CN111033282B

CN111033282B - 容错电磁线圈致动和监控

Info

Publication number: CN111033282B
Application number: CN201880055493.5A
Authority: CN
Inventors: 詹姆斯·布罗德威尔; 克里斯托弗·肯尼斯·怀亚特; 迪恩·摩根
Original assignee: Safran Electrical and Power SAS
Current assignee: Safran Electrical and Power SAS
Priority date: 2017-08-09
Filing date: 2018-08-07
Publication date: 2022-08-19
Anticipated expiration: 2038-08-07
Also published as: US10825626B2; EP3665489B1; CN111033282A; EP3665489A1; US20190051479A1; WO2019032526A1

Abstract

根据一个或多个方面，提供了一种用于与磁线圈相关联的脉宽调制(PWM)装置的健康传感系统，包括健康传感电路、健康逻辑电路和计数器电路。所述健康传感电路在所述脉宽调制装置的低电压侧测量一个或多个电流测量值。所述健康逻辑电路基于一个或多个所述电流测量值确定表示所述脉宽调制装置的磁线圈的健康分数的健康位。所述计数器电路基于所述健康位产生用于所述脉宽调制装置的反馈指令。

Description

容错电磁线圈致动和监控

背景技术

用于继电器或接触器中电流控制的脉宽调制(PWM)可减轻部件的重量和浪费的能量。然而，缺陷磁线圈可导致继电器或接触器出现问题。此外，因为脉宽调制可用于多种受控应用，例如加热器、鼓风机、灯、车辆等，当线圈发生故障时，可中断供给到相应电气装置的电源的控制。

发明内容

根据一个或多个方面，一种用于与磁线圈相关联的脉宽调制(PWM)装置的健康传感系统包括在脉宽调制装置的低压侧测量一个或多个电流测量值的健康传感电路，基于一个或多个所述电流测量值确定表示脉宽调制装置的磁线圈的健康分数的健康位的健康逻辑电路，以及基于所述健康位产生脉宽调制装置的反馈指令的计数器电路。

健康位的“0”值表示健康分数故障，并且健康位的“1”值表示合格的健康分数。一个或多个电流测量值用于计算与脉宽调制装置相关联的磁通量变化。健康传感系统可包括一个或多个峰值检波器，其包括至少一个二极管，一个运算放大器以及一个电容器。峰值检波器将一个或多个电流测量值与预期电流电平进行比较。健康传感系统可包括一种将反电动势转向到脉宽调制装置的控向二极管。计数器电路对与脉宽调制装置相关联的复位次数进行计数。计数器电路基于与脉宽调制装置相关联的复位次数产生反馈指令。脉宽调制装置可包括场效应晶体管(FET)。健康传感系统可与PWM装置一起处于闭环构造。健康传感电路可测量电流传感电阻器上的一个或多个电流测量值。

根据一个或多个方面，一种用于与磁线圈相关联的脉宽调制(PWM)装置的健康传感系统可包括在脉宽调制装置的低压侧测量一个或多个电流测量值的健康传感电路，基于一个或多个所述电流测量值确定表示脉宽调制装置的磁线圈的健康分数的健康位的健康逻辑电路，以及基于所述健康位产生脉宽调制装置的反馈指令的计数器电路，其中，所述健康传感系统与PWM装置一起处于闭环构造。

根据一个或多个方面，一种用于与磁线圈相关联的脉宽调制(PWM)装置的健康传感系统可包括在脉宽调制装置的低压侧测量电流传感电阻器上的一个或多个电流测量值的健康传感电路，基于一个或多个所述电流测量值确定表示脉宽调制装置的磁线圈的健康分数的健康位的健康逻辑电路，以及基于所述健康位产生脉宽调制装置的反馈指令的计数器电路。

附图说明

图1是根据一个或多个实施例的健康传感系统的示例实施方式的图示。

图2是根据一个或多个实施例的健康传感电路的示例实施方式的图示。

图3是根据一个或多个实施例的电流测量电路的示例实施方式的图示。

图4是根据一个或多个实施例的健康传感电路的示例实施方式的图示。

图5是根据一个或多个实施例的健康传感电路的示例实施方式的图示。

具体实施方式

图1是根据一个或多个实施例的健康传感系统100的示例实施方式的图示。健康传感系统100可以监控一种脉宽调制控制系统200。例如，健康传感系统100可以监控或检测脉宽调制控制系统200的磁致动继电器或接触器上的移动柱塞。健康传感系统100可基于在磁致动继电器或接触器上所检测的移动柱塞来确定脉宽调制控制系统200的健康分数。基于该健康分数，健康传感系统100可以发出一个或多个指令以重新开始、启动或禁用脉宽调制控制系统200的接触器，或相反关闭接触器。

如图1可以看出，在健康传感系统100和脉宽调制控制系统200之间形成反馈回路。健康传感系统100可以监控脉宽调制控制系统200的继电器或接触器，并且基于一组或多组被监控信息提供控制反馈到脉宽调制控制系统200。例如，健康传感系统100可以监控或检测与脉宽调制控制系统200的继电器或接触器的反电势相关联的磁通量或通量的变化，如下将更详细地描述。在一个或多个实施例中，健康传感系统100可以基于一次或多次尝试以一个或多个不同的时间间隔启动或重启脉宽调制控制系统200的接触器或继电器，或直到达到了待重启的尝试的阈值数目。

如本文所使用的，反电动势可指代一种推动或对抗电流的电压或电动势，所述电流感应出反电动势，例如当在电动机的电枢与来自场磁铁、线圈或电动机绕组的磁场之间存在相对运动时，电动机中出现的电压。

可基于脉宽调制控制系统200的一个或多个热特征或方面来封装健康传感系统100，以缓解健康传感系统100的一个或多个组件由于与脉宽调制控制系统200相关联的热量而过热。在这方面，图2更详细地示出了健康传感系统。

图2是根据一个或多个实施例的健康传感系统100的示例实施方式的图示。在图2中，脉宽调制控制系统200提供感测信息到健康传感系统100，所述健康传感系统100进而利用闭环构造提供反馈指令到脉宽调制控制系统200。

脉宽调制控制系统200可包括脉宽调制控制器210和脉宽调制装置220。脉宽调制装置220可以是第三方脉宽调制装置，例如一种包括磁致动继电器或接触器以及磁线圈或电磁线圈的场效应晶体管(FET)，并且脉宽调制控制器210可以是一种为具有电磁线圈、继电器或接触器的脉宽调制装置提供脉宽调制控制的装置。

脉宽调制控制器210可以基于来自计数器电路130的信号产生一个或多个反馈指令，并相应地操作脉宽调制装置220。例如，脉宽调制控制器210可以基于来自计数器电路130的信号产生复位指令、关闭指令、重新开始指令、继续操作指令等，并且指令脉宽调制装置220分别复位、关闭、重启或继续操作。脉宽调制控制器210可以将脉宽调制装置220的状态存储为健康传感系统100(或脉宽调制控制系统200)的存储器或存储单元处的状态位。

健康传感系统100可包括健康传感电路110、健康逻辑电路120和计数器电路130。在一个或多个实施例中，健康传感系统100可包括(未示出)一个或多个处理器、一个或多个处理单元(例如，计算装置)、一个或多个存储器、一个或多个存储装置、存储单元或存储装置(例如，RAM、ROM等)。

健康传感电路110可以检测脉宽调制装置220的闭合或移动接触器或继电器的磁通量变化。健康传感电路110可以使用脉宽调制装置220上的低侧传感电阻器测量电流。健康传感电路110可以测量脉宽调制装置220的低压侧(例如，该低压侧是电磁线圈、继电器或接触器的返回侧或低压侧)的电流。在任何情况下，健康传感电路110可以感测用于磁致动继电器或接触器的移动柱塞(以及相关联的电感变化)，并且基于在脉宽调制装置220的线圈、接触器或继电器的返回侧的一个或多个电流测量值来确定相关联的磁通量变化。

在一个或多个实施例中，健康传感电路110可包括一个或多个峰值检波器以及一种将反电动势放置回在脉宽调制装置220上的控向二极管，并且可以是模拟电路，如图3中将更详细描述的那样。峰值检波器能够检测用于磁致动继电器或接触器的电磁线圈或柱塞运动，并且因此，能够检测用于脉宽调制装置220的运动跟踪。以这种方式，可以进行峰值电平测量。如果峰值电平测量未检测到或不满足一个或多个标准，健康逻辑电路120可以确定或计算脉宽调制装置220的故障健康分数，并且计数器电路130可以基于故障健康分数或健康位来尝试复位或重新开始脉宽调制装置220的电磁线圈、接触器或继电器。

健康逻辑电路120可以基于被检测的磁通量变化(例如，来自健康传感电路110)或基于被测量的电流来计算脉宽调制装置220的接触器或继电器的健康分数。在一个或多个实施例中，健康逻辑电路120可以基于在电阻器上所测量的电流来计算健康分数(例如，图4-5的R13)。例如，如果该磁通量变化大于磁通量变化阈值，则健康分数可被计算为合格的健康分数。该健康分数可被转换或存储为逻辑状态或健康位。例如，健康逻辑电路120可包括存储器或存储驱动器，存储脉宽调制装置220的接触器或继电器的健康分数或与该健康分数相关联的逻辑状态或健康位。

健康分数可以表示或记录为与两种逻辑状态(例如0或1)之一相关联的健康位。举例来说，0＝重新开始，1＝正常操作。可由脉宽调制控制器210使用健康分数或健康位来确定是否重新开始、启用或禁用脉宽调制装置220、继电器或接触器。

计数器电路130可对脉宽调制装置220的复位次数、重新开始或关闭进行计数或跟踪(例如，该计数可与健康分数相关联，或仅与可能或可不必与健康分数相关联的复位总数相关联)。计数器电路130可以基于健康分数、健康分数阈值、复位计数器或复位计数器阈值来确定或产生脉宽调制装置220的一个或多个信号。

例如，如果健康分数小于健康分数阈值，计数器电路130可传递该信息(例如，故障的健康分数)到脉宽调制控制器210上以关闭脉宽调制装置220(例如，或以其他方式禁用脉宽调制装置220)，或传递一种指令脉宽调制控制器210以复位或重启脉宽调制装置220的反馈指令。在图2中，计数器电路130被描述为产生一种表示健康分数小于健康分数阈值的错误信号，从而导致PWM控制器210重新开始或关闭PWM装置220。

然而，应该意识到的是，可能存在其他情形，例如如果健康分数大于或等于健康分数阈值，则不产生错误信号。在这种情况下，继续或保持脉宽调制装置220或脉宽调制控制系统200的操作(例如，“正常”操作继续)。如本文所使用的，基于健康分数小于健康分数阈值(例如，故障的健康分数)的情形或基于复位计数器超过或大于复位计数器阈值而产生“错误”或错误信号。复位计数器阈值可以是健康传感系统100在提供关闭或关机信号之前可指令脉宽调制控制器210复位或重启脉宽调制装置220的许多次数。该复位计数器阈值可被硬编码到健康传感系统100的存储器或存储单元中。根据一个或多个方面，复位计数器阈值的示例可以是三。

如前所述，当复位计数器超过复位计数器阈值时，就达到允许复位或重新建立连接尝试的最大数目，提示计数器逻辑或电路130以指令脉宽调制控制器210关闭脉宽调制装置220，并经由被存储到健康传感系统100(或脉宽调制控制系统200)的存储器或存储单元的状态位报告该故障或错误。在一个或多个实施例中，存在尝试的阈值次数，当达到所述阈值时，所述阈值将导致脉宽调制控制器210关闭脉宽调制装置220，并通过对状态位分配相应的故障值(例如，“0”)来报告故障。

在一个或多个实施例中，可以对状态位分配“0”值，以使脉宽调制控制器210重新开始或复位脉宽调制装置220，以及对状态位分配“1”值，以使脉宽调制控制器210继续或保持脉宽调制装置220的操作。

在一个或多个实施例中，例如，脉宽调制控制器210可包括在达到阈值尝试次数(例如三次)之后停止重新开始尝试的逻辑。换句话说，当计数器达到关机，重新开始或重新开始尝的阈值次数试(例如，3次尝试)时，不管健康位如何，脉宽调制控制器210将关闭脉宽调制装置220，并通过对状态位分配相应的故障值来报告该故障。

作为另一示例，如果健康分数小于健康分数阈值并且复位计数器大于复位计数器阈值，则计数器电路130可以产生一种指令脉宽调制控制器210关闭脉宽调制装置220(例如，或者以其他方式禁用脉宽调制装置220)的反馈指令。复位计数器可以是存储在存储器或存储单元中的值或位，其表示脉宽调制装置220已被复位或与健康分数小于健康分数阈值相关联的复位的次数。以这种方式，计数器电路130可用于缓解脉宽调制装置220或脉宽调制控制系统200的无限复位循环情形。

在一个或多个实施例中，计数器电路130或脉宽调制控制器210可以在复位、重新开始等脉宽调制装置220或脉宽调制控制系统200之前实施延迟(例如，使用倒计时电路)。例如，在线圈启动为47ms的情况下，由于检测延迟，计数器电路130或脉宽调制控制器210可以实施20ms的延迟。此后，通过脉宽调制控制器210重启脉宽调制装置220的线圈、继电器或接触器。

图3是根据一个或多个实施例的电流测量电路300的示例实施方式的图示。图3表示MOSFET Q1和外部线圈L1(或接触器磁线圈)。在图3中，电流测量电路300包括与电磁线圈L1并联使得D1的第一端连接到L1的第一端且D1的第二端连接到L1的第二端的控向二极管D1，具有与D1和L1的第二端连接的第一端的开关Q1，以及连接到开关Q1的第二端的电流传感电阻器R13的第一端和与接地连接的R13的第二端。在该示例中，R13可用于测量与电磁线圈L1(例如，磁线圈)相关联的电流。换句话说，R13是一种被差分地测量以确定接触器L1是否闭合或打开的电阻器。以这种方式，R13用于检测接触器磁路的健康。

图4是根据一个或多个实施例的健康传感电路的示例实施方式的图示。在图4中，虚线左侧的组件与脉宽调制控制系统200相关联，而虚线右侧的组件与健康传感系统100相关联。

在图4中，通过电压调节器(未示出)，V1可被设置为28伏，V2可被设置为12伏。V1连接到电感器或电磁线圈L1。如前所述，电压调节器的输出可以是12伏，与L2(以帮助调节电压)和R8相连。与L2相连的C4在脉宽调制装置220运行时用作能量存储。R8与R7和脉宽调制装置220相连。R7和R8一起被构造为可打开和/或关闭脉宽调制装置220的分压器。例如，R7和R8的电阻值可被设置为在低于5伏时禁用脉宽调制装置220。在任何情况下，R7和R8可被设置为控制脉宽调制装置220的开/关操作的分压器。R6、C3、R9和R10都连接到脉宽调制装置220并为其提供支持。例如，R6值确定了脉宽调制装置220进行脉宽调制的频率。C3值确定在脉宽调制装置220开始脉宽调制之前提供全功率的时间长度。R9设置在脉宽调制装置220不进行脉宽调制的时间过程中所允许的峰值电流。

电阻器R11的第一端可连接到电阻器R12的第一端。电阻器R12的第二端可连接到二极管D2的第一端。电阻器R11的第二端可连接到二极管D2的第二端、接地以及电阻器R13的第二端。以这种方式，R11用作下拉电阻器(例如，用于从高到低的PWM转变的输出的硬下拉)，因为其连接到Q1的栅极和接地。R13的第一端可连接到Q1的源极侧或低侧。Q1的栅极连接到R12的第二端以及二极管D2的第一端。因此，R12是Q1的栅极电阻，其可以是用于脉宽调制的MOSFET。D2可用作保护装置，使得Q1不会过电压。

Q1的漏极侧连接到控向二极管D1的第二端。控向二极管D1的第一端可连接到输入总线。在一个或多个实施例中，控向二极管D1可以是肖特基二极管。也就是说，D1可以具有被构造使得不可能存在Q1的过电压的击穿电压。在一个或多个实施例中，控向二极管D1可转向通过使电感器(例如，接触器的线圈，其在图4的电路外部，并且在右侧与D1平行地定位(未示出))切换回到输入总线上而产生的电动势。而且，D1还可以限制峰值电流。

电阻器R13是电流测量电阻器，其测量Q1的低侧(例如，返回侧或低压侧)的电流。在该示例中，Q1的高侧是Q1的漏极侧，而Q1的低侧是Q1的源极侧，并且可以通过脉宽调制装置220测量R13的差分(例如，在图4中虚线的左侧)。以这种方式，R13可用于测量电流，并且进而确定脉宽调制装置220的闭合或移动接触器或继电器的磁通量变化。被测量电流可以与波形相关联，所述波形可被分析以确定磁通量的变化，因为磁场和电流是相关的，从而能够检测连接到控向二极管D1的顶部侧和控向二极管D1的底部侧的电磁线圈L1的健康状况。

在一个或多个实施例中可使用峰值检波器，如图5将描述的。例如，峰值检波器可以处理被测量电流，并将被测量电流与预期电流电平进行比较。如果测量电流不在预期电流电平的范围内，则健康逻辑电路120可以产生故障健康分数或为脉宽调制控制系统200分配“0”的健康状态位，从而导致错误或复位尝试。

图5是根据一个或多个实施例的健康传感电路的示例实施方式的图示。在图5中，R13是电流传感电阻器，并且提供了线圈故障检测和故障跳闸电路。如图5可以看出，控向二极管D1(例如，来自图4)可以转向通过将图4的电感器切换回到输入总线上而产生的电动势。

故障跳闸电路或健康逻辑电路120可包括R15-R33、D2-D6、一个或多个电容器C1-C4、一个或多个运算放大器OP1-OP5等。例如，R15的第一端可连接到R13的第一端，R15的第二端可连接到C1的第一端和R17的第一端。R16的第一端可连接到R13的第二端，R16的第二端可连接到C1的第二端和R19的第一端。R17的第二端可连接到R18的第一端，以及第一运算放大器OP1的输入。R19的第二端可连接到OP1的输入以及与OP1的输出连接的R20的第一端。OP1的输出还连接到OP2的输入、D2的第一端以及OP3的输入。D2的第二端连接到R21的第一端。R21的第二端连接到C2和R22的第一端。C2和R22的第二端连接接地。

OP3的输出连接到D3的第一端。D3的第二端连接到R30的第一端。R30的第二端连接到OP3的另一输入和D4的第一端、D5的第一端以及C3的第一端。C3的第二端连接接地。D5的第二端连接到R31和R32的第一端。R31的第二端连接接地。R32的第二端连接到OP5的输入和D6的第二端。OP3提供输入信号的整流并设置OP5。

OP2的输出连接到OP2的一个输入。OP2的输出连接到R23的第一端。R23的第二端连接到R24的第一端。R24的第二端连接接地。R23的第二端和R24的第一端连接到OP4的输入。OP4的输出连接到R27的第一端和R26的第一端。R26的第二端连接到R25的第一端和OP4的一个输入。R25的第二端连接接地。R27的第二端连接到OP5的一个输入、R28的第一端以及C4的第一端。R28和C4的第二端连接。与OP2和OP4相关联的电路用作本文所讨论的峰值检波器。

OP5的输出连接到R33的第一端。R33的第二端连接到D6的第一端。D6的第二端连接到OP5的一个输入。

在图5中，120是一种支持基于计时器(未表示)的合格或不合格决策的峰值电平检测电路或逻辑，所述计时器另外是图2的健康逻辑电路。

应该理解的是，本文所述的电路、系统或方法可适用于接触健康、线圈健康、控制器健康、输入功率健康等的健康检测。

虽然已经用特定于结构特征或方法行为的语言描述了发明主题，但是应该理解的是，所附权利要求的发明主题不必限于上述的具体特征或行为。相反，作为示例实施例公开了上述的具体特征和行为。

本文提供实施例的多种操作。描述一个或多个或所有操作的顺序不应解释为暗示这些操作必然依赖于顺序。基于该描述，可意识到替代排序。此外，并非所有操作都可能必须存在于本文所提供的每个实施例中。

如本申请中所使用地，“或”用于指代包含性的“或”而非排除性的“或”。此外，包含性的“或”可包括其任何组合(例如，A、B或其任何组合)。此外，本申请中使用的“一个(a)”和“一个(an)”通常解释为意味着“一个或多个”，除非另有规定或从上下文中明确地指向单数形式。此外，A和B和/或类似物的至少一个通常是指A或B或A和B两者。此外，就在详细描述或权利要求中使用“包括(includes)”、“具有(having)”、“具有(has)”、“带有(with)”或其变型来说，这些术语意在以类似于术语“包括(comprising)”的方式为包含性的。

此外，除非另有规定，“第一”、“第二”等并非意在表示时间方面、空间方面、顺序等。相反，这些术语仅用作特征、元素、项等的标识符、名称等。例如，第一通道和第二通道通常对应于通道A和通道B或两个不同或两个等同的通道或同一通道。另外，“包括(comprising)”、“包括(comprises)”、“包含(including)”、“包含(includes)”等通常是指包括或包含，但不限于。

应该意识到的是，以上公开的多种及其他特征和功能，或其替代方案或变型，可期望地组合到许多其他不同的系统或应用。同样，本领域技术人员可以随后作出也意在包含在以下权利要求中的多种目前未预见或未预料到的替代、修改、变化或改进。

Claims

1.一种用于与磁线圈相关联的脉宽调制装置的健康传感系统，包括：

在所述脉宽调制装置的一低电压侧测量一个或多个电流测量值的健康传感电路；

基于一个或多个所述电流测量值确定表示所述脉宽调制装置的磁线圈的健康分数的健康位的健康逻辑电路；

基于所述健康位产生所述脉宽调制装置的反馈指令的计数器电路；以及

将反电动势转向到所述脉宽调制装置的控向二极管。

2.根据权利要求1所述的健康传感系统，其中，健康位的“0”值表示不合格的健康分数，健康位的“1”值表示合格的健康分数。

3.根据权利要求1所述的健康传感系统，其中，一个或多个所述电流测量值被用于计算与所述脉宽调制装置相关联的磁通量的变化。

4.根据权利要求1所述的健康传感系统，包括一个或多个峰值检波器，所述峰值检波器包括至少一个二极管、一个运算放大器以及一个电容器，所述峰值检波器将一个或多个电流测量值与一预期的电流电平进行比较。

5.根据权利要求1所述的健康传感系统，其中，所述计数器电路对与所述脉宽调制装置相关联的复位次数进行计数。

6.根据权利要求5所述的健康传感系统，其中，所述计数器电路基于与所述脉宽调制装置相关联的复位次数产生反馈指令。

7.根据权利要求1所述的健康传感系统，其中，所述脉宽调制装置包括场效应晶体管。

8.根据权利要求1所述的健康传感系统，其中，该健康传感系统与所述脉宽调制装置一起处于一闭环结构中。

9.根据权利要求1所述的健康传感系统，其中，所述健康传感电路测量跨越一电流传感电阻器的一个或多个电流测量值。

10.根据权利要求2所述的健康传感系统，其中，所述健康传感系统与所述脉宽调制装置一起处于一闭环结构中。

11.根据权利要求10所述的健康传感系统，其中，健康位的“0”值表示不合格的健康分数，健康位的“1”值表示合格的健康分数。

12.根据权利要求10所述的健康传感系统，其中，一个或多个所述电流测量值被用于计算与所述脉宽调制装置相关联的磁通量的变化。

13.根据权利要求10所述的健康传感系统，包括一个或多个峰值检波器，所述峰值检波器包括至少一个二极管、一个运算放大器以及一个电容器，所述峰值检波器将一个或多个所述电流测量值与一预期的电流电平进行比较。

14.根据权利要求10所述的健康传感系统，其中，所述计数器电路对与所述脉宽调制装置相关联的复位次数进行计数。