一种反向电动势主动泄放保护电路及主动灭弧方法

技术领域

本发明涉及直流系统保护技术领域，具体涉及一种反向电动势主动泄放保护电路及主动灭弧方法。

背景技术

开关或继电器在关断如电机、电磁铁等感性器件供电时，反向电动势常常在触点上引起拉弧现象，造成触点烧灼，最终造成电路故障。

现有的解决方案是在开关或继电器触点两端上并联“阻容吸收电路”、“热敏电阻”、“抑瞬稳压管”等元件来吸收反向电动势，但这些被动元件的保护效果有限，或残压过高、或吸收有限、或速度不快等，各有弊端。针对上述缺陷，本发明作出了改进。

发明内容

为了克服背景技术的不足，本发明提供一种反向电动势主动泄放保护电路，能主动灭弧，可解决感性器件产生的反向电动势对开关或继电器触点的破坏问题。

本发明所采用的技术方案是：一种反向电动势主动泄放保护电路，包括有信号处理电路、泄放驱动电路、放电电阻和极性切换电路，所述放电电阻的一端电连接所述极性切换电路，另一端电连接所述泄放驱动电路，所述极性切换电路和所述信号处理电路均电连接所述泄放驱动电路，所述极性切换电路设有用于并联直流负载的两个泄放接口，所述信号处理电路输出用于控制直流负载的负载驱动信号和用于控制所述泄放驱动电路的泄放控制信号。

优选的，所述极性切换电路采用整流电路，所述信号处理电路采用处理器。

优选的，所述泄放驱动电路包括第一NMOS管、第二电阻、第四电阻、第五电阻、第一电容、稳压管和光电耦合器，所述整流电路的正输出端电连接所述放电电阻的一端，负输出端电连接所述第一NMOS管的S极，所述第一NMOS管的D极和所述第二电阻的一端均电连接所述放电电阻的另一端，第二电阻的另一端电连接所述稳压管的负极，所述第五电阻的一端和所述第一电容的一端均电连接所述第一NMOS管的G极，所述稳压管的正极、所述第五电阻的另一端和所述第一电容的另一端均电连接所述第一NMOS管的S极，所述光电耦合器的第一输入引脚电连接所述第四电阻的一端，第四电阻的另一端电连接所述处理器的输出端，光电耦合器的第二输入引脚接地，所述光电耦合器的第一输出引脚电连接所述稳压管的负极，光电耦合器的第二输出引脚电连接所述第一NMOS管的G极。

优选的，所述整流电路采用整流桥堆。

优选的，所述光电耦合器采用LTV-357T。

一种基于上述技术方案所述反向电动势主动泄放保护电路的应用电路，应用电路还包括有负载控制电路，所述负载控制电路包括有普通继电器，普通继电器具有继电器线圈和继电器触点，所述信号处理电路输出负载驱动信号通断所述继电器线圈，所述直流负载的两端分别电连接所述极性切换电路的两个泄放接口，所述直流负载还串联有所述继电器触点。

优选的，所述直流负载为高压直流电机，所述负载控制电路包括有第一普通继电器和第二NMOS管，所述第一普通继电器具有第一继电器线圈和第一继电器触点，第一继电器触点为常开触点，所述第一继电器线圈的一端接入DC12V，另一端电连接所述第二NMOS管的D极，第二NMOS管的S极接地，第二NMOS管的G极电连接所述信号处理电路的输出端，所述高压直流电机的正接线端电连接DC220V电源正极，高压直流电机的负接线端电连接所述第一继电器触点的一端，第一继电器触点的另一端电连接DC220V电源负极。

一种基于上述技术方案所述反向电动势主动泄放保护电路的主动灭弧方法，包括以下步骤：

（1）处理器收到来自外部的负载关断请求时处理器输出泄放控制信号；

（2）延时,待第一NMOS管导通，第一NMOS管导通后使第一NMOS管、放电电阻与整流电路、直流负载形成放电回路；

（3）处理器输出负载驱动信号控制开关或继电器关断负载，延时等待放电结束；

（4）处理器终止输出泄放控制信号，第一NMOS管截止断开放电回路，完成负载关断动作。

综上所述，本发明有益效果为：

1.本发明在需要断开触点时提前在负载上并入一个放电电阻，然后才断开触点，待放电电阻将反向电动势泄放至安全电压范围，或放光后再撤除放电电阻，上述技术方案以一种主动且提前介入的方式来处理对电路产生危害的反向电动势，能更好地满足实际需求；

2.基于反向电动势主动泄放保护电路的应用电路，其设计是用廉价的普通继电器加入反向电动势主动泄放保护电路来替代高压直流继电器，能有效地节省实际的安装空间并降低成本，有利于更好地满足实际需求；

3.基于反向电动势主动泄放保护电路的主动灭弧方法，该方法以一种主动且提前介入的方式来处理对电路产生危害的反向电动势，其优点是能将反向电动势彻底泄放干净，不存残压问题，并且因提前介入所以也不存在速度问题。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的电路方框图；

图2为本发明应用电路第一实施例的电路示意图；

图3为本发明应用电路第二实施例的电路示意图；

图4为本发明的一种工作流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的图1至图4，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。

如图1至图4所示，本实施例公开的一种反向电动势主动泄放保护电路，包括有信号处理电路、泄放驱动电路、放电电阻R1和极性切换电路，所述放电电阻R1的一端电连接所述极性切换电路，另一端电连接所述泄放驱动电路，所述极性切换电路和所述信号处理电路均电连接所述泄放驱动电路，所述极性切换电路设有用于并联直流负载的两个泄放接口，所述信号处理电路输出用于控制直流负载的负载驱动信号和用于控制所述泄放驱动电路的泄放控制信号。在上述技术方案中，电路主要由信号处理电路、泄放驱动电路、放电电阻R1和极性切换电路四部分组成，信号处理电路负责输出用于控制直流负载启停的负载驱动信号，并负责在直流负载断开前输出泄放控制信号，泄放驱动电路受控于泄放控制信号，收到泄放控制信号后将放电电阻R1及时并联于直流负载上，放电电阻R1则负责尽快泄放掉直流负载上的残余电能至安全电压，放电电阻R1能将残余电能转化为热能，极性切换电路用于将未知极性的直流负载切换为电路所需的极性。具体实施时直流负载主要为电机、电磁铁等感性器件。

作为优选的一种技术方案，所述极性切换电路采用整流电路，所述信号处理电路采用处理器。极性切换电路采用整流电路能方便地将未知极性的直流负载切换为电路所需的极性，信号处理电路采用处理器，具体实施时处理器采用单片机，单片机接收来自外部的电机正反转和停转等控制需求信号，然后根据需求来驱动电机控制电路进行工作，在收到换向或停转信号时，提前输出一个泄放控制信号，对电机的反向电动势进行泄放，以降低反向电动势造成的继电器拉弧现象。所述的处理器属于现有技术，在此不做具体说明。

作为优选的一种技术方案，所述泄放驱动电路包括第一NMOS管Q1、第二电阻R2、第四电阻R4、第五电阻R5、第一电容C1、稳压管D1和光电耦合器OP1，所述整流电路的正输出端电连接所述放电电阻R1的一端，负输出端电连接所述第一NMOS管Q1的S极，所述第一NMOS管Q1的D极和所述第二电阻R2的一端均电连接所述放电电阻R1的另一端，第二电阻R2的另一端电连接所述稳压管D1的负极，所述第五电阻R5的一端和所述第一电容C1的一端均电连接所述第一NMOS管Q1的G极，所述稳压管D1的正极、所述第五电阻R5的另一端和所述第一电容C1的另一端均电连接所述第一NMOS管Q1的S极，所述光电耦合器OP1的第一输入引脚电连接所述第四电阻R4的一端，第四电阻R4的另一端电连接所述处理器的输出端，光电耦合器OP1的第二输入引脚接地，所述光电耦合器OP1的第一输出引脚电连接所述稳压管D1的负极，光电耦合器OP1的第二输出引脚电连接所述第一NMOS管Q1的G极。在上述技术方案中，第一NMOS管Q1为开关管，用于将放电电阻R1接入到放电回路中进行放电；第二电阻R2为限流电阻，稳压管D1采用10V稳压管D1，第二电阻R2和稳压管D1组成10V稳压电路；第四电阻R4为光电耦合器OP1的限流电阻，用于保护光电耦合器OP1；第五电阻R5的作用为确保快速关断第一NMOS管Q1；第一电容C1起到稳定第一NMOS管Q1栅极电压的作用；光电耦合器OP1起到一个高、低压电路的隔离作用，以及控制第一NMOS管Q1导通或关断的作用。所述的NMOS管、电阻、电容、稳压管D1和光电耦合器OP1均属于现有技术，在此不做具体说明。

作为优选的一种技术方案，所述整流电路采用整流桥堆BD1。整流电路采用整流桥堆BD1，由四只二极管组成，有四个引出脚，能很好地将未知极性的直流负载切换为电路所需的极性。所述的整流桥堆BD1属于现有技术，在此不做具体说明。

作为优选的一种技术方案，所述光电耦合器OP1采用LTV-357T。具体实施时光电耦合器OP1包括但不限于采用LTV-357T，LTV-357T能很好地起到高、低压电路的光耦隔离作用，并能在处理器输出泄放控制信号时控制第一NMOS管Q1导通，进而形成放电回路。所述的LTV-357T属于现有技术，在此不做进一步说明。

一种基于反向电动势主动泄放保护电路的应用电路，该应用电路在反向电动势主动泄放保护电路的基础上增加了负载控制电路，所述负载控制电路包括有普通继电器，普通继电器具有继电器线圈和继电器触点，所述信号处理电路输出负载驱动信号通断所述继电器线圈，所述直流负载的两端分别电连接所述极性切换电路的两个泄放接口，所述直流负载还串联有所述继电器触点。反向电动势主动泄放保护电路为主动灭弧电路，负载控制电路采用普通继电器实现直流负载的关断，普通继电器在关断直流负载供电时，反向电动势常常在触点上引起拉弧现象，造成触点烧灼，易造成电路故障，通过应用反向电动势主动泄放保护电路这种主动灭弧电路，能在直流负载关断前及时在直流负载上并入一个放电电阻R1，放电电阻R1能将反向电动势泄放至安全电压范围，这样就能有效地起到主动灭弧作用，有利于更好地保护电路。上述应用电路的设计是用廉价的普通继电器加入反向电动势主动泄放保护电路来替代高压直流继电器，能有效地节省实际的安装空间并降低成本。上述的高压直流继电器是通过永磁体灭弧技术或惰性气体进行灭弧，体积大且成本高。所述的普通继电器和高压直流继电器均属于现有技术，在此不做具体说明。

作为上述应用电路的一种实施例，所述直流负载为高压直流电机，所述负载控制电路包括有第一普通继电器J1和第二NMOS管Q2，所述第一普通继电器J1具有第一继电器线圈和第一继电器触点，第一继电器触点为常开触点，所述第一继电器线圈的一端接入DC12V，另一端电连接所述第二NMOS管Q2的D极，第二NMOS管Q2的S极接地，第二NMOS管Q2的G极电连接所述信号处理电路的输出端，所述高压直流电机的正接线端电连接DC220V电源正极，高压直流电机的负接线端电连接所述第一继电器触点的一端，第一继电器触点的另一端电连接DC220V电源负极。本实施例用于保护高压直流电机启停控制电路，处理器接收来自外部的电机启停控制信号，当需要启动电机时，通过处理器发出负载驱动信号使第二NMOS管Q2导通，第二NMOS管Q2导通后使第一继电器线圈通电，线圈通电时第一继电器触点闭合使高压直流电机负接线端接通到DC220V电源负极，此时电机启动运行，当处理器接收到外部电机停转请求时，处理器输出泄放控制信号导通第一NMOS管Q1，第一NMOS管Q1导通后使第一NMOS管Q1、放电电阻R1与整流桥堆BD1、电机形成放电回路，能消除拉弧对继电器触点造成的破坏，接着通过处理器发出负载驱动信号使第二NMOS管Q2截止，第二NMOS管Q2截止时使第一继电器线圈断电，线圈断电时第一继电器触点断开，这样高压直流电机负接线端与DC220V电源负极之间就断开，电机停转，由于加入了主动灭弧电路，放电电阻R1能将反向电动势彻底泄放干净，可更好地保护电路。所述的高压直流电机属于现有技术，在此不做具体说明。本实施例具体可参考图2。

本发明还提供上述应用电路的另一种实施例，用于保护高压直流电机正反转控制电路，实施时负载控制电路采用两个普通继电器来实现正反转控制，两个普通继电器分别为第二普通继电器J2和第三普通继电器J3，第二普通继电器J2和第三普通继电器J3的继电器线圈均电连接处理器的输出端，处理器接收来自外部的电机启停及转向控制信号，并分别输出负载驱动信号到第二普通继电器J2和第三普通继电器J3，由于加入了主动灭弧电路，在控制高压直流电机实现正反转的过程中，放电电阻R1能将电机停转时产生的反向电动势彻底泄放干净，可更好地保护电路。本实施例具体可参考图3。

本实施例以电机控制为例提供一种基于反向电动势主动泄放保护电路的主动灭弧方法，包括以下步骤：

（1）处理器收到外部电机停转请求时处理器输出泄放控制信号给泄放驱动电路；

（2）延时,待第一NMOS管Q1导通，第一NMOS管Q1导通后使第一NMOS管Q1、放电电阻R1与整流桥堆BD1、电机形成放电回路，消除拉弧对继电器触点造成的破坏；

（3）处理器输出负载驱动信号控制继电器断开触点，延时等待放电结束；

（4）处理器终止输出泄放控制信号，第一NMOS管Q1截止断开放电回路，完成电机停转动作。

本发明以一种主动且提前介入的方式来处理对电路产生危害的反向电动势。具体步骤为在需要断开触点时提前在负载上并入一个放电电阻R1，然后才断开触点，待放电电阻R1将反向电动势泄放至安全电压范围，或放光后再撤除放电电阻R1。以上这些步骤操作均由单片机的预存程序代码完成。具体实施时放电电阻R1可以是以连续或断续的方式接入到放电回路中，以适应不同的放电速度需求。本方法的优点是能将反向电动势彻底泄放干净，不存残压问题，并且因提前介入所以也不存在速度问题。

各位技术人员须知：虽然本发明已按照上述具体实施方式做了描述，但是本发明的发明思想并不仅限于此发明，任何运用本发明思想的改装，都将纳入本专利权保护范围内。