專利名稱：寬電壓輸入交直流通用電磁接觸器智能控制模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及器械智能控制領(lǐng)域，特別是一種寬電壓輸入交直流通用電磁 接觸器智能控制模塊的設(shè)計。
背景技術(shù)：
接觸器是一種量大面廣的自動控制電器，多用于遠距離控制和電動機傳動系統(tǒng)中。隨著 自動控制技術(shù)的發(fā)展，對控制的要求也越來越高?，F(xiàn)有的電磁接觸器由于電磁機構(gòu)輸入電壓 類型單一、工作范圍窄、吸持損耗大，造成機構(gòu)種類繁多、資源浪費大、壽命低、產(chǎn)品可靠 性差，已成為發(fā)展的瓶頸。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是實現(xiàn)了寬電壓工作范圍、交直流通用的電磁接觸器智能控制模塊的 設(shè)計。
本實用新型是這樣實現(xiàn)的， 一種寬電壓輸入交直流通用電磁接觸器智能控制模塊，包括 大功率整流電路D,采樣電路E，大功率開關(guān)管A、 B，光耦隔離器F、 G，反激式拓撲電路 StackFET ,高頻變壓器S，單片機系統(tǒng)P,通信模塊Q，光電耦合器件的電源U及電磁接觸 器的電磁線圈C;其特征在于；所述的大功率整流電路D的輸入端[l]、 [2]接電源，輸出端 并接采樣電路E，所述的采樣電路E的正端接大功率開關(guān)管A的輸入端，所述的大功率開關(guān) 管A輸出端與大功率開關(guān)管B的輸出端相連接，所述的大功率開關(guān)管A、 B分別接有光耦隔離 器F、 G，所述的大功率開關(guān)管A、 B之間還并接有電磁接觸器的電磁線圈C;所述的高頻變壓 器S的一路供電輸出端的一端與電磁接觸器的電磁線圈C的另一端和采樣電路E的負極相連 接，另一端與大功率開關(guān)管B的輸入端相連接，形成高壓起動回路和低壓保持回路，高電壓 起動回路由所述的大功率開關(guān)管A導(dǎo)通形成回路；低電壓保持回路由所述的大功率開關(guān)管B 導(dǎo)通形成；
所述的反激式拓撲電路StackFET 由or型濾波器H， LinkSwitch-TN芯片M， M0SFET功 率管L，分壓穩(wěn)壓電路I、 J和緩沖與鉗位電路K組成；其并接在采樣電路E的兩端，依次將 n型濾波器H與分壓穩(wěn)壓電路I、 J組成的串連電路，緩沖與鉗位電路K、 MOSFET功率管L、 LinkSwitch-TN芯片M組成的串連電路并聯(lián)；所述的M0SFET功率管L的一個輸入端接在分壓 穩(wěn)壓電路I、 J之間；所述的緩沖與鉗位電路K的兩端與高頻變壓器S的輸入端相連；所述的高頻變壓器S具有四路相互獨立的輸出電源，分別為單片機系統(tǒng)P，通信模塊Q,光電耦合器 件的電源U及上述的低壓保持回路供電；所述的光電耦合器件的電源U的輸入端接有反饋電 路N,其將采集的電信號反饋給LinkSwitch-TN芯片M，從而構(gòu)成穩(wěn)定的直流電源；、 [2]端接上電源后，通過采樣電路E對電源電壓進行采樣，并將采樣值送入單片機 系統(tǒng)，與設(shè)定值進行比較，高壓起動回路和低壓保持回路均處于待機狀態(tài)；單片機系統(tǒng)通過 光耦隔離器F給大功率開關(guān)管A施加一個觸發(fā)控制信號[4]，此信號決定強激磁的施加與關(guān)斷 時間，在合適時間通過光耦隔離器G給大功率開關(guān)管B施加觸發(fā)信號[5],電磁接觸器轉(zhuǎn)入節(jié) 能無聲運行狀態(tài)；當(dāng)電源電壓小于設(shè)定電壓值時，轉(zhuǎn)入釋放程序，電磁接觸器分閘。
本實用新型具有如下優(yōu)點
1、 交、直流控制電源通用；
2、 寬工作電壓輸入范圍，現(xiàn)有接觸器工作電壓范圍為85%Ue 105%Ue，本控制模塊的 工作電壓可以達到6596Ue 115WUe，參數(shù)設(shè)計合理，工作范圍可以更大；
3、 高電壓起動、低電壓保持，節(jié)能無聲運行；
4、 單片機控制系統(tǒng)，進行接觸器吸合過程的動態(tài)優(yōu)化控制，實現(xiàn)吸合過程鐵心和觸頭撞 擊能量最小控制；
5、 通信功能，具有現(xiàn)場控制和遠程控制兩種控制模式?？蓸O大拓展電磁接觸器的應(yīng)用領(lǐng) 域，提高接觸器的各項性能指標(biāo)。


圖1是本實用新型的系統(tǒng)原理框圖。
圖2是本實用新型實施例的反激式拓撲電路StackFET 的結(jié)構(gòu)原理框圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型做詳細說明。
如圖1所示，本實用新型涉及一種寬電壓輸入交直流通用電磁接觸器智能控制模塊，包 括大功率整流電路D，采樣電路E，大功率開關(guān)管A、 B，光耦隔離器F、 G，反激式拓撲電路 StackFET ,高頻變壓器S,單片機系統(tǒng)P,通信模塊Q，光電耦合器件的電源U及電磁接觸 器的電磁線圈C;其特征在于；所述的大功率整流電路D的輸入端[l]、 [2]接電源，輸出端 并接采樣電路E，所述的采樣電路E的正端接大功率開關(guān)管A的輸入端，所述的大功率開關(guān) 管A輸出端與大功率開關(guān)管B的輸出端相連接，所述的大功率開關(guān)管A、 B分別接有光耦隔離 器F、 G，所述的大功率開關(guān)管A、 B之間還并接有電磁接觸器的電磁線圈C;所述的高頻變壓 器S的一路供電輸出端的一端與電磁接觸器的電磁線圈C的另一端和采樣電路E的負極相連接，另一端與大功率開關(guān)管B的輸入端相連接，形成高壓起動回路和低壓保持回路，高電壓
起動回路由所述的大功率開關(guān)管A導(dǎo)通形成回路;低電壓保持回路由所述的大功率開關(guān)管B 導(dǎo)通形成；
所述的反激式拓撲電路StackFET 由n型濾波器H, LinkSwitch-TN芯片M, MOSFET功 率管L，分壓穩(wěn)壓電路I、 J和緩沖與鉗位電路K組成；其并接在采樣電路E的兩端，依次將 冗型濾波器H與分壓穩(wěn)壓電路I、 J組成的串連電路，緩沖與鉗位電路K、 MOSFET功率管L、 LinkSwitch-TN芯片M組成的串連電路并聯(lián)；所述的MOSFET功率管L的一個輸入端接在分壓 穩(wěn)壓電路I、 J之間；所述的緩沖與鉗位電路K的兩端與高頻變壓器S的輸入端相連；所述的 高頻變壓器S具有四路相互獨立的輸出電源，分別為單片機系統(tǒng)P，通信模塊Q，光電耦合器 件的電源U及上述的低壓保持回路供電；所述的光電耦合器件的電源U的輸入端接有反饋電 路N，其將采集的電信號反饋給LinkSwitch-TN芯片M，從而構(gòu)成穩(wěn)定的直流電源、 [2]端接上電源后，通過采樣電路E對電源電壓進行采樣，并將采樣值送入單片機 系統(tǒng)，與設(shè)定值進行比較，高壓起動回路和低壓保持回路均處于待機狀態(tài)；單片機系統(tǒng)通過 光耦隔離器F給大功率開關(guān)管A施加一個觸發(fā)控制信號[4]，此信號決定強激磁的施加與關(guān)斷 時間，在合適時間通過光耦隔離器G給大功率開關(guān)管B施加觸發(fā)信號[5]，電磁接觸器轉(zhuǎn)入節(jié) 能無聲運行狀態(tài)；當(dāng)電源電壓小于設(shè)定電壓值時，轉(zhuǎn)入釋放程序，電磁接觸器分閘。
當(dāng)電源電壓上電以后，經(jīng)過大功率整流電路D，進行兩路輸入， 一路提供給開關(guān)電源模 塊進行DC/DC電壓轉(zhuǎn)換；另一路在合適時間提供給電磁接觸器的激磁線圈C進行高電壓激磁 起動。當(dāng)電源電壓超過380V時，即使開關(guān)電源芯片內(nèi)部集成了高達700V的MOSFET也遠滿足 不了在功率管關(guān)斷時所加電壓及原邊漏感造成的尖峰電壓加之副邊輸出時在原邊感應(yīng)出的感 應(yīng)電壓之和，故一般的鉗位與緩沖電路在極限高電壓輸入時根本不起作用，需進行特殊的設(shè) 計才能滿足要求。這里采用StackFET 反激式拓撲結(jié)構(gòu)，使輸入電壓范圍大大拓寬，在極限 高電壓下仍能安全可靠的工作。StackFET技術(shù)允許組合使用不太昂貴的、額定電壓為600V的 低壓MOSFET和PI公司的單片開關(guān)電源芯片，極大的拓寬了輸入電壓的范菌，這樣便可設(shè)計 出簡單、便宜并能夠保證在高電壓輸入的情況下開關(guān)電源仍能安全可靠的工作。本專利將一 個內(nèi)部集成了 700V耐壓的MOSFET的LinkSwitch-TN芯片與一個耐壓高達600V的MOSFET搭 配構(gòu)成了一個StackFET結(jié)構(gòu)的反激式開關(guān)電源。如圖2所示圖中，Ql (框圖中的L)為外 加的600V的MOSFET， Ul (框圖中的M)為LinkSwitch-TN芯片，為了加強對LinkSwitch-TN 的保護，在其漏源極兩端串聯(lián)了三個瞬態(tài)電壓抑制二極管P6KE160A (框圖中的J，因為型號 不同，用了三個管子，采用一個管子的原理相同)，LinkSwitch-TN的漏源極兩端的電壓不會
超過480V，而Q1和U1的最大合成峰值漏極耐壓則擴展到了 1080V,完全滿足550V輸入時開關(guān)管的耐壓。采用StackFET結(jié)構(gòu)必需保證Ul的工作不受其影響，當(dāng)LinkSwitch-TN內(nèi)部的 MOSFET導(dǎo)通時，Ql也導(dǎo)通，輸入電壓施加在高頻變壓器原邊， 一旦初級電流達到U1的內(nèi)部 限流點，內(nèi)部MOSFET關(guān)斷，儲存的能量被傳送到輸出。在LinkSwitch-TN內(nèi)部的MOSFET管， 就是控制開關(guān)，通過內(nèi)部MOSFET的導(dǎo)通和截止來維持穩(wěn)壓，而內(nèi)部MOSFET的導(dǎo)通和截止是 根據(jù)開關(guān)管LinkSwitch-TN的反饋引腳電流進行使能的。這種狀態(tài)下能使有效開關(guān)頻率隨負 載降低、開關(guān)損耗按比例遞減，提高了電源轉(zhuǎn)換效率。 本實用新型的優(yōu)點如下
1、 交、直流控制電源通用；
2、 寬工作電壓輸入范圍，現(xiàn)有接觸器工作電壓范圍為85%Ue 105%Ue,本控制模塊的 工作電壓可以達到65XUe 115XUe，參數(shù)設(shè)計合理，工作范圍可以更大；
3、 高電壓起動、低電壓保持，節(jié)能無聲運行；
4、 單片機控制系統(tǒng)，進行接觸器吸合過程的動態(tài)優(yōu)化控制，實現(xiàn)吸合過程鐵心和觸頭撞 擊能量最小控制；
5、 通信功能，具有現(xiàn)場控制和遠程控制兩種控制模式。可極大拓展電磁接觸器的應(yīng)用領(lǐng) 域，提高接觸器的各項性能指標(biāo)。
權(quán)利要求1、一種寬電壓輸入交直流通用電磁接觸器智能控制模塊，包括大功率整流電路D，采樣電路E，大功率開關(guān)管A、B，光耦隔離器F、G，反激式拓撲電路StackFETTM，高頻變壓器S，單片機系統(tǒng)P，通信模塊Q，光電耦合器件的電源U及電磁接觸器的電磁線圈C；其特征在于；所述的大功率整流電路D的輸入端[1]、[2]接電源，輸出端并接采樣電路E，所述的采樣電路E的正端接大功率開關(guān)管A的輸入端，所述的大功率開關(guān)管A輸出端與大功率開關(guān)管B的輸出端相連接，所述的大功率開關(guān)管A、B分別接有光耦隔離器F、G，所述的大功率開關(guān)管A、B之間還并接有電磁接觸器的電磁線圈C；所述的高頻變壓器S的一路供電輸出端的一端與電磁接觸器的電磁線圈C的另一端和采樣電路E的負極相連接，另一端與大功率開關(guān)管B的輸入端相連接，形成高壓起動回路和低壓保持回路，高電壓起動回路由所述的大功率開關(guān)管A導(dǎo)通形成回路；低電壓保持回路由所述的大功率開關(guān)管B導(dǎo)通形成；所述的反激式拓撲電路StackFETTM由π型濾波器H，LinkSwitch-TN芯片M，MOSFET功率管L，分壓穩(wěn)壓電路I、J和緩沖與鉗位電路K組成；其并接在采樣電路E的兩端，依次將π型濾波器H與分壓穩(wěn)壓電路I、J組成的串連電路，緩沖與鉗位電路K、MOSFET功率管L、LinkSwitch-TN芯片M組成的串連電路并聯(lián)；所述的MOSFET功率管L的一個輸入端接在分壓穩(wěn)壓電路I、J之間；所述的緩沖與鉗位電路K的兩端與高頻變壓器S的輸入端相連；所述的高頻變壓器S具有四路相互獨立的輸出電源，分別為單片機系統(tǒng)P，通信模塊Q，光電耦合器件的電源U及上述的低壓保持回路供電；所述的光電耦合器件的電源U的輸入端接有反饋電路N，其將采集的電信號反饋給LinkSwitch-TN芯片M，從而構(gòu)成穩(wěn)定的直流電源；[1]、[2]端接上電源后，通過采樣電路E對電源電壓進行采樣，并將采樣值送入單片機系統(tǒng)，與設(shè)定值進行比較，高壓起動回路和低壓保持回路均處于待機狀態(tài)；單片機系統(tǒng)通過光耦隔離器F給大功率開關(guān)管A施加一個觸發(fā)控制信號[4]，此信號決定強激磁的施加與關(guān)斷時間，在合適時間通過光耦隔離器G給大功率開關(guān)管B施加觸發(fā)信號[5]，電磁接觸器轉(zhuǎn)入節(jié)能無聲運行狀態(tài)；當(dāng)電源電壓小于設(shè)定電壓值時，轉(zhuǎn)入釋放程序，電磁接觸器分閘。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的寬電壓輸入交直流通用電磁接觸器智能控制模塊，其特征在于所 述的大功率整流電路的輸入端[1]、[2]所接的電源電壓范圍可以是110V到550V的交直流 額定電壓。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的寬電壓輸入交直流通用電磁接觸器智能控制模塊，其特征在于所述的高頻變壓器S的四路相互獨立的輸出電源分別通過整流濾波電路O、 X、 Y、 R為所述模塊供電。
4、根據(jù)權(quán)利要求l所述的寬電壓輸入交直流通用電磁接觸器智能控制模塊，其特征在于所 述的通信模塊與上位計算機連接，實現(xiàn)雙向通信、遠程控制。
專利摘要本實用新型涉及一種寬電壓輸入交直流通用電磁接觸器智能控制模塊，包括大功率整流電路D，采樣電路E，大功率開關(guān)管A、B，光耦隔離器F、G，反激式拓撲電路StackFET^TM，高頻變壓器S，單片機系統(tǒng)P，通信模塊Q，光耦合器件的電源U及電磁接觸器的電磁線圈C；其特征在于所述的大功率整流電路D的輸入端[1]、[2]接電源，輸出端并接采樣電路E，采樣電路E的正端接大功率開關(guān)管A的輸入端，大功率開關(guān)管A輸出端與大功率開關(guān)管B的輸出端相連接，大功率開關(guān)管A、B分別接有光耦隔離器F、G，大功率開關(guān)管A、B之間還并接有電磁接觸器的電磁線圈C；本實用新型實現(xiàn)了寬電壓工作范圍、交直流通用的電磁接觸器智能控制模塊的設(shè)計，其體積小、工作可靠。
文檔編號H01H47/00GK201307560SQ20082014603
公開日2009年9月9日 申請日期2008年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月28日
發(fā)明者葉開亮, 洪祥欽, 許志紅 申請人:福州大學(xué)