接觸器的線圈驅(qū)動(dòng)電路及線圈驅(qū)動(dòng)電流的控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及交流接觸器領(lǐng)域，具體涉及一種接觸器的線圈驅(qū)動(dòng)電路及線圈驅(qū)動(dòng)電 流的控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)接觸器操作系統(tǒng)由線圈、靜鐵心、銜鐵和反力彈簧組成。當(dāng)接觸器線圈通電 后，靜鐵心和銜鐵之間產(chǎn)生吸力，當(dāng)吸力大于彈簧反作用力時(shí)，銜鐵被吸向靜鐵心，直到與 靜鐵心接觸為止，這時(shí)主觸頭閉合，這個(gè)過(guò)程稱為吸合過(guò)程。線圈持續(xù)通電，銜鐵與靜鐵心 保持接觸，主觸頭保持閉合狀態(tài)的過(guò)程，稱為吸持過(guò)程。當(dāng)線圈中電流減少或中斷時(shí)，靜鐵 心對(duì)銜鐵的吸力減小，當(dāng)吸力小于彈簧反作用里時(shí)，銜鐵返回打開(kāi)位置，主觸頭分開(kāi)，這個(gè) 過(guò)程稱為釋放過(guò)程。
[0003] 接觸器用于頻繁地接通和分?jǐn)嘟?、直流電路，且可以遠(yuǎn)距離控制的低壓電器。其主 要控制對(duì)象是電動(dòng)機(jī)，也可以用于控制電熱器、電焊機(jī)和照明燈等電力負(fù)載。目前全國(guó)接觸 器的使用量巨大，中大容量的接觸器在吸持狀態(tài)時(shí)，每臺(tái)消耗的有功功率平均約為60W，功 率因數(shù)只有0.3左右。降低接觸器的能耗對(duì)節(jié)能減排有重大貢獻(xiàn)。
[0004]目前已有的接觸器節(jié)電器采用交流轉(zhuǎn)直流，大電流吸合，小電流保持的方式，大大 降低了電磁線圈鐵損、銅損和短路環(huán)的損耗，可以減小90%以上的有功功耗。但這些技術(shù)還 有一定的缺陷，只解決的有功功耗的問(wèn)題，對(duì)于功率因數(shù)的提高卻無(wú)能為力，某些節(jié)電技術(shù) 還會(huì)使得功率因數(shù)降低。如申請(qǐng)?zhí)枮?00510029373.2的專利中，采用脈沖形式給電磁線圈 供電，使電磁線圈以恒定的小電流工作;采用該方式工作，不僅會(huì)產(chǎn)生大量的諧波，而且輸 入電流的有效值不跟隨輸入電壓，導(dǎo)致功率因素很低，按照該技術(shù)制作樣機(jī)，實(shí)際PF值小于 0.3。申請(qǐng)?zhí)?01210196762.4和201010040019.9的專利的技術(shù)，在輸入交流電壓過(guò)零附近給 電磁線圈勵(lì)磁，使得輸入電流與輸出電壓處于一種類似反相的狀態(tài)，按照該技術(shù)制作樣機(jī)， 功率因數(shù)小于0.1。
[0005] 在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB21518-2008中，根據(jù)接觸器線圈損耗分為三個(gè)能效等級(jí)。一般傳統(tǒng) 接觸器為3級(jí)能效，而帶節(jié)電技術(shù)的接觸器可以做到2級(jí)能效。對(duì)于容量為100A以上的接觸 器，為了達(dá)到1級(jí)能效需要需要把線圈吸持功耗降到IVA以下。目前的接觸器節(jié)電技術(shù)絕大 部分沒(méi)有考慮過(guò)功率因數(shù)的問(wèn)題，采用現(xiàn)有的節(jié)電技術(shù)，很難做到1級(jí)能效。
[0006] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述的缺陷，本發(fā)明提供了一種交流接觸器的節(jié)電電路， 在降低接觸器線圈有功功耗的同時(shí)可以提高功率因數(shù)，使得傳統(tǒng)接觸器達(dá)到1級(jí)能效。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種采樣及電路工作狀態(tài)切換靈活，且易于 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的線圈驅(qū)動(dòng)電路。
[0008] 相應(yīng)的，本發(fā)明另一個(gè)要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種采樣及電路工作狀態(tài)切換 靈活，且易于設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的線圈驅(qū)動(dòng)電流的控制方法。
[0009]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種接觸器的線圈驅(qū)動(dòng)電路，適用于方波發(fā) 生器來(lái)控制調(diào)節(jié)線圈的驅(qū)動(dòng)電流，所述線圈驅(qū)動(dòng)電路，由二極管D3、N-M0S管Q2、電阻RU電 阻R2和電阻R3組成，二極管D3的陰極與接觸器線圈的入端相連，二極管D3的陰極還引出作 為線圈驅(qū)動(dòng)電路的第一輸入端;二極管D3的陽(yáng)極分別與N-MOS管Q2的漏極及接觸器線圈的 出端相連，N-MOS管Q2的源極分別與電阻R3的一端及電阻Rl的一端相連，電阻R3的另一端接 地；電阻Rl的另一端通過(guò)電阻R2接地;N-MOS管Q2的柵極引出作為第二輸入端，用于與方波 發(fā)生器的方波信號(hào)輸出端相連；電阻R3的一端引出作為吸持電流檢測(cè)端；電阻Rl的另一端 引出作為吸合電流檢測(cè)端;其中，由時(shí)鐘窄脈沖信號(hào)CLK形成方波信號(hào)的上升沿，用以控制 線圈驅(qū)動(dòng)電路的N-MOS管Q2導(dǎo)通，在接觸器的吸合階段，通過(guò)方波發(fā)生器自吸合電流檢測(cè)端 檢測(cè)線圈的吸合電流Ics2,進(jìn)行比較運(yùn)算后輸出方波信號(hào)的下降沿，與時(shí)鐘窄脈沖信號(hào)CLK 所形成的方波信號(hào)的上升沿一起構(gòu)成吸合占空比信號(hào)，用以控制線圈驅(qū)動(dòng)電路的N-MOS管 Q2的通斷，直到接觸器進(jìn)入吸持階段;在接觸器的吸持階段，通過(guò)方波發(fā)生器自吸持電流檢 測(cè)端檢測(cè)線圈的吸持電流Icsl，進(jìn)行比較運(yùn)算后輸出方波信號(hào)的下降沿，與時(shí)鐘窄脈沖信 號(hào)CLK所形成的方波信號(hào)的上升沿一起形成吸持占空比信號(hào)，用以控制線圈驅(qū)動(dòng)電路的N-MOS管Q2的通斷。
[0010]優(yōu)選的，所述線圈驅(qū)動(dòng)電路的吸合電流Ics2是吸持電流Icsl的10至20倍。
[0011] 優(yōu)選的，所述線圈驅(qū)動(dòng)電路的吸合電流Ics2的電流峰值為
吸持 電流Icsl的電流峰值為
[0012] 優(yōu)選的，所述方波發(fā)生器，包括信號(hào)發(fā)生模塊和第一邏輯電路，第一邏輯電路的第 一輸入端接延時(shí)信號(hào)DELAY，第一邏輯電路的第二輸入端與信號(hào)發(fā)生模塊的輸出相連，第一 邏輯電路的輸出作為方波發(fā)生器的第一方波輸出端GATEl;其中，信號(hào)發(fā)生模塊用于產(chǎn)生控 制N-MOS管Ql的占空比信號(hào)SIGNl，以控制N-MOS管Ql的通斷;延時(shí)信號(hào)DELAY，在吸合階段， 用于控制第一邏輯電路屏蔽信號(hào)SIGNl，使得方波發(fā)生器的第一方波輸出端不輸出信號(hào)，用 以讓PFC電路不工作;在吸持階段，控制第一邏輯電路不屏蔽信號(hào)SIGN1，使得方波發(fā)生器的 第一方波輸出端輸出信號(hào)，用以控制PFC電路工作。
[0013] 優(yōu)選的，所述方波發(fā)生器，包括時(shí)鐘發(fā)生模塊、第一比較器、第二比較器、延時(shí)信號(hào) 發(fā)生模塊及第二邏輯電路，其具體連接關(guān)系是，第一比較器的第一輸入端與線圈驅(qū)動(dòng)電路 的吸持電流檢測(cè)端相連，第一比較器的第二輸入端與第一電壓基準(zhǔn)相連;第二比較器的第 一輸入端與線圈驅(qū)動(dòng)電路的吸合電流檢測(cè)端相連，第二比較器的第二輸入端與第二電壓基 準(zhǔn)相連;時(shí)鐘發(fā)生模塊的輸出、第一比較器的輸出、第二比較器的輸出和延時(shí)信號(hào)發(fā)生模塊 的輸出分別與第二邏輯電路的輸入相連，第二邏輯電路的輸出作為方波發(fā)生器的第二方波 輸出端。
[0014] 本發(fā)明還提供一種接觸器線圈驅(qū)動(dòng)電流的控制方法，所述線圈的驅(qū)動(dòng)電流通過(guò)采 用峰值電流控制方式控制線圈驅(qū)動(dòng)電路的N-MOS管Q2的占空比來(lái)調(diào)節(jié)，所述線圈驅(qū)動(dòng)電路 的N-MOS管Q2的占空比控制，包括如下步驟，時(shí)鐘控制開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通階段，由時(shí)鐘窄脈沖信號(hào) CLK形成方波信號(hào)的上升沿，用以控制線圈驅(qū)動(dòng)電路的N-MOS管Q2導(dǎo)通，在接觸器的吸合階 段，通過(guò)方波發(fā)生器檢測(cè)線圈的吸合電流Ics2,進(jìn)行比較運(yùn)算后輸出方波信號(hào)的下降沿，與 時(shí)鐘窄脈沖信號(hào)CLK所形成的方波信號(hào)的上升沿一起構(gòu)成吸合占空比信號(hào)，用以控制線圈 驅(qū)動(dòng)電路的N-MOS管Q2的通斷，直到接觸器進(jìn)入吸持階段;在接觸器的吸持階段，通過(guò)方波 發(fā)生器檢測(cè)線圈的吸持電流Icsl，進(jìn)行比較運(yùn)算后輸出方波信號(hào)的下降沿，與時(shí)鐘窄脈沖 信號(hào)CLK所形成的方波信號(hào)的上升沿一起形成吸持占空比信號(hào)，用以控制線圈驅(qū)動(dòng)電路的 N-MOS管Q2的通斷。
[0015]優(yōu)選的，所述方波發(fā)生器的比較運(yùn)算步驟是，在接觸器的吸合階段，延時(shí)信號(hào) DELAY控制第二邏輯電路屏蔽第一比較器COMl，不屏蔽第二比較器COM2;通過(guò)方波發(fā)生器檢 測(cè)的吸合電流Ics2傳輸給第二比較器COM2，當(dāng)吸合電流Ics2等于第二電壓基準(zhǔn)時(shí)，第二比 較器COM2輸出高電平信號(hào)，控制第二邏輯電路輸出低電平，以產(chǎn)生方波信號(hào)的下降沿;在接 觸器的吸持階段，延時(shí)信號(hào)DELAY控制第二邏輯電路屏蔽第二比較器COM2,不屏蔽第一比較 器COMl，通過(guò)方波發(fā)生器檢測(cè)的吸持電流Icsl傳輸給第一比