CN101926093A

CN101926093A - 驱动电路和使用驱动电路的方法

Info

Publication number: CN101926093A
Application number: CN2008801257129A
Authority: CN
Inventors: T·J·斯托尔茨
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 2007-12-28
Filing date: 2008-12-24
Publication date: 2010-12-22
Also published as: EP2235826A1; KR20100119755A; US9998108B2; WO2009086445A1; US20090195235A1; JP5354306B2; JP2011508572A

Abstract

一种驱动电路，可包括输出第一电压电位的电源、输出第二电压电位的能量存储装置、和负载。开关控制以某流向或者与所述流向相反的方向流经负载的电流。第一和第二电压电位可产生电流。

Description

驱动电路和使用驱动电路的方法

相关申请的交叉引用

本申请请求享有2007年12月28日提交的美国临时申请61/006，197的权益，其全部内容在此组合作为参考。

技术领域

本发明总体涉及一种控制流经负载的电流的装置和方法，更具体地，其涉及一种驱动电路和运行驱动电路的方法。

背景技术

可通过例如H-桥式电路的电路驱动电负载。H桥式电路的“H”的支路中的开关可控制电流流经电负载的方向。

但是，期望一种可控制电流流经电负载时增加或者减小速度的电路。

附图说明

现在参考附图，详细示出了示例性描述。尽管附图代表一些实施例，但是附图不一定成比例并且某些特征可放大、去除或者部分切割以更好地示出和解释本发明。另外，不期望这里所列出的示例性示出为穷举或者以别的方式将权利要求限定或者限制为附图中所示出以及下面的详细说明所公开的具体形式和结构：

图1为示例性示出驱动电路的简化示意图；

图2为示出图3A至11C所示出的工作模式顺序的复合流程图；

图3A、3B和3C示出了线圈快驱动模式；

图4A、4B和4C示出了线圈再循环模式；

图5A、5B和5C示出了线圈慢驱动模式；

图6A、6B和6C示出了线圈快停止/再生成模式；

图7A、7B和7C示出了线圈空闲模式；

图8A、8B和8C示出了线圈去磁模式；

图9A、9B和9C示出了线圈反向覆盖再充电模式；

图10A、10B和10C示出了线圈慢驱动模式；

图11A、11B和11C示出了线圈快停止/再生成模式；

图12为驱动电路另一个示例性示出的简化示意图；以及

图13为示出具有附加电源轨的驱动电路的另一个示例性示出的简化示意图。

具体实施方式

H-桥式电路可驱动电负载。H-桥式电路可包括设置为将电压源的电压施加至负载的开关或者切换装置的组合。通过对不同的电源轨添加附加的开关对，几个不同电压源的电压可以以正极性或者负极性施加至负载。附加电压源可以为标准电压源或者可以为可将能量注入负载或者从负载恢复的电容器组，其同时通过恢复动力或者感应装置而提高效率。还可能交替改变驱动极性以避免构建残余磁场。

图1为包括桥式电路(100)和开关控制器(200)的示例性系统的简化示意图。所述示例性桥式电路(100)可包括电源、电容器(C1)、负载、开关(S1-S6)、二极管(D1-D4)、和电阻器(R1，R2)。虽然描述了具体数量的开关、二极管和电阻器，但是元件的实际数量将取决于具体的使用环境。

作为桥式电路(100)的电源，所述电源提供足以驱动负载的电压电位(V1)。所述电压电位产生的电流可以以某流向以及以和所述流向相反的方向流经所述负载。根据一种示例性方法，所述负载可以为电感线圈。而且，所述负载可以为DC电动机。任何其它作为所述负载的电气装置也是可接受的。每个所述开关(S1-S6)连至所述负载。通过采用开关(S1-S6)，如下面所解释，电压电位(V1)可作为正极性电压或者负极性电压施加至所述负载。作为电池或者电源的电源为可能方法的两个实例。所述电源可以为DC电压源。

桥式电路(100)的另一个电源可包括向所述负载提供电压电位(V2)的能量存储装置。所述电压电位所产生的电流可以以某流向以及以和所述流向相反的方向流经所述负载。所述能量存储装置可以为可充电能量存储装置。电容器(C1)在附图中示出为桥式电路(100)的能量存储装置。尽管下面的实例示出能量存储装置为电容器(C1)，但是可采用其它装置例如电池或者能量存储装置的电源。所述能量存储装置可以为DC电压源。

为引导所述电流经过所述桥式电路(100)，开关控制器(200)中的控制逻辑电路可控制开关(S1-S6)。所述开关(S1-S6)可以为电切换装置，例如固体装置、晶体管、继电器或者其它切换装置。所述电切换装置可包括半导体开关、金属氧化物场效应晶体管(MOSEFT)、场效应晶体管(FET)、双极型结型晶体管(BJT)、可控硅整流器(SCR)、或者绝缘栅双极晶体管(IGBT)。开关控制器(200)可以为微处理器、状态机、控制装置、或者其它可示例的组合逻辑电路。如下面参考附图3A至13的解释，开关控制器(200)控制开关的闭合和断开。但是在简化附图时，尽管存在但是在附图3A至13中没有示出开关控制器(200)。

桥式电路(100)可包括二极管(D1-D4)和电阻器(R1、R2)。二极管(D1-D4)提供对可流经桥式电路(100)的较高电流的电路保护。特别是，二极管(D1-D4)可形成跨过断开开关的强迫连接以防止可在断开开关时以别的方式出现的电弧。

如图1和3A至13所示出，二极管(D2)跨过开关(S2)连接，二极管(D3)跨过开关(S3)连接。电阻器(R1)连至开关(S2)并接地，而电阻器(R2)连至开关(S3)并接地。

图1和3A至13还示出了电源轨(supply rail)。例如，图1和3A至13示出了节点(A)和节点(C)之间的电源轨(A-C)、节点(A)和节点(D)之间的电源轨(A-D)、节点(B)和节点(C)之间的电源轨(B-C)、和节点(B)和节点(D)之间的电源轨(B-D)。

二极管(D1)和二极管(D4)仅仅置为跨过电压最大的电源轨的开关。较低电压的电源轨的开关上没有设置跨过的二极管(D1，D4)。具体地，当电压电位(V1)大于电压电位(V2)时，二极管(D1)跨过开关(S1)连接而二极管(D4)跨过开关(S4)连接；开关(S5)或者开关(S6)上没有二极管。图1和3A至13中示出了所述结构。可选地，当电压电位(V1)低于电压电位(V2)时，二极管(D1)可跨过开关(S5)连接，并且二极管(D4)跨过开关(S6)连接；在所述选择示例性结构中开关(S1)或者开关(S4)上没有二极管。

桥式电路(100)的灵活性使得可执行若干工作模式。附图描述了某些工作模式，但是并未穷举所有可能的工作模式。图2至11中示出了工作模式顺序的一个实例。图2为示出图3A至11中所示出的工作模式顺序的运行的复合流程图。

图3A、3B和3C示出了线圈快驱动模式。在所述线圈快驱动模式中，开关控制器(200)指示源开关(supply switch)(S1)和漏开关(sink switch)(S3)闭合并指示漏开关(S2)和源开关(S4)、(S5)和(S6)断开以形成如图3A所示出的电流环。图3C详细描述了所述开关结构。这里，线圈快驱动模式的电流环可包括源开关(S1)、电容器(C1)、电阻器(R2)、漏开关(S3)、和负载。在开关闭合和断开之前，电容器(C1)已经被充至电压电位(V2)。由于图3A中所示出的开关的闭合和断开，释放电容器(C1)中存储的电压电位(V2)提供的能量，并且如图3B所示，作为正电流通过负载的电流(I)从电平(0)增加至电平(1)。在例如图3B的附图中“I”代表电流而“t”代表时间。过程控制从线圈快驱动模式进入线圈再循环模式。

在图4A、4B和4C的线圈再循环模式中，如图4B所示，流经负载的正电流从电平(1)减小至电平(2)。如图4A所示，开关控制器(200)指示源开关(S4)、(S5)和(S6)保持断开，而漏开关(S3)保持闭合。另外，开关控制器(200)指示源开关(S1)断开，而漏开关(S2)闭合。图4C详细示出了该开关结构。所述开关结构形成图4A中所示出的电流环。这里，线圈再循环模式的电流环可包括漏开关(S2)、电阻器(R1)、电阻器(R2)、漏开关(S3)和负载。由于图4A中所示出的开关闭合和断开，作为正电流流经负载的电流(I)下降至电平(2)。过程控制从线圈再循环模式进入线圈慢驱动模式。

图5A、5B和5C中示出线圈慢驱动模式。图5A示出在所述线圈慢驱动模式中，所述开关控制器(200)指示源开关(S1)、(S4)和(S6)保持断开，漏开关(S3)保持闭合。而且，开关控制器(200)指示漏开关(S2)断开，源开关(S5)闭合。图5C详细示出了所述开关结构。这里，线圈慢驱动模式的电流环可包括源开关(S5)、电源、电阻器(R2)、漏开关(S3)和负载。由于图5A中所描述的开关闭合和断开，如图5B所描示，作为正电流流经负载的电流(I)从电平(2)增加到电平(3)。

在线圈慢驱动模式中，图5A中所示的电源的电压电位(V1)小于充电电容器(C1)的电压电位(V2)。因此，如图5B所示，从电平(2)增加至电平(3)的速度小于从电平(0)增加至电平(1)的速度。但是，在其它示例性描述中电源的电压电位(V1)大于电容器(C1)的电压电位(V2)也是可能的。当电压电位(V1)大于电压电位(V2)时，从电平(2)增加至电平(3)的速度将大于从电平(0)增加至电平(1)的速度。因为电压电位(V1)大于电压(V2)，图5A中所示的电路的重新配置将包括跨过源开关(S5)而非跨过源开关(S1)放置二极管(D1)，并且还将包括跨过源开关(S6)而非跨过源开关(S4)放置二极管(D4)。如前面所提到的，在所述示例性描述中，必须跨过电位最高的电源轨上设置的每个源开关放置二极管，并且跨过位于电压较低的电源轨上的任何源开关不放置二极管。过程控制从线圈慢驱动模式进到线圈快停止/再生成(regenerate)模式。

图6A、6B和6C中示出线圈快停止/再生成模式。图6A示出在所述线圈快停止/再生成模式中，所述开关控制器(200)指示源开关(S1)和(S6)保持断开。另外，所述开关控制器(200)指示闭合漏开关(S2)和源开关(S4)，并指示漏开关(S3)和源开关(S5)断开。图6C详细示出了该开关结构。这里，线圈快停止/再生成模式的电流环可包括源开关(S4)、电容器(C1)、电阻器(R1)、漏开关(S2)和负载。由于图6A中所示的开关闭合和断开，如图6B所示，作为正电流流经负载的电流(I)从电平(3)减小到电平(4)。过程控制从线圈快停止/再生成模式进到线圈空闲(coil idle)模式。

在图7A、7B和7C的线圈空闲模式中，如下面图7B所示，流经负载的正电流从电平(4)减小至电平(5)。如图7A所示，开关控制器(200)指示源开关(S1)、(S5)和(S6)保持断开，而漏开关(S2)保持闭合。此外，所述开关控制器(200)指示源开关(S4)断开而漏开关(S3)闭合。图7C详细示出了该开关结构。所述开关结构形成图7A中所示出的电流环。这里，线圈空闲模式的电流环可包括漏开关(S2)、电阻器(R1)、电阻器(R2)、漏开关(S3)和负载。由于图7A中所示出的开关闭合和断开，作为正电流流经负载的电流(I)下降至电平(5)。过程控制从线圈空闲模式进到线圈去磁模式。

图8A、8B和8C示出了线圈去磁模式。在所述示例性方法中交替驱动极性以避免形成残余磁场。在所述线圈去磁模式中，开关控制器(200)指示源开关(S1)、(S4)和(S5)保持断开和指示漏开关(S2)保持闭合。开关控制器(200)指示漏开关(S3)断开和指示源开关(S6)闭合。图8C详细示出了所述开关结构。所述开关结构形成图8A中所示出的电流环。这里，线圈快去磁模式的电流环可包括源开关(S6)、电源、电阻器(R1)、漏开关(S2)、和负载。由于图8A中所示出的开关闭合和断开，作为负电流流经负载的电流(I)从电平(5)下降至电平(6)。过程控制从线圈去磁模式进入线圈反向覆盖(inverse cap)再充电模式。

图9A、9B和9C示出了线圈反向覆盖再充电模式。在所述线圈反向覆盖再充电模式中，电容器(C1)被重新充电。从负载重新获得的能量对电容器(C1)再充电。图9A示出开关控制器(200)指示源开关(S4)和(S5)保持断开。另外，所述开关控制器(200)指示漏开关(S3)和源开关(S1)闭合而指示漏开关(S2)和源开关(S6)断开。图9C详细示出了该开关结构。这里，线圈反向覆盖再充电模式的电流环可包括源开关(S1)、电容器(C1)、电阻器(R2)、漏开关(S3)和负载。由于图9A中所示的开关闭合和断开，如图9B所示，作为负电流流经负载的电流(I)保持在电平(6)。过程控制从线圈反向覆盖再充电模式进入线圈慢驱动模式。

图10A、10B和10C示出线圈慢驱动模式。如图10A所示，在所述线圈慢驱动模式中，开关控制器(200)指示漏开关(S2)、漏开关(S3)和源开关(S4)和(S6)保持断开。此外，所述开关控制器(200)指示源开关(S1)断开而源开关(S5)闭合。图10C详细示出了所述开关结构。这里，线圈慢驱动模式的电流环可包括源开关(S5)、电源、电阻器(R2)、漏开关(S3)和负载。由于图10A中所示出的开关闭合和断开，如图10B所示，流经负载的电流(I)从负电流变为正电流，从电平(6)增加至电平(7)。过程控制从线圈慢驱动模式进入线圈快停止/再生成模式。

在图11A、11B和11C的线圈快停止/再生成模式中，如图11B所示，电流(I)从电平(7)减小至电平(8)而电容器放电。附图11A示出开关控制器(200)指示源开关(S1)和(S6)保持断开。另外，所述开关控制器(200)指示漏开关(S2)和源开关(S4)闭合而指示漏开关(S3)和源开关(S5)断开。图11C详细示出了该开关结构。这里，线圈快停止/再生成模式的电流环可包括源开关(S4)、电容器(C1)、电阻器(R1)、漏开关(S2)和负载。由于图11A中所示的开关闭合和断开，如图11B所示，作为正电流流经负载的电流(I)从电平(7)减小至电平(8)。

图12为和图1中所示系统类似的示例性系统的简化示意图。除了图1中所示出的元件以外，所述桥式电路(100a)还可包括电阻器(R3)和二极管(D5)。与电容器(C1)串联连接的电阻器(R3)和二极管(D5)防止当电压电位(V1)大于电压电位(V2)时电容器(C1)放电。

图1和3A至12可示出具有另一个电源轨例如电容轨的另外“U”的H-桥式电路。但是，对可添加至图1和3A至12所示出的桥式电路的电源轨的数量或者类型没有限制。如图13所示，可通过添加附加对的开关(S7-S10)以分离电源轨而对负载施加不同的任意极性的电压。图13示出了示例性装置的简化示意图。图13示出所述的示例性装置可具有附加电压源。尽管图13示出了存在附加电源(C2，C3)，但是除了电源(C2，C3)以外，本发明的示例性装置可包括附加的或者替换性电源。在这一点上，附加电源的数量可仅仅受到附加电路所需要的空间的限制。另外，和图12的电阻器(R3)和二极管(D5)类似的电阻器和二极管可串联连接并具有图13所示出的一些或者所有电压电位(V2-V4)。

关于这里所描述的过程、系统、方法、启示等等，应理解，尽管这些过程等的步骤已经描述为根据某有序序列进行，但是这些过程可借助按照不同于这里所描述的顺序的顺序执行的描述步骤实施。还应理解，某些步骤可以同时进行，可添加其它步骤，或者可省略这里所描述的某些步骤。换言之，这里对过程的描述是为了描述某些实施例的目的，而绝不应当理解为限制请求保护的发明。

因此，应理解的是上述描述旨在描述性而非限制性。通过阅读上述描述可获得许多与所提供的实例不同的实施例和应用。不应当参考上述说明而应当相反地参考附加的权利要求根据这些权利要求所享有的等同替代的完整范围确定本发明的范围。预期并且期望未来的发展将处于这里所讨论的技术内，以及所公开的系统和方法将组合至这些未来的实施例中。总之，应当理解本发明能够进行更改和变更并且仅仅受到附加权利要求的限制。

期望给予权利要求中所使用的所有术语最宽泛的合理解释以及本领域技术人员所理解的其通常含义，除非这里做出了明显的相反指示。特别是，单数冠词例如“一个”、“所述”等的使用应当理解为列举了一个或多个所指示的元件，除非权利要求列举了明显的相反限制。

Claims

1.一种驱动电路，包括：

电源，其被配置为输出第一电压电位，所述第一电压电位产生的第一电流可流经负载；以及

能量存储装置，其被配置为输出第二电压电位，所述第二电压电位产生的第二电流可流经所述负载，

其中所述第一和第二电流的每个可以以某流向以及以和所述流向相反的方向流经所述负载。

2.根据权利要求1的驱动电路，其中所述电源选自电池、电源、和直流电压源。

3.根据权利要求1的驱动电路，其中所述能量存储装置选自电容器、电池、电源、和直流电压源。

4.根据权利要求1的驱动电路，其中所述第一电压电位大于所述第二电压电位。

5.根据权利要求1的驱动电路，其中所述第一电压电位小于所述第二电压电位。

6.根据权利要求1的驱动电路，其中所述负载选自电感线圈、DC电动机和电气装置。

7.根据权利要求1的驱动电路，其中开关可配置为引导所述第一电流以所述流向流经所述负载。

8.根据权利要求7的驱动电路，其中每个所述开关连至所述负载。

9.根据权利要求7的驱动电路，其中所述开关可重新配置为引导所述第一电流以和所述流向相反的方向流经所述负载。

10.根据权利要求7的驱动电路，其中所述开关可重新配置为引导所述第二电流以所述流向流经所述负载。

11.根据权利要求7的驱动电路，其中所述开关可重新配置为引导所述第二电流以和所述流向相反的方向流经所述负载。

12.根据权利要求1的驱动电路，其中二极管跨接至少一个所述开关，所述至少一个开关用于电位最高的电源轨。

13.根据权利要求12的驱动电路，其中其它开关上没有跨接二极管，所述其它开关用于电压低于所述最高电位的至少一个电源轨。

14.一种运行驱动电路的方法，所述方法包括：

使第一电流以某流向或者以和所述流向相反的方向流经负载，第一电压源产生所述第一电流；以及其后，

使第二电流以所述流向或者以和所述流向相反的方向流经所述负载，第二电压源产生所述第二电流。

15.根据权利要求14的方法，控制至少一个开关以引导所述第一电流以所述流向流经所述负载。

16.根据权利要求15的方法，控制所述至少一个开关以重新引导所述第一电流以和所述流向相反的方向流经所述负载。

17.根据权利要求15的方法，控制所述至少一个开关以中断所述流经所述负载的第一电流并开始流经所述负载的所述第二电流。

18.根据权利要求17的方法，其中所述第二电流沿所述流向。

19.根据权利要求17的方法，其中所述第二电流沿所述与所述流向相反的方向。

20.根据权利要求17的方法，控制所述至少一个开关以断开经所述负载的所述第二电流以及重新开始经所述负载的所述第一电流。