接觸器的線圈驅(qū)動電路及線圈驅(qū)動電流的控制方法
【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)動電路及線圈驅(qū)動電 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，銜鐵被吸向靜鐵心，直到與 靜鐵心接觸為止，這時主觸頭閉合，這個過程稱為吸合過程。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)的過程，稱為吸持過程。當(dāng)線圈中電流減少或中斷時，靜鐵 心對銜鐵的吸力減小，當(dāng)吸力小于彈簧反作用里時，銜鐵返回打開位置，主觸頭分開，這個 過程稱為釋放過程。
[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 要控制對象是電動機(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。目前全國接觸 器的使用量巨大，中大容量的接觸器在吸持狀態(tài)時，每臺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題，對于功率因數(shù)的提高卻無能為力，某些節(jié)電技術(shù) 還會使得功率因數(shù)降低。如申請?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)，實際PF值小于 0.3。申請?zhí)?01210196762.4和201010040019.9的專利的技術(shù)，在輸入交流電壓過零附近給 電磁線圈勵磁，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] 在國家標(biāo)準(zhǔn)GB21518-2008中，根據(jù)接觸器線圈損耗分為三個能效等級。一般傳統(tǒng) 接觸器為3級能效，而帶節(jié)電技術(shù)的接觸器可以做到2級能效。對于容量為100A以上的接觸 器，為了達(dá)到1級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 部分沒有考慮過功率因數(shù)的問題，采用現(xiàn)有的節(jié)電技術(shù)，很難做到1級能效。
[0006] 針對現(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可以提高功率因數(shù)，使得傳統(tǒng)接觸器達(dá)到1級能效。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種采樣及電路工作狀態(tài)切換靈活，且易于 設(shè)計實現(xiàn)的線圈驅(qū)動電路。
[0008] 相應(yīng)的，本發(fā)明另一個要解決的技術(shù)問題是，提供一種采樣及電路工作狀態(tài)切換 靈活，且易于設(shè)計實現(xiàn)的線圈驅(qū)動電流的控制方法。
[0009]為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種接觸器的線圈驅(qū)動電路，適用于方波發(fā) 生器來控制調(diào)節(jié)線圈的驅(qū)動電流，所述線圈驅(qū)動電路，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)動電路的第一輸入端;二極管D3的陽極分別與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)生器的方波信號輸出端相連；電阻R3的一端引出作為吸持電流檢測端；電阻Rl的另一端 引出作為吸合電流檢測端;其中，由時鐘窄脈沖信號CLK形成方波信號的上升沿，用以控制 線圈驅(qū)動電路的N-MOS管Q2導(dǎo)通，在接觸器的吸合階段，通過方波發(fā)生器自吸合電流檢測端 檢測線圈的吸合電流Ics2,進(jìn)行比較運算后輸出方波信號的下降沿，與時鐘窄脈沖信號CLK 所形成的方波信號的上升沿一起構(gòu)成吸合占空比信號，用以控制線圈驅(qū)動電路的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，通過方波發(fā)生器自吸持電流檢 測端檢測線圈的吸持電流Icsl，進(jìn)行比較運算后輸出方波信號的下降沿，與時鐘窄脈沖信 號CLK所形成的方波信號的上升沿一起形成吸持占空比信號，用以控制線圈驅(qū)動電路的N-MOS管Q2的通斷。
[0010]優(yōu)選的，所述線圈驅(qū)動電路的吸合電流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 一輸入端接延時信號DELAY，第一邏輯電路的第二輸入端與信號發(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，信號發(fā)生模塊用于產(chǎn)生控 制N-MOS管Ql的占空比信號SIGNl，以控制N-MOS管Ql的通斷;延時信號DELAY，在吸合階段， 用于控制第一邏輯電路屏蔽信號SIGNl，使得方波發(fā)生器的第一方波輸出端不輸出信號，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SIGN1，使得方波發(fā)生器的 第一方波輸出端輸出信號，用以控制PFC電路工作。
[0013] 優(yōu)選的，所述方波發(fā)生器，包括時鐘發(fā)生模塊、第一比較器、第二比較器、延時信號 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)動電路 的吸持電流檢測端相連，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)動電路的吸合電流檢測端相連，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信號發(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)動電流的控制方法，所述線圈的驅(qū)動電流通過采 用峰值電流控制方式控制線圈驅(qū)動電路的N-MOS管Q2的占空比來調(diào)節(jié)，所述線圈驅(qū)動電路 的N-MOS管Q2的占空比控制，包括如下步驟，時鐘控制開關(guān)管導(dǎo)通階段，由時鐘窄脈沖信號 CLK形成方波信號的上升沿，用以控制線圈驅(qū)動電路的N-MOS管Q2導(dǎo)通，在接觸器的吸合階 段，通過方波發(fā)生器檢測線圈的吸合電流Ics2,進(jìn)行比較運算后輸出方波信號的下降沿，與 時鐘窄脈沖信號CLK所形成的方波信號的上升沿一起構(gòu)成吸合占空比信號，用以控制線圈 驅(qū)動電路的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，通過方波 發(fā)生器檢測線圈的吸持電流Icsl，進(jìn)行比較運算后輸出方波信號的下降沿，與時鐘窄脈沖 信號CLK所形成的方波信號的上升沿一起形成吸持占空比信號，用以控制線圈驅(qū)動電路的 N-MOS管Q2的通斷。
[0015]優(yōu)選的，所述方波發(fā)生器的比較運算步驟是，在接觸器的吸合階段，延時信號 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;通過方波發(fā)生器檢 測的吸合電流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，第二比 較器COM2輸出高電平信號，控制第二邏輯電路輸出低電平，以產(chǎn)生方波信號的下降沿;在接 觸器的吸持階段，延時信號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，通過方波發(fā)生器檢測的吸持電流Icsl傳輸給第一比