CN110880398B - 用于低压和中压应用的线圈致动器 - Google Patents

用于低压和中压应用的线圈致动器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于低压和中压应用的线圈致动器(1)，线圈致动器包括线圈电磁体(2)以及功率和控制单元(3)，线圈电磁体设置有单个线圈绕组(21)和可移动锚(22)，功率和控制单元包括：‑功率电路(4)，可操作地与线圈电磁体(2)耦合并且包括输入端子(T1，T2)，在输入端子处功率电路接收输入电压(VIN)；‑PWM控制器(6)，可操作地与功率电路(4)耦合并且适于控制流经功率电路(4)的输入电流(IIN)，以获得和维持为馈送线圈电磁体的激励电流选择的平均操作电平(IL，IH)。PWM控制器(6)适于针对输入电流(IIN)设置多个参考值(I1，I2，I3)以控制输入电流(IIN)，针对输入电流(IIN)的每个参考值(I1，I2，I3)根据输入电压(VIN)的行为而在多个参考值之中被选择。

Description

用于低压和中压应用的线圈致动器
技术领域
本发明涉及一种用于低压和中压应用的线圈致动器。
背景技术
为了本申请的目的，术语“低压”指的是低于1kV AC的操作电压，而术语“中压”指的是高于1kV AC、至多几十kV(例如72kV AC)的操作电压。
线圈致动器经常用于中压和低压装置中，例如在低压或中压断路器、隔离开关、接触器中，以用于各种应用。作为示例，这些设备被广泛地用于在断开或闭合命令之后释放或锁定弹簧致动的断路器的机械部分。
如已知的，大多数传统的线圈致动器通常包括设置有不同绕组对的电磁体以及驱动电子器件，该驱动电子器件能够选择性地激励所述绕组，以将电磁体的锚(anchor)从静止位置移动到致动位置(启动操作)、或将所述锚保持在所述致动位置(保持操作)、或允许所述锚返回到所述静止位置(释放操作)。
近来，已经开发了具有设置有单个线圈绕组的电磁体的线圈致动器(下文中称为“单线圈致动器”)。
在EP2149890B1中描述了这些线圈致动器的示例。
在该现有技术文献中描述的线圈致动器中，驱动电子器件控制在电磁体中循环的激励电流，使得激励电流针对一定时间间隔内采取平均操作电平。
特别地，驱动电子器件可以以这样的方式控制在电磁体中循环的激励电流，使得该激励电流针对对应的时间间隔内对所述激励电流采取预定的启动电平或预定的保持电平，在该对应的时间间隔中，执行电磁体的启动操作或保持操作。
根据由驱动电子器件接收的输入电压的行为来实施针对激励电流获得的平均操作电平的选择。
用于低压和中压应用的当前可用的单线圈致动器可以容易地适应于广泛数量的预期应用，并且它们可以在电压和电流方面覆盖宽的操作范围。然而，即使它们被广泛且令人满意地使用，这些设备仍然具有一些方面需要改善。
在当前可用的单线圈致动器中，上述驱动电子器件通常包括电容器(通常为电解类型)以存储正确地驱动电磁体所需的电能，特别是当输入电压是可变的时，例如因为输入电压具有脉冲或整流的正弦波形。
经验已经表明，采用这样的电容器通常代表对驱动电子器件的操作寿命产生限制，因为这些组件通常经受明显的电应力(例如，由于在它们放电期间浪涌电流的存在)，这可能导致故障事件。
当然，上述缺点不利地影响了低压或中压装置的可靠性，在该低压或中压装置中，所述线圈致动器被安装和使用。
发明内容
本发明的主要目标是提供解决上述问题的用于中压和低压应用的线圈致动器。
在该目标内，本发明的一个目的是提供一种具有驱动电子器件的线圈致动器，该驱动电子器件用于可操作地与其相关联的电磁体，该线圈致动器具有能够同时维持正确地驱动所述电磁体所需的性能的简化设计。
本发明的另一个目的是提供一种具有驱动电子器件的线圈致动器，该驱动电子器件用于可操作地与其相关联的电磁体，该线圈致动器确保相对于当前可用的线圈致动器中使用的解决方案的更高水平的可靠性和更长的操作寿命。
本发明的又一目的是提供一种线圈致动器，该线圈致动器可以相对于相同类型的当前可用设备以竞争性的成本在工业水平上容易地制造。
因此，本发明涉及根据以下权利要求1和相关从属权利要求的用于低压和中压应用的线圈致动器。
在一般的定义中，根据本发明的线圈致动器至少包括线圈电磁体以及功率和控制单元，该线圈电磁体具有单个线圈绕组和可移动锚，该功率和控制单元包括功率电路和PWM控制器。
功率电路可操作地与线圈电磁体耦合，并且功率电路包括输入端子，在输入端子处输入端子接收输入电压。
PWM控制器可操作地与功率电路耦合，以控制流过功率电路的输入电流，以获得为馈送所述线圈电磁体的激励电流选择的平均操作电平。
PWM控制器适于针对所述输入电流设置多个参考值，以控制所述输入电流、并且获得为所述激励电流选择的平均操作电平。
取决于所述输入电压的行为，在所述多个参考值当中选择针对所述输入电流的每个参考值。
优选地，当所述输入电压经受增加时，PWM控制器适于选择：
-针对所述输入电流设置的第一参考值，直到所述输入电压低于第一阈值；
-在所述输入电压增加到所述第一阈值以上的情况下，针对所述输入电流设置的第二参考值。所述第二参考值高于所述第一参考值；
-在所述输入电压增加到高于所述第一阈值的所述第二阈值以上的情况下，针对输入电流设置的第三参考值。所述第三参考值高于所述第二参考值。
优选地，当所述输入电压经受减小时，PWM控制器适于选择：
-所述第三参考值，直到所述输入电压高于所述第一阈值；
-在所述输入电压减小到所述第一阈值以下的情况下，所述第二参考值；
-在所述输入电压减小到低于所述第一阈值的第三阈值以下的情况下，所述第一参考值。
功率和控制单元包括第一感测部件，第一感测部件适于提供指示所述输入电压的行为的第一检测信号。PWM控制器适于接收和处理所述第一检测信号。
功率和控制单元包括第二感测部件，第二感测部件适于提供指示所述输入电流的行为的第二检测信号。PWM控制器适于接收和处理所述第二检测信号。
功率电路包括放电电路，放电电路与所述功率电路的第一输入端子和电节点电连接，所述功率电路与所述线圈电磁体并联。
功率电路包括开关电路，开关电路与功率电路的所述电节点和第二输入端子电连接。开关电路包括至少一个功率开关。PWM控制器可操作地与开关电路耦合，以控制所述至少一个功率开关的操作。
所述至少一个功率开关包括功率开关，该功率开关适于在导通状态与阻断(interdiction)状态之间以给定开关频率进行切换，在导通状态中所述输入电流被允许流过所述功率电路，在阻断状态中所述输入电流被中断。当所述功率开关处于导通状态时，放电电流沿所述放电电路流动。
PWM控制器适于控制所述功率开关的占空比值，以便使输入电流达到针对所述输入电流设置的参考值。
PWM控制器适于取决于所述输入电压的一个或多个特性参数来选择针对激励电流获得的平均操作电平和针对所述输入电流设置的对应的多个参考值。
PWM控制器适于响应于在通信端口处接收的控制信号来选择针对所述激励电流获得的平均操作电平和针对所述输入电流设置的对应的多个参考值。
在另一方面，本发明涉及根据权利要求12的低压或中压设备。
附图说明
本发明的其它特征和优点将从根据本发明的面板的优选但不排他的实施例的描述中出现，本发明的非限制性示例在附图中提供，其中：
图1是根据本发明的线圈致动器的示意图；
图2是被包括在根据本发明的线圈致动器中的功率和控制单元的示意图；
图3是根据本发明的线圈致动器的操作的示例。
具体实施方式
参照所引用的附图，本发明涉及一种用于低压和中压应用的线圈致动器1。
方便地，线圈致动器1旨在被安装在低压或中压装置中，诸如低压或中压断路器、隔离开关、接触器等。
通常，线圈致动器1方便地包括限定容积的壳体(未示出)，所述线圈致动器的内部组件被安置在该容积中。
根据本发明，线圈致动器1包括设置有单个线圈绕组21和可移动锚22的线圈电磁体2。
在施加致动力时，可移动锚22可以方便地在静止位置与启动位置之间移动。
由于沿着线圈电磁体2(更确切地，沿着线圈电磁体2的单个绕组21)流动的激励电流IE产生的磁通量，可移动锚22通过磁力从静止位置移动到启动位置(启动操作)。
优选地，可移动锚22通过由包括在线圈电磁体2中的机械部件(未示出)施加的机械力而从启动位置移动到静止位置(释放操作)，机械部件诸如为在线圈电磁体的启动操作期间被适当充能的弹簧。
优选地，可移动锚22不能稳定地保持上述启动位置。为了保持该状态，激励电流IE仍然沿着线圈电磁体2流动(保持操作)。一旦这样的激励电流被中断或充分减小，由于上述机械装置施加的相反力，可移动锚22返回到静止位置。
方便地，当线圈致动器1安装在低压或中压装置中时，可移动锚22可操作地与所述装置的运动机构耦合。作为示例，当线圈致动器1安装在中压断路器中时，可移动锚22能够可操作地与断路器的主命令链耦合。
根据本发明，线圈致动器1包括可操作地与线圈电磁体2耦合的功率和控制单元3，以适当地控制线圈电磁体2的操作。
功率和控制单元3包括功率电路4和PWM控制器6。
功率电路4可操作地与线圈电磁体2耦合，以在合适的输入端子T1、T2处接收输入电压VIN时驱动线圈电磁体2。以这种方式，当功率电路被馈送输入电压VIN时，线圈电磁体2可以通过合适的激励电流IE被馈送，并且线圈电磁体2的操作可以被执行。优选地，输入电压VIN具有DC波形。
更优选地，输入电压VIN具有经整流的全波正弦波形，该经整流的全波正弦波形具有给定工作频率(例如50Hz)。
然而，原则上，输入电压VIN可以具有不同的波形，诸如经整流的半波正弦波形、脉冲波形或连续波形。
优选地，功率和控制单元3包括第一感测部件5(例如电阻分压器)，第一感测部件5适于提供指示由功率电路4接收的输入电压VIN的行为的第一检测信号S1。
如将从下面更好地显现的，当输入电压VIN被供应给功率电路4时，输入电流IIN可以流过功率电路4。
优选地，功率和控制单元3包括第二感测部件7(例如电阻分流器)，第二感测部件7适于提供指示由功率电路4接收的输入电压IIN的行为的第二检测信号S2。
PWM控制器6可操作地与功率电路4耦合，以控制后者的操作。特别地，如将从下面更好地显现的，PWM控制器6适于控制流过功率电路4的输入电流IIN。
优选地，PWM控制器6可操作地与第一感测部件5耦合，以便接收和处理第一检测信号S1，并且PWM控制器6可能与第二感测部件7耦合，以便接收和处理第二检测信号S2。
PWM控制器6可以包括被配置为执行软件指令以执行为所述控制器提供的功能的一个或多个计算机化单元(例如微处理器)。通常，PWM控制器6可以根据已知类型的解决方案来实现，并且为了简洁起见，下文将仅针对与本发明相关的方面来描述PWM控制器6。
优选地，线圈致动器1包括另外的控制单元8或可操作地连接到另外的控制单元8，该另外的控制单元8适于与功率和控制单元3相互作用，例如与PWM控制器6相互作用。
控制单元8可以包括被配置为执行软件指令以执行为所述控制单元提供的功能的一个或多个计算机化单元(例如微处理器)。通常，控制单元8可以根据已知类型的解决方案来实现，并且为了简洁起见，下文将仅针对与本发明相关的方面来描述控制单元8。
优选地，线圈致动器1包括电源单元9，电源单元9可操作地与功率和控制单元3耦合、并且可能可操作地与控制单元8耦合，以馈送功率和控制单元3以及控制单元8。
特别地，电源单元9适于提供由功率和控制单元3的功率电路4接收的输入电压VIN。
优选地，电源级9包括适于从电源(例如，电力线)接收电源电压的电源电路(未示出)。
优选地，电源级9包括滤波器电路(例如，LC滤波器-未示出)，该滤波器电路可以被配置为切断高频电流分量(可能由PWM控制器6生成)或来自电源的其他干扰。
优选地，电源级9包括整流器电路(例如，电路桥-未示出)，以将由上述电源电路提供的电源电压(例如，正弦电压)转换成由功率和控制单元3的功率电路4接收的合适的输入电压VIN(例如，经整流的正弦电压)。
电源级9还可以包括附加的电源电路系统(未示出)，以向线圈致动器的特定组件(例如，PWM控制器6和控制单元8)馈送合适的电源电压。
至少针对关于功率和控制单元3的馈送的情况，电源级9的操作可以由另外的控制单元8控制。
通常，电源级9可以根据已知类型的解决方案来实现，并且为了简洁起见，下文将仅针对与本发明相关的方面来描述电源级9。
如上所述，功率电路4包括第一输入端子T1和第二输入端子T2，在第一输入端子T1和第二输入端子T2处接收来自电源单元9的输入电压VIN和可能的输入电流IIN。
优选地，功率电路4包括开关电路41和放电电路42。
优选地，功率电路4包括中间电节点T3，在该中间电节点T3处，电磁体2、开关电路41和放电电路42电连接。
优选地，放电电路42和在第一输入端子T1与电节点T3之间的电磁体2(更确切地，和电磁体2的绕组21)并联电连接。
方便地，放电电路42被设计为允许由电磁体2形成的等效电感在未被输入电流IIN馈送时进行放电。
为此目的，放电电路42包括续流设备，该续流设备被适当地布置成当由电磁体2形成的等效电感经受放电时允许放电电流ID的循环。
优选地，所述续流设备包括续流二极管420(续流二极管420可以是常规类型)，其中它的阳极和阴极分别与电节点T3和第一输入端子T1电连接。
优选地，开关电路41与由放电电路42和线圈电磁体2形成的并联组串联地电连接。
更确切地说，开关电路41电连接在电节点T3与第二输入端子T2之间。
方便地，开关电路41被设计为允许/防止输入电流IIN(当在功率电路4的输入端子T1、T2处施加输入电压VIN时输入电流由功率电路4接收)以馈送线圈电磁体2。为此，开关电路41至少包括功率开关410。
优选地，所述至少一个功率开关包括功率开关410，功率开关410可以是常规类型，例如功率MOSFET或BJT。
优选地，功率开关410的漏极或集电极端子以及功率开关410的源极或发射极端子分别与电节点T3和第二输入端子T2电连接。
功率开关410方便地适于在导通状态与阻断状态之间以给定的开关频率进行切换。
上述开关频率通常远高于表征功率电路4的电量的操作频率。作为示例，所述功率开关的开关频率可以是10kHz，而输入电压VIN可以具有几十Hz的操作频率。
当功率开关410处于导通状态时，允许输入电流IIN流过功率电路4，更确切地，沿穿过所述功率开关和输入端子T1、T2的电磁体2流动。在这种情况下，由电磁体2形成的等效电感被充电。此外，续流二极管420处于阻断状态，并且没有电流将流过它(除了小的漏电流之外)。
当功率开关410处于阻断状态时，输入电流IIN被中断。因此，没有电流将通过功率开关410(除了小的漏电流之外)和输入端子T1、T2。在这种情况下，续流二极管420处于导通状态，并且放电电流ID将流过放电电路42，从而导致由电磁体2形成的等效电感的放电。
优选地，PWM控制器6可操作地与开关电路41耦合，以控制至少上述功率开关410的操作。
优选地，PWM控制器6适于控制功率开关410。为此，控制信号VG(例如脉冲类型的电压信号)方便地被提供到这种功率开关的栅极或基极端子。
优选地，PWM控制器6适于控制功率开关410的占空比值D。
以这种方式，根据类似PWM控制的众所周知的原理，PWM控制器6能够控制输入电流IIN的平均值(在远长于功率开关410的开关周期的时间间隔中，诸如输入电压VIN的周期中)，这样使得输入电流IIN的平均值跟随为所述输入电流设置的给定参考值(例如参考值I1或I2或I3，如将从下面更好地显示的)。
实际上，PWM控制器6将输入电流IIN的测量平均值(由第二感测部件7发送的第二检测信号S2所提供的)与设置参考值I1、I2、I3进行比较，并且在从这样的比较获得的误差值的基础上改变功率开关410的占空比值D。
显然，功率开关410的占空比值D的增大或减小将分别确定输入电流IIN的平均值的对应增大或减小。
根据一些实施例(如图2所示)，开关电路41可以包括上述第二感测部件7。在这种情况下，第二感测部件7可以形成与功率开关410和功率电路4的输入端子T2串联电连接的电阻分流器。
为了操作，电磁体2(更确切地，沿着电磁体2的绕组21)必须被馈送具有针对对应时间间隔的平均操作电平IL、IH的激励电流IE，时间间隔可以是几百ms的量级，例如当输入电压VIN是周期性信号时，时间间隔等于输入电压VIN的几十个时间周期。
针对激励电流IE获得的平均操作电平可以是预定的启动电平IL或者是预定的保持电平LH，通过该启动电平IL，线圈致动器1执行电磁体2的启动操作，通过该保持电平LH，线圈致动器1执行电磁体2的保持操作。
然而，原则上，当锚22处于静止位置时，针对激励电流IE获得的平均操作电平可以是不同类型，例如线圈监督电平(未示出)，以允许检查电磁体2的绕组21的完整性。
根据本发明，PWM控制器6适于控制流过功率电路4的输入电流IIN，以这样的方式，获得和维持为激励电流IE选择的平均操作电平IL、IH。
本发明的一个重要特征在于，PWM控制器6适于针对输入电流IIN设置多个不同参考值I1、I2、I3以控制所述输入电流(通过PWM控制)，使得获得为流经电磁体2的激励电流IE选择的平均操作电平IL、IH。
换句话说，每当针对流过电磁体2的激励电流IE选择平均操作电平IL、IH以便执行电磁体2的操作时，PWM控制器6适于设置由输入电流IIN跟随的多个不同的参考值I1、I2、I3。
方便地，PWM控制器6适于为针对激励电流IE选择的每个平均操作电平IL、IH设置不同的多个参考值I1、I2、I3。
优选地，如将从下面更好地显现的，PWM控制器6适于为针对激励电流IE选择的每个平均操作电平IL、IH设置不同的参考值三元组I1、I2、I3。
本发明的另一重要特征在于PWM控制器6适于根据输入电压VIN的行为、更具体地根据所述输入电压的瞬时值VIN(t)(方便地被第一感测部件5检测到)，实时地(即，瞬时地)选择针对输入电流IIN设置的每个参考值I1、I2、I3。
当输入电压VIN本质上是可变的(例如由于输入电压VIN具有经整流的正弦波形或脉冲波形)、或者输入电压VIN以某种方式经受变化时，针对输入电流IIN设置多个不同的参考值I1、I2、I3是特别有用的。
优选地，当输入电压VIN经受增加(例如，在经整流的正弦波形的适当半周期期间)时，PWM控制器6适于选择：
-针对输入电流IIN设置的第一参考值I1，直到输入电压VIN低于第一阈值VTH1；
-在输入电压VIN增加到第一阈值VTH1以上的情况下，针对输入电流IIN设置的第二参考值I2。第二参考值I2高于第一参考值I1；
-在输入电压VIN增加到高于第一阈值VTH1的第二阈值VTH2以上的情况下，针对输入电流IIN设置的第三参考值I3。第三参考值I3高于第二参考值I2。
优选地，当输入电压VIN经受减小(例如，在经整流的正弦波形的另一合适半周期期间)时，PWM控制器6适于选择：
-针对输入电流IIN设置的第三参考值I3，直到输入电压VIN高于第一阈值VTH1；
-在输入电压VIN减小到第一阈值VTH1以下的情况下，针对输入电流IIN设置的第二参考值I2；
-在输入电压VIN减小到低于第一阈值VTH1的第三阈值VTH3以下的情况下，针对输入电流IIN设置的第一参考值I1。
上述阈值VTH1、VTH2、VTH3可以根据针对输入电流IIN设置的选定参考值I1、I2或I3而被实时地(即，即时地)预定或选择。在该最后一种情况下，当PWM选择多个参考值I1、I2或I3时，PWM也选择对应的待检查的多个阈值VTH1、VTH2、VTH3以用于设置所述参考值。
方便地，参考值I1、I2、I3和阈值VTH1、VTH2、VTH3由PWM控制器6存储在合适的存储器中。
根据输入电压VIN的行为，由输入电流IIN跟随的多个参考值I1、I2、I3的设置允许获得对激励电流IE的平均值的更好控制，并且因此显著促进针对激励电流IE选择的平均操作电平IL、IH的获得。
另外，针对输入电流IIN的多个参考值I1、I2、I3的设置允许避免使用电解电容器来存储当输入电压VIN变化时适当地驱动电磁体2所必需的电能。
事实上，当功率开关410的占空比由于输入电压VIN的增加而增加时，多个参考值I1、I2、I3可以以使得电磁体2经受额外充电的方式来设计。
以这种方式，当功率开关410的占空比由于输入电压VIN的减小而减小时，防止了电磁体2的过度放电。
优选地，PWM控制器6适于根据输入电压VIN的行为、更具体地根据针对输入电压VIN检测到的一个或多个特性参数(例如，峰值、RMS值等)，来选择针对激励电流IE获得的平均操作电平IL、IH以及针对输入电流IIN设置的对应的多个参考值I1、I2、I3。
方便地，PWM控制器6通过第一感测部件5而持续地检查输入电压VIN的一个或多个特性参数。
基于这样的检查，PWM控制器6获取关于线圈致动器1的操作状态的信息，并且相应地，PWM控制器6选择针对激励电流IE获得的平均操作电平IL、IH以及输入电流IIN据此被控制的对应的多个参考值I1、I2、I3。
作为示例，当电压VIN的RMS值超过给定阈值时，PWM控制器6检测到电磁体2的进入启动操作必须执行，并且PWM控制器6以这种方式选择针对激励电流IE获得的预定启动电平IL以及由激励电流IE跟随的对应的多个参考值I1、I2、I3，使得获得针对激励电流IE的所述预定启动电平IL并且执行期望的启动操作。
方便地，输入电压VIN的所述一个或多个特性参数可以在接收到由附加控制单元8发送的合适控制信号时由电源单元9改变。
与以上解决方案相结合或备选于以上解决方案，PWM控制器6可以响应于在合适的通信端口61(例如，CAN总线通信端口)处接收的控制信号COM，选择针对激励电流IE获得的平均操作电平IL、IH以及针对输入电流IIN的对应的多个参考值I1、I2、I3。控制信号COM可以由线圈致动器1的附加的控制单元8传输，以适当地控制线圈致动器1的操作。
参考图2-图3，现在更详细地描述功率和控制单元3的操作的示例。
在该示例中，假设功率电路4接收具有经整流的全波正弦波形(例如，具有10ms的周期)的输入电压VIN，如图3所示。另外，电磁体2假设已经执行了一些充电/放电循环。
假设PWM控制器6选择针对给定时间间隔(例如，100ms-等于输入电压VIN的10个周期)的激励电流IE获得的平均操作电平IH(保持电平)，以执行电磁体2的保持操作。
因此，PWM控制器6选择存储的参考值I1、I2、I3的三元组(以及可能的对应的输入电压的阈值VTH1、VTH2、VTH3的三元组)，以用于执行输入电流IIN的PWM控制并且获得针对激励电流IE的选定启动电平IL。
为了选择针对输入电流IIN设置的最合适的参考值I1、I2或I3，PWM基于由第一感测部件5提供的第一检测信号来检查输入电压VIN的行为。
在第一半周期中，输入电压VIN经受增加。
最初，输入电压VIN低于第一阈值VTH1。因此，PWM控制器6针对输入电流IIN选择第一参考值I1。为了迫使输入电流IIN跟随参考值I1，PWM控制器6向功率开关410提供控制信号VG，以将功率开关410操作为具有相对低的第一占空比值D1。输入电流IIN将跟随第一参考值I1。随着第一占空比值已经被预先减小，激励电流IE朝向取决于针对输入电流IIN设置的参考值I1和针对功率开关410设置的第一占空比值D1的某个稳态值(未示出)减小。
在时刻t1，输入电压VIN超过第一阈值VTH1。因此，PWM控制器6选择将针对输入电流IIN设置的第二参考值I2。第二参考值I2高于第一参考值I1。PWM控制器6向功率开关410提供控制信号VG，以将功率开关410操作为具有高于第一占空比值D1的第二占空比值D2。输入电流IIN将增加以跟随第二参考值I2。由于针对功率开关410的占空比值当前更高，激励电流IE停止减小(在这种情况下，未达到上述稳态值)，并且开始增加以达到新的更高稳态值IE1。新的稳态值IE1取决于针对输入电流IIN设置的参考值I2和针对功率开关410设置的第二占空比值D2。实际上，新的稳态值IE1由以下关系IE1＝IIN*D2给出。激励电流IE将在稳态值IE1处保持恒定，直到功率开关410的占空比再次改变。
在时刻t2，输入电压VIN超过第二阈值VTH2。PWM控制器6因此选择针对输入电流IIN设置的第三参考值I3。第三参考值I3高于第二参考值I2。PWM控制器6向功率开关410提供控制信号VG，以将功率开关410操作为具有高于第二占空比值D2的第三占空比值D3。输入电流IIN将再次增加以跟随第三参考值I3。由于针对功率开关410设置的占空比值仍然更高，激励电流IE继续增大，直到它达到更高的新稳态值IE2。稳态值IE2取决于针对输入电流IIN设置的参考值I3和针对功率开关410设置的第二占空比值D3。在实践中，稳态值IE2由以下关系IE2＝IIN*D3给出。激励电流IE将在稳态值IE2处保持恒定，直到功率开关410的占空比再次改变。可以看出，相对于激励电流IE处于稳态值IE1的稳态状态，当激励电流IE处于稳态值IE2时，电磁体2经受额外充电，原则上，该稳态值IE1将更接近所选择的平均操作电平IH。然而，如以下明显的，电磁体2的这样的额外充电对于防止当输入电压VIN减小时电磁体2的过度放电是有用的。
在第二半周期中，输入电压VIN经受减小。
最初，输入电压VIN保持高于第一阈值VTH1。因此，PWM控制器6保持针对输入电流IIN的第三参考值I3。输入电流IIN将继续跟随第三参考值I3，并且激励电流IE继续维持稳态值IE2。
在时刻t3，输入电压VIN降低到第一阈值VTH1以下。因此，PWM控制器6选择针对输入电流IIN设置的第二参考值I2。PWM控制器6向功率开关410提供控制信号VG，以将功率开关410操作为具有对应的第二占空比值D2。输入电流IIN减小以跟随第二参考值I2。由于针对功率开关410设置的占空比值当前更低，激励电流IE开始朝向更低稳态值IE1减小。
在时刻t4，输入电压VIN降低到第三阈值VTH3以下。因此，PWM控制器6选择针对输入电流IIN设置的第一参考值I1。PWM控制器6向功率开关410提供控制信号VG，以将功率开关410操作为具有对应的第一占空比值D1。输入电流IIN减小以跟随第一参考值I1。由于针对功率开关410设置的占空比值仍然更低，激励电流IE朝向仍然更低的新稳态值继续减小(在这种情况下，不在稳态值IE1处停止)。激励电流IE将继续减小，直到功率开关410的占空比再次改变。如上所述，在激励电流IE达到新的更低稳态值之前，功率开关410的占空比的这种改变将方便地发生，因为当激励电流IE处于稳态值IE2时，由于经过的额外充电，电磁体2具有延长的放电时间。这样，防止了电磁体2的过度放电。
在输入电压VIN的随后周期，重复功率和控制单元3的上述操作。因此，激励电流IE在没有由电解电容器提供的存储能量的贡献的情况下关于所选择的平均操作电平IH而变化。
功率和控制单元3的上述操作将方便地重复，直到PWM控制器6选择将针对激励电流IE获得的另一平均操作电平(例如，启动电平IL)。
在该最后一种情况下，PWM控制器6将以这样的方式控制输入电流IIN，以通过适当地选择输入电压VIN的每个周期处的参考值I1、I2、I3来使激励电流IE关于所选择的启动电平IL变化。
根据本发明的线圈致动器1允许实现预期的目标和目的。
线圈致动器1设置有功率和控制单元3，该功率和控制单元3具有紧凑设计、并且能够在不采用电解电容器的情况下正确地驱动电磁体2。确保了相对于当前可用的线圈致动器中使用的解决方案的更高水平的可靠性和更长的操作寿命。
线圈致动器1可以相对于相同类型的当前可用设备以竞争性的成本在工业水平上容易地制造。

Claims (10)

1.一种用于低压和中压应用的线圈致动器(1)，包括：
-线圈电磁体(2)，设置有单个线圈绕组(21)和可移动锚(22)；
-功率和控制单元(3)，包括：
-功率电路(4)，可操作地与所述线圈电磁体(2)耦合，所述功率电路包括输入端子(T1，T2)，在所述输入端子处所述功率电路接收输入电压(VIN)；
-PWM控制器(6)，可操作地与所述功率电路(4)耦合，所述PWM控制器适于控制流经所述功率电路(4)的输入电流(IIN)，以获得为馈送所述线圈电磁体的激励电流(IE)选择的平均操作电平(IL，IH)；
其中，所述PWM控制器(6)适于针对所述输入电流(IIN)设置多个参考值(I1，I2，I3)，以控制所述输入电流(IIN)并且获得为所述激励电流(IE)选择的所述平均操作电平(IL，IH)，针对所述输入电流(IIN)设置的每个参考值(I1，I2，I3)根据所述输入电压(VIN)的行为而在所述多个参考值之中被选择，
其特征在于，当所述输入电压(VIN)经受增加时，所述PWM控制器(6)适于选择：
-针对所述输入电流(IIN)设置的第一参考值(I1)，直到所述输入电压(VIN)低于第一阈值(VTH1)；
-在所述输入电压(VIN)增加到所述第一阈值(VTH1)以上的情况下，针对所述输入电流(IIN)设置的第二参考值(I2)，所述第二参考值(I2)高于所述第一参考值(I1)；
-在所述输入电压(VIN)增加到高于所述第一阈值(VTH1)的第二阈值(VTH2)以上的情况下，针对所述输入电流(IIN)设置的第三参考值(I3)，所述第三参考值(I3)高于所述第二参考值(I2)，
其中当所述输入电压(VIN)经受减小时，所述PWM控制器(6)适于选择：
-针对所述输入电流(IIN)设置的第三参考值(I3)，直到所述输入电压(VIN)高于所述第一阈值(VTH1)；
-在所述输入电压(VIN)减小到所述第一阈值(VTH1)以下的情况下，针对所述输入电流(IIN)设置的第二参考值(I2)，所述第三参考值(I3)高于所述第二参考值(I2)；
-在所述输入电压(VIN)减小到低于所述第一阈值(VTH1)的第三阈值(VTH3)以下的情况下，针对所述输入电流(IIN)的第一参考值(I1)，所述第二参考值(I2)高于所述第一参考值(I1)。
2.根据权利要求1所述的线圈致动器，其特征在于，所述功率和控制单元(3)包括第一感测部件(5)，所述第一感测部件适于提供指示所述输入电压(VIN)的行为的第一检测信号(S1)，所述PWM控制器适于接收和处理所述第一检测信号。
3.根据权利要求1所述的线圈致动器，其特征在于，所述功率和控制单元(3)包括第二感测部件(7)，所述第二感测部件(7)适于提供指示所述输入电流(IIN)的行为的第二检测信号(S2)，所述PWM控制器适于接收和处理所述第二检测信号。
4.根据权利要求1所述的线圈致动器，其特征在于，所述功率电路(4)包括放电电路(42)和开关电路(41)，所述放电电路(42)与所述功率电路(4)的第一输入端子(T1)和电节点(T3)电连接、与所述线圈电磁体(2)并联，所述开关电路(41)与所述功率电路(4)的所述电节点(T3)和第二输入端子(T2)电连接，所述开关电路包括至少一个功率开关(410)，所述PWM控制器(6)与所述开关电路(41)可操作地耦合，以控制所述至少一个功率开关的操作。
5.根据权利要求4所述的线圈致动器，其特征在于，所述至少一个功率开关包括功率开关(410)，所述功率开关(410)适于在导通状态与阻断状态之间以给定开关频率进行切换，在所述导通状态中所述输入电流(IIN)被允许流过所述功率电路(4)，在所述阻断状态中所述输入电流(IIN)被中断。
6.根据权利要求5所述的线圈致动器，其特征在于，当所述功率开关(410)处于导通状态时，放电电流(ID)沿所述放电电路(42)流动。
7.根据权利要求5或6所述的线圈致动器，其特征在于，所述PWM控制器(6)适于控制所述功率开关(410)的占空比值(D)，以便使所述输入电流(IIN)达到针对所述输入电流设置的参考值(I1，I2，I3)。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的线圈致动器，其特征在于，所述PWM控制器(6)适于根据针对所述输入电压(VIN)检测到的一个或多个特性参数来选择针对所述激励电流(IE)获得的平均操作电平(IL，IH)、以及针对所述输入电流(IIN)设置的对应的多个参考值(I1，I2，I3)。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的线圈致动器，其特征在于，所述PWM控制器(6)适于响应于在通信端口(61)处接收的控制信号(COM)来选择针对所述激励电流(IE)获得的所述平均操作电平(IL，IH)、以及针对所述输入电流(IIN)设置的对应的多个参考值(I1，I2，I3)。
10.一种低压或中压装置，其特征在于，所述低压或中压装置包括根据权利要求1至9中任一项所述的线圈致动器(1)。
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