電磁驅動裝置的製作方法
2024-03-06 02:51:15
專利名稱：電磁驅動裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一驅動繼電器的電磁驅動裝置，該繼電器用來控制供給負載(如電動汽車)的電力的通斷切換。
現有技術將參照圖8到
圖17來說明。圖8是說明常規技術中電磁驅動裝置構造的電路圖。圖9(A)～(D)是該電磁驅動裝置的時間波形圖。其中(A)表示一開關的通狀態，(B)表示一脈衝信號的狀態，(C)表示流過一線圈的電流的狀態，以及(D)表示一接點的狀態。圖10(A)～(D)是該電磁驅動裝置的時間波形圖，其中(A)表示在一工作過程中開關的狀態從通狀態切換到斷狀態，(B)表示脈衝信號的狀態，(C)表示流過線圈的電流的狀態，以及(D)表示接點的狀態。圖11是說明一常規電磁驅動裝置的組成電路圖。圖12(A)～(E)是該電磁驅動系統的時間波形圖，其中(A)表示在工作過程中開關的狀態從通狀態切換到斷狀態，(B)表示脈衝信號的狀態，(C)表示一第二電晶體的狀態，(D)表示流過線圈的電流的狀態，以及(E)表示接點的狀態。圖13(A)～(F)是該電磁驅動裝置的時間波形圖，其中(A)表示在工作過程中開關的狀態從通狀態變到斷狀態並再次變到通狀態，(B)表示脈衝信號的狀態，(C)表示第二電晶體的狀態，(D)表示流過線圈的電流的狀態，以及(E)和(F)表示接點的狀態。圖14是說明另一與圖8有關的常規技術的電磁驅動裝置的組成電路圖。
圖15(A)～(C)是電磁驅動裝置的時間波形圖，其中(A)表示開關的一通狀態，(B)表示流過一線圈的電流的狀態，以及(C)表示一接點的狀態。圖16是說明另一與圖11有關的常規技術的電磁驅動裝置結構的電路圖，圖17(A)～(C)是該電磁驅動裝置的時間波形圖，其中(A)表示一開關的通狀態，(B)表示流過一線圈的電流的狀態，以及(C)表示一接點的狀態。
電磁驅動裝置早已被用於電動汽車或工業設備中，在該處由一繼電器內的電磁鐵驅動一用來關閉或打開一接點的插棒以控制供給負載的電力的通斷切換。
這類常規電磁驅動裝置的第一個例子示於圖8。這個電磁驅動裝置是為一繼電器關閉或打開其接點U而配置的。電磁驅動裝置包括一場效應電晶體A，與電磁鐵的線圈X串聯連接、並作為開關元件；一脈衝信號產生電路B，產生脈衝信號用以在預定周期驅動並導通電晶體A；以及一再生電路D，該電路由用作電力吸收元件的二極體C組成，並與線圈X並聯連接使得當場效應管A處在斷開狀態時讓再生電流流通。特別，在電源Y和線圈X之間配備有一開關Z。
其次，將說明上述電磁驅動裝置的工作過程。如圖9(A)所示，當開關Z處在接通狀態時，從電源Y加一電壓至線圈X，讓電流流過線圈X。結果，線圈X被勵磁。電晶體A在預定周期由來自脈衝信號產生電路B的脈衝信號(圖9(B))驅動下導通而產生通斷切換(或所謂的斬波工作)其結果使流過線圈X的電流大體上保持恆定(如圖9(C)所示)。當電晶體A處在接通狀態時，一電流流入線圈X，因而線圈X被勵磁。於是，如圖9(D)所示，接點被接通或者被維持於接通狀態，一電流從電源V流入負載W。當電晶體A關閉時，流過線圈X的電流以線圈X中形成的反電動勢作為電源通過流過二極體C而再生。於是，即使電晶體A處在斷開狀態，線圈X仍被勵磁，因而接通接點C或者維持接點U在接通狀態(如圖9(D)所示)。結果，電流從電源V流到負載W。
與之相反，當開關Z在圖10(A)的T1時刻被斷開時，流過線圈X的電流如圖10(C)所示逐漸減少。與此同時，電磁鐵的吸力也逐漸減小。當電流減少到低於圖10(C)所示的某一預定值11時，接點U在略微延遲後(例如從T1時刻起10msec)在圖10D的T2時刻打開，於是切斷了從電源V流入負載W的電流。
另一常規電磁驅動裝置按圖14和圖15(A)到(C)來說明。在圖14中，和圖8常規技術的各元件具有大體相同特性的各元件標以相同的字母，只是省略了脈衝信號產生電路。
圖14裝置的工作是當電壓加到線圈X時有一直流電流流過而沒有再生存在。如果電源Y切斷，則有一再生電流流過再生二極體D。如圖15(A)到(C)所示，接點U的關閉時間距T1後10msec。
同類常規電磁驅動裝置的第二個例子示於圖11。這個電磁驅動裝置是為關閉或打開一繼電器的接點U而設置的。該電磁驅動裝置包括一與電磁鐵的線圈X串聯連接的第一場效應電晶體A；一產生脈衝信號用以在預定周期驅動並導通電晶體A的脈衝信號產生電路B；一包括與兩個互相併聯的第二電晶體E和齊納二極體F串聯的二極體C的再生電路D，它與線圈X並聯連接使得在場效應管A處於斷開狀態時允許一再生電流流動；以及一控制第二電晶體E通斷切換的第三電晶體G。特別，在電源Y和線圈X之間配置有開關Z。
其次，將說明上述電磁驅動裝置的工作過程。與第一個常規例子類似，當開關Z處於接通狀態，從電源Y加一電壓到線圈X，讓一電流流過線圈X。結果，該線圈被勵磁。與第一個常規例子一樣，由於斬波工作的結果，流過線圈X的電流維持恆定。當電晶體處於斷開狀態時，流過線圈X的電流以線圈中形成的反電動勢作為電源通過流過再生電路D的電流而再生。因此，當開關Z處於接通狀態時，線圈X被勵磁，從而接通接點U。結果，電流從電源V流到負載W。
當開關Z在圖12(A)的T3時刻切斷時，脈衝信號產生電路B的工作停止(如圖12(B)所示)，從而使第一電晶體A關閉。另外，如果開關Z切斷，第三電晶體G也關閉，進而使第二電晶體E關閉(如圖12(C)所示)。此時，存儲在線圈X內的能量產生一電流流過組成再生電路D的齊納二極體F和二極體C。當開關Z切斷時，齊納二極體F很快地消耗存儲在線圈X內的能量，因此由反電動勢形成的流過線圈X的電流如圖12(D)所示立即減少。因此，當開關Z切斷時，流過線圈X的電流立即減少，這樣接點U在圖12(E)的T4時刻立即斷開。結果，從電源V流到負載W的電流被中斷。時刻T3和T4之間的間隔(例如0.5msec)比第一個常規例子中時刻T1和T2之間的間隔短。所以，第二個常規例子在切斷速度方面比第一個常規例子有所改進。
另一個常規電磁驅動裝置將按圖16和17(A)到(C)進行說明。在圖16中，除了省略了脈衝信號產生電路外，其他與圖11所示常規技術的各元件具有相同性能的各元件標以同樣的字母。
圖16裝置的工作是當電壓加於線圈X時，有一直流電流過而無再生存在。如果電源Y切斷，一再生電流流過再生二極體D和齊納二極體F。如圖15(A)到(C)所示，接點U切斷的時間比時刻T1後0.5msec。
在上述第一個常規例子的電磁驅動裝置中，當開關Z切斷時，流過線圈X的電流以線圈X中形成的反電動勢作為電源通過流過二極體D而再生。然而，該電流並不非常迅速地減小，因此通過二極體C繼續流過線圈X一段時間。結果，電磁鐵維持在接通狀態，它可能造成延遲斷開繼電器接點的危險。更具體說，流過線圈X的電流緩和地減小，而電磁鐵的吸力也緩和地減小。因此，繼電器的接點的切斷速度是低的，從而導致低的切斷能力。對於這種低斷開速度的情況，即使在由於負載W電路內發生短路需要立即斷開接點的情況下，由於接點一時不斷開，存在著危險狀態的風險。更具體說，例如，在電動汽車發生事故或者工業設備有事故的情況下，短路將造成危險狀態，除非作為電源的馬達電路內的繼電器立即斷開。
在第二個常規例子的電磁驅動裝置中，當開關Z切斷時，齊納二極體F立即消耗存儲在線圈X內的能量，由反電動勢產生的流過線圈X的電流立即減小。因此，電磁鐵能立即斷開。換句話說，流過線圈X的電流立即減少，而電磁鐵的吸力也立即減小。因而，繼電器接點的切斷速度改進了，從而導致切斷能力的改善。
然而，在這個電磁驅動裝置中，採用接觸開關或半導體開關作為開關Z以控制電源電壓的通斷切換。在接觸開關場合下，由於物理的震動存在瞬時誤切斷開關的風險。另外，在半導體開關場合下，由於外部噪聲或者用以啟動開關的信號所引起的誤操作，存在瞬時的誤切斷開關的風險。更具體說，在這種電磁驅動裝置用於電動汽車等的場合下，如果開關Z是一接觸開關，駕駛電動汽車造成的震動會瞬時斷開接點。另外，在開關Z是一半導體開關的場合下，伴隨電動汽車的駕駛外部環境中的變化所造成的噪聲會瞬時切斷開關。
如上所述，即使無意地切斷開關Z，也存在著立即誤切斷電磁鐵的危險，從而導致繼電器接點的不正常工作。
更具體說，如圖13(A)到13(C)所示，即使在由於某些原因開關Z無意地在時刻T5被切斷，並且在開關Z切斷後立即在時刻T7(例如T5後1msec)重新接通的情況下，流過線圈X的電流也會如圖13(D)所示立即減小。如圖13(E)所示，接點U在時刻T5和T7之間的時刻T6斷開(例如T5後0.5msec)。
在維持接點U處於接通狀態的電流設置成大於閉合該接點U所需的電流的場合下，如果大於預定值I1的接通電源所需的電流重新流過，則如圖13(E)所示，接點U接通。反之，如果閉合接點U所需的電流大於維持接點U處於接通狀態的電流，則圖13(D)所示的電流流過不能使接點U閉合。結果，如圖13(F)所示在時刻T6以後接點U繼續保持在切斷狀態。
本發明是根據背景技術中的上述缺點設想出的，本發明的目的是提供一電磁驅動裝置，它能在所需時刻立即切斷一電磁鐵並且即使電源供電有瞬時中斷也能防止該電磁鐵誤切斷。
為了解決上述缺點，按照本發明，一電磁驅動裝置包括有一與電磁鐵的線圈串聯連接的切換元件；在預定周期產生一脈衝信號用以接通該切換元件的脈衝信號產生電路；與一包括開關部分和一功率吸收元件組成的並聯電路串聯連接的一二極體；一再生電路，當開關部分和切換元件從接通狀態轉換成開關部分接通而切換元件切斷並且電源電壓加於電磁鐵線圈時該再生電路讓再生的電流流通，而當開關部分和切換元件都切斷時該再生電路使功率吸收元件立即減小流過電磁鐵線圈的電流；以及一延遲電路，它利用施加的電源電壓將開關部分接通並在施加電壓停止後的一預定時間內使開關部分維持於接通狀態。
按照本發明，一電磁驅動裝置包括開關部分，它包括與功率吸收元件並聯連接的一電晶體；連接在該電晶體的基極與集電極之間的光敏電晶體；以及發光以控制光敏電晶體的通斷切換的發光二極體。
按照本發明，一電磁驅動裝置包括一與電磁鐵線圈串聯連接的切換元件；在預定周期產生脈衝信號用以接通切換元件的一脈衝信號產生電路；一再生電路，它包括與一由開關部分和功率吸收元件組成的並聯電路串聯連接的一二極體，並且該再生電路與一線圈並聯連接使得當該切換元件處於切斷狀態時讓再生電流流通；連接在電晶體的基極與集電極之間的一光敏電晶體用以控制該電晶體的通斷切換；發光以控制光敏電晶體的通斷切換的發光二極體；以及一延遲電路，它在所施加的電源停止後一預定時間間隔內繼續對發光二極體饋電。
按照本發明，一電磁驅動裝置包括一延遲電路，該延遲電路含有一電容器，它在施加電源電壓期間能被充電而在施加電源電壓停止後一段預定時間內向開關部分放電；以及與該電容器並聯連接的一齊納二極體。
按照本發明，一電磁驅動裝置包括一延遲電路，該延遲電路包括一電容器，它在施加電源電壓期間能被充電而在施加電源電壓停止後一段預定時間內向開關部分放電；並且該電磁驅動裝置進一步包括一電源電壓檢測電路，它在電源電壓高於一預定值時為電容器施加一給定的充電電壓，而如果電源電壓低於一預定電壓則不為電容器施加電壓。
按照本發明，一電磁驅動裝置包括一輸出基準電壓的基準電壓電路；以及一比較器，該比較器將該基準電壓與電容器上的電壓作比較並輸出一控制信號以控制該開關部分的通斷切換。
附圖的簡要說明圖1是說明本發明的第一個實施例的電路圖；圖2(A)～(E)是本發明的電磁驅動裝置的時間波形圖，其中(A)表示在工作過程其中一開關從接通狀態改變到斷開狀態，(B)表示一脈衝信號的狀態，(C)表示一第二電晶體的狀態，(D)表示通過線圈的電流的狀態，以及(E)表示一接點的狀態；圖3(A)～(E)是本發明電磁驅動裝置的時間波形圖，其中(A)表示在工作過程中該開關狀態從接通狀態改變到斷開狀態又再次變到接通狀態，(B)表示該脈衝信號的狀態，(C)表示該第二電晶體的狀態，(D)表示流過線圈的電流的狀態，以及(E)表示該接點的狀態；圖4是說明按照本發明的第二個實施例的電磁驅動裝置組成的電路圖；圖5是說明按照本發明的第三個實施例的電磁驅動裝置組成的電路圖；圖6說明按照本發明的一變型的電磁驅動裝置組成的電路圖；圖7是說明按照本發明一變型的電磁驅動裝置組成的電路圖；圖8是說明現有技術中電磁驅動裝置組成的電路圖；圖9(A)～(D)是現有技術電磁驅動裝置的時間波形圖，其中(A)表示一開關的接通狀態，(B)表示一脈衝信號的狀態，(C)表示流過一線圈的電流的狀態，以及(D)表示一接點的狀態；圖10(A)～(D)是該電磁驅動裝置的時間波形圖，其中(A)表示在一工作過程中該開關狀態從接通狀態切換到斷開狀態，(B)表示該脈衝信號的狀態，(C)表示流過該線圈的電流的狀態，以及(D)表示該接點的狀態；圖11是說明一常規電磁驅動裝置構成的電路圖；圖12(A)～(E)是該現有技術電磁驅動系統的時間波形圖，其中(A)表示在工作過程中該開關的狀態從接通狀態改變到斷開狀態，(B)表示該脈衝信號的狀態，(C)表示一第二電晶體的狀態，(D)表示流過線圈的電流的狀態，以及(E)表示該接點的狀態；圖13(A)～(F)是該現有技術電磁驅動裝置的時間波形圖，其中(A)表示在工作過程中該開關的狀態從接通狀態改變到斷開狀態而又再次改變到接通狀態，(B)代表該脈衝信號的狀態，(C)表示該第二電晶體的狀態，(D)表示流過該線圈的電流的狀態，以及(E)和(F)表示接點的狀態；圖14是說明另一常規電磁驅動裝置的電路圖；圖15(A)到(C)是該另一常規電磁驅動裝置的時間波形圖；圖16是說明又一常規電磁驅動裝置的電路圖；圖17(A)到(C)是該又一常規電磁驅動裝置的時間波形圖；圖18到21是說明本發明變更實施例的電路圖；圖22是具有定時器電路的本發明的電路圖；圖23和24是本發明另外兩個變更實施例的電路圖；圖25(A)～(D)和26(A)～(D)是本發明另兩個變更實施例的時間波形圖。
優選實施例的詳細說明第一實施例按照本發明的第一實施例的電磁驅動裝置將參照圖1到圖3說明。
圖1是說明一電磁驅動裝置組成的電路圖，而圖2(A)～(E)是該電磁驅動裝置的時間波形圖，其中(A)表示在工作過程中一開關的狀態從接通狀態改變到斷開狀態，(B)表示一脈衝信號(切換元件內柵極和源極間的電壓)的狀態，(C)表示一第二電晶體的狀態，(D)表示流過一線圈的電流的狀態，以及(E)表示一接點的狀態。圖3(A)～(E)是該電磁驅動裝置的時間波形圖，其中(A)表示在工作過程中該開關的狀態從接通狀態改變到斷開狀態而又再次變到接通狀態，(B)表示該脈衝信號(切換元件內柵極和源極間的電壓)的狀態，(C)表示該第二電晶體的狀態，(D)表示流過該線圈的電流的狀態，以及(E)表示該接點的狀態。
本電磁驅動系統是為一繼電器通斷其接點U而設置的。
標號1代表一第一場效應電晶體(一切換元件)，它與一加有電源2的電源電壓Vin的電磁鐵的線圈3串聯連接。此第一場效應電晶體可以控制電源2為線圈3提供的電流的通斷切換。
標號4代表一再生電路，該再生電路包括一與開關部分24和作為功率吸收元件的第一齊納二極體所組成的並聯電路串聯連接的二極體7。
開關部分24包括一光耦合器8和一第二電晶體5。光耦合器8是由一發光二極體9和一光敏電晶體10組成的，該光敏電晶體10的切換工作是由發光二極體9所發出的光控制的。
更具體地說，二極體7的陽極與第一齊納二極體6的陽極相連也和第二電晶體5的發射極相連。再生電路4和線圈3並聯連接。發光二極體9的陽極和延遲電路11的放電電阻13的一端相連，延遲電路將在以後說明。發光二極體9的陰極接地。光敏電晶體10的發射極連到第二電晶體5的基極，而其集電極連到第二電晶體5的集電極。第二電晶體的集電極還連到第一齊納二極體6的陰極。
標號11代表一延遲電路，該延遲電路包括有一充電電阻12，放電電阻13，第二齊納二極體14，以及一電容器15。更具體地說，充電電阻12的一端連到線圈3，而另一端連到放電電阻13的另一端。第二齊納二極體14的陰極連到充電電阻12以及放電電阻13的另一端。第二齊納二極體14的陽極接地。電容器15的一端接地，而另一端連到第二齊納二極體14的陰極。總之，電容器15與第二齊納二極體14並聯連接。
標號16代表一脈衝信號產生電路，該電路靠來自電源2的電源電壓Vin工作並連接到第一電晶體1的柵極。如圖2(B)和3(B)所示，該脈衝信號產生電路16在預定周期產生一脈衝信號以驅動和接通第一電晶體1。
標號17代表一開關，它由一接觸開關或者一半導體開關組成，用來通斷切換從電源2施加給線圈3、延遲電路11、以脈衝信號產生電路16的電源電壓Vin。
其次，來說明具有上述電路構造的電磁驅動裝置的工作過程。當開關17接通時，從電源2分別施加電源電壓Vin給線圈3、延遲電路11、以及脈衝信號產生電路16。在一開始，脈衝信號產生電路16增加其佔空比以便增加勵磁電流，這樣驅動力增加以瞬間接通接點U。一旦接點已被接通，只需要小量的勵磁電流來保持接點U處於接通狀態。於是，脈衝信號產生電路16減小其佔空比以便節省能量。起始線圈勵磁電流總是大於預定的電流I1(斷開電流)。
延遲電路11的電容器15通過充電電阻12被充電直到電容器15兩端的電壓等於第二齊納二極體14的齊納電壓。如果電容器15上的電壓在其充電過程中變得大於發光二極體9的工作電壓，則發光二極體9發光。光敏電晶體10由這樣發出的光接通，它進而又將第二電晶體5接通。
如果開關17如圖2(A)所示是接通的，脈衝信號產生電路16與上述一系列工作同時工作，並輸出一脈衝信號以圖2(B)所示的預定周期(例如20KHz的頻率，這取決於線圈電感和電阻)驅動且接通第一電晶體1。結果，第一電晶體1的通斷切換受控制，從而使流向線圈3的電流按斬波方式受到控制以便大體上保持在一給定值。更具體地說，當第一電晶體1處於接通狀態時，電源2提供一電流給線圈3，從而將電磁鐵接通。反之，當第一電晶體1處於斷開狀態時，按前述的方式利用線圈3中形成的反電動勢作為電源使流過線圈3的電流通過一串聯電路得到再生，該串聯電路由處於接通狀態的第二電晶體5和二極體7所組成。通過上述一系列的工作，在開關17處於接通狀態時，線圈3被勵磁。如圖2(E)所示，接點U被接通，從而電流從電源V流向負載W。
其次，當開關17在圖2(A)的時刻T8被切斷時，如圖2(B)所示，脈衝信號產生電路16的工作停止從而將電晶體1斷開。與該一系列工作同時發生，存儲在電容器15內的電荷通過放電電阻13放電。於是，電容器1 5上的電壓從第二齊納二極體14的齊納電壓減小到零。當電容器15上的電壓高於發光二極體9的工作電壓時，該發光二極體9繼續發光，從而使光敏電晶體10導通。與之有關，第二電晶體5保持在通狀態(圖2(C))。此時，如圖2(D)所示，存儲在線圖3內的能量使得電流通過與線圈3並聯的、且由第二電晶體5及二極體7組成的電路連續流動。結果，如圖2(E)所示，電磁鐵仍保持在接通狀態。
如圖2(C)的時刻T9所示，如果開關17切斷後經過一段預定時間T10(例如，1.5msec，它取決於線圈的電感和電阻)，並且如果電容器15上的電壓變得小於發光二極體9的工作電壓，則發光二極體9停止發光，使光敏電晶體10斷開。結果，如圖2(C)所示，第二電晶體5斷開，這樣存儲在線圈3中的能量由流過與線圈3並聯且由第一齊納二極體6和二極體7組成的串聯電路的電流所消耗。第一齊納二極體6立即消耗存儲在線圈3內的能量，因而通過線圈3的電流立即減小，將電磁鐵切斷。例如，如圖2(E)所示，切斷電磁鐵的時間是在時刻T8後2msec。
在這個電磁驅動裝置內，即使電源2施加的電壓有無意和瞬時的中斷，延遲電路11也會繼續對發光二極體9流過一電流直到經過預定的一段時間T10，因此，發光二極體9繼續發光。於是，光敏電晶體10保持在接通狀態，而第二電晶體5也保持在接通狀態。結果，即使第二電晶體接通也能為線圈3提供一再生的電流。線圈3繼續被勵磁，因而使電磁鐵接通。另外，在經過預定一段時間T10後，利用線圈3中形成的反電動勢作為電源通過流過再生電路4的第二齊納二極體14而再生出流過線圈3的電流，而這樣再生出的電流立刻減少。
反之，如圖3(A)所示，如果開關17在時刻T8被切斷，而在經過一段時間T10前的時刻T11(例如時刻T8後1msec)再次被接通，第二電晶體5如圖2(C)所示保持在通狀態。於是如圖2(D)所示，再生的電流流過線圈3一直到從電源供給線圈3的電流重新恢復，這樣使線圈3勵磁。接點U保持在接通狀態，而電流從電源V流向負載W。
結果，電磁鐵可以立即切斷，並且即使開關17有瞬間的斷開也能防止電磁鐵誤切斷。
與第二齊納二極體14並聯的電容器15上的電壓保持在齊納電壓上，即使電源電壓Vin有變化也是如此。因此，儲存在電容器15內的電荷量成為穩定的，由此在施加的電壓停止後向發光二極體9放電的電荷量也成為穩定的，從而得到恆定的放電時間。據此，按需要設置電容器15的電容量可以來控制發光二極體9繼續發光的預定時間間隔。第二實施例圖4是說明一電磁驅動裝置組成的電路圖。在圖4中，與第一實施例中的元件有大體同樣性能的各元件標以同樣的標號，而只有不同的各元件才加以說明。
第二實施例的電磁驅動裝置除了第一實施例的各元件外還提供一輸出基準電壓的基準電壓電路18，一比較器19，用以比較基準電壓和電容器15上電壓並輸出一發光控制信號以控制發光二極體9發光狀態，以及一內部電源電路20，該電路驅動比較器19並輸出一啟動基準電壓電路18的內部電源電壓Vf。
更具體地說，比較器19的同相輸入端連接到電容器15的一端，而其反相輸入端連接到基準電壓電路18。比較器19的輸出端通過電阻聯到發光二極體9的陽極。比較器19將電容器15上的電壓和基準電壓作比較。如果電容器15上電壓高於基準電壓，比較器19輸出一「高電平」發光控制信號給發光二極體9。反之，如果電容器15上的電壓低於基準電壓，比較器19輸出一「低電平」發光控制信號給發光二極體9。
放電電阻13的一端接地而另一端連接到電容器15的一端，簡言之，放電電阻13與電容器15並聯。
內部電源電路20依靠開關17接通時存儲在內部的能量即使當開關17切斷時還能繼續在一段時間內輸出內部電源電壓Vf。因此，即使開關17切斷，還可以使比較器19和基準電壓電路18繼續工作一段時間。
其次，來說明上述電磁驅動裝置的工作。如同第一實施例的情況一樣，當開關17接通時，電源2的供電電壓Vin分別加到線圈3、延遲電路11、和脈衝信號產生電路16。延遲電路11的電容器15通過充電電阻12被充電。如果在電容器15充電期間電容器15上的電壓變得高於基準電壓電路18的基準電壓，比較器19輸出「高電平」發光控制信號，因此發光二極體9發光。於是光敏電晶體10接通，第二電晶體也接通。
如同第一實施例情況一樣，在開關17處於接通狀態時，脈衝信號產生電路16工作並且與上述一系列工作同時地產生一脈衝信號。第一電晶體1接通或切斷，因而流過線圈3的電流被控制成斬波狀態並大體保持一恆定值。結果，電磁鐵保持在接通狀態。
其次，當開關17切斷時，脈衝信號產生電路16的工作停止，而第一電晶體1切斷。與這一系列工作同時發生，電容器15內存儲的電荷通過放電電阻13放電。因此，電容器15上的電壓從第二齊納二極體14的齊納電壓減少到零。當電容器15上的電壓大於基準電壓電路18的基準電壓時，比較器19從輸出端輸出「高電平」發光控制信號給發光二極體9，因此發光二極體9繼續發光。光敏電晶體10接通，它進而使第二電晶體5保持在接通狀態。此時，存儲在線圈3內的能量仍繼續使一電流流過與線圈3並聯的並由第二電晶體5和二極體7所組成的串聯電路，從而使電磁鐵保持在接通狀態。
當開關17處於斷開狀態後過了一預定時間，且如果電容器15上的電壓變得低於基準電壓電路18的基準電壓，比較器19從其輸出端輸出「低電平」發光控制信號給發光二極體9，因此發光二極體9停止發光。結果，光敏電晶體10切斷，它轉而使第二電晶體5進入切斷狀態。存儲在線圈3內的能量由流到與線圈3並聯的、由第一齊納二極體6和二極體7組成的串聯電路的電流所消耗。第一齊納二極體6立即消耗掉存在線圈3內的能量，其結果使流過線圈3的電流立即減少，從而切斷電磁鐵。
如同第一實施例的情況一樣，具有前述構造的電磁驅動裝置能在所需時間立即切斷電磁鐵而沒有誤動作。
另外，如同第一實施例情況一樣，按需要設置電容器15的電容量可以控制發光二極體9繼續發光的預定時間間隔。
發光二極體9的發光不是由電容器15的放電後減少的電壓來控制的，而是由比較器19根據比較基準電壓和電容器15上的電壓的結果所輸出的發光控制信號來控制的。換句話說，即使電容器15上的電壓逐漸減少，只要電容器1 5上的電壓高於基準電壓，比較器19就輸出「高電平」發光控制信號，因此發光二極體9發光。如果電容器15上的電壓變得低於基準電壓，比較器19輸出「低電平」發光控制信號，從而中斷發光二極體9的發光。結果，發光二極體9的發光狀態可以相對基準電壓來控制，因此可以改進發光二極體9繼續發光的預定時間間隔的精確度。第三實施例圖5到7是說明一電磁驅動裝置構成的電路圖。在圖5到7中，與第二實施例中元件具有相同性能的各元件標以同樣的標號，而只有不同的元件才加以說明。
與電磁驅動裝置配有第二齊納管14的第二實施例不同，第三實施例的電磁驅動裝置配有電源電壓檢測電路21。
更具體地說，電源電壓檢測電路21是利用內部電源電路20作為穩定電源來驅動的，並檢測來自電源2的施加電壓的狀態。當施加有電源電壓Vin時，電源電壓檢測電路21輸出一「高電平」充電控制信號，它是由內部電源電路20輸出的內部電源電壓Vf組成的並具有給定的電壓。反之，沒有施加電源電壓Vin時，電源電壓檢測電路21輸出一具有給定電壓的「低電平」充電控制信號。此電源電壓檢測電路21連接到脈衝信號產生電路16和充電電阻12的各相應端。
其次，將說明上述電磁驅動裝置的工作。當開關17接通時，電源電壓檢測電路21檢測來自電源2的施加電壓的狀態並輸出具有給定電壓的「高電平」充電控制信號。「高電平」充電控制信號加到電容器15兩端，通過充電電阻12充電直到電容器15上的電壓等於「高電平」充電控制信號。在電容器15的充電過程中，當電容器15的充電電壓變得高於連接在比較器19反相輸入端的基準電壓電路18的基準電壓時，比較器19從其輸出端輸出「高電平」發光控制信號。「高電平」發光控制信號加到發光二極體9使發光二極體9發光。結果，光敏電晶體10被接通，它進而將第二電晶體5接通。
如同第二實施例的情況一樣，當開關17處於接通狀態，脈衝信號產生電路16與上述一系列工作同時地工作並產生一脈衝信號。第一電晶體1接通或斷開，從而以斬波形式控制流過線圈3的電流，維持它大體上恆定。結果，電磁鐵保持在接通狀態。
其次，當開關17切斷時，電源電壓檢測電路21檢測來自電源2的施加電壓的狀態並輸出具有給定電壓的「低電平」充電控制信號。脈衝信號產生電路16的工作停止而第一電晶體1切斷。與這一系列工作同時發生，存儲在電容器15內的電荷通過放電電阻13放電。因此，電容器15上的電壓從「高電平」充電控制信號的電壓減小到零。和第二實施例情況一樣，電磁鐵保持在接通狀態。
當開關17處於切斷狀態時如果經過了一段預定時間，並且如果電容器15上的電壓變得低於基準電壓，存儲在線圈3內的能量，如第二實施例一樣，由流向與線圈3並聯的由第一齊納二極體6和二極體7所組成的串聯電路的電流消耗掉。第一齊納二極體6立即消耗存儲在線圈3內的能量，結果流過線圈3的電流立即減小，從而切斷電磁鐵。
與第二實施例類似，具有上述結構的電磁驅動裝置可以在所需時間立即切斷電磁鐵而無誤動作。
另外，如同第一和第二實施例情況一樣，由於可以相對基準電壓來控制發光二極體9的發光狀態，因此能改進發光二極體9繼續發光的預定時間間隔的精確度。
電容器15的充電狀態不是受會變的電源電壓Vin控制的，而是受具有給定電壓的充電控制信號控制的，該充電控制信號是電源電壓檢測電路21根據來自電源2的施加電壓的狀態而輸出的。因此，即使電源電壓Vin有變化，存儲在電容器15內的電荷量也會成為恆定的，從而導致在施加電源停止後固定的電荷量放電到發光二極體9。結果，放電時間間隔成為恆定。因此，按需要設置電容器15的電容量可以控制發光二極體9的繼續發光預定時間間隔。
雖然在第一到第三實施例中延遲電路11配備有電容器15，該電容器15能在施加電源2的電壓期間充電，而在施加電壓停止後一段預定時間間隔向發光二極體9放電，但本發明並不限於這類延遲電路。延遲電路可以由不同於電源2的一電源和一定時器電路組成，如圖22所示。
雖然在第一和第二實施例中，延遲電路11的電容器15是與第二齊納二極體14並聯的，但第二齊納管14也可不並聯電容器15；例如，在不要求嚴格控制發光二極體9的繼續發光的預定時間的場合。在此場合下，元件數目可以減少。
如圖6所示，開關部分24可以由光敏電晶體10組成，它兼作了在第一到第三實施例中所採用的第二電晶體5，在加到線圈3的電流相對較小的情況時，第一到第三實施例所採用的第二電晶體5可以省略，因而可以減少元件數目。
如圖7所示，開關部分24可以由光敏二極體22組成而不採用第一到第三實施例中所用的光敏電晶體10。在此情況下，發光二極體9發光的結果使光敏二極體22產生一電壓，從而接通場效應電晶體23。
圖18到21給出了在第一實施例的圖1的電路圖基礎上作更改的一些例子。在圖18中，再生電路開關部分的連接部分作了改變。在圖19中，開關元件放置在電源2的正端。在圖20中，再生電路開關部分的連接部分作了改變並且開關元件放置在電源2的正端。這些電路的時間波形圖也如圖2(A)到(E)和圖3(A)到(E)所示。具體地說，圖18所示電路圖是並不總設置有光耦合器8的。與圖20有關的更詳細的電路圖示於圖21。在這些例子中，當再生電流流動的，電路圖中的再生電路構成是相同的。
圖21中的裝置的工作如下。當施加電源電壓時，從電源通過電阻13提供一基極電流使電晶體5接通這樣線圈電流受開關工作的控制。當施加的電源電壓停止時，存儲在電容器15內的電荷被用作電晶體5的基極電流。於是在預定的時間間隔內電晶體5被接通以抑制線圈電流的衰減。
從停止施加電源電壓後經過一段預定時間間隔，存儲在電容器15內的電荷減少了，這樣不可能提供維持電晶體接通的基極電流。於是，電晶體切斷，而線圈電流通過齊納二極體快速衰減。
可以用場效應管(FET)替代電晶體5。如採用FET，電荷存儲在電容器15內。這樣，停止施加電源電壓後的一段預定時間間隔內，可以將電壓供給FET的柵極使FET在預定的一段時間導通。在預定時間間隔後，存在電容器15內的電荷被放電使加到柵極的電壓減少從而切斷FET。一般說來，光耦合器8是昂貴的，當採用FET時則可降低製造成本。
這些更改的例子的概念同樣適用於本發明的第二和第三實施例。
下列的其他實施例同樣達到本實施例的目的。
圖23和24給出了本發明的其他實施例，與圖1所示的本發明第一實施例中元件具有大體相同性能的元件標有同樣的數字，只是省略了脈衝信號產生電路16和開關部分24的光耦合器8。
圖23和24中的裝置的工作是相同的。當停止施加來自電源2的電壓時，再生電流流過開關部分24和再生二極體以抑制線圈電流的衰減。此後，當到達預定的時間間隔時，開關24切斷，這樣再生電流流過齊納二極體以迅速衰減線圈電流。
圖25(A)到(C)給出了電磁驅動裝置在開關17為正常切斷狀態時的時間波形圖。與本發明第一實施例類似，時間間隔T10′離時刻T8′有1.5msec。
圖26(A)到(C)給出了電磁驅動裝置在施加的電源電壓無意和瞬間中斷時的時間波形圖。與本發明第一實施例類似，時間間隔T11′離時刻T8′有1.5msec。一般說來，光耦合器8是昂貴的，當省略光耦合器8時製造成本降低。
在這些實施例中，切換頻率和延遲時間設置為20KHz和1.5msec。然而，本發明並不局限於這些數值。這些值是根據電磁線圈的電感和電阻而改變的。當電磁線圈的電阻低於電感時，被線圈電阻消耗的能量佔得少而線圈中存儲的能量佔得多。因此，在切斷狀態(再生模式)中再生電流在時間處理上的衰減量增加。這就是說，線圈電流從切斷開關開始到達斷開電磁鐵時的電流所需的時間變長了，因此切換頻率是小的而延遲時間則設置得長。
另外，在電磁鐵產生的熱不造成問題的場合下，如果吸住電磁鐵的平均線圈電流變大，則線圈電流從切斷開關開始到達斷開電磁鐵時的電流所需的時間變長，因此切換頻率設小而延遲時間設得長。
根據本發明，即使施加的電源電壓有瞬間和無意的中斷，一延遲電路仍連續保持開關部分處於接通狀態直到過一段預定時間間隔。利用線圈內形成的反電動勢作為電源通過流過開關部分使流過線圈的電流再生，從而連續使該線圈勵磁。結果，電磁鐵可以保持在接通狀態。另外，經過一段預定的時間間隔後，利用線圈內形成的反電動勢作為電源使流過線圈的電流通過再生電路的功率吸收元件而得到再生。然後，這樣再生的電流立即減小。結果，電磁鐵的驅動可在所需時間立即終止，而線圈電流可立即衰減。由於這些原因，繼電器的接點斷開速度可以改進，而繼電器的切斷能力也得到改進。另外，即使電源電壓有瞬間和無意的中斷，電磁鐵也可避免誤斷開。
按照本發明，開關部分包括有一與功率吸收元件並聯連接的電晶體，一連接於該電晶體基極與集電極之間的光電電晶體，以及通過發光來控制該光電電晶體通斷切換的發光二極體。按照這種組成，可以得到一種效果使得當施加的電源電壓有中斷時可以利用再生的電流作為基極電流驅動該電晶體，從而不需要另外的驅動電晶體的電源就能使該電晶體工作。
按照本發明，即使施加的電源電壓有瞬間的和無意的中斷，一延遲電路也能繼續為發光二極體供電流直到過了一段預定的時間間隔，從而保持發光二極體的發光狀態。結果，光電電晶體維持在通狀態，將電晶體接通。這樣，再生電流流到線圈並使線圈連續維持在激勵狀態。另外，經過一段預定時間間隔後，利用線圈中形成的反電動勢作為電源通過流入再生電路的功率吸收元件而使流過線圈的電流再生。然後這種再生電流立即減小。結果，電磁鐵的驅動可在所需時間立即終止，而線圈電流立即衰減。由於這些原因，繼電器的接點斷開速度可以改進，而繼電器的切斷能力也得到改進。另外，即使電源電壓有瞬間的和無意的中斷，也可避免電磁鐵誤斷開。
按照本發明，與齊納二極體關聯連接的電容器上的電壓即使當電源電壓有變化時保持在齊納電壓。按照這一組成，可以得到一種效果使電容器充以恆定的電荷量，導致在施加電壓停止後流向發光二極體的電流為恆定。因此，放電持續時間成為恆定。於是，按需要設置電容器的電容量可以控制發光二極體的連續發光預定時間間隔。
按照本發明，電容器的充電狀態不受會變化的電源電壓控制，而是受根據電源電壓的施加狀態從電源電壓檢測電路輸出的具有恆定電壓的充電控制信號所控制。根據這種組成，得到一種效果使得電容器以恆定電荷量充電，導致在施加電壓停止後流向發光二極體的電流為恆定。因此，放電持續時間成為恆定。這樣，按需要設置電容器的電容量可以控制發光二極體的繼續發光預定時間間隔。
按照本發明，發光二極體的發光狀態不受放電後減少的電容器上的電壓控制，而是受一發光控制信號控制，該發光控制信號是比較器根據比較一基準電壓和電容器上電壓的結果輸出的。根據這種組成，達到一種效果使得即使電容器上電壓逐漸減小也可利用發光控制信號瞬時地控制發光二極體的發光狀態。因此，發光二極體的繼續發光預定時間間隔的精確度可以改善。
權利要求
1.一種電磁驅動裝置，包括一具有線圈的電磁鐵；一再生電路，所述再生電路當施加於所述電磁驅動裝置的一電壓停止時讓一再生電流流通，並且在施加於所述電磁驅動裝置的所述電壓停止以後經所述預定時間間隔後使所述再生電流衰減；以及一延遲電路，所述延遲電路在施加於所述電磁驅動裝置的所述電壓停止後的所述預定的時間間隔內保持所述再生電路處於通狀態。
2.按照權利要求1所述的電磁驅動裝置，還包括一與所述電磁鐵的所述線圈串聯連接的一切換元件；以及一在預定周期產生一脈衝信號用以接通切換元件的脈衝信號產生電路，其中所述再生電路包括一開關部分和一功率吸收元件組成的一併聯電路與一二極體串聯連接，以及其中當開關部分和切換元件從所述接通狀態成為所述開關部分為接通而所述切換元件為切斷時所述再生電路讓所述再生電流流向所述線圈，而當所述開關部分和所述切換元件都為切斷時所述再生電路使所述功率吸收元件立即減少流過所述電磁鐵的所述線圈的所述再生電流。
3.按照權利要求2所述的電磁驅動裝置，其中開關部分包括一與功率吸收元件並聯連接的電晶體；一連接於所述電晶體的基極和集電極之間的光電電晶體；以及一發光以便控制所述光電電晶體的通斷切換的發光二極體。
4.按照權利要求2所述的電磁驅動裝置，其中所述延遲電路包括一電容器和一與之並聯的齊納二極體，所述電容器在對所述電磁驅動裝置施加所述電壓期間能被充電而在對所述電磁驅動裝置施加的所述電壓停止以後一預定時間間隔內向所述開關部分放電。
5.按照權利要求2所述的電磁驅動裝置，其中延遲電路包括一電容器，所述電容器在對所述電磁驅動裝置施加所述電壓期間能被充電而在對所述電磁驅動裝置施加的所述電壓停止以後一預定時間間隔內向所述開關部分放電；以及進一步包括一電源電壓檢測電路，如果電源電壓高於一預定電壓則對所述電容器加一預定的充電電壓，而如果電源電壓低於一預定電壓則終止對電容器加電壓。
6.按照權利要求4所述的電磁驅動裝置，還包括一輸出基準電壓的基準電壓電路；以及一比較器，用以將所述基準電壓與電容器上的電壓作比較，並用以輸出一控制所述開關部分的通斷切換的控制信號。
7.按照權利要求1所述的電磁驅動裝置還包括一與電磁鐵的所述線圈串聯連接的切換元件；一在預定周期產生一脈衝信號用以接通切換元件的脈衝信號產生電路；以及一與所述功率吸收元件組成一串聯電路的二極體，且所述電磁鐵的所述線圈與所述串聯電路並聯連接，其中所述再生電路包括與一二極體串聯連接的組成並聯電路的一開關部分和一功率吸收元件。
8.按照權利要求1所述的電磁驅動裝置，還包括一與電磁鐵的所述線圈串聯連接的切換元件；一在預定周期產生脈衝信號用以接通切換元件的脈衝信號產生器；以及一與連接所述功率吸收元件和所述線圈的串聯電路並聯連接的二極體，其中所述再生電路包括組成一併聯電路並與一二極體串聯連接的一開關部分和一功率吸收元件。
全文摘要
一種電磁驅動裝置,包括:與電磁鐵的線圈串聯的切換元件;在預定周期產生脈衝信號的脈衝信號產生器;再生電路;以及延遲電路。所述再生電路從開關部分和切換元件都處於接通狀態轉換成開關部分為接通而切換元件切斷時讓一再生電流流通,而當開關部分和切換元件都為切斷時使功率吸收元件立即減少再生電流,所述延遲電路在施加的電源電壓停止後的一段時間內維持開關部分接通。
文檔編號H02H1/00GK1173722SQ9711544
公開日1998年2月18日 申請日期1997年7月22日 優先權日1996年7月31日
發明者村田之廣, 秋成芳範 申請人:松下電工株式會社