KR20080110579A - 솔레노이드 구동 회로 - Google Patents

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스테판 더블류. 스미스
토마스 제이. 스톨쯔
수바라야 래드하모한
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이턴 코포레이션
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Abstract

솔레노이드 구동 회로(100)는 커패시터와 같은 부스트 에너지 저장 장치(10)를 포함하는데, 이는 솔레노이드로부터 에너지를 캡처하여 에너지를 솔레노이드(104)로 방전시킨다. 스위치(S1,S2)는 부스트 장치(1), 솔레노이드(104), 및 전력원(102) 사이의 접속을 제어한다. 이는 솔레노이드 응답 시간이 부스트 장치뿐만 아니라 솔레노이드의 특성에 기초하여 변경 가능하도록 한다. 두 가지 다른 솔레노이드 전류 발생 및 감쇠 레이트를 제공함으로써, 본 발명의 구동 회로는 솔레노이드 응답을 강화시키며 효율성을 증대시킨다.
Figure P1020087019551
솔레노이드, 부스트 장치, 스위치, 전력원

Description

솔레노이드 구동 회로{SOLENOID DRIVER CIRCUIT}
본 발명은 솔레노이드 구동 회로에 관한 것이며, 특히, 이후에 회로에서 재사용되는 에너지를 캡처하여 저장하는 솔레노이드 구동 회로에 관한 것이다.
신속한 솔레노이드 액추에이션을 위해서, 가능한 신속하게 솔레노이드를 통해 인덕터 전류를 증가 및 감소시키기를 희망한다. 종래 구동 회로(즉, 상부 및 하부 구동기)에 대해서, 인덕터 전류의 발생 및 감쇠 레이트는 L=솔레노이드 코일의 인덕턴스 및 R=코일의 저항을 의미하는 솔레노이드 코일 인덕터-저항 시간 상수(L/R)에 적용되는 전압에 의해 결정된다.
솔레노이드의 액추에이션 속도, 제어가능성, 및 에너지 효율성을 개선시키는 개선된 솔레노이드 구동기에 대한 요구가 있다. 또한, 강화된 제어가능성 및 액추에이션 시간을 갖는 솔레노이드-동작 스풀 값에 대한 요구가 있다.
본 발명은 솔레노이드로부터 에너지를 흡수하여 에너지를 솔레노이드로 방전시키는 부스트 에너지 저장 장치를 포함하는 솔레노이드 구동 회로에 관한 것이다. 스위칭 장치는 부스트 장치, 솔레노이드 및 전력원 사이의 접속을 제어한다. 이는 회로로 전압 여기, 및 이로 인한 솔레노이드 응답 시간이 부스트 장치뿐만 아니라 솔레노이드의 특성에 기초하여 변경될 수 있도록 한다. 두 개의 다른 솔레노이드 발생 및 감쇠 레이트를 제공함으로써, 그리고 솔레노이드에 저장된 에너지를 캡처하여 재사용함으로써, 본 발명의 구동 회로는 솔레노이드 응답을 강화시키며 효율성을 증대시킨다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 구동 회로의 대표적인 개략도;
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 솔레노이드 전류 제어 프로세스를 도시하는 흐름도;
도3은 본 발명의 부가적인 실시예에 따른 구동 회로의 대표적인 개략도;
도4는 본 발명의 또 다른 실시예의 대표적인 개략도;
도5는 본 발명의 다른 실시예의 대표적인 개략도; 및
도6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 솔레노이드 전류 제어 프로세스를 도시하는 흐름도.
본 발명에 따른 커패시터와 같은 부스트 에너지 저장 장치를 포함하는데, 이는 솔레노이드에 부스트 에너지를 공급한다. 이러한 부가적인 회로 소자는 종래 상부 또는 하부 구동 회로에 비해 더 신속한 솔레노이드 전류 발생 및 감쇠 레이트를 제공한다. 특히, 발명의 회로에서 전류 발생 및 감쇠 시간은 L/R 시간 상수에 의해 결정되지 않는다. 대신, 시간은 커패시터를 위해 필요로 되는 시간에 의해 결정되어 솔레노이드 코일 인덕턴스로 완전히 방전되거나 인덕턴스로부터 에너지를 흡수 한다. 시간 상수(t1)는 약 1.57x(LxC)1/2보다 작거나 같고, 여기서 L은 솔레노이드 코일의 인덕턴스이며, C는 에너지 저장 장치의 커패시턴스이다. 에너지 저장 장치가 커패시터로 아래의 예에서 가정될지라도, 다른 장치가 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 사용될 수 있다는 것을 주지하자.
에너지 저장 장치에 의해 인가되는 증가된 전압은 솔레노이드를 위한 더 신속한 초기 발생 레이트 및 더 신속한 종료 감쇠 레이트를 제공하여, 솔레노이드 액추에이션의 시작 및 끝에서 더 신속한 솔레노이드 응답을 생성한다. t1=1.57x(LxC)1/2초보다 작은 응답 시간은 높은 커패시터를 사용하고, 커패시터가 Vbattery로 완전히 방전되기 전에 방전을 차단함으로써 획득될 수 있다. 그러므로 방전은 희망하는 응답 속도에 기초하여 부분적이거나 완전할 수 있다. 이는 솔레노이드 코일 인덕터에서 전류는 신속하게 증가되거나 종래 L/R 시간 상수에 의해 제약받지 않는다. 스위칭 시간은 또한 솔레노이드 전류뿐만 아니라 커패시터 전압에 의해 결정될 수 있다.
회로에서 솔레노이드는 펄스 폭 변조(PWM)를 사용하여 구동될 수 있어서, 솔레노이드에서 전류는 솔레노이드(104)에 의해 지시된 최종 DC 값 V/R보다 작은 레벨에서 제어되도록 한다. 결과적으로, 회로(100)는 PWM 동작을 용이하게 하기 위해서 더 느린 L/R 시간 상수를 사용하여 동작하기에 충분히 유연할 수 있다. 여러 속도의 솔레노이드 전류 발생 및 감쇠 시간을 변경시키기 위해서 회로(100)를 위한 성능은 솔레노이드에 걸쳐 증가된 구동 제어를 제공한다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 회로(100)의 간략화된 개략도이다. 도2는 본원에서 설명되는 회로의 여러 실시예를 사용하여 솔레노이드 전류를 제어하는 프로세스를 도시한다.
도1을 참조하면, 회로(100)는 배터리 또는 전압 공급기와 같은 전력원(102)을 포함하는데, 이는 솔레노이드 코일(104)을 구동시키기 위해 에너지를 제공한다. 회로(100)는 또한 부스트 커피시터 또는 다른 장치와 같은 부스트 에너지 저장 장치(C1), 및 회로(100)를 통해 전류를 보내는 두 개의 다이오드(D1,D2)를 포함한다. 스위치(S1,S2)는 MOSFET(Metal-Oxide Field Effect Transistor), FET(Field Effect Transistor), BJT(Bipolar Junction Transistor), SCR(Silicon Controlled Rectifler), 또는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)와 같은 어떤 유형의 반도체 스위치일 수 있다. 스위치(S1,S2)는 스위치 제어기(150)에서 제어 논리에 의해 제어되는데, 이는 이력 현상 스위칭(hysteresis swiching) 또는 임의의 다른 적절한 제어 전략을 통해 회로(100)에서 여러 동작 모드를 제어하는 제어기 또는 아날로그 회로일 수 있다.
이러한 실시예에서, 다이오드들 중 하나(D1)의 캐소드는 제1 스위치(S1) 및 솔레노이드(104) 사이에 접속되며, 다이오드(D1)의 애노드는 전력원(102)의 양의 단자에 접속된다. 그러므로 이러한 구조는 솔레노이드(104)의 부분적인 방전이 신속한 액추에이션을 제공하도록 한다. 도1은 또한 여러 단계의 회로 동작에서 전류 경로를 도시하는데, 이는 아래에서 상세히 설명될 것이다.
도1 및 도2를 참조하면, 두 개의 스위치(S1,S2)는 초기 동작 상태 동안 열린 상태에 있는다(블록201). 이는 에너지가 이러한 상태에서 부스트 커패시터(C1)에 저장된다고 가정된다. 스위치(S1,S2)가 닫혔을 때, 전류는 전류 경로(1)와 같이 도1에서 나타내지는 바와 같이, 두 개의 스위치(S1,S2) 및 솔레노이드(104)를 통해 부스트 커패시터(C1)로부터 흐른다. 전류가 흐름에 따라, 부스트 커패시터(C1)는 부스트 커패시터(C1) 전압이 배터리 전압에 도달할 때까지 부스트 커패시터(C1)의 크기 및 솔레노이드(104)의 크기에 의해 결정된 레이트로 방전된다. 커패시터(C1)의 크기는 L/R의 값 및 희망하는 회로 응답 시간에 기초하여 선택되고, 커패시터(C1)의 크기를 변경시키는 것은 회로(100) 동작을 변경시킨다.
예를 들어, 커패시터(C1) 및 솔레노이드(104) 둘 다 작다면, 커패시터(C1)는 배터리 전압에 도달할 때 완전히 방전될 것이다. 커패시터 전압 및 배터리 전압이 유사한 레벨이기 때문에, 전류 레벨에서 변화는 타켓 전류에 도달함으로써 더 낮아질 것이다.
그러나 커패시터(C1)가 크고, 솔레노이드(104)가 작다면, 커패시터(C1)는 단지 부분적으로만 방전되어 배터리 전압 이상으로 유지될 것이다. 더 큰 커패시터(C1)는 더 높은 레벨에서 커패시터 전압을 유지시킴으로써 전류(100)에서 더 신속한 응답 시간을 가능하게 한다. 결과적으로, 회로(100)는 더 신속한 레이트로 타겟 전류에 도달할 것이다.
이러한 관점에서, 제어기(150)는 제1 스위치(S1)가 열리도록 지시하여, 제1 다이오드(D1)는 전류가 흐르기 시작한다(블록203). 솔레노이드(104)를 통한 전류가 발생되어 더 느린 레이트로 전류 경로(2)를 통해 이동한다. 이러한 단계는 선택적 이며; 더 신속한 전류 발생 시간이 필요로 된다면, 부스트 커패시터(C1)는 더 높은 레벨로 충전될 수 있어서, 커패시터 전압이 높게 유지되고, 완전히 방전되기 전에 배터리 전압에 도달하여, 타겟 전류 레벨이 더 신속한 레이트에 도달하도록 한다는 것을 주지하자.
솔레노이드(104)에서 전류가 최종 희망하는 레벨에 도달할 때, 제2 더 낮은 스위치(S2)가 열리며, 제1 스위치는 닫힌다(블록204). 솔레노이드(104)에서 자기장 인덕턴스가 "작아져", 솔레노이드(104)를 통해 재순환하기 위한 인덕터 전류는 솔레노이드(104)의 자기장을 유지시킨다. 그 후에 이는 전류가 제2 다이오드(D2)를 통해 흐르도록 하는데, 이것은 전류 경로(3)에 따른 스티어링 다이오드의 역할을 한다. 이러한 관점에서, 전류 레벨은 회로(100)에서 저항 손실로 인해 더 낮은 레이트로 점진적으로 드롭된다. 전류가 희망하는 제22 더 낮은 레벨로 감소될 때, 제어기(S2)는 제2 스위치(S2)를 닫으며 제1 스위치(S1)를 열어서, 제1 다이오드(D1)는 배터리(102)로부터 공급 전류를 흐르도록 하며, 솔레노이드 전류 레벨이 다시 증가하도록 전류 경로(2)에 따라 전류를 보낸다(블록205). 이것이 발생하는 레벨은 예를 들어 전류 파장, 스위칭 손실, 잡음 발생 등에 대한 시스템의 임계값에 기초하여 선택될 수 있으며 제어기(150)에 의해 제어된다.
그러므로 솔레노이드(104)에서 전류는 PWM 동작을 수행하도록 제어될 수 있다. 일 실시예에서, 제어기(150)는 서로 이위상으로 스위치(S1,S2)를 선택적으로 열거다 닫음으로써 더 느린 레이트로 PWM 동작을 획득하여, 솔레노이드 전류가 전류 경로(2)(배터리(102)로부터 솔레노이드(104)를 충전) 및 전류 경로(3)(솔레노이 드(104)로부터 커패시터(C1)로 전류를 재순환) 사이에서 토글(toggle)하도록 한다(블록206).
동작 효율성을 개선시키기 위해서, 발명의 회로(100)는 솔레노이드(104)가 액추에이팅된 후에 솔레노이드의 인덕턴스에 저장된 자기 에너지를 회복시켜 재사용할 수 있다. 에너지는 부스트 커패시터(C1)에서 캡처되어 다음 솔레노이드 액추에이션 동안 재사용된다. 이러한 에너지 캡처는 솔레노이드 전류가 급격히 0으로 떨어질 때 수행될 수 있다. 특히, 제1 더 신속한 시간 상수(t1)에 따라 전류 레벨 응답을 갖기를 희망할 수 있다. 이렇게 하기 위해서, 제어기(150)는 두 개의 스위치(S1,S2)를 열어 솔레노이드(104)로부터 부스트 커패시터(C1)를 전류 경로(4) 및 두 개의 다이오드(D1,D2)를 통해 전류를 드레인시키도록 한다. 부스트 커패시터(C1)는 배터리(102) 전압보다 더 높은 전압 레벨로 변경될 것이고; 정확한 레벨은 솔레노이드(104)의 인덕턴스, 방전 동안 솔레노이드(104)를 통해 흐르는 전류의 양 및 커패시턴스에 의해 제어된다.
배터리(102)가 또한 부스트 커패시터(C1)를 다시 충전하는 것을 돕는데, 회로(100)에서 솔레노이드 방전 경로에 놓이기 때문이라는 점을 주지하자. 결과적으로, 발명의 회로(100)는 특정한 회로 구조에 따라 제1 신속한 레이트 및 제2 느린 레이트로 전류 발생 및 감쇠를 수행한다. 이는 응답 시간 및 제어를 솔레노이드 동작에 걸쳐 개선시킨다. 게다가, 회로 구조는 또한 솔레노이드의 방전 동안 캡처된 에너지를 사용함으로써 효율성을 개선시킨다.
상기 주지된 바와 같이, 도1의 회로(100) 동작은 에너지 저장 장치(C1)의 저장 용량을 바꿈으로써 변경될 수 있다. 더 큰 커패시터(C1)가 도1의 회로(100)에서 사용된다면, 증가된 커패시터 저장 용량으로 인해 더 신속한 액추에이션 시간을 성취할 가능성이 있다. 이러한 경우에 커패시터(C1)는 배터리(102) 전압보다 높은 전압에 도달하며, 솔레노이드(104)를 위한 부스트 전압원의 역할을 한다. 이러한 증가된 저장 용량은 커패시터(C1)가 완전하기보다는 단지 부분적으로만 방전되도록 하여, 근접한 상수 전압, 및 솔레노이드 전류가 희망하는 레벨에 도달할 때까지 도1의 전류보다 더 신속한 레이트로 솔레노이드(104)에 전류를 공급한다.
더 큰 커패시터(C1)를 사용하는 것은 또한 솔레노이드(104)로부터 부스트 커패시터(C1)로 방전된 에너지의 재-캡처를 허용한다. 그러나 이러한 경우에, 0으로 솔레노이드 전류를 급격히 감소시키기 위해서 두 개의 스위치(S1,S2)를 동작시키는 것은 솔레노이드 전압을 Vsolenoid = Vcapacitor + I x R - Vbattery로 증가시킨다. 이러한 증가는 솔레노이드(104)가 가의 전자 에너지를 부스트 커패시터(C1)로 도1의 회로보다 신속한 레이트로 이동시키는데, 커패시터(C1)의 초기 전압이 커패시터(C1)의 부분적인 방전으로 인한 배터리 전압보다 높기 때문이다.
도3은 발명적인 회로(100)의 다른 가능한 실시예를 도시한다. 상술된 바와 같이, 발명적인 회로(100)는 이후 동작 사이클 동안 솔레노이드(104)의 액추에이션 속도를 증가시키기 위해서 솔레노이드 방전으로부터 회복된 자기 에너지를 사용할 수 있다. 그러나 시제로, 솔레노이드(104)로부터 회수되며 부스트 커패시터(C1)에 저장될 수 있는 에너지는 종종 저항 손실, 에디 전류 손실(eddy current losses) 및 코어 손실로 인해 동작을 위해 실제로 필요로 되는 에너지보다 작다. 결과적으로, 부가적인 에너지는 높은 액추에이션 속도를 유지하기 위해서 각각의 솔레노이드 액추에이션 이후에 부스트 커패시터(C1)에 공급될 필요가 있다.
이를 성취하기 위해서, 도3의 회로는 스위치 제어기(150)에 결합된 비교기(250)를 포함한다. 회로(100)의 일반적인 동작은 점선으로 도2에서 표시된 부가적인 단계로 도2에 관하여 상술된 바와 같다. 이러한 실시예에서, 솔레노이드(104)가 액추에이팅되기 전에, 비교기(250)는 부스트 커패시터(C1) 양단의 전압이 우선 희망하는 부스트 전압보다 작은지 여부를 확인한다(블록254). 작다면, 이전 솔레노이드 액추에이션으로부터 방전된 에너지는 전류 동작 동안 충분히 솔레노이드 액추에이션 속도를 증가시키기에 충분하지 않다.
부스트 커패시터(C1)에 저장된 에너지를 증가시키기 위해서, 스위치 제어기(150)가 열리고 제2 스위치(S2)가 닫힌다. 제2 스위치(S2)를 닫는 것은 배터리(102)로부터 전류 경로(2)를 통해 솔레노이드로 더 많이 흐르도록 하는 반면, 제2 스위치(S2)를 여는 것은 솔레노이드(104)에서 작아진 자기장으로부터 생성된 전류가 전류 경로(4)를 통해 저장을 위해 부스트 커패시터(C1)로 흐르도록 한다. 커패시터 전압이 희망하는 부스트 전압 값에 도달했다는 것을 비교기(250)가 제어기(150)에 나타낼 때까지, 제어기(150)는 제2 스위치(S2)를 열고 닫는 것을 계속한다(블록256). 이러한 관점에서, 제어기(150)는 제2 스위치(S2)를 열고, 도2에서 프로세스는 상술된 바와 같이 계속된다. 결과적으로, 이러한 실시예는 솔레노이드가 커패시터(C1)를 위해 효율적인 전압 부스트 소스의 역할을 하도록 한다.
도4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 회로(100)를 도시한다. 이러한 회로(100)는 솔레노이드(104)에 전류를 공급할 때 커패시터가 완전히 방전되도록 디자인된다. 상술된 실시예와 같이, 발명적인 회로(100)는 정확히 L/R 시간 상수에 따르는 것보다 부스트 커패시터(C1)에 필요로 되는 시간에 의해 결정되는 시간 상수를 가져 에너지를 솔레노이드(104)로 방전시키거나 솔레노이드(104)로부터 에너지를 흡수한다. 이러한 실시예는 솔레노이드(104)의 자기장이 작아질 때 전류를 보내는, 전류 경로(3)에 부가적인 다이오드(D3)를 위치시키며, 스위치(S1) 위의 위치로 다이오드(D1)의 위치를 이동시킴으로써 도1에 도시된 실시예와 차별화된다. 이러한 전류는 도1에서와 같이 배터리(102)와 직렬로 위치시키기보다는 솔레노이드(104) 양단에 커패시터를 절연시킨다. 이는 회로(100)에서 코일 턴 오프 동안 더 신속한 응답을 갖는 결과를 가져온다.
도4에서 회로(100)는 도2에서 상술된 방법으로 동작한다. 이렇나 실시예에서, 부스트 커패시터(C1)는 다이오드(D2,D3) 양단의 전압 강하보다 작은 솔레노이드(104)에 저장된 에너지에 기초하는 전압 레벨로 변경된다. 이러한 실시예에서, 부스트 커패시터(C1)가 도달할 수 있는 전압 레벨은 부스트 커패시터(C1)가 도1에서 도달할 수 있는 전압보다 낮은데, 이는 다이오드(D1)의 새로운 위치가 이러한 회로(100)에서 커패시터(C1) 전압을 증가시키도록 반복적으로 충전 및 방전되는 것으로부터 솔레노이드(104)를 보호하기 때문인 것을 주지하자.
도5는 발명적인 회로(100)의 또 다른 실시예를 도시한다. 이러한 실시예는 부가적인 다이오드(D3)와 직렬로 배열된 다른 커패시터와 같은 소자 저장 장치(demagnetization strage device)(C2), 및 부가적인 다이오드(D3)와 병렬로 배열된 부가적인 스위치(S3)를 포함하는 것을 제외하고 도4에 도시된 실시예와 유사하다. 이는 두 개의 부가적인 전류 경로를 생성하는데, 이는 아래에서 상세히 설명될 것이다. 도6은 도5의 회로의 동작을 도시하는 흐름도이다. 다이오드(D3) 및 스위치(S3)가 MOSFET과 같은 하나의 장치에 결합될 수 있다는 것을 주지하자.
도5 및 도6을 참조하면, 회로(100)는 세 개의 스위치(S1,S2,S3) 모두를 그의 동작 사이클의 시작에서 열도록 한다(블록300). 두 개의 에너지 부스트 커패시터(C1) 및 소자 커패시터(C2)는 둘 다 이러한 단계에서 일반적인 동작 값으로 변경된다.
그 후에 제3 스위치(S3)는 솔레노이드(104)가 액추에이팅된 바로 직후에 닫혀서, 전류가 전류 경로(6)를 통해 솔레노이드(104)를 통하여 소자 커패시터(C2)로부터 흐르도록 한다(블록302). 소자는 소자 커패시터(C2)의 크기에 따라, 예를 들어, 펄스 또는 감쇠 사인 곡선 중 어느 하나인 솔레노이드를 통해 전류를 적용함으로써 수행될 수 있다. 소자 커패시터(C2)가 크다면(예컨대, 부스트 커패시터(C1) 값보다 10% 큼), 제3 스위치(S3)는 펄스 소자를 수행하기 위해서 단시간(예컨대, 수십 마이크로초) 동안 닫힐 것이다. 소자 커패시터(C2)가 작다면(예컨대, 부스트 커패시터(C1) 값의 1% 내지 10% 정도), 스위치(S3)는 사인 곡선 소자를 감소시키는 것을 수행하도록 더 긴 시간(예컨대, 많은 밀리초) 동안 닫힐 것이다. 사인 곡선 소자 동안, 소자 커패시터(C2)가 이러한 단계에서 전류 경로(5,6)를 통해 극성을 변경시키며 진폭을 감소시키면서 완전히 충전 및 방전될 것이다(블록302).
솔레노이드(104)가 소자된 후에, 제3 스위치(S3)는 열리며 스위치(S1,S2)는 솔래노이드 액추에이션을 시작하도록 닫혀서(블록304), 전류는 부스트 커패시터(C2)로부터 전류 경로(1)를 통해 두 개의 닫힌 스위치(S1,S2) 및 솔레노이드(104)를 통해서 흐르도록 한다. 상술된 여러 실시예와 같이, 이러한 실시에에서 부스트 커패시터(C1)는 단지 정확히 방전하기 위해서 충분한 용량 및 배터리(102) 전압보다 매우 더 높은 전압을 갖는 반면, 솔레노이드 전류가 희망하는 레벨에 도달할 때까지 근접한-상수 전압으로 솔레노이드(104)에 전압을 인가한다. 일단, 이렇게 발생되면, 제2 스위치(S1)가 열리고, 이전 실시예에서 상술된 바와 같은 더 낮은 레이트에서 전류 경로(2)를 따라 다이오드(D1)를 통해서 전류가 흐른다.
도7의 프로세서에서 나머지 단계(308,310,312,314)는 도2의 블록(204,205, 206,207)과 동일하다. 제1 및 제2 스위치(S1,S2)는 0으로 솔레노이드 전류를 급격히 감소시키기 위해 프로세스의 마지막에 열릴 때, 솔레노이드 전압이 (Vboost capacitor + Vdemagnetization capacitor) + (I x R) - Vbattery)로 증가한다는 것을 주지하자(블록314). 이는 인덕터가 자신의 자기 에너지를 두 개의 소자 커패시터(C2) 및 부스트 커패시터(C1)로 전송하도록 한다. 소자 커패시터(C2)는 거의 Vboost capacitor - Vbattery)와 같은 전압으로 변경된다. 배터리(102)는 또한 두 개의 커패시터(C1,C2)를 충전시키는 것을 도울 수 있는데 이는 방전 경로에 있기 때문이다.
상기 회로는 솔레노이드 값을 사용하여 임의의 애플리케이션에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 구동 회로는 스풀 및 단부 캡에 의해 소자됨으로써 스풀값의 제어 가능성을 강화시키는데 사용될 수 있어서, 스풀은 다른 포지션으로 이동될 수 있다. 당업자는 발명적인 회로가 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다른 애플리케이션에서 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
구동 회로에서 인덕터-커패시터 에너지 이동 원리를 통합시킴으로써, 본 발명은 회로에 의해 구동된 솔레노이드의 액추에이션 속도를 증가시키며, PWM 용량을 개선시키기 위해 선택 가능한 시간 상수를 제공한다. 게다가, 발명적인 회로에 저장된 에너지를 캡처하여 재사용하는 것은 회로의 에너지 효율성을 개선시킨다. 본 발명의 원리에 따라 동작하는 스풀 값은 감소된 액추에이션 시간 및 강화된 제어가능성을 경험한다. 당업자는 발명적인 회로에서 스위칭 시간은 제어가능하거나 시스템(예컨대, 스풀 응답, 압력 레이트 발생, 시스템 다운스트림 양상(system downstream behavior, 등)의 다른 부분의 응답 또는 솔레노이드의 응답에 기초하여 수정될 수 있다.
상기 설명은 제한에 의해 한정되는 것보다는 대표적인 것이다. 본 발명의 여러 수정 및 변화는 상기 연구를 고려하여 가능할 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예가 개시되었지만, 당업자는 임의의 본 발명의 범위 내에서 가능하다는 것을 인식할 것이다. 그러므로 첨부된 청구항의 범위 내에서 본 발명은 특별히 설명된 것보다 이해된다. 이러한 이유로, 다음 청구항은 본 발명의 내용 및 정확한 범위를 판단하도록 연구되어야만 한다.

Claims (26)

  1. 구동 회로(100)에 있어서,
    솔레노이드(104);
    에너지를 저장하는 부스트 장치(C1); 및
    제1 상태에서 상기 부스트 장치로부터 상기 솔레노이드로 에너지를 향하게 하며 제2 상태에서 저장을 위해 상기 솔레노이드로부터 상기 부스트 장치로 에너지를 향하게 함으로써 솔레노이드 및 부스트 장치를 통해 전류 흐름을 제어하는 적어도 하나의 스위치(S1,S2,S3)를 포함하는데,
    상기 솔레노이드에서 전류 발생 레이트 및 전류 감쇠 레이트 중 적어도 하나가 상기 솔레노이드 및 상기 부스트 장치에 의해 제어되는, 구동 회로.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 부스트 장치는 커패시터인 것을 특징으로 하는 구동 회로.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 부스트 장치는 상기 부스트 장치의 완전한 방전을 허용하기 위해서 상기 솔레노이드의 완전한 충전을 위한 에너지 저장 요구 조건보다 작거나 동일한 저장 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 구동 회로.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 부스트 장치는 상기 부스트 장치의 부분적인 방전을 허용하기 위해서 상기 솔레노이드의 완전한 충전을 위한 에너지 저장 요구 조건보다 큰 저장 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 구동 회로.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 스위치는 반도체 스위치인 것을 특징으로 하는 구동 회로.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 부스트 장치의 양단 전압과 희망하는 부스트 전압을 비교하는 비교기(250); 및
    상기 부스트 장치 양단의 전압이 희망하는 부스트 전압보다 낮다고 상기 커패시터가 나타낸다면 상기 적어도 하나의 스위치는 상기 솔레노이드를 상기 부스트 장치로 방전시키도록 하는 스위치 제어기(150)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구동 회로.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 솔레노이드를 소자시키기 위한 소자 장치(C2)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구동 회로.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 소자 장치는 펄스 소자를 제공하는 값을 갖는 커패시터인 것을 특징으로 하는 구동 회로.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 소자 장치는 사인 곡선 소자를 감쇠시키는 것을 제공하는 값을 갖는 커패시터인 것을 특징으로 하는 구동 회로.
  10. 구동 회로(100)에 있어서,
    솔레노이드(104);
    전력원(102);
    에너지를 저장하는 부스트 장치(C1);
    제1 상태에서 상기 부스트 장치로부터 상기 솔레노이드로 에너지를 방전시키며 제2 상태에서 상기 솔레노이드로부터 상기 부스트 장치로 에너지를 향하게 함으로써 상기 솔레노이드 및 상기 부스트 장치를 통해 전류 흐름을 제어하는 제1 스위치(S1) 및 제2 스위치(S2);
    상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 동작을 제어하는 스위치 제어기(150); 및
    상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 상태에 따라 상기 솔레노이드, 상기 전력원 및 상기 부스트 장치를 통해 선택적으로 전류를 향하게 하는 제1 전류 스티어링 장치(D1) 및 제2 전류 스티어링 장치를 포함하는데,
    상기 솔레노이드에서 전류 발생 레이트 및 전류 감쇠 레이트 중 적어도 하나는 제1 레이트 및 상기 제1 레이트보다 낮은 제2 레이트로 사기 솔레노이드 및 상기 부스트 장치에 의해 제어되는, 구동 회로.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 스위치는 상기 솔레노이드와 직렬로 배열되고,
    상기 제2 스위치 및 상기 솔레노이드는 상기 전압원에 병렬로 배열되며,
    상기 제2 스위치는 상기 부스트 장치와 병렬로 배열되는 것을 특징으로 하는 구동 회로.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 제1 전류 스티어링 장치는 상기 전압원과 직렬로 배열되며, 상기 제2 전류 스티어링 장치는 상기 제2 스위치 및 상기 부스트 장치 사이에 직렬로 배열되는 것을 특징으로 하는 구동 회로.
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 부스트 전압 양단의 전압과 희망하는 부스트 전압을 비교하는 비교기(250); 및
    상기 부스트 장치 양단의 전압이 희망하는 부스트 전압보다 낮다면 상기 부스트 장치를 충전시키도록 상기 제1 및 제2 스위치 중 적어도 하나를 제어하는 스위치 제어기(150)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구동 회로.
  14. 제 10항에 있어서,
    상기 솔레노이드 및 상기 제2 스위치와 병렬로 배열된 제3 전류 스티어링 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구동 회로.
  15. 제 10항에 있어서,
    상기 솔레노이드와 병렬로 배열된 제3 전류 스티어링 장치(D3);
    상기 제3 전류 스티어링 장치에 결합된 소자 장치(C2); 및
    상기 제3 전류 스티어링 장치와 병렬로 배열된 제3 스위치(S3)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구동 회로.
  16. 솔레노이드, 전압원, 에너지를 저장하는 부스트 장치, 및 솔레노이드를 통해 전류 흐름을 제어하는 적어도 하나의 스위치를 구비한 구동 회로의 동작 방법에 있어서,
    제1 레이트(202,304)로 상기 부스트 장치로부터 상기 솔레노이드로 전류를 방전시킴으로써 상기 솔레노이드를 충전시키는 단계;
    상기 제1 레이트(203,306)보다 낮은 제2 레이트로 전압 공급원으로부터 상기 솔레노이드를 충전시키는 단계;
    상기 솔레노이드(207,314)를 방전시키는 단계; 및
    상기 부스트 장치(256)에서 상기 방전 단계 동안 상기 솔레노이드로부터 에너지를 캡처함으로써 상기 방전 단계 동안 상기 부스트 장치를 충전시키는 단계를 포함하는, 구동 회로 동작 방법.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 감소 단계 전에 상기 솔레노이드를 충전시키는 단계 및 상기 솔레노이드를 방전시키는 단계를 반복하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구동 회로 동작 방법.
  18. 제 16항에 있어서,
    상기 부스트 장치 양단의 전압을 희망하는 부스트 전압(254)과 비교하는 단계; 및
    상기 부스트 장치 양단의 전압이 희망하는 부스트 전압(256)보다 낮다면 상기 전압 공급원으로 상기 부스트 장치를 충전시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구동 회로 동작 방법.
  19. 제 16항에 있어서,
    상기 회로는 소자 장치를 더 포함하며, 상기 방법은 상기 솔레노이드(302)를 충전시키는 단계 전에 상기 소자 장치로부터 상기 솔레노이드로 전류를 방전시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구동 회로 동작 방법.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 소자 장치로부터 전류를 방전시키는 단계는 펄스 소자를 수행하는 것을 특징으로 하는 구동 회로 동작 방법.
  21. 제 19항에 있어서,
    상기 소자 장치로부터 전류를 방전시키는 단계는 사인 곡선 소자를 감쇠시키는 것을 수행하는 것을 특징으로 하는 구동 회로 동작 방법.
  22. 구동 회로에 있어서,
    솔레노이드(104);
    에너지를 저장하는 부스트 장치(C1)로서, 상기 솔레노이드에서 전류 발생 레이트 및 전류 감쇠 레이트 중 하나가 제1 레이트, 및 상기 제1 레이트와 상이한 제2 레이트로 발생하는, 부스트 장치(C1);
    다수의 동작 모드에 따라 상기 솔레노이드 및 상기 부스트 장치를 통해 전류 흐름을 제어하는 제어기(150)를 포함하는데,
    상기 제어기는, 제1 동작 모드에서 상기 제1 레이트로 상기 부스트 장치로부터 상기 솔레노이드로 전류가 흐르며;
    제2 동작 모드에서 상기 제2 레이트로 상기 솔레노이드 및 상기 부스트 장치 사이에서 전류가 대안적으로 흐르는, 구동 회로.
  23. 제 22항에 있어서,
    다수의 스위치(S1,S2)를 더 포함하는데, 상기 제어기는 상기 제1 및 제2 동작 모드를 수행하기 위해 적어도 하나의 스위칭 시간을 결정하는 것을 특징으로 하는 구동 회로.
  24. 제 22항에 있어서,
    상기 제어기는 솔레노이드 전류, 부스트 장치 전압, 솔레노이드 응답, 또는 외부 시스템 응답 중 적어도 하나에 따라 전류 흐름에 제어하는 것을 특징으로 하는 구동 회로.
  25. 제 22항에 있어서,
    상기 부스트 장치 양단의 전압을 희망하는 부스트 전압과 비교하는 비교기(250)를 더 포함하는데, 상기 부스트 장치 양단의 전압이 희망하는 부스트 전압보다 낮다면 상기 제어기는 상기 솔레노이드로부터 상기 부스트 장치로 전류를 보내는 것을 특징으로 하는 구동 회로.
  26. 제 22항에 있어서,
    소자 장치(C2)를 더 포함하는데, 상기 제어기는 상기 솔레노이드로부터 상기 소자 장치로 자기 에너지를 이동시키도록 상기 솔레노이드로부터 상기 소자 장치로 전류를 보내는 것을 특징으로 하는 구동 회로.
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