CN104718099B - 用于至少一个接触器的控制电路和用于至少一个接触器的运行的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于至少一个接触器的控制电路(30)，其包括第一和第二连接端(11、12)。该控制电路(30)还包括第一和第二输出端(15、16)，控制电路(30)能够通过第一和第二输出端与用于接触器的控制线圈的第一和第二连接端相连接。此外，该控制电路(30)包括电压保持单元(10)，该电压保持单元与第一输出端(15)相连接并且被构造用于在第一输出端(15)处为控制线圈提供保持电压。根据本发明，电连接(8)具有电流调节电路(5)，该电流调节电路被设置用于将通过电连接(8)的电流调节至预先确定的值。此外提供了一种用于至少一个接触器的运行的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于至少一个接触器的控制电路，其具有电压保持单元以及电流调节电路，通过该调节电路能够将通过该接触器的控制线圈的电流精确地调节至额定值。
背景技术
显然，将来不仅在静态应用中，而且在例如混合动力车辆和电动车辆上将会使用更多的蓄电池***，对此关于可靠性提出非常高的要求。原因在于，蓄电池的失效能够导致与安全性相关的问题。为了提供对各应用来说所期望的功率，通常将大量的蓄电池单池串联连接，从而得到高的蓄电池输出电压，该蓄电池没有合适的措施地持久地接触由该蓄电池供电的设备的相应的供电连接端，并且意味着对于维护人员或者用户的危险。出于这个原因通常设置接触器，以使得这些蓄电池能够电解耦。在具有电的控制电机的机动车中，不仅在蓄电池的正极而且在其负极上装配接触器，其设置用于蓄电池的高电压并且还必须能够在超过1000A的短路电流时可靠地断开蓄电池。
接触器的接通和断开通常通过电子终端或者通过控制电路实现，该控制电路为接触器的控制线圈提供电流。在此，该控制功率没有小到忽略不计。在接通过程中为了可靠地吸合接触器需要比在闭合状态为了随后保持接触高得多的控制电流。出于这个原因，通常将接触器的控制分为两个模式，吸合模式和保持模式(或者还有吸合阶段或者是保持阶段)。对每种模式来说特别的是，在吸合模式时控制电流的大小大于保持模式时控制电流的大小。在此称为吸合级别和保持级别。其中吸合模式仅仅对接通(闭合)连接器是必须的且持续时间相对较短。在工作时间的主要部分该接触器处于功率节省的保持模式。因此，用于控制接触器的控制电路应该能够显示两种运行模式。
由DE 10 2010 041 018已知一种用于控制接触器的设备，该设备包括电流保持单元，该电流保持单元构造用于，使得向其输出侧的输出端输出用于接触器的控制线圈的保持电流。通过在DE 10 2010 041018 A1公开的设备，在带有恒定电压的不同电压级别的吸合阶段以及保持阶段能够以有利的方式控制接触器。
然而，例如在DE 10 2010 041 018 A1中公开的设备中相关的部件尤其是接触器的控制线圈的线圈电阻，具有温度依赖性以及其部件参数的与制造有关的散射。此外，由保持电流单元产生的保持电压被调节到为了生产时间确定的值上。
因此，相关的部件(尤其是在控制电路的电压保持电路的内部的部件)必须如此构造，使得在该保持电流单元出现过高温度的情况下也能够提供必须的保持电流。但是因为该部件的电导率和由此通过同一个、例如通过接触器的控制线圈的电流根据温度波动，因此必要的是，将这些部件的尺寸定得比对原本所期望的电流来说必须的更大。例如因此必须将在DE 10 2010 041 018 A1中公开的设备的保持电路中的相关的部件的尺寸定得高出66％，这大大提高了对这些部件所需要的构造空间以及成本。
发明内容
根据本发明提出了一种用于至少一个接触器的控制电路，其包括第一和第二连接端，所述控制电路能够通过所述第一和第二连接端与储能器的多个极相连接。此外，所述控制电路还包括至少一个第一输出端和至少一个第二输出端，所述控制电路能够通过所述至少一个第一输出端和所述至少一个第二输出端与用于接触器的控制线圈的第一和第二连接端相连接。所述至少一个第二输出端通过电连接与所述第二连接端相连接。此外，所述控制电路还包括电压保持单元，所述电压保持单元与所述至少一个第一输出端相连接并且被构造用于，在所述至少一个第一输出端处为所述控制线圈提供保持电压。根据本发明，所述电连接具有电流调节电路，所述电流调节电路被设置用于，将通过所述电连接的电流调节至预先确定的值。
通过所述控制电路这是可能的，在保持阶段期间的恒定的保持电压的情况下，通过接触器的控制线圈为每个温度精确地调节电流。例如设置在保持电压电路中的控制电路的组件于是不必是大尺寸的，因为在保持电压电路中的电流的取决于温度的升高或降低能够通过电流调节电路作用。从而能够节省成本和制造空间。
在一个优选的实施形式中，所述电流调节电路包括设置在所述电连接中的晶体管，其中，所述晶体管具有控制电极并且被设置用于，被线性地控制并且作为电流源来运行。通过多个晶体管能够开关和增强多个信号，无需必须再次实施机械运动。多个晶体管在运行电压附近运行。其具有小的损耗、非常小的热产生和非常小的尺寸。此外，晶体管能够被良好地用作电流源或者用于调节电流，因为晶体管的开关线路(Schaltstrecke)的电阻是能够精确调节的。
在该实施方式的优选的改进中，晶体管被实施为金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)或者双极型晶体管。MOSFET是成本低廉的和非常紧凑的，即能够以高的集成密度实现。此外，MOSFET具有快的开关时间以及稳定的放大和响应时间。而双极型晶体管具有高的电压稳定性以及同样地高的开关速度。此外，其导通损耗与流过其的电流以及集电极-发射极饱和电压呈线性比例关系。
优选地，电流调节电路具有与电连接相连接的电流测量单元。因此这是可能的，非常精确地测量在电连接中的电流和通过控制线圈的电流，并且克服电流与其额定值的偏差。
在该实施形式的一个优选的改进中，电流测量单元被实施为分流电阻。电路电阻或者分流器与其它的电流测量单元或者电流传感器相比是非常价格合算的并且还能够非常精确地测量电流。
在该实施形式或者上述实施形式中任一个的一个优选的改进中，电流调节电路具有调节单元，所述调节单元与所述电流测量单元以及所述晶体管的所述控制电极相连接并且被设置用于，通过所述控制电极、根据通过所述电流测量单元所测量的电流来线性控制所述晶体管。
优选地，所述调节单元被实施为具有输出端和两个输入端的反馈放大电路，其中，所述反馈放大电路的所述输出端与所述晶体管的所述控制电极相连接，而所述反馈放大电路的一个输入端与所述电流测量单元相连接并且所述反馈放大电路的另一个输入端与恒定的电势相连接。
优选地，所述反馈放大电路的与恒定的电势相连接的输入端具有参考电压源。
通过该反馈放大电路，电流测量单元与晶体管的控制电极相连接并且能够直接通过晶体管的开关线路的电阻的变化来克服电流与额定值的偏差。由电流测量单元测量的电流不一定首先花费地分析和传输。
优选地，反馈放大电路被实施为运算放大器。运算放大器是短路稳定的，不需要频率补偿，具有非常大的输入电压范围并且吸收小的功率。
在一个优选的实施形式中，反馈放大电路被实施为电子电路，其具有分立器件。通过分立器件的构造，相对于反馈放大电路的实施，通过运算放大器获得成本优势。
优选地，电压保持单元被实施为开关转换器。开关转换器是能量节约的并且由于其有源的电流调节，其相对于电流或参数波动是相对不敏感的。
此外提供一种用于至少一个接触器的运行的方法，其包括至少一个用于控制至少一个接触器的控制线圈以及电压保持单元，所述电压保持单元与至少一个控制线圈相连接并且被构造用于，通过在所述电压保持单元的输出端产生的保持电压引起通过所述至少一个控制线圈的电流。此外，所述用于至少一个接触器的运行的方法包括电流调节电路，所述电流调节电路电导通地与所述控制线圈相连接，并且被构造用于，将通过所述至少一个控制线圈的电流调节至预先确定的值，其中，所述方法包括以下方法步骤：通过所述电压保持单元提供流过所述至少一个控制线圈的吸合电流。通过所述电压保持单元提供流过所述至少一个控制线圈的保持电流。测量流过所述至少一个控制线圈的电流的量。通过所述电流调节电路根据流过所述至少一个控制线圈的电流的量来将流过所述至少一个控制线圈的电流调节至预先确定的值。
在用于至少一个接触器的运行的方法的一个优选的改进中，所述电流调节电路还包括晶体管，所述晶体管与所述至少一个控制线圈电导通地相连接，并且其中，在将通过所述至少一个控制线圈的电流调节至预先确定的值的步骤中，所述电流的所述调节通过所述晶体管的线性控制通过所述电流调节电路来实现。
在多个从属权利要求中给出并且在说明书中阐述本发明的优选的多个改进。
附图说明
根据附图和以下说明进一步阐述本发明的多个实施例。其中：
图1示出了一种现有技术的控制电路；
图2示出了一种根据本发明的控制电路的实施例；以及
图3示出了一种根据本发明的用于控制两个接触器的控制电路的特殊的实施例。
具体实施方式
图1中示出了一种现有技术的控制电路30。该用于控制接触器的控制电路30通过第一和第二连接端11、12与电压源60相连接，在此仅仅示出了该接触的控制线圈50，该电压源60为控制电路30供电，但也提供由该控制电路30控制的用于控制该接触器的电流。这些接触器的控制线圈50与该控制电路30通过第一输出端和第二输出端15、16相连接。该控制电路30具有第一开关和第二开关41、42，其连接在电压源60的相应的极和控制线圈50的相应的电极之间。如果该两个开关41、42同时闭合，那么该控制线圈50直接与电压源60连接且开始流过最大电流，该电流足够大，以使得接触器能够吸合，从而该接触器转入导通状态。
此外该控制电路30具有电压保持单元10，该电压保持单元10同样由该电压源60供电。该电压保持单元10提供保持电压，该保持电压在紧随吸合阶段之后的保持阶段用于，保持接触器闭合。因为在此不像在吸合阶段需要克服电机接触器的质量惯性，更小的电流就以足以保持该接触器在闭合状态，因此能够有利地节约功率。因此在保持阶段第一开关41再次断开(并且在必要时激活电压保持单元10)，从而该控制线圈50仅仅由保持电流流过。在此该保持电流流过二极管45，该二极管45连接在电压保持单元10和控制线圈50之间并且其作用是，阻止在电压保持单元10的输出端中的电流。
额外地在图1中设置空载二极管46，其在保持电流断开的情况下为控制线圈50中流动的电流提供空载电流路径。该脱离阶段由此开始，即第二开关42也断开且在必要时另外去激活该电压保持单元10。因为该控制线圈50由于其电感阻碍流过其的电流的变化，在其从供电电压分离后其也产生电流流动，此时由于串联电路，该电流流动接通空载二极管46和二极管45。因为控制线圈50的第二连接端必须导通电流，所以在此对应地产生了高的负电压，该负电压导致击穿用作端电压元件47的齐纳二极管。该控制线圈50中的电流快速降低，从而控制线圈50的磁场也减少且对应的接触器脱离，由此这些接触器被断开。
第一开关41、第二开关42并且在必要时保持电压电源10由控制单元35控制。
图2示出了根据本发明的控制电路30的实施例。通过第一和第二连接端11、12，根据本发明的控制电路30能够与例如蓄电池或者蓄电池***的储能器的多个极相连接。通过第一和第二输出端15、16，根据本发明的控制电路30与控制线圈的两个连接端或者电极相连接。换句话说，控制电路30的输出端15能够与接触器的控制线圈的第一端相连接，而控制电路30的第二输出端16能够与接触器的控制线圈的第二端相连接。通过电连接8，第二输出端16与第二连接端12电导通地连接。此外，该控制电路30包括电压保持单元10，其可选地在输入侧与控制电路30的第一连接端11并且在输出侧与控制电路30的第一输出端15相连接。此外，该电压保持单元10被设置用于，在控制电路30的第一输出端15处提供或者供给用于控制线圈的保持电压。在根据本发明的控制电路30中，该电压保持单元10不一定与连接端11、12中的一个相连接。还能够实现根据本发明的多个控制电路30，其中根据本发明的控制电路既不与控制电路30的第一连接端，也不与第二连接端11、12相连接。
根据本发明，在第二输出端16和第二连接端12之间的电连接8具有电流调节电路5，其被设置用于，将通过电连接8的电流调节至预先确定的值。换句话说，通过电流调节电路5这是可能的，通过与控制电路30相连接的控制线圈来影响或者改变电流，并且该电流被调节至确定的值，而无需由电压保持单元10设置的保持电压为此改变。通过控制线圈或者通过电连接8的电流的改变或者设置可以无需对电压保持单元10的影响或作用，
图3示出了根据本发明的用于控制两个接触器的控制电路30的特殊的实施例。图3中的该实施例的控制电路30在此大部分与在图1中示出的一致。通过第一和第二连接端11、12，该控制电路30与储能器60相连接，该储能器在该实施例中纯粹示例性地被实施为低压蓄电池。在该实施例中，储能器60的第二极纯粹示例性地额外地与地连接。此外，在图3中示出的根据本发明的控制电路30的实施例具有一个第一输出端15和两个第二输出端16。第一输出端与每个接触器的第一连接端或者两个在该实施例中相同地实施的控制线圈50的第一端相连接。一个接触器的第二连接端或者控制线圈50的第二端与控制电路30的多个第二输出端16中的一个相连接，而另外的接触器的第二连接端或者另外的控制线圈50的第二端与控制电路30的多个第二输出端16中的另一个相连接。控制电路30的两个第二输出端16分别通过电连接8与控制电路30的第二连接端12相连接。换句话说，控制电路30的第二输出端16通过电连接8与控制电路30的第二连接端12相连接，而控制电路30的另外的第二输出端16通过另一个电连接8与控制电路30的第二连接端12相连接。控制电路30还具有电压保持单元10，其如在图1的描述中地实施并且连接在控制电路30中。换句话说，电压保持单元10具有两个输入端，通过其该电压保持单元10在该实施例中与第一和第二连接端11、12并且通过其与储能器60的两个极相连接。此外，电压保持单元10的输出端如图1中地通过可选的二极管45，与控制电路30的第一输出端15相连接。在二极管45和控制电路30之间，在电压保持单元10和其第一输出端15之间的电连接与可选的空载二极管46连接，与图1中一样。在此，空载二极管46的阴极与在电压保持单元10和其第一输出端15之间的电连接相连接，而该空载二极管的阳极与控制电路30的局部地相连接。在图3的实施例中，控制电路30的第一连接端11通过可选的开关装置41与控制电路30的第一输出端15并且因此与控制线圈50的第一连接端或者第一端相连接。通过可选的开关装置41，控制线圈50也直接与储能器60的极相连接。通过闭合开关装置41，在第二输出端16和连接端12之间导通的电连接8处，最大电流流经控制线圈50，以使得接触器吸合，从而将接触器转换至导通状态。此外，根据本发明的控制电路30的该实施例具有可选的控制单元35，通过其不仅可选的开关装置41，而且电压保持单元10是可控的。
根据本发明，在第二输出端16和控制电路30的连接端12之间的多个电连接8分别具有电流调节电路5，其被设置用于，测量通过各个电连接8的电流并且将其调整或者调节至预先确定的值。为了观察目的，在图3中的该实施例的两个电流调节电路5是不同的，而且是根据本发明来实施的。也能够如此实现根据本发明的控制电路30，其中多个电流调节电路5被相同地实施。两个电流调节电路5的共同点是，其都具有晶体管4。在此，具有开关线路的多个晶体管4分别位于各个电连接8之内。多个晶体管4分别具有控制电极。此外，该些电流调节电路5分别具有与相应的电连接8相连接的电流测量单元3，其分别被设置用于，测量通过相应的电连接8流动的电路。当在两个电流调节电路5中的电流测量单元3被实施为分流电阻时，在该电流调节电路5中的晶体管4纯粹示例性地被实施为MOSFET，而另外的电流调节单元5的晶体管4纯粹示例性地被实施为双极型二极管。电流调节单元5的晶体管4被设置用于，被线性地控制并且作为电流源运行。换句话说，该晶体管4被设置用于，在其特征曲线的线性区域工作，使得具有相应的开关线路的电阻能够被可变地调节。无论是作为MOSFET或者双极型二极管的晶体管的实施，还是作为分流电阻的电流测量单元3的实施，在该实施例中都是纯粹示例性地可选的。根据本发明的控制电路30也能够被如此实现，其中晶体管4或者电流测量单元3被另外地实施。
在该实施例中，多个电流调节单元5还分别具有调节单元2，其分别与电流测量单元3以及晶体管4的控制电极在相应的电流调节电路5之内连接，并且被设置用于，通过其控制电极根据通过相应的电流测量单元3测量的电流来线性地控制相应的晶体管，或者使其作为电流源运行。在该实施例中，多个调节单元2分别于分流电阻的测量连接端相连接。换句话说，多个调节单元2能够分别根据由相应的电流测量单元3测量的电流来向多个晶体管4的控制电极施加控制信号，该控制信号相应于通过相应的电连接8的电流的大小。因此，晶体管4的开关线路的电阻能够根据通过相应的电连接8的电流、通过调节单元2的控制来减小或增加。从而，通过电连接8的电流，并且因此通过与电连接8经由第二连接端16连接的控制线圈50的电流被调整或者调节。
在图3的实施例中，两个调节单元2纯粹示例性地被实施为反馈放大电路。在此，该反馈放大电路在具有MOSFET的电流调节电路5中纯粹示例性地被实施为电子电路，其具有分立器件。该电子电路也由单个的、个体的和离散的构件或者组件组成。
该电流调节电路5的电子电路与MOSFET的栅极相连接。可选地，在通过MOSFET实现晶体管4的情况下，二极管能够与MOSFET的开关线路并联连接，其阴极，如在该实施例中，能够纯粹示例性地与相应的第二输出端15相连接，而其阳极与第二连接端12相连接。在具有双极型晶体管的另外的电流调节电路5中，反馈放大电路被纯粹示例性地实施为运算放大器，其输出端与双极型晶体管的基极相连接，而纯粹示例性地该运算放大器的反相输入端与分流电阻的测量连接端并且非反相输入端与恒定电势相连接，在该实施例中为局部地。此外，运算放大器的非反相输入端在该实施例中具有参考电压源，通过该参考电压源用于调节电流的参考电势能够传输至该反馈放大电路。
无论是多个调节单元2的实施，还是作为反馈放大电路的实施，在该实施例中是纯粹示例性的选择。根据本发明的多个控制电路30还能够以这样的电流调节电路5来实现，其具有以其他方式实施的多个调节单元2。被实施为反馈放大电路调节单元2也能够以不同于在该实施例中示出的方式地在根据本发明的控制电路30中实现。
此外，还能够实现根据本发明的多个控制电路30，其被设置用于，控制大于两个接触器，即与大于两个控制线圈50相连接。此外，在根据本发明的控制电路30的电流调节电路5之内的相关的多个晶体管4，除了能够设置用于线性运行之外，还能够用于开关运行或者开关调节，即被设置用于开关运行。通过这种实施形式，多个晶体管4能够例如在接触器的吸合阶段或者脱离阶段被完全接通、即导通地连接或者被阻断。
Claims (11)
1.一种用于至少一个接触器的控制电路(30)，包括：
-第一和第二连接端(11、12)，所述控制电路(30)能够通过所述第一和第二连接端与储能器的多个极相连接；
-至少一个第一输出端和至少一个第二输出端(15、16)，所述控制电路(30)能够通过所述至少一个第一输出端和所述至少一个第二输出端与用于接触器的控制线圈的第一和第二连接端相连接，其中，所述至少一个第二输出端(16)通过电连接(8)与所述第二连接端(12)相连接；
-电压保持单元(10)，所述电压保持单元与所述至少一个第一输出端(15)相连接并且被构造用于在所述至少一个第一输出端(15)处为控制线圈提供保持电压；
其特征在于，
所述电连接(8)具有电流调节电路(5)，所述电流调节电路包括晶体管(4)，其中所述晶体管(4)被设置用于在其特征曲线的线性区域工作，以调节所述晶体管(4)的开关线路的电阻并且将通过所述电连接(8)的电流调节至预先确定的值。
2.根据权利要求1所述的控制电路(30)，其中，所述晶体管(4)被设置在所述电连接(8)中，其中，所述晶体管(4)具有控制电极并且被设置用于被线性地加以控制并且作为电流源来运行。
3.根据权利要求2所述的控制电路(30)，其中，所述晶体管(4)被实施为金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET或者双极型晶体管。
4.根据上述权利要求中任一项所述的控制电路(30)，其中，所述电流调节电路(5)具有与所述电连接(8)相连接的电流测量单元(3)。
5.根据权利要求4所述的控制电路(30)，其中，所述电流测量单元(3)被实施为分流电阻。
6.根据权利要求2所述的控制电路(30)，其中，所述电流调节电路(5)具有调节单元(2)，所述调节单元与所述电流测量单元(3)以及所述晶体管(4)的所述控制电极相连接并且被设置用于通过所述晶体管的所述控制电极来根据由所述电流测量单元(3)所测量的电流来线性地控制所述晶体管(4)。
7.根据权利要求6所述的控制电路(30)，其中，所述调节单元(2)被实施为具有输出端和两个输入端的反馈放大电路，其中，所述反馈放大电路的所述输出端与所述晶体管(4)的所述控制电极相连接，而所述反馈放大电路的一个输入端与所述电流测量单元(3)相连接并且所述反馈放大电路的另一个输入端与恒定的电势相连接。
8.根据权利要求7所述的控制电路(30)，其中，所述反馈放大电路被实施为运算放大器。
9.根据权利要求7所述的控制电路(30)，其中，所述反馈放大电路被实施为具有分立器件的电子电路。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的控制电路(30)，其中，所述电压保持单元(10)被实施为开关转换器。
11.一种用于至少一个接触器的运行的方法，包括：
-至少一个用于控制至少一个接触器的控制线圈；
-电压保持单元(10)，所述电压保持单元与至少一个控制线圈相连接并且被构造用于，通过在所述电压保持单元的输出端产生的保持电压引起通过所述至少一个控制线圈的电流；
-电流调节电路(5)，所述电流调节电路电导通地与所述控制线圈相连接，并且被构造用于，将通过所述至少一个控制线圈的电流调节至预先确定的值，其中，所述方法包括以下方法步骤：
-通过所述电压保持单元(10)提供流过所述至少一个控制线圈的吸合电流(S1)；
-通过所述电压保持单元(10)提供流过所述至少一个控制线圈的保持电流(S2)；
-测量(S3)流过所述至少一个控制线圈的电流的量；
-通过所述电流调节电路(5)根据流过所述至少一个控制线圈的电流的量来将流过所述至少一个控制线圈的电流调节(S4)至预先确定的值，
其中所述电流调节电路(5)包括晶体管(4)，所述晶体管与所述至少一个控制线圈电导通地相连接，并且
其中在将通过所述至少一个控制线圈的电流调节(S4)至预先确定的值的步骤中，所述晶体管(4)在其特征曲线的线性区域工作，以调节所述晶体管(4)的开关线路的电阻并且将通过所述电连接(8)的电流调节至所述预先确定的值。
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