專(zhuān)利名稱：電磁鐵高速驅(qū)動(dòng)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電磁鐵高速驅(qū)動(dòng)電路，用于驅(qū)動(dòng)電磁鐵高速動(dòng)作，可以廣泛應(yīng)用 于以電磁鐵為動(dòng)作(脫扣)機(jī)構(gòu)的設(shè)備或裝置中。
背景技術(shù)：
電磁鐵在工業(yè)控制中具有廣泛的用途，如電磁閥、繼電器、接觸器，它是一種典型 的電能-機(jī)械能轉(zhuǎn)換裝置。圖1是一個(gè)傳統(tǒng)的典型電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路，它通過(guò)三極管Q3的開(kāi) 關(guān)作用將電能注入電磁鐵L2，完成電能-磁能-機(jī)械能的轉(zhuǎn)換。在一些應(yīng)用領(lǐng)域(如斷路器、高精度工業(yè)過(guò)程控制設(shè)備)中，要求電磁鐵具有較 高、甚至很高的動(dòng)作速度。典型的做法是提高電磁鐵的驅(qū)動(dòng)電壓。但在圖1所示的典型電 磁鐵驅(qū)動(dòng)電路中，驅(qū)動(dòng)電壓往往受到電源電壓的限制而不能隨意升高。如何在電源電壓一 定的條件下有效提升電磁鐵的驅(qū)動(dòng)電壓以達(dá)成其高速動(dòng)作的目標(biāo)，是本發(fā)明解決的問(wèn)題。在電源電壓一定條件下，提升電磁鐵驅(qū)動(dòng)電壓有多種途徑。如采用升壓型DC/DC 電路，但這樣的電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本偏高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是在電源電壓不變的條件下提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低 廉的電磁鐵高速驅(qū)動(dòng)電路。根據(jù)電磁學(xué)基本原理，要實(shí)現(xiàn)電磁鐵的高速驅(qū)動(dòng)，就必須在電磁鐵驅(qū)動(dòng)的初始時(shí) 刻向其線圈中盡可能高速地注入能量，以產(chǎn)生足夠大的電磁力。根據(jù)這一思路，本發(fā)明在典 型電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路之基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了 一個(gè)倍壓電路，該電路在電磁鐵驅(qū)動(dòng)初始時(shí)刻將線圈兩 端的電壓提升至電源電壓的兩倍，實(shí)現(xiàn)能量的高速注入，達(dá)成電磁鐵高速動(dòng)作的目的。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種電磁鐵高速驅(qū)動(dòng)電路，其包括電磁鐵驅(qū) 動(dòng)電路和倍壓電路。所述電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路包括第一三極管和第一二極管；第一二極管的陰極接直流 電源，第一二極管的陽(yáng)極與第一三極管的電流輸入端相連，第一二極管的陰極和陽(yáng)極分別 與電磁鐵的兩端相連；所述倍壓電路包括第二三極管、電容、第一電阻和第二二極管；第 二三極管的控制端與一限流電阻的一端相連，該限流電阻的另一端為觸發(fā)信號(hào)輸入端，第 二三極管的電流輸入端與第一電阻的一端和電容的陽(yáng)極相連，第一電阻的另一端接直流電 源；電容的陰極與第二二極管的陽(yáng)極相連，第二二極管的陰極接地，第二三極管的電流輸出 端接地；第一三極管的控制端與第二三極管的控制端相連，第一三極管的電流輸出端與電 容的陰極相連。當(dāng)從所述觸發(fā)信號(hào)輸入端輸入的觸發(fā)信號(hào)為低電平時(shí)，第一三極管和第二三極管 截止，所述直流電源通過(guò)第一電阻向電容充電，電容兩端的電壓為所述直流電源的輸出電 壓與所述第二二極管的陽(yáng)極電壓的壓差V。當(dāng)從所述觸發(fā)信號(hào)輸入端輸入的觸發(fā)信號(hào)為高電平時(shí)，第二三極管飽和導(dǎo)通，使第二三極管的電流輸入端的電壓接近0. 6伏，由于電容兩端的電壓不能突變，及第二二極 管對(duì)電容放電回路的阻斷及第一三極管導(dǎo)通的共同作用，使得瞬間施加在電磁鐵兩端的電 壓為所述直流電源的輸出電壓與所述壓差V之和。由于電磁鐵導(dǎo)通瞬間其兩端電壓比只有 所述直流電源供電時(shí)的電壓提高了近一倍，即將瞬時(shí)注入電磁鐵線圈的能量比只有所述直 流電源供電時(shí)注入的能量提高了近一倍，從而提高了電磁鐵的動(dòng)作速度。進(jìn)一步，所述的第一三極管為場(chǎng)效應(yīng)管，也可以是雙極型晶體管；進(jìn)一步，所述的第二三極管為雙極性晶體管，也可以是場(chǎng)效應(yīng)管；本發(fā)明與傳統(tǒng)的典型電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路相比，明顯的優(yōu)勢(shì)就是提高了電磁鐵動(dòng)作速 度。與采用升壓DC/DC電路的方案相比，具有電路簡(jiǎn)潔、成本低的優(yōu)勢(shì)。


為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清晰地理解，下面根據(jù)的具體實(shí)施例并結(jié)合附圖， 對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明，其中圖1為傳統(tǒng)的典型電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路原理圖；圖2為本發(fā)明的電磁鐵高速驅(qū)動(dòng)電路原理圖。
具體實(shí)施例方式見(jiàn)圖2，本實(shí)施例的電磁鐵高速驅(qū)動(dòng)電路，其包括電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路和倍壓電路。所述電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路包括第一三極管Ql和第一二極管Dl ；第一二極管Dl的陰 極接直流電源，第一二極管Dl的陽(yáng)極與第一三極管Ql的電流輸入端相連，第一二極管Dl 的陰極和陽(yáng)極分別與電磁鐵Ll的兩端相連；所述倍壓電路包括第二三極管Q2、電容Cl、 第一電阻Rl和第二二極管D2 ；第二三極管Q2的控制端B與一限流電阻R2的一端相連，該 限流電阻R2的另一端為觸發(fā)信號(hào)輸入端Vin，第二三極管Q2的電流輸入端C與第一電阻 Rl的一端和電容Cl的陽(yáng)極相連，第一電阻Rl的另一端接直流電源VDD;電容Cl的陰極與 第二二極管D2的陽(yáng)極相連，第二二極管D2的陰極接地GND，第二三極管Q2的電流輸出端E 接地GND ；第一三極管Ql的控制端G與第二三極管Q2的控制端B相連，第一三極管Ql的 電流輸出端S與電容Cl的陰極相連。當(dāng)從所述觸發(fā)信號(hào)輸入端Vin輸入的觸發(fā)信號(hào)為低電平時(shí)，第一三極管Ql和第 二三極管Q2截止，所述直流電源通過(guò)第一電阻Rl向電容Cl充電，使電容Cl兩端的電壓為 所述直流電源VDD的輸出電壓Vvdd與所述第二二極管D2的陽(yáng)極電壓的壓差V。壓差V = Vvdd-O. 6 伏。當(dāng)從所述觸發(fā)信號(hào)輸入端Vin輸入的觸發(fā)信號(hào)為高電平時(shí)，第二三極管Q2飽和導(dǎo) 通，使第二三極管Q2的電流輸入端C的電壓接近0. 6伏，由于電容Cl兩端的電壓不能突 變，以及在第二二極管D2對(duì)電容Cl放電回路的阻斷和第一三極管Ql導(dǎo)通的共同作用下， 使得瞬間施加在電磁鐵Ll兩端的電壓為所述直流電源VDD的輸出電壓Vvdd與所述壓差V 之和，即2Vvdd-0. 6伏。由于電磁鐵導(dǎo)通瞬間其兩端電壓比只有所述直流電源供電時(shí)的電 壓提高了近一倍，即將瞬時(shí)注入電磁鐵線圈的能量比只有所述直流電源供電時(shí)注入的能量 提高了近一倍，從而提高了電磁鐵的動(dòng)作速度。所述觸發(fā)信號(hào)Vin由單片機(jī)、PLC等智能控制器或其它電路模塊輸出。
所述第一三極管Ql為場(chǎng)效應(yīng)管或雙極型晶體管。所述第二三極管Q2為雙極型晶 體管或場(chǎng)效應(yīng)管。作為最佳的實(shí)施方式，所述第一三極管Ql采用場(chǎng)效應(yīng)管，所述第二三極管Q2采用 雙極型晶體管。其中，第一三極管Ql的控制端G即為場(chǎng)效應(yīng)管的柵極，第一三極管Ql的電 流輸入端D即為場(chǎng)效應(yīng)管的漏極，第一三極管Ql的電流輸出端S即為場(chǎng)效應(yīng)管的源極。第 二三極管Q2的控制端B即為雙極型晶體管的基極，第二三極管Q2的電流輸入端C即為雙 極型晶體管的集電極，第二三極管Q2的電流輸出端E即為雙極型晶體管的發(fā)射極。所述第 一三極管Ql的漏源電流Ids應(yīng)大于電磁鐵Ll的驅(qū)動(dòng)電流，漏源耐壓Vds應(yīng)大于3VDD。第 一二極管Dl起到反向續(xù)流作用，其正向?qū)娏鲬?yīng)大于電磁鐵Ll的驅(qū)動(dòng)電流，反向耐壓宜 大于3VDD。電容Cl的容量需要根據(jù)電磁鐵Ll的驅(qū)動(dòng)能量來(lái)確定，第一電阻Rl的阻值則需根 據(jù)電容Cl的充電時(shí)間來(lái)確定，第二二極管D2的正向?qū)娏鲬?yīng)大于電磁鐵Ll的驅(qū)動(dòng)電 流，反向耐壓應(yīng)大于所述直流電源的輸出電壓VDD。第二三極管Q2的集射極耐壓Vce應(yīng)大 于 2VDD。作為另一種實(shí)施方案，第一三極管Ql的控制端G與第二三極管Q2的控制端B之 間串聯(lián)有第三電阻R3。作為替代所述第三電阻R3的一種方案，第一三極管Ql的控制端G與第二三極管 Q2的控制端B之間串聯(lián)一穩(wěn)壓二極管。作為其他的實(shí)施方式，所述第一二極管Dl可以用壓敏電阻、電阻電容串聯(lián)電路、 TVS管等來(lái)替代。顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的 實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其 它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而這些屬于本發(fā) 明的思想所引伸出的顯而易見(jiàn)的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。
權(quán)利要求
1.一種電磁鐵高速驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于包括電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路和倍壓電路；所述電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路包括第一三極管(Ql)和第一二極管(Dl)；第一二極管(Dl)的 陰極接直流電源(VDD)，第一二極管(Dl)的陽(yáng)極與第一三極管(Ql)的電流輸入端相連，第 一二極管(Dl)的陰極和陽(yáng)極分別與電磁鐵(Li)的兩端相連；所述倍壓電路包括第二三極管(Q2)、電容(Cl)、第一電阻(Rl)和第二二極管(D2)； 第二三極管(Q2)的控制端(B)與一限流電阻(R2)的一端相連，該限流電阻(R2)的另一端 為觸發(fā)信號(hào)輸入端(Vin)，第二三極管(Q2)的電流輸入端(C)與第一電阻(Rl)的一端和 電容(Cl)的陽(yáng)極相連，第一電阻(Rl)的另一端接直流電源(VDD)；電容(Cl)的陰極與第 二二極管(D2)的陽(yáng)極相連，第二二極管(D2)的陰極接地，第二三極管(Q2)的電流輸出端 接地(GND)；第一三極管(Ql)的控制端(G)與第二三極管(Q2)的控制端(B)相連，第一三極管(Ql) 的電流輸出端(S)與電容(Cl)的陰極相連。
2.權(quán)利要求1所述電磁鐵高速驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于當(dāng)從所述觸發(fā)信號(hào)輸入端(Vin) 輸入的觸發(fā)信號(hào)為低電平時(shí)，第一三極管(Ql)和第二三極管(Q2)截止，所述直流電源 (VDD)通過(guò)第一電阻(Rl)向電容(Cl)充電，使電容(Cl)兩端的電壓為所述直流電源(VDD) 的輸出電壓與所述第二二極管(D2)的陽(yáng)極電壓的壓差V;當(dāng)從所述觸發(fā)信號(hào)輸入端(Vin)輸入的觸發(fā)信號(hào)為高電平時(shí)，第二三極管(Q2)飽和導(dǎo) 通，使第二三極管(Q2)的電流輸入端(C)的電壓接近0.6伏，由于電容(Cl)兩端的電壓不 能突變，及第二二極管(D2)對(duì)電容(Cl)放電回路的阻斷及第一三極管(Ql)導(dǎo)通的共同作 用，使得瞬間施加在電磁鐵(Li)兩端的電壓為所述直流電源(VDD)的輸出電壓與所述壓差 V之和。
3.權(quán)利要求1或2所述電磁鐵高速驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于所述第二三極管(Q2)為雙 極型晶體管或場(chǎng)效應(yīng)管。
4.權(quán)利要求3所述電磁鐵高速驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于所述第一三極管(Ql)為場(chǎng)效應(yīng) 管或雙極型晶體管。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種電磁鐵高速驅(qū)動(dòng)電路，其包括電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路和倍壓電路。所述電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路包括第一三極管和第一二極管；倍壓電路包括第二三極管、電容、第一電阻和第二二極管；當(dāng)觸發(fā)信號(hào)為低電平時(shí)，第一三極管和第二三極管截止，所述直流電源通過(guò)第一電阻向電容充電，電容兩端的電壓為所述直流電源的輸出電壓與所述第二二極管的陽(yáng)極電壓的壓差V。當(dāng)觸發(fā)信號(hào)為高電平時(shí)，第二三極管飽和導(dǎo)通，使第二三極管的電流輸入端的電壓接近0.6伏，使得瞬間施加在電磁鐵兩端的電壓為所述直流電源的輸出電壓與所述壓差V之和。由于電磁鐵導(dǎo)通瞬間其兩端電壓比只有所述直流電源供電時(shí)的電壓提高了近一倍，從而提高了電磁鐵的動(dòng)作速度。
文檔編號(hào)H01F7/18GK102136342SQ20101061132
公開(kāi)日2011年7月27日 申請(qǐng)日期2010年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月29日
發(fā)明者彭章軍, 梁隆軍, 鄭春橋, 陳俊 申請(qǐng)人:浙江南瑞科技有限公司