用於直流電氣設備的繼電器控制裝置的製作方法
2023-07-08 17:39:16
專利名稱：用於直流電氣設備的繼電器控制裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種繼電器控制裝置，所述繼電器與一個設計為工作在由電池組所傳送的額定電壓(例如12V、42V等)的直流電DC下的設備相結合。
背景技術：
目前，機動車輛機車的電池通常提供12V的直流電，從而設置在機動車輛內的電氣設備一般工作在12V直流電下。「電氣系統」一般表示所有的車載電氣設備和電子線路。
現在，車載電子線路必須接受各種檢驗來進行驗證。這些檢驗可以由標準化機構或由生產者本身規定。例如，一個針對於安裝在機動車輛內的電子元件的測試包括在斷開與電池的連接而發動機運轉且驅動交流發電機的時候運轉各種元件。由ISO標準7637-2.2規定的這個測試稱為「負載突降(load dump)脈衝」。當交流發電機運轉時斷開與電池的連接在車輛電源系統中產生一個具有相對陡上升斜率的強電脈衝，因此稱為「負載突降脈衝」。
圖1中的圖表示由該測試所產生的脈衝，例如可以產生於在正常狀態由電池供電的各種電路的端子處。電壓Ua表示機車電源系統的額定供電電壓。當發動機停機時，電池通常提供12V的額定電壓Ua。當發動機運轉並驅動交流發電機時，電池提供的額定電壓是13.5V。
當通過在交流發電機被驅動時斷開與電池的連接而進行測試時，在由電池供電的不同元件的端子處產生具有很陡的上升梯度的電壓尖脈衝。該脈衝可能引起具有持續時間小於10ms的上升沿的21.5V電壓尖脈衝Vs。在不同元件的端子處的電壓因此達到35V。需要等待大約400ms，此過電壓才會減小並返回到額定電壓13.5V。
然而，取決於車輛的電氣系統的元件，該電壓尖脈衝Vs可能是有害的。如果該電壓尖脈衝產生在設備的連續運轉過程中，則不一定具有不良影響。然而，如果在該電壓尖脈衝期間內，不同電氣設備的控制繼電器被操作而打開，則控制繼電器會被損壞。
電氣設備經常由繼電器控制，所述繼電器適於切換所述設備(例如車窗調節器的電機)的開關。繼電器是一種電磁控制裝置，用於接通或切斷電路。通常地，一個繼電器包括一個與磁鐵耦合的線圈，而所述磁鐵與開關連接。當控制電壓施加於線圈時，所產生的電磁場使得開關切換。而且，繼電器也允許吸收當通過斷開開關而切斷電源時在所述設備的端子處的過電壓所產生的電弧。電弧相當於當有電流流經所述開關的端子，而這些端子彼此分開時，在端子之間的放電。當開關斷開時，由於所述設備的電感負載或電容負載，供應所述設備的電流不立即變成零。該放電在繼電器的觸點之間逐漸枯竭(drain off)。
使用12V直流電的設備切換繼電器是汽車工業中常用的元件。該繼電器可以承受達16V的電壓且由於斷開開關而產生的電弧不會是有害的。
然而，在例如上述的「負載突降脈衝」的測試情況下，如果在裝置中切斷電源，那麼所產生的電壓尖脈衝問題會更加嚴重。具體而言，在此種情況下所產生的電弧不能在觸點之間逐漸枯竭；電弧仍沒有熄滅並且所述元件開始著火或者開關的觸點被熔接。
發明內容
因此需要提供一種用於對設備的開關進行電氣控制的裝置，所述裝置可以保護繼電器不遭受高電壓以及局部過電壓。
為了該目的，本發明提供一種用於對工作在預定電壓直流電下設備的開關進行電氣控制的裝置，所述裝置包括機電式繼電器，其適於致動所述設備開關的切換；用於使所述設備停止運轉的控制裝置；適於控制所述繼電器的微控制器；
所述微控制器適於對所述繼電器進行延遲控制，當所述設備運轉過程中端子處的電壓尖脈衝超出預定臨界值時，控制所述繼電器延遲對斷開所述開關進行致動。
根據一個實施例，微控制器適於檢測大於或等於額定臨界值的電壓尖脈衝斜率。
根據一個實施例，微控制器適於檢測大於或等於電源電壓兩倍的電壓尖脈衝值。
根據一個特徵，微控制器包括用於對所述設備的端子處的電壓進行周期性測量的裝置。
根據一個特徵，微控制器包括一個電壓尖脈衝查詢表，以過電壓值為輸入，並且以表示恢復至額定電壓的時段值為輸出。
根據一個特徵，所述電氣設備是一個用於對車輛的打開構件進行致動的馬達。
本發明還涉及一種用於對工作在額定電壓的直流電下設備的開關切換的電氣控制進行致動的方法，所述方法包括以下用於斷開所述設備的步驟在運轉中檢測所述設備端子處的電壓尖脈衝；檢測用於使所述設備停止運轉的控制信號；如果檢測到電壓尖脈衝，在時間td之後對繼電器進行致動從而將所述設備的開關切換到斷開狀態。
根據一個實施例，檢測電壓尖脈衝的步驟包括對脈衝的上升沿的持續時間進行測量。
根據一個實施例，檢測電壓尖脈衝的步驟包括對脈衝的電壓值進行測量。
根據一個特徵，時段td在300ms至400ms之間。
本發明的其它特徵和優點通過閱讀下面僅作為例示的並參考附圖而對本發明實施例進行的詳細描述而變得明顯。在所述附圖中圖1，就象已描述的那樣，示出了與ISO標準7637-2.2的所述測試相應的電脈衝的曲線圖；圖2示出了按照本發明的裝置的概略圖。
具體實施例方式
根據本發明的用於對開關切換進行電氣控制的裝置包括一個機電式繼電器，該機電式繼電器適於對一個設備的開關切換進行致動，所述設備工作在預定電壓的直流電下。所述裝置也包括一個適於控制繼電器的微控制器。微控制器特別適於對繼電器控制進行延遲，所述微控制器用於當在工作中所述設備端子處的電壓大於預定臨界值時對開關的斷開進行致動。因此所述裝置由於在電壓尖脈衝期間可斷開開關(例如由於對電氣系統的電路進行電氣測試造成的)，從而防止了損壞繼電器。
根據本發明，繼電器開關的斷開狀態和閉合狀態定義為分別對應於供應電流通過所述設備的導通狀態，以及所述電流通過所述設備的通道中斷的狀態。供應電流在所述設備中的通道的中斷可以是因為所述設備本身短路，也可以因為斷開電路。
圖2示意性地示出了可以用於製造根據本發明的裝置的電路。
設備10，例如一個用於對車輛的打開構件進行致動的馬達(例如車窗調節器的馬達)，應被供以預定供電電壓Ua下的直流電，所述預定供電電壓一般相應於車輛電池組輸送的電壓。
圖2中，馬達10停止運轉，所述馬達的端子11和12分別與開關3和4連接，並與相同的電勢點連接。因此馬達短路，並且開關3和4中的每一個處於先前定義的所謂斷開狀態中。
為了啟動馬達10，即將馬達的端子11與電源電壓Ua連接並且將另一個端子12與地連接，其中在電源端子上的一個開關4必須切換到閉合狀態。馬達10的轉向將根據通過使開關3或4中哪一個切換到閉合狀態而確定，在此情況下，馬達的相應端子11或12與電源Ua連接，同時馬達的另一個端子12或11與地連接。
繼電器1確保了開關3、4的開關切換。以本身所公知的方式，繼電器1包括兩個線圈，其中每一個線圈與一個磁鐵耦合，所述磁鐵分別與開關3、4中的一個連接。開關電晶體允許向一個或另一個線圈施加電流以產生磁場，該磁場適於通過一個磁鐵對開關3、4中的一個進行致動。
通過一微控制器5可以確保對繼電器1進行切換控制。微控制器5施加用於對與繼電器1相連接的開關電晶體的其中之一進行致動的控制電壓S1，從而允許電流流過一個或另一個線圈以對開關3、4中的一個或另一個進行致動。
微控制器5還測量電源電壓Ua的值。以本身所公知的方式，提供了用於對電壓進行模擬測量的裝置，所測得的測量值轉化成微控制器可以使用的數字值。優選地，所述測量裝置對電壓Ua進行周期性測量，從而，如果適當的話，微控制器可以確定電脈衝的上升沿的斜度。例如，微控制器每隔3ms接收一次電壓測量值；因此其可以檢測上升沿達到10ms的「負載突降」脈衝。相反，其不能用於檢測具有高的過電壓值(例如達到100V)但經過一個1到2ms左右的很短時間段的脈衝。這樣的脈衝不會真正損害反應時間在3ms左右的繼電器。而且，與電源連接的過濾元件可消除或至少衰減這樣的短時間的脈衝。
而且，微控制器5監控馬達10的工作狀態。具體而言，微控制器知道由繼電器1所控制的開關3、4的閉合或斷開狀態。
因此，如果微控制器5接收到用於使所述設備停止運轉的控制信號，例如如果作用於車窗調節器的控制按鈕的壓力被釋放，應發送一個用於斷開開關的控制信號S1至繼電器1。然而，根據本發明，如果微控制器另外檢測到了在所述設備10的端子處具有大於預定門限值的電壓尖脈衝，微控制器將控制信號S1的發送延遲一個時間td。可以調節該延遲時間td使得電脈衝事實上恢復至額定電壓。
根據實施例，微控制器5檢測到的過電壓可以是大於預定門限值的電壓值，例如是額定電源電壓Ua的兩倍，或者可以是脈衝上升沿的斜率大於預定斜率值。如果微控制器利用斜率測量來檢測電壓尖脈衝，其特別可以在達到不利於繼電器的電壓值之前檢測到過電壓脈衝。
實施例取決於根據對繼電器的保護程度以及繼電器的風險而編制的微控制器程序。具體而言，可以將微控制器編程為檢測在所述設備的端子處的給定電壓值、給定的過電壓值、給定的過電壓脈衝斜率或者這些元素的組合。本領域內的普通技術人員能夠根據其要求和要保護的繼電器的型號而確定該程序設計。
經過過電壓脈衝的下降時間左右的時間td之後，微控制器向繼電器1發送控制信號S1，所述控制信號致動開關3、4從斷開狀態切換。接著馬達端子處的電流在該切換時恢復至額定值，並且電弧可以以常規的方式逐漸衰竭。時間td可以在300ms到400ms左右。
微控制器5可以使延遲時間td的值匹配於所檢測到過電壓的類型。根據測得的過電壓或上升沿斜率值，微控制器可以推導出所產生脈衝的類型。於是微控制器能夠知道該脈衝返回至額定電壓所需的時間，並且能夠根據此時間(對於產生的脈衝是特定的)延遲繼電器的斷開控制。電壓尖脈衝的查詢表可以保存在微控制器中，為此目的所述查詢表包括過電壓測量輸入值並提供表示恢復至額定電壓的時間作為輸出。
當然，本發明不限於作為例示所描述的實施例；因此，根據本發明的切換裝置的繼電器可以僅包括一個開關而不是包括兩個開關。而且，通過改編微控制器的程序，根據本發明的控制裝置可以保護繼電器免遭具有不同的電壓和斜率值的其它類型電脈衝。
權利要求
1.用於對設備(10)的切換進行電氣控制的裝置，該設備工作在預定電壓(Ua)的直流電下，所述裝置包括機電式繼電器(1)，其適於對所述設備(10)的開關(3，4)的切換進行致動；用於使設備(10)停止運轉的控制裝置；適於控制所述繼電器(1)的微控制器(5)；所述微控制器適於對所述繼電器進行延遲控制，當所述設備運轉過程中端子處的電壓尖脈衝超出預定臨界值時，控制所述繼電器延遲對斷開所述開關進行的致動。
2.如權利要求1所述的用於電氣控制的裝置，其特徵在於，微控制器(5)適於檢測大於或等於預定臨界值的電壓尖脈衝(Vs)斜率。
3.如權利要求1或2所述的用於電氣控制的裝置，其特徵在於，微控制器(5)適於檢測大於或等於供電電壓(Ua)的兩倍的電壓尖脈衝值(Vs)。
4.如權利要求1到3中任一項所述的用於電氣控制的裝置，其特徵在於，微控制器(5)包括用於對所述設備(10)的端子處的電壓進行周期性測量的裝置。
5.如權利要求1到4中任一項所述的用於電氣控制的裝置，其特徵在於，微控制器(5)包括電壓尖脈衝查詢表，該表以過電壓值作為輸入，並且以表示恢復至預定電壓的時間值作為輸出。
6.如權利要求1到5中任一項所述的用於電氣控制的裝置，其特徵在於，電氣設備(10)是用於對車輛的打開構件進行致動的馬達。
7.對一設備(10)的切換的電氣控制進行致動的方法，該設備工作在預定電壓(U)的直流電下，所述方法包括下列用於斷開所述設備(10)的步驟在運轉中檢測所述設備(10)的端子處的電壓尖脈衝；檢測用於使所述設備(10)停止運轉的控制信號；如果檢測到電壓尖脈衝，在一時間td之後對繼電器(1)進行致動，從而將所述設備的開關(3，4)切換到斷開狀態。
8.如權利要求7所述的方法，其特徵在於，檢測電壓尖脈衝的步驟包括測量脈衝上升沿的持續時間(tr)。
9.如權利要求7所述的方法，其特徵在於，檢測電壓尖脈衝的步驟包括測量脈衝的電壓值(VS)。
10.如權利要求7到9中任一項所述的方法，其特徵在於，時間td在300ms和400ms之間。
全文摘要
本發明涉及用於通過繼電器對一諸如車窗調節器直流馬達之類的設備(10)的開關切換進行電氣控制的裝置，所述裝置包括機電式繼電器(1)，其適於對所述設備(10)的開關(3，4)的切換進行致動；以及控制所述繼電器(1)的微控制器(5)，所述微控制器周期性地測量所述設備的端子處的電壓，並且當在運轉過程中所述設備的端子處的電壓尖脈衝在預定臨界值之上時，使所述繼電器斷開所述開關的動作延遲。
文檔編號H02H9/04GK1702790SQ20051007304
公開日2005年11月30日 申請日期2005年5月30日 優先權日2004年5月28日
發明者格扎維埃·布萊斯泰, 米夏埃爾·勒布儒瓦, 達米安·加蒂安 申請人:法國阿文美馳輕型車系統有限公司