一种继电器驱动电路

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，尤其涉及一种继电器驱动电路。

背景技术

随着市场对产品效率的要求越来越高，产品中继电器的驱动损耗越来越被重视，降低继电器驱动损耗已经成为大多数厂家提高效率的一种手段。

目前低损耗的继电器驱动方式大致分以下两种，一种是脉冲式驱动，即继电器的驱动波形为占空比约为50％的脉冲信号；一种是变压式驱动，即继电器吸合瞬间的电压为较高的电压Vcc1，继电器吸合维持电压为较低的电压Vcc2。

从以上分析可以看出，在变压式驱动中需要2个电源，提供额外的电源会带来效率的降低及成本的增加，同时继电器驱动电路所需器件较多，这也导致成本的增加，电路板尺寸的增加。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种继电器驱动电路，旨在解决传统继电器驱动电路中所需器件多、电路板尺寸大、驱动成本增加的问题。

为解决上述技术问题，本发明是这样实现的，一种继电器驱动电路，包括电源Vcc、驱动信号输入端、辅助开关电路、主开关电路、储能电容C1、二极管D1及继电器Relay；所述驱动信号输入端连接于所述辅助开关电路，所述驱动信号输入端用于输入驱动信号Relay＿DR控制所述辅助开关电路的开通/关断，所述储能电容C1的一端节点分为两路，第一路通过所述二极管D1连接于所述电源Vcc，第二路连接于继电器线圈的一端，所述储能电容C1的另一端节点分为两路，第一路连接于所述辅助开关电路，第二路经所述主开关电路连接于所述继电器线圈的另一端。

作为优选地，所述辅助开关电路由各元器件组成，包括NPN型三极管Q1和PNP型三极管Q2，所述三极管Q1的集电极连接于所述电源Vcc，所述三极管Q1的发射极连接于所述三极管Q2的发射极，所述三极管Q2的集电极接地。

作为优选地，所述辅助开关电路为集成芯片，所述集成芯片用于为所述主开关电路提供驱动电压及为所述储能电容C1提供充放电回路。

作为优选地，所述驱动电路的驱动信号输入端Relay＿DR经电阻R1分为两路，第一路与所述三极管Q1的基极连接，第二路与所述三极管Q2的基极连接。

作为优选地，所述主开关电路包括一MOS管Q3，所述MOS管Q3的漏极连接于所述继电器线圈的另一端，所述MOS管Q3的源极接地，所述MOS管Q3的栅极接于所述三极管Q1的发射极以及所述储能电容C1的一端。

作为优选地，所述主开关电路还包括电阻R4、电阻R5、稳压管D2；其中，所述电阻R4连接于所述C1的另一端节点，并接于所述MOS管Q3的源极，所述电阻R5接于所述储能电容C1和所述MOS管Q3的栅极之间，所述稳压管D2的正极接于所述MOS管Q3的源极，所述稳压管D2的负极接于所述MOS管Q3的漏极。

作为优选地，所述电阻R5接于所述三极管Q1的发射极与所述储能电容C1之间。

作为优选地，所述继电器驱动电路还包括电阻R3，所述三极管Q2的发射极通过所述电阻R3连接于所述储能电容C1一端。

本发明中的继电器驱动电路与相关技术相比，有益效果在于：本发明提出的继电器驱动电路中所需供电电源只有一个，减少了一些开关管、二极管及电阻储能电容等器件，电源Vcc和储能电容C1为继电器线圈提供高平台驱动电压，电源Vcc为继电器线圈提供低平台驱动电压，驱动电路不会因额外的电源需求而增加额外的损耗，同时因为继电器线圈驱动电路所需器件较少而降低成本，减少单板尺寸，提高功率密度。

附图说明

图1是相关技术中继电器驱动电路的电路结构拓扑图；

图2是相关技术中继电器驱动电路的驱动电压波形图；

图3是本发明继电器驱动电路的电路结构拓扑图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在相关技术中，变压式驱动原理框图如图1所示，Relay为被驱继电器，Q1－Q5为开关管，D1、D3是二极管，D2是稳压管，C1为隔直电容，Relay＿DRV为继电器的驱动信号，R1、R2分别为Q1、Q2管的驱动电阻和下拉电阻，R4、R5分别为Q3管的驱动电阻和下拉电阻，R3、R6分别为Q5管的驱动电阻和下拉电阻，R8、R7分别为Q4管的上拉电阻和驱动电阻。

其电路工作分为四个阶段：

阶段1：Relay＿DRV为低时，Q1关断，Q2导通，Q3、Q4、Q5关断，电容C1两端电压为0V，继电器线圈两端电压为0，继电器触点断开。

阶段2：Relay＿DRV为高时，Q1开通，Q2关断，Q3开通，同时驱动信号Relay＿DRV给电容C1充电，并为Q5基极提供电流，Q5导通，Q4的基极电压被拉低，Q4导通，电源Vcc1通过Q3和Q4给继电器线圈供电，继电器线圈两端电压为约Vcc1。由于Vcc1的电压大于Vcc2的电压，二极管D1反向截止，此阶段继电器完成吸合，直到阶段3。

阶段3：此时Relay＿DRV仍为高时，电容C1的电压被充高，流过Q5基极的电流降为0A，Q5关断，同时Q4的基极电压被抬高，Q4关断，二极管D1自然导通，Vcc2通过二极管D1和开关管Q3给继电器线圈供电，继电器线圈两端电压约为Vcc2，此阶段继电器处于低损耗吸合保持阶段。

阶段4：Relay＿DRV变为低，Q1关断，Q2导通，Q3关断。电容C1通过电阻R3和二极管D3放电，放电完成后电路工作过渡到阶段1。

继电器线圈上的驱动电压波形如下图2所示，从图2中可以看出继电器驱动电压存在一个高电压吸合驱动时段，一个低电压吸合保持时段和一个无驱动时段。

从以上分析可以看出，上述方案需要2个电源，提供额外的电源会带来效率的降低及成本的增加，同时继电器驱动电路所需器件较多，这也导致成本的增加，电路板尺寸的增加。

实施例：

本发明提供一种继电器驱动电路，包括电源Vcc、驱动信号输入端、辅助开关电路、主开关电路、储能电容C1、二极管D1及继电器Relay；驱动信号输入端连接于辅助开关电路，驱动信号输入端用于输入驱动信号Relay＿DR控制辅助开关电路的开通/关断，储能电容C1的一端节点分为两路，第一路通过二极管D1连接于电源Vcc，第二路连接于继电器的继电器线圈的一端，储能电容C1的另一端节点分为两路，第一路连接于辅助开关电路，第二路经主开关电路连接于继电器的继电器线圈的另一端。

本发明提供的继电器驱动电路通过控制信号输入进而控制继电器各工作阶段，其中，控制信号能够控制辅助开关电路和主开关电路中各开关的通断，通过对各开关的通断控制，储能电容C1能够通过电源Vcc进行充电，形成充电回路，另外基于二极管阳极－阴极的方向为电源Vcc－储能电容C1方向，在二极管和储能电容C1的公共点电位抬升后，二极管反向截止，形成储能电容C1的放电回路。

参阅图3所示，图3为本发明继电器驱动电路的电路拓扑图，辅助开关电路由各分立元器件组成，包括一个NPN型三极管Q1和一个PNP型三极管Q2，三极管Q1的集电极连接于电源Vcc，三极管Q1的发射极连接于三极管Q2的发射极，三极管Q2的集电极接地。

作为本实施例的其中一种实施方式，辅助开关电路还可为集成芯片，如驱动芯片，驱动芯片用于为主开关电路提供驱动电压及为储能电容C1提供充放电回路，驱动芯片相对于分立器件组合，体积更小，能够减小更多的单板尺寸。

如图3所示，驱动电路的驱动信号输入端经电阻R1分为两路，第一路与三极管Q1的基极连接，第二路与三极管Q2的基极连接，其中R1为三极管Q1的驱动电阻，进一步的，为三极管Q2设置有下拉电阻R2，电阻R2接于三极管Q2的基极与集电极之间。

作为本实施例的其中一种实施方式，主开关电路包括一MOS管Q3，MOS管Q3的漏极连接于继电器，MOS管Q3的源极接地，MOS管Q3的栅极接于三极管Q1的发射极以及储能电容C1的一端，主开关电路的作用在于提供继电器线圈驱动电流回路。

其中，主开关电路还包括电阻R4、电阻R5、稳压管D2，电阻R4作为MOS管Q3的下拉电阻，连接于C1的另一端节点，并接于MOS管的源极，电阻R5作为MOS管Q3的驱动电阻，接于储能电容C1和MOS管栅极之间，稳压管D2的正极接于MOS管的源极，稳压管D2的负极接于MOS管的漏极。

作为本实施例的其中一种实施方式，电阻R5或可接于三极管Q1的发射极与储能电容C1之间，同时起储能电容C1充电限流和MOS管Q3的驱动电阻的作用。

需要说明的是，在电阻R5设置于储能电容C1和MOS管Q3之间时，需要额外设置储能电容C1的限流电阻，具体地，继电器驱动电路还包括电阻R3，三极管Q2的发射极通过电阻R3连接于储能电容C1一端，限流电阻在继电器线圈驱动功率小的应用场合可以直接短接掉。

本实施例中的半导体器件Q1－Q3，D1－D4也可以由满足功能要求的其他可控或半控器件替代。

工作原理：

图3中MOS管Q3为主开关管，Q1－Q2为辅助开关管，MOS管Q3作用在于提供继电器线圈驱动电流回路，三极管Q1－Q2作用在于为MOS管Q3提供驱动电压同时为储能电容C1提供充放电回路。

所述驱动电路工作可分为四个阶段：

阶段1：驱动信号输入端Relay＿DRV为低时，三极管Q1关断，Q2导通，Q3关断，继电器线圈两端电压为0V。此时储能电容C1通过电阻R3、二极管D1充电(注：电阻R3起充电限流作用，由于充电时间短，电阻R3的损耗很小)，最终储能电容C1电压为电源电压Vcc。

阶段2：驱动信号输入端Relay＿DRV变为高，三极管Q1开通、Q2关断，主管MOS管Q3导通，继电器线圈驱动回路开通。由于Q1管的开通，Q1和C1的公共点电位被抬升至Vcc(注：分析时不考虑三极管Q1的压降)由于储能电容C1两端的电压不能突变，所以二极管D1和储能电容C1的公共点电位抬升到2倍的Vcc电压，二极管D1反向截止。这使得加到继电器线圈两端的电压为约2倍的VCC电压，此阶段继电器触点吸合。

阶段3：驱动信号输入端Relay＿DRV仍为高。此时电容C1由于放电其两端电压降到零，二极管D1开始自然导通，并为继电器线圈提供电压，此时继电器线圈两端电压为Vcc，此阶段继电器处于吸合保持阶段。

阶段4：驱动信号输入端Relay＿DRV变为低，三极管Q1、Q3关断，Q2导通。电路工作过渡到阶段1。

从以上分析可以看出，本发明提供的继电器驱动电路中所需供电电源只有一个，与相关技术中的继电器驱动电路相比，本驱动电路减少了一些开关管、二极管及电阻电容等器件；电源Vcc和储能电容C1为继电器线圈提供高平台驱动电压，而Vcc为继电器线圈提供低平台驱动电压；驱动电路不会因额外的电源需求而增加额外的损耗，同时因为继电器线圈驱动电路所需器件较少而降低成本，减少单板尺寸，提高功率密度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。