CN1921287A

CN1921287A - 电感性负载控制装置

Info

Publication number: CN1921287A
Application number: CNA2005100929752A
Authority: CN
Inventors: 郑其原
Original assignee: Hiwin Mikrosystem Corp
Current assignee: Hiwin Mikrosystem Corp
Priority date: 2005-08-26
Filing date: 2005-08-26
Publication date: 2007-02-28
Anticipated expiration: 2025-08-26
Also published as: CN100456625C

Abstract

本发明为一种全新的电感性负载控制装置，其应用于控制一般电感性负载(例如：马达、直流电动机等)，而本发明是利用场效晶体(MOSFET)的无开关接点的原理，避免开关动作火花的影响，并且运用二场效晶体栅极端与二继电开关的常开接点连接的方式，本发明会使继电开关驱动电感性负载时，确保继电开关接点动作已经先完成，而该场效晶体导通动作确实在后，藉此使继电开关接点不会有火花产生，更能增加继电开关控制接点的寿命及可靠度。

Description

电感性负载控制装置

技术领域

本发明为提供一种全新的电感性负载控制装置，其是应用于控制一般电感性负载(例如：马达、直流电动机等)，而且会避免开关动作火花的影响，并能增加继电开关控制接点的寿命及可靠度。

背景技术

按，由于电感性负载系统的不断研发改进，各种控制电感性负载技术及其产品已经成为许多精密机具中十分重要的部份，各式各样的电感性负载机构产品已经广泛地进入人类生活、加工工厂与高科技设备之内，虽然电感性负载技术的发展十分迅速，但消费使用者仍然需要技术不断的提升，因此也产生许多电感性负载的控制系统(电感性负载例如：马达、直流电动机等)，但是现今的电感性负载技术仍有诸多待进步开发的问题，特别是在许多需要较稳定、安静、高寿命的高精密制造产业机具之上，故目前的电感性负载技术技术仍有若干盲点，极待各界人士再加研发改善。

一般市面上所使用电感性负载(例如：马达、直流电动机等)控制系统如图1所示(美国专利US 6,487,062B1号)，在电路系统之中具有第一电感性负载10(即为一般的直流马达)、第一继电器11、第二继电器12、第一继电开关13、第二继电开关13a，该第一继电器11、第二继电器12为控制第一继电开关13、第二继电开关13a与第一电感性负载10之用，在第一继电开关13、第二继电开关13a内分别设有第一共通接点131、第二共通接点第二共通接点131a、第一常闭接点132、第二常闭接点132a、第一常开接点133、第二常开接点133a与第一金属弹片134、第二金属弹片134a，该第一电感性负载10分别连接第一继电开关13、第二继电开关13a的第一共通接点131、第二共通接点第二共通接点131a，而第一继电开关13、第二继电开关13a的第一常闭接点132、第二常闭接点132a透过第一金属弹片134、第二金属弹片134a与第一共通接点131、第二共通接点第二共通接点131a连接(平时第一共通接点131、第二共通接点第二共通接点131a与第一常闭接点132、第二常闭接点132a连接)，另在电路上连接有一第一场效晶体14(MOSFET)及一直流电源15，该第一继电开关13、第二继电开关13a彼此并连，且第一场效晶体14与直流电源15串连该第一继电开关13、第二继电开关13a，并以直流电源15正极朝向该第一继电开关13、第二继电开关13a、负极朝向第一场效晶体14；

请见图1，常见的动作传导说明如下：当第一继电器11提供激磁线圈电源时，该第一继电开关13的第一金属弹片134将由第一常闭接点132移到第一常开接点133使第一共通接点131与第一常开接点133导通，此时直流电源15的电力将自正极端提供电力经第一继电器11的第一常开接点133、第一金属弹片134、第一共通接点131至第一电感性负载10，再到第二继电器12的第二继电开关13a的第二共通接点第二共通接点131a、第一金属弹片134、第二常闭接点132a连接到第一场效晶体14回到直流电源15，此时第一场效晶体14的栅极端也必须提供一导通电压，藉此导通电压控制第一电感性负载10方可以建立正向运转回路。

反之当第二继电器12提供激磁线圈电源时，该第二继电开关13a的第二金属弹片134a将由第二常闭接点132a移到第二常开接点133a使第二共通接点第二共通接点131a与第二常开接点133a导通，此时直流电源15将提供电力经第二继电器12的第二继电开关13a的第二常开接点133a、第二金属弹片134a、第二共通接点第二共通接点131a至第一电感性负载10，再由第一继电器11的第一继电开关13的第一共通接点131、第一金属弹片134、第一常闭接点132连接到第一场效晶体14，最后回到直流电源15，此时第一场效晶体14的栅极端必须提供一导通电压，来控制第一电感性负载10建立反向运转回路。

此种常见的技术实用后产生的问题如下：

其一，上述的控制方法需要先提供第一继电器11或是第二继电器12预设的激磁电压后，才能再提供第一场效晶体14的栅极端一个控制电压，故会造成整个控制电路过于复杂，生产成本增加；

其二，该第一场效晶体14的栅极端必有一控制电压生成，但此控制电压因为电路受到异常影响常会先行驱动产生，若是第一继电器11或是第二继电器12的激磁电压随后又驱动时，会造成第一继电器11或是第二继电器12的第一常开接点133或是第二常开接点133a因为驱动第一电感性负载10的瞬间电流徒增而损坏；

其三，如图1所示，使用者必须另行设置控制系统确保第一继电器11、第二继电器12的动作先行，之后才能驱动第一场效晶体14，前述动作又要以组件延迟时间方可达成(不易控制)；

其四，当两组第一继电器11、第二继电器12同时动作时，原先流入负载的电流会在各第一继电器11、第二继电器12的第一继电开关13、第二继电开关13a接点处产生火花造成接点的损坏。

由上述产品可知，以往使用电感性负载控制系统时，无法长期维持稳定的运作及组件寿命；针对以上缺陷，在求理想、实用与进步的今日，诚为一极待努力追求改善的目标。

有鉴于此，本发明专利发明人乃经详思细索，并积多年从事各种电感性负载控制系统与相关技术的经验，开发出一种应用于电感性负载控制的全新控制装置，达到本发明避免开关动作火花的效果；有效改进以往常见的会发生的寿命降低、不易控制成本增加等问题。

发明内容

本发明的首要目的在于提供一种控制系统简化的电感性负载控制装置，本发明利用运用二场效晶体栅极端与二继电开关的常开接点连接的方式，使得控制时不需要继电器先动作后的延迟再激活场效晶体，让继电器驱动后直接驱动场效晶体，控制上更为简单、成本降低。

本发明的次要目的在于提供一种避免开关动作火花的电感性负载控制装置，本发明运用二场效晶体栅极端与二继电开关的常开接点连接的方式，当两组继电器动作时，场效晶体，电流不会在继电器接点处产生火花，防止造成接点的损坏的问题，也可以提高电路可靠度及组件寿命。

本发明的又一目的在于提供一种保护继电器的电感性负载控制装置，本发明增加二极管在电路之内，利用二极管使继电器在关闭动作时的负载能量透过该二极管消耗，有效保护继电器接点，增加继电器接点寿命及可靠度。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：一种电感性负载控制装置，其包括有电源、第一控制组、第二控制组及电感性负载；其中：

该电源，其具有正极端及负极端；

该第一控制组，其串连在该电源，该第一控制组包括有继电开关、继电器、一场效晶体组合而成，该继电开关以一共通接点配合簧片设有常闭接点与常开接点，该共通接点与电源相接，而继电器则受控激磁控制该簧片定位于常闭接点或常开接点，且以常开接点连接该场效晶体的栅极端，而该常闭接点则与该场效晶体的漏极端连接，该场效晶体的源极端连接于电源；

该第二控制组，其串连在该电源，形成第二控制组与第一控制组并联，该第二控制组包括有继电开关、继电器、一场效晶体组合而成，该继电开关以一共通接点配合簧片设有常闭接点与常开接点，该共通接点与电源相接，而继电器则受控激磁控制该簧片定位于常闭接点或常开接点，且以常开接点连接该场效晶体的栅极端，而该常闭接点则与该场效晶体的漏极端连接，该场效晶体的源极端连接于该电源；

该电感性负载，是跨接在该第一控制组的继电开关的常闭接点与该第二控制组的继电开关的常闭接点之间。

该第一控制组的继电开关以共通接点与电源的正极端相接，而该场效晶体为N型场效晶体(N-MOSFET)，且N型场效晶体的源极端连接于该电源负极端；

该第二控制组的继电开关以共通接点与电源的正极端相接，而该场效晶体为N型场效晶体，且N型场效晶体的源极端连接于该电源负极端。

该第一控制组的继电开关以共通接点与电源的负极端相接，而该场效晶体为P型场效晶体(P-MOSFET)，且P型场效晶体的源极端连接于该电源正极端；

该第二控制组的继电开关以共通接点与电源的负极端相接，而该场效晶体为P型场效晶体，且P型场效晶体的源极端连接于该电源正极端。

设有一电阻，该电阻为电流的检出，且其与该电源的负极端相串连。

该第一控制组内设有二极管，而让该二极管二端跨接在第一控制组的继电开关的共通接点与常闭接点之间；该第二控制组内也设有二极管，该二极管二端跨接在第二控制组的继电开关的共通接点与常闭接点之间，并形成一完整回路，并形成电感性负载二端分别与二极管连接状态。

上述电感性负载均为马达。

该马达是应用于线性致动器的机构控制装置。

使用本发明的有益效果在于：本发明是利用场效晶体(MOSFET)的无开关接点的原理，避免开关动作火花的影响，并且运用二场效晶体栅极端与二继电开关的常闭接点连接的方式，本发明会使继电开关驱动电感性负载时，确保继电开关接点动作已经先完成，而该场效晶体导通动作确实在后，藉此使继电开关接点不会有火花产生，更能增加继电开关控制接点的寿命及可靠度。

如此藉由上述的结构特征与其相互关系位置的巧妙安排，再配合下述各构件间的交互动作原理，第二实施例同样能达成本发明前揭的基本目的。

附图说明

图1现有的电路示意图。

图2本发明第一实施例的系统图。

图3本发明第二实施例的系统图。

主要组件符号说明

第一电感性负载10

第一继电器11 第二继电器12

第一继电开关13 第二继电开关13a

第一共通接点131 第二共通接点131a

第一常闭接点132 第二常闭接点132a

第一常开接点133 第二常开接点133a

第一金属弹片134 第二金属弹片134a

第一场效晶体14

直流电源15

电源20 正极端20a

负极端20b 电阻21

第一控制组30 第三继电开关31

第三共通接点311 第三常闭接点312

第三常开接点313 第三继电器32

第二场效晶体33 第一栅极端33a

第一漏极端33b 第一源极端33c

第一二极管34 第一簧片35

第二控制组40 第四继电开关41

第四共通接点411 第四常闭接点412

第四常开接点413 第二继电器42

第三场效晶体43 第二栅极端43a

第二漏极端43b 第二源极端43c

第二二极管44 第二簧片45

第二电感性负载50

具体实施方式

下面列举二较佳可实施例并分别配合图2、图3详细说明如后，相信本发明的目的、特征及其它优点，当可由之得一深入而具体的了解。

本发明电感性负载控制装置的第一实施例，使用N型场效晶体(N-MOSFET)，示意图请见图2，其电路包括有一电源20、一电阻21、第一控制组30、第二控制组40及一第二电感性负载50(请参阅图2)；其中：

该电源20，组装在电路之中，其具有正极端20a及负极端20b；

该电阻21，运用为电流的检出，且其与该电源20的负极端20b相串连；

该第一控制组30，其是串连在该电源20正极端20a与该电阻21之间，该第一控制组30包括有一第三继电开关31、一第三继电器32、一第二场效晶体33与一第一二极管34组合而成，该第二场效晶体33为N型场效晶体，该第三继电开关31以一第三共通接点311配合一第一簧片35设有第三常闭接点312与第三常开接点313，该第三共通接点311与电源20的正极端20a相接，而第三继电器32则受控激磁控制该第一簧片35，且以第三常开接点313连接该第二场效晶体33的第一栅极端33a，而该第三常闭接点312则与该第二场效晶体33的第一漏极端33b连接，该第二场效晶体33的第一源极端33c连接于该电阻21，并让该第一二极管34二端跨接在第三继电开关31的第三共通接点311与第三常闭接点312之间，并形成一完整回路；

该第二控制组40，其是串连在该电源20正极端20a与该电阻21之间，形成第二控制组40与第一控制组30并联，该第二控制组40包括有一第四继电开关41、一第二继电器42、一第三场效晶体43与一第二二极管44组合而成，该第三场效晶体43为N型场效晶体，该第四继电开关41以一第四共通接点411配合一第二簧片45设有第四常闭接点412与第四常开接点413，该第四共通接点411与电源20的正极端20a相接，而第二继电器42则受控激磁控制该第二簧片45，且以第四常开接点413连接该第三场效晶体43的第二栅极端43a，而该第四常闭接点412则与该第三场效晶体43的第二漏极端43b连接，该第三场效晶体43的第二源极端43c连接于该电阻21，并让该第二二极管44二端跨接在第四继电开关41的第四共通接点411与第四常闭接点412之间，并形成一完整回路；

该第二电感性负载50，为一马达，其二端跨接在该第三继电开关31的第三常闭接点312与该第四继电开关41的第四常闭接点412之间，并形成第二电感性负载50二端分别与该第一二极管34及第二二极管44连接的状态；

如此藉由上述的结构特征与其相互关系位置的巧妙安排，再配合下述各构件间的交互动作原理乃能达成本发明前揭的基本目的。

本发明电感性负载控制装置的第二实施例，使用P型场效晶体(P-MOSFET)，请见图3；其电源20、电阻21、第一控制组30、第二控制组40及第二电感性负载50的布设位置相同，该第二场效晶体33、第三场效晶体43为P型场效晶体，仅其第一控制组30、第二控制组40的配置反转，使该第四共通接点411、第三共通接点311皆倒置与电阻21相接，而该第二场效晶体33、第三场效晶体43的第一源极端33c、第二源极端43c也皆倒置连接于该电源20的正极端20a；

本发明的运作关键说明如下，

本发明的N型第二场效晶体33、第三场效晶体43的第一栅极端33a、第二栅极端43a分别接至第三继电开关31的第三常开接点313及第四继电开关41的第四常开接点413，作为控制该N型第二场效晶体33、第三场效晶体43的控制激活讯号；本发明另外第二实施例的作法仅是运用如图3所示，将N型场效晶体改为P型场效晶体，并且倒置第一控制组30、第二控制组40，让N型场效晶体的正电开启系统转变为P型场效晶体的负电开启系统。

首先参阅第一实施例状态，当该第二控制组40的第二继电器42的线圈激磁后，会使第四继电开关41的第二簧片45偏转，该第二簧片45将由第四常闭接点412因磁场吸引而移动到第四常开接点413，此时第四共通接点411与第四常开接点413导通，同时电源20会提供N型第三场效晶体43的(Gate)第二栅极端43a电源而使N型第三场效晶体43的第二漏极端43b及第二源极端43c导通。

此时电源20提供一电流回路自正极端20a到该第一控制组30的第三继电开关31的第三共通接点311，且该第三继电开关31的开关第一簧片35保持在该第三常闭接点312，故电流会流到第二电感性负载50，然后驱动第二电感性负载50作动，本发明的该第二电感性负载50实施例以马达为主，然后到第二电感性负载50另一端再送出电流到第二控制组40的N型第三场效晶体43的第二漏极端43b，再经其第二源极端43c接到电流检出电阻21，最后回到电源20的负极端20b形成一电流回路，第二电感性负载50(马达)开始负载正转运作。

本发明因为有效构成电流回路，配合该电阻21可以检出流经电流，并运用自其两端取出的电压数值，该电压数值可以监测流经负载的电流量，并且达到控制及电流限制的目的。

同理，本发明第一实施例的第一控制组30的第三继电器32的线圈激磁后，会使第三继电开关31的开关第一簧片35偏转，该开关第一簧片35将由第三常闭接点312因磁场吸引而移动到第三常开接点313，此时第三共通接点311与第三常开接点313导通，同时电源20会提供N型第二场效晶体33的第一栅极端33a电源而使N型第二场效晶体33的第一漏极端33b及第一源极端33c导通。

此时电源20提供一电流回路自正极端20a到该第二控制组40的第四继电开关41的第四共通接点411，且该第四继电开关41的第二簧片45保持在该第四常闭接点412，故电流会与前段动作相反方向流到第二电感性负载50，然后驱动第二电感性负载50作动，然后到第二电感性负载50另一端再送出电流到第一控制组30的N型第二场效晶体33的第一漏极端33b，再经其第一源极端33c接到电流检出电阻21，最后回到电源20的负极端20b形成一电流回路，第二电感性负载50(马达)开始负载逆转运作。

本发明第二实施例的运作说明如下：

在第二控制组40的第二继电器42的线圈激磁后，第四继电开关41的导通第二簧片45将由第四常闭接点412因磁场吸引而移动到第四常开接点413，此时第四常开接点413与第四共通接点411导通，同时电源20提供P型第三场效晶体43的第二栅极端43a负极电源而使P型第三场效晶体43的第二源极端43c及第二漏极端43b导通。

此时，该电源20提供一电流回路自第二控制组40的P型第三场效晶体43通过，并且流到第二电感性负载50，然后驱动第二电感性负载50作动，而流出第二电感性负载50的电流会经由该第一控制组30的第三继电开关31的第三常闭接点312与第三共通接点311导通传出，最后在接到电流检出电阻21回到电源20形成一电流回路，第二电感性负载50开始正转。

同理，若是由该第一控制组30的第三继电器32线圈激磁后，导通开关第一簧片35将由第三常闭接点312因磁场吸引而移动到第三常开接点313，此时第三常开接点313与第三共通接点311导通，同时电源20提供P型第二场效晶体33的第一栅极端33a负极电源而使P型第二场效晶体33的第一源极端33c及第一漏极端33b导通。

此时电源20提供一电流回路自P型第二场效晶体33通过后逆向驱动第二电感性负载50，然后由第二电感性负载50另一端再到第二控制组40的第四常闭接点412，利用该第二簧片45到第四共通接点411，然后接到电流检出电阻21回到电源20形成回路，马达负载开始反转。

本发明控制的原理在于继电器动作配合场效晶体管导通电压的动作，除了可以保证场效晶体的开关动作不会有火花产生之外，同时，本发明另一组继电器的继电开关更为常闭型态，也不会有火花来造成接点的损伤。

在其中一组继电开关驱动第二电感性负载50负载动作时，如果另一继电开关也同时动作时，表示两组场效晶体同时导通，此时电感性负载因为先前的充电而会在两组场效晶体导通时进行短路放电，因为都没有实质接点的存在，所以也可以保护到继电器的接点，使寿命增长，以及防止误动作所造成的继电器的故障。

本发明第一二极管34、第二二极管44二端跨接在继电开关的共通接点与常闭接点之间，当继电开关中断时(停止继电器激磁供电)，此时原本第二电感性负载50内的储能将透过第一二极管34、第二二极管44往电源20端流动，再到各继电开关的共通接点形成一回路，将储能的能量消耗，此时，继电开关的任何一个断开接点的能量也会立即透过第一二极管34、第二二极管44转移消耗，所以继电开关的第四共通接点411、第三共通接点311将也不会产生火花，达到本发明保护接点的目的(逆转时原理相同)。

本发明运用第一控制组30、第二控制组40控制第二场效晶体33、第三场效晶体43运作在先，使用者控制时不需要先操作继电器动作后，进行一段延迟再激活场效晶体，确实让控制更为简单、成本降低；此外，本发明运用二场效晶体栅极端与二继电开关的常闭接点连接的方式，当两组继电器动作时，负载产生的电流只含在场效晶体内侧流通，电流不会含在继电器接点处产生火花，防止造成接点的损坏的问题，也可以提高电路可靠度及组件寿命。

综上所述，本发明的创新结构设计是利用场效晶体的无开关接点的原理，避免开关动作火花的影响、提升电感性负载寿命，并且运用二场效晶体栅极端与二继电开关的常开接点连接的方式，本发明会使继电开关驱动电感性负载时，确保继电开关接点动作已经先完成，而该场效晶体导通动作确实在后，藉此使继电开关接点不会有火花产生，更能增加继电开关控制接点的寿命及可靠度。

Claims

1.一种电感性负载控制装置，其包括有电源、第一控制组、第二控制组及电感性负载；其特征在于：

该电源，其具有正极端及负极端；

该电感性负载，跨接在该第一控制组的继电开关的常闭接点与该第二控制组的继电开关的常闭接点之间。

2.根据权利要求1所述的电感性负载控制装置，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的电感性负载控制装置，其特征在于：

4.根据权利要求1或2或3所述的电感性负载控制装置，其特征在于：设有一电阻，该电阻为电流的检出，且其与该电源的负极端相串连。

5.根据权利要求1或2或3所述的电感性负载控制装置，其特征在于：该第一控制组内设有二极管，而让该二极管二端跨接在第一控制组的继电开关的共通接点与常闭接点之间；该第二控制组内也设有二极管，该二极管二端跨接在第二控制组的继电开关的共通接点与常闭接点之间，并形成一完整回路，并形成电感性负载二端分别与二极管连接状态。

6.根据权利要求4所述的电感性负载控制装置，其特征在于：该第一控制组内设有二极管，而让该二极管二端跨接在第一控制组的继电开关的共通接点与常闭接点之间；该第二控制组内也设有二极管，该二极管二端跨接在第二控制组的继电开关的共通接点与常闭接点之间，并形成一完整回路，并形成电感性负载二端分别与二极管连接状态。

7.根据权利要求1或2或3所述的电感性负载控制装置，其特征在于：该电感性负载为马达。

8.根据权利要求5所述的电感性负载控制装置，其特征在于：该电感性负载为马达。

9.根据权利要求6所述的电感性负载控制装置，其特征在于：该电感性负载为马达。

10.根据权利要求7或8或9所述的电感性负载控制装置，其特征在于：该马达是应用于线性致动器的机构控制装置。