接触器及其供电方法

技术领域

本公开涉及接触器及接触器的供电方法，尤其涉及产生辅助电压的接触器及其供电方法。

背景技术

工业中常使用接触器来控制电路的断开与闭合。接触器通过向线圈中注入电流来产生磁场，以控制接触器触头的运动，从而通过触头的接触与断开来控制电路的断开与闭合。

接触器为了控制施加于线圈的电压或电流，往往需要控制电路，因此，接触器的设计需要考虑控制电路的供电问题。由于控制电路的电压较低，若直接对高输入电压进行降压来产生辅助电压提供给控制电路，则对降压模块和器件的要求较高，并且往往会产生较大的功耗和热。

发明内容

本公开涉及一种能够低功耗低成本地产生辅助电压的接触器及其供电方法。

根据本公开的一方面，提供了一种接触器，包括：线圈单元，包括线圈和线圈供电单元，其中所述线圈供电单元接收输入电源线的输入电压并向所述线圈提供低于所述输入电压的线圈电压；控制单元，用于控制所述线圈供电单元；第一电源单元，用于接收所述输入电压并输出用于所述控制单元的第一输出电压；以及第二电源单元，用于接收所述线圈上的线圈电压并输出用于所述控制单元的第二输出电压，其中，所述第二电源单元输出所述第二输出电压后，所述第一电源单元停止输出电力。

根据本公开的再一方面，提供了一种接触器的供电方法，所述接触器包括线圈、线圈供电单元和控制单元，所述供电方法包括：将输入电压降压后输出第一输出电压向所述控制单元供电；所述线圈供电单元在所述控制单元的控制下向所述线圈提供线圈电压；以及将所述线圈电压降压后输出第二输出电压向所述控制单元供电，并停止通过所述第一输出电压向所述控制单元供电。

根据本公开的实施例，将高输入电压转换为低辅助电压的第一电源单元仅会接触器上电初期较短的时间内工作，因而可以避免产生大的功耗和热，降低第一电源单元的器件要求和成本。同时，主要用于向控制单元供电的第二电源单元是将较低的线圈电压转换为辅助电压，因而功耗好，器件要求和成本低。

附图说明

通过下面结合附图对实施例的描述，本公开的方面、特征和优点将变得更加清楚和容易理解，其中：

图1示出根据本公开一实施例的接触器的示意电路模块图；

图2示出根据本公开另一实施例的接触器的示意电路模块图；

图3示出根据本公开一实施例的接触器的示意电路图；

图4示出根据本公开一实施例的线圈单元的示意电路图；

图5示出根据本公开一实施例的接触器的供电方法的流程图。

具体实施方式

下面将参考本公开的示例性实施例对本公开进行详细描述。然而，本公开不限于这里所描述的实施例，其可以以许多不同的形式来实施。所描述的实施例仅用于使本公开彻底和完整，并全面地向本领域的技术人员传递本公开的构思。所描述的各个实施例的特征可以互相组合或替换，除非明确排除或根据上下文应当排除。

对于高输入电压的接触器，往往需要采用复杂而昂贵的方式来获得用于控制单元的低电压。例如，对于输入电压在200V以上的场合，为了获得例如15V左右的低电压用于控制单元，通常需要采用大额定功率的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)附加散热热沉进行降压，这样的结构价格昂贵、占用空间大，并且受到隔离的限制。

本公开提出一种从接触器的线圈电压生成用于控制单元的辅助电压的方案。线圈电压通常远低于输入电压，例如为20V，因此，当从线圈电压产生辅助电压时，对器件的要求较低，也不会产生过大的功耗和热，从而可以低成本低功耗地提供辅助电压。根据本公开的实施例，用于控制单元的辅助电压不一直由输入电压直接降压生成，仅需要在接触器的线圈电压形成之前由输入电压直接降压生成，而在接触器的线圈电压形成之后，由线圈电压降压生成辅助电压提供给控制单元，停止直接从输入电压降压供电。在此情况下，虽然仍然需要在继电器启动时从输入电压直接降压产生辅助电压，但由于该过程较短，产生的功耗和热较小，不需要散热系统，设备的要求和成本较低。

图1是根据本公开一实施例的接触器100的示意电路模块图。接触器100包括线圈单元101。线圈单元101包括线圈供电单元1011和线圈1012。线圈单元101是接触器电路的基本组成部分，线圈供电单元101接收输入电源线Li的输入电压Vin并向所述线圈提供低于所述输入电压的线圈电压Vc，由此线圈供电单元1011可以向线圈1012中注入电流使其产生磁场而驱动触头运动。根据本公开的实施例，输入电压Vin可以是从接触器100外部直接接收的直流电压；或者接触器100还可以包括整流滤波单元，用从外部接收交流电并将其转换为直流的输入电压Vin。输入电源线Li表示与线圈供电单元1011连接用于传输输入电压Vin的电源线。在直接从接触器100外部接收直流输入电压Vin的情况下，输入电源线Li连接到接触器100外部的电源；在接触器100包括整流滤波单元的情况下，输入电源线Li连接到该整流滤波单元，用于从整流滤波单元接收直流输入电压。

接触器100还包括控制单元102，用于控制线圈供电单元1011。线圈供电单元1011向线圈1012供电的开启、关闭、电压大小等可以通过控制单元102发出的控制信号进行控制。控制单元102例如可以包括微控制单元(MCU)。根据本公开的实施例，接触器100还包括第一电源单元103和第二电源单元104，用于给控制单元102供电。具体地，第一电源单元103接收输入电压Vin并将输入电压Vin降压为用于控制单元102的第一输出电压Vout1；第二电源单元104接收线圈1012上的线圈电压Vc并将线圈电压Vc降压为用于控制单元102的第二输出电压Vout2。第一输出电压Vout1和第二输出电压Vout2可以相同也可以不相同，只要能满足向控制单元102供电即可。此外，根据控制单元102具体结构和器件的不同，第一输出电压Vout1和第二输出电压Vout2还可能需要进一步的降压，例如，对于MCU而言，其供电电压通常为3.3V，因此，若控制单元102包括MCU，则需要进一步将第一输出电压Vout1和第二输出电压Vout2降压为3.3V左右以提供给MCU。

如上文所述，输入电压Vin通常较高，例如500V，线圈电压Vc通常较低，例如为20V，而用于控制单元的辅助电压通常更低，例如为15V。第一电源单元103将输入电压Vin直接转换为第一输出电压Vout1作为辅助电压，如果长时间工作则会产生较大功耗和热，对器件要求较高。相反，第二电源单元104将较低的线圈电压Vc转换为第二输出电压Vout2作为辅助电压，则器件要求较低，长时间工作也不会产生过高的功耗和热。因此，根据本公开的实施例，在第二电源单元104输出所述第二输出电压Vout2后，第一电源单元103停止输出电力。换言之，第一电源单元103仅会在接触器100上电初期较短的时间内工作。一旦接触器100的线圈1012经充电获得线圈电压Vc后，第二电源单元104就可以产生第二输出电压Vout2作为辅助电压提供给控制单元，此时可以停止第一电源单元103的供电。停止第一电源单元103供电的方式可以多种多样，例如，通过开关断开第一电源单元103与控制单元102的连接，停止第一电源单元103的工作，断开第一电源单元103的供电等。

第一电源单元103和第二电源单元104的供电切换可以通过控制电路进行，例如通过控制单元102进行。在一个实施例中，控制单元102可以检测第二电源单元104是否输出第二输出电压Vout2，并且当检测到第二电源单元104输出第二输出电压Vout2时控制第一电源单元103在预定时间后停止输出电力，例如，通过开关断开第一电源单元103与控制单元102的连接，停止第一电源单元103的工作，断开第一电源单元103的供电等。所述预定时间可以通过控制单元102进行设置，其可以为0，即在检测到第二输出电压Vout2时立即停止第一电源单元103的供电；其也可以设置一个较小的等待时间，例如几个毫秒，用于在第二输出电压Vout2较稳定后再停止第一电源单元103的供电。

在另一实施例中，可以通过简单的二极管电路来实现第一电源单元103和第二电源单元104的供电切换，如图2所示。图2是根据本公开另一实施例的接触器200的示意电路模块图，图2与图1的区别在于图2中的接触器200还包括第一二极管D1和第二二极管D2。第一电源单元103的输出端连接第一二极管D1的阳极；第二电源单元104的输出端连接第二二级管D2的阳极；第一二极管D1的阴极与所述第二二极管D2的阴极相连并连接至控制单元102，用于向控制单元102提供电力。此外，在本实施例中，第二输出电压Vout2大于第一输出电压Vout1，使得在第二电源单元104输出第二输出电压Vout2输出后，第一电源单元103停止输出电力。在本实施例的构造中，当第一电源单元103输出第一输出电压Vout1而第二电源单元104未输出二电压Vout2时，第一二极管D1导通，第二二极管D2截止，由第一电源单元103向控制单元102供电；当第二电源单元104也输出第二输出电压Vout2后，由于Vout2大于Vout1，第二二极管D2导通，第一二极管D1截止，由第二电源单元104向控制单元102供电，而第一电源单元103停止向控制单元102供电。

根据本公开的上述实施例，将高输入电压转换为低辅助电压的第一电源单元仅会接触器上电初期较短的时间内工作，因而可以避免产生大的功耗和热，降低第一电源单元的器件要求和成本。同时，主要用于向控制单元供电的第二电源单元是将较低的线圈电压转换为辅助电压，因而功耗小，器件要求和成本低。

本公开的接触器的各个单元可以通过各种具体电路实现。图3示出根据本公开一实施例的接触器300的示意电路图。需要说明的是图3中的各个单元的具体结构可以分别单独适用或被其它合适的结构替换。

如图3所示，线圈单元301包括线圈供电单元3011和线圈3012。线圈供电单元3011包括第一电子开关T1和续流二极管FD，第一电子开关T1连接于线圈3012与输入电源线Li之间并由控制单元302控制。线圈3012连接于第一电子开关T1与地线之间，续流二极管FD连接于第一电子开关T1与地线之间。在本实施例中，线圈供电单元3011通过由控制单元302控制的电子开关T1来向线圈提供电压。电子开关T1具有控制端，其连接至控制单元302。控制单元302提供的控制电压可以控制电子开关T1的闭合和断开，即可以控制连接在电子开关T1两端的输入电源线Li与线圈3012的连接和断开，从而控制线圈3012的电流注入和电压。例如，控制单元302可以通过脉冲宽度调制(PWM)方式控制第一电子开关T1以控制线圈3012上的线圈电压。在使用PWM控制电子开关T1的情况下，控制单元302例如可以包括诸如MCU的逻辑器件以输出PWM控制信号，并且在必要的情况下还包括电子开关驱动单元，该驱动单元基于PWM控制信号驱动电子开关T1。常用的电子开关具有多种，例如IGBT，GTO(可关断晶闸管)，三极管，MOS(金属氧化物半导体)管等，本领域的技术人员可以根据实际应用场景选择，例如，在高电压大功率的应用中，可以使用IGBT。当电子开关为IGBT时，IGBT的栅极为控制端，连接至控制单元302，IGBT的源极和漏极分别连接至线圈3012和输入电源线Li。线圈单元301中的续流二极管FD与线圈3012一起使用，可以防止电流电压的突变，保证电路的正常操作。

此外，在一些应用中可能存在多个接触器线圈，在此情况下，可以增加一个电子开关用于对所对应的线圈的选通。图4示出了根据本公开一实施例的线圈单元401的示意电路图。在图4中，线圈供电单元4011还可以包括第二电子开关T2，连接于线圈3012与地线之间。第二电子开关T2用于对线圈3012的选通，当第二电子开关T2导通时，线圈3012被选通，当第二电子开关T2截止时，线圈3012不被选通。第二电子开关T2可以由控制电路控制，例如由控制单元302控制。

回到图3，第一电源单元303包括第三电子开关T3、第一稳压二极管ZD1、第一电容C1、第一电阻R1以及第二电阻R2。第一电阻R1连接于第三电子开关T3的控制端与输入电源线Li之间。第一稳压二极管ZD1连接于第三电子开关T3的控制端与地线之间。第一电容C1连接于第三电子开关T3的第一端与地线之间。第三电子开关T3由其控制端与第一端之间的电压差控制。第二电阻R2连接于第三电子开关T3的第二端与输入电源线Li之间。第三电子开关T3的第一端为第一电源单元303的输出端，用于输出提供给控制单元302的电压。

第一电源单元303通过第三电子开关T3进行降压。第三电子开关T3的导通与截止由控制端与第一端之间的电压差控制。由于稳压二极管ZD1的存在，第三电子开关T3的控制端的电压恒定，同时当第三电子开关T3导通时，控制端与第一端之间的压降也恒定，因此，当第一电源单元303具有负载而使得第三电子开关T3导通工作时，第三电子开关T3的第一端(即第一电源单元303的输出端)的电压恒定。由此可以通过选择合适电压的稳压二极管ZD1来输出所需要的辅助电压。例如，当第三电子开关T3是IGBT时，第三电子开关T3的控制端为IGBT的栅极，第一端为源极，第二端为漏极。第一电源单元303的输出端为IGBT的源极，其输出电压为稳压二极管ZD1的电压减去栅极与漏极之间的压降。如上文所述，第一电源单元303直接将电压从输入电压降到用于控制单元的辅助电压，电压下降很大，如果长时间工作，电源单元的功耗和发热量很大。因此，本公开的接触器还包括第二电源单元。

图3所示的第二电源单元304包括第四电子开关T4、第二稳压二极管ZD2、第二电容C2、第三电容C3、第三电阻R3和第四电阻R4。第二电容C2的第一端、第三电阻R3的第一端和第四电阻R4的第一端与线圈单元301连接用于接收线圈电压，具体地，例如可以连接于线圈3012与第一电子开关T1的连接点。第二电容C2的第二端与地线连接。第二电容器C2可以对线圈单元301输出的线圈电压进行平滑滤波。可选的，为了更好地滤除线圈电压的波动，第二电容C2、第三电阻R3和第四电阻R4还可以通过电感L与线圈单元3012连接。图3中示出了电感L，但电感L是可选的。第三电阻R3的第二端与第四电子开关T4的控制端连接，第二稳压二极管ZD2连接于第四电子开关T4的控制端与地线之间。第三电容C3连接于第四电子开关T4的第一端与地线之间，第四电子开关T4由其控制端与第一端之间的电压差控制，且第四电子开关T4的第一端为所述第二电源单元304的输出端。第四电阻R4的第二端与第四电子开关T4的第二端连接。

第二电源单元304通过第四电子开关T4进行降压。第四电子开关T4的导通与截止由控制端与第一端之间的电压差控制。稳压二极管ZD2的存在使得第四电子开关T4的控制端的电压恒定，同时当第四电子开关T4导通时，控制端与第一端之间的压降也恒定，因此，当第二电源单元304具有负载而使得第四电子开关T4导通工作时，第四电子开关T4的第一端(即第二电源单元304的输出端)的电压恒定。由此可以通过选择合适电压的稳压二极管ZD2来输出所需要的电压。此外，由于第二电源单元304的输入电压较低，因此第四电子开关T4可以使用价格较低的三极管或MOS管。当第四电子开关T4为三极管时，第四电子开关T4的控制端为三极管的基极，第一端为发射极，第二端为集电极，此时，第二电源单元304的输出端为三极管的发射极，其输出电压为稳压二极管ZD2的电压减去基极与发射极之间的压降。当第四电子开关T4为MOS管时，第四电子开关T4的控制端为MOS管的栅极，第一端为源极，第二端为漏极，此时，第二电源单元304的输出端为MOS的源极，其输出电压为稳压二极管ZD2的电压减去栅极与源极之间的压降。

在图3所示的示例中，采用二极管D1和D2来实现第一电源单元303和第二电源单元304的供电切换。如图3所示，第一电源单元303的输出端(即第三电子开关T3的第一端)连接第一二极管D1的阳极；第二电源单元304的输出端(即第四电子开关T4的第一端)连接第二二级管D2的阳极；第一二极管D1的阴极与所述第二二极管D2的阴极相连并连接值控制单元302，用于向控制单元102提供电力。第二输出电压Vout2被设置为大于第一输出电压Vout1，使得在第二电源单元304输出第二输出电压Vout2输出后，第一电源单元303停止输出电力，例如，将第二输出电压Vout2设置为16V，将第一输出电压Vout1设置为14V。因此，当第一电源单元303输出第一输出电压Vout1而第二电源单元304未输出二电压Vout2时，第一二极管D1导通，第二二极管D2截止，由第一电源单元303向控制单元302供电；当第二电源单元304也输出第二输出电压Vout2后，由于Vout2大于Vout1，第二二极管D2导通，第一二极管D1截止，由第二电源单元304向控制单元302供电，而第一电源单元303停止向控制单元302供电。

当然，如上文所述，在图3的示例中，也可以替代地通过诸如控制单元302的控制电路实现第一电源单元303和第二电源单元304的供电切换。例如，当控制单元302检测到第二电源单元104输出第二输出电压Vout2时，通过断开第一电源单元303与控制单元302的连接、停止第一电源单元303的工作、或断开第一电源单元303的供电等方式控制第一电源单元303在预定时间后停止输出电力。

图5示出了根据本公开一实施例的接触器的供电方法500的流程图。该方法可以应用于包括线圈、线圈供电单元和控制单元的接触器，例如上述图1-图3所描述的接触器。供电方法500包括步骤S501-S503。在步骤S501中，接触器将输入电压降压后输出第一输出电压向所述控制单元供电；在步骤S502中，所述线圈供电单元在所述控制单元的控制下向所述线圈提供线圈电压；在步骤S503中，接触器将所述线圈电压降压后输出第二输出电压向所述控制单元供电，并停止通过所述第一输出电压向所述控制单元供电。上述步骤可以通过接触器的任何合适的硬件或硬件结合软件执行。例如，步骤S501可以由上述第一电源单元执行，步骤S502可以由上述线圈供电单元执行，步骤S503可以由上述第二电源单元结合控制单元或二极管电路执行。

根据本公开的实施例的供电方法，将高输入电压转换为低辅助电压仅会在接触器上电初期较短的时间内执行，而在接触器的线圈电压形成之后，由线圈电压降压生成辅助电压提供给控制单元，停止直接从输入电压降压供电。在此情况下，虽然仍然需要在继电器启动时从输入电压直接降压产生辅助电压，但由于该过程较短，产生的功耗和热较小，不需要散热系统，设备的要求和成本较低。

本公开所描述的硬件计算装置的整体或其部件可以通过各种合适的硬件手段实现，包括但不限于FPGA、ASIC、SoC、离散门或晶体管逻辑、离散的硬件组件、或它们之间的任意组合。

本公开中涉及的电路、器件、装置、设备、系统的方框图仅作为示例性的例子并不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些电路、器件、装置、设备、系统，只要能够实现所期望的目的即可。

本领域技术人员应该理解，上述的具体实施例仅是例子而非限制，可以根据设计需求和其它因素对本公开的实施例进行各种修改、组合、部分组合和替换，只要它们在所附权利要求或其等同的范围内，即属于本公开所要保护的权利范围。