CN101261908B - 电磁接触器的线圈驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁接触器的线圈驱动装置，所述线圈驱动装置将模拟电路中的主要单元替换为数字电路中使用低功耗PWM控制器的单元以减少模拟元件的数量，使功耗最小化，并且通过接收在线圈上流动的反馈电流来控制在所述线圈上流动的恒压，从而减小误差和缺陷产生率并防止元件的毁坏和烧毁。

Description

电磁接触器的线圈驱动装置

                 相关申请的交叉引用

本申请基于2007年3月5日提出的申请号为10-2007-0021272的韩国申请并要求其优先权，其全部内容以引用的方式并入本文。

背景技术

本发明涉及一种电磁接触器的线圈驱动装置，尤其涉及一种通过低功耗的PWM(脉宽调制)控制器的方法将现有模拟电路中的电路单元改变为数字电路中的电路单元以减少模拟元件的数量并使功耗最小化的电磁接触器的线圈驱动装置。

一般来说，作为连接至电气线路以提供或阻断向诸如建筑物、工厂和轮船等系统中的负载的电力供应的装置，电磁接触器能够防止负载烧毁。

作为通过利用电磁原理来打开或闭合接触点的设备的电磁接触器，通过将恒压施加到线圈允许接触点在电流流过时接触并允许接触点在电流未流过时分离。

图1为表示普通电磁接触器的线圈驱动装置的构造的方块图。

参考图1，普通电磁接触器的线圈驱动装置包括输入滤波单元102、整流单元104、输入电压检测单元106、恒压单元108、操作控制单元110、防止过电压单元、温度补偿单元120、控制电压电平控制单元122、锯齿波发生单元124、PWM输出单元126、开关单元260和浪涌吸收单元280。

输入滤波单元102吸收浪涌电压以将噪声从输入端100输入的电压中去除。

整流单元104对从输入滤波单元102输出的电压进行整流以输出直流功率。

输入电压检测单元106检测从整流单元104输出的直流功率的电压电平。

恒压单元108接收从整流单元104输出的直流功率以输出恒压。整流单元108供给用于驱动各个单元的驱动功率。

操作控制单元110将由输入电压检测单元106检测到的电压电平与预设基准电压电平进行比较然后根据其比较结果输出控制信号。优选的是，通过恒压单元108产生预设基准电压。

更具体地说，操作控制单元110包括比较/判断单元111和时间判定单元112，其中比较/判断单元111对输入电压检测单元106检测到的电压电平与预设基准电压电平进行比较，当输入电压检测单元106的电压电平大于基准电压电平时输出吸引信号，当输入电压检测单元106的电压电平小于基准电压电平时输出释放信号。换句话说，如果从比较/判断单元111输出的控制信号为吸引信号，则操作控制单元110执行吸引操作，而如果从比较/判断单元111输出的控制信号为释放信号，则操作控制单元110执行释放操作。当比较/判断单元111输出吸引信号时，时间判定单元112判定吸引信号的保持时间以将其传送至控制电压电平控制单元122。原因是由于在早期阶段通常需要大量电流使电磁接触器的接触点接触，持续保持吸引信号达到预设时间以提供电流从而使接触点能够相互接触。同样，时间判定单元112将从比较/判断单元111输出的释放信号传送至控制电压电平控制单元122。

防止过电压单元和温度补偿单元120配置有防止过电压单元和温度补偿单元。当由输入电压检测单元106检测到的电压大于预设电压时，防止过电压单元控制着控制电压电平控制单元122不产生具有预定电平的信号。配置有测量外围温度的传感器或电路的温度补偿单元产生控制信号，以便使由控制电压电平控制单元122基于温度变化产生的信号的电平能够得到控制。

控制电压电平控制单元122产生具有预定电平的信号，以便使作为从操作控制单元110的时间判定单元112输入的控制信号的响应而从PWM输出单元126输出的PWM信号的脉宽能够得到控制。

通过接收防止过电压单元和温度补偿单元120的控制信号，控制电压电平控制单元112既不控制信号的电平也不输出信号。

随着控制电压电平控制单元122输出预定电平的信号，锯齿波发生单元124输出锯齿波信号达到预定期间。

PWM(脉宽调制)输出单元126对由控制电压电平控制单元122产生的信号与由锯齿波发生单元124输出的信号进行比较，然后根据其比较结果输出PWM信号。

开关单元128根据从PWM输出单元126产生的PWM信号进行开关从而允许在线圈130上流动的电流导通或阻断。换句话说，开关单元128根据PWM信号进行开关从而使在线圈130上流动的电流能够得到控制。

浪涌吸收单元280吸收从线圈130产生的反电动势。

在上述的普通电磁接触器中包括许多用于控制线圈的单元。具体来说，诸如防止过电压单元、温度补偿单元120、控制电压电平控制单元122、锯齿波发生单元124和PWM输出单元126的用于产生PWM信号的主要单元都位于模拟电路中，从而使构成各个单元的模拟元件增多而引起各种问题。

首先，由于各个单元的元件使电路变得复杂，而使用于将元件插入电路衬底的电路板在一定程度上变大。

同样，模拟元件的使用会引发误差并且多种模拟元件使缺陷产生率上升。

同样，电路中的电流消耗变大并产生大量的热量从而使元件毁坏或烧毁。

最后，已经尝试通过将具有小误差范围的元件用作构成诸如防止过电压单元、温度补偿单元120、控制电压电平控制单元122、锯齿波发生单元124和PWM输出单元126的各个单元的元件来克服上述问题。然而，由于费用、功耗和其它原因使得这些问题还未轻易地得以解决。

发明内容

本发明的目的是提供一种通过将常规用于产生PWM(脉宽调制)信号的模拟电路中的电路单元替换为数字电路中使用低功耗PWM控制器的电路单元来减少元件数量从而能够使电路板小型化并降低缺陷产生率的电磁接触器的线圈驱动装置。

本发明的另一个目的是提供一种通过在线圈上流动的电流的反馈来控制电流以允许恒定电流在线圈上流动的电磁接触器的线圈驱动装置。

本发明的另一个目的是提供一种通过使功耗最小化来防止元件毁坏和烧毁并具有高耐用性和可靠性的电磁接触器的线圈驱动装置。

为了达到该目的，提供一种电磁接触器的线圈驱动装置，其包括：输入功率处理单元，其将输入功率转换为直流功率；输入电压检测单元，其检测由输入功率处理单元输出的直流功率的电压电平；操作控制单元，其对由输入电压检测单元检测到的电压电平与预设基准电压电平进行比较然后根据所述比较结果产生控制信号；PWM(脉宽调制)控制器，其通过在线圈上流动的电流的反馈来输出PWM信号以使在线圈上流动的电流能够根据反馈电流和从操作控制单元产生的控制信号而被控制；以及开关单元，其通过从PWM控制器输出的PWM信号进行开关以导通或阻断在线圈上流动的电流。

操作控制单元包括比较/判断单元，其对由输入电压检测单元检测到的电压电平与所述预设基准电压电平进行比较然后响应于所述比较结果产生吸引信号，以及时间判定单元，其判定当吸引信号由比较/判断单元产生时吸引信号的保持时间。

在线圈上流动的电流反馈给PWM控制器。

如上文对本发明的详细描述，用于产生PWM信号的模拟电路中的主要单元由低功耗的PWM控制器代替以减少模拟元件的数量并使功耗最小化。而且，其通过在线圈上流动的电流的反馈来控制恒定电流在线圈上流动。

因此，通过防止元件的毁坏和烧毁其具有减小故障和误差产生率的效果。

最后，其具有实现具有高耐用性和可靠性的电磁接触器的小型线圈驱动装置的效果。

附图说明

图1为表示电磁接触器的普通线圈驱动装置的构造的方块图；

图2为表示根据本发明的电磁接触器的线圈驱动装置的构造的方块图；及

图3示出了图2的PWM控制器的示例性电路构造。

具体实施方式

下面将参照附图对本新颖构思进行详细描述。

然而，在描述本发明时，当认为对相关已知功能或构造的详细描述可能使本说明的要点模糊时，将会省略该详细描述。

图2为表示电磁接触器的线圈驱动装置的构造的方块图，而图3为图2的PWM控制器的示例性电路构造。

参考图2，电磁接触器的线圈驱动装置主要包括：电压检测单元200；及驱动控制单元290，其中电压检测单元具体包括输入功率处理单元210和输入电压检测单元220，而驱动控制单元290包括操作控制单元240和PWM控制器250。另外，电磁接触器的线圈驱动装置包括恒压单元230、开关单元260和浪涌吸收单元280。

输入功率处理单元210包括输入端212、输入滤波单元214和整流单元216，其中输入滤波单元214吸收从输入端212输入的功率中的浪涌电压并去除噪声。

整流单元216对从输入滤波单元214输出的电压进行整流以输出直流功率。

输入电压检测单元220检测从整流单元216输出的直流功率的电压电平。

恒压单元230接收从整流单元216输出的直流功率并划分输入直流功率的电压以输出恒压。各个单元都是通过由恒压单元230产生的恒压来驱动的。

配置有比较/判断单元242和时间判定单元244的操作控制单元240，对由输入电压检测单元220检测到的电压电平和预设基准电压电平进行比较然后根据所述比较结果输出控制信号。优选的是预设基准电压通过恒压单元230产生。

更具体地，比较/判断单元242对由输入电压检测单元220检测到的电压电平与预设基准电压电平进行比较，当输入电压检测单元220的电压电平大于基准电压电平时输出吸引信号，当输入电压检测单元220的电压电平小于基准电压电平时比较/判断单元242输出释放信号。

当吸引信号在比较/判断单元242中产生时，时间判定单元244判定吸引信号的保持时间。如上所述，原因在于在早期阶段需要大量电流来使电磁接触器的接触点接触，可以通过延长吸引信号的保持时间然后经过预定时间后再缩短该保持时间来供给适量的电流。时间判定单元244将比较/判断单元242输出的释放信号传送至控制电压电平控制单元122。

PWM控制器250接收在线圈270上流动的反馈电流并控制PWM信号的宽度以便能够根据反馈电流和由操作控制单元240产生的控制信号来控制在线圈270上流动的电流，从而输出受控的PWM信号。PWM控制器250是仅由PWM控制的IC(集成电路)。

参照图3特别查看PWM控制器250，PWM控制器250是通过接收由恒压单元230通过第七管脚输出的电压来驱动的，由操作控制单元240输出的控制信号通过第一管脚输入，并且在线圈270上流动的电流通过第三管脚反馈。PWM信号通过第六管脚输出，该PWM信号通过响应于通过第一管脚输入的操作控制单元240的控制信号和通过第三管脚输入的电流值来控制PWM信号脉宽而受到控制。PWM控制器250通过其第八管脚和第四管脚的电路构造起到与图1的锯齿波发生单元124相同的功能。

开关单元260通过响应于由PWM控制器250产生的控制信号通过进行开关来允许在线圈270上流动的电流导通或阻断。

浪涌吸收单元280吸收由在线圈270上流动的电流的导通或阻断产生的反电动势。浪涌吸收单元280可以是惯性同步电路。

总之，根据本公开的线圈驱动装置主要包括电压检测单元200，其将输入功率转换为直流功率并检测直流功率的电压电平；以及驱动控制单元，其根据电压电平和预设基准电压电平之间的差值通过单个元件的PWM(脉宽调制)控制器来控制在线圈上流动的电流。具体地说，电压检测单元包括输入功率处理单元，其将输入功率转换为直流功率；以及输入电压检测单元，其检测由输入功率处理单元输出的直流功率的电压电平；驱动控制单元包括操作控制单元，其对电压电平与预设基准电压电平进行比较然后根据所述比较结果产生控制信号；PWM控制器，其输出PWM(脉宽调制)信号以使在线圈上流动的电流能够根据由操作控制器产生的控制信号而被控制；以及开关单元，其响应于由PWM控制器输出的PWM信号通过进行开关来允许在线圈上流动的电流导通或阻断。操作控制单元包括比较/判断单元，其对由输入电压检测单元检测到的电压电平与预设基准电压进行比较然后响应于所述比较结果产生吸引信号；以及时间判定单元，其判定当吸引信号由比较/判断单元产生时吸引信号的保持时间。

比较图1和图2来解释电磁接触器的线圈驱动装置，本方案将图1中使用的用于产生PWM信号的模拟电路中的主要单元替换为使用低功耗PWM控制器250的数字电路中的单元，PWM控制器250是专用于PWM的IC。所述模拟电路中的主要单元包括防止过电压单元和温度补偿单元120、控制电压电平控制单元122、锯齿波发生单元124和PWM输出单元126。

更具体地，单个元件的PWM控制器包括控制电压电平控制单元，其根据电压电平与预设基准电压电平之间的差值来控制PWM信号的脉宽；锯齿波发生单元，其在控制电压电平控制单元运行时以预定期间输出锯齿波信号；以及PWM输出单元，其对由控制电压电平控制单元和锯齿波发生单元输出的信号进行比较然后根据其结果输出PWM信号。另外，优选的是PWM控制器进一步包括防止过电压单元，其抑制控制电压电平控制单元的输出；以及温度补偿单元，当电压电平大于预设允许电压电平时，其根据温度变化对控制电压电平控制单元的输出信号电平进行补偿。

尽管在图1中使用了包括防止过电压单元和温度补偿单元120、控制电压电平控制单元122、锯齿波发生单元124和PWM输出单元126的多种模拟元件，但是在图2中只使用了包括PWM控制器250的很少数量的模拟元件。因此，误差产生率和功耗以及费用最小化以减少热发生。换句话说，用单个元件的PWM控制器250替换涉及常规PWM控制的多个模拟元件能够使功耗降低。

此外，插入电路板中的元件数量限于能够在小型电路板中构造电磁接触器的线圈驱动装置。

更进一步，在现有技术中PWM信号是由防止过电压单元和温度补偿单元120的温度补偿单元，控制电压电平控制单元122和锯齿波发生单元124响应于外部温度而产生的。然而，在本方案中，PWM控制器接收在线圈270上流动的反馈电流(电流反馈方式)以响应于反馈电流产生PWM控制信号，这能够使恒定电流在线圈上流动而不受输入电压的影响。在这种方式中，本公开能够通过防止线圈老化以及恒定地保持吸引力来去除不必要的过电压，提高线圈的耐用性，并且作为减小接触点的磨损的结果来提高整体可靠性。此外，更精确的控制变得可行。

最后，尽管现有技术是通过诸如防止过电压单元和温度补偿单元120、控制电压电平控制单元122、锯齿波发生单元124和PWM输出单元126的模拟电路中的电路单元来产生PWM信号的，本公开通过PWM控制器250产生PWM信号来允许恒压在线圈上流动，PWM控制器250是专用于PWM控制的IC，从而能够实施具有高耐用性和可靠性的电磁接触器的线圈驱动装置，因而防止线圈和电子元件等的毁坏和烧毁。

尽管上文描述了示例性实施例，本领域技术人员应理解的是，在不背离本新颖构思的宗旨和范围的前提下可以做出多种改进和变化。因此，假如所述改进和变化在附加的权利要求及其等同替换的范围内，本公开旨在覆盖这些改进和变化。

Claims (11)

1.一种电磁接触器的线圈驱动装置，所述线圈驱动装置包括：

电压检测单元，其将输入功率转换为直流功率并检测所述直流功率的电压电平；及

驱动控制单元，其响应于所述电压电平和预设基准电压电平之间的差值通过PWM控制器来控制在线圈上流动的电流，所述PWM为脉宽调制，

其中，所述PWM控制器被配置为接收在所述线圈上流动的所述电流的反馈以产生PWM信号，以使电流恒定而不受输入电压的影响。

2.如权利要求1所述的装置，其中所述电压检测单元包括：

输入功率处理单元，其将输入功率转换为直流功率；及

输入电压检测单元，其检测由所述输入功率处理单元输出的所述直流功率的电压电平。

3.如权利要求1所述的装置，其中所述驱动控制单元包括：

操作控制单元，其对所述电压电平与预设基准电压电平进行比较然后响应于比较结果产生控制信号；

PWM控制器，其输出PWM信号以使在所述线圈上流动的所述电流能够响应于由所述操作控制单元产生的所述控制信号而被控制；及

开关单元，其通过响应由所述PWM控制器输出的所述PWM信号来进行开关以允许在所述线圈上流动的所述电流导通或阻断。

4.如权利要求3所述的装置，其中所述电压检测单元包括：

输入功率处理单元，其将输入功率转换为直流功率；及

输入电压检测单元，其检测由所述输入功率处理单元输出的所述直流功率的电压电平，并且其中

所述操作控制单元包括：

比较/判断单元，其对由所述输入电压检测单元检测到的所述电压电平与所述预设基准电压进行比较然后响应于比较结果产生吸引信号；及

时间判定单元，其判定当所述吸引信号由所述比较/判断单元产生时所述吸引信号的保持时间。

5.如权利要求1所述的装置，其中所述PWM控制器以电流反馈控制方式接收在所述线圈上流动的反馈电流以允许恒定电流在所述线圈上流动。

6.如权利要求1所述的装置，其中所述PWM控制器为专用于PWM的IC，所述IC为集成电路。

7.如权利要求1所述的装置，其中所述PWM控制器包括：

控制电压电平控制单元，其响应于所述电压电平和预设基准电压电平之间的所述差值来控制PWM信号的脉宽；

锯齿波发生单元，其在所述控制电压电平控制单元运行时输出锯齿波信号达到预定期间；及

PWM输出单元，其对由所述控制电压电平控制单元和所述锯齿波发生单元输出的信号进行比较然后响应于结果输出PWM信号。

8.如权利要求7所述的装置，其中所述PWM控制器进一步包括：

防止过电压单元，其抑制所述控制电压电平控制单元的输出；及

温度补偿单元，其响应于温度变化对所述控制电压电平控制单元的输出信号电平进行补偿。

9.一种电磁接触器的线圈驱动装置，所述线圈驱动装置包括：

输入功率处理单元，其将输入功率转换为直流功率；

输入电压检测单元，其检测由所述输入功率处理单元输出的所述直流功率的电压电平；

操作控制单元，其对由所述输入电压检测单元检测到的电压电平与预设基准电压电平进行比较然后响应于比较结果产生控制信号；

PWM控制器，其输出PWM信号以使在线圈上流动的电流能够根据所产生的控制信号而被控制；及

开关单元，其响应于由所述PWM控制器输出的所述PWM信号进行开关以导通或阻断在所述线圈上流动的所述电流，

其中，所述PWM控制器被配置为接收在线圈上流动的电流的反馈以产生PWM信号，以使电流恒定而不受输入电压的影响。

10.如权利要求9所述的装置，其中所述操作控制单元包括：

比较/判断单元，其对由所述输入电压检测单元检测到的电压电平与所述预设基准电压电平进行比较然后响应于比较结果产生吸引信号；及

时间判定单元，其判定当所述吸引信号由所述比较/判断单元产生时所述吸引信号的保持时间。

11.如权利要求9所述的装置，其中所述PWM控制器以电流反馈控制方式接收在所述线圈上流动的反馈电流以允许恒定电流在所述线圈上流动。

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