CN100409390C - 用于一个电磁驱动装置的控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及控制一个电磁驱动装置的控制装置(2)。它包括第一和第二电子开关装置(16和22)，它们与一个时间继电器(12)结合地在吸动阶段和在保持阶段给驱动线圈(4)加载一个相应的直流电压。通过一个由时间继电器(12)控制的电源(14)和一个降压的直流电压变换器(10)提供一个吸动电压(Ua)和一个保持电压(Ub)。

Description

用于一个电磁驱动装置的控制装置

技术领域

发明涉及用于一个电磁驱动装置的控制装置，特别是用于一个电磁开关的驱动装置。电磁驱动装置一般是由一个驱动线圈，一个磁芯和一个衔铁组成。

背景技术

由文献DE 299 09 901公开了用于一个接触器驱动装置的电子驱动控制装置，该驱动控制装置基本上包括一个通过控制输入端馈电的整流器电路，一个由整流器电路馈电的、驱动线圈与一个脉冲宽度控制的晶体管开关的串联电路，二个询问整流器电路输出的和通过一个隔离二极管在输入侧隔离的分压电路，以及带有一个微处理器和二个储存器的一个电子装置。电子装置为了驱动线圈的吸动-和保持操作向晶体管输出控制信号，其中根据所属分压器的输出信号通过所属储存器来确定在吸动-或保持操作时的相应的脉冲宽度。此外从文献DE 299 09 901还公开了，在这类驱动控制装置中设置了一个接通吸动电流用的第一晶体管开关，和一个接通保持电流用的第二晶体管开关。这类驱动控制装置的缺点是基于电子装置的高费用，它尤其在驱动用于较小功率的电磁开关装置的驱动器中起决定性作用。

文献DE 92 16 041 U1公开了一种用于控制一个继电器的电路布置。驱动线圈与一个第一晶体管开关的串联电路处于一个直流工作电压上，及一个保持电阻与一个第二晶体管开关的串联电路与第一晶体管开关的开关区段并联。一个直流电压控制输入端通过由一个电容器和一个放电电阻组成的一个微分时间继电器与第一晶体管开关的控制电极连接及通过一个串联电阻与第二晶体管开关的控制电极连接。当施加控制电压后，不仅第一而且第二晶体管开关被导通控制，由此在驱动线圈上施加了一个驱动电压，它是由减少了第一晶体管开关的饱和电压的直流工作电压获得的。在微分器单元的电容器电压下降后，第一晶体管开关转到关闭状态。因此此时驱动线圈只加载一个保持电流，它基本上是由直流工作电压与保持电阻和驱动线圈的欧姆电阻的总和之比获得的。切断控制电压后，第二晶体管开关关闭，由此继电器被关断。使用这种控制电路，不仅吸动特性而且可靠性和保持操作的热损失在很大程度上取决于直流工作电压的变化和波动。只适用于直流电压操作的该驱动控制装置除了使用工作电压外，还要使用一个附加的不受这个工作电压影响的控制电压。通过保持电阻损失了大量的附加功率。

根据DE 44 10 819 C2在为操作一个继电器而设计的一个电路布置中也设有一个在吸动阶段被导通控制的第一晶体管开关，和一个与驱动线圈和一个保持电阻串联地处于一个直流工作电压上的及在继电器接通状态被导通控制的第二晶体管开关。第一晶体管开关的开关区段与保持电阻并联。一个直流电压的控制输入端通过一个分压器与第二晶体管开关的控制电极连接。第一晶体管开关的控制电极通过一个由一个充电电阻和一个电容器组成的积分时间继电器与第一晶体管开关、第二晶体管开关和保持电阻的连接点连接。在继电器的关断状态时，电容器通过驱动线圈，保持电阻和充电电阻放电，这样在接上控制电压时，二个晶体管开关被导通控制。在此情况下由下降了二个晶体管开关的饱和电压总和的直流工作电压获得驱动线圈的吸动电压。同时，电容器开始通过串联电阻和第二晶体管开关的开关区段放电。当通过电容器的电压低于一个阈值后关闭第一晶体管开关。由此驱动线圈只有保持电流流经，保持电流基本上是由直流工作电压与保持电阻和驱动线圈的欧姆电阻总和之比获得的。切断控制电压后，二个晶体管开关关闭，继而继电器断开。这个驱动控制装置具有根据DE92 16 041 U1的解决方案所提及的缺点，和需要持久的或至少在接通继电器前有足够时间准备的一个直流工作电压。

根据DE 196 38 260 C2公知的控制较小电磁线圈的一种电路布置具有与电磁线圈串联的一个晶体管开关。从接上一个控制电压起，在由一个微分时间继电器设定的一个时间间隔期间，被导通控制的晶体管开关用一个高的吸动电流加载电磁线圈。之后通过一个与晶体管开关的开关区段并联布置的，由一个保持电阻和一个充电二极管组成的串联电路确定保持电流。这里吸动电流和保持电流也非常依赖于控制电压的幅值及通过保持电阻损失了很多功率。

发明内容

发明的任务在于提供一种廉价的、功率低和尽可能不依赖于电压的控制装置。

以开始部分所述类型的一种控制装置为出发点，通过根据本发明的电路装置来解决本发明的任务。通过以由一个时间继电器控制的电源和一个降压调节的直流电压变换器形式的相对廉价的装置来提供一个吸动电压和相对它明显低的多的一个保持电压。吸动电压的数值低于工作电压的允许范围及尽可能不依赖于控制电压的幅值。保持电压调节在一个值上，其数值大大低于吸动电压。通过接到控制输入端上的电压同时对控制装置供电，该电压可以选择直流电压也可以选择交流电压。接上控制电压后立即通过整流器电路建立起工作电压。通过建立起的工作电压，一方面激励一个时间继电器和通过直流电压变换器建立起保持电压。通过激励电源，由第一电子开关装置导通控制驱动线圈通过电流，与此同时导通控制与驱动线圈串联的第二电子开关装置的开关区段。一个隔离二极管阻止吸动电压接通到直流电压变换器的输出上。经过一个预定的时间后，也就是说在吸动时间期满后，时间继电器关闭电源和由此关断第一电子开关装置。驱动线圈的供电以及第二电子开关装置的保持导通控制现在由直流电压变换器用通过隔离二极管所提供的保持电压来承担。在切断控制电压后工作电压和保持电压中断，由于第二电子开关装置关闭，驱动线圈转入无能量状态。时间继电器的时间特性和吸动电压是这样选择的，即使得由驱动线圈激励的衔铁被磁芯可靠地吸引。在保持阶段加在驱动线圈上的电压大大低于在吸动阶段的电压。通过调节直流电压变换器直接选择这样大的保持电压，由此使衔铁可靠地保持在其被吸引的位置上。

所建议的控制装置不需要昂贵的数字装置，特别是不用微处理机。控制装置不仅适合于DC驱动器也适合于AC驱动器，还特别适合于较小功率的电磁驱动器。因为吸动时间短和保持电流取得低的值，所以根据本发明的控制装置还可以被低欧姆驱动线圈的AC电磁驱动器使用，它若不使本建议的控制装置的话，只适用于交流电驱动。因此可以在生产电磁开关装置时仅限于AC驱动器上，从而减少对驱动线圈所需改动及由此显著降低了费用。

通过一个简单的积分的或微分的RC网络(也称为低通或高通)可以有利地实现时间继电器。与一个电压限制元件的结合，例如一个齐纳二极管，导致对充电结束电压的限制，由此显著降低了充电或放电过程与工作电压幅值的相关性。

可控制电源以低成本方式由一个与一个阈值电路结合的电压限制装置组成。在使用一个积分的时间继电器的情况下，通常在RC网络的充电电容器上的上升充电电压被阈值开关测定为用于吸动阶段结束的预定值。在使用一个微分的时间继电器的情况下，通常由放电电流引起的在放电电阻上的下降的电压被阈值开关测定。

与第二电子开关装置的开关区段并联设置的续流装置，例如一个齐纳二极管负责在断开时-也许与其它的续流装置配合作用-驱动线圈的快速消磁。

附图说明

本发明的其它细节及优点可由以下根据附图描述的实施例中得到。

图1.根据本发明的控制装置的概图；

图2.根据本发明的控制装置的一种有利的构型的详细示图。

具体实施方式

在图1所示的，对一个电磁开关设备、例如一个接触器的一个未进一步展示的电磁驱动装置的一个驱动线圈4进行控制的控制装置2通过一个控制输入端6由一个控制电压Ue驱动。作为控制电压Ue可以选择地接直流电压或交流电压。接上控制电压Ue时，整流器装置8输出端出现一个滤平的工作电压Ub，它主要用于控制装置2和驱动线圈4的电能供应。整流器装置8后面串联一个直流电压变换器10，它从工作电压Ub产生一个显著降低的滤平的保持电压Uh。接上控制电压Ue后，快速上升的起动电压Ub触发一个时间继电器12，它的时间特性曲线确定控制装置2的吸动阶段的持续时间。被触发的时间继电器12启动一个电源14，它在有效状态中将一个由工作电压Ub导出的吸动电压Ua输到它的输出端。吸动电压Ua的数额低于允许的最小工作电压Ub，并在起动电压Ub的一个宽的区域内在很大程度上与工作电压无关。吸动电压Ua激励第一电子开关装置16，它起电压跟随器的作用，它的输出与驱动线圈4的第一端子18连接。由此在吸动阶段里，一个电位出现在驱动线圈4的第一端子18上，该电位-由第一电子开关装置16的一个依赖于元件的饱和电压引起的-只与吸动电压有不大的区别。此外，第一电子开关装置16的输出与第二电子开关装置22的控制输入端连接，它的开关区段由驱动线圈4的第二端子20导向工作电压Ub的基准电位。吸动电压Ua导致第二电子开关装置22的开关区段的导通控制。由此在吸动阶段内，驱动线圈4被加载一个电压，它的量相对于吸动电压稍微地减小了二个电子开关装置16和22的饱和电压。一个隔离二极管24在通流方向从直流电压变换器10的输出端引向第二电子开关装置16的输出端。在吸动阶段隔离二极管24被阻断，因为吸动电压Ua的量基本上大于保持电压Uh的量。

在吸动时间结束时，时间继电器12的输出信号发生一定程度的变化，此致切断目前在电源14的输出端的吸动电压Ua。由此在第一电子开关装置16上的输出电压在一定程度上下降，现在保持电压Uh通过隔离二极管24到达驱动线圈4的第一端子18以及第二电子开关装置22的控制输入端。由此开始了保持阶段。在保持阶段里驱动线圈4被加载一个电压，它的量相对于保持电压Uh只是降低了被导通的隔离二极管24和第二电子开关装置22的导通控制的开关区段的饱和电压。

在切断控制装置2输入端6的控制电压Ue后，工作电压Ub和保持电压Uh快速中断。由此二个电子开关装置16，22处于被阻断状态，接着驱动线圈4转入无电流状态。

图2表示上述的控制装置2的一个详细的有利构型。这里采用了在图1中使用的用于功能组的参考标志。

整流器装置8通常是由在输入侧的一个限压装置28，一个桥式整流器26和输出侧的一个第一滤波电容器30组成的。接上控制电压Ue后，工作电压Ub在较短的时间内起动。在借助一个直流电压作为控制电压Ue对控制装置进行控制和驱动时，桥式整流器26用来作为极性改变保护(Verpolschutz)。

时间继电器12被构成积分阻容(RC)网络。在出现工作电压Ub后，一充电电流从一条引导工作电压Ub的供电导线32起，通过二个充电电阻34和36的串联电路流到一个充电电容器38。在二个充电电阻34，36的第一连接点40上的电压由一个第一齐纳二极管42形式的电压限制元件限制。由此时间继电器12的时间特性更加不依赖于工作电压Ub的幅值。它基本上是由来自充电电阻36和充电电容器38形成的RC网络的参数所确定。

切断控制电压Ue后，充电电容器38通过一个放电电阻44和一个放电二极管46放电到现在无电压的供电导线32上。

可控制的电源14是由利用充电电容器38的充电电压的一个阈值电路和一个与它的输出耦合的电压限制装置组成的。电压限制装置是由一个第一串联电阻48和一个齐纳二极管串50的串联电路组成的，及设置在供电导线32和基准电位之间。阈值电路具有一个设置成源极电路的第三晶体管52。充电电容器38通过一个第二齐纳二极管54与第三晶体管52的栅极端子连接。设置在第三晶体管52的栅极端子和基准电位之间的漏泄电阻56用于保护栅极。第三晶体管52的漏极端子通过一个工作电阻58与一个第三连接点60连接，该第三连接点共同地连接第一串联电阻48和齐纳二极管串50。只要充电电容器38上的电压没超过第二齐纳二极管54的齐纳电压和第三晶体管52栅极电压的开关阈值的总和，第三晶体管52就处在封闭状态，也就是说不导通状态。在这种情况下，吸动电压Ua出现在第二连接点60上，该吸动电压是由齐纳二极管串50的齐纳电压的和获得的。若在吸动阶段结束时充电电容器38上的电压超过第二齐纳二极管54的齐纳电压和第三晶体管52栅极电压的开关阈值的总和，则第三晶体管到达导通控制或导通状态。在这种情况下在连接点60上的电压降低到吸动电压Ua之下很大程度。串联电阻48的电阻值被选择得大于工作电阻58的电阻值。

第一电子开关装置16是由一个连接成源极跟随器的第一晶体管62组成的，它带有一个第一保护二极管64，以保护第一晶体管62免于在它的栅极端子和源极端子之间的负电压峰值。与驱动线圈4的第一端子18连接的第一电子开关装置16的输出端是与第一晶体管62的源极端子一致的，在吸动阶段期间输出降低了第一晶体管62的栅极-源极电压的保持电压Ua。通过吸动阶段结束时第二连接点60上的电位的降低使第一晶体管62被关闭。

直流电压变换器10是由一个输入侧的与供电导线32连接的变换器开关电路66，输出侧上的平波装置及用于检测和调节输出的保持电压Uh的检测装置组成的。平波装置一般是由一个平滑滤波扼流圈68以及在变换器开关电路66输出端上的一个反馈二极管70，和由与平滑滤波扼流圈68串连的第二平滑滤波电容器72组成的。当接上控制电压Ue时在第二平波电容器72上出现保持电压Uh。检测装置是由一个与第二平波电容器72并联布置的、一个第三齐纳二极管74与一个光电二极管76的串联电路以及由一个与光电二极管76光学耦合的光电晶体三极管78组成的。光电晶体三极管78的发射极端子引向变换器开关电路66的输出端，它的集电极端子引向变换器开关电路66的一个调节输入端。保持电压Uh由第三齐纳二极管74的齐纳电压和光电二极管76的导通电压的总和确定。控制电压Ue接上后，保持电压Uh在30ms内起动。控制电压Ue断开后，第二平波电容器72在短时间内通过由隔离二极管24，驱动线圈4和第二电子开关装置22的开关区段所形成的电流路径放电。

第二电子开关装置22含有一个设置成源极电路的第二晶体管80。它的输入侧通过一个第二串联电阻82与驱动线圈4的第一端子18连接，并与一个第二保护二极管84接通。第二保护二极管84构成齐纳二极管，用于保护第二晶体管80的栅极端子-特别是在吸动阶段期间-免于高电压。第二晶体管80的漏极端子与驱动线圈4的第二接点20连接。第二晶体管80在吸动阶段内由于第一电子开关装置16输出端的吸动电压Ua，和在保持阶段内由于通过导通的隔离二极管24的保持电压Uh被接通在导通控制状态或被导通状态，这样驱动线圈4在二个阶段都持久地导电。在控制电压Ue不足和被切断时，第二晶体管80处在被封闭状态和不导通状态，这样驱动线圈4不能持久地导通电流。与第二晶体管80的开关区段并联地布置了一个续流装置86，它例如构成齐纳二极管。不仅在吸动阶段里而且在保持阶段里，续流装置86通过第二晶体管80的开关区段的导通控制被短路，由此不起作用。相反在第二晶体管80关闭时，驱动线圈4通过由续流装置86，反馈二极管70，平波扼流圈68和隔离二极管24组成的电流路径在短时间内续流。主要通过续流装置86的齐纳电压产生的比较高的续流电压导致储存在驱动线圈4中的磁能快速衰减，由此快速切断磁力驱动。

本发明不限制在上述实施例上。本发明可以用一种不同的时间继电器实施，它例如可从上面提及的文献DE 92 16 041 U1中得到。

Claims (7)

1. 一种控制装置，用于一个电磁驱动装置，包括：

-第一电子开关装置(16)，它在输出侧与驱动线圈(4)相串联，当施加一个控制电压(Ue)后通过一个用于该驱动装置吸动阶段持续时间的时间继电器(12)被激励，

-第二电子开关装置(22)，它通过它的开关区段与驱动线圈(4)相串联，当加上控制电压(Ue)期间被导通控制，

其特征在于，

-一个与控制输入端(6)连接的整流器装置(8)在输出侧输出一个滤平的工作电压(Ub)，

-一个连接在整流器装置(8)下游的可调节的直流电压变换器(10)在输出侧输出一个滤平的保持电压(Uh)，

-用工作电压(Ub)的起动激励时间继电器(12)，

-一个可由时间继电器(12)控制的电源(14)通过一个吸动电压(Ua)激励第一电子开关装置(16)，

-由电压跟随器构成的第一电子开关装置(16)和与它的输出端连接的、由驱动线圈(4)和第二电子开关装置(22)的开关区段组成的串联电路由所述工作电压(Ub)加载，和

-直流电压变换器(10)的输出端经过一个极性在导通方向上的隔离二极管(24)和第一电子开关装置(16)的输出端以及第二电子开关装置(22)的控制输入端彼此连接。

2. 根据权利要求1的控制装置，其特征在于，时间继电器(12)被构成积分阻容(RC)网络(34，36，38)。

3. 根据权利要求1的控制装置，其特征在于，时间继电器(12)被构成微分RC网络。

4. 根据权利要求2或3的控制装置，其特征在于，所述RC网络(34，36，38)与一个电压限制元件(42)结合。

5. 根据权利要求1至3中的一项的控制装置，其特征在于，电源(14)包括一个由工作电压(Ub)加载的电压限制装置(48，50)，它的输出端与一个在输入侧与时间继电器(12)连接的阈值电路(52...60)的开关区段形成功能连接。

6. 根据权利要求1至3中的一项的控制装置，其特征在于，一个续流装置(86)在第二电子开关装置(22)的开关区段并联地设置。

7. 根据权利要求1至3中的一项的控制装置，其特征在于，所述控制装置用于一个电磁开关装置的驱动装置。

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