一种继电器及其驱动电路的制作方法

1.本发明属于驱动电路领域，具体地涉及一种继电器及其驱动电路。


背景技术：

2.继电器是具有隔离功能的受控开关元件，广泛应用于遥控、遥测、通讯、自动控制、机电一体化及电力电子设备中，是最重要的控制元件之一。继电器在启动期间，线圈需要施加较大启动电流，但吸合后所需的保持电流则不需要很大，然而，现有的继电器驱动电路采用的是固定电压供电的，为了能够实现吸合，固定电压比较高，而通常继电器线圈阻值是不变的，导致吸合后继电器线圈将一直维持着大电流，能耗高，线圈发热严重。
3.公开专利：cn215220625u公开了一种继电器驱动电路，可以实现控制大启动电流，小保持电流，较好地降低了继电器线圈能耗和发热，但该继电器驱动电路的启动回路与保持回路分别使用独立的mos管进行控制，成本较高，电路结构较复杂；此外，继电器线圈阻抗在不同的工作环境温度下其阻抗存在差异。主要表现为随着温度上升，线圈阻抗增加，而该继电器驱动电路在线圈保持时，采用电压控制，不同输入电压对应的不同pwm信号占空比，当在同一输入电压且不同的温度下时，继电器线圈因温度阻抗变化，将出现保持电流下降，则继电器保持时吸合力不可控，存在继电器保持时无法稳定吸合的潜在风险。
4.若采用恒流驱动，则可保证在不同工作环境温度下继电器保持时能稳定吸合，不受环境温度以及线圈自身发热的影响，但恒流驱动是由微控制器以及复杂的控制软件组成的，成本较高。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种继电器驱动电路用以解决上述存在的技术问题。
6.为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种继电器驱动电路，包括三角波产生电路、比较器电路、开关驱动电路、开关电路、采样电路、采样反馈电路和延时电路，开关电路串接在继电器的线圈回路中，采样电路用于采样线圈回路的电流并转换为采样电压输出，采样反馈电路用于将采样电路输出的采样电压进行相应放大后输出给比较器电路的负输入端，延时电路用于延时一定时间后使采样反馈电路的放大倍数增大，三角波产生电路的输出端接比较器电路的正输入端，比较器电路的输出端接开关驱动电路的控制端，开关驱动电路的输出端接开关电路的控制端。
7.进一步的，还包括ldo电路，ldo电路的输入端接电源端vcc，ldo电路用于为三角波产生电路、比较器电路、采样反馈电路和延时电路供电。
8.更进一步的，所述三角波产生电路包括比较器u1a、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5和电容c2，电阻r3和r5串接后接在ldo电路的输出端与地之间，电阻r3和r5之间的节点接比较器u1a的正输入端，比较器u1a的正输入端串联电阻r1接比较器u1a的输出端，电阻r2的第一端接ldo电路的输出端，电阻r2的第二端依次串联电阻r4和电容c2接地，电阻r4和电容c2之间的节点接比较器u1a的负输入端，比较器u1a的输出端接电阻r2和r4之间的
节点，电阻r4和电容c2之间的节点为该三角波产生电路的输出端。
9.进一步的，所述比较器电路采用比较器u1b来实现。
10.进一步的，所述采样反馈电路包括同相放大电路和动态响应电路，同相放大电路的正输入端接采样电路的输出端，同相放大电路的输出端通过动态响应电路接比较器电路的负输入端。
11.更进一步的，所述同相放大电路包括运算放大器u2a、电阻r9、电阻r17、电阻r19和电阻r20，运算放大器u2a的正输入端串联电阻r9接采样电路的输出端，运算放大器u2a的负输入端串联电阻r17接运算放大器u2a的输出端，运算放大器u2a的负输入端串联电阻r19接地，运算放大器u2a的负输入端串联电阻r20接延时电路的输出端。
12.更进一步的，所述延时电路包括同相输入迟滞比较电路、充电电容c7、npn三极管q5和nmos管q4，nmos管q4串接在电阻r20与地之间，同相输入迟滞比较电路的输出端接充电电容c7的第一端，充电电容c7的第二端反向串联二极管d4接地，充电电容c7的第二端串联电阻r28接npn三极管q5的基极，npn三极管q5接在nmos管q4的栅极与地之间，nmos管q4的栅极串联电阻r26接同相输入迟滞比较电路的输出端，同相输入迟滞比较电路的输出端通过上拉电阻r24接ldo电路的输出端。
13.进一步的，所述动态响应电路包括二极管d2、电容c5、电容c6、运算放大器u2b、电阻r13、电阻r14、电阻r15和电阻r18，运算放大器u2b的正输入端反向串联二极管d2接运算放大器u2a的输出端，电阻r18和电容c6并联后接在运算放大器u2b的正输入端与地之间，运算放大器u2b的输出端接比较器电路的负输入端，运算放大器u2b的输出端依次串联电容c5和电阻r13接运算放大器u2b的负输入端，运算放大器u2b的负输入端串联电阻r15接地，同时通过电阻r14接ldo电路的输出端。
14.进一步的，所述开关驱动电路采用由npn三极管q1和pnp三极管q3构成的推挽电路来实现，开关电路采用nmos管q2来实现。
15.本发明还提供了一种继电器，设有上述的继电器驱动电路。
16.本发明的有益技术效果：
17.本发明实现继电器大电流启动，小电流保持，能耗低；在不同工作环境温度下的保持电流稳定性好，保证可靠吸合，且启动回路和保持回路共用一开关电路，电路结构简单，成本低。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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。
19.图1为本发明具体实施例的继电器驱动电路的电路结构框图；
20.图2为本发明具体实施例的继电器驱动电路的电路原理图。
具体实施方式
21.为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部
分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
22.现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
23.如图1和2所示，一种继电器驱动电路，包括ldo电路1、三角波产生电路2、比较器电路3、开关驱动电路4、开关电路5、采样电路6、采样反馈电路7和延时电路8，开关电路5串接在继电器的线圈9回路中，采样电路6用于采样线圈回路的电流并转换为采样电压输出，采样反馈电路7用于将采样电路6输出的采样电压进行相应放大后输出给比较器电路3的负输入端，延时电路8的输入端接电源端vcc，延时电路8用于延时一定时间(不小于线圈9的启动时间)后使采样反馈电路7的放大倍数增大，三角波产生电路2的输出端接比较器电路3的正输入端，比较器电路3的输出端接开关驱动电路4的控制端，开关驱动电路4的输出端接开关电路5的控制端，ldo电路1的输入端接电源端vcc，ldo电路用于为三角波产生电路2、比较器电路3、采样反馈电路7和延时电路8供电。
24.ldo电路1将电源端vcc的输入的电源进行降压后为三角波产生电路2、比较器电路3、采样反馈电路7和延时电路8供电，采用ldo电路1，具有输出电压稳定性好，体积小，噪声低，功耗低等特点，但并不限于此，在一些实施例中，也可以采用现有的其它降压电路来实现。
25.具体的，如图2所示，ldo电路1包括ldo芯片u3，ldo芯片u3的输入端vin接电源端vcc，ldo芯片u3的输出端输出+5v电压为三角波产生电路2、比较器电路3、采样反馈电路7和延时电路8供电。进一步的，电源端vcc反向串联二极管d3接电源输入端vin，用于防止电源反接，提高安全性。
26.三角波产生电路2包括比较器u1a、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5和电容c2，电阻r3和r5串接后接在ldo电路1的输出端(+5v)与地gnd之间，电阻r3和r5之间的节点接比较器u1a的正输入端，比较器u1a的正输入端串联电阻r1接比较器u1a的输出端，电阻r2的第一端接ldo电路1的输出端(+5v)，电阻r2的第二端依次串联电阻r4和电容c2接地，电阻r4和电容c2之间的节点接比较器u1a的负输入端，比较器u1a的输出端接电阻r2和r4之间的节点，电阻r4和电容c2之间的节点为该三角波产生电路2的输出端，比较器u1a的电源正端接ldo电路1的输出端(+5v)。初始上电时，电容c2的电压vc2为0v，比较器u1a输出高电平，通过电阻r4向电容c2进行充电，当电容c2的电压vc2电压达到电压阈值v
th
时，由于vc2》v
th
，则比较器u1a输出低电平，电容c2通过电阻r4进行放电，当电容c2的电压vc2小于电压阈值v
tl
(v
th
》v
tl
)时，比较器u1a再次翻转对电容c2进行充电，如此循环往复即可获得三角波。其中电压阈值v
th
与v
tl
通过电阻r1、r2、r3和r5在比较器u1a输出不同状态下计算而来。采用该三角波产生电路2，电路结构简单，且对器件性能要求低，当然，在一些实施例中，三角波产生电路2也可以采用现有的其它三角波产生电路来实现。
27.比较器电路3采用比较器u1b来实现，电路结构简单，易于实现，具体的，比较器u1b的正输入端串联电阻r6接电容c2和电阻r4之间的节点，比较器u1b的负输入端接采样反馈电路7的输出端，比较器u1b的输出端接开关驱动电路4的控制端，同时串联电阻r30接ldo电路1的输出端(+5v)，三角波产生电路2输出的三角波信号与采样反馈电路7输出的直流信号经过比较器u1b比较后输出pwm信号。当然，在一些实施例中，比较器电路3也可以采用现有
的其它比较电路来实现。
28.开关驱动电路4采用由npn三极管q1和pnp三极管q3构成的推挽电路来实现，结构简单，导通损耗小，具体的，npn三极管q1的集电极接电源端vcc，npn三极管q1的发射极接pnp三极管q3的发射极和开关电路5的控制端，pnp三极管q3的集电极接地，npn三极管q1和pnp三极管q3的基极同时串联电阻r7接比较器u1b的输出端，pnp三极管q3基极串联电阻r12接地。但并不以此为限，在一些实施例中，开关驱动电路4也可以采用现有的其它开关驱动电路来实现。
29.开关电路5采用nmos管q2来实现，耐流大，能耗低，易于实现，具体的，nmos管q2的漏极串联线圈9接电源端vcc，nmos管q2的源极接地gnd，nmos管q2的栅极串联电阻r8接npn三极管q1和pnp三极管q3的发射极，线圈9接在线圈连接端coil+和coil-之间。但并不以此为限，在一些实施例中，开关电路5也可以采用现有的其它开关电路来实现。
30.当比较器电路3输出为高电平时，npn三极管q1开启，pnp三极管q3关闭，推挽电路输出高电平，nmos管q2开通；当比较器电路3输出为低电平时，npn三极管q1关闭，pnp三极管q3导通，nmos管q2关闭。
31.采样电路6包括采样电阻r11，采样电阻r11串接在nmos管q2的源极与地gnd之间，采样电阻r11的与nmos管q2的源极连接的第一端为采样电路6的输出端，输出为采样电压信号，采用该采样电路6，电路结构简单，易于实现，但并不以此为限。
32.采样反馈电路7包括同相放大电路和动态响应电路，同相放大电路的正输入端接采样电阻r11的第一端，同相放大电路的输出端通过动态响应电路接比较器电路3的负输入端。
33.本具体实施例中，同相放大电路包括运算放大器u2a、电阻r9、电阻r17、电阻r19和电阻r20，运算放大器u2a的正输入端串联电阻r9接采样电阻r11的第一端，运算放大器u2a的负输入端串联电阻r17接运算放大器u2a的输出端，运算放大器u2a的负输入端串联电阻r19接地gnd，运算放大器u2a的负输入端串联电阻r20接延时电路8的输出端。
34.延时电路8包括同相输入迟滞比较电路、充电电容c7、npn三极管q5和nmos管q4，nmos管q4串接在电阻r20与地gnd之间，同相输入迟滞比较电路的输出端接充电电容c7的第一端，充电电容c7的第二端反向串联二极管d4接地，充电电容c7的第二端串联电阻r28接npn三极管q5的基极，npn三极管q5的基极串联电阻r29接地，npn三极管q5接在nmos管q4的栅极与地gnd之间，nmos管q4的栅极串联电阻r26接同相输入迟滞比较电路的输出端，同相输入迟滞比较电路的输出端通过上拉电阻r24接ldo电路1的输出端(+5v)。
35.采用同相输入迟滞比较电路，提高了抗干扰能力，具体的，本实施例中，同相输入迟滞比较电路包括比较器u1c、电阻r21、电阻r22、电阻r23、电阻r25、电阻r27和稳压二极管zd1，具体电路连接请详见图2，此不再细说。同相输入迟滞比较电路存在门限电压v
l
、vh；参考电压为v
zd1
。上电后，比较器u1c正输入端电压上升，当电压大于vh时，比较器u1c输出高电平，充电电容c7开始充电，此时充电电容c7相当于通路，npn三极管q5开通，则nmos管q4关闭，电阻r20断开接地gnd；此时同相放大电路的放大倍数取决于电阻r17与r19，通过设置恰当的值可设置最大的启动电流；当充电电容c7充满电(充电电容c7的充电时间即延时时间，不小于启动时间)后，相当于开路，npn三极管q5关闭，nmos管q4开通，此时同相放大电路的放大倍数取决于电阻r17、r19和r20，放大倍数增大。当然，在一些实施例中，延时电路8也可
以采用现有的其它延时电路来实现。
36.动态响应电路包括二极管d2、电容c5、电容c6、运算放大器u2b、电阻r13、电阻r14、电阻r15和电阻r18，运算放大器u2b的正输入端反向串联二极管d2接运算放大器u2a的输出端，电阻r18和电容c6并联后接在运算放大器u2b的正输入端与地gnd之间，运算放大器u2b的输出端串联电阻r19接比较器u1b的负输入端，运算放大器u2b的输出端依次串联电容c5和电阻r13接运算放大器u2b的负输入端，运算放大器u2b的负输入端串联电阻r15接地gnd，同时通过电阻r14接ldo电路1的输出端(+5v)。
37.通过二极管d2将运算放大器u2a放大后的信号峰值取出进行积分后通过运算放大器u2b做差值运算，产生对应的直流电平输出反馈给比较器u1b的负输入端。电阻r13与电容c5用于调节动态响应的速度。
38.工作原理：
39.启动期间：上电后，三角波产生电路2开始产生三角波信号输出给比较器电路3，延时电路8开始计时，nmos管q4断开，电阻r20不接地，此时采样反馈电路7的放大倍数小，采样电路6输出的采样电压经采样反馈电路7放大后输出的直流电平值小，则比较器电路3产生的pwm信号占空比大，使得nmos管q2的开通时间长，线圈9驱动电压大，启动电流大，继电器稳定吸合，此时若启动电流大于设置的最大启动电流，则pwm信号占空比开始调节，将启动电流限制在最大启动电流值。
40.当延时电路8计时结束后，nmos管q4导通，电阻r20接地，采样反馈电路7的放大倍数变大，采样反馈电路7输出的直流电平值变大，则比较器电路3产生的pwm信号占空比变小，使得nmos管q2的开通时间变短，线圈9驱动电压变小，保持电流变小，继电器进入小电流保持，实现继电器大电流启动，小电流保持，能耗低，线圈9发热小。
41.保持期间：当线圈9的工作环境温度发生变化导致线圈9的保持电流大于设置值时，采样反馈电路7输出的直流电平变大，比较器电路3产生的pwm信号占空比变小，线圈9的保持电流下降；当线圈9的工作环境温度发生变化导致线圈9保持电流小于设置值时，采样反馈电路7输出的直流电平变小，比较器电路3产生的pwm信号占空比变大，线圈9的保持电流上升，使得在不同工作环境温度下，线圈9的保持电流稳定在设置值，保证可靠吸合。且启动回路和保持回路共用一开关电路5，电路结构简单，成本低。
42.本发明还提供了一种继电器，设有上述的继电器驱动电路。
43.尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种继电器驱动电路，其特征在于：包括三角波产生电路、比较器电路、开关驱动电路、开关电路、采样电路、采样反馈电路和延时电路，开关电路串接在继电器的线圈回路中，采样电路用于采样线圈回路的电流并转换为采样电压输出，采样反馈电路用于将采样电路输出的采样电压进行相应放大后输出给比较器电路的负输入端，延时电路用于延时一定时间后使采样反馈电路的放大倍数增大，三角波产生电路的输出端接比较器电路的正输入端，比较器电路的输出端接开关驱动电路的控制端，开关驱动电路的输出端接开关电路的控制端。2.根据权利要求1所述的继电器驱动电路，其特征在于：还包括ldo电路，ldo电路的输入端接电源端vcc，ldo电路用于为三角波产生电路、比较器电路、采样反馈电路和延时电路供电。3.根据权利要求2所述的继电器驱动电路，其特征在于：所述三角波产生电路包括比较器u1a、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5和电容c2，电阻r3和r5串接后接在ldo电路的输出端与地之间，电阻r3和r5之间的节点接比较器u1a的正输入端，比较器u1a的正输入端串联电阻r1接比较器u1a的输出端，电阻r2的第一端接ldo电路的输出端，电阻r2的第二端依次串联电阻r4和电容c2接地，电阻r4和电容c2之间的节点接比较器u1a的负输入端，比较器u1a的输出端接电阻r2和r4之间的节点，电阻r4和电容c2之间的节点为该三角波产生电路的输出端。4.根据权利要求2所述的继电器驱动电路，其特征在于：所述比较器电路采用比较器u1b来实现。5.根据权利要求2所述的继电器驱动电路，其特征在于：所述采样反馈电路包括同相放大电路和动态响应电路，同相放大电路的正输入端接采样电路的输出端，同相放大电路的输出端通过动态响应电路接比较器电路的负输入端。6.根据权利要求5所述的继电器驱动电路，其特征在于：所述同相放大电路包括运算放大器u2a、电阻r9、电阻r17、电阻r19和电阻r20，运算放大器u2a的正输入端串联电阻r9接采样电路的输出端，运算放大器u2a的负输入端串联电阻r17接运算放大器u2a的输出端，运算放大器u2a的负输入端串联电阻r19接地，运算放大器u2a的负输入端串联电阻r20接延时电路的输出端。7.根据权利要求6所述的继电器驱动电路，其特征在于：所述延时电路包括同相输入迟滞比较电路、充电电容c7、npn三极管q5和nmos管q4，nmos管q4串接在电阻r20与地之间，同相输入迟滞比较电路的输出端接充电电容c7的第一端，充电电容c7的第二端反向串联二极管d4接地，充电电容c7的第二端串联电阻r28接npn三极管q5的基极，npn三极管q5接在nmos管q4的栅极与地之间，nmos管q4的栅极串联电阻r26接同相输入迟滞比较电路的输出端，同相输入迟滞比较电路的输出端通过上拉电阻r24接ldo电路的输出端。8.根据权利要求6所述的继电器驱动电路，其特征在于：所述动态响应电路包括二极管d2、电容c5、电容c6、运算放大器u2b、电阻r13、电阻r14、电阻r15和电阻r18，运算放大器u2b的正输入端反向串联二极管d2接运算放大器u2a的输出端，电阻r18和电容c6并联后接在运算放大器u2b的正输入端与地之间，运算放大器u2b的输出端接比较器电路的负输入端，运算放大器u2b的输出端依次串联电容c5和电阻r13接运算放大器u2b的负输入端，运算放大器u2b的负输入端串联电阻r15接地，同时通过电阻r14接ldo电路的输出端。
9.根据权利要求1所述的继电器驱动电路，其特征在于：所述开关驱动电路采用由npn三极管q1和pnp三极管q3构成的推挽电路来实现，开关电路采用nmos管q2来实现。10.一种继电器，其特征在于：设有权利要求1-9任意一项所述的继电器驱动电路。

技术总结
本发明公开了一种继电器及其驱动电路，其中，继电器驱动电路包括三角波产生电路、比较器电路、开关驱动电路、开关电路、采样电路、采样反馈电路和延时电路，开关电路串接在继电器的线圈回路中，采样电路用于采样线圈回路的电流，采样反馈电路用于将采样电路输出的采样电压进行相应放大后输出给比较器电路的负输入端，延时电路用于延时一定时间后增大采样反馈电路的放大倍数，三角波产生电路的输出端接比较器电路的正输入端，比较器电路的输出端接开关驱动电路的控制端，开关驱动电路用于驱动开关电路。本发明实现继电器大电流启动，小电流保持，能耗低，在不同环境温度下的保持电流稳定性好，且只需一路开关驱动即可，成本低，电路结构简单。结构简单。结构简单。


技术研发人员：吴文勇 高文祝 钟天禄
受保护的技术使用者：厦门华联电子股份有限公司
技术研发日：2023.06.06
技术公布日：2023/8/3