电磁铁高速驱动电路

摘要

本发明公开一种电磁铁高速驱动电路，其包括：电磁铁驱动电路和倍压电路。所述电磁铁驱动电路包括：第一三极管和第一二极管；倍压电路包括：第二三极管、电容、第一电阻和第二二极管；当触发信号为低电平时，第一三极管和第二三极管截止，所述直流电源通过第一电阻向电容充电，电容两端的电压为所述直流电源的输出电压与所述第二二极管的阳极电压的压差V。当触发信号为高电平时，第二三极管饱和导通，使第二三极管的电流输入端的电压接近0.6伏，使得瞬间施加在电磁铁两端的电压为所述直流电源的输出电压与所述压差V之和。由于电磁铁导通瞬间其两端电压比只有所述直流电源供电时的电压提高了近一倍，从而提高了电磁铁的动作速度。

权利要求

1.一种电磁铁高速驱动电路，其特征在于包括：电磁铁驱动电路和倍压电路；

所述电磁铁驱动电路包括：第一三极管(Q1)和第一二极管(D1)；第一二极管(D1)的阴极接直流电源，第一二极管(D1)的阳极与第一三极管(Q1)的电流输入端相连，第一二极管(D1)的阴极和阳极分别与电磁铁(L1)的两端相连；

所述倍压电路包括：第二三极管(Q2)、电容(C1)、第一电阻(R1)和第二二极管(D2)；

第二三极管(Q2)的控制端(B)与一限流电阻(R2)的一端相连，该限流电阻(R2)的另一端为触发信号输入端，第二三极管(Q2)的电流输入端(C)分别与第一电阻(R1)的一端和电容(C1)的阳极相连，第一电阻(R1)的另一端接直流电源；电容(C1)的阴极与第二二极管(D2)的阳极相连，第二二极管(D2)的阴极接地，第二三极管(Q2)的电流输出端接地；

第一三极管(Q1)的控制端(G)与第二三极管(Q2)的控制端(B)相连，第一三极管(Q1)的电流输出端(S)与电容(C1)的阴极相连。

2.权利要求1所述电磁铁高速驱动电路，其特征在于：当从所述触发信号输入端输入的触发信号为低电平时，第一三极管(Q 1)和第二三极管(Q2)截止，所述直流电源通过第一电阻(R1)向电容(C1)充电，使电容(C1)两端的电压为所述直流电源的输出电压与所述第二二极管(D2)的阳极电压的压差V；

当从所述触发信号输入端输入的触发信号为高电平时，第二三极管(Q2)饱和导通，使第二三极管(Q2)的电流输入端(C)的电压接近0.6伏，由于电容(C1)两端的电压不能突变，及第二二极管(D2)对电容(C1)放电回路的阻断及第一三极管(Q1)导通的共同作用，使得瞬间施加在电磁铁(L1)两端的电压为所述直流电源的输出电压与所述压差V之和。

3.权利要求1或2所述电磁铁高速驱动电路，其特征在于：所述第二三极管(Q2)为双极型晶体管或场效应管。

4.权利要求3所述电磁铁高速驱动电路，其特征在于：所述第一三极管(Q1)为场效应管或双极型晶体管。

说明书

电磁铁高速驱动电路

技术领域

[0001] 本发明涉及一种电磁铁高速驱动电路，用于驱动电磁铁高速动作，可以广泛应用于以电磁铁为动作(脱扣)机构的设备或装置中。

背景技术

[0002] 电磁铁在工业控制中具有广泛的用途，如电磁阀、继电器、接触器，它是一种典型的电能-机械能转换装置。图1是一个传统的典型电磁铁驱动电路，它通过三极管Q3的开关作用将电能注入电磁铁L2，完成电能-磁能-机械能的转换。

[0003] 在一些应用领域(如断路器、高精度工业过程控制设备)中，要求电磁铁具有较高、甚至很高的动作速度。典型的做法是提高电磁铁的驱动电压。但在图1所示的典型电磁铁驱动电路中，驱动电压往往受到电源电压的限制而不能随意升高。如何在电源电压一定的条件下有效提升电磁铁的驱动电压以达成其高速动作的目标，是本发明解决的问题。

[0004] 在电源电压一定条件下，提升电磁铁驱动电压有多种途径。如采用升压型DC/DC电路，但这样的电路结构复杂、成本偏高。

发明内容

[0005] 本发明要解决的技术问题是在电源电压不变的条件下提供一种结构简单、成本低廉的电磁铁高速驱动电路。

[0006] 根据电磁学基本原理，要实现电磁铁的高速驱动，就必须在电磁铁驱动的初始时刻向其线圈中尽可能高速地注入能量，以产生足够大的电磁力。根据这一思路，本发明在典型电磁铁驱动电路之基础上设计了一个倍压电路，该电路在电磁铁驱动初始时刻将线圈两端的电压提升至电源电压的两倍，实现能量的高速注入，达成电磁铁高速动作的目的。

[0007] 为解决上述技术问题，本发明提供了一种电磁铁高速驱动电路，其包括：电磁铁驱动电路和倍压电路。

[0008] 所述电磁铁驱动电路包括：第一三极管和第一二极管；第一二极管的阴极接直流电源，第一二极管的阳极与第一三极管的电流输入端相连，第一二极管的阴极和阳极分别与电磁铁的两端相连；所述倍压电路包括：第二三极管、电容、第一电阻和第二二极管；第二三极管的控制端与一限流电阻的一端相连，该限流电阻的另一端为触发信号输入端，第二三极管的电流输入端与第一电阻的一端和电容的阳极相连，第一电阻的另一端接直流电源；电容的阴极与第二二极管的阳极相连，第二二极管的阴极接地，第二三极管的电流输出端接地；第一三极管的控制端与第二三极管的控制端相连，第一三极管的电流输出端与电容的阴极相连。

[0009] 当从所述触发信号输入端输入的触发信号为低电平时，第一三极管和第二三极管截止，所述直流电源通过第一电阻向电容充电，电容两端的电压为所述直流电源的输出电压与所述第二二极管的阳极电压的压差V。

[0010] 当从所述触发信号输入端输入的触发信号为高电平时，第二三极管饱和导通，使第二三极管的电流输入端的电压接近0.6伏，由于电容两端的电压不能突变，及第二二极管对电容放电回路的阻断及第一三极管导通的共同作用，使得瞬间施加在电磁铁两端的电压为所述直流电源的输出电压与所述压差V之和。由于电磁铁导通瞬间其两端电压比只有所述直流电源供电时的电压提高了近一倍，即将瞬时注入电磁铁线圈的能量比只有所述直流电源供电时注入的能量提高了近一倍，从而提高了电磁铁的动作速度。

[0011] 进一步，所述的第一三极管为场效应管，也可以是双极型晶体管；

[0012] 进一步，所述的第二三极管为双极性晶体管，也可以是场效应管；

[0013] 本发明与传统的典型电磁铁驱动电路相比，明显的优势就是提高了电磁铁动作速度。与采用升压DC/DC电路的方案相比，具有电路简洁、成本低的优势。

附图说明

[0014] 为了使本发明的内容更容易被清晰地理解，下面根据的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

[0015] 图1为传统的典型电磁铁驱动电路原理图；

[0016] 图2为本发明的电磁铁高速驱动电路原理图。

具体实施方式

[0017] 见图2，本实施例的电磁铁高速驱动电路，其包括：电磁铁驱动电路和倍压电路。

[0018] 所述电磁铁驱动电路包括：第一三极管Q1和第一二极管D1；第一二极管D1的阴极接直流电源，第一二极管D1的阳极与第一三极管Q1的电流输入端相连，第一二极管D1的阴极和阳极分别与电磁铁L1的两端相连；所述倍压电路包括：第二三极管Q2、电容C1、第一电阻R1和第二二极管D2；第二三极管Q2的控制端B与一限流电阻R2的一端相连，该限流电阻R2的另一端为触发信号输入端Vin，第二三极管Q2的电流输入端C与第一电阻R1的一端和电容C1的阳极相连，第一电阻R1的另一端接直流电源VDD；电容C1的阴极与第二二极管D2的阳极相连，第二二极管D2的阴极接地GND，第二三极管Q2的电流输出端E接地GND；第一三极管Q1的控制端G与第二三极管Q2的控制端B相连，第一三极管Q1的电流输出端S与电容C1的阴极相连。

[0019] 当从所述触发信号输入端Vin输入的触发信号为低电平时，第一三极管Q1和第二三极管Q2截止，所述直流电源通过第一电阻R1向电容C1充电，使电容C1两端的电压为所述直流电源VDD的输出电压Vvdd与所述第二二极管D2的阳极电压的压差V。压差V＝Vvdd-0.6伏。

[0020] 当从所述触发信号输入端Vin输入的触发信号为高电平时，第二三极管Q2饱和导通，使第二三极管Q2的电流输入端C的电压接近0.6伏，由于电容C1两端的电压不能突变，以及在第二二极管D2对电容C1放电回路的阻断和第一三极管Q1导通的共同作用下，使得瞬间施加在电磁铁L1两端的电压为所述直流电源VDD的输出电压Vvdd与所述压差V之和，即2Vvdd-0.6伏。由于电磁铁导通瞬间其两端电压比只有所述直流电源供电时的电压提高了近一倍，即将瞬时注入电磁铁线圈的能量比只有所述直流电源供电时注入的能量提高了近一倍，从而提高了电磁铁的动作速度。

[0021] 所述触发信号Vin由单片机、PLC等智能控制器或其它电路模块输出。

[0022] 所述第一三极管Q1为场效应管或双极型晶体管。所述第二三极管Q2为双极型晶体管或场效应管。

[0023] 作为最佳的实施方式，所述第一三极管Q1采用场效应管，所述第二三极管Q2采用双极型晶体管。其中，第一三极管Q1的控制端G即为场效应管的栅极，第一三极管Q1的电流输入端D即为场效应管的漏极，第一三极管Q1的电流输出端S即为场效应管的源极。第二三极管Q2的控制端B即为双极型晶体管的基极，第二三极管Q2的电流输入端C即为双极型晶体管的集电极，第二三极管Q2的电流输出端E即为双极型晶体管的发射极。所述第一三极管Q1的漏源电流Ids应大于电磁铁L1的驱动电流，漏源耐压Vds应大于3VDD。第一二极管D1起到反向续流作用，其正向导通电流应大于电磁铁L1的驱动电流，反向耐压宜大于3VDD。

[0024] 电容C1的容量需要根据电磁铁L1的驱动能量来确定，第一电阻R1的阻值则需根据电容C1的充电时间来确定，第二二极管D2的正向导通电流应大于电磁铁L1的驱动电流，反向耐压应大于所述直流电源的输出电压VDD。第二三极管Q2的集射极耐压Vce应大于2VDD。

[0025] 作为另一种实施方案，第一三极管Q1的控制端G与第二三极管Q2的控制端B之间串联有第三电阻R3。

[0026] 作为替代所述第三电阻R3的一种方案，第一三极管Q1的控制端G与第二三极管Q2的控制端B之间串联一稳压二极管。

[0027] 作为其他的实施方式，所述第一二极管D1可以用压敏电阻、电阻电容串联电路、TVS管等来替代。

[0028] 显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的思想所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。