接觸器的線圈控制電路的制作方法
【專利摘要】一種接觸器的線圈控制電路，包括開關控制電路、驅動電路、快速關斷電路、一只二極管、第一MOS管和接觸器線圈。快速關斷電路至少包括一只MOS管或三極管，所述的二極管的陰極與輸入電壓相連，所述的二極管的陽極與快速關斷電路的第一端口相連，快速關斷電路的第二端口與第一MOS管的漏極相連，第一MOS管的源極接地，接觸器線圈的一端與輸入電壓相連，接觸器的另一端與第一MOS管的漏極相連，快速關斷電路的第三端口與驅動電路的輸出端口相連，驅動電路的輸入端口與開關控制電路的第一輸出端口相連，開關控制電路的第二輸出端口與第一MOS管的柵極相連。本發明在使接觸器可以快速關斷的同時，線圈控制電路的損耗更小，所用的器件更少，成本和體積更小。
【專利說明】
接觸器的線圈控制電路
技術領域
[0001] 本發明涉及交流接觸器領域，具體涉及接觸器的線圈控制電路。
【背景技術】
[0002] 傳統接觸器的電磁控制系統由線圈和鐵芯組成，線圈的匝數多大幾百甚至上千 圈，接觸器線圈實際上就是一個感量和內阻很大的電感，通常接觸器線圈的感量是幾百毫 亨到幾亨的級別，內阻有幾十歐姆到幾百歐姆。接觸器線圈的整個工作過程可以分為三個 階段:吸合階段、吸持階段和關斷階段。在吸合階段，接觸器線圈通過較大的吸合電流，線圈 產生較大的電磁力使得接觸器觸頭閉合，該過程一般在200ms以內。當接觸器觸頭吸合后， 就進入了吸持階段，在這個階段線圈的吸持電流約為吸合電流的十分之一，過大的吸持電 流會使線圈的損耗增大。而接觸器觸頭斷開的階段稱為關斷階段，線圈的電流被消耗掉接 觸器觸頭才會斷開。接觸器線圈在吸合時需要大電流，而在吸持時僅需較小的電流。傳統的 接觸器無其他控制元件，只能通過線圈本身的阻抗來限流。為了兼顧吸合所需的大電流，線 圈的阻抗不能設計得太大。所以在接觸器吸持過程中，線圈流過的電流遠大于實際需要的 電流，多余的能量變成的線圈的熱量，不僅浪費能源，而且也會使線圈的溫度升高可靠性降 低。為了解決傳統接觸器功耗大的問題，出現了很多接觸器的節電電路。
[0003] 如圖1的電路就是一種常見的節電電路，通過調節M0S管T1的占空比，就可調節接 觸器線圈1的電流。在吸合階段讓T1的占空比較大，在吸持階段讓T1的占空比較小，就可以 讓接觸器線圈實現大電流吸合小電流吸持，從而達到節能的效果。在該電路中，二極管D1提 供線圈的續流回路，回路壓降約0.7V，在正常工作時低阻抗的續流回路有利于減小整個電 路的損耗。當在關斷階段時，需要快速消耗線圈的電流，讓接觸器可以迅速關斷。而這時候 低阻抗的續流回路就不利于接觸器的快速關斷，低阻抗的續流回路會使得線圈電流會維持 較長的時間，接觸器會延遲關斷。在傳統接觸器產品中，通常關斷時間為50ms左右。而加了 節電電路的接觸器產品，由于線圈低阻抗續流回路的存在，關斷時間會上升到200ms左右。 在一般的應用場合中，稍微增大關斷時間并不會產生太大的影響。但在某些場合，關斷時間 的增大會產生比較致命的問題。如控制電機正逆轉的接觸器，正逆轉接觸器的吸合與釋放 必須交替進行，在時間上不能出現重疊。當接觸器關斷延時較大時，就會出現一個接觸器還 沒完全斷開，另一個就吸合，就會導致電源短路而引起危險。
[0004] 為了實現快速關斷功能，必須在接觸器關斷時，讓線圈續流回路的阻抗增大。通常 的做法是在用一開關來切換續流回路的阻抗。為了方便，下文把用于切換續流回路阻抗的 開關器件都統稱為快速關斷管。目前帶快速關斷功能的接觸器節電電路，都有一定的問題。 如公開號為CN1925085A的專利，其快速關斷的電路原理圖如圖2所示。一種帶快速關斷功能 的接觸器節電電路，在吸合與吸持階段，快速關斷管工作在放大區，假設柵極的電壓為V gs， 那么漏源之間的電壓Vds等于(Vgth+dds/lOMRi+I^/fc，其中Vgth是M0S管的開啟電壓閾 值，k與M0S管的跨導成比例的系數，Ids是漏源之間的電流;在快速關斷階段，快速關斷管斷 開，線圈電流被R1和Z1快速消耗掉，達到快速關斷的效果。該電路的缺點是在吸合與吸持階 段，快速關斷管工作在放大區，通常柵極的開啟閾值￥8*-般在3.5V以上，所以其漏源之間 的電壓Vds&是比較大的在3.5V以上，這樣在接觸器線圈續流時快速關斷管就會損耗較多的 能量，增加了節電電路在吸合階段與吸持階段的損耗。
[0005] 目前還沒看到有技術在這種主功率拓撲下，可以讓M0S管作為快速關斷管飽和導 通的，當然多用一個隔離電源也是可以的，但成本很高。如申請號201210004876.4的專利， 該專利中采用的方法是用一個額外的隔離電源給快速關斷管的柵極供電。雖然用該方法， M0S管TR2會完全導通，Vds兩端的壓降很小，但電路會變得非常復雜。隔離電源需要隔離變壓 器、整流電路、穩壓電路等器件，對于整個接觸器節電電路來說，隔離電源所占的成本和體 積的比例是較大的，同時其本身的損耗也是比較大的。
【發明內容】
[0006] 本發明目的是，提出一種接觸器的線圈控制電路，在使接觸器可以快速關斷的同 時，線圈控制電路的損耗更小，所用的器件更少，成本和體積更小。
[0007] 為了實現上述發明目的，本發明提供一種接觸器的線圈控制電路，包括開關控制 電路、驅動電路、快速關斷電路、一只二極管、第一M0S管和接觸器線圈。快速關斷電路至少 包括一只M0S管或三極管。本發明的電路連接關系為:所述的二極管的陰極與輸入電壓相 連，所述的二極管的陽極與快速關斷電路的第一端口相連，快速關斷電路的第二端口與第 一 M0S管的漏極相連，第一 M0S管的源極接地，接觸器線圈的一端與輸入電壓相連，接觸器的 另一端與第一 M0S管的漏極相連，快速關斷電路的第三端口與驅動電路的輸出端口相連，驅 動電路的輸入端口與開關控制電路的第一輸出端口相連，開關控制電路的第二輸出端口與 第一 M0S管的柵極相連。
[0008] 具體而言，一種接觸器的線圈控制電路，適用于控制接觸器的線圈，包括續流二極 管D1和M0S管TR1，還包括快速關斷電路、驅動電路和開關控制電路，快速關斷電路，與續流 二極管D1形成續流回路，在吸合與吸持階段，為續流回路提供低阻抗的通路，在關斷階段， 為續流回路提供尚阻抗通路;驅動電路，為快速關斷電路提供驅動電壓;開關控制電路，控 制M0S管TR1的操作。
[0009] 優選的，所述驅動電路，在線圈的吸合與吸持階段，驅動快速關斷電路工作于飽和 導通狀態。
[0010]優選的，所述快速關斷電路是M0S管，在線圈的吸合與吸持階段，滿足Vgs>(V gth+ Ids/k)的飽和導通參數特征。
[0011]優選的，所述快速關斷電路，包括M0S管TR2;所述驅動電路，包括電容C1;所述開關 控制電路，包括M0S管TR3、M0S管TR4和電流提供端；電容C1并聯在M0S管TR2的柵極與源極之 間；電流提供端的電流通過M0S管TR4的體二極管、M0S管TR2的體二極管和M0S管TR1所形成 的通路給電容C1充電；在M0S管TR2導通時，電容C1持續給M0S管TR2的柵極供電，以讓M0S管 TR2飽和導通。
[0012] 優選的，所述驅動電路的電容C1，在關斷階段，通過M0S管TR4、M0S管TR3、M0S管TR1 的體二極管和M0S管TR2所形成的回路泄放能量。
[0013]優選的，所述快速關斷電路，包括三極管Q1;所述驅動電路包括電阻R1;所述開關 控制電路，包括M0S管TR3，在吸合階段與吸持階段，M0S管TR3導通，形成電阻R1與地的通路， 由電阻R1建立三極管Q1的基極電流，以讓三極管Q1飽和導通。
[0014] 優選的，所述開關控制電路，在關斷階段，控制M0S管TR3關斷，以讓三極管Q1工作 在放大狀態或完全關斷狀態。
[0015] 本發明接觸器的線圈控制電路的線圈控制方法為：
[0016] 在吸合階段與吸持階段，開關控制電路的第二輸出端口持續輸出方波信號控制第 一 M0S管通斷;在關斷階段，開關控制電路的第二輸端口不輸出方波信號控制第一 M0S管持 續斷開。
[0017] 快速關斷電路可以是M0S管或三極管。當快速關斷管為M0S管（以第二M0S管表示） 時，該控制電路特征在于：在吸合與吸持階段，在第一M0S管關斷時刻，驅動電路控制第二 M0S管導通，第二M0S管的參數特征為Vgs>(Vgth+Ids/k)，其中V gth是M0S管的開啟電壓閾值，k 是與M0S管的跨導成比例的系數，Vgs為第二M0S管柵極的電壓，Ids為第二M0S管漏源之間的 電流。驅動電路可以把V gs設置在10V以上，在該驅動電壓下，M0S管可以完全導通，第二M0S管 的導通內阻Rd_很小，第二M0S管消耗的功率為I ds2*Rd_，該損耗是很小的。在關斷階段時， 驅動電路控制第二M0S管的柵極電壓，柵極電壓的參數特征為Vg S=(Vgth+Ids/k)或Vgs〈Vgth， 讓第二M0S管處于放大區或完全關斷，第二M0S管的導通內阻R d_很大，可以迅速消耗掉接 觸器線圈的能量，使得接觸器可以快速關斷。
[0018] 當快速關斷管為NPN三極管（以所述NPN三極管來表示）時，該控制電路的特征在 于:在吸合與吸持階段，在第一 M0S管關斷時刻，驅動電路控制所述NPN三極管導通，所述NPN 三極管的參數特征為Ib>Ice/β，其中lb是NPN三極管的基極電流，β是三極管的放大倍數，Ice 是NPN三極管集電極與發射極之間的電流。當Ib>Wi3時NPN三極管飽和導通，這時電極與發 射極的壓降為0.3V。在關斷階段時，驅動電路控制所述NPN三極管的基級電流，參數特征為 Ib = Ice/0或Ib = 0A,讓所述NPN三極管處于放大區或完全關斷，這時集電極與發射極之間的 壓降很大，所述NPN三極管消耗的功率為Venice可以迅速消耗掉接觸器線圈的能量，使得接 觸器可以快速關斷。
[0019] 采用本發明可得到的有益效果為，在達到快速關斷效果的同時，幾乎不增加額外 的損耗。本發明最重要的技術點是提出了一種浮地驅動的方法，讓浮地的M0S管可以飽和導 通，電路又簡單。與現有的方案相比，無缺點。
【附圖說明】
[0020] 圖1為現有技術不帶快速關斷功能的接觸器節電電路的電路原理圖；
[0021] 圖2為現有技術帶快速關斷功能的接觸器節電電路的電路原理圖；
[0022]圖3-1為現有技術以三極管作為快速關斷管的電路原理圖；
[0023]圖3-2為現有技術以M0S管作為快速關斷管的電路原理圖；
[0024]圖4本發明的電路原理框圖；
[0025]圖5為本發明第一實施例的電路原理圖；
[0026]圖6為本發明第二實施例的電路原理圖；
[0027]圖7為本發明第三實施例的電路原理圖；
[0028]圖8為本發明第四實施例的電路原理圖；
[0029]圖9為本發明第五實施例的電路原理圖；
[0030] 圖10為本發明第五實施例的邏輯時序圖；
[0031] 圖11為本發明第六實施例的電路原理圖；
[0032]圖12為本發明第七實施例的電路原理圖。
【具體實施方式】
[0033]在介紹本實施例原理之前首先先說明一下現有技術的特點與缺點。現有技術的電 路原理特征框圖如附圖2所示。在吸合與吸持階段，當M0S管TR1關斷時，快速關斷管TR2需要 開通給接觸器線圈一個續流回路，驅動快速關斷導通的能量由接觸器線圈提供。這一類技 術的特征在于，在吸合與吸持階段，當M0S管TR1關斷后，線圈的電流一路從驅動電電路流 過，當驅動快速關斷管開啟后，另一路從快速關斷管流過。在吸合與吸持階段，M0S管TR1關 斷后，流過快速關斷管和驅動電路的電流滿足以下關系式：U=I dri+Ids。除此之外，快速關 斷管還有其他的特征關系式，當快速關斷管采用NPN三極管或M0S管時，關系式會有所區別。 [0034]下面進一步說明現有技術其他的關系特征，附圖3-1和附圖3-2分別是采用NPN三 極管和M0S管現有技術的具體例子。在吸合與吸持過程中，M0S管TR1以一定頻率占空比通 斷。浮地M0S管驅動的原理是，當TR1關斷時，電感的電流需要續流，由于接觸器線圈的感量 比較大，可近似為一恒流源。當TR1關斷時，線圈電流就會找其他的回路續流，線圈電流會先 流過三級管的基級或M0S管的柵極，驅動三極管或M0S管導通。在附圖3-1的例子中，當用NPN 三極管作為快速關斷管時，在吸合與吸持過程中，基級電流lb和集電極電流Ια滿足的特征 關系為：I ce = Ib*i3,三極管至終工作在放大區，三極管CE兩端的電壓比較大。三極管Q1的CE 兩端電壓為￥。" = ￥#(17(1+0))噸2，其中￥13為基級的偏置電壓一般為〇.7￥，0為三極管的放 大倍數。附圖3-2中用M0S管作為快速關斷管時，在在吸合與吸持過程中，M0S管柵極電壓V gs 和漏極電流Ids滿足的關系特征為:Vgs = (Vgth+Ids/k)，其中Vgth是M0S管的開啟電壓閾值一 般為3.5V，k是與M0S管的跨導成比例的系數。M0S管TR2的DS兩端的壓降為Vcm^Vgth+dds/ lOMh+Rd/Rs。在現有的技術中，快速關斷管的能量始終由接觸器線圈的續流電流提供， 上述的公式始終是成立的，快速關斷管在續流時始終處于放大狀態，壓降較大，在續流時自 身的損耗也較大。對于本技術領域的技術人員來說，在要求成本較低的情況下，無法讓快速 關斷管飽和導通，在接觸器吸合與吸持階段是無法把損耗做到最小的。
[0035] 下面通過一個簡單的例子來說明本實施例的有益效果。
[0036] 在附圖3-1和附圖3-2的電路結構中，快速關斷管始終處于放大狀態，導通壓降比 較大。當TR1關斷后，線圈電流通過快速關斷管和D1所形成的續流回路進行續流，續流回路 消耗的能量為Il*V_
[0037] 在附圖3-1的例子中，以快速關斷管損耗最優來設計，三極管的方法倍數選擇常見 的β= 100，R2 = 0 Ω，線圈電流IL = 1A，Vb = 0.7V，代入上述的公式可得，快速關斷管消耗的功 率為0.7W。
[0038] 在附圖3-2的例子中，取R1 = 0Q，R2=10kQ，線圈電流IL=lA，Vgth = 3.5V，那么快 速關斷管的損耗為3.5W。
[0039]假如讓快速關斷管飽和導通，三極管飽和導通的壓降一般為0.3V，M0S管導通電阻 選0.05Ω，同樣線圈電流IL=1A，很容易就可以得知三極管的損耗為0.3W，M0S管的損耗為 0.051
[0040]以上是按快速關斷管損耗最優來取值的結果，在實際應用中，為了讓快速關斷管 更可靠地工作，R1都不會取0Ω，這時工作在放大狀態的快速關斷管的損耗會更大。根據 GB21518-2008《交流接觸器能效限定值及能效等級》的標準要求，1極能效要求1VA以下，很 顯然，讓快速關斷管工作在放大狀態，都是比較難以實現1極能效的，而采用三極管即使讓 它工作在飽和狀態，也不是非常理想。最理想的方案是選用M0S管作為快速關斷管，并且在 吸合與吸持狀態，讓M0S管飽和導通。
[0041 ]表1各情況下快速關斷管的損耗對比
[0043] 第一實施例
[0044]本發明接觸器的線圈控制電路的電路原理框圖如圖4所示，本發明接觸器的線圈 控制電路的第一實施例如圖5所示。一種接觸器的線圈控制電路，包括開關控制電路、驅動 電路、快速關斷電路、二極管D1、M0S管TR1和接觸器線圈L1。快速關斷電路包括M0S管TR2。驅 動電路包括電容C1、二極管D2和電阻R1。開關控制電路包括二極管D3、反向器U1、M0S管TR3、 M0S管TR4、第一信號端口 CTRL1、第二信號端口 CTRL2和第三信號端口 CTRL3。
[0045]第一實施例的各器件連接關系為:二極管D1的陰極與輸入電壓VIN相連，二極管D1 的陽極與M0S管TR2的源極相連，M0S管TR2的漏極與M0S管TR1的漏極相連，M0S管TR1的源極 接地，接觸器線圈L1的一端與輸入電壓VIN相連，另一端與M0S管TR1的的漏極相連，M0S管 TR1的柵極與第一信號端口 CTRL1相連。電容C1并聯于M0S管TR2的柵源兩端，二極管D2的陰 極與M0S管TR2的柵極相連，電阻R1連接于二極管D2的陽極與M0S管TR2的漏極之間。M0S管 TR4的漏極與M0S管TR2的柵極相連，M0S管TR4的柵極與第三信號端口 CTRL3相連，M0S管TR4 的源極與M0S管TR3的漏極相連，同時還與二極管D3的陰極相連，M0S管TR3的源極接地，第二 信號端口 CTRL2分別與二極管D3的陽極和反向器U1的輸入端相連，反向器U1的輸出與M0S管 TR3的柵極相連。
[0046]第一實施例的控制方法為：
[0047]在吸合階段與吸持階段，第一信號端口 CTRL1持續輸出方波信號控制M0S管TR1持 續通斷；第三信號端口 CTRL3持續輸入低電平信號讓M0S管TR4持續關斷。在關斷階段，第一 信號端口 CTRL1不輸出方波信號控制M0S管TR1持續斷開;第三信號端口 CTRL3輸入高電平信 號讓M0S管TR4持續開通。
[0048]第二信號端口 CTRL2的特征在于：在接觸器吸合與吸持階段，第二信號端口 CTRL2 為高電平，當M0S管TR1導通時，第二信號端口 CTRL2的電流經過M0S管TR4的體二極管、M0S管 TR2的體二極管、M0S管TR1這一條回路給電容C1充電，電容C1的電壓與第二信號端口CTRL2 的電壓近似相等。電容C1持續給M0S管TR2的柵極供電，可以讓M0S管TR2工作在完全飽和導 通，損耗很小。在接觸器關斷階段，第二信號端口 CTRL2為低電平，控制M0S管TR3導通，電容 C1的電經過M0S管TR4、M0S管TR3、M0S管TR1的體二極管、M0S管TR2這條回路迅速放掉。這時， M0S管TR2的驅動能量由接觸器線圈的續流電流提供，M0S管TR2柵極電壓Vgs和漏極電流Ids 滿足的關系特征為:Vgs= (Vgth+Ids/k)，MOS管TR2工作在放大區，漏源之間的壓降等于Vgs。接 觸器線圈L1的電被MOS管TR2快速消耗，達到快速關斷的效果。在本實施例中，第二信號端口 CTRL2可以是電容C1的電流提供端，在其他實施例中，電容C1的電流提供端也可以是單獨設 置的供電端口，以實現相同或相似的功能，即給電容C1提供能量，讓電容C1的電壓遠高于快 速關斷管的開啟閾值，讓快速關斷管可以飽和導通。
[0049]圖5中虛線框的部分都可集成在芯片里，而電容C1、電阻R1和二極管D2都是小功率 的貼片器件，成本很低而且體積也很小。在吸合與吸持過程中，M0S管始終工作在完全導通 的狀態，損耗幾乎可以不計。采用本發明的方法可以得到非常好的效果。
[0050] 第二實施例
[0051] 本發明的第二實施例的接觸器的線圈控制電路的電路原理圖如圖6所示。電路和 控制方法都與第一實施例類似，本實施例與第一實施例的不同之處在于，用一個穩壓二極 管Z1代替了第一實施例中的電阻R1。在接觸器的吸合與吸持狀態，電路的工作過程跟第一 實施例一樣;在關斷階段，M0S管TR2工作在放大區，M0S管TR2柵極電壓V gs和漏極電流Ids滿 足的關系特征為:Vgs = (Vgth+Ids/k)，其漏源兩端的壓降為Vgs+Vz，Vz為穩壓二極管Z1的電壓。 在第二實施例中，M0S管TR2在快速關斷階段漏源的壓降更大，接觸器關斷速度更快。
[0052] 第三實施例
[0053]本發明的第三實施例的接觸器的線圈控制電路的電路原理圖如圖7所示。電路和 控制方法與第一實施例類似，本實施例與第一實施例的不同之處在于，在本實施例中去掉 了第一實施例中的電阻R1，在M0S管TR2漏源兩端并聯一個功率電阻R3。在接觸器的吸合與 吸持狀態，電路的工作過程跟第一實施例一樣;在關斷階段，M0S管TR2被完全關斷，接觸器 線圈的電被功率電阻R3迅速消耗掉，電阻R3的阻值越大，接觸器關斷的速度就越快。
[0054] 第四實施例
[0055]本發明的第四實施例的接觸器的線圈控制電路的電路原理圖如圖8所示。一種接 觸器的線圈控制電路，包括開關控制電路、驅動電路、快速關斷電路、^極管D1、M0S管TR1和 接觸器線圈L1。快速關斷電路包括M0S管TR2。驅動電路包括電容C1、電阻R4、二極管D2和穩 壓二極管Z1。開關控制電路包括二極管D3、第一信號端口 CTRL1和第二信號端口 CTRL2。 [0056]第四實施例的各器件連接關系為:二極管D1的陰極與輸入電壓VIN相連，二極管D1 的陽極與M0S管TR2的源極相連，M0S管TR2的漏極與M0S管TR1的漏極相連，M0S管TR1的源極 接地，接觸器線圈L1的一端與輸入電壓VIN相連，另一端與M0S管TR1的的漏極相連，M0S管 TR1的柵極與第一信號端口 CTRL1相連。電容C1和電阻R4并聯于M0S管TR2的柵源兩端，二極 管D2和穩壓二極管Z1串聯后并聯于M0S管TR2的柵漏兩端。二極管D3的陰極與二極管D2的陰 極相連，二極管D3的陽極與第二信號端口 CTRL2相連。
[0057]第四實施例的控制方法為：
[0058]在吸合階段與吸持階段，第一信號端口 CTRL1持續輸出方波信號控制M0S管TR1持 續通斷;在關斷階段，第一信號端口 CTRL1不輸出方波信號控制M0S管TR1持續斷開。
[0059]第二信號端口 CTRL2的特征在于：在接觸器吸合與吸持階段，第二信號端口 CTRL2 為高電平，當M0S管TR1導通時，第二信號端口 CTRL2的電流經過二極管D3、電容Cl、M0S管TR2 的體二極管、M0S管TR1這一條回路給電容C1充電；電容C1持續給M0S管TR2的柵極供電，讓 M0S管TR2飽和導通，損耗很小。在接觸器關斷階段，第二信號端口 CTRL2為低電平，電容C1的 電被電阻R4消耗掉，MOS管進入放大區，MOS管TR2漏源兩端的壓降為Vgs+Vz，接觸器線圈以一 個較高的電壓去磁，接觸器線圈L1的電被M0S管快速消耗，達到快速關斷的效果。第二信號 端口 CTRL2可以是電容C1的電流提供端，電容C1的電流提供端也可以是單獨設置的供電端 □ 〇
[0060] 第五實施例
[0061] 圖9為本發明的第五實施例的接觸器的線圈控制電路的電路原理圖，一種接觸器 的線圈控制電路，包括開關控制電路、驅動電路、快速關斷電路、^極管D1、M0S管TR1和接觸 器線圈L1。其中快速關斷電路包括M0S管TR2、電阻R3。驅動電路包括電容C1、二極管D2、電壓 檢測電路和邏輯控制電路。
[0062]實施例五各器件連接關系為:二極管D1的陰極與輸入電壓VIN相連，二極管D1的陽 極與M0S管TR2的源極相連，M0S管TR2的漏極與M0S管TR1的漏極相連，電阻R3并聯于M0S管漏 源兩端，M0S管TR1的源極接地，接觸器線圈L1的一端與輸入電壓VIN相連，另一端與M0S管 TR1的的漏極相連。二極管D2的陽極與M0S管TR1的漏極相連，二極管的陰極與電容C1的一端 相連，電容C1的另一端與M0S管TR2的源極相連，電壓檢測電路的輸入端與二極管D2的陰極 相連，電壓檢測電路的輸出端口與邏輯控制電路的第一輸入端口相連，邏輯控制電路的輸 出端口與M0S管TR2的柵極相連。開關控制電路的第一輸出端口與M0S管TR1的柵極相連，開 關控制電路的第二輸出端口與邏輯控制電路的第二輸入端口相連。
[0063]實施例五的控制方法為：
[0064]在吸合階段與吸持階段，開關控制電路的第一輸出端口持續輸出方波信號控制 M0S管TR1持續通斷;在關斷階段，開關控制電路的第一輸出端口不輸出方波信號控制M0S管 TR1持續斷開。
[0065] 電壓檢測電路的控制特征在于：電壓檢測電路檢測電容C1兩端的電壓，當電容兩 端的電壓高于閾值VTH1時，電壓檢測電路輸出高電平；當電容兩端電壓低于閾值VTH1時，輸 出低電平。
[0066] 邏輯控制電路的控制特征在于:在吸合階段與吸持階段，當電壓檢測電路輸出低 電平時，邏輯控制電路控制M0S管TR2完全導通;當電壓檢測電路輸出高電平時，邏輯控制電 路控制M0S管TR2完全斷開，讓接觸器線圈L1的續流電流給電容C1充電。電路的邏輯時序如 圖10所示。
[0067]在接觸器線圈續流時，假如M0S管TR2沒有導通，線圈電流就會給電容C1充電，電容 電壓為Vc = IL*t/Cl。電容C1上的電壓由電壓檢測電路控制，電容C1上的電壓可以遠高于 M0S管柵極的開啟電壓閾值，那么驅動電壓DR2就可以使M0S管TR2完全導通，損耗非常小。電 容C1和二極管D2都是小功率的貼片器件，而電壓檢測電路、邏輯控制電路與開關控制電路 可以集成化在一個芯片里，整個電路的成本很低體積很小。
[0068] 第六實施例
[0069] 本發明的第六實施例的接觸器的線圈控制電路的電路原理圖如圖11所示。一種接 觸器的線圈控制電路，包括開關控制電路、驅動電路、快速關斷電路、^極管D1、M0S管TR1和 接觸器線圈L1。開關控制電路包括M0S管TR3,第一信號端口 CTRL1和第二信號端口 CTRL2。驅 動電路包括電阻R1和電阻R4。快速關斷電路包括PNP三極管Q1。
[0070] 第六實施例的各器件連接關系為:二極管D1的陰極與輸入電壓VIN相連，二極管D1 的陽極與PNP管Q1的集電極相連，PNP管Q1的發射極與MOS管TR1的漏極相連，MOS管TR1的源 極接地，接觸器線圈L1的一端與輸入電壓VIN相連，另一端與M0S管TR1的的漏極相連，M0S管 TR1的柵極與第一信號端口CTRL1相連。電阻R4連接于PNP三極管Q1的基級與集電極之間，電 阻R1連接于PNP三極管Q1的基級與M0S管TR3的漏極之間，M0S管TR3的源極接地，M0S管TR3的 柵極與第二信號CTRL2相連。
[0071 ]第六實施例的控制方法為：
[0072]在吸合階段與吸持階段，第一信號端口 CTRL1持續輸出方波信號控制M0S管TR1持 續通斷;在關斷階段，第一信號端口 CTRL1不輸出方波信號控制M0S管TR1持續斷開。
[0073]第二信號端口 CTRL2的特征在于:在吸合與吸持階段，第二信號端口 CTRL2控制M0S 管TR3導通，當M0S管TR1關斷時，接觸器線圈的電流會經過PNP三極管的基級、電阻R1流到 地，讓PNP三極管導通。優選地，電阻R1的取值滿足時，其中，V in是輸入 電壓值，β是PNP三極管放大倍數，IL1是接觸器線圈電流值，PNP三極管Q1工作在飽和區，損耗 很小。在關斷階段，第二信號端口 CTRL2控制M0S管TR2關斷，PNP三極管Q1會工作在放大區。
[0074]圖11中虛線框的部分可采用集成電路的形式實現，而電阻R1、R4都是小功率的貼 片器件，成本很低而且體積也很小。
[0075] 第七實施例
[0076]第七實施例的接觸器的線圈控制電路的電路原理圖如圖12所示。一種接觸器的線 圈控制電路，電路和控制方法都與第七實施例類似，本實施例與第七實施例的不同之處在 于，把電阻R3并聯在PNP三極管的集電極與發射極兩端。在關斷階段，PNP三極管Q1會完全斷 開，接觸器線圈的電流通過R3來迅速放電，其他工作原理跟第五實施例完全一樣。
[0077]圖12中虛線框的部分可采用集成電路的形式實現，而電阻R1、R4都是小功率的貼 片器件，成本很低而且體積也很小。
[0078]以上僅是本發明的優選實施方式，應當指出的是，上述優選實施方式不應視為對 本發明的限制，本發明的保護范圍應當以權利要求所限定的范圍為準。對于本技術領域的 普通技術人員來說，在不脫離本發明的精神和范圍內，還可以做出若干改進和潤飾，這些改 進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
【主權項】
1. 一種接觸器的線圈控制電路，適用于控制接觸器的線圈，包括續流二極管D1和MOS管 TR1，其特征在于:還包括快速關斷電路、驅動電路和開關控制電路， 快速關斷電路，與續流二極管D1形成續流回路，在吸合與吸持階段，為續流回路提供低 阻抗的通路，在關斷階段，為續流回路提供高阻抗通路； 驅動電路，為快速關斷電路提供驅動電壓； 開關控制電路，控制M0S管TR1的操作。2. 根據權利要求1所述的接觸器的線圈控制電路，其特征在于:所述驅動電路，在線圈 的吸合與吸持階段，驅動快速關斷電路工作于飽和導通狀態。3. 根據權利要求1所述的接觸器的線圈控制電路，其特征在于：所述快速關斷電路是 M0S管，在線圈的吸合與吸持階段，滿足Vgs>(Vgth+Ids/k)的飽和導通參數特征。4. 根據權利要求1所述的接觸器的線圈控制電路，其特征在于:所述快速關斷電路，包 括M0S管TR2;所述驅動電路，包括電容C1;所述開關控制電路，包括M0S管TR3、M0S管TR4和電 流提供端；電容C1并聯在M0S管TR2的柵極與源極之間；電流提供端的電流通過M0S管TR4的 體二極管、M0S管TR2的體二極管和M0S管TR1所形成的通路給電容C1充電；在M0S管TR2導通 時，電容C1持續給M0S管TR2的柵極供電，以讓M0S管TR2飽和導通。5. 根據權利要求4所述的接觸器的線圈控制電路，其特征在于：所述驅動電路的電容 C1，在關斷階段，通過M0S管TR4、M0S管TR3、M0S管TR1的體二極管和M0S管TR2所形成的回路 泄放能量。6. 根據權利要求1所述的接觸器的線圈控制電路，其特征在于:所述快速關斷電路是三 極管，在線圈的吸合與吸持階段，滿足的飽和導通參數特征。7. 根據權利要求1所述的接觸器的線圈控制電路，其特征在于:所述快速關斷電路，包 括三極管Q1;所述驅動電路包括電阻R1;所述開關控制電路，包括M0S管TR3,在吸合階段與 吸持階段，M0S管TR3導通，形成電阻R1與地的通路，由電阻R1建立三極管Q1的基極電流，以 讓三極管Q1飽和導通。8. 根據權利要求7所述的接觸器的線圈控制電路，其特征在于:所述開關控制電路，在 關斷階段，控制M0S管TR3關斷，以讓三極管Q1工作在放大狀態或完全關斷狀態。9. 根據權利要求1或2所述的接觸器的線圈控制電路，其特征在于:所述快速關斷電路， 包括M0S管TR2;二極管D1的陰極與輸入電壓VIN相連，二極管D1的陽極與M0S管TR2的源極相 連，M0S管TR2的漏極與M0S管TR1的漏極相連，M0S管TR1的源極接地。10. 根據權利要求9所述的接觸器的線圈控制電路，其特征在于:所述驅動電路，包括電 容C1、二極管D2和電阻R1;電容C1并聯于M0S管TR2的柵源兩端，二極管D2的陰極與M0S管TR2 的柵極相連，電阻R1連接與二極管D2的陽極與M0S管TR2的漏極之間。11. 根據權利要求9所述的接觸器的線圈控制電路，其特征在于:所述驅動電路，包括電 容C1、二極管D2和穩壓二極管Ζ1;電容C1并聯于M0S管TR2的柵源兩端，穩壓二極管Ζ1的陰極 與M0S管TR2的漏極相連，穩壓二極管Ζ1的陽極與二極管D2的陽極相連，二極管D2的陰極與 M0S管TR2的柵極相連。12. 根據權利要求9所述的接觸器的線圈控制電路，其特征在于:所述驅動電路，包括電 容C1，電容C1并聯于M0S管TR2柵源兩端;所述的快速關斷電路還包括電阻R3,電阻R3并聯于 M0S管TR2漏源兩端。13. 根據權利要求10-12中任一項所述的接觸器的線圈控制電路，其特征在于:所述開 關控制電路包括二極管D3、反向器Ul、MOS管TR3、MOS管TR4、第一信號端口 CTRL1、第二信號 端口 CTRL2和第三信號端口 CTRL4 ;MOS管TR4的漏極與MOS管TR2的柵極相連，MOS管TR4的柵 極與第三信號端口 CTRL4相連，MOS管TR4的源極與MOS管TR3的漏極相連，同時還與二極管D3 的陰極相連，MOS管TR3的源極接地，第二信號端口 CTRL2分別與二極管D3的陽極和反向器U1 的輸入端相連，反向器U1的輸出與MOS管TR3的柵極相連。14. 根據權利要求9所述的接觸器的線圈控制電路，其特征在于:所述驅動電路，包括電 容C1、二極管D2、電阻R4和穩壓二極管Z1;電容C1和電阻R4并聯在MOS管TR2的柵源兩端，穩 壓二極管Z1的陰極與MOS管TR2的漏極相連，穩壓二極管Z1的陽極與二極管D2的陽極相連， 二極管D2的陰極與MOS管TR2的柵極相連。15. 權利要求14所述的接觸器的線圈控制電路，其特征在于:所述開關控制電路，包括 二極管D3、第一信號端口 CTRL1和第二信號端口 CTRL2;二極管D3的陰極與第二管D2的陰極 相連，二極管D3的陽極與第二信號端□ CTRL2相連，第一信號端□ CTRL1與MOS管TR1的柵極 相連。16. 根據權利要求9所述的接觸器的線圈控制電路，其特征在于:所述驅動電路，包括邏 輯控制電路、電壓檢測電路、二極管D2和電容C1;二極管D2的陽極與MOS管TR1的漏極相連， 二極管的陰極與電容C1的一端相連，電容C1的另一端與MOS管TR2的源極相連，電壓檢測電 路的輸入端與二極管D2的陰極相連，電壓檢測電路的輸出端口與邏輯控制電路的第一輸入 端口相連，邏輯控制電路的輸出端口與MOS管TR2的柵極相連;所述的快速關斷電路還包括 電阻R3,電阻R3并聯于MOS管TR2漏源兩端。17. 根據權利要求16所述的接觸器的線圈控制電路，其特征在于:所述電壓檢測電路， 檢測電容C1兩端的電壓；當電容C1兩端電壓高于所述電壓檢測電路內部的閾值VTH1時，邏 輯控制電路輸出高電平信號，讓MOS管TR2導通；當電容C1兩端電壓低于所述電壓檢測電路 內部的閾值VTH2時，邏輯控制電路輸入低電平信號，讓MOS管TR2關斷。18. 根據權利要求1或2所述的接觸器的線圈控制電路，其特征在于：所述快速關斷電 路，包括PNP三極管Q1。19. 根據權利要求18所述的接觸器的線圈控制電路，其特征在于，所述的驅動電路，包 括電阻R1和電阻R4;電阻R4連接于PNP三極管Q1的基級與集電極之間，電阻R1連接于PNP三 極管Q1的基級與MOS管TR2的漏極之間。20. 根據權利要求18所示的接觸器的線圈控制電路，其特征在于，所述的驅動電路包括 電阻R1，電阻R1連接于PNP三極管Q1的基級與MOS管TR2的漏極之間；所述的快速關斷電路還 包括電阻R3,電阻R3并聯于PNP三極管Q1的集射兩端。21. 根據權利要求19-20所述的接觸器的線圈控制電路，其特征在于，所述的開關控制 電路，包括MOS管TR3、第一信號端口 CTRL1和第二信號端口 CTRL2 ;MOS管TR3的源極接地，MOS 管TR2的柵極與第二信號CTRL2相連，第一信號端口 CTRL1與MOS管TR1的柵極相連。
【文檔編號】H01H47/32GK106024521SQ201610526057
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月5日
【發明人】尹向陽, 唐盛斌, 蘇俊熙
【申請人】廣州金升陽科技有限公司