CN103299383B - 控制电开关的开关驱动器的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种控制电开关的开关驱动器（M）的装置（4），具有控制设备（10），该控制设备适合于分析施加在所述装置（4）的二进制输入端（6a、6b、6c）的输入侧、借助外部工作电压（Usk）产生的输入信号，并且依据施加在输入侧的输入信号控制开关驱动器（M）。按照本发明，设置所述装置（4）具有参考电压电路（50），其适合借助外部工作电压（Usk）产生内部参考电压（Ui），所述装置具有前置处理设备（70、71、72），其适合借助施加在二进制输入端（6a、6b、6c）的输入信号产生二进制信号（B70、B71、B72），该二进制信号的逻辑电平取决于输入信号的高度和参考电压（Ui）的高度；并且所述装置（4）的控制设备（10）间接或直接地与所述前置处理设备（70、71、72）连接，并分析该前置处理设备（70、71、72）的二进制信号（B70、B71、B72）。

Description

控制电开关的开关驱动器的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种具有按照本发明所述的特征的装置。

背景技术

德国专利文件DE102007041972B3公开了一种用于控制电开关的开关驱动器的装置，其具有控制设备，该控制设备适合于分析施加在所述装置的二进制输入端的输入侧、借助外部工作电压产生的输入信号，并且依据施加在输入侧的输入信号控制开关驱动器。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种所述类型的装置，其特别是能够被通用地应用。

按照本发明，该技术问题通过具有按照本发明所述的特征的装置得以解决。在从属权利要求中提供了按照本发明的装置的优选的技术方案。

按照本发明，设置所述装置具有参考电压电路，其适合借助外部工作电压产生内部参考电压；所述装置具有前置处理设备，其适合借助施加在二进制输入端的输入信号产生二进制信号，该二进制信号的逻辑电平取决于输入信号的高度和参考电压的高度；并且所述装置的控制设备间接或直接地与所述前置处理设备连接，并分析该前置处理设备的二进制信号。

按照本发明的装置的主要优点在于，该装置能够被用于非常不同的外部工作电压。因为，与之前公知的装置不同的是，按照本发明的装置能够依靠工作电压分析施加在输入端侧的、借助该工作电压形成的输入信号。为此，按照本发明进行以下设置：产生取决于外部电压的内部参考电压，并且在考虑到内部参考电压的情况下分析施加在二进制输入端的输入信号。与之前公知的装置不同的是，所述装置由此可以用于最不同的输入信号，因为可以形成并考虑内部参考电压，所述参考电压考虑了施加在输入侧的输入信号的期待的高度。

内部参考电压优选是小于外部工作电压。特别优选的是这样产生内部参考电压，使其除去可能的偏置(电压偏置值)之外正比于外部工作电压，即优选具有：

Ui～Uextern–Uoffset，

其中，Ui表示内部参考电压，Uextern表示外部工作电压，并且Uoffset表示可能的偏置。Uoffset例如可以等于零。

按照所述装置的一种优选的技术方案，设置所述装置具有开关元件，其依靠输入信号的高度和参考电压的高度允许或禁止电流由二进制输入端经过前置处理设备，并且二进制信号的逻辑电平取决于经过前置处理设备的电流。

例如，如果输入信号的高度和参考电压的高度之间的差值超出或者可选择地低于预先给定的最小值，则所述开关元件允许电流由二进制输入端经过前置处理设备。

以下设置也被视为优选，如果所述前置处理设备借助输入端接口与二进制输入端连接，并且借助输出端接口与开关元件连接。

所述前置处理设备优选是具有光耦合器，其在输出端侧产生二进制信号，其中二进制信号的逻辑电平取决于经过前置处理设备的电流。光耦合器能以优选的方式实现电势分离。

所述参考电压电路优选具有分压器，例如是电阻式分压器。

所述分压器例如可以具有分压器接口，在该接口上施加参考电压，并且所述分压器接口和前置处理设备的输出端接口可以与所述开关元件连接。

所述开关元件优选是晶体管或者至少也具有晶体管。该晶体管可以是双极型晶体管。所述分压器接口优选与晶体管的基极接口连接，并且所述前置处理设备的输出端接口优选与发射极接口连接。

另外，本发明涉及一种用于控制电开关的开关驱动器的方法，其中，分析施加在二进制输入端的输入侧的、借助外部工作电压产生的输入信号，并且根据施加在输入端侧的输入信号控制开关驱动器。

按照本发明就此设置了，借助外部工作电压产生内部参考电压；借助施加在二进制输入端的输入信号产生二进制信号，其逻辑电平取决于输入信号的高度和参考电压的高度；并且分析该二进制信号。

有关按照本发明的方法的优点参照以上结合按照本发明的装置的实施，因为按照本发明的方法的优点基本上符合按照本发明的装置的优点。

附图说明

以下借助实施例进一步详细解释本发明，其中示例性给出了：

图1示出了用于控制电开关的开关驱动器的装置的一种实施例；

图2示出了按照图1的装置的二进制输入端模块的一种实施例；以及

图3示出了按照图1的装置的二进制输入端模块的另一种实施例。

为了清晰起见，相同或相类似的部件在附图中使用了同样的附图标记。

具体实施方式

图1示出了一种用于控制未另外示出的电开关的开关驱动器M的装置4的实施例。所述装置4包括接口A1至A5以及优选以半导体电路构成的H型桥电路9和控制设备10以及不同的优选以半导体电路构成的控制模块11至12，该控制模块用于驱动和查询模拟的闭锁(控制模块11)和/或二进制的反馈信号(控制模块12)。

所述装置4另外包括二进制输入端模块13，该模块与所述装置4的二进制输入端6a、6b和6c连接。该二进制输入端6a、6b和6c例如通过开关S1、S2和S3加载外部工作电压，该工作电压例如可以是所述装置4的控制回路SK的控制回路电压Usk，可以是所述装置4的负载回路LK的负载回路电压Ulk，或者可以是其它预先给定的电压。以下示例性的由此出发，即所述外部工作电压是控制回路SK的控制回路电压Usk。

为了接通和断开控制回路SK的控制回路电压Usk和负载回路LK的负载回路电压Ulk设置了开关元件14或15。该开关元件14、15优选是继电器接触片，其由控制设备10间接或直接地驱动。

在开关元件14、15接通之后，例如通过辅助绕组保持(＝自身保持)所对应的开关继电器接通。通过控制设备10借助控制信号实现关断。例如当没有新的命令等候时，所述装置4在处理完最后的命令后大约1.5秒后自动关断。

为了监视H型桥电路9和开关元件14和15的电压供应，可以设置监视模块16，其与开关元件14和15连接。当存在功能故障或错误功能时，可以由监视模块16断开H型桥电路9(特别是驱动元件)的供电以及断开负载电路回路LK的开关元件14。

另外，借助所述控制设备10可以实现另外的工作功能和/或安全功能，并且可以用于控制或开关所述开关驱动器M或其它元件，如显示元件或控制元件。以下描述一些可自由编程的工作功能和/或安全功能的例子。

例如可以在到达工作设施(例如具有终端位置“隔离器接通”、“断开”、“接地接通”的三位置隔离开关)的终端位置时，制动所述开关驱动器M。在此，开关驱动器M的惯性运动时间和制动时间可以自由编程。在预先给定的制动时间和开启手动操作的流程结束之后，电动机回路被自动断开并开启手动操作。另外，所述装置在开关驱动器切换时可以被锁定在手动操作。

借助电子控制可以使被识别到的故障(例如是开关驱动器M的错误的旋转方向、开关驱动器的机械的错误功能、缺少负载电压或者没有辅助开关的反馈信号)可视化。为此可以借助控制设备10控制显示元件。根据控制的类型，显示元件可以持续或闪烁的发光。在此，为了显示不同的故障级别，可以以不同频率、例如以Tf＝0.5s或Tf＝2s的闪烁光来控制该显示元件。

进一步地，开关过程的反馈信号时间和监视时间能够自由编程。更进一步地，当开关驱动器M被截止时，可以在时间上限制电动机电流。此外，借助控制设备10可以实现对于开关驱动器M的运行和安全来说另外适合的控制功能和/或信息功能。

根据电压供应的类型(直流或交流电压)，在H型桥电路9和分别需要供应的回路(控制回路SK和负载回路LK)之间设置了所属的电压转换器17、18，特别是AC/DC或DC/DC转换器。为了所述装置4的控制回路SK和负载回路LK和内部电压回路的电隔离，例如可以应用光耦合器19。

在图1中可以看出，二进制输入端模块13具有参考电压电路50，其适合于产生与外部工作电压成正比的内部参考电压Ui。对于按照图1的该实施例，使用了控制回路电压Usk作为外部工作电压，从而将控制回路电压Usk作为外部工作电压施加在参考电压电路50上。

另外，所述二进制输入端模块13具有开关元件60，在该开关元件上施加了参考电压电路50的内部参考电压Ui。

在所述开关元件60上连接了三个前置处理设备，其在图1中通过附图标记70、71和72表示。所述三个前置处理设备70、71和72与所述装置4的三个二进制输入端6a、6b和6c连接，并且由此通过开关S1、S2和S3与控制回路电压Usk连接。

在图1中还可以看出，所述三个前置处理设备70、71和72经过二进制线路与所述装置4的控制设备10连接。

在图2中，在细节上更详细地示出了按照图1的二进制输入端模块13的第一实施例。可以看出，在二进制输入端模块13的参考电压电路50上施加了控制回路电压Usk。该参考电压电路50包括二极管51、电容52以及构成分压器接口54的分压器53。在分压器接口54降落内部参考电压Ui，该参考电压与控制回路电压Usk(当忽略在二极管51上的电压降落时)成正比。所述分压器53通过两个欧姆电阻R1和R2构成。

在参考电压电路50后面是开关元件SE，其通过双极型pnp晶体管构成。该开关元件SE借助其基极接口与参考电压电路50的分压器53的分压器接口54连接。

在图2中可以看出，在开关元件SE的发射极接口上连接了前置电阻Rv，在该前置电阻加载了控制回路电压Usk，并且构成了开关元件SE的发射极-集电极路径的电流限定。

在所述开关元件SE的发射极接口上连接了三个前置处理设备70、71和72，其例如可以以相同结构实施。因此，以下仅仅在细节上更详细地描述在图2中左边的前置处理设备70。其它两个前置处理设备71和72具有相同结构。

在图2中可以看出，所述前置处理设备70具有输入端接口70e，其与所述装置4的二进制输入端6a连接，并由此与开关S1连接。所述输入端接口70e与二极管100连接，与该二极管连接了恒定电流源105。该恒定电流源105经过光耦合器110与前置处理设备70的输出端接口70a连接。该输出端接口70a与开关元件SE的发射极接口连接。

在图2中还可以看出，所述光耦合器110构成了前置处理设备70的信号输出端70s，在该信号输出端上连接了二进制线路701，并且该信号输出端经过该二进制线路701向控制设备10传输二进制信号B70。

如前所述，另外两个前置处理设备71和72具有相同的技术方案。它们分别也具有二极管100、恒定电流源105以及光耦合器110。另外，它们分别布置了输入端接口71e或72e以及连接在开关元件SE的发射极接口上的输出端接口71a或72a。

在图2中，通过附图标记B71和B72表示由该两个前置处理设备71和72产生的二进制信号。该二进制信号B71和B72经过二进制线路711和721到达控制设备10。

现在，示例性地借助前置处理设备70在细节上更详细地解释二进制输入端模块13的工作原理：

如果如图2所示断开开关S1，则在前置处理设备70的输入端接口70e上不施加电压。在这种情况下，电流不能流过光耦合器110，从而该光耦合器110经过二进制线路701向控制设备10发送逻辑“0”作为二进制信号B70。

相反地，如果闭合开关S1，则在前置处理设备70的输入端接口70e上施加控制回路电压Usk，从而接通开关元件SE，并且光耦合器经过二进制线路701向控制设备10发送逻辑“1”作为二进制信号B70。

在此，仅当在开关元件SE的发射极-基极路径上加载了足够高的导通电压(Flussspannung)时，才考虑开关元件SE的接通。这总是在以下的情况中出现，当施加在开关元件SE的发射极上的电压Ue比施加在分压器53的分压器接口54上的内部参考电压Ui高出大约0.7V时。换言之，仅当施加在输入端接口70e上的电压信号的高度和内部参考电压Ui的高度之间的差值超出预先给定的最小值时，才出现由所述装置4的二进制输入端6a经过前置处理设备70的电流以及该开关元件SE的接通，所述最小值的计算如下：

Umin＝Ui+Ueb+U70，

其中，Umin表示最小值，Ui表示内部参考电压，Ueb表示开关元件SE的发射极-基极电压，而U70表示在前置处理设备70上的电压降。

所述二进制输入端模块13因此根据内部参考电压Ui来处理施加在二进制输入端6a、6b和6c的输入端侧的输入信号，该参考电压Ui与外部工作电压(此处是控制回路电压Usk)近似成正比，另一方面借助该参考电压构成了施加在输入端侧的输入信号。这使得二进制输入端模块13能够在相对大的电压间隔内正确处理控制回路电压：所以在图2中所示的二进制输入端模块13能够正确处理借助在20V和200V之间的外部工作电压构成的输入信号。例如，如果施加了大的外部工作电压，则对于构成二进制信号B70来说重要的内部参考电压Ui相应地高，相反地，当使用小的外部工作电压或小的控制回路电压Usk时，该内部参考电压Ui也相应地小。为构成二进制信号B70至B72所使用的内部参考电压Ui始终与为构成施加在输入端侧的输入信号而使用的外部工作电压近似成正比。

按照图2的所述装置是“高电平启动的”，这意味着，当在二进制输入端6a、6b和6c上施加正向电压时，将始终产生具有逻辑“1”的二进制信号B70、B71或B72。

图3示例性示出了一种“低电平启动的”二进制输入端模块13的实施例。这意味着，当开关S1、S2和S3断开时，即当没有电流经过相应的前置处理设备70、71和72时，将产生具有逻辑“1”的二进制信号B70、B71或B72。按照图3的结构基本上符合按照图2的结构，其中对以下的电路技术进行了改变：

(a)不是使用控制回路电压Usk的正极接口，而是使用控制回路电压Usk的负极接口作为用于三个开关S1、S2和S3的外部工作电压。

(b)在前置处理设备70、71和72中的二极管100以及光耦合器110以相反的极性连接。

(c)代替pnp晶体管使用了npn晶体管，其发射极接口经过前置电阻Rv与控制回路电压Usk的负极接口连接。

在其它方面，特别也在工作方式上，按照图3的电路符合按照图2的电路。

附图标记列表

4装置

6a-6c二进制输入端

9H型桥电路

10控制设备

11控制模块

12控制模块

13二进制输入端模块

14开关元件

15开关元件

16监视模块

17电压转换器

18电压转换器

19光耦合器

50参考电压电路

51二极管

52电容

53分压器

54分压器接口

60开关元件

70-72前置处理设备

70a-72a输出端接口

70e-72e输入端接口

701-721二进制线路

70s信号输出端

100二极管

105恒定电流源

110光耦合器

A1-A5接口

B70-B72二进制信号

LK负载回路

M开关驱动器

R1、R2欧姆电阻

Rv前置电阻

SE开关元件

SK控制回路

S1-S3开关

Ue电压

Ui参考电压

Ulk负载回路电压

Usk控制回路电压

Claims (10)

1.一种控制电开关的开关驱动器(M)的控制装置(4)，具有控制设备(10)，该控制设备适合于分析施加在所述控制装置(4)的二进制输入端(6a、6b、6c)的输入侧、借助外部工作电压(Usk)产生的输入信号，并且依据施加在输入侧的输入信号控制开关驱动器(M)，其特征在于：

-所述控制装置(4)具有参考电压电路(50)，其适合借助外部工作电压(Usk)产生内部的参考电压(Ui)；

-所述控制装置(4)具有前置处理设备(70、71、72)，其适合借助施加在二进制输入端(6a、6b、6c)的输入信号产生二进制信号(B70、B71、B72)，该二进制信号的逻辑电平取决于输入信号的高度和参考电压(Ui)的高度；并且

-所述控制装置(4)的控制设备(10)间接或直接地与所述前置处理设备(70、71、72)连接，并分析该前置处理设备(70、71、72)的二进制信号(B70、B71、B72)。

2.按照权利要求1所述的控制装置(4)，其特征在于：

-所述控制装置(4)具有开关元件(SE)，其根据输入信号的高度和参考电压(Ui)的高度允许或禁止电流由二进制输入端(6a、6b、6c)经过前置处理设备(70、71、72)；并且

-所述二进制信号(B70、B71、B72)的逻辑电平取决于经过前置处理设备(70、71、72)的电流。

3.按照权利要求2所述的控制装置(4)，其特征在于，如果输入信号的高度和参考电压(Ui)的高度之间的差值超出预先给定的最小值(Umin)，则所述开关元件(SE)允许电流由二进制输入端(6a、6b、6c)经过前置处理设备(70、71、72)。

4.按照权利要求2或3所述的控制装置(4)，其特征在于，所述前置处理设备(70、71、72)借助输入端接口(70e、71e、72e)与二进制输入端(6a、6b、6c)连接，并且借助输出端接口(70a、71a、72a)与开关元件(SE)连接。

5.按照上述权利要求1-3中任一项所述的控制装置(4)，其特征在于，所述前置处理设备(70、71、72)具有光耦合器(110)，在其输出端侧产生二进制信号(B70、B71、B72)，其中，该二进制信号(B70、B71、B72)的逻辑电平取决于经过所述前置处理设备(70、71、72)的电流。

6.按照上述权利要求1-3中任一项所述的控制装置(4)，其特征在于，所述参考电压电路(50)具有分压器(53)。

7.按照权利要求6所述的控制装置(4)，其特征在于，所述分压器(53)具有分压器接口(54)，在该接口上施加参考电压(Ui)，并且所述分压器接口(54)和前置处理设备(70、71、72)的输出端接口(70a、71a、72a)与所述开关元件(SE)连接。

8.按照权利要求7所述的控制装置(4)，其特征在于，所述开关元件(SE)是晶体管或者具有晶体管。

9.按照权利要求8所述的控制装置(4)，其特征在于，所述晶体管是双极型晶体管，并且所述分压器接口(54)与晶体管的基极接口连接，并且所述前置处理设备(70、71、72)的输出端接口(70a、71a、72a)与发射极接口连接。

10.一种控制电开关的开关驱动器(M)的方法，其中，分析施加在二进制输入端(6a、6b、6c)的输入侧的、借助外部工作电压(Usk)产生的输入信号，并且根据施加在输入端侧的输入信号控制开关驱动器(M)，其特征在于：

-借助外部工作电压(Usk)产生内部的参考电压(Ui)；

-借助施加在二进制输入端(6a、6b、6c)的输入信号产生二进制信号(B70、B71、B72)，其逻辑电平取决于输入信号的高度和参考电压(Ui)的高度；并且

-分析该二进制信号(B70、B71、B72)。