磁保持继电器及其在便携设备中的应用

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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)
[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,
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= 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
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@
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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
1 引言Байду номын сангаас
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]
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
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
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
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
参考文献
[1] 马昌贵. 磁应用的新近发展[J]. 磁性材料及器件, 1997, 28 (4) 44-49.
[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.
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
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
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
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
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
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工作模式开机键
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
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
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
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
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
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
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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J Magn Mater Devices Vol 35 No 2
万方数据
磁保持继电器及其在便携设备中的应用
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
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
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