CN107408476B - 电子调节的接触器的构件减少的快速关断 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种接触器(10)，尤其接触器或者继电器，其包括：a)线圈(5)，在所述接触器(10)的活跃的状态(I)中电流流过所述线圈，b)控制单元(2)，其被设置为用于控制所述接触器(10)，和c)变压器(1)，其中，d)将所述变压器设置为(1)在活跃的状态中用于将输入电压(UE)转化成经过所述线圈(5)下降的线圈电压(U5)，并且e)利用所述控制单元(2)从非活跃的状态(II)可电切换到所述活跃的状态(I)中并且返回。本发明还涉及用于接触器的快速关断的方法。

Description

电子调节的接触器的构件减少的快速关断
技术领域
本发明涉及一种接触器，其包括线圈，在接触器的活跃的状态中电流流过该线圈。本发明还涉及一种用于接触器的快速关断的方法。
背景技术
接触器被用于接通电负载，例如马达、照明系统、制造设备等，优选当有待接通大的电负载时。通常它们具有电磁作用的开关装置(线圈)和/或半导体开关。
公开文件DE 43 44 126 A1公开了一种此类接触器的电子的快速关断。该接触器包括能够断开的续流回路和电压抑制二极管。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种接触器，其中，简化了快速关断的功能，并且减小了相对于所述现有技术的构件花费，从而所述接触器还能够低成本地制造，并且占据了尤其在印刷电路板上的很小的空间需求。
为此提供一种接触器或者继电器。该接触器包括：
a)线圈，其在所述接触器的活跃的状态中电流流过，
b)控制单元，将其设置为用于控制所述接触器，和
c)变压器，尤其电源适配器(Netzteil)。
所述接触器的特征在于，所述变压器被设置为在活跃的状态中用于将输入电压转化成在活跃的状态中经过所述线圈下降的线圈电压，并且利用所述控制单元从非活跃的状态能够电切换到所述活跃的状态中并且返回。
由此，所述经过所述线圈下降的线圈电压利用所述控制单元可直接接通和再次关断。
在此尤其优选的是，所述接触器通过将所述变压器从非活跃的状态激活到所述活跃的状态中来接通，并且通过将所述变压器从活跃的状态去激活到非活跃的状态中来断开。
为了激活/接通以及为了去激活/关断所述接触器，因此使用本来就必要的变压器以及本来就对于其控制必要的控制单元。构件花费以及所述接触器的成本和位置需求因此就较小。
所述接触器优选包括一种开关装置。优选地，所述开关装置包括所述线圈以及接触器触点。所述接触器触点在所述接触器的活跃的状态中优选由所述线圈吸引。于是它被接通。在所述接触器的非活跃的状态中，它优选被断开。因此利用线圈电磁地操纵所述接触器触点。
接触器触点的激活在下文中称为所述线圈的吸引。接触器触点的去激活在下文中称为所述线圈的解除。优选的是，在少于50ms的时间段中去激活所述接触器触点，尤其优选地在大约20ms中。
为此，所述控制单元必须优选地包括中央的控制器件，例如微控制器或者微处理器。所述控制器件负责用于在接触器的活跃的状态中控制吸引过程和保持过程，以及负责用于控制从所述接触器的活跃的状态到非活跃的状态中的关断过程。所述关断过程在这里也称为快速关断。它借助于所述控制单元经过变压器来控制。
为了调节吸引过程，所述接触器优选包括电流调节器，尤其线性调节器或者开关调节器，设置该电流调节器用于调节流过所述线圈的线圈电流的电流强度。在此优选的是，所述控制单元控制所述电流调节器。尤其优选地，所述控制单元如此控制所述电流调节器，使得紧接在将所述接触器从非活跃的状态激活到活跃的状态之后的流过所述线圈的线圈电流大于当所述线圈被吸引并且所述接触器在保持过程中时流动的保持电流。较大的线圈电流对于吸引所述线圈是必要的并且在下文中称为吸引电流。为了保持所述线圈，所述线圈电流的必要的电流强度较小。在保持所述线圈时流动的线圈电流在下文中称为保持电流。所述保持电流借助于变压器来生成。
在接触器的一个优选的实施方式中，该接触器还包括限定电压的构件。所述限定电压的构件在活跃的状态中优选被短路。由此在活跃的状态中所述在变压器的输出侧下降的线圈电压经过所述线圈下降。优选地，将限定电压的构件用于接触器的快速关断。为此优选的是，消耗电压通过所述限定电压的构件紧接在其从活跃的状态去激活到非活跃的状态中之后下降。
为了短路所述限定电压的构件，优选的是，所述接触器包括电开关，该电开关在活跃的状态中接通并且在非活跃的状态中断开。所述电开关在一个优选的实施方式中是晶体管，例如双极晶体管、场效应晶体管或者IGBT(绝缘栅双极晶体管)。
所述限定电压的构件优选是电阻、压敏电阻或者二极管。作为二极管优选是齐纳二极管或者抑制二极管。
尤其优选地，所述变压器包括二极管，该二极管在将所述接触器从活跃的状态切换回到非活跃的状态中之后用作用于所述线圈的续流二极管。通过使用所述变压器的二极管，能够节省用作续流二极管的另外的二极管，使得进一步减小了所述构件花费。所述二极管也在吸引过程期间用作续流二极管，尤其在构造为开关调节器的电流调节器中。
在此优选的是，所述限定电压的构件和所述二极管被布置为在将所述接触器从活跃的状态切换回到非活跃的状态中之后与所述线圈串联。由此，存储在所述线圈中的能量在将所述接触器从活跃的状态切换回到非活跃的状态中之后经过所述限定电压的构件和二极管流出。
所述变压器优选是直流电压转换器(DC/DC转换器，直流电压网，尤其优选是直流电压网。在使用整流器(其连接在直流电压转换器的前面)时所述接触器却也可联接至交变电压(AC/DC转换器，交变电压网)。
所述目的还利用一种用于快速关断接触器、尤其此类接触器的方法得以实现，在该接触器中，彼此相继地
·去激活控制单元、变压器，使得中断流过线圈的线圈电流，
·断开电开关，并且
·在所述线圈下降的线圈电压通过限定电压的构件以及通过变压器的二极管释放。
在释放经过所述线圈下降的线圈电压时，消减存储在所述线圈中的能量。
所述接触器的关断/去激活因此仅要求关断所述变压器。然而所述方法通过充分利用限定电压的构件和变压器的二极管保证了所述接触器的必要的很快的关断。优选地，所述接触器的接触器触点在去激活所述变压器之后在少于50ms中被去激活。
在此，使用对于所述接触器本来就必要的控制单元以及本来就必要的变压器。为此，所述接触器具有三个构件，即连接在电子的开关前面的电阻、用于短路所述限定电压的构件的电子的开关，和所述限定电压的构件。对于(快速)关断所述接触器必要的构件花费因此总体上很小。由此为了制造所述接触器而产生的成本较小并且尤其在印刷电路板上的对于所述接触器必要的空间需求较小。
附图说明
以下借助于附图来说明本发明。附图仅是示例性的并且不限定一般的发明构思。
图1a、b和2a、b各示出了根据本发明的接触器的一个实施方式，并且具体而言在(a)中为相应的活跃的状态中，并且在(b)中为相应的非活跃的状态中，并且
图1c示出了根据本发明的接触器的另一个实施方式。
具体实施方式
图1示出了在(a)中的在活跃的状态I中的根据本发明的接触器10。
所述接触器10例如被用于接通和用于关断优选大的电负荷(未示出)。为此，它包括电磁起作用的开关装置51，该开关装置包括线圈5。在所述接触器10的活跃的状态I中，利用所述线圈5电磁地操纵接触器触点50。在此，所述开关装置50能够不仅构造为开启装置也构造为关闭装置。例如图1(a)和(b)示出了构造为关闭装置的开关装置51。
接触器触点50的激活(其中，该接触器触点要么断开要么闭合)在这里称为线圈5的吸引。接触器触点50的去激活(其中，该接触器触点被切换回)在这里称为线圈5的解除。所述接触器触点50的去激活在将所述接触器10从活跃的状态I切换到非活跃的状态II中之后进行。在此，所述接触器触点50在少于50ms中被去激活。
所述接触器10包括控制单元2，该控制单元被设置用于控制所述接触器10。此外它包括线圈5。在活跃的状态I中电流流过该线圈。
此外所述接触器10包括变压器1，该变压器与所述线圈5在活跃的状态I中并联。所述变压器1在活跃的状态I中将输入电压UE转化成经过所述线圈5下降的线圈电压U5。相反，在所述接触器10的非活跃的状态II中，将所述变压器1的二极管3用作续流二极管，使得存储在所述线圈5中的能量能够经过所述变压器1的二极管3流出。
为此，所述接触器10还包括限定电压的构件7，例如电阻、压敏电阻或者二极管。在非活跃的状态II中，所述限定电压的构件7和变压器1的二极管3与所述线圈5串联。所述限定电压的构件7因此在非活跃的状态II中在连接所述线圈5和所述变压器1的第一连接线路L511中布置。
相反，在活跃的状态I中，它被短路。为此，所述接触器10包括电开关6。所述电开关6例如构造为双极晶体管，场效应晶体管或者IGBT。它在活跃的状态I中接通并且在非活跃的状态II中断开。所述限定电压的构件7与电开关6为此并联。因此所述限定电压的构件7的电触头之一(未绘出)在电开关6的发射极接头E处联接，并且所述限定电压的构件7的另一个电触头(未绘出)在所述电开关6的集电极接头C处联接。所述电开关6的基极接头B经由电阻4被布置在连接所述线圈5和所述变压器1的第二连接线路L512中。在活跃的状态I中，控制电流I4流过所述电开关6，使得该电开关接通并且短路所述限定电压的构件7。相反，在非活跃的状态II中，断开控制电流I4，使得电开关6断开。
此装置实现的是，所述接触器10通过去激活所述变压器1可去激活。因为所述变压器1的输出电压UA提供了用于接通所述电开关6的开关电压U6。
所述变压器1的去激活借助于所述控制单元2进行。将所述控制单元2设置为用于激活所述变压器1。
为了激活和去激活所述接触器10，在此因此仅激活或者去激活所述变压器1。所述控制单元2为此借助第一控制信号IS1控制所述变压器1。
为了控制流过所述线圈5的电流I5的电流强度，所述接触器10还包括电流调节器8。所述电流调节器8例如构造为线性调节器或者开关调节器。在此例如示出了一种构造为开关调节器的电流调节器8，该电流调节器借助于脉冲宽度调制控制所述电流I5的电流强度。为此，它包括电调节开关80，其中，所述控制单元2借助于第二控制信号IS2控制所述调节开关80的断开和闭合。由此在吸引过程期间在紧接在激活所述接触器10之后的流过所述线圈5的电流I5比在保持过程期间在所述线圈5已经被吸引时的电流大。
在所示的实施方式中，所述变压器1是直流电压网。接触器10在此却例如还包括整流器9，经过该整流器将它联接至例如供应电压网的交变电压UN。
图1和2的不同之处在于电开关6，该电开关在图1中构造为npn晶体管，并且在图2中构造为pnp晶体管。在此，图1(a)和2(a)分别示出了活跃的状态I。在活跃的状态I中，所述限定电压的构件7经过接通的电开关6短路，使得所述变压器1的输出电压UA经过所述线圈5下降并且吸引此线圈。
图1(b)和2(b)相反地示出了非活跃的状态II。在所述非活跃的状态中，断开所述电开关6，使得所述线圈5解除并且经过所述限定电压的构件7释放。
在图1(a)、(b)和2(a)、(b)中将所述电调节开关80分别构造为p-MOS-晶体管。所述电调节开关80当然也可通过pnp晶体管替换。
图1(c)相反地示出了在非活跃的状态中的图1(a)和(b)的具有构造为n-MOS-晶体管的电调节开关80的接触器10。同样在此，所述n-MOS-晶体管可通过npn晶体管替换。
以类似的方式，图2的接触器10也可利用构造为npn-或者n-MOS-晶体管或者利用构造为pnp-或者p-MOS-晶体管的调节开关80来制造。
附图标记清单
1 变压器，DC/DC转换器
2 微控制器，微处理器
3 续流二极管，齐纳二极管
4 电阻
5 线圈
50 接触器触点
51 开关装置
6 电开关
7 限定电压的构件
8 电流调节器，线性调节器，开关调节器
80 调节开关，调节晶体管
9 整流器
10 接触器
A1、A2 电联接触头
S 源极
E 发射极
D 漏极
UN 供应网电压
UE 变压器的输入电压
UA 变压器的输出电压
U3 二极管电压
U5 线圈电压
U6 电开关的开关电压
U7 限定电压
IE 输入电流
I4 控制电流
I5 线圈电流
I6 晶体管电流
I7 限定电流
IS1 用于变压器的控制电流
IS2 用于线性调节或者PWM调节的控制电流
I 活跃的状态
II 非活跃的状态
L511 第一连接线路
L512 第二连接线路

Claims (20)

1.一种接触器(10)，其包括：
a)线圈(5)，在所述接触器(10)的活跃的状态(I)中电流流过所述线圈，
b)控制单元(2)，所述控制单元被设置用于控制所述接触器(10)，和
c)变压器(1)，其中，
d)所述变压器(1)被设置为在活跃的状态(I)中用于将输入电压(UE)转化成经过所述线圈(5)下降的线圈电压(U5)，并且
e)利用所述控制单元(2)从非活跃的状态(II)能够电切换到所述活跃的状态(I)中并且返回，
其特征在于，
所述接触器(10)通过将所述变压器(1)从非活跃的状态(II)激活到所述活跃的状态(I)中来接通，并且通过将所述变压器(1)从活跃的状态(I)去激活到非活跃的状态(II)中来断开。
2.按照权利要求1所述的接触器(10)，其特征在于，所述接触器(10)包括接触器触点(50)，所述接触器触点在所述接触器(10)的活跃的状态(I)中由所述线圈(5)吸引并且接通，并且在所述接触器(10)的非活跃的状态(II)中断开。
3.按照前述权利要求中任一项所述的接触器(10)，其特征在于，所述控制单元(2)包括控制器件。
4.按照权利要求3所述的接触器(10)，其特征在于，所述控制器件为微控制器或者微处理器。
5.按照权利要求1所述的接触器(10)，其特征在于，为了控制线圈电流(I5)的电流强度，所述接触器包括电流调节器(8)。
6.按照权利要求5所述的接触器(10)，其特征在于，所述电流调节器(8)为线性调节器或者开关调节器。
7.按照权利要求5所述的接触器(10)，其特征在于，所述控制单元(2)具有电流调节器(8)。
8.按照权利要求1所述的接触器(10)，其特征在于，所述接触器包括限定电压的构件(7)，该限定电压的构件在活跃的状态(I)中被短路，其中，为了快速关断所述接触器(10)，在该接触器从活跃的状态(I)去激活到非活跃的状态(II)中之后，经过所述限定电压的构件(7)下降消耗电压(U7)。
9.按照权利要求8所述的接触器(10)，其特征在于，所述限定电压的构件(7)是电阻或者二极管。
10.按照权利要求9所述的接触器(10)，其特征在于，所述二极管是齐纳二极管或者抑制二极管。
11.按照权利要求8所述的接触器(10)，其特征在于，所述限定电压的构件(7)是压敏电阻。
12.按照权利要求1所述的接触器(10)，其特征在于，所述变压器(1)包括二极管(3)，所述二极管在将所述接触器(10)从活跃的状态(I)切换回到非活跃的状态(II)中之后用作所述线圈(5)的续流二极管。
13.按照权利要求8所述的接触器(10)，其特征在于，所述变压器(1)包括二极管(3)，所述二极管在将所述接触器(10)从活跃的状态(I)切换回到非活跃的状态(II)中之后用作所述线圈(5)的续流二极管。
14.按照权利要求13所述的接触器(10)，其特征在于，所述限定电压的构件(7)和所述二极管(3)被布置为在将所述接触器(10)从活跃的状态(I)切换回到非活跃的状态(II)中之后与所述线圈(5)串联。
15.按照权利要求1所述的接触器(10)，其特征在于，所述变压器(1)是直流变压器。
16.按照权利要求8-11中任一项所述的接触器(10)，其特征在于，为了短路所述限定电压的构件(7)，所述接触器包括电开关(6)，所述电开关在活跃的状态(I)中接通并且在非活跃的状态(II)中断开。
17.按照权利要求16所述的接触器(10)，其特征在于，所述电开关(6)是晶体管。
18.按照权利要求17所述的接触器(10)，其特征在于，所述电开关(6)是双极晶体管或者场效应晶体管。
19.一种用于快速关断按照前述权利要求中任一项所述的接触器(10)的方法，在其中，彼此相继地：
·控制单元(2)将变压器(1)在电力上从活跃的状态(I)去激活到非活跃的状态(II)中，从而中断流过线圈(5)的线圈电流(I5)，并且
·断开电开关(6)，
其特征在于，
·限定电压的构件(7)和二极管(3)在所述非活跃的状态(II)中与所述线圈(5)串联，并且在所述线圈(5)下降的线圈电压(U5)通过所述限定电压的构件(7)以及通过所述变压器(1)的所述二极管(3)释放。
20.按照权利要求19所述的方法，其特征在于，在去激活所述变压器(1)之后在少于50ms中去激活所述接触器(10)的接触器触点(50)。
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