CN110957102B - 用于低压和中压应用的线圈致动器 - Google Patents

Abstract

一种用于低压和中压应用的线圈致动器，包括：–线圈电磁体，具有单个线圈绕组和可移动构件；和–功率和控制单元，包括：–功率电路，可操作地与线圈电磁体耦合，功率电路包括用于接收输入电压的输入端子和中间节点，电磁体与输入端子和中间节点电连接，功率电路进一步包括：放电电路，其与第一输入端子和中间节点电连接、与线圈绕组并联；以及开关电路，其与中间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；–控制器，可操作地与功率电路耦合，以驱动至少一个功率开关来控制循环通过功率电路的输入电流，控制器适于执行输入电流的PWM控制以操作线圈电磁体；–电源电路，适于向控制器供电，电源电路与中间节点和控制器电连接。

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

出于本申请的目的，术语“低压”是指低于1kV AC的操作电压，而术语“中压”是指高于1kV AC、至多可达到数十kV(例如，72kV AC)的操作电压。

线圈致动器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，应用广泛。例如，这些设备广泛用于释放或锁定弹簧致动断路器的机械部分。

众所周知，大多数传统线圈致动器通常包括电磁体，该电磁体设置有一对不同的绕组和驱动电子器件，驱动电子器件能够选择性地激励所述绕组，以将线圈电磁体的构件从静止位置移动到致动位置(启动操纵)、或者将所述构件维持在所述致动位置(保持操纵)、或者允许所述构件返回所述静止位置。

最近开发了具有设置单个线圈绕组的线圈电磁体的线圈致动器(后文称为“单线圈致动器”)。在EP2149890B1中描述了这些线圈致动器的示例。

单线圈致动器通常设置有更高性能的驱动电子器件，该驱动电子器件能够根据不同的预定电平来选择性地控制在线圈电磁体中循环的励磁电流，以根据需求移动构件。

目前可用的单线圈致动器可以很容易地适用于大量数目的预期应用，并且它们可以涵盖关于电压和电流的广泛的操作范围。由于这些原因，它们可以被广泛并令人满意地使用。然而，它们仍然有一些方面要改进。

众所周知，单线圈致动器能够可操作地与监督继电器(supervisor relay)耦合，该监督继电器能够执行监督测试，以检测线圈电磁体中可能的故障。这样的监督测试通常包括电气连续性检查，电气连续性检查旨在确定单个线圈绕组是否由于任何原因而中断。

为了执行电气连续性检查，当线圈电磁体位于静止状态时(即不执行启动或保持操纵)，监督继电器为线圈电磁体提供测试电压。监督继电器适当检查在驱动电子器件的输入端子处是否出现对应的合适测试电流。基于所述检查，监督继电器确定单个线圈绕组是否完好、或者线圈电磁体是否发生故障。

经验表明，这种电气连续性检查显示出相对较差的可靠性水平，因为它们通常不允许准确地确定单个线圈绕组中是否存在中断。

实验室测试和在现场的测试已经证明，这种不便通常是由于驱动电子器件的电源电路提供了与线圈绕组并联的不期望的导电路径。因此，即使单个线圈绕组由于某些原因中断，具有与请求的测试电流可比较的幅度的不期望的电流也可能循环。当然，这可能导致监督继电器对线圈电磁体的操作状态做出错误确定。

容易理解，目前可用的单线圈致动器的上述缺点对安装和使用这些设备的低压或中压装置的可靠性具有不良影响。

在现有技术中，相当需要能够克服上述技术问题的技术解决方案。

发明内容

根据下面的权利要求1和相关的从属权利要求，本发明旨在通过提供用于低压和中压应用的线圈致动器来响应这样的需求。

在通常的定义中，根据本发明的线圈致动器包括：具有单线圈绕组和可移动构件的线圈电磁体，以及功率和控制单元。

功率和控制单元包括：

–功率电路，可操作地与所述线圈电磁体耦合，所述功率电路包括用于在操纵所述线圈电磁体期间接收输入电压的输入端子以及中间节点，输入端子和中间节点以这样的方式布置，使得所述电磁体与所述输入端子和所述中间节点电连接。所述功率电路进一步包括：放电电路，其与所述第一输入端子和所述中间节点电连接、与所述线圈绕组并联；以及开关电路，其与所述中间节点和所述第二输入端子电连接，所述开关电路包括至少一个功率开关。

功率和控制单元包括控制器，控制器可操作地与所述功率电路耦合以驱动所述功率开关。所述控制器适于执行循环通过所述功率电路的输入电流的PWM控制，以执行所述线圈电磁体的操纵。

功率和控制单元包括电源电路，电源电路包括适于存储电能以向所述控制器馈电的存储装置。所述电源电路与所述中间节点和所述控制器电连接。当所述功率开关处于断开状态(interdiction condition)时，所述电源电路适于接收充电电流以向所述存储装置充电。

根据本发明的一个方面，当执行线圈电磁体的操纵时，所述控制器执行控制进程以允许所述存储装置在所述操纵的执行期间被充电。

优选地，所述控制进程包括测量由所述电源电路提供的供电电压，所述供电电压指示由所述电源电路存储的电能向所述控制器馈电。

优选地，所述控制进程包括将测量的供电电压与预定的阈值作比较。

优选地，所述控制进程包括：如果测量的供电电压小于第一阈值，停止执行所述输入电流的PWM控制，以及命令所述功率开关采取断开状态。

优选地，在所述输入电流的PWM控制停止后，所述控制进程包括：当测量的供电电压超过大于所述第一阈值的第二阈值时，再次开始执行所述输入电流的PWM控制。

根据本发明的一个方面，所述电源电路包括第一输出端子，在第一输出端子处所述电源电路向所述控制器提供第一供电电压。所述电源电路包括与所述第一输出端子电连接的存储电路。所述存储电路包括所述存储装置。

根据本发明的一个方面，所述电源电路包括阻断电路，该阻断电路适于允许从所述中间节点被引导朝向所述存储装置的充电电流的循环，并且适于阻断从所述存储装置被引导到所述中间节点的放电电流的循环。

根据本发明的一个方面，所述电源电路还包括以这样的方式布置的另外的中间节点，使得所述阻断电路与所述中间节点和所述另外的中间节点电连接。所述电源电路包括第一电压调节电路，该第一电压调节电路与所述另外的中间节点和所述第一输出端子电连接。

根据本发明的一个方面，所述电源电路包括第二输出端子，在第二输出端子处所述电源电路向所述控制器提供第二供电电压，所述第二供电电压小于所述第一供电电压。

根据本发明的一个方面，所述电源电路包括第二电压调节电路，该第二电压调节电路与所述第一输出端子和所述第二输出端子电连接。

在另一方面，本发明涉及一种根据权利要求12的低压或中压装置。

附图说明

本发明的特征和优点将从根据本发明的线圈致动器的优选但非排他的实施例的描述中呈现，本发明的非限制示例在附图中提供，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是被包括在图2的电源控制单元中的电源电路的示意图；

–图4-图5示意性地示出了根据本发明的线圈致动器的操作的示例。

具体实施方式

参考附图，本发明涉及用于低压和中压应用的线圈致动器1。

线圈致动器1旨在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，线圈致动器包括外壳(未示出)，该外壳限定了容纳内部部件的体积。

根据本发明，线圈致动器包括线圈电磁体2，该线圈电磁体2设置有单个线圈绕组21和可移动构件22。

在施加驱动力的情况下，可移动构件22可以在静止位置与启动位置之间方便地移动。

可移动构件22通过磁力而从静止位置移动到启动位置(启动操作)，该磁力由于与可移动构件相连的磁通量、并且由沿线圈电磁体2(更精确地，沿线圈电磁体2的单个绕组21)循环的励磁电流I_E生成。

优选地，可移动构件22通过机械装置(未示出)从启动位置移动到静止位置，该机械装置被包括在线圈电磁体2中，例如，在线圈电磁体的启动操纵期间适当充能的弹簧。

优选地，可移动构件22不能稳定地保持上述启动位置。为了保持这种状态，励磁电流I_E仍然需要沿着线圈电磁体2循环(保持操纵)。一旦励磁电流I_E被中断或充分减小，由于上述机械装置施加的反作用力，可移动构件22返回静止位置。

方便地，当线圈致动器1安装在低压或中压装置中时，可移动构件22可操作地与运动机构耦合。例如，当线圈致动器1安装在中压断路器中时，可移动构件22可操作地与所述断路器的主命令链耦合。

根据本发明，线圈致动器1包括功率和控制单元3，该功率和控制单元3可操作地与线圈电磁体2耦合以适当控制线圈电磁体2的操作。

功率和控制单元3包括功率电路4。

功率电路4适于接收输入电压V_IN以执行电磁体2的操纵，例如，电磁体2的启动操纵或保持操纵。

功率电路4可操作地与线圈电磁体2耦合以在接收到输入电压V_IN时驱动线圈电磁体2。以这种方式，当功率电路4由输入电压V_IN供电时，线圈电磁体2可以接收适当的励磁电流I_E以执行期望的操纵。

优选地，输入电压V_IN具有DC波形。更优选地，输入电压V_IN具有给定操作频率(例如50Hz)的整流全波正弦波形。然而，在原则上，输入电压V_IN可以具有不同的波形，诸如整流半波正弦波形、脉冲波形或连续波形。

优选地，功率和控制单元3包括第一感测装置5(例如，电阻分压器)，该第一感测装置5适于提供第一检测信号S1，该第一检测信号S1指示由功率电路4接收的输入电压V_IN的特性。

功率电路4包括第一输入端子T1和第二输入端子T2，在开关设备2的操纵执行期间，在第一输入端子T1和第二输入端子T2处该功率电路4接收输入电压V_IN，并且可能接收在端子T1与T2之间循环的输入电流I_IN。

功率电路4包括中间电节点T3，使得线圈电磁体2与第一输入端子T1和所述中间电节点电连接。功率电路4包括开关电路41和放电电路42，该开关电路41和放电电路42在中间电节点3处可选择地与线圈电磁体2耦合。

放电电路42以与电磁体2并联电连接的方式与第一输入端子T1和中间电节点T3电连接。

放电电路42适于当所述线圈电磁体不由励磁电流I_E供电时，允许由电磁体2形成的等效电感进行放电。为此目的，放电电路42适当地布置为当功率电路4不由输入电流I_IN供电时，允许放电电流I_D循环。

优选地，放电电路42包括续流二极管420(其可以是常规类型)，该续流二极管420的阳极和阴极分别与电节点T3和第一输入端子T1电连接。

开关电路41与由放电电路42和线圈电磁体2形成的并联组串联电连接。

更精确地说，开关电路41与中间电节点T3和第二输入端子T2电连接。

开关电路41适于当在所述输入端子处施加输入电压V_IN以执行开关器件2的操纵时，允许或防止输入电流I_IN通过在端子T1与T2之间的功率电路4循环。

开关电路41包括至少一个功率开关410，优选为如附图所示的单个功率开关。

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其源极或发射极端子分别与中间电节点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断开状态之间切换。

在开关器件2操作执行期间，功率开关410的开关频率通常比表征功率电路4的电量的操作频率高得多。例如，所述功率开关的开关频率可以是10kHz，而输入电压V_IN可以具有数十Hz的操作频率。

在开关器件2的操纵执行期间，当功率开关处于导通状态时，允许输入电流I_IN通过所述功率开关和输入端子T1、T2而循环通过功率电路4和电磁体2。在这种情况下，由电磁体2形成的等效电感被励磁电流I_E充电。此外，续流二极管420处于断开状态并且将没有电流循环通过(除了较小的泄漏电流以外)。相反，当功率开关410处于断开状态时，输入电流I_IN中断。在这种情况下，续流二极管420处于导通状态并且放电电流I_D循环通过放电电路42，由此引起由电磁体2形成的等效电感放电。

优选地，功率和控制单元3包括第二感测装置7(例如电阻分流器)，该第二感测装置7适于提供第二检测信号S2，该第二检测信号S2指示在输入端子T1、T2之间沿功率电路4循环通过的输入电流I_IN的特性。

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装置7。在这种情况下，第二感测装置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。

根据本发明，功率和控制单元3包括控制器6。

控制器6可操作地与开关电路41耦合以驱动功率开关410。

优选地，控制器6适于通过方便地为这样的功率开关的门极或基极端子提供控制信号V_G(例如，脉冲类型的电压信号)来控制功率开关410的操作。

优选地，控制器6可操作地与第一感测装置5耦合并可能与第二感测装置7耦合，以便接收和处理第一检测信号S1并可能接收和处理第二检测信号S2，来控制功率开关的操作。

在开关设备2的操纵执行期间，控制器6适于通过适当地驱动功率开关410、优选通过控制功率开关410的开关占空比，来执行输入电流I_IN的PWM控制。

以这种方式，控制器6能够以这样的方式控制输入电流I_IN的平均值(在比功率开关410的开关周期长得多的时间间隔中，诸如输入电压V_IN的周期)，以使得输入电流I_IN遵循所述输入电流的给定参考值设置。

在实践中，控制器6将测量的输入电流I_IN的平均值(由第二感测装置7发出的第二检测信号S2提供)与设置的参考值I_R作比较，并且基于从这样的比较获得的误差值来改变功率开关410的占空比值。

显然，功率开关410的占空比值D的增加或减小将分别确定输入电流I_IN的平均值的对应增加或减小。

由控制器6执行的PWM控制算法可以是已知类型的，并且为了简洁，下文仅对与本发明相关的方面进行描述。

控制器6执行输入电流I_IN的上述PWM控制，以便获得针对沿电磁体2的单个绕组21循环的励磁电流I_E所选择的操作电平。特别地，输入电流I_IN的上述PWM控制旨在获得针对对应时间间隔的励磁电流I_E的平均操作电平，该对应时间间隔可能是数百ms的数量级，例如，等于输入电压V_IN的数十个时间周期(当输入电压V_IN是周期信号时)。

为了执行期望的操作，电磁体2(更准确地说是沿着电磁体2的绕组21)需要由具有这样的平均操作电平的励磁电流I_E供电，该平均操作电平可以是当需要执行电磁体2的启动操作时预定的启动电平、或者当需要执行电磁体2的保持操作时预定的保持电平。

然而，在原则上，功率电路可以接收相对于上述输入电压V_IN的不同类型的电压，特别是不一定旨在执行电磁体2的操作的电压。

在某些情况下，控制器6仍然可以驱动功率开关410，以对可能循环通过功率电路4的电流执行PWM控制。例如，当电磁体2的锚22位于静止位置时，功率电路4可以在输入端接收测试电压，该测试电压旨在执行测试绕组21的电气连续性检查。在这种情况下，控制器6可以驱动功率开关410，以对在输入端子T1与T2之间以这样的方式流动的测试电流执行PWM控制，使得电磁体2由具有给定线圈监督电平(远小于执行启动操纵所要求的操作电平)的励磁电流I_E供电，以便检查绕组21的完整性。

在其他情况下，控制器6可以命令功率开关410采用给定的操作状态，例如断开状态或导通状态。

控制器6可以包括一个或多个计算机化单元(例如微处理器)，这些单元被配置为执行软件指令来执行期望的功能。

通常，控制器6可以根据已知类型的解决方案实现，为了简洁起见，下文仅对与本发明相关的方面进行描述。

优选地，线圈致动器1包括另外的控制单元8(例如监督继电器)或者可操作地与另外的控制单元8连接，该另外的控制单元8适于与功率和控制单元3交互，例如与控制器6交互。

优选地，控制单元8适于执行监督测试以检测线圈电磁体2中可能的故障。

这样的监督测试方便地包括了电气连续性检查，电气连续性检查旨在检查单线圈绕组21是否由于任何原因而中断。

监督测试可以根据需要用已知的方式执行，为了简洁起见，下文仅对与本发明有关的方面进行描述。

优选地，控制器6包括用于与控制单元8通信的通信端口61(例如CAN总线通信端口)。控制单元8和控制器6可以交换适当的控制和/或数据信号COM以管理线圈致动器1的操作。

控制单元8可以包括一个或多个计算机化单元(例如微处理器)，这些单元被配置为执行软件指令来执行期望的功能。通常，控制单元8可以根据已知类型的解决方案实现，为了简洁起见，下文仅对与本发明有关的方面进行描述。

优选地，线圈致动器1包括电源单元9或可操作地与电源单元9耦合。

电源单元9可操作地与功率和控制单元3耦合以及可能与控制单元8耦合，以向所述单元馈电。

电源单元9适于提供输入电压V_IN以进行操作，该输入电压由功率和控制单元3的功率电路4接收。

优选地，电源级9包括适于从电源(例如电力线)接收电能的电源电路(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成分(可能由控制器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)转换为要由功率和控制单元3的功率电路4接收的适当的输入电压V_IN(例如整流正弦电压)。

电源级9的操作由另外的控制单元8方便地控制，例如，旨在适当地操作线圈电磁体2或执行监督测试。

通常，电源级9可以根据已知类型的解决方案实现，为了简洁起见，下文仅对与本发明有关的方面进行描述。

功率和控制单元3包括适于向控制器6馈电的电源电路10。方便地，电源电路10包括存储装置140(优选为电容类型)以存储电能而向控制器6馈电。

根据本发明，电源电路10与中间节点T3和控制器6电连接，使得电源电路10可以从中间节点T3接收电功率来向控制器6馈电。

电源电路10以这样的方式布置，使得当功率开关410位于断开状态时，电源电路10在中间节点T3处接收电功率来向存储装置140充电。

特别地，当功率开关410处于所述断开状态时，电源电路10接收充电电流I_C来向存储装置140充电，存储装置140旨在存储电能来向控制器6馈电。另一方面，当功率开关410处于导通状态时，电源电路10不接收任何充电电流并防止存储装置140被导向中间节点T3的放电电流进行放电。

上述布置提供了相关技术优点。

由于其特殊布置，当在输入端子T1、T2处提供了通用电压时，如果线圈电磁体2的单个线圈绕组21中断，电源电路10则无法接收任何电流。

事实上，由于在由电磁体2和放电电流42以及开关电路41形成的并联组之间布置了中间电节点T3，任何可能向电源电路10馈电的充电电流I_C必须循环通过电磁体2的单个线圈绕组21(功率开关410处于断开状态)。

以这种方式，当在输入端子T1和T2处提供测试电压以检查单个线圈绕组21的电气连续性时，电源电路10不提供用于循环不期望的电流的备选导电路径(即使命令功率开关410处于断开状态)。

因此，在输入端子T1和T2处的测试电流的存在指示单个线圈绕组21处于安全状态。另一方面，在输入端子T1和T2处不存在这样的测试电流I_IN将指示电磁体2中有故障。

根据本发明优选的实施例，当执行线圈电磁体2的操纵(例如启动操纵或保持操纵)时，控制器6适于执行功率开关410的控制进程，该控制进程旨在确保执行电源电路10的内部存储装置140适当的充电过程。

设计上述控制进程以适当地利用输入电压V_IN，该输入电压V_IN是在电磁体2操作期间在端子T1、T2处必然提供的，以适当地向电源电路10的存储装置140充电。

根据上述控制进程，在线圈电磁体2的操纵期间，控制器6连续地测量由电源电路10提供到控制器6本身的供电电压(例如供电电压V_S1)。

方便地，测量的供电电压V_S1指示由电源电路10的内部存储装置140存储的电能水平。

供电电压V_S1的测量可以用已知的方式执行，例如通过对所述供电电压的随后样本的适当获取和数字处理。

根据上述控制进程，在线圈电磁体2的操纵期间，控制器6将测量的电压V_S1与预定的阈值V_TH1和V_TH2作比较。

根据上述控制进程，当测量的供电电压V_S1变得小于第一阈值V_TH1时，控制器6停止执行输入电流I_IN的PWM控制并命令功率开关410采取断开状态。以这种方式，电源电路10可以接收充电电流I_C来向内部存储装置140充电。

根据上述控制进程，在停止执行输入电流I_IN的PWM控制后，当测量的供电电压V_S1增加并超过大于第一阈值V_TH1的第二阈值V_TH2时，控制器6再次启动执行输入电流I_IN的PWM控制，以便执行期望的电磁体2的操纵。

在实践中，在线圈电磁体2的操纵期间，当存储装置140存储的电能过少时(测量的供电电压V_S1小于第一阈值V_TH1)，上述控制进程暂时停止输入电流I_IN的PWM控制，并且操作功率开关410以允许存储装置被充电。

当内部存储装置140存储的电能被恢复到适当的水平时(测量的供电电压V_S1高于阈值V_TH2)，上述控制进程恢复输入电流I_IN的PWM控制，以便执行期望的电磁体2的操纵。

有证据表明，输入电流I_N的PWM控制被暂停的时间间隔具有相对较短的持续时间(几ms)。此外，用以对存储装置进行充电的由电源电路10吸收的充电电流IC具有几mA的幅度。因此，输入电流I_IN的PWM控制的重复中断对电磁体2的操作状态的影响可以忽略不计，当执行所述电磁体2的操纵时，电磁体2的操作状态实质上不受存储装置140充电的影响。

在下文中，根据本发明的一些可能的实施例，对电源电路10的电路结构进行了更详细的描述。

优选地，电源电路10包括与控制器6电连接的第一输出端子T4，例如借助已知类型的适当的连接电路(未示出)。在第一输出端子T4处，电源电路10将第一供电电压V_S1提供到控制器6。可以方便地利用第一供电电压V_S1来向控制器6的具有更高功率的电路系统进行馈电，例如模拟类型的电路系统。例如，第一供电电压V_S1可以大约为15V。

优选地，电源电路10包括与控制器6电连接的第二输出端子T6，例如借助已知类型的适当的连接电路(未示出)。在第二输出端子T6处，电源电路10将第二供电电压V_S2提供到控制器6，该第二供电电压V_S2通常小于第一供电电压V_S1。可以方便地利用第二供电电压V_S2来向控制器6的具有适当的更低功率的电路系统进行馈电，例如数字处理电路。作为示例，第二供电电压V_S2可以大约为3V。

优选地，电源电路10包括与第一输出端子T4电连接并且包括存储装置140的存储电路14，该存储装置140适于存储电能以向控制器6馈电。存储装置140可以包括一个或多个电容器，该一个或多个电容器电连接在输出端子T4与接地参考之间。

优选地，电源电路10包括与中间节点T3电连接的阻断电路11。阻断电路11方便地适于允许从中间节点T3引导朝向存储装置140的充电电流I_C的循环，并且阻断从充电装置140引导到中间节点T3的可能的放电电流的循环。阻断电路11可以包括阻断二极管110(可以是常规类型)，其阳极和阴极分别与中间电节点T3和输出端子T4电连接，或者，优选地与所述阻断电路的输出节点T5电连接。

优选地，电源电路10包括与阻断电路11的输出端子T5和第一输出端子T4电连接的第一电压调节电路12。电压调节电路12可以包括较高电压到较低电压的转换电路(例如，包括适当布置的耗尽型MOSFET)，该转换电路可以根据常规类型的解决方案布置。

优选地，电源电路10包括与输出端子T4和T6电连接的第二电压调节电路13。电压调节电路13可以包括LDO调节器，该LDO调节器可以根据常规类型的解决方案布置。

参考图2-图3的实施例，现在进一步详细描述在电磁体2的操纵期间，电源电路10关于功率开关410的操作状态的具体操作。

当功率开关10被命令处于断开状态时，由于在T2端子处没有电流循环，输入电流I_IN中断。中间电节点T3采取接近于施加在第一端子T1处的电压的端子电压。所述端子电压高于由存储装置140所提供的供电电压V_S1。阻断二极管11处于导通状态。在这种情况下，充电电流I_C可以从中间电节点T3朝向存储装置140循环(通过输入端子T1和电磁体2)，以向所述存储装置充电。

当功率开关10被命令处于导通状态时，输入电流I_IN在端子T1和T2处循环。中间电节点T3采取小于由存储装置140提供的供电电压V_S1的电压。阻断二极管11处于断开状态。在这种情况下，从存储装置140到中间电节点T3的任何放电电流都由阻断电路11阻断。

参考图2-图5，现在进一步详细描述在电磁体2的操纵期间，控制器6管理存储装置140的充电过程的一般操作。

如上所述，电磁体2应该执行操纵，例如启动操纵或保持操纵。

控制器6应该选择一个参考值I_R，该参考值I_R将用于执行输入电流I_IN的PWM控制。

为了迫使输入电流I_IN遵循参考值I_R、并且针对在电磁体2中循环的励磁电流I_E而获得给定操作水平以便执行期望的操作，控制器6利用给定的占空比值驱动功率开关410，以在导通状态与断开状态之间进行切换。

在执行输入电流I_IN的PWM控制时，控制器6连续地测量由电源电路10提供的供电电压V_S1，并且将所述供电电压V_S1与阈值V_TH1、V_TH2作比较。

在线圈电磁体2的操纵期间，测量的电源电压V_S1自然地趋于下降。事实上，在执行输入电流I_IN的PWM控制时，功率开关410被命令在每个PWM循环处于导通状态(通常在每个PWM循环的大部分时间内),这使得存储装置140平均地放电(例如在远超过一个PWM循环的持续时间的时间间隔中)。

在t₁时刻，测量的供电电压V_S1变得小于第一阈值V_TH1。这意味着存储装置140已经达到了一个不令人满意的充电水平。

控制器6停止执行输入电流I_IN的PWM控制，并且提供控制信号V_G以命令功率开关410采取断开状态。在这种情况下，存储装置140由充电电流I_C充电，并且测量的供电电压V_S1自然地趋于增加。

在t₂时刻，测量的电源电压V_S1超过第二阈值V_TH2。这意味着存储装置140已经恢复了令人满意的充电水平。

控制器6再次启动，执行输入电流I_IN的PWM控制。

在线圈电磁体2的期望的操纵期间，PWM控制器6可以方便地重复上述控制进程。

图4清楚地示出了在电磁体2的操纵期间，针对给定的时间间隔T_C，上述控制进程是如何反复地暂停输入电流I_IN的PWM控制的，在该给定的时间间隔T_C期间执行存储装置140的充电过程。

通常，内部存储装置140被充电的时间间隔T_C的持续时间取决于充电过程中涉及的物理量以及阈值V_TH1和V_TH2的设置。

然而，对于控制器6通常执行的输入电流I_IN的PWM控制的时间间隔而言，这样的持续时间相对较短(例如约1/10)。

由于在时间间隔T_C期间所吸收的功率相对较小，所以输入电流I_IN的PWM控制的重复中断并不会对电磁体2的操作状态产生实质性的影响。

图5示出了时间间隔T_C的重复频率如何与由控制器吸收的总供电电流I_S相关联。

吸收的供电电流I_S的增加(例如从电平I_S1到电平I_S2)将导致时间间隔T_C的重复频率的增加，而吸收供电电流I_S的减少将导致时间间隔T_C的重复频率的减少。

因此，控制器6的上述控制进程可以自动地调节存储装置140的充电过程的重复频率，以遵循由控制器6吸收的总供电电流I_S的可能变化。

根据本发明的线圈致动器1允许实现预定的目标和目的。

线圈致动器包括功率和控制单元3，该功率和控制单元3设置有向PWM控制器6馈电的电源装置，其布置方式不影响可能的电气连续性测试，该电气连续性测试被执行以检查单个线圈绕组21的完整性。

因此，本发明解决或减轻了现有技术的上述缺点。

线圈致动器1示出了相对于当前可用的现有技术的解决方案可靠性水平更高的解决方案。

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具有紧凑的设计，并且能够在电磁体2必须进行操纵时正确地驱动电磁体2。

线圈致动器1可以容易地以相对于目前可用的同类设备而言具有竞争力的成本而在工业级上生产。

Claims (12)

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)，具有单个线圈绕组(21)和可移动构件(22)；以及

–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耦合，所述功率电路包括用于在所述线圈电磁体(2)的操纵期间接收输入电压(V_IN)的输入端子、以及中间节点(T3)，使得所述电磁体与所述输入端子和所述中间节点(T3)电连接，所述功率电路进一步包括：放电电路(42)，所述放电电路(42)与所述输入端子中的第一输入端子(T1)和所述中间节点(T3)电连接、与所述线圈绕组并联；以及开关电路(41)，所述开关电路(41)与所述中间节点(T3)和所述输入端子中的第二输入端子(T2)电连接，所述开关电路包括功率开关(410)，所述功率开关(410)适于在导通状态和断开状态之间切换，其中当所述功率开关处于导通状态时，允许输入电流(I_IN)通过所述功率开关(410)和所述输入端子循环通过所述线圈电磁体(2)和所述功率电路(4)，

其中当所述功率开关(410)处于断开状态时，所述输入电流(I_IN)被中断；

–控制器(6)，可操作地与所述功率电路(4)耦合以驱动所述功率开关(410)，所述控制器适于执行循环通过所述功率电路(4)的输入电流(I_IN)的PWM控制，以执行所述线圈电磁体(2)的操纵；

其特征在于，所述功率和控制单元(3)包括电源电路(10)，所述电源电路(10)包括适于存储电能以向所述控制器(6)馈电的存储装置(140)，所述电源电路(10)与所述中间节点(T3)和所述控制器(6)电连接，并且所述电源电路(10)从所述中间节点接收电功率来向所述控制器馈电，当所述功率开关(410)处于断开状态时，所述电源电路(10)接收充电电流(I_C)以向所述存储装置(140)充电。

2.根据权利要求1所述的线圈致动器，其特征在于，当执行所述线圈电磁体(2)的操纵时，所述控制器(6)执行控制进程，以允许所述存储装置(140)在所述操纵的执行期间被充电。

3.根据权利要求2所述的线圈致动器，其特征在于，所述控制进程包括测量由所述电源电路(10)提供的供电电压(V_S1)，所述供电电压指示由所述电源电路存储以向所述控制器馈电的电能。

4.根据权利要求3所述的线圈致动器，其特征在于，所述控制进程包括将测量的所述供电电压(V_S1)与预定的阈值(V_TH1，V_TH2)作比较。

5.根据权利要求4所述的线圈致动器，其特征在于，所述控制进程包括：如果测量的供电电压(V_S1)小于第一阈值(V_TH1)，则停止执行所述输入电流(I_IN)的所述PWM控制，并且命令所述功率开关(410)采取断开状态。

6.根据权利要求5所述的线圈致动器，其特征在于，在所述输入电流(I_IN)的所述PWM控制的所述停止之后，所述控制进程包括：当测量的所述供电电压(V_S1)超过第二阈值(V_TH2)时，再次启动以执行所述输入电流(I_IN)的所述PWM控制，所述第二阈值(V_TH2)大于所述第一阈值(V_TH1)。

7.根据前述权利要求中任一项所述的线圈致动器，其特征在于，所述电源电路(10)包括第一输出端子(T4)，在所述第一输出端子(T4)处所述电源电路向所述控制器(6)提供第一供电电压(V_S1)，所述电源电路包括与所述第一输出端子(T4)电连接的存储电路(14)，所述存储电路包括所述存储装置(140)。

8.根据权利要求7所述的线圈致动器，其特征在于，所述电源电路(10)包括阻断电路(11)，所述阻断电路(11)适于允许从所述中间节点(T3)引导朝向所述存储装置(140)的充电电流(I_C)的循环，并且适于阻断从所述存储装置(140)引导到所述中间节点(T3)的放电电流的循环。

9.根据权利要求8所述的线圈致动器，其特征在于，所述电源电路(10)包括另外的中间节点(T5)，使得所述阻断电路(11)与所述中间节点(T3)和所述另外的中间节点(T5)电连接，所述电源电路(10)包括第一电压调节电路(12)，所述第一电压调节电路(12)与所述另外的中间节点(T5)和所述第一输出端子(T4)电连接。

10.根据权利要求7所述的线圈致动器，其特征在于，所述电源电路(10)包括第二输出端子(T6)，在所述第二输出端子(T6)处所述电源电路向所述控制器(6)提供第二供电电压(V_S2)，所述第二供电电压(V_S2)小于所述第一供电电压(V_S1)。

11.根据权利要求10所述的线圈致动器，其特征在于，所述电源电路(10)包括第二电压调节电路(13)，所述第二电压调节电路(13)与所述第一输出端子(T4)和所述第二输出端子(T6)电连接。

12.一种低压或中压装置，其特征在于，所述低压或中压装置包括根据前述权利要求中任一项所述的线圈致动器(1)。

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