一种接触器节电电路
阅读说明：本技术 一种接触器节电电路 (Contactor power-saving circuit ) 是由 不公告发明人 于 2021-08-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种接触器节电电路,在现有的双管接触器节电电路的基础上,增加驱动电路,接触器节电电路中包括的开关管Q1连接于直流母线正端与接触器线圈一端之间、包括的开关管Q2连接于直流母线负端与接触器线圈另一端之间,该驱动电路在电路起机阶段,利用母线电压实现开关管Q1的正常开通,使得接触器在直流母线电压下励磁,相比于传统方案可大幅度降低开关管Q1起机阶段的损耗,并且在起机阶段还完成自举电容的充电,后续过程中能够持续为开关管Q1提供驱动电压。本发明能实现起机阶段,开关管Q1的栅源极驱动电压在100nS以内从0V升高到12V,实现了开关管Q1的正常启动,同时MOS管损耗非常低,并且电路简单,容易实施。(The invention discloses a contactor power-saving circuit, which is additionally provided with a driving circuit on the basis of the existing double-tube contactor power-saving circuit, wherein a switching tube Q1 included in the contactor power-saving circuit is connected between the positive end of a direct-current bus and one end of a contactor coil, and a switching tube Q2 included in the contactor power-saving circuit is connected between the negative end of the direct-current bus and the other end of the contactor coil, and the driving circuit utilizes the bus voltage to realize the normal opening of the switching tube Q1 in the starting stage of the circuit, so that a contactor is excited under the direct-current bus voltage, compared with the traditional scheme, the loss of the switching tube Q1 in the starting stage can be greatly reduced, the charging of a bootstrap capacitor is also completed in the starting stage, and the driving voltage can be continuously provided for the switching tube Q1 in the subsequent process. The invention can realize the startup stage, the grid-source electrode driving voltage of the switching tube Q1 is increased from 0V to 12V within 100nS, the normal start of the switching tube Q1 is realized, meanwhile, the MOS tube loss is very low, and the circuit is simple and easy to implement.)
技术领域
本发明涉及接触器领域，尤其涉及接触器节电电路。
背景技术
传统接触器由线圈和铁芯组成，工作过程分三个阶段：吸合阶段、吸持阶段和关断阶段。吸合阶段，线圈通过大的吸合电流，产生足够大的电磁力使接触器触头吸合；吸持阶段，该阶段线圈的吸持电流约为吸合电流的十分之一，过大的吸持电流会使线圈的损耗增大；关断阶段，线圈的电流被消耗使得接触器触头断开，该过程中，线圈中电流消耗得越快，接触器断开越迅速、越可靠。
传统的接触器无其他控制元件，只能通过线圈本身阻抗来限流，图1所示为接触器电路模型，由L、CL、RL构成，其中L为接触器线圈，RL为接触器线圈的内阻，CL为接触器线圈的匝间电容。为兼顾吸合所需的大电流，线圈阻抗不能设计得太大。所以在接触器吸持过程中，线圈流过的电流远大于实际需要的电流，多余能量变成线圈的热量，浪费能源，且使线圈的温度升高、可靠性降低，在关断阶段线圈内能量无泄放路径，线圈产生的感应电压过高导致后端器件损坏，如加续流电流则线圈中电流减小缓慢，接触器触头无法及时弹开，大大降低产品可靠性。
为解决传统接触器功耗大的问题，出现了一些接触器节电电路，图2所示为一种现有的双管接触器节电电路，该电路包括：开关管Q1、开关管Q2、电容C1、电容C2、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4；开关管Q1的漏极用于连接直流母线的正端，开关管Q1的源极用于连接接触器线圈的一端，开关管Q2的漏极用于连接接接触器线圈的另一端，开关管Q2的源极用于连接直流母线的负端，二极管D1的阳极连接开关管Q2的漏极，二极管D1的阴极连接开关管Q1的漏极，二极管D2的阳极连接开关管Q2的源极，二极管D2的阴极连接开关管Q1的源极，二极管D4的阳极用于连接输入快速关断信号的引脚FO，二极管D4的阴极同时连接电容C1的一端和二极管D3的阳极，二极管D3的阴极连接开关管Q1栅极，电容C1的另一端连接开关管Q2的漏极，接开关管Q2的栅极用于输入驱动电压信号gate_L，电容C2并联在开关管Q1的栅极和源极之间。
图2所示的电路的工作原理为，电容C1为开关管Q1的自举电容，通过二极管D4、电容C1，和开关管Q2形成的充电回路，能完成电容C1的充电，为开关管Q1提供驱动电压；二极管D1为续流二极管，用于在开关管Q2关断时，为接触器线圈续流。
上述接触器节电电路采用双管方案，目的是要通过两个续流二极管实现能量回收，从而实现进一步节电降耗、提高产品可靠性的效果，然而在实际应用时，会出现开关管Q1损坏的问题。
本领域的技术人员认为接触器在起机阶段，储能电容C2两端电压足够大，作为开关管Q1的栅源极电压Vgs，能够顺利开启开关管Q1。然而，本申请的发明人经过大量地深入研究，发现在起机阶段时，当开关管Q1的栅源极电压Vgs电压升高时，直流母线正端的电压Vin会通过开关管Q1加载到开关管Q1的源极，这时开关管Q1的源极电压Vs逐渐增加，当Vs电压高于Vgs电压时，储能电容C2的充电回路消失，开关管Q1的栅源极电压Vgs不能上升至开关管Q1处于开关状态的导通阈值，使得接触器在起机阶段开关管Q1无法工作在开关状态，导致损耗较高。
图3所示为图2所示电路中开关管Q1的工作时序仿真图，图4为图3时序图中开关管Q1处于起机阶段的放大图，从图4可以看出起机阶段开关管Q1的驱动电压只有4V，故验证了上述原因分析，即图2所示的接触器节电电路在开关管Q2开通时，开关管Q1处于关断状态，这时通过引脚FO输入15V的电压信号给自举电容C1充电，实际上开关管Q1的栅源极电容C2的电压Vgs无法达到15V，会卡在3～4V的亚阈值状态，导致开关管Q1损耗较高，进而容易损坏。
需要说的是，上述公开于
背景技术
部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术
的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
有鉴如此，本发明要解决的技术问题是提供一种接触器节电电路，采用双管方案，降低接触器节电器起机阶段开关管Q1的损耗。
本申请的接触器节电电路采用双管接触器节电电路结构，电路中包括开关管Q1和开关管Q2，开关管Q1连接于直流母线正端与接触器线圈一端之间，开关管Q2连接于直流母线负端与接触器线圈另一端之间，本申请的发明构思为在现有的双管接触器节电电路的基础上增加驱动电路，该驱动电路在电路起机阶段，利用母线电压实现开关管Q1的正常开通，使得接触器在直流母线电压下励磁，相比于传统方案可大幅度降低开关管Q1起机阶段的损耗，并且在起机阶段还完成自举电容的充电，后续过程中能够持续为开关管Q1提供驱动电压。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：一种接触器节电电路，包括：开关管Q1、开关管Q2、电容C1、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4；
开关管Q1的漏极用于连接直流母线的正端，开关管Q1的源极用于连接接触器线圈的一端，开关管Q2的漏极用于连接接接触器线圈的另一端，开关管Q2的源极用于连接直流母线的负端，二极管D1的阳极连接开关管Q2的漏极，二极管D1的阴极连接开关管Q1的漏极，二极管D2的阳极连接开关管Q2的源极，二极管D2的阴极连接开关管Q1的源极，二极管D4的阳极用于连接输入快速关断信号的引脚FO，二极管D4的阴极同时连接电容C1的一端和二极管D3的阳极，二极管D3的阴极连接开关管Q1栅极，电容C1的另一端连接开关管Q2的漏极，接开关管Q2的栅极用于输入驱动电压信号gate_L；
其特征在于，还包括：二极管D5、电容C2、电容C3和电阻R2；
二极管D5的阳极连接直流母线的正输入端，二极管D5的阴极连接容C3的一端，电容C3的另一端连接开关管Q1的栅极，电阻R2并联在电容C3的两端，电容C2连接在开关管的栅极和源极之间。
进一步地，所述的接触器节电电路还包括：光耦OPT2，电阻R2的一端连接电容C3的一端，电阻R2的另一端连接光耦OPT2中三极管的集电极，光耦OPT2中三极管的发射极连接电容C3的另一端，光耦OPT2中二极管的阳极用于输入电源电压VDD，光耦OPT2中二极管的阴极用于连接所述的输入快速关断信号的引脚FO。
进一步地，所述的接触器节电电路还包括：光耦OPT和电阻R1，光耦OPT中三极管的集电极连接电容C2的一端，光耦OPT中三极管的发射极连接电容C2的另一端，光耦OPT中二极管的阳极用于输入电源电压VDD，光耦中OPT二极管的阴极连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端用于连接所述的输入快速关断信号的引脚FO。
本发明的工作原理将结合具体的实施例进行分析说明，本发明的有益效果为：
起机阶段，开关管Q1的栅源极驱动电压在100nS以内从0V升高到12V，实现了开关管Q1的正常启动，同时MOS管损耗非常低。
电路简单，容易实施。
附图说明
图1为接触器电路模型；
图2为一种现有的双管接触器节电电路；
图3为图2所示电路中开关管Q1的工作时序仿真图；
图4为图3时序图中开关管Q1处于起机阶段的放大图；
图5为本发明第一实施例电路图；
图6为图5所示电路中开关管Q1的工作时序仿真图；
图7为图6时序图中开关管Q1处于起机阶段的放大图；
图8为本发明第二实施例电路图；
图9为本发明第三实施例电路图。
具体实施方式
为了使本发明更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进一步详细说明。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。
第一实施例
图5所示为本发明第一实施例电路图，与图2不同之处在于还包括由二极管D5、电容C2、电容C3和电阻R2组成的开关管驱动电路，二极管D5的阳极连接直流母线的正输入端，二极管D5的阴极连接电容C3的一端，电容C3的另一端连接开关管Q1的栅极，电阻R2并联在电容C3的两端，电容C2连接在开关管的栅极和源极之间。
第一实施例的工作原理如下：
起机阶段，开关管Q2导通，二极管D5、电容C3、电容C2、接触器线圈的匝间电容CL形成充电回路，直流母线电压加载到二极管D5、电容C3、电容C2和接触器线圈的匝间电容CL上，通过电容分压，电容C2分到的电压较高，实现开关管Q1正常导通，从而降低开关管Q1的导通损耗，即在起机阶段，开关管Q2导通时，通过直流母线给开关管Q1提供驱动电压，让开关管Q1正常工作。如果开关管Q1没有正常导通，同时开关管Q1的漏源极存在较高压差Vds，那么这时可通过二极管D5、电阻R2、电容C2组成的回路充电给电容C2充电，使得MOS管Q1的栅源极电压Vgs增加，直到开关管Q1的漏源极压差Vds低于其栅源极压差Vgs。电阻R2还有放外一个作用，即在开关管Q1导通后，通过电阻R2给电容C3放电，从而让接触器重复开关时开关管Q1能够正常导通；
此外，起机阶段，二极管D4、电容C1、和开关管Q2形成另外一条充电回路，完成自举电容C1的充电，维持起机后开关管Q1的栅源极驱动电压。
图6所示为本实施例中开关管Q1的工作时序仿真波形图，图7所示为图6时序图中开关管Q1处于起机阶段的放大图，从图7可看出，起机阶段，开关管Q1驱动正常，开关管Q1的栅源极电压Vgs在100nS以内从0V升高到12V，同时MOS管损耗非常低，因此达到解决开关管Q1驱动问题的目的。
第二实施例
如图8所示为本发明第二实施例电路图，本实施例与第一实施例不同之处在于还包括光耦OPT2，电阻R2的一端连接电容C3的一端，电阻R2的另一端连接光耦OPT2中三极管的集电极，光耦OPT2中三极管的发射极连接电容C3的另一端，光耦OPT2中二极管的阳极用于输入电源电压VDD，光耦OPT2中二极管的阴极连接输入快速关断信号的引脚FO。
实施例二通过光耦OPT2为电容C3放电，工作原理分析如下：
当FO输入的快速关断信号为高时，光耦OPT2中的二极管反向截止，光耦OPT2副边为高阻状态，这时通过电容C3、电容C2、接触器线圈的匝间电容CL电容分压，给开关管Q1提供驱动电压；
当FO输入的快速关断信号为低时，光耦OPT2中的二极管正向导通，光耦OPT2副边处于短路状态，这时电容C3通过电阻R2放电，电荷归零，有利于快速重复开关机时电容C2能分到足够高的电压，使开关管Q1正常工作，适用于要求快速开关机的场合。
需要说明的是，作为本实施例的等同替换，光耦OPT2可以与电阻R2交换位置。
第三实施例
如图9所示为本发明第三实施例电路图，本实施例与第二实施例不同之处在于还包括光耦OPT和电阻R1，光耦OPT中三极管的集电极连接电容C2的一端，光耦OPT中三极管的发射极连接电容C2的另一端，光耦OPT中二极管的阳极用于输入电源电压VDD，光耦中OPT二极管的阴极连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端连接输入快速关断信号的引脚FO，控制控制光耦中OPT二极管导通。
本实施例与第二实施例工作原理不同之处在于，光耦OPT和电阻R1能实现开关管Q1的快速关断，由于电阻R1的另一端输入与电压信号gate_H同步的控制信号，故电压信号gate_H从高电平变为低电平时光耦中的二极管正向导通，这时光耦中的三极管导通，给开关管Q1的栅源级间的电容C2放电，使得Vgs降低至其导通阈值，从而关断开关管Q1，实现快速关断开关管Q1的功能。
需要说明的是，作为本实施例的等同替换，电阻R1还可以连接在光耦中OPT二极管的阳极。
以上仅是本发明优选的实施方式，本发明所属领域的技术人员还可以对上述具体实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体控制方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
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