專利名稱：標(biāo)準(zhǔn)電磁鐵控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種標(biāo)準(zhǔn)電磁鐵控制裝置，屬于控制與保護(hù)電器領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
用于斷開或閉合電磁鐵的控制裝置一般采用帶有輸入電壓檢測電路的裝
置來實現(xiàn)電磁鐵閉合點和斷開點的控制，如中國發(fā)明專利99122867. 7中所述 的電路斷路器控制裝置包括用于測量代表電源電壓(Ua)的第一電壓(U2) 的裝置，其采用電阻分壓的方法而得到，而電流的監(jiān)測通過電阻R1來實現(xiàn)， 采用兩套測量裝置分別測量電源電壓與線圈電流，電路復(fù)雜，且該專利所述 控制裝置采用微處理器來實現(xiàn)控制，成本較高，且輸入電源U1的參考地與微 處理器的參考地共用，整個系統(tǒng)的抗干擾性較差。 發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種電路簡單的、成本低的、抗干擾性高的標(biāo) 準(zhǔn)電磁鐵控制裝置。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的， 一種標(biāo)準(zhǔn)電磁鐵控制裝置，其特點是 它包括，與外部電源連接的橋式整流器B1，具有斷開點并與外部電源連接的電 源轉(zhuǎn)換器，與橋式整流器B1輸出端連接的功率電子器件Q1，與功率電子器件 Ql串聯(lián)的采樣電阻R1，與采樣電阻R1串聯(lián)后和橋式整流器B1輸出電壓相連 的線圈L1，與電源轉(zhuǎn)換器、功率電子器件Q1和采樣電阻R1相連的用于控制 電磁鐵的中央控制模塊。
中央控制模塊通過采樣電阻Rl采集線圈電流。
中央控制模塊包括脈沖調(diào)制電路、電流監(jiān)視電路和電流反饋電路，脈沖調(diào) 制電路與電源轉(zhuǎn)換器、功率電子器件Q1、電流監(jiān)視電路和電流反饋電路連接， 電流監(jiān)視電路與電源轉(zhuǎn)換器、功率電子器件Q1、采樣電阻R1和電流反饋電路 連接，電流反饋電路與電源轉(zhuǎn)換器、功率電子器件Q1和采樣電阻R1連接。
脈沖調(diào)制電路包括電阻R2—R7、電容C1、 C2和芯片U3，電阻R2的一端 接電流反饋電路的電壓信號Vc，電阻R2的另一端與電阻R3的一端和芯片U3的2腳連接，電阻R3的另一端與芯片U3的3腳連接，電阻R4的一端接電流 反饋電路的電壓信號Vf，電阻R4的另一端與電阻R5的一端和芯片U3的1 腳連接，芯片U3的5、 6、 9腳分別接電容C2的一端、電阻R6的一端和電阻 R7的一端，電阻R7的另一端輸出控制信號DRIVER,芯片U3的8、 11、 12腳 接電源轉(zhuǎn)換器輸出的直流電源，芯片U3的14腳輸出參考電壓Vref并將該參 考電壓信號連接至芯片U3的15腳，芯片U3的輸出信號Vdead至電流監(jiān)視電 路，電容Cl的一端與芯片U3的14、 15腳連接，電阻R5、 R6的另一端、電 容C1、 C2的另一端和芯片U3的7、 13、 16腳與接地端GND1連接。 脈沖調(diào)制電路中的芯片U3采用的是TL494芯片。 標(biāo)準(zhǔn)電磁鐵控制裝置的參考地位于采樣電阻Rl和線圈Ll之間。 本實用新型所體現(xiàn)的效果提供一套簡單的電源電壓與線圈電流能同時 監(jiān)測的裝置，將電源電壓和線圈電流的監(jiān)測都通過監(jiān)測線圈電流來實現(xiàn)，并 將微處理器改為專用的脈寬調(diào)制芯片，大大降低了成本，且由于無需考慮地 隔離的問題而使系統(tǒng)的抗干擾性得到大幅提升。

圖1為本實用新型標(biāo)準(zhǔn)電磁鐵控制裝置結(jié)構(gòu)框圖。 圖2表示脈沖調(diào)制電路。 圖3表示電流監(jiān)視電路。 圖4表示電流反饋電路。 圖5表示電源轉(zhuǎn)換器電路具體實施方式
參照圖l，這是標(biāo)準(zhǔn)電磁鐵控制裝置結(jié)構(gòu)框圖。
所述的標(biāo)準(zhǔn)電磁鐵控制裝置包括橋式整流器B1，具有斷開點的電源轉(zhuǎn) 換器，功率電子器件Q1，與功率電子器件Q1串聯(lián)的采樣電阻Rl,與采樣電 阻R1串聯(lián)后和橋式整流器B1輸出電壓相連的線圈L1，中央控制模塊，用于控制電磁鐵。在實際運用中，續(xù)流二極管Dl和線圈Ll并聯(lián)。電源轉(zhuǎn)換器的 輸入端與外部控制電源相連，電源轉(zhuǎn)換器的輸出端與中央控制模塊相連，橋 式整流器B1的輸入端1、 2與外部控制電源相連，橋式整流器B1的輸出正端 3與功率電子器件Ql輸入端相連，輸出負(fù)端4與線圈Ll的2端和續(xù)流二極管 Dl的陽極相連，中央控制模塊的控制輸出端的控制信號DRIVER與功率電子器 件Q1的控制極相連，功率電子器件Q1的輸出端與續(xù)流二極管D1的陰極、采 樣電阻R1 —端和中央控制模塊相連，采樣電阻R1的另一端與線圈Ll的1端 相連。
所述的控制裝置中的電磁鐵的閉合電壓受中央控制模塊測得的線圈電流 控制，電磁鐵的斷開電壓受電源轉(zhuǎn)換器的斷開電壓控制?？刂蒲b置的參考地 位于采樣電阻Rl和線圈Ll之間的接地端GND。
參照圖2的脈沖調(diào)制電路圖。
脈沖調(diào)制電路將電流反饋電路送過來的電壓信號Vf經(jīng)電阻R4、 R5分壓 后連接至芯片U3的同相輸入端1腳，電壓信號Vc經(jīng)電阻R2、 R3連接至芯片 U3的反相輸入端2腳和反饋輸入端3腳，芯片U3采用TL494。當(dāng)芯片U3的4 腳的Vdead信號為較低的第二死區(qū)電壓Vdeadl時，芯片U3根據(jù)采集的電流 反饋信號Vf實時調(diào)整輸出的控制信號DRIVER的占空比，以達(dá)到控制電流的 目的，實現(xiàn)恒流控制。當(dāng)芯片U3的4腳的Vdead信號為較高的第一死區(qū)電壓 Vdead2時，輸出控制信號被鉗制在很小的占空比條件下，使得電磁鐵線圈L1 中的電流很小，遠(yuǎn)不足以吸合電磁鐵。脈沖調(diào)制電路芯片U3帶有內(nèi)部震蕩器， 將芯片U3的6腳對地接電阻R6，芯片U3的5腳對地接電容C2，通過對電容 C2的恒流充電和快速放電，從而產(chǎn)生鋸齒波，該鋸齒波提供給芯片U3內(nèi)部的 PWM比較器，通過改變電阻R6、電容C2值可改變控制頻率。電容C1為濾波 電容，電阻R7起限流作用。
參照圖3的電流監(jiān)視電路圖。電阻R10的一端接采樣電阻Rl和功率電子器件Ql的連接點，電阻RIO 的另一端接運算放大器U1A的3腳和電容C3的一端。電阻Rll的一端與接地 端GND連接，電阻Rll的另一端與運算放大器U1A的2腳和電阻R12的一端 連接，電阻R12的另一端與運算放大器U1A的1腳和運算放大器U2B的6腳 連接，運算放大器U1A的8腳接直流電源24V。運算放大器U2B的5腳與芯片 U4的1腳連接，運算放大器U2B的7腳與電阻R13的一端、電容C4的一端和 芯片U4的9、 IO腳連接，電阻R13的另一端與參考電壓Vref連接。電阻R24 的一端接參考電壓Vref，電阻R24的另一端接芯片U4的5腳，電容C5的一 端接芯片U4的4腳。芯片U4的16腳與電阻R14、 R15、 R18、 R20、 R22的一 端和參考電壓Vref連接，電阻R14的另一端和電阻R16的一端與芯片U4的2 腳連接，電阻R15的另一端和電阻R17的一端與芯片U4的1腳連接，電阻R18 的另一端和電阻R19的一端與芯片U4的12腳連接，電阻R20的另一端和電 阻R21的一端與芯片U4的13腳連接，電阻R22的另一端和電阻R23的一端 與運算放大器U5A的2腳連接。運算放大器U5A的3腳接芯片U4的4腳，運 算放大器U5A的8腳接直流電源24V,運算放大器U5A的1腳與電容C6的一 端、電阻R25的一端和芯片U4的11腳連接，電阻R25的另一端接參考電壓 Vref 。運算放大器U5A的4腳和電容C6的另一端與接地端GND1連接，電容 C4、 C5的另一端、芯片U4的6、 7、 8腳和電阻R16、 R17、 R19、 R21、 R23 的另一端與接地端GND連接。
圖1中通過采樣電阻Rl采到的反映線圈電流值的Isen電壓信號，經(jīng)運 算放大器U1A、電阻R10和電阻R11、 R12比例放大后與較高的第一死區(qū)電壓 Vdead2進(jìn)行比較，當(dāng)運算放大器U1A的1腳的電壓Vsen小于第一死區(qū)電壓 Vdead2時，運算放大器U2B的7腳的電壓信號B00L2為高電平，模擬選擇開 關(guān)芯片U4的9、 10腳為高電平，使芯片U4的1腳和15腳導(dǎo)通，此時較高的 第一死區(qū)電壓Vdead2連接到芯片U3的死區(qū)控制端4腳，使芯片U3的輸出脈沖占空比被鉗制在一個較小值，而此時的線圈電流Isen還不足以讓電磁鐵吸 合；當(dāng)電壓Vsen大于第一死區(qū)電壓Vdead2時，電壓信號B00L2為低電平， 模擬選擇開關(guān)芯片U4的9、 IO腳為低電平，使芯片U4的2腳和15腳導(dǎo)通， 此時較低的第二死區(qū)電壓Vdeadl連接到芯片U3的死區(qū)控制端4腳，使芯片 U3的輸出脈沖占空比增加，閉合電磁鐵，同時芯片U3根據(jù)采樣的電流信號進(jìn) 行較大的吸合電流控制，緊接著以較小的保持電流進(jìn)行控制。經(jīng)電阻R18、 R19 分壓后得到的信號Vjl為吸合電流基準(zhǔn)信號，經(jīng)電阻R20、 R21分壓后得到的 信號Vj2為保持電流基準(zhǔn)信號，經(jīng)電阻R22、 R23分壓后得到的信號Vyshij 為吸合電流保持時間的基準(zhǔn)信號，參考電壓Vref上電時，電壓信號B00L為 低電平，模擬選擇開關(guān)芯片U4的12腳與14腳導(dǎo)通，吸合電流基準(zhǔn)信號Vjl 送給Vj,再送至電流反饋電路，由于電壓信號B00L2同樣為低電平，模擬選 擇開關(guān)芯片U4的5腳與4腳導(dǎo)通，參考電壓Vref通過電阻R24對電容C5充 電，當(dāng)電容C5上的電壓Vyshi大于吸合電流保持時間的基準(zhǔn)信號Vyshij時， 電壓信號B00L2輸出高電平，模擬選擇開關(guān)芯片U4的13腳與14腳導(dǎo)通，保 持電流基準(zhǔn)信號V j2送給V j ，再送至電流反饋電路。芯片U3采用的是CD4053， 運算放大器Ul采用的是LM258，運算放大器U2、 U5采用的是LM293D。 參照圖4的電流反饋電路圖。
電阻R26的一端接采樣電阻Rl和功率電子器件Ql的連接點，電阻R26 的另一端與電容C7的一端和運算放大器U1B的5腳連接。電阻R27的一端與 電阻R28的一端和運算放大器U1B的6腳連接，電阻R28的另一端與運算放 大器U1B的7腳接脈沖調(diào)制電路的電壓信號Vf 。電阻R29的一端接電流監(jiān)視 電路中的芯片U4的14腳，電阻R29的另一端與電容C8的一端和運算放大器 U2A的3腳連接。電阻R30的一端與電阻R31的一端和運算放大器U2A的2 腳連接，電阻R31的另一端與運算放大器U2A的1腳接脈沖調(diào)制電路的電壓信 號Vc。運算放大器U2A的8腳接直流電源24V，電阻R27、 R30的另一端、電容C7、 C8的另一端和運算放大器U2A的4腳與接地端GND連接。
圖1中通過采樣電阻Rl采到的反映線圈電流值的Isen電壓信號，經(jīng)運 算放大器U1B、電阻R27、R28比例放大后的電壓信號Vf連接至脈沖調(diào)制電路。 電阻R26和電容C7起降壓濾波作用。電壓信號Vj經(jīng)運算放大器U2A、電阻 R29和電阻R30、 R31比例放大后的電壓信號Vc連接至脈沖調(diào)制電路，此信號 為吸合電壓基準(zhǔn)或保持電壓基準(zhǔn)，電阻R29、電容C8起限流濾波作用。 參照圖5的電源轉(zhuǎn)換器電路圖。
電容C9的一端與相線L+和線圈L2的一端連接，電容C9的另一端與零線 N-和線圈L3的一端連接。線圈L2的另一端與壓敏電阻RV1的一端和轉(zhuǎn)換模 塊T的1腳連接，線圈L3的另一端與壓敏電阻RV1的另一端和轉(zhuǎn)換模塊T的 3腳連接。電容C10的兩端分別與轉(zhuǎn)換模塊T1的22、 26腳連接。轉(zhuǎn)換模塊T 的16腳與TVS管D2的一個陰極和電容Cll的一端連接，并輸出直流電源24V， 轉(zhuǎn)換模塊Tl的14腳與TVS管D2的另一陰極、電容Cll的另一端和接地端GND 連接。
電源轉(zhuǎn)換器通過AC/DC轉(zhuǎn)換模塊Tl將交流電壓轉(zhuǎn)換為24V直流電源，電 容C9、電感L2、 L3起濾波作用，壓敏電阻RV1起防止高電壓作用，電容CIO 起濾波作用，TVS管D2起抗電磁干擾作用，電容C11起濾波作用。另外線路 中的基準(zhǔn)電壓Vref可由脈寬調(diào)制芯片U3自行產(chǎn)生，因而無需另加開關(guān)電源。 電磁鐵的釋放電壓值即為上述AC/DC的斷開點電壓值，這是AC/DC轉(zhuǎn)換模塊 Tl本身的器件特性，其工作電壓為80V，斷開電壓為65V。當(dāng)電源電壓低于 65V時，該AC/DC轉(zhuǎn)換模塊T1無24V直流電源輸出，從而使得整個中央控制 模塊沒有工作電源，也就無控制信號輸出至功率電子器件Q1，該功率電子器 件Q1處于截止?fàn)顟B(tài)，使得電磁鐵釋放。轉(zhuǎn)換模塊T1采用的是LD03-00B24。
當(dāng)電源為直流電源時，同樣可用上述方法通過監(jiān)測電磁鐵線圈的電流來控 制電磁鐵的閉合電壓。按照本實用新型的 一個實施例，中央控制模塊通過采樣電阻采集電磁鐵
線圈電流，將線圈電流信號經(jīng)比例放大后的電壓信號Vsen與較髙的吸合電流 基準(zhǔn)信號Vjl進(jìn)行比較，當(dāng)Vsen小于Vjl時，通過模擬選擇開關(guān)芯片U4將 較高的第一死區(qū)電壓Vdead2送至脈沖調(diào)制電路的芯片U3的死區(qū)控制端4腳, 從而將脈沖調(diào)制電路輸出至功率電子器件Ql控制極的控制信號的占空比鉗制 在一個很小的值，也就是使電源電壓施加到電磁鐵線圈Ll兩端的電壓很小， 即流過電磁鐵線圈L1的電流很小，該小電流信號不足以吸合電磁鐵，使電磁 鐵保持在斷開狀態(tài)；當(dāng)Vsen大于Vjl時，通過模擬選擇開關(guān)芯片U4將較低 的第二死區(qū)電壓Vdeadl送至脈沖調(diào)制電路的芯片U3的死區(qū)控制端4腳，此 時脈沖調(diào)制電路輸出至功率電子器件Q1控制極的控制信號的占空比可根據(jù)吸 合電流基準(zhǔn)信號Vjl自動調(diào)節(jié)，并經(jīng)短延時后，切換至根據(jù)保持電流基準(zhǔn)信 號Vj2自動調(diào)節(jié)，實現(xiàn)恒流控制，即實現(xiàn)了電磁鐵的閉合電壓受中央控制模 塊測得的線圈電流控制。電磁鐵的斷開電壓受電源轉(zhuǎn)換器的斷開點控制，本 實用新型中的電源轉(zhuǎn)換器具有斷開點，即當(dāng)電源電壓低于斷開點時無電壓輸 出，從而使得整個中央控制模塊沒有工作電源，也就無控制信號輸出至功率 電子器件Ql,該功率電子器件Q1處于截止?fàn)顟B(tài)，使得電磁鐵釋放。
權(quán)利要求1、一種標(biāo)準(zhǔn)電磁鐵控制裝置，其特征在于它包括，與外部電源連接的橋式整流器(B1)，具有斷開點并與外部電源連接的電源轉(zhuǎn)換器，與橋式整流器(B1)輸出端連接的功率電子器件(Q1)，與功率電子器件(Q1)串聯(lián)的采樣電阻(R1)，與采樣電阻(R1)串聯(lián)后和橋式整流器(B1)輸出電壓相連的線圈(L1)，與電源轉(zhuǎn)換器、功率電子器件(Q1)和采樣電阻(R1)相連的用于控制電磁鐵的中央控制模塊。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的標(biāo)準(zhǔn)電磁鐵控制裝置，其特征在于中央控制 模塊通過采樣電阻(R1 )采集線圈電流。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的標(biāo)準(zhǔn)電磁鐵控制裝置，其特征在于中央控制 模塊包括脈沖調(diào)制電路、電流監(jiān)視電路和電流反饋電路，脈沖調(diào)制電路與電 源轉(zhuǎn)換器、功率電子器件(Q1)、電流監(jiān)視電路和電流反饋電路連接，電流監(jiān) 視電路與電源轉(zhuǎn)換器、功率電子器件(Q1)、采樣電阻(R1)和電流反饋電路連 接，電流反饋電路與電源轉(zhuǎn)換器、功率電子器件(Q1)和采樣電阻(R1)連接。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的標(biāo)準(zhǔn)電磁鐵控制裝置，其特征在于脈沖調(diào)制 電路包括電阻(R2-R7)、電容(C1、 C2)和芯片(U3)，電阻(R2)的一端接電流 反饋電路的電壓信號(Vc)，電阻(R2)的另一端與電阻(R3)的一端和芯片(U3) 的2腳連接，電阻(R3)的另一端與芯片(U3)的3腳連接，電阻(R4)的一端接電流反饋電路的電壓信號Vf，電阻(R4)的另一端與電阻(R5)的一端和芯片 (U3)的1腳連接，芯片(U3)的5、 6、 9腳分別接電容(C2)的一端、電阻(R6) 的一端和電阻(R7)的一端，電阻(R7)的另一端輸出控制信號DRIVER,芯片 (U3)的8、 11、 12腳接電流轉(zhuǎn)換器輸出的直流電源，芯片(U3)的14、 15腳輸 出參考電壓Vref，芯片(U3)的輸出信號Vdead至電流監(jiān)視電路,電容(C1)的一 端與芯片(U3)的7、 14、 15腳連接，電阻(R5、 R6)的另一端、電容(C1、 C2) 的另一端和芯片(U3)的13、 16腳與接地端GND1連接。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的標(biāo)準(zhǔn)電磁鐵控制裝置，其特征在于脈沖調(diào)制 電路中的芯片(U3)采用的是TL494芯片。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的標(biāo)準(zhǔn)電磁鐵控制裝置，其特征在于標(biāo)準(zhǔn)電磁 鐵控制裝置的參考地位于采樣電阻(R1)和線圈(L1)之間。
專利摘要一種標(biāo)準(zhǔn)電磁鐵控制裝置，屬于控制與保護(hù)電器領(lǐng)域。它包括，與外部電源連接的橋式整流器B1，具有斷開點并與外部電源連接的電源轉(zhuǎn)換器，與橋式整流器B1輸出端連接的功率電子器件Q1，與功率電子器件Q1串聯(lián)的采樣電阻R1，與采樣電阻R1串聯(lián)后和橋式整流器B1輸出電壓相連的線圈L1，與電源轉(zhuǎn)換器、功率電子器件Q1和采樣電阻R1相連的用于控制電磁鐵的中央控制模塊。優(yōu)點提供一套簡單的電源電壓與線圈電流能同時監(jiān)測的裝置，將電源電壓和線圈電流的監(jiān)測都通過監(jiān)測線圈電流來實現(xiàn)，并將微處理器改為專用的脈寬調(diào)制芯片，大大降低了成本，且由于無需考慮地隔離的問題而使系統(tǒng)的抗干擾性得到大幅提升。
文檔編號H01F7/18GK201233787SQ20082004009
公開日2009年5月6日 申請日期2008年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月1日
發(fā)明者季春華, 張志剛, 焦志剛, 管瑞良 申請人:常熟開關(guān)制造有限公司(原常熟開關(guān)廠)