本實(shí)用新型涉及一種電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路，用于向電磁鐵提供直流電能。

背景技術(shù)：

電磁鐵是通電產(chǎn)生電磁的一種裝置，通電即有磁性，斷電磁性隨即消失。一般而言，電磁鐵所產(chǎn)生的磁場與電流大小、線圈圈數(shù)及中心的鐵磁體有關(guān)。在設(shè)計(jì)電磁鐵時(shí)，會注重線圈的分布和鐵磁體的選擇，而在應(yīng)用中利用電流的大小來控制磁場。電磁鐵因其優(yōu)異的性能被廣泛應(yīng)用于自動(dòng)電器的電磁系統(tǒng)中——如電磁繼電器、接觸器、雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)等。

在一些應(yīng)用場合，對電磁鐵的動(dòng)作速度和動(dòng)作特性有著較高的要求。例如在工業(yè)、醫(yī)療、商業(yè)等很多領(lǐng)域有許多的敏感負(fù)載，此類負(fù)載對供電的連續(xù)性有著較高的要求，一旦中間斷電超過一定時(shí)間，就會引起嚴(yán)重的后果，造成很大的損失。為了保證對此類負(fù)載的持續(xù)供電，最常見的方法是采用雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)進(jìn)行兩路電源的轉(zhuǎn)換。

而已有技術(shù)中的自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)的電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路，采用交流電經(jīng)過全橋整流后直接驅(qū)動(dòng)的方案，驅(qū)動(dòng)電壓低，電磁鐵線圈中電流上升速度慢，且電流變化曲線受交流電的幅值和相位變化影響很大，電磁鐵不能及時(shí)有效地驅(qū)動(dòng)雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)機(jī)構(gòu)進(jìn)行電源轉(zhuǎn)換，斷電時(shí)間較長，往往不能滿足敏感負(fù)載對于供電連續(xù)性的要求。

也有采用boost電路進(jìn)行升壓，而boost電路雖然能提供穩(wěn)定的直流電壓，且可根據(jù)電磁鐵動(dòng)作特性的需要相應(yīng)改變直流電壓幅值，但boost電路結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，控制要求較高，成本也相對較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路，能為電磁鐵提供電壓幅值較高、電壓紋波較小的直流驅(qū)動(dòng)電壓，提高電磁鐵的動(dòng)作速度和動(dòng)作一致性，且便于調(diào)節(jié)電磁鐵的動(dòng)作特性，此外，實(shí)現(xiàn)成本較低。

一種電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路，用于向電磁鐵提供直流電能，其包括：整流儲能單元、充電緩沖單元、充電控制單元，以及用于連接外部交流電的兩個(gè)交流輸入端；整流儲能單元與充電緩沖單元串聯(lián)于所述兩個(gè)交流輸入端之間；所述整流儲能單元包括兩個(gè)整流二極管：第一整流二極管、第二整流二極管，兩個(gè)儲能電容：第一儲能電容、第二儲能電容，第一儲能電容的正極、負(fù)極分別連接第一整流二極管的負(fù)極、第二儲能電容的正極，第二整流二極管的正極、負(fù)極分別連接第二儲能電容的負(fù)極、第一整流二極管的正極，第一整流二極管與第二整流二極管的連接節(jié)點(diǎn)、第一儲能電容與第二儲能電容的連接節(jié)點(diǎn)分別作為整流儲能單元的兩個(gè)交流輸入端，第一儲能電容的正極、第二儲能電容的負(fù)極分別為該電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路的正輸出端、負(fù)輸出端；所述充電控制單元用于控制第一儲能電容和第二儲能電容的電壓。

優(yōu)選地，所述充電控制單元包括采樣單元、控制單元以及電子開關(guān)單元；所述采樣單元用于對第一儲能電容的兩端電壓、第二儲能電容的兩端電壓進(jìn)行檢測，所述控制單元用于根據(jù)采樣單元的檢測結(jié)果，通過對所述電子開關(guān)單元進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對第一儲能電容和第二儲能電容的電壓控制。

優(yōu)選地，所述電子開關(guān)單元由兩個(gè)IGBT模塊構(gòu)成。

作為上述技術(shù)方案的一種實(shí)現(xiàn)方案，兩個(gè)IGBT模塊與整流儲能單元、充電緩沖單元一起串聯(lián)于電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路的兩個(gè)交流輸入端之間，且兩個(gè)IGBT模塊的連接方向相反。

作為上述技術(shù)方案的另一種實(shí)現(xiàn)方案，兩個(gè)IGBT模塊分別串接于整流儲能單元中第一整流二極管、第二整流二極管所在的兩條支路中，每個(gè)IGBT模塊中的續(xù)流二極管與該IGBT模塊所在支路中的整流二極管的方向相反。

本實(shí)用新型的電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路可廣泛應(yīng)用于電磁繼電器、接觸器、雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)等諸多領(lǐng)域，以下為幾種典型應(yīng)用實(shí)例：

一種電磁繼電器，包括電磁鐵以及如上任一技術(shù)方案所述電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路。

一種接觸器，包括電磁鐵以及如上任一技術(shù)方案所述電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路。

一種電磁脫扣器，包括電磁鐵以及如上任一技術(shù)方案所述電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路。

一種雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)，包括電磁鐵以及如上任一技術(shù)方案所述電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路。

一種自動(dòng)開關(guān)，包括電磁鐵以及如上任一技術(shù)方案所述電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路。

相比現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型具有以下有益效果：

本實(shí)用新型可提供一個(gè)電壓幅值較高，電壓紋波較小的直流電壓，用于驅(qū)動(dòng)電磁鐵，從而可提高電磁鐵的動(dòng)作速度和動(dòng)作一致性，且可通過改變整流儲能單元的直流電壓值來調(diào)節(jié)電磁鐵動(dòng)作特性。

相比現(xiàn)有的全橋整流或者boost升壓電路的電磁鐵驅(qū)動(dòng)技術(shù)，本實(shí)用新型具有電路結(jié)構(gòu)簡單、控制簡易、成本較低的顯著優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型電磁驅(qū)動(dòng)裝置的原理框圖；

圖2為本實(shí)用新型電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路的第一個(gè)實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實(shí)用新型電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路的第二個(gè)實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本實(shí)用新型電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路的第三個(gè)實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明：

圖1顯示了本實(shí)用新型電磁驅(qū)動(dòng)裝置的基本原理。如圖1所示，該電磁驅(qū)動(dòng)裝置包括電磁鐵、電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路、開關(guān)電路；其中，電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路用于向電磁鐵提供直流電能，開關(guān)電路用于開通或關(guān)斷電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路向電磁鐵供電回路。本實(shí)用新型電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路（圖中虛線框內(nèi)部分）包括：整流儲能單元、充電緩沖單元、充電控制單元，以及用于連接外部交流電的兩個(gè)交流輸入端。兩個(gè)交流輸入端輸入的外部交流電能經(jīng)由整流儲能單元整流并存儲，然后提供給電磁鐵；充電緩沖單元用于調(diào)節(jié)整流儲能單元的充電速度，充電控制單元用于控制整流儲能單元所輸出的直流電壓。

本實(shí)用新型的整流儲能單元包括兩個(gè)整流二極管：第一整流二極管、第二整流二極管，兩個(gè)儲能電容：第一儲能電容、第二儲能電容，第一儲能電容的正極、負(fù)極分別連接第一整流二極管的負(fù)極、第二儲能電容的正極，第二整流二極管的正極、負(fù)極分別連接第二儲能電容的負(fù)極、第一整流二極管的正極，第一整流二極管與第二整流二極管的連接節(jié)點(diǎn)、第一儲能電容與第二儲能電容的連接節(jié)點(diǎn)分別作為整流儲能單元的兩個(gè)交流輸入端，第一儲能電容的正極、第二儲能電容的負(fù)極分別為該電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路的正輸出端、負(fù)輸出端；所述充電控制單元通過控制第一儲能電容和第二儲能電容的充電周期來實(shí)現(xiàn)對整流儲能單元所輸出直流電壓的控制。

優(yōu)選地，所述充電控制單元包括采樣單元、控制單元以及電子開關(guān)單元；所述采樣單元用于對第一儲能電容的兩端電壓、第二儲能電容的兩端電壓進(jìn)行檢測，所述控制單元用于根據(jù)采樣單元的檢測結(jié)果，通過對所述電子開關(guān)單元進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對第一儲能電容和第二儲能電容的充電周期的控制。

優(yōu)選地，所述電子開關(guān)單元由兩個(gè)IGBT模塊構(gòu)成。當(dāng)然，也可采用晶閘管、場效應(yīng)管等電子開關(guān)管。

作為上述技術(shù)方案的一種實(shí)現(xiàn)方案，兩個(gè)IGBT模塊與整流儲能單元、充電緩沖單元一起串聯(lián)于電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路的兩個(gè)交流輸入端之間，且兩個(gè)IGBT模塊的連接方向相反。

作為上述技術(shù)方案的另一種實(shí)現(xiàn)方案，兩個(gè)IGBT模塊分別串接于整流儲能單元中第一整流二極管、第二整流二極管所在的兩條支路中，每個(gè)IGBT模塊中的續(xù)流二極管與該IGBT模塊所在支路中的整流二極管的方向相反。

為了便于公眾理解，下面以三個(gè)優(yōu)選實(shí)施例來對本實(shí)用新型技術(shù)方案進(jìn)行進(jìn)一步說明。

圖2顯示了本實(shí)用新型電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路的第一個(gè)實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)。如圖2所示，交流電壓輸入端U、V可接于市電線電壓，以得到更高的整流電壓上限；整流儲能單元由整流二極管D1、D2和電解電容C1、C2組成，整流二極管D1陽極與整流二極管D2陰極相連，其連接節(jié)點(diǎn)為整流儲能單元的交流輸入端A；電解電容C1負(fù)極與電解電容C2正極相連，其連接節(jié)點(diǎn)為整流儲能單元的交流輸入端B；整流二極管D1陰極與電解電容C1正極相連，其連接節(jié)點(diǎn)為整流儲能單元直流輸出端P+；整流二極管D2陽極與電解電容C2負(fù)極相連，其連接節(jié)點(diǎn)為整流儲能單元直流輸出端P-。充電緩沖單元由一電阻R組成。本實(shí)施例中的充電控制單元由2個(gè)IGBT模塊T1、T2，以及采樣單元和控制單元組成；IGBT模塊T1的發(fā)射極與T2的發(fā)射極相連。整流儲能單元的交流輸入端A與交流電壓輸入端U相連，整流儲能單元交流輸入端B與電阻R一端相連；電阻R的另一端與IGBT模塊T1的集電極相連，IGBT模塊T2的集電極與交流電壓輸入端V相連。整流儲能單元的直流輸出端P+、P-連接至開關(guān)電路和電磁鐵，為電磁鐵提供直流驅(qū)動(dòng)電壓。

圖2所示電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路的工作原理具體如下：在UV間交流電壓的正半周期內(nèi)，由整流二極管D1、電阻R、IGBT模塊T1的IGBT側(cè)（功率開關(guān)側(cè)）和IGBT模塊T2的FWD側(cè)（續(xù)流二極管部分）形成對電解電容C1的充電回路，當(dāng)采樣電路測得電解電容C1的電壓低于預(yù)設(shè)的目標(biāo)電壓時(shí)，控制電路開通IGBT模塊T1，為電解電容C1充電；當(dāng)采樣電路測得電解電容C1的電壓充電至目標(biāo)電壓時(shí)，控制單元關(guān)斷IGBT模塊T1，C1電壓不再上升；在UV間交流電壓的負(fù)半周期內(nèi)，由整流二極管D2、電阻R、IGBT模塊T1的FWD側(cè)和IGBT模塊T2的IGBT側(cè)形成對電解電容C2的充電回路，當(dāng)采樣電路測得電解電容C1的電壓低于預(yù)設(shè)的目標(biāo)電壓時(shí)，控制單元開通IGBT模塊T1，為電解電容C2充電；當(dāng)采樣電路測得電解電容C2的電壓充電至目標(biāo)電壓時(shí)，控制單元關(guān)斷IGBT模塊T2，C2電壓不再上升；輸出端子P+、P-間的電壓為電解電容C1、C2的電壓之和。當(dāng)交流電壓輸入端輸入380V交流電壓時(shí)，P+、P-間最高整流電壓可達(dá)1075V左右，為全橋整流電路的2倍，并可根據(jù)實(shí)際電磁鐵的動(dòng)作特性需求，設(shè)置合適的整流目標(biāo)電壓，從而使得P+、P-間的實(shí)際輸出直流電壓滿足不同的要求。

圖3顯示了本實(shí)用新型電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路的第二個(gè)實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)。其與圖2電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路的不同之處在于2個(gè)IGBT模塊T1、T2的位置位于交流電壓輸入端U與節(jié)點(diǎn)A之間，除此之外的結(jié)構(gòu)以及工作原理均與實(shí)施例一相同。

根據(jù)圖2、圖3所示的兩個(gè)實(shí)施例可知，只要兩個(gè)IGBT模塊T1、T2與整流儲能單元、充電緩沖單元一起串聯(lián)于電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路的兩個(gè)交流輸入端U、V之間，且兩個(gè)IGBT模塊的連接方向相反，即可構(gòu)成本實(shí)用新型電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路。例如，IGBT模塊T1、T2分別串接在交流輸入端U與節(jié)點(diǎn)A之間、節(jié)點(diǎn)B與電阻R之間；或者，IGBT模塊T1、T2分別串接在節(jié)點(diǎn)B與電阻R之間、交流輸入端V與電阻R之間；又或者，IGBT模塊T1、T2反相串接于節(jié)點(diǎn)B與電阻R之間。

以上實(shí)施方式中，兩個(gè)IGBT模塊T1、T2與整流儲能單元、充電緩沖單元串聯(lián)，除此之外，還可以采用另一類實(shí)現(xiàn)方式，即兩個(gè)IGBT模塊分別串接于整流儲能單元中第一整流二極管、第二整流二極管所在的兩條支路中，每個(gè)IGBT模塊中的續(xù)流二極管與該IGBT模塊所在支路中的整流二極管的方向相反。圖4即顯示了此類實(shí)現(xiàn)方式的一個(gè)具體實(shí)施例。如圖4所示，IGBT模塊T1串接于整流二極管D1的負(fù)極與電解電容C1的正極之間，IGBT模塊T1的續(xù)流二極管與整流二極管D1的方向相反；IGBT模塊T2串接于整流二極管D2的正極與電解電容C2的負(fù)極之間，IGBT模塊T2的續(xù)流二極管與整流二極管D2的方向相反。除此以外，IGBT模塊T1也可串接于整流二極管D1的正極與節(jié)點(diǎn)A之間或電解電容C1的負(fù)極與節(jié)點(diǎn)B之間，IGBT模塊T2可串接于整流二極管D2的負(fù)極與節(jié)點(diǎn)A之間或電解電容C2的正極與節(jié)點(diǎn)B之間。

本實(shí)用新型電磁驅(qū)動(dòng)裝置具有輸出電壓幅值較高、電壓紋波較小，輸出電壓易于調(diào)節(jié)以及結(jié)構(gòu)簡單、實(shí)現(xiàn)成本低的顯著優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于電磁繼電器、接觸器、雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)等諸多領(lǐng)域，具有較好的應(yīng)用前景。