用于控制機(jī)電部件的操作狀態(tài)改變的電子設(shè)備的制造方法
【專利摘要】本公開涉及用于控制機(jī)電部件的操作狀態(tài)改變的電子設(shè)備。該電子設(shè)備包括直流供電電源，其能夠產(chǎn)生第一電流和低于所述第一電流的第二電流；機(jī)電部件，其包括電感元件且具有第一操作狀態(tài)和第二操作狀態(tài)；能夠采用第一配置和第二配置的控制模塊，第一配置允許使機(jī)電部件從第一操作狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙僮鳡顟B(tài)，第二配置允許使機(jī)電部件從第二操作狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈谝徊僮鳡顟B(tài)。該設(shè)備還包括電容器，且控制模塊進(jìn)一步：能夠在第一配置之前采用初始第一配置以允許對電容器充電，然后允許在第一配置期間通過電感元件對電容器至少部分放電以使得在其中流動將被添加到所述第一電流中的附加電流；以及能夠在第二配置之前采用初始第二配置以允許對所述電容器的放電。
【專利說明】
用于控制機(jī)電部件的操作狀態(tài)改變的電子設(shè)備
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型的實現(xiàn)和實施例涉及對機(jī)電部件的控制，在例子并非是限制性的情況下，所述機(jī)電部件例如是雙穩(wěn)態(tài)繼電器，直流電機(jī)，澆水編程器，且具有兩種操作狀態(tài)，例如激活狀態(tài)和去激活狀態(tài)，并由直流電源供電，所述直流供電電源例如是可再充電或者不可再充電的電池單元或電池，并且更特別地涉及控制所述部件從第一操作狀態(tài)向第二操作狀態(tài)的改變以及相反方向的改變，例如繼電器的激活及其去激活。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)上，機(jī)電部件包括連接在由直流電源供電的兩個晶體管半橋之間的電感元件，如線圈，從而使得有可能使電流在線圈中以一個方向或者另一方向流動，這取決于是否期望使該部件從其第一操作狀態(tài)向第二操作狀態(tài)改變或者以相反方向改變，例如，取決于是否是期望激活繼電器或去激活繼電器。
[0003]另外，一般來說，由供電電源所產(chǎn)生電流其中一個電流(例如激活電流)高于另一電流，例如去激活電流。
[0004]對包括跨過兩個晶體管半橋的線圈的機(jī)電部件進(jìn)行控制一般需要較高功率，例如，對于小型雙穩(wěn)態(tài)繼電器為220毫瓦的量級。此外，當(dāng)使用低壓供電電源時，必須有一個供電電源(例如電池)具有低內(nèi)阻并且一個晶體管在導(dǎo)電狀態(tài)(“導(dǎo)通”狀態(tài))具有低內(nèi)阻。此夕卜，隨著電池變小時，其內(nèi)部電阻變得顯著增加。
[0005]目前，對于使用低壓供電電源的低消耗應(yīng)用，一個解決方案包括將形成能量儲存設(shè)備的電容器永久連接到電池。然而，通常低成本且具有幾百微法值的這樣的電容器展現(xiàn)出顯著的泄漏電流，這導(dǎo)致永久電流損失。
[0006]另一種解決方案是使用具有低內(nèi)阻的電池。然而，這樣的電池要么昂貴要么較大。
[0007]另一種解決方案是使用更加昂貴的半橋，以降低他們在導(dǎo)通狀態(tài)下的內(nèi)部電阻。
【實用新型內(nèi)容】
[0008]根據(jù)一種實現(xiàn)和實施例，提議即使在使用了具有顯著內(nèi)阻的小型直流供電電源和/或在導(dǎo)通狀態(tài)具有顯著內(nèi)阻的晶體管半橋的情況下，也有效地控制機(jī)電部件從一個操作狀態(tài)向另一操作狀態(tài)的改變。
[0009]根據(jù)一種實現(xiàn)和實施例，提議將電容器連接在承載最高電流的半橋的一側(cè)，以使機(jī)電部件從這些操作狀態(tài)其中之一轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€(例如在繼電器的激活期間)，并且在使得所述電流流過所述繼電器的線圈之前將此電容器充電，并且然后以產(chǎn)生附加電流的方式通過所述線圈對該電容器進(jìn)行放電，所述附加電流將被添加到由所述直流供電電源所產(chǎn)生的電流中。
[0010]因此，根據(jù)一個方面，提出了一種用于控制機(jī)電部件從第一操作狀態(tài)向第二操作狀態(tài)的改變以及在相反方向上的改變的方法，其中所述機(jī)電部件從其第一操作狀態(tài)向其第二操作狀態(tài)的改變(例如繼電器的激活)包括第一電流在所述部件的電感元件中的流動，所述第一電流由直流供電電源產(chǎn)生且高于第二電流，所述第二電流由所述直流供電電源產(chǎn)生并且在從所述第二操作狀態(tài)向所述第一操作狀態(tài)的改變期間(例如在所述繼電器的去激活期間)在所述電感元件中以相反方向流動。
[0011]根據(jù)該方面的一般性特征，從所述第一操作狀態(tài)向所述第二操作狀態(tài)的改變包括:在所述第一電流流動之前，對電容器的充電，然后與第一電流的產(chǎn)生同時以使得附加電流在所述感應(yīng)元件中流動的方式通過所述電感元件對所述電容器進(jìn)行放電，所述附加電流將被添加到所述第一電流中。
[0012]此外，從所述第二操作狀態(tài)向所述第一操作狀態(tài)的改變包括:在所述第二電流的流動之前，對所述電容器的放電。
[0013]因此，該電容器的存在使得可以至少在機(jī)電部件的激活開始時致使附加電流在機(jī)電部件的線圈中流動，這允許使用小型和廉價的電池。此外，由于存在由電容器所產(chǎn)生的這個附加電流，承載最高電流的半橋一側(cè)可能是“薄弱”的，也就是說，它可能在導(dǎo)通狀態(tài)具有顯著的電阻，這允許使用低成本部件甚至更少部件，因為甚至可以在某些情況下使用傳統(tǒng)微控制器的輸出端口。
[0014]根據(jù)一個實現(xiàn)，該方法可以進(jìn)一步包括在每次機(jī)電部件從其兩個狀態(tài)其中一個狀態(tài)向其另一狀態(tài)的改變后對電容器進(jìn)行放電的附加階段。
[0015]這樣的階段允許在從第二操作狀態(tài)向第一操作狀態(tài)改變(通常在繼電器的去激活期間)時節(jié)省時間。此外，在從第一操作狀態(tài)的改變期間(通常在繼電器的激活期間)提供此附加階段的事實使得從一個周期到另一周期(即，在激活期間和在去激活期間)可以具有對稱特性。
[0016]根據(jù)另一個方面，提出了一種電子設(shè)備，所述電子設(shè)備包括:
[0017]直流供電電源，其能夠產(chǎn)生第一電流和低于所述第一電流的第二電流，
[0018]機(jī)電部件，其包括電感元件，且具有第一操作狀態(tài)和第二操作狀態(tài)，
[0019]控制模塊，其由供電電源供電，并具有第一控制端子和第二控制端子，且可采用第一配置和第二配置，其中所述第一控制端子和第二控制端子分別連接到所述電感元件的兩個端子，所述第一配置允許所述第一電流從第一控制端子流向第二控制端子以便使所述部件從其第一操作狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槠涞诙僮鳡顟B(tài)，所述第二配置允許所述第二電流從所述第二控制端子流向所述第一控制端子，以便使所述部件從其第二操作狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槠涞谝徊僮鳡顟B(tài)；以及
[0020]電容器。
[0021]所述控制模塊進(jìn)一步:
[0022]能夠在所述第一配置之前采用初始第一配置，所述初始第一配置允許對所述電容器充電，并且然后允許在其第一配置期間通過所述電感元件對電容器的至少部分放電，以使在其中流動附加電流，所述附加電流將被添加到所述第一電流中，以及
[0023]能夠在所述第二配置之前采用初始第二配置，所述初始第二配置允許對所述電容器的放電。
[0024]根據(jù)一個實施例，該直流供電電源包括正極端子和負(fù)極端子，所述電容器連接在所述第一控制端子和所述負(fù)極端子之間，所述控制模塊包括:
[0025]第一開關(guān)和第二開關(guān)，所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)串聯(lián)連接在所述直流供電電源的正極端子和負(fù)極端子之間，且具有形成所述第一控制端子的第一公共節(jié)點，
[0026]第三開關(guān)和第四開關(guān)，所述第三開關(guān)和所述第四開關(guān)串聯(lián)連接在所述直流供電電源的正極端子和的負(fù)極端子之間，且具有形成所述第二控制端子的第二公共節(jié)點，
[0027]所述控制裝置被配置為
[0028].閉合所述第一開關(guān)并斷開其他開關(guān)，以便將所述控制模塊置于其初始第一位置，然后閉合所述第一開關(guān)和所述第四開關(guān)并斷開其他開關(guān)，以便將所述控制模塊置于其第一配置中，以及
[0029].閉合所述第二開關(guān)并斷開其他開關(guān)，以便將所述控制模塊置于其初始第二位置，然后閉合所述第二開關(guān)和所述第三開關(guān)并斷開其他開關(guān)，以便將所述控制模塊置于其第二配置中。
[0030]根據(jù)一個實施例，所述控制模塊還能夠在所述第一配置和所述第二配置之后采用最終配置，所述最終配置允許對所述電容器的放電。
[0031]因此，所述控制裝置例如被配置為閉合所述第二開關(guān)并斷開其他開關(guān)，以便所述將控制模塊置于其最終配置中。
【附圖說明】
[0032]在查閱實現(xiàn)和實施例的詳細(xì)描述和附圖之后，本實用新型的特征和其他優(yōu)點將變得明顯，這些實現(xiàn)和實施例絕非限制性的，并且在附圖中:
[0033]圖1到7示出本實用新型的實現(xiàn)和實施例的示意圖示。
【具體實施方式】
[0034]在圖1中，附圖標(biāo)記DIS指示電子裝置，該電子裝置包括直流供電電源I，例如可再充電或不可再充電的電池單元或電池，其遞送空載(off-load)電壓+V。
[0035]附圖標(biāo)記2圖示出機(jī)電部件，例如繼電器，其包括感應(yīng)元件BB，如線圈，并且具有Al和A2兩個端子。
[0036]該裝置DIS還包括控制模塊3，所述控制模塊3由供電電源I供電，且具有分別連接到應(yīng)元件BB的兩個端子Al和A2的第一控制端子NI和第二控制端子N2。
[0037]在這個實施例的例子中，控制模塊3包括第一晶體管半橋30，該第一晶體管半橋30包括串聯(lián)連接在電壓源I的正極端子B+和負(fù)極端子B-(地)之間的第一開關(guān)300(在本例中是PMOS晶體管)和第二開關(guān)301 (在這本例中為NMOS晶體管)。
[0038]第一控制端子NI由兩個晶體管300和301的相連接的兩個漏極形成。
[0039]控制模塊3還包括第二晶體管半橋31，在本例中，該第二晶體管半橋31包括串聯(lián)連接在直流供電電源I的正極端子B+和負(fù)極端子B-之間的第三開關(guān)310(例如PMOS晶體管)和第四開關(guān)31 (例如NMOS晶體管)。
[0040]第二控制端子N2由晶體管310和311的相連接的兩個漏極形成。
[0041 ]四個晶體管300、301、310和311在各自的門極上由控制裝置32所發(fā)出的控制信號控制，該控制裝置32例如可以以軟件方式具體實現(xiàn)在微控制器內(nèi)。
[0042]除剛剛描述的裝置外，該設(shè)備DIS還包括電容器4，其具有連接到第一控制終端NI以及線圈BB的第一端子A的第一端子40以及連接到供電電源的負(fù)極端子B-的第二端子41。
[0043]正如將在下文中更詳細(xì)地看到的那樣，控制模塊3和電容器4意在控制機(jī)電部件2從第一操作狀態(tài)向第二操作狀態(tài)的改變。
[0044]當(dāng)該機(jī)電部件例如是繼電器時，第一個操作狀態(tài)為例如去激活狀態(tài)，并且第二操作狀態(tài)于是為激活狀態(tài)。
[0045]從第一操作狀態(tài)向第二操作狀態(tài)的變化因此對應(yīng)于繼電器的激活，而從第二操作狀態(tài)向第一個操作狀態(tài)的變化對應(yīng)于繼電器的去激活。
[0046]機(jī)電部件2從一個操作狀態(tài)變化向另一操作狀態(tài)的改變包括電流在電感元件的BB中的流動。
[0047]此外，電流其中一個電流通常高于另一電流。
[0048]這是特別是機(jī)電部件為雙穩(wěn)態(tài)繼電器的情況。事實上，對繼電器激活所需的電流通常高于其去激活所需要的電流，在激活過程中，磁隙更大，永磁通量弱，而在去激活期間磁隙為零，因為繼電器是接合的且僅僅需取消永磁磁通以便切斷繼電器，也就是說對它去激活。
[0049]在此處描述的例子中，繼電器的激活將導(dǎo)致電流從端子Al向端子A2流過線圈BB，而去激活會導(dǎo)致電流從端子A2向端子Al流過線圈。
[0050]同時，由于激活電流大于去激活電流，電容器4被連接在在第一控制端子NI的電平，即擬承載最高電流的半橋30的一側(cè)。
[0051]現(xiàn)在，將特別參考附圖2至圖7，以說明圖1所示的設(shè)備DIS的操作的例子。
[0052]圖2至圖4涉及機(jī)電繼電器2的激活，也就是說，從其第一操作狀態(tài)(去激活狀態(tài))向其第二次操作狀態(tài)(激活狀態(tài))的變化。
[0053]現(xiàn)在，更加特別地參考圖2，可以看出控制模塊3采用初始第一配置，其中第一開關(guān)300閉合(晶體管導(dǎo)通)，而其他開關(guān)301，310和311斷開(晶體管截止)。
[0054]這個初始第一配置允許對通過由直流供電電源I遞送的電流11對電容4進(jìn)行充電。
[0055]本領(lǐng)域技術(shù)人員將會知道如何調(diào)整將控制模塊置于該初始第一配置的時間，以便對電容器進(jìn)行充電。這當(dāng)然取決于電容器的大小。
[0056]因此，對于電容值在約十微法和幾百微法的電容器，充電時間可以是幾毫秒到幾十毫秒的量級。
[0057]然后，如圖3所示，控制模塊采用了第一配置，其中第一開關(guān)300和第四開關(guān)311閉合，而其他開關(guān)301和310斷開。
[0058]在這個第一個配置中，電池I以其內(nèi)阻和晶體管300在導(dǎo)通時的內(nèi)阻形成第一電流源，并且已經(jīng)利用電池的空載電壓+V被充電的電容器4以其低內(nèi)阻形成第二電流源。
[0059]這兩個電流源是并聯(lián)的。
[0060]此外，在開始時，由電容器4及其低阻抗形成的電流源與由電池、其內(nèi)阻和晶體管300的內(nèi)阻形成的電流源相比占有優(yōu)勢。因此，電容器4可以通過線圈BB放電，以提供附加電流12，附加電流12將被添加到由電池I遞送的電流13。
[0061 ]由此產(chǎn)生的電流14經(jīng)過線圈BB然后通過晶體管311對地放電。
[0062]電容器4放電至電壓的平衡點，并且只有在那時由電池遞送的電流13才在線圈BB中流動。
[0063]因此，電容器4已經(jīng)允許在繼電器的激活期間在開始時提供附加電流，該附加電流使得可以克服由于電池和/或晶體管300的內(nèi)阻太高而引起的可能負(fù)面影響。
[0064]現(xiàn)參考圖4，可以看出激活周期優(yōu)選地以將電容器4對地放電(放電電流140)結(jié)束。
[0065]為了這個目的，控制模塊3采用了最終配置，以允許對電容器4的放電。
[0066]在這最終配置中，控制裝置32將第二開關(guān)301閉合并斷開其他開關(guān)300、310和311。
[0067]在這里，再次使得開關(guān)301保持閉合足夠的時間以允許對電容器4的有效放電。
[0068]通過指示的方式，幾毫秒可能是需要的。
[0069]然后，控制裝置32將控制模塊置于靜止?fàn)顟B(tài)中，其中所有開關(guān)300、310、301和311斷開(晶體管截止)。
[0070]現(xiàn)在更加特別地參考圖5至圖7，以說明在繼電器的去激活期間，該設(shè)備DIS的操作的一個例子。
[0071 ]對于該去激活，控制裝置32將控制模塊置于初始第二配置，如圖5所示，其中控制模塊以使第二開關(guān)導(dǎo)通以便對電容器4放電(放電電流15)的方式來控制第二開關(guān)301。
[0072]事實上，這使得有可能確保在進(jìn)行繼電器的實際去激活之前電容器4是沒電的(empty)。
[0073]然后，如圖6所示，控制裝置32將控制模塊置于第二個配置中，其中第三開關(guān)310和第二開關(guān)301被閉合，而其他開關(guān)300和311是斷開的。
[0074]因為這樣，所以由供電電源I遞送的電流16從端子A2向端子Al在線圈BB中流動，該電流16然后在去激活階段的開始時細(xì)分為對電容器4進(jìn)行充電的電流17和對地放電的電流18。
[0075]電容器4被充電直至電壓平衡點，這時電流17被消除并且只有電流18仍然存在。
[0076]然后，如圖7所示，控制裝置32再次將控制模塊3置于其最終配置，其中晶體管301導(dǎo)通，以便經(jīng)由放電電流19對電容器4放電。
[0077]然后，控制裝置再次將控制模塊置于其靜止?fàn)顟B(tài)，其中所有開關(guān)都斷開。
[0078]電容器4的大小取決于機(jī)電部件的特性。因此，具有上述電容值(幾十微法到幾百微法)的電容器可以激活或去激活額定功率在幾十毫瓦的雙穩(wěn)態(tài)繼電器。
[0079]這里將注意到的是，電容器4在激活和去激活的活動階段之外并不消耗功率。事實上，在這些階段之外，當(dāng)控制模塊是在靜止?fàn)顟B(tài)時，電容4是與電池I電隔離的。因此，電容器的可能泄露并沒有意義，這使得可以使用低成本的電容器。
[0080]此外，由于電容器4使得有可能有使得半橋30在導(dǎo)通狀態(tài)具有中等內(nèi)阻，這將使得完全可以使用集成在微控制器的輸出端口的晶體管來用做晶體管300和301。
[0081]然而，在繼電器的激活和去激活需要高功率的情況下，提供適當(dāng)大小的晶體管300和301當(dāng)然仍然是需要的，并且這些晶體管將在微控制器32的外部。
【主權(quán)項】
1.一種用于控制機(jī)電部件的操作狀態(tài)改變的電子設(shè)備，所述電子設(shè)備包括:直流供電電源(I)，所述直流供電電源(I)能夠產(chǎn)生第一電流(13)和低于所述第一電流(13)的第二電流(16);機(jī)電部件(2)，所述機(jī)電部件(2)包括電感元件(BB)，且具有第一操作狀態(tài)和第二操作狀態(tài);控制模塊(3)，所述控制模塊(3)由所述供電電源供電，并具有第一控制端子(NI)和第二控制端子(N2)，且能夠采用第一配置和第二配置，其中所述第一控制端子(NI)和所述第二控制端子(N2)分別連接到所述電感元件(BB)的兩個端子(Al，A2)，所述第一配置允許所述第一電流(13)從所述第一控制端子(NI)向所述第二控制端子(N2)的流動以便使所述部件從其第一操作狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槠涞诙僮鳡顟B(tài)，所述第二配置允許所述第二電流(16)從所述第二控制端子(N2)向所述第一控制端子(NI)的流動以便使所述部件從其第二操作狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槠涞谝徊僮鳡顟B(tài)，其特征在于，所述電子設(shè)備進(jìn)一步包括電容器(4)，以及所述控制模塊(3)進(jìn)一步:能夠在所述第一配置之前采用初始第一配置，所述初始第一配置允許對所述電容器充電，然后允許在其第一配置期間通過所述電感元件(BB)對電容器(4)的至少部分放電以便使得在其中流動附加電流(12)，所述附加電流(12)將被添加到所述第一電流(13)中；以及能夠在所述第二配置之前采用初始第二配置，所述初始第二配置允許對所述電容器(4)的放電。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述直流供電電源(I)包括正極端子(B+)和負(fù)極端子(B-)，所述電容器(4)連接在所述第一控制端子(NI)和所述負(fù)極端子(B-)之間，并且所述控制模塊(3)包括:第一開關(guān)(300)和第二開關(guān)(301)，所述第一開關(guān)(300)和所述第二開關(guān)(301)串聯(lián)連接在所述直流供電電源的所述正極端子和所述負(fù)極端子之間，且具有形成所述第一控制端子(NI)的第一公共節(jié)點;第三開關(guān)(310)和第四開關(guān)(311)，所述第三開關(guān)(310)和所述第四開關(guān)(311)串聯(lián)連接在所述直流供電電源的所述正極端子和的所述負(fù)極端子之間，且具有形成所述第二控制端子(N2)的第二公共節(jié)點，以及控制裝置(32)，所述控制裝置被配置為: 閉合所述第一開關(guān)(300)并斷開其他開關(guān)，以便將所述控制模塊置于其初始第一位置，并且然后閉合所述第一開關(guān)和所述第四開關(guān)(300，311)并斷開其他開關(guān)，以便將所述控制模塊置于其第一配置中，以及 閉合所述第二開關(guān)(301)并斷開其他開關(guān)，以便將所述控制模塊置于其初始第二配置，并且然后閉合所述第二開關(guān)(301)和所述第三開關(guān)(310)并斷開其他開關(guān)，以便將所述控制模塊置于其第二配置中。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備，其特征在于，所述控制模塊進(jìn)一步能夠在所述第一配置和所述第二配置之后采用最終配置，所述最終配置允許對所述電容器(4)的放電。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，所述控制裝置被配置為閉合所述第二開關(guān)(301)并斷開其他開關(guān)，以便將所述控制模塊置于其最終配置中。
【文檔編號】H02J7/00GK205565758SQ201520963521
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2015年11月26日
【發(fā)明人】P·菲爾謝里
【申請人】意法半導(dǎo)體(魯塞)公司