給電磁線圈供電，使電磁線圈以恒定的小電流工作;采用該方式工作，不僅會產生大量的諧波，而且輸入電流的有效值不跟隨輸入電壓，導致功率因素很低，按照該技術制作樣機，實際PF值小于
0.3。申請號201210196762.4和201010040019.9的專利的技術，在輸入交流電壓過零附近給電磁線圈勵磁，使得輸入電流與輸出電壓處于一種類似反相的狀態，按照該技術制作樣機，功率因數小于0.1。
[0005]在國家標準GB21518-2008中，根據接觸器線圈損耗分為三個能效等級。一般傳統接觸器為3級能效，而帶節電技術的接觸器可以做到2級能效。對于容量為100A以上的接觸器，為了達到I級能效需要需要把線圈吸持功耗降到IVA以下。目前的接觸器節電技術絕大部分沒有考慮過功率因數的問題，采用現有的節電技術，很難做到I級能效。必須采用PFC電路才有可能做到I級能效。對于接觸器相關的領域，尚未發現使用主動式PFC的技術來提高接觸器線圈的功率因數，對于接觸器領域相關的普通技術人員，主動式PFC是一項新技術。而在開關電源領域中，由于相關行業標準的要求，主動式PFC電路一般在功率等級75W以上的開關電源中才會使用，小功率開關電源由于成本的原因不會使用，更不用說IW以下的微功率開關電源。通常大功率PFC工作在連續或臨界模式，而小功率的PFC工作在斷續模式，差別非常大。那么IW以下功率等級PFC電路的工作原理和過程有別于大功率的PFC電路，所以對于開關電源領域的普通技術人員來說，IW以下功率等級的PFC技術并不是常用公開的技術。
[0006]針對現有技術所存在的上述的缺陷，本發明提供了一種交流接觸器的節電電路，在降低接觸器線圈有功功耗的同時可以提高功率因數，使得傳統接觸器達到I級能效。
【發明內容】
[0007]本發明所要解決的技術問題是，提供一種能在降低接觸器線圈有功功耗的同時可以提尚功率因數的接觸器的節電電路。
[0008]為了實現上述發明目的，本發明提供一種接觸器的節電電路，包括線圈驅動電路，還包括整流濾波電路、PFC電路、輔助供電電路和方波發生電路，所述方波發生電路，根據設定時序，通過第一輸出端向PFC電路輸出第一方波信號，并通過第二輸出端向線圈驅動電路輸出第二、第三方波信號，用以分別控制PFC電路中的第一開關管和線圈驅動電路中的第二開關管的占空比；所述輔助供電電路，在接觸器吸持階段，為方波發生電路提供電能;所述整流濾波電路，用于把輸入交流電整流成脈動的直流電；并把輸入窄脈沖電流濾為平滑的電流后，以消除50Hz的工頻分量以外的其他高次諧波分量后，輸出給PFC電路;所述PFC電路，接收整流濾波后的電能，讓輸入電流的有效值跟隨輸入電壓變化，并輸出給線圈驅動電路及輔助供電電路;所述線圈驅動電路，用來控制接觸器線圈的電流;其中，在接觸器吸合階段，PFC電路不工作，節電電路為接觸器線圈提供大電流來吸合;在過渡階段，PFC電路開始工作，節電電路控制接觸器線圈的電流逐漸變小;在接觸器吸持階段，PFC電路持續工作，節電電路控制接觸器線圈的電流持續為吸持所需的小電流。
[0009]優選的，所述整流濾波電路，包括電感，所述PFC電路，包括變壓器，其中，所述整流濾波電路的電感和PFC電路的變壓器的選取參數，根據接觸器吸持階段的功率來設計，在接觸器吸合階段，電感和變壓器都進入飽和狀態。
[0010]優選的，所述方波發生電路的設定時序，是在接觸器吸合階段，控制第一輸出端向PFC電路的第一 N-MOS管不輸出第一方波信號，使PFC電路處于不工作狀態;并通過第二輸出端向線圈驅動電路的第二 N-MOS管輸出大占空的第二方波信號;在過渡階段，通過第一輸出端向PFC電路的第一N-MOS管開始輸出第一方波信號，使PFC電路開始工作;并通過第二輸出端向線圈驅動電路的第二 N-MOS管輸出小占空比的第三方波信號;在接觸器吸持階段，通過第一輸出端向PFC電路的第一 N-MOS管持續輸出第一方波信號，用以控制PFC電路持續工作；并通過第二輸出端向線圈驅動電路的第二N-MOS管持續輸出小占空比的第三方波信號，用以控制接觸器線圈的電流持續為吸持所需的小電流。
[0011]優選的，所述節電電路，在接觸器吸合階段所提供的大電流是吸持階段的小電流的1至20倍。
[0012]優選的，所述的整流濾波電路，包括電感、整流橋與第一電容，其具體連接關系是，電感串聯在交流電輸入端與整流橋的輸入端之間，整流橋的輸出端與第一電容并聯后引出作為整流濾波電路的輸出端。
[0013]優選的，所述PFC電路，包括變壓器、第一N-MOS管、第二二極管與第三電容，變壓器包括原邊繞組與副邊繞組，其具體連接關系是，原邊繞組同名端與整流濾波電路的輸出端連接，原邊繞組異名端分別與第一 N-MOS管漏極及第二二極管陽極相連，第二二極管的陰極通過第三電容接地，第二二極管的陰極還引出作為PFC電路的輸出端；第一 N-MOS管柵極與方波發生電路的第一輸出端相連，第一 N-MOS管源極接地;副邊繞組接輔助供電電路。
[0014]優選的，所述PFC電路，包括變壓器、第一N-MOS管、第二二極管與第三電容，變壓器包括原邊繞組與副邊繞組，其具體連接關系是，第一 N-MOS管漏極與整流濾波電路的輸出端連接，第一 N-MOS管源極分別與原邊繞組同名端及第二二極管陰極連接，原邊繞組異名端通過第三電容接地;原邊繞組異名端還引出作為PFC電路的輸出端;第二二極管的陽極接地；第一 N-MOS管柵極與方波發生電路的第一輸出端相連;副邊繞組接輔助供電電路。
[0015]優選的，所述方波發生電路包括第一輸入端、第二輸入端、第一輸出端和第二輸出端，其具體連接關系是，第一輸入端與PFC電路的輸入連接，用以給方波發生電路提供首次啟動時所需的電能;第二輸入端與輔助電源電路的輸出端VDD連接，用以給方波發生電路提供過渡階段和吸持階段所需的電能;第一輸出端與PFC電路連接，用以輸出第一方波信號控制PFC電路的傳輸能量;第二輸出端與線圈驅動電路連接，用以通過改變方波信號的占空比，調節接觸器線圈的電流。
[0016]優選的，所述輔助供電電路由第一二極管與第二電容組成，其具體連接關系是，第一二極管的陽極與PFC電路相連，第二二極管的陰極通過第二電容接地，第二二極管的陰極還引出作為輔助電源電路的輸出端VDD。
[0017]優選的，所述線圈驅動電路由第三二極管和第二N-MOS管組成，其