輸出組件以及運行方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種運行帶有輸出電路的輸出組件的方法，利用該輸出電路將電壓接通到與輸出端相連接的負載上，在輸出組件的電源電壓接口和輸出端之間運行第一驅(qū)動模塊，并且通過第一控制輸入端來控制在輸出端上的電壓接通，在電源電壓接口和輸出端之間，運行與第一驅(qū)動模塊并聯(lián)的第二驅(qū)動模塊，也通過第二控制輸入端來控制用于在輸出端上的電流接通，其中控制電路收到用于在啟動時間點將電壓接通到輸出端上的轉(zhuǎn)換指令，控制電路隨后首先以預先確定的第一持續(xù)時間對第二控制輸入端進行控制，以用于最大電流的電流限制來運行第二驅(qū)動模塊，并且從啟動時間點出發(fā)在預定的第二持續(xù)時間結(jié)束后，控制電路隨后在轉(zhuǎn)換指令有效時額外地控制第一控制輸入端。
【專利說明】輸出組件以及運行方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種運行帶有輸出電路的輸出組件的方法，利用該輸出電路將電壓接通到與輸出端相連接的負載上，該電壓導致電流I，其中，在輸出組件的電源電壓接口和輸出端之間運行第一驅(qū)動模塊，并且通過第一控制輸入端來控制用于在輸出端上的電壓接通。
【背景技術】
[0002]為了例如將電容負載與可編程存儲的控制裝置的優(yōu)選防故障的、數(shù)字輸出組件相連接，現(xiàn)在已使用了一種用于將正輸出電壓接通到輸出組件中的電子功率部件。
[0003]尤其是在將電容負載與小串聯(lián)電阻相連接時，在開始的一瞬間會出現(xiàn)高接通電流。在短路情況下用于斷開的功率部件中，這個高電流會導致需要過電流監(jiān)控或短路電流監(jiān)控，并且由此導致斷開功率部件。
[0004]專利申請文件DE 10 2006 030 448 Al公開了一種輸出組件的、用于接通至少一個所連接的負載的輸出電路。
[0005]由于輸出組件(尤其是在自動化技術中)的結(jié)構(gòu)尺寸持續(xù)減小，所以在減小輸出組件的結(jié)構(gòu)空間以及額外增大輸出組件的電路板上的電子部件的封裝密度的條件下，尋求一種將發(fā)熱限制在容許值上或者也盡可能小地保持功率損耗的方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]由此，本發(fā)明的目的在于提供一種輸出組件，該輸出組件能夠尤其是在接通電容負載的條件下克服接通過程開始時主導的高接通電流，并且由此使得輸出組件不過分地承載所產(chǎn)生的損耗熱。
[0007]在運行帶有輸出電路的輸出組件的方法方面，其中利用輸出電路將電壓接通到與輸出端相連接的負載上，該電壓引起電流，其中，在輸出組件的電源電壓接口和輸出端之間運行第一驅(qū)動模塊，并且通過第一控制輸入端來控制用于在輸出端上的電壓接通，所述目的由此實現(xiàn)，即，在電源電壓接口和輸出端之間，運行與第一驅(qū)動模塊并聯(lián)的第二驅(qū)動模塊，并且也通過第二控制輸入端來控制用于在輸出端上的電流接通，其中，控制電路收到用于在啟動時間點將電壓接通到輸出端上的轉(zhuǎn)換指令，并且控制電路隨后以預先確定的第一持續(xù)時間對第二控制輸入端進行控制，在此以用于最大電流的電流限制來運行第二驅(qū)動模塊，并且從啟動時間點出發(fā)在預先確定的第二持續(xù)時間結(jié)束后，控制電路隨后在轉(zhuǎn)換指令有效時控制第一控制輸入端。輸出組件由此通過驅(qū)動模塊或電子功率部件兩種類型來運行，例如，一個是用于通過可編程存儲的控制裝置中的應用程序的轉(zhuǎn)換指令來轉(zhuǎn)換的主驅(qū)動器模塊，一個是也用于接通電容負載但主要任務是克服接通過程開始時主導的高接通電流的輔助驅(qū)動器模塊。為此，這個輔助驅(qū)動器模塊，即，第二驅(qū)動模塊設計具有限流裝置，并且這樣運行，即至少在第一持續(xù)時間Tl對最大電流執(zhí)行電流限制。通過在采取電流限制的輔助措施的條件下利用第二驅(qū)動模塊在例如僅僅幾毫秒的持續(xù)時間接通(優(yōu)選的是)電容負載，已經(jīng)接入負載，并且在使用可能的電容負載時由此確保對電容的幾乎全滿地充電。隨后對第一驅(qū)動模塊進行控制，也就是說接通主驅(qū)動器，并且能夠使所產(chǎn)生的損耗功率分配到第一驅(qū)動模塊和第二驅(qū)動模塊上。
[0008]在該方法中優(yōu)選地將第二持續(xù)時間選擇為小于或等于第一持續(xù)時間。電流并且進而功率損耗由此在一段時間中仍被分配到兩個驅(qū)動模塊或半導體開關元件上，并且能夠更好地將在輸出組件中形成的熱導出。
[0009]由于第一驅(qū)動模塊所具有的接通電阻小于第二驅(qū)動模塊，所以盡管接通了電容負載，但在持續(xù)運行時，接通狀態(tài)下所產(chǎn)生的功率損耗并且進而同時產(chǎn)生的溫度仍保持較小。第二驅(qū)動模塊的接通電阻更大，原因在于第二驅(qū)動模塊設計具有限流裝置。
[0010]根據(jù)有利的方式，這種方法被使用在輸出部件中，該輸出部件就是一種防故障的、針對功能安全性設計的自動化部件。
[0011]在安全性方面，運行具有斷線檢測裝置的第二驅(qū)動模塊，并且周期性地激活該第二驅(qū)動模塊用于對通向負載的導線進行斷線檢測，其中，在這個檢測時間中，第一驅(qū)動模塊被斷開。檢驗時段的持續(xù)時間并且進而第一驅(qū)動模塊的斷開這樣短，從而使得它對受控的負載的功能性沒有任何影響。
[0012]開頭所述的接通電容負載的問題因此可以由此解決，其中將驅(qū)動模塊用作具有限流裝置并且進而相對較大的接通電阻(也就是具有相應的高損耗功率)的斷線驅(qū)動器，并且將不存在電流限制的、具有相對較小的接通電阻的驅(qū)動模塊用作主驅(qū)動器。
[0013]—種輸出組件，其包括輸出電路、輸出端、電源電壓接口、具有第一控制輸入端的驅(qū)動模塊，其中，第一驅(qū)動模塊設計用于將電壓連接在輸出端上，并且布置在電源電壓接口和輸出端之間，同樣通過該輸出組件由此實現(xiàn)開頭所述的目的，即在電源電壓接口和輸出端之間，具有第二控制輸入端的第二驅(qū)動模塊并聯(lián)于第一驅(qū)動模塊地布置，并且該第二驅(qū)動模塊也設計用于在輸出端上的電壓接通，其中，控制電路具有指令輸入端、第一指令輸出和第二指令輸出端，并且控制電路設計用于在啟動時間點通過指令輸入端接收用于將電壓接通到輸出端上的轉(zhuǎn)換指令，并且隨后以預先確定的第一持續(xù)時間對控制第二控制輸入端進行控制，其中，第二驅(qū)動模塊設計具有用于最大電流的限流裝置，并且控制電路此外設計用于從啟動時間點出發(fā)在預先確定的第二持續(xù)時間結(jié)束后，在轉(zhuǎn)換指令有效時控制第一控制輸入端。
[0014]為了克服尤其是在接通電容負載時的高接通電流，第二驅(qū)動模塊設計具有限流裝置，該限流裝置僅僅允許最大電流并且進而也僅僅產(chǎn)生最大的損耗功率并且由此也僅僅產(chǎn)生最大的發(fā)熱。優(yōu)選地，第二驅(qū)動模塊通過第二控制輸入端優(yōu)選地僅僅一直進行控制，直至在電容負載的電容幾乎充電完畢，并且在另一個充電過程中電流重新下降到最大的容許電流值以下。
[0015]由于優(yōu)選地在達到這種幾乎完全充電狀態(tài)之后，第二驅(qū)動模塊重新被斷開，并且此時第一驅(qū)動模塊為被接通的負載輸送電流，所以在輸出組件中第一驅(qū)動模塊具有斷流裝置，如果出現(xiàn)例如短路的故障，則該斷流裝置自從之后才起作用。
[0016]尤其是在自動化技術中使用防故障的輸出組件時，第二驅(qū)動模塊要額外地具有斷線檢測裝置，該斷線檢測裝置設計用于對通向負載的導線進行周期性的斷線檢測。【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]附圖示出了一個實施例，其中:
[0018]圖1示出了具有第一驅(qū)動模塊11和第二驅(qū)動模塊12的輸出組件1，
[0019]圖2示出了對驅(qū)動模塊的控制的時間走勢，以及輸出端上的輸出電壓，以及
[0020]圖3示出了在待接通的負載方面的電壓-電流圖。
【具體實施方式】
[0021]根據(jù)圖1示出了輸出組件1，該輸出組件包括輸出電路10、輸出端2、電源電壓接口
3、具有第一控制輸入端21的第一驅(qū)動模塊11和具有第二控制輸入端22的第二驅(qū)動模塊
12。輸出組件I連同其輸出電路10設計用于通過輸出端2將電壓U接通到負載L上，該電壓導致電流I。
[0022]為了將輸出電路10中產(chǎn)生的損耗功率保持在界限內(nèi)，提出這樣使用兩個半導體開關元件，也就是第一驅(qū)動模塊11和第二驅(qū)動模塊12，即，連續(xù)地依次接通這兩個驅(qū)動模塊。為此，該方法對輸出組件的運行提出，即在電源電壓接口 3和輸出端2之間，運行與第一驅(qū)動模塊11并聯(lián)的第二驅(qū)動模塊12，并且兩個驅(qū)動模塊11，12設計用于實現(xiàn)在輸出端2上的電壓接通。如果第一驅(qū)動模塊11通過第一控制輸入端21獲得轉(zhuǎn)換指令，那么第一驅(qū)動模塊將電壓U接通到輸出端2上，該第一驅(qū)動模塊將電流I施加在負載L上。如果第二驅(qū)動模塊12通過第二控制輸入端22也獲得轉(zhuǎn)換指令，那么第二驅(qū)動模塊12同樣會將電流I施加在待連接的負載L上。
[0023]優(yōu)選地，將輸出組件I用在具有可編程存儲的控制裝置的自動化領域中。為了激活該輸出組件，由可編程存儲的控制裝置例如通過通訊網(wǎng)絡發(fā)送轉(zhuǎn)換指令40。這個轉(zhuǎn)換指令40通過控制電路30的指令輸入端33接收，并且進而通過驅(qū)動模塊11，12開始電容負載L的接通過程。
[0024]此外這樣設計控制電路30，即，當開關電路30收到用于在啟動時間點TO將電壓U接通到輸入端2上的轉(zhuǎn)換指令40時，則第二控制輸入端22首先在預先確定的第一持續(xù)時間Tl通過其第二指令輸入端32被控制。由于第二驅(qū)動模塊22設計具有限流裝置41，所以電流I不能超過最大的容許電流(見圖3)。
[0025]另外，這樣設計控制電路30，S卩，從啟動時間點TO出發(fā)在預先確定的第二持續(xù)時間T2結(jié)束后,控制電路30在轉(zhuǎn)換指令40有效時通過第一指令輸出端31控制第一控制輸入端21。
[0026]此外，在控制電路30中這樣實現(xiàn)預先確定的時間，也就是第一持續(xù)時間Tl和第二持續(xù)時間T2，即，第二持續(xù)時間T2被選擇為小于第一持續(xù)時間Tl或等于第一持續(xù)時間Tl。
[0027]對于在自動化技術中的運行，尤其是在將輸出組件用作防故障的、針對功能安全性而設計的自動化部件時，第二驅(qū)動模塊具有斷線檢測裝置44，該斷線檢測裝置這樣設計，即，為了對通向負載L的導線43進行斷線檢測而周期性地激活斷線檢測裝置44，其中，在這個檢測時間中，第一驅(qū)動模塊11被短暫地斷開。
[0028]借助圖2示出了對驅(qū)動模塊11，12的控制的時間走勢35以及輸出電壓在輸出端2上的電壓走勢38。第一個圖表示出了在第二驅(qū)動模塊12的第二控制輸入端22上的信號走勢36。通過時間t示出在“O”和“ I”之間的邏輯轉(zhuǎn)換特性。通過控制電路30在啟動時間點TO以邏輯“I”來控制第二控制輸入端22。在第一持續(xù)時間Tl執(zhí)行這個控制。在第二控制輸入端22上的信號走勢36下方繪制的是在第一控制輸入端11上的信號走勢37的邏輯轉(zhuǎn)換圖。因此，第一驅(qū)動模塊11的第一控制輸入端21以在啟動時間點TO之后的第二持續(xù)時間T2的時間延遲才獲得其從“O”到“ I”的轉(zhuǎn)換指令。
[0029]在另一個時間走勢中，在邏輯信號走勢36和37中示出了周期性的斷線檢測，對此將第二驅(qū)動模塊12短暫地激活，并且將第一驅(qū)動模塊21相應地短暫斷開。如果第二驅(qū)動模塊12中包括的斷線檢測裝置44在電流短暫激活的這個過程中確定沒有電流流動的話，那么斷線檢測裝置44將給出一個警報，該警報指出通向負載L的導線肯定是損壞的。為了斷線檢測裝置44在此能夠無錯誤地測量，必然要短暫地切斷由第一驅(qū)動模塊11施加的電流I。
[0030]在圖2的另一個電壓圖中示出了輸出組件I的輸出端2上的輸出電壓38。在第二驅(qū)動模塊22被激活的啟動時間點T0，在負載L上或輸出端2上的輸出電壓38逐漸增大。可以假定電容器的充電特性的典型的電壓曲線。
[0031]圖3示出了電壓-電流圖50，利用該圖示出了通過第二驅(qū)動模塊12中的限流裝置41的電流限制。在此，曲線示出了電流I的時間上的走勢51，其中，尤其是在接通時間點之后，電流I的走勢很快分成了有電流限制的時間走勢51a和沒有電流限制的時間走勢51b。在接通電容負載L時，在沒有電流限制時會出現(xiàn)電流I的時間走勢51b的情況，并且由此在輸出組件I中會產(chǎn)生不容許的高電流值。為了清楚起見，以虛線示出了電流的沒有限制的時間走勢51b。
[0032]由于在第二驅(qū)動模塊12中實施有限流裝置51，所以在運行輸出組件I時實現(xiàn)了電流的有限制的時間走勢51a。
[0033]曲線52示出了電壓的時間走勢。
【權利要求】
1.一種運行帶有輸出電路(10)的輸出組件(I)的方法，利用所述輸出電路將電壓(U)接通到與輸出端(2)相連接的負載(L)上，所述電壓導致電流(I)，其中，在所述輸出組件(I)的電源電壓接口( 3 )和所述輸出端(2 )之間運行第一驅(qū)動模塊(11 )，并且通過第一控制輸入端(21)來控制用于在所述輸出端(2)上的電壓接通，其特征在于，在所述電源電壓接口(3)和所述輸出端(2)之間，運行與所述第一驅(qū)動模塊(11)并聯(lián)的第二驅(qū)動模塊(12)，并且也通過所述第二控制輸入端(22 )來控制用于在所述輸出端(2 )上的所述電壓接通，其中，控制電路(30)收到用于在啟動時間點(TO)將所述電壓(U)接通到所述輸出端(2)上的轉(zhuǎn)換指令(40)，并且所述控制電路(30)隨后首先以預先確定的第一持續(xù)時間(Tl)對所述第二控制輸入端(22 )進行控制，在此以用于最大電流的電流限制來運行所述第二驅(qū)動模塊，并且從所述啟動時間點(TO)出發(fā)在預先確定的弟二持續(xù)時間(T2)結(jié)束后，所述控制電路(30 )隨后在所述轉(zhuǎn)換指令(40 )有效時額外地控制所述第一控制輸入端(21)。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中。所述第二持續(xù)時間(T2)被選擇小于所述第一持續(xù)時間(Tl)或等于所述第一持續(xù)時間(Tl)。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其中，在達到最大容許的電流(I)時，運行帶有用于切斷所述電流(I)的斷流裝置(42)的所述第一驅(qū)動模塊(11)。
4.根據(jù)權利要求1至3中任一項所述的方法，其中，將電容負載作為所連接的負載(L)接通。
5.根據(jù)權利要求1至4中任一項所述的方法，其中，所述輸出部件(I)作為防故障的、針對功能安全性設計的自動化 部件來運行。
6.根據(jù)權利要求1至5中任一項所述的方法，其中，運行具有斷路檢測裝置(44)的所述第二驅(qū)動模塊(12)，并且周期性地激活所述第二驅(qū)動模塊用于對通向所述負載(L)的導線(43 )進行斷線檢測，其中，在這個檢測時間中，所述第一驅(qū)動模塊(11)被斷開。
7.一種輸出組件(1)，包括輸出電路(10)、輸出端(2)、電源電壓接口(3)、具有第一控制輸入端(21)的第一驅(qū)動模塊(11)，其中，所述第一驅(qū)動模塊(11)設計用于將電壓(U)接通到所述輸出端(2)上，并且所述第一驅(qū)動模塊布置在所述電源電壓接口(3)和所述輸出端(2)之間，其特征在于，在所述電源電壓接口(3)和所述輸出端(2)之間，具有第二控制輸入端(22)的第二驅(qū)動模塊(12)并聯(lián)于所述第一驅(qū)動模塊(11)地布置，并且所述第二驅(qū)動模塊也設計用于在所述輸出端(2 )上的所述電壓接通，其中，控制電路(30 )具有指令輸入端(33)、第一指令輸出端(31)和第二指令輸出端(32)，并且所述控制電路設計用于在啟動時間點(TO)通過所述指令輸入端(33)接收用于將所述電壓(U)接通到所述輸出端(2)上的轉(zhuǎn)換指令(40)，并且隨后以預先確定的第一持續(xù)時間(Tl)對所述第二控制輸入端(22)進行控制，其中，所述第二驅(qū)動模塊(12)設計具有用于最大電流(I)的限流裝置(41)，并且所述控制電路(30)此外設計用于從啟動時間點(TO)出發(fā)在預先確定的第二持續(xù)時間(T2)結(jié)束后，在所述轉(zhuǎn)換指令(40 )有效時控制所述第一控制輸入端(21)。
8.根據(jù)權利要求7所述的輸出組件(I)，其中，所述第一驅(qū)動模塊(11)設計具有斷流裝置(42)。
9.根據(jù)權利要求7或8所述的輸出組件(I)，其中，所述第二驅(qū)動模塊(12)具有斷線檢測裝置(44)，所述斷線檢測裝置設計用于對通向所述負載(L)的導線(43)進行周期性的斷線檢測。
【文檔編號】H03K17/0814GK103676639SQ201310382245
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年8月28日 優(yōu)先權日:2012年8月29日
【發(fā)明者】米夏埃爾·德姆爾, 馬丁·菲希特爾舍雷爾, 塞萬·哈里托尼安, 塞巴斯蒂安·肯普特尼爾, 托馬斯·金德爾, 馬蒂亞斯·柯尼希, 賴因哈德·馬克, 勒內(nèi)·福格爾 申請人:西門子公司