CN1099684C

CN1099684C - 电磁驱动装置

Info

Publication number: CN1099684C
Application number: CN97115445A
Authority: CN
Inventors: 村田之广; 秋成芳范
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1996-07-31
Filing date: 1997-07-22
Publication date: 2003-01-22
Anticipated expiration: 2017-07-22
Also published as: KR980011561A; US5953198A; CN1173722A; EP0827170A2; EP0827170A3; DE69731438T2; HK1008259A1; KR100279918B1; DE69731438D1; EP0827170B1

Abstract

一种电磁驱动装置，包括：与电磁铁的线圈串联的切换元件；在预定周期产生脉冲信号的脉冲信号产生器；再生电路；以及延迟电路。所述再生电路从开关部分和切换元件都处于接通状态转换成开关部分为接通而切换元件切断时让一再生电流流通，而当开关部分和切换元件都为切断时使功率吸收元件立即减少再生电流，所述延迟电路在施加的电源电压停止后的一段时间内维持开关部分接通。

Description

电磁驱动装置

技术领域

本发明涉及一驱动继电器的电磁驱动装置，该继电器用来控制供给负载(如电动汽车)的电力的通断切换。

背景技术

现有技术将参照图8到图17来说明。图8是说明常规技术中电磁驱动装置构造的电路图。图9(A)-(D)是该电磁驱动装置的时间波形图。其中(A)表示一开关的通状态，(B)表示一脉冲信号的状态，(C)表示流过一线圈的电流的状态，以及(D)表示一接点的状态。图10(A)-(D)是该电磁驱动装置的时间波形图，其中(A)表示在一工作过程中开关的状态从通状态切换到断状态，(B)表示脉冲信号的状态，(C)表示流过线圈的电流的状态，以及(D)表示接点的状态。图11是说明一常规电磁驱动装置的组成电路图。图12(A)-(E)是该电磁驱动系统的时间波形图，其中(A)表示在工作过程中开关的状态从通状态切换到断状态，(B)表示脉冲信号的状态，(C)表示一第二晶体管的状态，(D)表示流过线圈的电流的状态，以及(E)表示接点的状态。图13(A)-(F)是该电磁驱动装置的时间波形图，其中(A)表示在工作过程中开关的状态从通状态变到断状态并再次变到通状态，(B)表示脉冲信号的状态，(C)表示第二晶体管的状态，(D)表示流过线圈的电流的状态，以及(E)和(F)表示接点的状态。图14是说明另一与图8有关的常规技术的电磁驱动装置的组成电路图。

图15(A)-(C)是电磁驱动装置的时间波形图，其中(A)表示开关的一通状态，(B)表示流过一线圈的电流的状态，以及(C)表示一接点的状态。图16是说明另一与图11有关的常规技术的电磁驱动装置结构的电路图，图17(A)-(C)是该电磁驱动装置的时间波形图，其中(A)表示一开关的通状态，(B)表示流过一线圈的电流的状态，以及(C)表示一接点的状态。

电磁驱动装置早已被用于电动汽车或工业设备中，在该处由一继电器内的电磁铁驱动一用来关闭或打开一接点的插棒以控制供给负载的电力的通断切换。

这类常规电磁驱动装置的第一个例子示于图8。这个电磁驱动装置是为一继电器关闭或打开其接点U而配置的。电磁驱动装置包括：一场效应晶体管A，与电磁铁的线圈X串联连接、并作为开关元件；一脉冲信号产生电路B，产生脉冲信号用以在预定周期驱动并导通晶体管A；以及一再生电路D，该电路由用作电力吸收元件的二极管C组成，并与线圈X并联连接使得当场效应管A处在断开状态时让再生电流流通。特别，在电源Y和线圈X之间配备有一开关Z。

其次，将说明上述电磁驱动装置的工作过程。如图9(A)所示，当开关Z处在接通状态时，从电源Y加一电压至线圈X，让电流流过线圈X。结果，线圈X被励磁。晶体管A在预定周期由来自脉冲信号产生电路B的脉冲信号(图9(B))驱动下导通而产生通断切换(或所谓的斩波工作)其结果使流过线圈X的电流大体上保持恒定(如图9(C)所示)。当晶体管A处在接通状态时，一电流流入线圈X，因而线圈X被励磁。于是，如图9(D)所示，接点被接通或者被维持于接通状态，一电流从电源V流入负载W。当晶体管A关闭时，流过线圈X的电流以线圈X中形成的反电动势作为电源通过流过二极管C而再生。于是，即使晶体管A处在断开状态，线圈X仍被励磁，因而接通接点C或者维持接点U在接通状态(如图9(D)所示)。结果，电流从电源V流到负载W。

与之相反，当开关Z在图10(A)的T1时刻被断开时，流过线圈X的电流如图10(C)所示逐渐减少。与此同时，电磁铁的吸力也逐渐减小。当电流减少到低于图10(C)所示的某一预定值I1时，接点U在略微延迟后(例如从T1时刻起10msec)在图10D的T2时刻打开，于是切断了从电源V流入负载W的电流。

另一常规电磁驱动装置按图14和图15(A)到(C)来说明。在图14中，和图8常规技术的各元件具有大体相同特性的各元件标以相同的字母，只是省略了脉冲信号产生电路。

图14装置的工作是当电压加到线圈X时有一直流电流流过而没有再生存在。如果电源Y切断，则有一再生电流流过再生二极管D。如图15(A)到(C)所示，接点U的关闭时间距T1后10msec。

同类常规电磁驱动装置的第二个例子示于图11。这个电磁驱动装置是为关闭或打开一继电器的接点U而设置的。该电磁驱动装置包括：一与电磁铁的线圈X串联连接的第一场效应晶体管A；一产生脉冲信号用以在预定周期驱动并导通晶体管A的脉冲信号产生电路B；一包括与两个互相并联的第二晶体管E和齐纳二极管F串联的二极管C的再生电路D，它与线圈X并联连接使得在场效应管A处于断开状态时允许一再生电流流动；以及一控制第二晶体管E通断切换的第三晶体管G。特别，在电源Y和线圈X之间配置有开关Z。

其次，将说明上述电磁驱动装置的工作过程。与第一个常规例子类似，当开关Z处于接通状态，从电源Y加一电压到线圈X，让一电流流过线圈X。结果，该线圈被励磁。与第一个常规例子一样，由于斩波工作的结果，流过线圈X的电流维持恒定。当晶体管处于断开状态时，流过线圈X的电流以线圈中形成的反电动势作为电源通过流过再生电路D的电流而再生。因此，当开关Z处于接通状态时，线圈X被励磁，从而接通接点U。结果，电流从电源V流到负载W。

当开关Z在图12(A)的T3时刻切断时，脉冲信号产生电路B的工作停止(如图12(B)所示)，从而使第一晶体管A关闭。另外，如果开关Z切断，第三晶体管G也关闭，进而使第二晶体管E关闭(如图12(C)所示)。此时，存储在线圈X内的能量产生一电流流过组成再生电路D的齐纳二极管F和二极管C。当开关Z切断时，齐纳二极管F很快地消耗存储在线圈X内的能量，因此由反电动势形成的流过线圈X的电流如图12(D)所示立即减少。因此，当开关Z切断时，流过线圈X的电流立即减少，这样接点U在图12(E)的T4时刻立即断开。结果，从电源V流到负载W的电流被中断。时刻T3和T4之间的间隔(例如0.5msec)比第一个常规例子中时刻T1和T2之间的间隔短。所以，第二个常规例子在切断速度方面比第一个常规例子有所改进。

另一个常规电磁驱动装置将按图16和17(A)到(C)进行说明。在图16中，除了省略了脉冲信号产生电路外，其他与图11所示常规技术的各元件具有相同性能的各元件标以同样的字母。

图16装置的工作是当电压加于线圈X时，有一直流电流过而无再生存在。如果电源Y切断，一再生电流流过再生二极管D和齐纳二极管F。如图15(A)到(C)所示，接点U切断的时间比时刻T1后0.5msec。

在上述第一个常规例子的电磁驱动装置中，当开关Z切断时，流过线圈X的电流以线圈X中形成的反电动势作为电源通过流过二极管D而再生。然而，该电流并不非常迅速地减小，因此通过二极管C继续流过线圈X一段时间。结果，电磁铁维持在接通状态，它可能造成延迟断开继电器接点的危险。更具体说，流过线圈X的电流缓和地减小，而电磁铁的吸力也缓和地减小。因此，继电器的接点的切断速度是低的，从而导致低的切断能力。对于这种低断开速度的情况，即使在由于负载W电路内发生短路需要立即断开接点的情况下，由于接点一时不断开，存在着危险状态的风险。更具体说，例如，在电动汽车发生事故或者工业设备有事故的情况下，短路将造成危险状态，除非作为电源的马达电路内的继电器立即断开。

在第二个常规例子的电磁驱动装置中，当开关Z切断时，齐纳二极管F立即消耗存储在线圈X内的能量，由反电动势产生的流过线圈X的电流立即减小。因此，电磁铁能立即断开。换句话说，流过线圈X的电流立即减少，而电磁铁的吸力也立即减小。因而，继电器接点的切断速度改进了，从而导致切断能力的改善。

然而，在这个电磁驱动装置中，采用接触开关或半导体开关作为开关Z以控制电源电压的通断切换。在接触开关场合下，由于物理的震动存在瞬时误切断开关的风险。另外，在半导体开关场合下，由于外部噪声或者用以启动开关的信号所引起的误操作，存在瞬时的误切断开关的风险。更具体说，在这种电磁驱动装置用于电动汽车等的场合下，如果开关Z是一接触开关，驾驶电动汽车造成的震动会瞬时断开接点。另外，在开关Z是一半导体开关的场合下，伴随电动汽车的驾驶外部环境中的变化所造成的噪声会瞬时切断开关。

如上所述，即使无意地切断开关Z，也存在着立即误切断电磁铁的危险，从而导致继电器接点的不正常工作。

更具体说，如图13(A)到13(C)所示，即使在由于某些原因开关Z无意地在时刻T5被切断，并且在开关Z切断后立即在时刻T7(例如T5后1msec)重新接通的情况下，流过线圈X的电流也会如图13(D)所示立即减小。如图13(E)所示，接点U在时刻T5和T7之间的时刻T6断开(例如T5后0.5msec)。

在维持接点U处于接通状态的电流设置成大于闭合该接点U所需的电流的场合下，如果大于预定值I1的接通电源所需的电流重新流过，则如图13(E)所示，接点U接通。反之，如果闭合接点U所需的电流大于维持接点U处于接通状态的电流，则图13(D)所示的电流流过不能使接点U闭合。结果，如图13(F)所示在时刻T6以后接点U继续保持在切断状态。

发明内容

本发明是根据背景技术中的上述缺点设想出的，本发明的目的是提供一电磁驱动装置，它能在所需时刻立即切断一电磁铁并且即使电源供电有瞬时中断也能防止该电磁铁误切断。

为了解决上述缺点，按照本发明，一电磁驱动装置包括有：一具有线圈的电磁铁；一与电磁铁的线圈串联连接的切换元件，用于接通或切断对线圈提供的电流；一脉冲信号产生电路，它的一端连接到切换元件，用于按预定周期产生一脉冲信号用以控制切换元件的接通或切断；一再生电路，它与电磁铁的线圈并联，用于当施加于电磁驱动装置的电压停止时让再生电流流通，而当施加于电磁驱动装置的电压停止以后经预定时间间隔后使再生电流衰减；以及一延迟电路，其一端连接到电磁铁的线圈，另一端连接到再生电路，用于在施加的电源电压将开关部分接通并在施加电压停止后的一预定时间内使开关部分维持于接通状态。

按照本发明，在电磁驱动装置中，该再生电路包括相互并联的开关部分和功率吸收元件，并且由开关部分和功率吸收元件组成的并联电路与一二极管串联；当开关部分和切换元件从接通状态变成为开关部分为接通而切换元件为切断时，则再生电路让再生电流流向线圈，而当开关部分和切换元件都为切断时，则再生电路使功率吸收元件立即减少流过电磁铁的线圈的再生电流。

按照本发明，在一电磁驱动装置中，再生电路中的开关部分包括：与功率吸收元件并联连接的一晶体管；连接在该晶体管的基极与集电极之间的光敏晶体管；以及发光以控制光敏晶体管的通断切换的发光二极管。

按照本发明，一电磁驱动装置包括：一延迟电路，该延迟电路含有一电容器，它在施加电源电压期间能被充电而在施加电源电压停止后一段预定时间内向开关部分放电；以及与该电容器并联连接的一齐纳二极管。

按照本发明，该延迟电路还包括：一电源电压检测电路，其一端连接到电源，另一端分别连接到脉冲信号产生电路和延迟电路，它在电源电压高于一预定值时为电容器施加一给定的充电电压，而如果电源电压低于一预定电压则不为电容器施加电压。

按照本发明，一电磁驱动装置包括：一输出基准电压的基准电压电路；以及一比较器，该比较器将该基准电压与电容器上的电压作比较并输出一控制信号以控制该开关部分的通断切换。

附图说明

图1是说明本发明的第一个实施例的电路图；

图2(A)-(E)是本发明的电磁驱动装置的时间波形图，其中(A)表示在工作过程其中一开关从接通状态改变到断开状态，(B)表示一脉冲信号的状态，(C)表示一第二晶体管的状态，(D)表示通过线圈的电流的状态，以及(E)表示一接点的状态；

图3(A)-(E)是本发明电磁驱动装置的时间波形图，其中(A)表示在工作过程中该开关状态从接通状态改变到断开状态又再次变到接通状态，(B)表示该脉冲信号的状态，(C)表示该第二晶体管的状态，(D)表示流过线圈的电流的状态，以及(E)表示该接点的状态；

图4是说明按照本发明的第二个实施例的电磁驱动装置组成的电路图；

图5是说明按照本发明的第三个实施例的电磁驱动装置组成的电路图；

图6说明按照本发明的一变型的电磁驱动装置组成的电路图；

图7是说明按照本发明一变型的电磁驱动装置组成的电路图；

图8是说明现有技术中电磁驱动装置组成的电路图；

图9(A)-(D)是现有技术电磁驱动装置的时间波形图，其中(A)表示一开关的接通状态，(B)表示一脉冲信号的状态，(C)表示流过一线圈的电流的状态，以及(D)表示一接点的状态；

图10(A)-(D)是该电磁驱动装置的时间波形图，其中(A)表示在一工作过程中该开关状态从接通状态切换到断开状态，(B)表示该脉冲信号的状态，(C)表示流过该线圈的电流的状态，以及(D)表示该接点的状态；

图11是说明一常规电磁驱动装置构成的电路图；

图12(A)-(E)是该现有技术电磁驱动系统的时间波形图，其中(A)表示在工作过程中该开关的状态从接通状态改变到断开状态，(B)表示该脉冲信号的状态，(C)表示一第二晶体管的状态，(D)表示流过线圈的电流的状态，以及(E)表示该接点的状态；

图13(A)-(F)是该现有技术电磁驱动装置的时间波形图，其中(A)表示在工作过程中该开关的状态从接通状态改变到断开状态而又再次改变到接通状态，(B)代表该脉冲信号的状态，(C)表示该第二晶体管的状态，(D)表示流过该线圈的电流的状态，以及(E)和(F)表示接点的状态；

图14是说明另一常规电磁驱动装置的电路图；

图15(A)到(C)是该另一常规电磁驱动装置的时间波形图；

图16是说明又一常规电磁驱动装置的电路图；

图17(A)到(C)是该又一常规电磁驱动装置的时间波形图；

图18到21是说明本发明变更实施例的电路图；

图22是具有定时器电路的本发明的电路图；

图23和24是本发明另外两个变更实施例的电路图；

图25(A)-(D)和26(A)-(D)是本发明另两个变更实施例的时间波形图。

优选实施例的详细说明

具体实施方式

第一实施例

按照本发明的第一实施例的电磁驱动装置将参照图1到图3说明。

图1是说明一电磁驱动装置组成的电路图，而图2(A)-(E)是该电磁驱动装置的时间波形图，其中(A)表示在工作过程中一开关的状态从接通状态改变到断开状态，(B)表示一脉冲信号(切换元件内栅极和源极间的电压)的状态，(C)表示一第二晶体管的状态，(D)表示流过一线圈的电流的状态，以及(E)表示一接点的状态。图3(A)-(E)是该电磁驱动装置的时间波形图，其中(A)表示在工作过程中该开关的状态从接通状态改变到断开状态而又再次变到接通状态，(B)表示该脉冲信号(切换元件内栅极和源极间的电压)的状态，(C)表示该第二晶体管的状态，(D)表示流过该线圈的电流的状态，以及(E)表示该接点的状态。

本电磁驱动系统是为一继电器通断其接点U而设置的。

标号1代表一第一场效应晶体管(一切换元件)，它与一加有电源2的电源电压Vin的电磁铁的线圈3串联连接。此第一场效应晶体管可以控制电源2为线圈3提供的电流的通断切换。

标号4代表一再生电路，该再生电路包括一与开关部分24和作为功率吸收元件的第一齐纳二极管所组成的并联电路串联连接的二极管7。

开关部分24包括一光耦合器8和一第二晶体管5。光耦合器8是由一发光二极管9和一光敏晶体管10组成的，该光敏晶体管10的切换工作是由发光二极管9所发出的光控制的。

更具体地说，二极管7的阳极与第一齐纳二极管6的阳极相连也和第二晶体管5的发射极相连。再生电路4和线圈3并联连接。发光二极管9的阳极和延迟电路11的放电电阻13的一端相连，延迟电路将在以后说明。发光二极管9的阴极接地。光敏晶体管10的发射极连到第二晶体管5的基极，而其集电极连到第二晶体管5的集电极。第二晶体管的集电极还连到第一齐纳二极管6的阴极。

标号11代表一延迟电路，该延迟电路包括有一充电电阻12，放电电阻13，第二齐纳二极管14，以及一电容器15。更具体地说，充电电阻12的一端连到线圈3，而另一端连到放电电阻13的另一端。第二齐纳二极管14的阴极连到充电电阻12以及放电电阻13的另一端。第二齐纳二极管14的阳极接地。电容器15的一端接地，而另一端连到第二齐纳二极管14的阴极。总之，电容器15与第二齐纳二极管14并联连接。

标号16代表一脉冲信号产生电路，该电路靠来自电源2的电源电压Vin工作并连接到第一晶体管1的栅极。如图2(B)和3(B)所示，该脉冲信号产生电路16在预定周期产生一脉冲信号以驱动和接通第一晶体管1。

标号17代表一开关，它由一接触开关或者一半导体开关组成，用来通断切换从电源2施加给线圈3、延迟电路11、以脉冲信号产生电路16的电源电压Vin。

其次，来说明具有上述电路构造的电磁驱动装置的工作过程。当开关17接通时，从电源2分别施加电源电压Vin给线圈3、延迟电路11、以及脉冲信号产生电路16。在一开始，脉冲信号产生电路16增加其占空比以便增加励磁电流，这样驱动力增加以瞬间接通接点U。一旦接点已被接通，只需要小量的励磁电流来保持接点U处于接通状态。于是，脉冲信号产生电路1 6减小其占空比以便节省能量。起始线圈励磁电流总是大于预定的电流I1(断开电流)。

延迟电路11的电容器15通过充电电阻12被充电直到电容器15两端的电压等于第二齐纳二极管14的齐纳电压。如果电容器15上的电压在其充电过程中变得大于发光二极管9的工作电压，则发光二极管9发光。光敏晶体管10由这样发出的光接通，它进而又将第二晶体管5接通。

如果开关17如图2(A)所示是接通的，脉冲信号产生电路16与上述一系列工作同时工作，并输出一脉冲信号以图2(B)所示的预定周期(例如20KHz的频率，这取决于线圈电感和电阻)驱动且接通第一晶体管1。结果，第一晶体管1的通断切换受控制，从而使流向线圈3的电流按斩波方式受到控制以便大体上保持在一给定值。更具体地说，当第一晶体管1处于接通状态时，电源2提供一电流给线圈3，从而将电磁铁接通。反之，当第一晶体管1处于断开状态时，按前述的方式利用线圈3中形成的反电动势作为电源使流过线圈3的电流通过一串联电路得到再生，该串联电路由处于接通状态的第二晶体管5和二极管7所组成。通过上述一系列的工作，在开关17处于接通状态时，线圈3被励磁。如图2(E)所示，接点U被接通，从而电流从电源V流向负载W。

其次，当开关17在图2(A)的时刻T8被切断时，如图2(B)所示，脉冲信号产生电路16的工作停止从而将晶体管1断开。与该一系列工作同时发生，存储在电容器15内的电荷通过放电电阻13放电。于是，电容器15上的电压从第二齐纳二极管14的齐纳电压减小到零。当电容器15上的电压高于发光二极管9的工作电压时，该发光二极管9继续发光，从而使光敏晶体管10导通。与之有关，第二晶体管5保持在通状态(图2(C))。此时，如图2(D)所示，存储在线图3内的能量使得电流通过与线圈3并联的、且由第二晶体管5及二极管7组成的电路连续流动。结果，如图2(E)所示，电磁铁仍保持在接通状态。

如图2(C)的时刻T9所示，如果开关17切断后经过一段预定时间T10(例如，1.5msec，它取决于线圈的电感和电阻)，并且如果电容器15上的电压变得小于发光二极管9的工作电压，则发光二极管9停止发光，使光敏晶体管10断开。结果，如图2(C)所示，第二晶体管5断开，这样存储在线圈3中的能量由流过与线圈3并联且由第一齐纳二极管6和二极管7组成的串联电路的电流所消耗。第一齐纳二极管6立即消耗存储在线圈3内的能量，因而通过线圈3的电流立即减小，将电磁铁切断。例如，如图2(E)所示，切断电磁铁的时间是在时刻T8后2msec。

在这个电磁驱动装置内，即使电源2施加的电压有无意和瞬时的中断，延迟电路11也会继续对发光二极管9流过一电流直到经过预定的一段时间T10，因此，发光二极管9继续发光。于是，光敏晶体管10保持在接通状态，而第二晶体管5也保持在接通状态。结果，即使第二晶体管接通也能为线圈3提供一再生的电流。线圈3继续被励磁，因而使电磁铁接通。另外，在经过预定一段时间T10后，利用线圈3中形成的反电动势作为电源通过流过再生电路4的第二齐纳二极管14而再生出流过线圈3的电流，而这样再生出的电流立刻减少。

反之，如图3(A)所示，如果开关17在时刻T8被切断，而在经过一段时间T10前的时刻T11(例如时刻T8后1msec)再次被接通，第二晶体管5如图2(C)所示保持在通状态。于是如图2(D)所示，再生的电流流过线圈3一直到从电源供给线圈3的电流重新恢复，这样使线圈3励磁。接点U保持在接通状态，而电流从电源V流向负载W。

结果，电磁铁可以立即切断，并且即使开关17有瞬间的断开也能防止电磁铁误切断。

与第二齐纳二极管14并联的电容器15上的电压保持在齐纳电压上，即使电源电压Vin有变化也是如此。因此，储存在电容器15内的电荷量成为稳定的，由此在施加的电压停止后向发光二极管9放电的电荷量也成为稳定的，从而得到恒定的放电时间。据此，按需要设置电容器15的电容量可以来控制发光二极管9继续发光的预定时间间隔。第二实施例

图4是说明一电磁驱动装置组成的电路图。在图4中，与第一实施例中的元件有大体同样性能的各元件标以同样的标号，而只有不同的各元件才加以说明。

第二实施例的电磁驱动装置除了第一实施例的各元件外还提供一输出基准电压的基准电压电路18，一比较器19，用以比较基准电压和电容器15上电压并输出一发光控制信号以控制发光二极管9发光状态，以及一内部电源电路20，该电路驱动比较器19并输出一启动基准电压电路18的内部电源电压V_f。

更具体地说，比较器19的同相输入端连接到电容器15的一端，而其反相输入端连接到基准电压电路18。比较器19的输出端通过电阻联到发光二极管9的阳极。比较器19将电容器15上的电压和基准电压作比较。如果电容器15上电压高于基准电压，比较器19输出一“高电平”发光控制信号给发光二极管9。反之，如果电容器15上的电压低于基准电压，比较器19输出一“低电平”发光控制信号给发光二极管9。

放电电阻13的一端接地而另一端连接到电容器15的一端，简言之，放电电阻13与电容器15并联。

内部电源电路20依靠开关17接通时存储在内部的能量即使当开关17切断时还能继续在一段时间内输出内部电源电压V_f。因此，即使开关17切断，还可以使比较器19和基准电压电路18继续工作一段时间。

其次，来说明上述电磁驱动装置的工作。如同第一实施例的情况一样，当开关17接通时，电源2的供电电压V_in分别加到线圈3、延迟电路11、和脉冲信号产生电路16。延迟电路11的电容器15通过充电电阻12被充电。如果在电容器15充电期间电容器15上的电压变得高于基准电压电路18的基准电压，比较器19输出“高电平”发光控制信号，因此发光二极管9发光。于是光敏晶体管10接通，第二晶体管也接通。

如同第一实施例情况一样，在开关17处于接通状态时，脉冲信号产生电路16工作并且与上述一系列工作同时地产生一脉冲信号。第一晶体管1接通或切断，因而流过线圈3的电流被控制成斩波状态并大体保持一恒定值。结果，电磁铁保持在接通状态。

其次，当开关17切断时，脉冲信号产生电路16的工作停止，而第一晶体管1切断。与这一系列工作同时发生，电容器15内存储的电荷通过放电电阻13放电。因此，电容器15上的电压从第二齐纳二极管14的齐纳电压减少到零。当电容器15上的电压大于基准电压电路18的基准电压时，比较器19从输出端输出“高电平”发光控制信号给发光二极管9，因此发光二极管9继续发光。光敏晶体管10接通，它进而使第二晶体管5保持在接通状态。此时，存储在线圈3内的能量仍继续使一电流流过与线圈3并联的并由第二晶体管5和二极管7所组成的串联电路，从而使电磁铁保持在接通状态。

当开关17处于断开状态后过了一预定时间，且如果电容器15上的电压变得低于基准电压电路18的基准电压，比较器19从其输出端输出“低电平”发光控制信号给发光二极管9，因此发光二极管9停止发光。结果，光敏晶体管10切断，它转而使第二晶体管5进入切断状态。存储在线圈3内的能量由流到与线圈3并联的、由第一齐纳二极管6和二极管7组成的串联电路的电流所消耗。第一齐纳二极管6立即消耗掉存在线圈3内的能量，其结果使流过线圈3的电流立即减少，从而切断电磁铁。

如同第一实施例的情况一样，具有前述构造的电磁驱动装置能在所需时间立即切断电磁铁而没有误动作。

另外，如同第一实施例情况一样，按需要设置电容器15的电容量可以控制发光二极管9继续发光的预定时间间隔。

发光二极管9的发光不是由电容器15的放电后减少的电压来控制的，而是由比较器19根据比较基准电压和电容器15上的电压的结果所输出的发光控制信号来控制的。换句话说，即使电容器15上的电压逐渐减少，只要电容器15上的电压高于基准电压，比较器19就输出“高电平”发光控制信号，因此发光二极管9发光。如果电容器15上的电压变得低于基准电压，比较器19输出“低电平”发光控制信号，从而中断发光二极管9的发光。结果，发光二极管9的发光状态可以相对基准电压来控制，因此可以改进发光二极管9继续发光的预定时间间隔的精确度。第三实施例

图5到7是说明一电磁驱动装置构成的电路图。在图5到7中，与第二实施例中元件具有相同性能的各元件标以同样的标号，而只有不同的元件才加以说明。

与电磁驱动装置配有第二齐纳管14的第二实施例不同，第三实施例的电磁驱动装置配有电源电压检测电路21。

更具体地说，电源电压检测电路21是利用内部电源电路20作为稳定电源来驱动的，并检测来自电源2的施加电压的状态。当施加有电源电压Vin时，电源电压检测电路21输出一“高电平”充电控制信号，它是由内部电源电路20输出的内部电源电压V_f组成的并具有给定的电压。反之，没有施加电源电压Vin时，电源电压检测电路21输出一具有给定电压的“低电平”充电控制信号。此电源电压检测电路21连接到脉冲信号产生电路16和充电电阻12的各相应端。

其次，将说明上述电磁驱动装置的工作。当开关17接通时，电源电压检测电路21检测来自电源2的施加电压的状态并输出具有给定电压的“高电平”充电控制信号。“高电平”充电控制信号加到电容器15两端，通过充电电阻12充电直到电容器15上的电压等于“高电平”充电控制信号。在电容器15的充电过程中，当电容器15的充电电压变得高于连接在比较器19反相输入端的基准电压电路18的基准电压时，比较器19从其输出端输出“高电平”发光控制信号。“高电平”发光控制信号加到发光二极管9使发光二极管9发光。结果，光敏晶体管10被接通，它进而将第二晶体管5接通。

如同第二实施例的情况一样，当开关17处于接通状态，脉冲信号产生电路16与上述一系列工作同时地工作并产生一脉冲信号。第一晶体管1接通或断开，从而以斩波形式控制流过线圈3的电流，维持它大体上恒定。结果，电磁铁保持在接通状态。

其次，当开关17切断时，电源电压检测电路21检测来自电源2的施加电压的状态并输出具有给定电压的“低电平”充电控制信号。脉冲信号产生电路16的工作停止而第一晶体管1切断。与这一系列工作同时发生，存储在电容器15内的电荷通过放电电阻13放电。因此，电容器15上的电压从“高电平”充电控制信号的电压减小到零。和第二实施例情况一样，电磁铁保持在接通状态。

当开关17处于切断状态时如果经过了一段预定时间，并且如果电容器15上的电压变得低于基准电压，存储在线圈3内的能量，如第二实施例一样，由流向与线圈3并联的由第一齐纳二极管6和二极管7所组成的串联电路的电流消耗掉。第一齐纳二极管6立即消耗存储在线圈3内的能量，结果流过线圈3的电流立即减小，从而切断电磁铁。

与第二实施例类似，具有上述结构的电磁驱动装置可以在所需时间立即切断电磁铁而无误动作。

另外，如同第一和第二实施例情况一样，由于可以相对基准电压来控制发光二极管9的发光状态，因此能改进发光二极管9继续发光的预定时间间隔的精确度。

电容器15的充电状态不是受会变的电源电压Vin控制的，而是受具有给定电压的充电控制信号控制的，该充电控制信号是电源电压检测电路21根据来自电源2的施加电压的状态而输出的。因此，即使电源电压Vin有变化，存储在电容器15内的电荷量也会成为恒定的，从而导致在施加电源停止后固定的电荷量放电到发光二极管9。结果，放电时间间隔成为恒定。因此，按需要设置电容器15的电容量可以控制发光二极管9的继续发光预定时间间隔。

虽然在第一到第三实施例中延迟电路11配备有电容器15，该电容器15能在施加电源2的电压期间充电，而在施加电压停止后一段预定时间间隔向发光二极管9放电，但本发明并不限于这类延迟电路。延迟电路可以由不同于电源2的一电源和一定时器电路组成，如图22所示。

虽然在第一和第二实施例中，延迟电路11的电容器15是与第二齐纳二极管14并联的，但第二齐纳管14也可不并联电容器15；例如，在不要求严格控制发光二极管9的继续发光的预定时间的场合。在此场合下，元件数目可以减少。

如图6所示，开关部分24可以由光敏晶体管10组成，它兼作了在第一到第三实施例中所采用的第二晶体管5，在加到线圈3的电流相对较小的情况时，第一到第三实施例所采用的第二晶体管5可以省略，因而可以减少元件数目。

如图7所示，开关部分24可以由光敏二极管22组成而不采用第一到第三实施例中所用的光敏晶体管10。在此情况下，发光二极管9发光的结果使光敏二极管22产生一电压，从而接通场效应晶体管23。

图18到21给出了在第一实施例的图1的电路图基础上作更改的一些例子。在图18中，再生电路开关部分的连接部分作了改变。在图19中，开关元件放置在电源2的正端。在图20中，再生电路开关部分的连接部分作了改变并且开关元件放置在电源2的正端。这些电路的时间波形图也如图2(A)到(E)和图3(A)到(E)所示。具体地说，图1所示电路图是并不总设置有光耦合器8的。与图20有关的更详细的电路图示于图21。在这些例子中，当再生电流流动的，电路图中的再生电路构成是相同的。

图21中的装置的工作如下。当施加电源电压时，从电源通过电阻13提供一基极电流使晶体管5接通这样线圈电流受开关工作的控制。当施加的电源电压停止时，存储在电容器15内的电荷被用作晶体管5的基极电流。于是在预定的时间间隔内晶体管5被接通以抑制线圈电流的衰减。

从停止施加电源电压后经过一段预定时间间隔，存储在电容器15内的电荷减少了，这样不可能提供维持晶体管5接通的基极电流。于是，晶体管5切断，而线圈电流通过齐纳二极管快速衰减。

可以用场效应管(FET)替代晶体管5。如采用FET，电荷存储在电容器15内。这样，停止施加电源电压后的一段预定时间间隔内，可以将电压供给FET的栅极使FET在预定的一段时间导通。在预定时间间隔后，存在电容器15内的电荷被放电使加到栅极的电压减少从而切断FET。一般说来，光耦合器8是昂贵的，当采用FET时则可降低制造成本。

这些更改的例子的概念同样适用于本发明的第二和第三实施例。

下列的其他实施例同样达到本实施例的目的。

图23和24给出了本发明的其他实施例，与图1所示的本发明第一实施例中元件具有大体相同性能的元件标有同样的数字，只是省略了脉冲信号产生电路16和开关部分24的光耦合器8。

图23和24中的装置的工作是相同的。当停止施加来自电源2的电压时，再生电流流过开关部分24和再生二极管以抑制线圈电流的衰减。此后，当到达预定的时间间隔时，开关24切断，这样再生电流流过齐纳二极管6以迅速衰减线圈电流。

图25(A)到(D)给出了电磁驱动装置在开关17为正常切断状态时的时间波形图。与本发明第一实施例类似，时间间隔T10′离时刻T8′有1.5msec。

图26(A)到(D)给出了电磁驱动装置在施加的电源电压无意和瞬间中断时的时间波形图。与本发明第一实施例类似，时间间隔T11′离时刻T8′有1.5msec。一般说来，光耦合器8是昂贵的，当省略光耦合器8时制造成本降低。

在这些实施例中，切换频率和延迟时间设置为20KHz和1.5msec。然而，本发明并不局限于这些数值。这些值是根据电磁线圈的电感和电阻而改变的。当电磁线圈的电阻低于电感时，被线圈电阻消耗的能量占得少而线圈中存储的能量占得多。因此，在切断状态(再生模式)中再生电流在时间处理上的衰减量增加。这就是说，线圈电流从切断开关开始到达断开电磁铁时的电流所需的时间变长了，因此切换频率是小的而延迟时间则设置得长。

另外，在电磁铁产生的热不造成问题的场合下，如果吸住电磁铁的平均线圈电流变大，则线圈电流从切断开关开始到达断开电磁铁时的电流所需的时间变长，因此切换频率设小而延迟时间设得长。

根据本发明，即使施加的电源电压有瞬间和无意的中断，一延迟电路仍连续保持开关部分处于接通状态直到过一段预定时间间隔。利用线圈内形成的反电动势作为电源通过流过开关部分使流过线圈的电流再生，从而连续使该线圈励磁。结果，电磁铁可以保持在接通状态。另外，经过一段预定的时间间隔后，利用线圈内形成的反电动势作为电源使流过线圈的电流通过再生电路的功率吸收元件而得到再生。然后，这样再生的电流立即减小。结果，电磁铁的驱动可在所需时间立即终止，而线圈电流可立即衰减。由于这些原因，继电器的接点断开速度可以改进，而继电器的切断能力也得到改进。另外，即使电源电压有瞬间和无意的中断，电磁铁也可避免误断开。

按照本发明，开关部分包括有一与功率吸收元件并联连接的晶体管，一连接于该晶体管基极与集电极之间的光电晶体管，以及通过发光来控制该光电晶体管通断切换的发光二极管。按照这种组成，可以得到一种效果使得当施加的电源电压有中断时可以利用再生的电流作为基极电流驱动该晶体管，从而不需要另外的驱动晶体管的电源就能使该晶体管工作。

按照本发明，即使施加的电源电压有瞬间的和无意的中断，一延迟电路也能继续为发光二极管供电流直到过了一段预定的时间间隔，从而保持发光二极管的发光状态。结果，光电晶体管维持在通状态，将晶体管接通。这样，再生电流流到线圈并使线圈连续维持在激励状态。另外，经过一段预定时间间隔后，利用线圈中形成的反电动势作为电源通过流入再生电路的功率吸收元件而使流过线圈的电流再生。然后这种再生电流立即减小。结果，电磁铁的驱动可在所需时间立即终止，而线圈电流立即衰减。由于这些原因，继电器的接点断开速度可以改进，而继电器的切断能力也得到改进。另外，即使电源电压有瞬间的和无意的中断，也可避免电磁铁误断开。

按照本发明，与齐纳二极管关联连接的电容器上的电压即使当电源电压有变化时保持在齐纳电压。按照这一组成，可以得到一种效果使电容器充以恒定的电荷量，导致在施加电压停止后流向发光二极管的电流为恒定。因此，放电持续时间成为恒定。于是，按需要设置电容器的电容量可以控制发光二极管的连续发光预定时间间隔。

按照本发明，电容器的充电状态不受会变化的电源电压控制，而是受根据电源电压的施加状态从电源电压检测电路输出的具有恒定电压的充电控制信号所控制。根据这种组成，得到一种效果使得电容器以恒定电荷量充电，导致在施加电压停止后流向发光二极管的电流为恒定。因此，放电持续时间成为恒定。这样，按需要设置电容器的电容量可以控制发光二极管的继续发光预定时间间隔。

按照本发明，发光二极管的发光状态不受放电后减少的电容器上的电压控制，而是受一发光控制信号控制，该发光控制信号是比较器根据比较一基准电压和电容器上电压的结果输出的。根据这种组成，达到一种效果使得即使电容器上电压逐渐减小也可利用发光控制信号瞬时地控制发光二极管的发光状态。因此，发光二极管的继续发光预定时间间隔的精确度可以改善。

Claims

1.一种电磁驱动装置，包括：

一具有线圈的电磁铁；

一与所述电磁铁的所述线圈串联连接的切换元件，用于接通或切断对所述线圈提供的电流；

一脉冲信号产生电路，所述脉冲信号产生电路的一端连接到所述切换元件，用于按预定周期产生一脉冲信号用以控制所述切换元件的接通或切断；

一再生电路，所述再生电路与所述线圈并联，用于当施加于所述电磁驱动装置的一电压停止时让一再生电流流通，并且在施加于所述电磁驱动装置的所述电压停止以后经预定时间间隔后使所述再生电流衰减；以及

一延迟电路，所述延迟电路的一端连接到所述线圈，另一端连接到所述再生电路，用于在施加于所述电磁驱动装置的所述电压停止后的所述预定时间间隔内保持所述再生电路处于接通状态。

2.按照权利要求1所述的电磁驱动装置，其特征在于，所述再生电路包括相互并联的开关部分和功率吸收元件，并且由所述开关部分和功率吸收元件组成的并联电路与一二极管串联，

当开关部分和切换元件从所述接通状态成为所述开关部分为接通而所述切换元件为切断时所述再生电路让所述再生电流流向所述线圈，而当所述开关部分和所述切换元件都为切断时所述再生电路使所述功率吸收元件立即减少流过所述电磁铁的所述线圈的所述再生电流。

3.按照权利要求2所述的电磁驱动装置，其特征在于，所述开关部分包括：

一与功率吸收元件并联连接的晶体管；

一连接于所述晶体管的基极和集电极之间的光电晶体管；以及

一发光以便控制所述光电晶体管的通断切换的发光二极管。

4.按照权利要求2所述的电磁驱动装置，其特征在于，所述延迟电路包括一电容器和一与之并联的齐纳二极管，所述电容器在对所述电磁驱动装置施加所述电压期间能被充电而在对所述电磁驱动装置施加的所述电压停止以后一预定时间间隔内向所述开关部分放电。

5.按照权利要求2所述的电磁驱动装置，其特征在于，所述延迟电路包括一电容器，所述电容器在对所述电磁驱动装置施加所述电压期间能被充电而在对所述电磁驱动装置施加的所述电压停止以后一预定时间间隔内向所述开关部分放电；以及进一步包括：

电源电压检测电路，所述电源电压检测电路一端连接到电源，另一端分别连接到所述脉冲信号产生电路和所述延迟电路，用于如果电源电压高于一预定电压则对所述电容器加一预定的充电电压，而如果电源电压低于一预定电压则终止对电容器加电压。

6.按照权利要求4所述的电磁驱动装置，其特征在于，还包括：

一输出基准电压的基准电压电路；以及

一比较器，用以将所述基准电压与电容器上的电压作比较，并用以输出一控制所述开关部分的通断切换的控制信号。

7.按照权利要求2所述的电磁驱动装置，其特征在于，所述再生电路还包括：

一二极管，与所述开关部分和所述功率吸收元件组成的并联电路串联，并且由所述二极管、所述开关部分以及所述功率吸收元件所组成的电路与所述电磁铁的所述线圈并联连接。

8.按照权利要求2所述的电磁驱动装置，其特征在于，所述再生电路还包括：

一二极管，由所述开关部分和所述功率吸收元件组成的并联电路与所述线圈串联从而形成一串联电路，然后所述二极管再与该串联电路并联。