磁保持继电器及其在便携设备中的应用

然因素作用 衔铁将偏向某一侧 假设偏向左侧
此时 左侧气隙小于右侧气隙 则有 m1 m2 Fm1 Fm2 于是 衔铁就迅速倒向左侧 直至衔铁 的触点同时与公共端 O 的左侧触点 端子 B 的触
点接触为止 此时 端子 B 与公共端 O 通过衔铁
接通
当右侧线圈通过电流 I 时 则 I 产生的工作磁
通 k 将贯穿两侧的气隙 方向如图 1 中所示 使 得左侧气隙的合成磁通 1 和右侧气隙合成磁通 2 分别为
在该系统中 并不是电路的各部分都同时有效 地工作 如果给不工作的电路加上电源 必然造成 无意义的功率损耗 为此 我们采用分块供电的方 案[3] 把整个电路分为公共部分 A 模式工作部分 B 模式工作部分等三部分 在这里我们采用两个单 刀双掷的磁保持继电器 分别控制总电源通断和两 种工作模式电源的切换
工艺· 技术· 应用
磁保持继电器及其在便携设备中的应用
王孝洪 1 游林儒 1, 毕淑娥 2
(1. 华南理工大学 自动化科学与工程学院 广东广州 510640 2. 华南理工大学 电子与信息学院 广东广州 510640
摘 要 磁保持继电器是一种脉冲驱动且具有自保持功能的新型继电器 本文介绍了磁保持继电器的工作原
J Magn Mater Devices Vol 35 No 2
万方数据
A
O
B
衔铁
F1
F2
ϕ kk
刃口
N
气隙
ϕ mm11
ϕmm22
+
+
永磁体
J1
J2
S
_
铁芯
_
图 1 磁保持继电器的结构原理
器触点为单刀双掷结构 其磁路为 跷跷板 式动
作结构 左侧磁路和右侧磁路为对称结构分布 衔
铁以永磁体的刃口为支点转动 当两个工作线圈中
磁保持继电器线圈的输入脉冲可以是简单的 矩形波 也可以是直流电压通过电容器对其线圈充 电或者放电的两种极性相反的脉冲 还可以是继电 器本身的动断 常闭 触点串接到线圈回路的信号
在动触点动作后 直流电源即被切断 这种磁保持继电器除了具有脉冲驱动 消耗电
能少的特点外 还具有灵敏度高 动作迅速 磁效 率高 触点的接触稳定性好 能耐受高的冲击与振 动以及可靠性高等优点 因此 在很多领域都得到 了广泛的应用
WANG Xiao-hong, YOU Lin-ru College of Automation Science and Engineering, South China University of Technology,
Guangzhou 510640, China
Abstract: Magnetic latching relay is a new kind of relay with pulse drive and function of self-latching. The
1 引言
随着微电子技术 特别是电子器件的迅猛发 展 要求与之配合的继电器的功耗应尽量小 尤其 是用于人造卫星 导弹 飞船 飞机等设备的继电 器 不仅要求其体积小 质量轻 工作可靠 更重 要的是要求其能量消耗要小 近年来 磁性材料应 用技术开发的步伐逐步加快 磁性器件也在朝着小 型化 微型化的方向发展[1] 在这种大环境下 作 为一种小型继电器 磁保持继电器也得到了充 分的发展 磁保持继电器是在去除激励后 仍保持 激励状态的一种双稳态继电器[2]
收稿日期 2003-09-01 修回日期 2003-10-27 作者通信 Tel: 020-87112875 E-mail: e_sanxiao@163.com
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般会采用主供电电路串接继电器的一组触点 通过 检测按键的动作 进而控制继电器的线圈来进行电 源通断的控制 如果选用普通的常开继电器 那么 在系统正常工作而需要供电的时候 继电器的线圈 中必须一直通过一定的电流 以维持触点的闭合 这样 将会产生一定的功耗 另外 在系统关机时 由于仍要检测开机键状态 虽然大部分电路都停止 了供电 但仍有一小部分监控电路工作 虽然采用 微功耗芯片 但毕竟还是在关机状态时损耗一些能 量
理 并给出了一个在便携设备中应用的实用电路
关键词 磁保持继电器 自保持 脉冲驱动 便携设备
中图分类号 TM581.3
文献标识码 B
文章编号 1001-3830(2004)02-0028-03
Magnetic Latching Relay and Its Application in Portable Devices
3 磁保持继电器的典型应用
图 2 为磁保持继电器的一个典型应用电路 该 电路用在某便携智能仪器的电源电路中 该仪器采 用高能蓄电池供电 具有外接充供电电源接口 内 部具有充电过程监测电路 具有两种工作模式 每 种模式都有其一部分独立工作的电路 操作界面要 求全部采用轻触式按键 基于以上要求 同时综合 各方面考虑 设计了如图 2 所示的电源供电电路
作者简介 王孝洪 1976 男 工学硕士 主要从事
电力电子 运动控制以及嵌入式系统的应用开发等
上接 19 页
5 结论
在基于 Halbach 旋转定理的中空圆柱形磁场源 的基础上 设计出适合于旋转式室温磁制冷机的带气 隙的永磁磁路 其工作气隙中心的场强达 １．９６T 比 传统永磁磁路设计所达到的场强要高的多 气隙磁场 的均匀性较好 可满足磁制冷机的要求 参考文献
基于以上问题及低功耗的要求 并且随着元器 件价格的逐渐降低 以往用于航空航天等军事领域 的磁保持继电器在便携设备中得到了广泛的应用
本文根据作者在便携式智能仪器设计过程中 的设计经验 提出一种有效 实用的磁保持继电器 应用电路
2 磁保持继电器的工作原理和特点
磁保持继电器的种类比较多 在此 仅介绍其 中的一种 自保持和复原线圈分开的带有永磁体的 磁保持继电器 其原理如图 1 所示 该继电
二极管 D2 D3 D4 起到或门的作用 即任何
一个二极管的阳极呈现高电平 系统就可以开机 二 极管 D5 D6 亦然 当触动关机键 S1 或者系统本身 发出关机指令后 即可切断电源 关闭系统
4 结束语
本文对磁保持继电器的结构原理和性能特点 进行了阐述和总结 并给出了一个典型实用电路 该电路已经被作者应用在实际系统中 运行情况良 好 安全可靠 希望这篇文章所叙述的原理和例子 能为读者起到一定的启发作用
当需要电路启动并工作在 A 模式时 轻触一 下 S2 Vcc 通过 S2 向左右两个继电器的线圈 1 提 供一个脉冲电流 两个继电器动作 触头皆倒向上 侧触点 此时 系统仅向公共部分和 A 模式部分 电路供电 若想工作在 B 模式 轻触 S3 即可
开机除了以上两种方式外 还有第三种方式 由于电池需要外部电源充电 充电过程需要监测 监测任务由处于公共部分的系统核心 CPU 来完 成 因此 希望当外接充电电源开始供电时 系统 自动启动并开始工作 串接在外接电源接口和 RLY1 线圈 1 之间的电容 C1 和二极管 D4 可以实 现这种功能 当外接电源开始供电时 可以认为 C1 为瞬间短路 此时 有一个脉冲电流通过 C1 向线圈供电 只要电容值选得合适 继电器完全可 以可靠地动作 并启动系统
作者： 作者单位：
刊名： 英文刊名： 年，卷(期)： 被引用次数：
王孝洪， 游林儒， 毕淑娥 王孝洪,游林儒(华南理工大学,自动化科学与工程学院,广东广州,510640)， 毕淑娥(华南理工大学,电子与信 息学院,广东广州,510640)
23: 3628. [6] Halbach K. [J]. Nucl Instrum Methods, 1980, 169:1.
作者简介 向志刚 1975 男 四川大学金属材料系
硕士研究生 目前从事磁性功能材料及应用研究
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万方数据
磁保持继电器及其在便携设备中的应用
系统关机接口
D2 D3
RLY1 线圈１
线圈２
Vcc Ａ工作模式开机键
S2
RLY2 线圈１
Vcc S3
Ｂ工作模wk.baidu.com开机键
线圈２
图 2 磁保持继电器的典型应用电路
Va AＡ工作模式电源 Vb BＢ工作模式电源 Vc 公共部分电源
电源开关 三个操作键的操作电源均为电池直接供 电 即 Vcc 由图 2 的连接方式可以看出 当系统 停止工作时 继电器 RLY1 的触头接到下侧触点 在 S1 S2 S3 没有触动 即接通 时 电池不向 任何设备供电 因此 此时没有损耗 这样 将比 那种在关机时仍保留一部分监测电路的系统节省 了一部分电能
从以上的结构原理和工作过程分析可以看出 磁保持继电器的显著特点是 只需在线圈中通过一 定方向和大小的脉冲电流 就可以实现工作状态的 转换 即采用脉冲来驱动 并且在线圈断电 脉冲 消失 后可自保持 采用脉冲驱动的主要优点为
1 节约电能 线圈不需要连续通电 使线圈发 热降到最低程度 2 停电时 仍保持原有状态 即具有 记忆 功能 3 可采用过激励 因而具 有更快的动作速度
principle of magnetic latching relay is introduced in this paper, and a practical circuit used in portable devices is given.
Key words: magnetic latching relay; self-latching; pulse drive; portable devices
都没有电流时 永磁体产生的磁通 m1 和 m2 分别 通过左侧和右侧气隙 所产生的吸力分别为 Fm1 和 Fm2 在结构完全对称的情况下 衔铁处于中间位 置时 左右侧气隙相等 因此 m1= m2 Fm1=Fm2 衔铁将处于中间平衡位置 如图 1 所示 但这种平
衡如果没有外力维持 是不稳定的 如果有某种偶
近年来 便携设备 例如便携式仪表 PDA 笔记本电脑 移动电话等获得了广泛使用 它们的 一些共同特点是 1 采用电池供电 因此 要求 系统采用低功耗设计 例如 采用各功能块分开供 电 选用低功耗芯片等 2 外型小巧精致 操作 界面友好 因此 多采用轻触式按键
如果取代传统的串于供电电源主电路中的机 械开关 而采用轻触式按键作为电源开关的话 一
1 2 F1 F2 于是 衔铁开始向右偏转 衔
铁一经触动 就会使左侧气隙增大而右侧气隙减
小 这将导致 F1 越来越小 而 F2 越来越大 衔铁 的偏转就会越来越快 最终 快速地倒向右侧 此
时 端子 A 与公共端 O 通过衔铁接通 衔铁动作 完毕后 即使去掉右侧线圈的电流 I 衔铁也会保 持在右侧 同理 此时如果在左侧线圈中加一个脉 冲信号 电流要大过临界值 衔铁将倒向左侧
参考文献
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[2] 于凌宇. 继电器技术及发展[J]. 国外电子元器件, 2000, (8) 1-3.
[3] 邵晓根. 野外低功耗智能仪器的设计[J]. 彭城职业大 学学报 1999, (6) 104-107.
按常规设计 应该有开机键和关机键以及两种 工作模式的选择键 考虑到该仪器仅有两种工作模 式 因此 省掉了开机键 只要触动 A 模式选择 键 S2 或者 B 模式选择键 S3 就同时打开总
磁性材料及器件 2004 年 4 月
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万方数据
C1 D4
D1
Vcc
电池 外接充电电源
关机键
D5 S1
D6 off
[1] Brown G V. [J]. J Appl Phys, 1976, 47(8): 3673. [2] Zimm C B, et al. [J]. Adv Cryog Eng,1998, 43:1759. [3] Bohigas X, et al. [J]. IEEE Trans Magn, 2000, 36:538. [4] Dai W, et al. [J]. J Magn Magn Mater, 2000, 218:25. [5] Leupold H A, Potenziani E. [J]. IEEE Trans Magn, 1987,
1= m1
k
2= m2
k
此时 它们对衔铁产生的吸力 F1 和 F2 分别为
F1
=
Φ
2 1
2µ0 S
F2
=
Φ
2 2
2µ 0S
式中 S 为气隙的截面积 当电流 I 较小时 k
也较小 如果
m1
m2 2 k 则 1
2
F1 F2 衔铁将仍然停留在左侧 而当 I 逐渐增大
并且增大到 m1 m2 2 k 的临界值时 就会有