[0001] 本发明涉及直流接触器控制技术领域，尤其涉及一种直流充电桩接触器控制系统。

[0002] 目前小功率直流充电桩所采用的直流接触器额定电流基本都在100A以下，而市场上100A电流以下的直流接触器基本都不配置节能控制板，导致直流接触器功耗较大，普遍在5W以上，自身发热严重，经实测在25℃环境温度下，12V电压驱动，空载经过1小时温度可达70℃以上，温升超过45k，一旦带载温度将更高，严重影响接触器自身以及周围其他器件的安全运行，对接触器自身使用寿命和充电桩能效转换也有负面影响。

[0003] 现有接触器节能控制方案一般采用PWM调节占空比来调整电压，该方式不仅需要占用充电桩控制板MCU资源，且PWM波的快速切换可能导致电源和信号噪声，对其他电路产生干扰。实际在充电桩设计使用中，小功率直流充电桩的主板一般都是直接输出12V控制电压来控制接触器吸合，这样就导致了接触器功耗过大，自发热严重，对接触器使用寿命以及充电桩整体功耗和安全性都有严重影响。

[0024] 为更好地理解本发明的技术方案，以下将结合相关图示作详细说明。应理解，以下具体实施例并非用以限制本发明的技术方案的具体实施态样，其仅为本发明技术方案可采用的实施态样。需先说明，本文关于各组件位置关系的表述，如A部件位于B部件上方，其系基于图示中各组件相对位置的表述，并非用以限制各组件的实际位置关系。实施例1

[0025] 参见图1‑图9，图1绘制了本发明的结构示意图。如图所示，本发明涉及的一种直流充电桩接触器控制系统，它包括电源输入单元、电压转换单元、定时器单元、电源切换驱动单元、电源切换输出单元和线圈防护单元，所述电压转换单元包括3.3V电压转换单元和5V电压转换单元，所述线圈防护单元包括输入防护单元和输出防护单元；所述电源输入单元经过输入防护单元防护后分成三路：第一路经3.3V电压转换单元生成3.3V，作为保持电压，接入电源切换输出单元；第二路经5V电压转换单元生成5V电压，连接定时器单元，给定时器供电；第三路12V作为接触器的额定驱动电压，直接接入电源切换输出单元；
所述定时器单元按照设定时间输出高电平，经电源切换驱动单元接入电源切换输出单元，选择相应电压输出，经输出防护单元后驱动直流接触器。

[0026] 所述电源输入单元包括TVS瞬态电压抑制二极管ESD1和肖特基二极管D1，二极管ESD1的正极经过磁珠FB1连接二极管D1，二极管ESD1的负极经过磁珠FB2连接并联的电容C1、C2、C4的一端，并联的电容C1、C2、C4的另一端连接二极管D1。

[0027] 控制器采用12V供电，电源输入连接端子J1，先经过TVS瞬态电压抑制二极管ESD1，吸收线路中的瞬间脉冲干扰，正负极分别经过磁珠FB1、FB2抑制高频信号，吸收静电脉冲，正极线路串联肖特基二极管D1用于输入防反接，经电容C1、C2、C4滤波后接入后级电路。

[0028] 所述3.3V电压转换单元包括芯片U1、电感L1、电容C5、电阻R1和R2，所述芯片U1的BST引脚连接电容C5，芯片U1的SW引脚连接电感L1，芯片U1的FB引脚分别连接电阻R1和电阻R2，电阻R1接地，电阻R2和电感L1 连接并联的电容C8、C9、C10和C6。

[0029] 所述芯片U1采用DC/DC同步降压转换器TPS563201DDCR，该芯片拥有4.5V到17V电压输入，3A电流输出能力，足够满足2路直流接触器保持吸合所需功率。12V输入后经电容C5、DCDC芯片U1、电阻R1、R2分压反馈，电感L1、电容C8、C9、C10、C6储能滤波后输出3.3V直流电源，根据具体输出电压计算公式Vout=0.768*(1+R2/R1)，可以计算得出具体分压电阻值。

[0030] 所述5V电压转换单元包括线性稳压器U2，线性稳压器U2的VIN端连接电容C11，线性稳压器U2的VOUT端连接C12；所述5V电压转换单元采用线性稳压器7805作为5V输出，12V输入经电容C11、C12和线性稳压器U2后输出5V，给定时模块提供工作电源输入。

[0031] 所述定时器单元包括芯片U3，5V电源经过并联电容C13、C7滤波后给U3供电，并将4脚复位脚拉高以启动定时芯片；5V电源经过串联电容C3后连接芯片U3的2脚、6脚，再串联电阻R4到地，用于控制C3充电时长，电阻R4两侧并联二极管D8，用于电源断电后给电容C3快速放电，以确保下次启动时C3的充电时长不发生改变，电容C15用于滤除干扰。

[0032] 芯片U3采用NA555计时IC，当12V电源接通，电容C3开始充电瞬间，定时器U3第2、6脚电平等于芯片U3供电VCC，由于大于1/3 VCC，此时芯片U3第3脚输出低电平；随着电容C3充电持续，芯片U3第2、6脚电平逐渐下降，直到芯片U3第2脚电位低于1/3 VCC时，电路状态发生反转，芯片U3第3脚由低电平变成高电平，并持续保持下去，驱动后级电路；芯片U3第3脚由低电平转变成高电平的时间由电容C3充电时间决定，具体计算公式：Tw=1.1*R4*C3，由于设计切换时间为1000ms，故电阻R4取值100K，C3取值10uF。具体的波形跳变可参见图7。

[0033] 所述电源切换驱动单元包括电阻R5、R6和三极管Q1，三极管Q1的基极分别连接电阻R5和电阻R6，电阻R5的另一端连接芯片U3，电阻R6的另一端连接三极管Q1的发射极。

[0034] 定时器单元的芯片U3的第3脚输出后经电阻R5、R6驱动三极管Q1开关，芯片U3第3脚低电平输出时Q1关闭，第3脚高电平输出时Q1导通，通过Q1控制后级电源切换模块工作。

[0035] 所述电源切换输出单元包括继电器K1、二极管D2 D7和电阻R3，继电器K1采用双路~带切换的继电器HFD23/12‑1ZS来完成切换，有12V和3.3 V两路电源输入，12V电源经过二极管D3后连接继电器K1的5脚，3.3V电源经过二极管D2后连接继电器K1的3脚和4脚；所述继电器K1的1、2脚上并联二极管D7；所述电阻R3一侧连接12V电源，另一侧串联发光二极管D6的阳极，二极管D6的阴极连接至电源切换驱动单元的三极管Q1的集电极；
所述继电器K1的4脚为输出脚，连接输出端子J3、J4，输出端子J3、J4的3脚和4脚之间分别并联二极管D4、D5，输出端子对外连接需要驱动的两个直流接触器，输出端子J3、J4的1脚之间和2脚之间分别并联后直通输入测的反馈端子J2，用于连接两个直流接触器的反馈触点，反馈接触器的工作状态。

[0036] 电阻R3和发光二极管D6串联后用于指示继电器K1的工作状态，发光二极管D6点亮表示继电器输出的是3.3V，发光二极管D6熄灭表示继电器输出的是12V；二极管D7用于继电器线圈续流，防止线圈断电后产生反向电动势，影响电路中其他器件工作；二极管D2、D3用于防止两路不同的电源相互倒灌；继电器K1用于切换两路不同电源输出，K1在常态下输出12V，驱动K1动作后12V输出断开，改由3.3V持续输出供电。

[0037] 本实施例1的应用：应用于100A直流接触器，线圈电阻为26Ω，12V供电产生461.5mA驱动电流，线圈功耗为5.5W左右，空载吸合一小时，25℃环境温度下，接触器温度能达到70℃，实测2.2V以下为接触器释放电压，在2.5V保持电压下便能可靠吸合，此时驱动电流为90mA，功耗0.225W。

[0038] 直流接触器吸合时间在30ms左右，故以额定驱动电压供给接触器线圈的时间应大于此时长，为确保可靠吸合，预设额定电压供电时间为1000ms，之后切换为保持电压供电，如在额定电压供电时间内断开输入电源，则计时终止。

[0039] 为进一步确保实际使用中的可靠性，最终将保持电压设定为3.3V，此时实测驱动电流120mA，功耗0.4W，空载吸合一小时，25℃环境温度下，接触器温度几乎无任何上升。

[0040] 以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。