CN205333803U - 用以监控开关的开关状态的电路以及包括所述电路的机动车 - Google Patents

用以监控开关的开关状态的电路以及包括所述电路的机动车 Download PDF

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Abstract

提出一种用以监控开关(102；302)的开关状态的电路(110)，所述电路具有：振荡器(107)，该振荡器能够借助开关(102；302)上的电压降运行；以及评估部(109)，该评估部通过电容器(108a、108b)与振荡器(107)耦合，其中能够借助该评估部(109)确定开关(102；302)的开关状态。另外，提出一种相应的方法以及具有至少一个所述电路的机动车。

Description

用以监控开关的开关状态的电路以及包括所述电路的机动车
技术领域
本实用新型涉及一种用以监控开关的开关状态的电路及方法。
背景技术
在控制开关(例如双极继电器或接触器)时，通常不知晓该开关当前的状态。但在许多应用中，知晓开关为断开或闭合是有意义的。检查开关的功能就是一种可能的应用。
公知一种利用辅助开关的解决方案：通过辅助开关的状态来推断主开关的状态。其缺点在于，辅助开关的状态不能可靠地说明主开关的状态：例如主开关可能因为触点烧蚀而损坏。
另外公知的是，通过断开的开关的电压来驱动光耦合器。其缺点在于，光耦合器的精确度低且电能消耗相对高。
实用新型内容
本实用新型的任务在于，避免上述缺点并且提供一种能够以有效方式检测开关的开关状态的可行性方案。
所述任务根据独立权利要求的特征来解决。特别是能够从从属权利要求中获得优选的实施方式。
为了解决所述任务，提出一种用以监控开关的开关状态的电路，该电路具有：
振荡器，该振荡器能够借助所述开关上的电压降运行；以及
评估部，该评估部通过电容器与所述振荡器耦合，其中能够借助该评估部确定所述开关的开关状态。
其优点在于，能够在使用低电能消耗的情况下来检测开关的开关状态。这样尤其有利的是，当借助电池来供应电源时，使电池负荷尽可能少。
一种改进方案是，按以下方式设置振荡器，即如果开关是断开的，则振荡器向评估部提供信号。
另一改进方案是，按以下方式设置振荡器，即如果开关是闭合的，则振荡器不向评估部提供信号。
特别地，一种改进方案是，振荡器至评估部的每个连接部具有至少一个电容器。
代替电容器，能够设置耦合的电感器，耦合的天线系统等，以实现评估部与开关的电流分离。
另一改进方案是，评估部具有一个与开关的电流分离部。
另外，有一种改进方案是，评估部包括：
放大器，借助该放大器能够放大所述振荡器的信号；
至少一个二极管，借助该二极管能够对振荡器的已放大的信号整流；以及
一个处理级(Verarbeitungsstufe)，借助该处理级能够表明开关的开关状态。
另一种改进方案的情况下，振荡器与限流器串联布置，且该串联电路与开关并联布置。
限流器能够例如包括至少一个(欧姆)电阻器。
下一个改进方案是，在开关与振荡器之间布置有整流器。
整流器能够例如实施为桥型整流器或格里茨电路。
一种设计方案是：
整流器的交流电压输入端通过限流器与开关并联布置；
整流器的直流电压输出端与振荡器相连。
为了解决上述任务，还提出一种用以监控开关的开关状态的方法，其中
借助开关上的电压降运行振荡器；以及
借助评估部确定开关的开关状态，该评估部通过电容器与振荡器耦合。
一种实施方式是，整流开关上的电压降，并借助整流后的电压降来使振荡器运行。
下一种设计方案是，
如果振荡器运行，则确定开关断开；以及
如果振荡器不运行，则确定开关闭合。
另一种设计方案是，评估部具有与开关的电流分离部。
为了解决所述任务，还提出一种包括至少一个如本文描述的电路的机动车。
涉及本电路的实施方案相应地也适用于其他的要求保护的类别。
附图说明
通过结合附图详细阐述实施例的示意说明，将更明确和清楚地理解本实用新型的上述特性、特征和优点以及其实现的方式。在此，为了明晰，相同的或起相同作用的元件设有相同的附图标记。其中
图1是用以监控开关的电路的示例性应用；
图2是在图1的图示基础上用以监控开关的电路的可选性应用，其中能够基于整流器将电池和负载调换；
图3是基于图2的原理电路图的详细的电路布置图。
参考标记列表
101电池(电源)
102开关
103负载
104、104a、104b电阻(用于限电)
105整流器(例如桥型整流器)
106、106a、106b电阻(连接电流通路至接地)
107振荡器
108a、108b电容器
109评估部
110用以监控开关102的电路
111、112节点
113、114振荡器107的输入端
115、116振荡器107的输出端
117、118评估部109的输入端
119、120整流器105的输入端
121、122整流器105的输出端
301反相施密特触发器
302开关
321至335节点
V1至V3电压源(例如电源电压，电池)
R1至R14电阻
D1至D7二极管(D5:齐纳二极管)
T1NPN型晶体管
T2N沟道场效应管
具体实施方式
为了确定开关的开关状态(断开或闭合)，例如以如下方式监控开关上的电压降，电压降驱动振荡器，该振荡器通过电容器耦合向评估电路传送脉冲。
评估电路检测是否有脉冲要处理：如果存在这样的脉冲，则开关断开；如果没有脉冲要处理，则开关闭合。
为了不依赖极性地监控开关(例如在交流电压网络中监控开关)，可以在振荡器的上游连接整流器(例如桥型整流器)。
上述解决方案具有以下优点，即用以监控开关的电路的功率消耗低，例如在微瓦特范围。由此电源负荷仅微乎其微。另一优点在于，评估部与开关电流分离。如果使用整流器，则在电池极性变化的情况下也能够识别开关状态。如果使用整流器，则也能够调换电池和负载，由此在再生应用(Rekuperations-Anwendung)时也能够监控开关。
图1示出用以监控开关102的电路110的示例性应用。开关102例如是继电器或接触器。开关102布置于电池101(例如48V车用电池)与负载103之间，只要开关闭合，则在本示例中从电池101向负载103供电。
开关102布置于节点111与节点112之间。电路110与开关102并联布置。
振荡器107具有输入端113、114和输出端115、116。节点111通过电阻104与输入端113相连。节点112与输入端114相连。
电阻104例如用以限流。
输出端115通过电容器108a与评估部109的输入端117相连。输出端116通过电容器108b与评估部109的输入端118相连。
经由电容器108a和108b，振荡器107的脉冲解耦，且开关102与评估部109彼此电流阻断。于是输出端115与电池和负载的地电位邻接，输入端117则与评估部的基准电位邻接。评估部109能够例如在12V的直流电网中运行。
图2在根据图1的图示的基础上示出用以监控开关102的电路110的可选性应用。在此电池101能够例如借助逆变器提供交流电压。同样能够将电池101与负载103调换。
开关102例如是继电器或接触器。开关102布置于电池101(例如48V车用电池)与负载103之间，只要开关闭合，则在本示例中从电池101向负载103供电。
与图1不同，图2示出的示例包括具有输入端119、120和输出端121、122的整流器105。与图1的另一不同之处在于取消了电阻104。取而代之的，如以下方式设置有用以限流的电阻104a、104b：节点111通过电阻104a与输入端119相连，节点112通过电阻104b与输入端120相连。输入端119通过电阻106a接地，输入端120通过电阻106b接地。
输出端121上提供正整流电压，输出端122上提供负整流电压。输出端121与振荡器107的输入端113相连，输出端122与振荡器107的输入端114相连。
图3示出基于根据图2的原理电路图的详细的电路布置方案。
电池V1布置于大地和节点321之间。节点321能够通过开关302与节点322相连。电源电压V2与开关302并联布置，其中电源电压的正极与节点322相连。节点322通过负载R3(任意用电器)与大地相连。由此开关302能够将电池V1与负载R3相连。
节点321通过电阻R1与节点323相连。节点323通过电阻R4与大地相连。节点322通过电阻R2与节点324相连。节点324通过电阻R5与大地相连。
节点323通过二极管D1与节点325相连。节点323通过二极管D3与节点326相连。节点324通过二极管D2与节点325相连。节点324通过二极管D4与节点326相连。二极管D1和D2的负极指向节点325的方向，且二极管D3和D4的正极指向节点326的方向。
电源电压VCC与节点325相邻，以使振荡器运行。节点325通过电容器C1与节点326相连。节点325通过电阻R6与齐纳二极管D5组成的串联电路与节点326相连，其中二极管D5的正极指向节点326的方向。节点326通过电阻R7与节点326相连。
节点326通过电容器C7与节点327相连。节点327通过反相施密特触发器301与节点328相连。电阻R8与反相施密特触发器301并联布置。
节点328通过电容器C2与节点329相连，且节点326通过电容器C3与节点330相连。节点329通过电阻R9与节点331相连。节点331通过电容器C4与节点330相连。电阻R11与电容器C4并联布置。节点331与NPN型晶体管T1的基极相连。晶体管T1的发射极与节点330相连。晶体管T1的集电极与节点332相连。节点331通过电阻R10与节点332相连。
节点332通过电阻R12与节点333相连。节点332通过电容器C5与节点334相连。节点334通过二极管D6与节点330相连，其中二极管D6的负极指向节点334的方向。节点334通过二极管D7与节点335相连，其中二极管D7的负极指向节点335的方向。节点335通过电容器C6与节点330相连。电阻R13与电容器C6并联布置。节点335与N沟道场效应管T2的栅极端(Gate-Anschluss)相连。场效应管T2的源极端(Source-Anschluss)与节点330相连。场效应管T2的漏极端(Drain-Anschluss)通过电阻R14与节点333相连。
节点333与节点330之间布置有电压源V3，该电压源的正极与节点333相连。
图3中示出的元件的示例性规格或设计方案如下：
R1＝R2＝R4＝R5＝2.2MΩ；R3＝1GΩ；R6＝1Ω；R7＝1MΩ；R8＝100kΩ；R9＝10kΩ；R10＝R11＝91kΩ；R12＝10kΩ；R13＝91kΩ；R14＝100Ω；301：74HC14；D1至D4、D6、D7：1N4148；D5：1N750；C1＝C7＝C2＝1nF；C3＝10nF；C4＝1nF；C5＝C6＝10nF；T1:BC4148；T2:BSS138。
图3也包括图2中的功能块。这样例如施密特触发器301提供了成本低廉和有效率的可能性，该施密特触发器301根据节点325和326的输入电压生成振荡信号，且在必要时将该震荡信号通过电容器C2和C3传输至评估部109。该评估部借助晶体管T1而包括放大级该晶体管T1经由二极管D6和D7与整流器相连。场效应管T2在漏级-源级路径(Drain-Source-Pfad)上提供评估部109的信号。例如可以采用发光二极管(如有可能带有降压电阻器)来取代电阻R14，借助该发光二极管能够显示开关302的开关状态：发光二极管发光，则开关断开；否则开关闭合。由此也能够例如通过微控制器获取例如场效应管T2的漏极端处的信号以进一步处理。在这种情况下，该微控制器能够评估开关302的开关状态。
虽然本实用新型详细地通过至少一个所示实施例详细描述和介绍，但本实用新型不限于此并且本领域技术人员能够在不离开本实用新型的保护范围的情况下从中推出其它变型。

Claims (28)

1.一种用以监控开关(102；302)的开关状态的电路(110)，其特征在于，具有：
振荡器(107)，所述振荡器能够借助所述开关(102；302)上的电压降运行；以及
评估部(109)，所述评估部通过电容器(108a，108b)与所述振荡器(107)耦合，其中能够借助所述评估部(109)确定所述开关(102；302)的开关状态。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，以如下方式设置所述振荡器(107)：如果所述开关(102；302)断开，则所述振荡器向所述评估部提供信号。
3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，以如下方式设置所述振荡器(107)：如果所述开关(102；302)闭合，则所述振荡器不向所述评估部提供信号。
4.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，以如下方式设置所述振荡器(107)：如果所述开关(102；302)闭合，则所述振荡器不向所述评估部提供信号。
5.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述振荡器(107)至所述评估部(109)的每个连接部都具有至少一个电容器(108a，108b)。
6.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述振荡器(107)至所述评估部(109)的每个连接部都具有至少一个电容器(108a，108b)。
7.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述振荡器(107)至所述评估部(109)的每个连接部都具有至少一个电容器(108a，108b)。
8.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述振荡器(107)至所述评估部(109)的每个连接部都具有至少一个电容器(108a，108b)。
9.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述评估部(109)具有与所述开关(102；302)的电流分离部。
10.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述评估部(109)具有与所述开关(102；302)的电流分离部。
11.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述评估部(109)具有与所述开关(102；302)的电流分离部。
12.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述评估部(109)具有与所述开关(102；302)的电流分离部。
13.根据权利要求5所述的电路，其特征在于，所述评估部(109)具有与所述开关(102；302)的电流分离部。
14.根据权利要求6所述的电路，其特征在于，所述评估部(109)具有与所述开关(102；302)的电流分离部。
15.根据权利要求7所述的电路，其特征在于，所述评估部(109)具有与所述开关(102；302)的电流分离部。
16.根据权利要求8所述的电路，其特征在于，所述评估部(109)具有与所述开关(102；302)的电流分离部。
17.根据权利要求1至16的任意一项所述的电路，其特征在于，所述评估部包括：
放大器(T1)，借助所述放大器能够放大所述振荡器(107)的信号；
至少一个二极管(D6、D7)，借助所述二极管能够对所述振荡器(107)的所述已放大的信号整流；以及
一个处理级(T2)，借助所述处理级能够表明所述开关(102；302)的开关状态。
18.根据权利要求1至16的任意一项所述的电路，其特征在于，所述振荡器(107)与限流器(104、104a、104b)串联布置，且该串联电路与所述开关(102；302)并联布置。
19.根据权利要求17所述的电路，其特征在于，所述振荡器(107)与限流器(104、104a、104b)串联布置，且该串联电路与所述开关(102；302)并联布置。
20.根据权利要求1至16的任意一项所述的电路，其特征在于，所述开关(102；302)与所述振荡器(107)之间布置有整流器(105)。
21.根据权利要求17所述的电路，其特征在于，所述开关(102；302)与所述振荡器(107)之间布置有整流器(105)。
22.根据权利要求18所述的电路，其特征在于，所述开关(102；302)与所述振荡器(107)之间布置有整流器(105)。
23.根据权利要求19所述的电路，其特征在于，所述开关(102；302)与所述振荡器(107)之间布置有整流器(105)。
24.根据权利要求20所述的电路，其特征在于，
所述整流器(105)的交流电压输入端(119、120)通过限流器(104a、104b)与所述开关(102；302)并联布置；
所述整流器(105)的直流电压输出端(121、122)与所述振荡器(107)相连。
25.根据权利要求21所述的电路，其特征在于，
所述整流器(105)的交流电压输入端(119、120)通过限流器(104a、104b)与所述开关(102；302)并联布置；
所述整流器(105)的直流电压输出端(121、122)与所述振荡器(107)相连。
26.根据权利要求22所述的电路，其特征在于，
所述整流器(105)的交流电压输入端(119、120)通过限流器(104a、104b)与所述开关(102；302)并联布置；
所述整流器(105)的直流电压输出端(121、122)与所述振荡器(107)相连。
27.根据权利要求23所述的电路，其特征在于，
所述整流器(105)的交流电压输入端(119、120)通过限流器(104a、104b)与所述开关(102；302)并联布置；
所述整流器(105)的直流电压输出端(121、122)与所述振荡器(107)相连。
28.一种包括至少一个根据权利要求1至27之一所述的电路的机动车。
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