CN102047368B

CN102047368B - 继电器控制器

Info

Publication number: CN102047368B
Application number: CN200980119794.0A
Authority: CN
Inventors: 森本充晃; 大石英一郎
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2008-05-30
Filing date: 2009-05-29
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2029-05-29
Also published as: WO2009145309A1; EP2284858B1; US20110109168A1; JP2009289689A; EP2284858A4; EP2284858A1; US8680717B2; JP5162335B2; CN102047368A

Abstract

提供了一种与传统所需的相比，能够缩短从断开开关元件单元直到断开继电器的时间的继电器控制器。该继电器控制器包括：继电器开关，其中触点将电源连接于负载，并且线圈连接于该电源；第一开关元件，其串联连接于线圈；再生电流电路，其并联连接于线圈，并且包括第二开关元件和与该第二开关元件串联连接的二极管；第一开关元件控制单元，其适于通过第一开关元件的PWM控制来接通继电器开关以及通过停止该第一开关元件的PWM控制来断开继电器开关；以及第二开关元件控制单元，其适于当第一开关元件受PWM控制时使第二开关元件接通以及当第一开关元件的PWM控制停止时使第二开关元件断开。

Description

继电器控制器

技术领域

本发明涉及一种继电器控制器。

背景技术

专利文献1描述了一种用于控制继电器的继电器控制器。专利文献1中描述的该继电器控制器包括与该继电器的线圈串联连接的电阻器和晶体管，以及与该电阻器和线圈并联连接的二极管。专利文献1中描述的该继电器控制器将初始电流施加于继电器的线圈，以接通该继电器。然后，专利文献1中描述的该继电器控制器利用电阻来检测流经该继电器的线圈的电流，并且执行晶体管的PWM(脉宽调制)控制，以便将检测的值保持为低于初始电流的值并且该继电器保持接通。所述PWM控制是指重复接通和断开开关元件(此处，晶体管)的控制。另一方面，再生电流流经二极管。再生电流是指当开关元件断开时流经线圈的电流。

由于专利文献1中描述的该继电器控制器能够将流经继电器的线圈的电流值保持为低于初始电流值的值，所以，能够减小该继电器的线圈的功耗。

引用列表

专利文献

专利文献1：日本专利公开JP-A-5-166444

发明内容

技术问题

然而，在专利文献1中描述的继电器控制器中，即使将晶体管断开而使继电器断开，再生电流也继续经由二极管向线圈流动。因而，在继电器确实地被断开之前，要耗费一段时间。

为了解决这样存在的问题而创造了本发明，并且本发明的目的是提供一种继电器控制器，与传统上所需要的时间相比，该继电器控制器能够缩短从断开开关元件直到断开继电器为止的时间。

问题的解决方案

为了实现该目的，本发明包括：继电器开关，其中触点将电源连接于负载，并且线圈连接于该电源；第一开关元件，其串联连接于线圈；再生电流电路，其并联连接于线圈并且包括第二开关元件和与该第二开关元件串联连接的二极管；第一开关元件控制单元，其适于通过第一开关元件的PWM控制来接通继电器开关以及通过停止该第一开关元件的PWM控制来断开该继电器开关；以及第二开关元件控制单元，其适于当第一开关元件受PWM控制时使第二开关元件接通以及当该第一开关元件的PWM控制停止时使该第二开关元件断开。

本发明的有益效果

由于当关于第一开关元件的PWM控制停止时，本发明断开第二开关元件，所以防止了再生电流流经线圈。因而，一旦关于第一开关元件的PWM控制停止，本发明就能够断开该继电器开关。因此，能够缩短从断开开关元件直到断开继电器开关为止的时间。

附图说明

图1是示出了根据本发明的实施例的继电器控制器的说明图。

图2是继电器开关将被接通的时间图。

图3是示出了再生电流流动的说明图。

图4是继电器开关将被断开的时间图。

图5是示出了再生电流被中断的说明图。

图6是执行PWM控制的时间图。

图7是正常执行PWM控制的时间图。

图8是在PWM控制期间产生异常的时间图。

附图标记

1：继电器控制

2：继电器开关

3：触点

4：线圈

5：电源

6：负载

7：第一开关元件

8：再生电流电路

9：第二开关元件

10：体二极管

11：二极管

12：控制单元

13：电流检测器

14：PWM生成器

15：第一驱动单元

16：第二驱动单元

具体实施方式

将参考附图来描述本发明的实施例。图1是示出了根据本发明的实施例的继电器控制器1的构造的说明图。该继电器控制器1包括继电器开关2、第一MOSFET 7(金属氧化物半导体场效应晶体管，也称作为第一开关元件7)、再生电流电路8、控制单元12、电流检测器13、PWM发生器14、第一驱动单元15和第二驱动单元16。该继电器控制器安装在车辆中。

继电器开关2包括触点3和线圈4。触点3使电源5与负载6连接。通过接通和断开该触点3而使继电器开关2接通和断开。线圈4的一端连接于电源5，而该线圈4的另一端连接于第一开关元件7。通过使电流流经线圈4而接通触点3。

电源是车辆中的蓄电池。负载6是安装在车辆中的车载装置，例如电机或灯。

第一开关元件7串联连接于线圈4。具体地，该开关元件7的漏极连接于线圈4的另一端，源极接地，而栅极连接于第一驱动单元15。

再生电流电路8包括第二MOSFET 9(也称作为第二开关元件9)和二极管11，并且并联连接于线圈4。该第二开关元件9的漏极连接于电源5和线圈的所述一端，源极连接于二极管11的阴极，而栅极连接于第二驱动单元16。第二开关元件9的体二极管10的阳极连接于电源5和线圈4的所述一端，而阴极连接于二极管11的阴极。二极管11的阳极连接于线圈4的另一端和第二开关元件7的漏极。体二极管10的正向与二极管11的正向相反。因此，如果电源被反向连接，由于通过的电流(短路电流)没有流经每一个开关元件，所以保护了开关元件。与此相反，在专利文献1中描述的继电器控制器中，如果当将晶体管改变成MOSFET时电源被反向连接，则短路电流经由MOSFET的体二极管或者串联连接于电阻器和线圈的二极管而流经MOSEFT，并且该MOSFET很可能被损坏。以这种方式，继电器控制器1能够比通常更优地确定地保护每个开关元件。

控制单元12针对来自外部的指令(例如，车辆的乘客的输入操作)而生成用于接通继电器开关2的继电器接通信号或者用于断开继电器开关2的继电器断开信号，并且将该继电器接通信号或继电器断开信号输出到PWM生成器14和第二驱动单元16。

电流检测器13检测电流值，即，流经第二开关单元9的再生电流的值。该再生电流是指当第一开关元件7断开时流经线圈4的电流。电流检测器13将关于该检测值的检测信号输出到PWM生成器14。

当PWM生成器14接收到来自控制单元12的继电器接通信号时，PWM生成器14交替地生成并且输出用于接通第一开关元件7的PWM接通信号和用于断开第一开关元件7的PWM断开信号到第一驱动单元15。当PWM生成器14接收到来自控制单元12的继电器断开信号时，该PWM生成器14停止输出PWM接通信号和PWM断开信号。PWM生成器基于从电流检测器13接收到的检测信号来调节PWM控制的占空比。PWM控制的占空比是指用于输出PWM接通信号的时间与用于输出PWM断开信号的时间的比率。

当从PWM生成器14接收到PWM接通信号时，第一驱动单元15接通第一开关元件7，而当从PWM生成器14接收到PWM断开信号时，该第一驱动单元15断开第一开关元件7。以这种方式，第一驱动单元15PWM控制第一开关元件7。继电器开关2通过关于第一开关元件7的PWM控制而被接通，以及通过停止关于该第一开关元件7的PWM控制而被断开。

当第二驱动单元16接收到来自控制单元12的继电器接通信号时，该第二驱动单元16接通第二开关元件9，而当接收到来自控制单元12的继电器断开信号时，该第二驱动单元16断开第二开关元件9。

接下来，将参考图2和图3来描述当继电器开关2接通时，继电器控制器1的操作。图2是继电器开关2接通时的时间图。具体地，在图2中，(a)表示从控制单元12输出的信号的种类，(b)表示第一开关元件的接通/断开状态，而(c)表示流经线圈4的电流。图3是示出了再生电流流动的说明图。

控制单元12从时刻T1持续将继电器接通信号输出到PWM生成器14和第二驱动单元16。因而，PWM生成器14将PWM接通信号和PWM断开信号交替地输出到第一驱动单元15，并且第一驱动单元15基于从PWM生成器14所给出的信号来PWM控制第一开关元件7。第二驱动单元16接通第二开关元件9。

因此，当第一开关元件7处于接通状态时，线圈4的下游被接地，并且由电源供应的电流(也称为接通电流)向线圈流动。该接通电流随着时间的流逝而增加。另一方面，当第一开关元件7断开时，线圈4的下游开放，并且再生电流流经线圈4。再生电流随着时间的流逝而减小。流经线圈4的电流连续地变化。例如，在完成第一开关元件7的接通状态时所流动的接通电流与开始该第一开关元件7的断开状态时所流动的再生电流的大小相同。因而，当将第一开关元件7从断开状态切换到接通状态时，在PWM控制期间流经线圈4的电流变得最小。下文中，也将在此时的电流称作为最小电流。PWM生成器14调节占空比，使得最小电流值与目标电流值相匹配。目标电流值是指接通继电器开关2所需要的最小值。将在后面做出详细说明。

接下来，将参考图4和图5来描述继电器开关2被断开时所述继电器控制器1的操作。图4是继电器开关2被断开的时间图。在图4中，(a)示出了从控制单元12输出的信号的种类，(b)示出了第一开关元件的接通/断开状态，而(c)示出了流经线圈4的电流。图5是示出了再生电流被中断的说明图。

控制器12从时刻T2到时刻T3持续输出继电器接通信号，然后持续输出继电器断开信号到PWM生成器14和第二驱动单元16。因而，PWM生成器14在时刻T3时停止输出PWM接通信号和PWM断开信号，并且第一驱动单元15停止PWM控制第一开关元件7而使第一开关元件7断开。第二驱动单元16断开第二开关元件9。

因此，到线圈4的接通电流被中断。此外，由于第二开关元件9被断开，所以再生电流没有流经线圈4。以这种方式，只要从控制单元12输出了继电器断开信号，就断开继电器开关2。因为当继电器开关2被断开时，来自电源5的电压和来自线圈4的感应电压(引起再生电流的电压)作用于第一开关元件7，所以将能够经受这些电压的一个开关用作所述第一开关元件7。

接下来，将参考图6来描述目标电流值的设定和占空比的调节。在图6中，(a)示出了第一开关元件的接通/断开状态，而(b)示出了在PWM控制期间流经线圈4的电流。

当在第二开关元件9的接通状态下使继电器开关2接通，并然后断开第一开关元件1时，再生电流流经继电器开关2。尽管继电器开关2由于所述再生电流而被保持在接通状态中，但是该再生电流随着时间的流逝而减小，于是该继电器开关2在特定时刻被断开。因此，在继电器开关被断开之前即刻的再生电流值应该是所述目标电流值。

因而，如下来设定所述目标电流值。即，在第二开关元件9的接通状态下使继电器开关2接通，然后使第一开关元件7断开。然后，由电流检测器13监测再生电流，而在另一方面，监测继电器开关2的接通/断开状态。通过监测触点3与负载6之间的电压来进行继电器开关2的接通/断开状态的监测。在继电器开关被接通之前即刻由电流检测器13所检测的电流值被设定为目标电流值。该目标电流值被存储在PWM生成器14中。

所述目标电流值是保持继电器开关2接通所需要的最小值。即，如果流经线圈4的电流等于或者大于目标电流值，则继电器开关2被保持在接通状态。与此相反，当第一开关元件7被从断开状态切换到接通状态时，在PWM控制期间流经线圈4的电流变成最小。因而，PWM生成器14调节占空比，以便此刻的电流，即，最小电流值与目标电流值相匹配。

由于专利文献1中描述的继电器控制器不是基于本实施例的目标电流值来进行控制，所以流经继电器的线圈的电流变得比该继电器控制器1中的电流大。因此，与传统的继电器控制器相比，该继电器控制器1更能够减小线圈4的生热和功耗。此外，由于专利文献1中描述的继电器控制器利用电阻器来检测流经线圈的电流，所以从该电阻器生成热量。因而，使用于减小整个继电器控制器的生热的效果下降。然而，由于所述继电器控制器1在检测电流时没有使用电阻器，所以不产生这样的问题。因而，与传统的装置相比，该继电器控制器1能够减小整个装置的生热。

接下来，参考图7和图8来描述异常判定。图7是正常执行PWM控制的时间图。图8是在PWM控制期间产生异常的时间图。具体地，图7和图8中的(a)都表示第一开关元件的接通/断开状态，而图7和图8中的(b)都表示流经线圈4的再生电流。

由于流经线圈4的电流连续变化，所以检测到了再生电流，并且能够基于该再生电流来推定接通电流。例如，当再生电流如图7所示变化时，可以推定接通电流如虚线所示变化。如果在时刻T4时产生了任何异常并且接通电流变大，那么当第一开关元件7在时刻T5时从接通状态切换到断开状态时，再生电流值变得极大。因而，能够推定电流此刻是异常的。

因此，当第一开关元件7从接通状态切换到断开状态时，PWM生成器14基于从电流检测器13接收到的检测信号来将再生电流值与预定的异常判定值比较。结果，当再生电流值等于或者大于异常判定值时，PWM生成器14判定接通电流异常，并且停止输出PWM接通信号和PWM断开新号。以这种方式，第一驱动单元15停止关于第一开关元件7的PWM控制，以断开该第一开关元件7。此外，PWM生成器14经由控制单元12将异常发生信号输出到第二驱动单元16。当接收到异常发生信号时，该第二驱动单元16断开第二开关元件9。从而，继电器开关2被立即断开。另一方面，如果再生电流值小于异常判定值，则PWM生成器14判定接通电流是正常的并且继续输出PWM接通信号和PWM断开信号。例如，如果再生电流如图7所示变化，则PWM生成器14判定接通电流是正常的，并且继续输出PWM接通信号和PWM断开新号。另一方面，如果在时刻T4时，关于接通电流产生异常，那么PWM生成器14基于在时刻T5时从电流检测器13接收到的检测信号判定接通电流是异常的，并且停止输出PWM接通信号和PWM断开新号。此外，PWM生成器14将异常发生信号输出到第二驱动单元16。通过这样做，继电器开关2被立即断开。

如上所述，在继电器控制器1中，由于当关于第一开关元件7的PWM控制停止时，第二开关元件9被断开，所以能够在关于第一开关元件7的该PWM控制停止之后立即断开继电器开关2。因此，与传统所使用的继电器控制器相比，所述继电器控制器1能够缩短从断开开关元件7直到断开继电器开关2为止的时间。

此外，由于继电器控制器1被构造成使得体二极管10的正向与二极管11的正向相反，所以能够保护每个开关元件。

此外，由于该继电器控制器1调节占空比，使得最小电流值与目标电流值相匹配，所以能够比现有技术更加减小线圈4的生热和功耗。结果，由于减小了电源5的功耗，所以减小了为电源5充电所需要的燃料，并且降低了对环境的负担。

此外，由于当再生电流值超出异常判定值时，继电器控制器1停止PWM控制，所以能够从这方面保护每个开关元件。

此外，在所述继电器控制器1中，由于反接的对策和再生电流的检测二者是通过一个元件执行的，即，都是通过第二开关元件9执行的，所以与用各自的元件来执行的情况相比，能够更加减小该继电器控制器1的生产成本。

应注意的是，在不脱离本发明的精神的范围的情况下，能够修改本实施例。例如，第一开关元件7可以设置在继电器开关2的上游侧处(靠近电源5的一侧处)，而二极管11可以设置在第二开关元件9的上游侧处。不必要将继电器控制器1构造成安装在车辆上。

工业实用性

根据本发明的继电器控制器，其用处在于，与传统使用的继电器控制器相比，能够缩短从断开开关元件直到断开继电器为止的时间。

Claims

1.一种继电器控制器，包括：

继电器开关，其中触点将电源连接于负载，并且线圈连接于该电源；

第一开关元件，该第一开关元件串联连接于所述线圈；

再生电流电路，该再生电流电路并联连接于所述线圈，并且包括第二开关元件和与该第二开关元件串联连接的二极管；

第一开关元件控制单元，该第一开关元件控制单元适于通过所述第一开关元件的PWM控制来接通所述继电器开关，以及通过停止该第一开关元件的PWM控制来断开所述继电器开关；

第二开关元件控制单元，该第二开关元件控制单元适于当所述第一开关元件受PWM控制时使所述第二开关元件接通，以及当所述第一开关元件的PWM控制停止时使所述第二开关元件断开；以及

电流检测器，该电流检测器检测流经所述第二开关元件的再生电流的值，其中

所述第一开关元件控制单元调节关于所述第一开关元件的所述PWM控制的占空比，使得由所述电流检测器检测到的最小值与保持所述继电器开关接通所需要的电流的最小值相匹配。

2.根据权利要求1所述的继电器控制器，其中，

所述第二开关元件是体二极管，该体二极管的正向与所述二极管的正向相反。

3.根据权利要求1所述的继电器控制器，其中，

在通过所述电流检测器检测到的值超出预定异常判定值的情况下，所述第一开关元件控制单元停止关于所述第一开关元件的所述PWM控制。

4.根据权利要求1所述的继电器控制器，其中，所述二极管的阴极连接于所述电源。

5.根据权利要求1所述的继电器控制器，其中，所述二极管的阳极连接于所述线圈。