用于具有分开的吸引线圈和保持线圈的开关设备的控制装置

摘要

本发明涉及一种用于带有分开的吸引线圈和保持线圈（14、12）的开关设备的控制装置（10），该控制装置包括：电子控制装置（16），该电子控制装置用于控制吸引线圈和保持线圈的电流供给；和用于保持线圈和电子控制装置的直流电压供给单元（18），对于保持线圈和电子控制装置带有共同的参考电势。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于具有分开的吸引线圈和保持线圈的开关设备、特别 是接触器的控制装置以及一种带有这种控制装置的开关设备。

背景技术

在用于大功率的如接触器的开关设备中，经常直接由开关设备的输入源 产生磁场，利用该磁场驱动开关驱动装置。如果开关设备例如被馈以交流电 压，则经由整流电路产生直流电压，该直流电压给开关设备的控制装置馈电。 控制装置由该直流电压产生脉宽调制（PWM）电压，利用该脉宽调制电压给 开关驱动装置的线圈馈电。

在用于大功率的如接触器的开关设备中，在开关过程时首先激活吸引电 流回路，该吸引电流回路给开关驱动装置的线圈供给用于开关驱动装置吸引 过程的第一PWM电压。只要吸引过程结束，用于供给吸引线圈的第一PWM电 压就立即断开并且在保持电流回路中产生用于开关驱动装置保持过程的第 二PWM电压，该第二PWM电压在开关设备的保持运行中供给开关驱动装置线 圈。

发明内容

本发明的目的现在在于，提出一种改进的、用于具有分开的吸引线圈和 保持线圈的开关设备的控制装置和一种改进的开关设备。

所述目的通过各独立权利要求的技术方案实现。本发明的其他实施方案 是从属权利要求的技术方案。

本发明的构思在于，给用于开关设备的保持线圈和开关设备的电子控制 装置的直流电压供给装置设置对于保持线圈和电子控制装置共同的参考电 势。由此一方面可以更简单地实现电子控制装置和保持线圈的供给，因为保 持线圈在保持运行中被供给直流电压、而不是被供给PWM电压。另一方面， 通过在保持运行中给保持线圈供给直流电压可以显著改善开关设备的EMV （电磁兼容性）性能，因为产生明显更小的特别是高频的、典型地在以PWM 电压运行时出现的电磁干扰。在本发明中另一优点也可在于，一个单个的保 持线圈可以用于开关设备的不同的电压形式，因为保持线圈在保持运行中被 与开关设备的输入电压无关地供给相同的由直流电流供给预定的直流电压。 此外，本发明也能减少实施所必需的元件，因为保持线圈与电子控制装置处 于相同的参考电势并且因而不必在开关设备中设置不同的参考电势，这些不 同的参考电势大多引起更耗费的电路技术。最后，EMV性能通过本发明在开 关设备的不同结构尺寸上大致保持相同，因为相同的保持线圈可以用于不同 的结构尺寸。

本发明的一种实施形式现在涉及一种用于带有分开的吸引线圈和保持 线圈的开关设备的控制装置，该控制装置包括：电子控制装置，用于控制吸 引线圈和保持线圈的电流供给；和用于保持线圈和电子控制装置的直流电压 供给单元，对于保持线圈和电子控制装置带有共同的参考电势。控制装置例 如可以构成为模块，该模块可以万能地用在不同结构尺寸和输入电压范围的 开关设备中。

此外设有连接在直流电压供给单元上游的直流电压变换器，该直流电压 变换器构成为用于由整流器的输出电压在预定的电压范围内产生预定的直 流电压。直流电压变换器例如可以设计用于大的输入电压范围并且构成为由 在该输入电压范围内的电压产生预定的直流电压，利用该直流电压给直流电 压供给单元馈电，该直流电压供给单元供给保持线圈和电子控制装置。

所述直流电压供给单元可以构成为用来产生用于供给保持线圈的第一 直流电压和用于供给电子控制装置的第二直流电压，其中，第一和第二直流 电压不同。第一直流电压例如可以这样确定大小，使得它在保持线圈内产生 磁场，该磁场足以在保持运行中将开关设备的开关驱动装置保持在这样的位 置中，在该位置中开关触点例如是闭合的。而第二直流电压可以如此确定大 小，使得它足以给电子控制装置供给电压。

所述电子控制装置可以构成为用于在开关设备的保持过程期间给保持 线圈供给基本上恒定的直流电流。如上所述，由此可以改善开关设备的EMV 性能，因为与以PWM电压的运行相比，在保持线圈中不发生可能产生电磁干 扰的接通和断开过程。

所述电子控制装置也可以构成为用于在开关设备的吸引过程期间控制 对吸引线圈的供电。例如，电子控制装置可以为连接在吸引线圈和参考电势 之间的开关元件在吸引过程期间产生一个控制信号，该控制信号引起脉宽调 制电流流过吸引线圈或者说吸引线圈被供给以PWM电压。电子控制装置可以 在吸引过程结束之后通过控制信号断开开关元件，从而不再有电流流过吸引 线圈，并且通过另一控制信号激活连接在电子控制装置的参考电势和保持线 圈之间的开关元件，从而由直流电压供给装置驱动的直流电流流过保持线 圈，以便构建磁场来保持开关设备的开关驱动装置的状态。

此外，所述电子控制装置可以构成为实施保持线圈的直流电压供给的快 速断开。特别是快速断开可以如此进行，即，保持线圈的磁场被尽可能快速 地消除，以便使开关设备的开关驱动装置加速变换到另一状态中。

本发明的另一种实施例涉及一种开关设备、特别是接触器，其包括：开 关驱动装置，该开关驱动装置具有保持线圈和与该保持线圈分开的吸引线 圈；根据本发明的并且如这里所描述的控制装置，用于控制对吸引线圈和保 持线圈的电流供给；和整流器，用于由在预定输入电压范围内的交流电压产 生整流过的输出电压，其中，输出电压供应给吸引线圈和控制装置用以供电。

控制装置可以具有微处理器或微控制器，该微处理器或微控制器通过储 存在存储器内的程序被这样地配置，使得在开关驱动装置的吸引过程期间吸 引线圈被供给脉宽调制电压和由此得到的电流、而在开关驱动装置的保持过 程期间保持线圈被供给基本上恒定的直流电流。

附图说明

本发明的其他优点和应用可能性由下面的说明结合在附图中示出的实 施例得出。

在说明书中、在权利要求书中、在说明书摘要中和在附图中使用在后面 所附的附图标记列表中所用的术语和配属的附图标记。

附图示出：

图1示出用于按照本发明的、用于具有分开的吸引线圈和保持线圈的开 关设备的控制装置的一种实施例的方框图；和

图2示出按照本发明的接触器电子装置的一种实施例的方框图。

具体实施方式

在下面的描述中，相同的、功能相同的和功能相关的元件可以设有相同 的附图标记。下面仅仅示例性地给出绝对值并且这些绝对值不应理解成限制 本发明。

在图1中示出一个带有一个按照本发明的控制装置10的电路，该控制 装置用于控制对开关设备的电磁驱动装置的保持线圈12和与保持线圈12分 开的吸引线圈14的供给。装置10具有一个电子控制装置16和一个直流电 压供给单元18。在输入侧给装置10经由直流电压输入端40供应直流电压并 且经由一个或多个控制输入端32供应控制信号。供应给输入端40的直流电 压也用于供给电磁式开关设备驱动装置的吸引线圈14。控制装置10在输出 侧产生用于供给保持线圈12的第一直流电压和用于控制第一和第二开关元 件26和28的控制信号，该第一或第二开关元件连接到保持线圈12或吸引 线圈14与参考电势之间。

直流电压供给单元18由施加在控制装置10的输入端40上的直流电压 产生施加在保持线圈12上的第一直流电压和用于供给电子控制装置16的第 二直流电压。第一和/或第二直流电压可以是受调节的直流电压。第一直流 电压例如可以为14伏，而第二直流电压例如可以为3伏。利用经由所述一 个或所述多个控制输入端32供应的开关信号可以触发电子控制装置16，以 便开始特别是受程序控制的开关过程。为此，电子控制装置16首先在开关 触点应从第一位置运动到第二位置中的开关驱动装置的吸引过程期间施加 PWM控制信号到第二开关元件28上，从而电流流过吸引线圈14，该电流的 大小被确定为使得开关驱动装置可以运动。在吸引过程结束时，电子控制装 置16断开第二开关元件28，从而不再有电流流过吸引线圈14，并且电子控 制装置接通第一开关元件26，从而大致恒定的直流电流在保持过程持续期间 流过保持线圈12。直流电流在这里如此确定大小，使得开关驱动装置保持在 开关驱动装置的接触单元的第二位置中。经由第一开关元件26，使保持线圈 12的接头置于电子控制装置的参考电势上。

图2示出接触器的电子装置24，该电子装置直接连接到交流电压导线 L1和N上并且经由这些导线被供给。一个整流器22为此由在接触器的预定 工作电压范围内的交流电压产生未被调节的直流电压，该直流电压并行地供 应给接触器驱动装置的吸引线圈14、直流电压变换器20和电压测量单元30。

直流电压变换器20由所供应的未被调节的直流电压产生预定的直流电 压，该预定的直流电压供应给接触器电子装置的控制装置的直流电压供给单 元18。直流电压供给单元18由该预定的直流电压产生用于给接触器驱动装 置的保持线圈12馈电的第一直流电压和用于供给接触器电子装置的微控制 器17的第二直流电压，该微控制器是电子控制装置的一部分，该电子控制 装置还可以具有直流电压变换器20和两个FET（场效应晶体管）26和28用 来控制通过吸引线圈14和保持线圈12的电流。第二直流电压在这里低于第 一直流电压并且被调节。

微控制器17产生用于控制第一和第二FET26和28的控制信号。用作开 关元件的第一FET26连接在微控制器17的参考电势和保持线圈12之间。同 样用作开关元件的第二FET28连接在参考电势和吸引线圈之间。

微控制器17具有以下部件：一个快速切断单元34，用于快速切断由保 持线圈12产生的磁场；一个PWM信号产生单元36，用于产生用来控制第二 FET28的PWM控制信号；一个温度补偿单元38，用于补偿可能妨碍接触器的 工作方式的吸引线圈14的发热和由发热引起的流过吸引线圈14的电流减 小。

接触器电子装置24还具有以下的控制输入端32：一个低功率的控制输 入端，用于电压行程小的和/或输入电流小的控制信号；一个用于SPS（可编 程控制器）的控制信号的输入端；其他特定的控制输入端、如用于远程控制 信号的特别敏感的输入端等。

下面阐述接触器的运行和在接触器电子装置24中的工作进程。在连接 接触器电子装置24与交流电压导线L1和N时，由施加在这些导线上的交流 电压经由整流器22、直流电压变换器20和直流电压供给单元18产生用于运 行微控制器17的第二直流电压，所述交流电压必须位于接触器电子装置24 的预定的运行电压范围内。微控制器17于是开始接触器（接触器硬件）的 储存在其内部存储器或储存在外部存储器中的运行程序，该运行程序如此配 置微控制器17，使得该微控制器处于准备模式下，在该准备模式下该微控制 器处理经由控制输入端32进来的控制信号。如果微控制器17例如在控制输 入端32之一上检测到存在开关信号、即用于开关接触器的控制信号，则由 微控制器按照接触器运行程序首先开始接触器开关驱动装置的吸引过程，在 该吸引过程中接触器的开关触点被从例如断开的第一位置置于例如闭合的 第二位置中。接触器的准备模式的最小时间例如可以为几个毫秒，特别是当 接触器常规运行时。但也可以规定，接触器已经随着供给电压的施加而接通。 在吸引过程期间，微控制器17这样地控制PWM信号产生单元36，使得该PWM 信号产生单元产生PWM控制信号，从而经由第二FET28产生流过吸引线圈14 的电流，该吸引线圈又产生相应的磁场，该磁场使开关触点运动。只要吸引 过程一结束，这通常是开关触点处于第二位置中时的情况，微控制器17就 断开PWM信号产生单元36，从而第二FET28断开并且不再有电流流过吸引线 圈。此外，微控制器17如此控制快速断开单元34，使得该快速断开单元接 通第一FET26并且由直流电压供给单元18产生的并且施加在保持线圈12上 的第一直流电压可以使几乎恒定的直流电流流过保持线圈12。保持线圈12 由此产生大致恒定的磁场，该磁场将接触器的开关触点保持在第二位置中。 如果微控制器17在控制输入端32之一上检测到断开信号，则该微控制器这 样地控制快速断开单元34，使得该快速断开单元通过使其载荷线路变成高欧 姆的来断开第二FET26并且不会再有直流电流流过保持线圈12。保持线圈 12的磁场于是消除，从而开关驱动装置的开关触点重新运动到第一位置中并 且例如是断开的。

电压测量单元30主要用于监控整流器22的输出电压并且可以在输出电 压低于或超过接触器电子装置的预定的运行电压范围的边界时将相应的信 号输出到微控制器17上，该微控制器然后能开始相应的动作、如例如去激 活接触器电子装置，以便避免由于过电压造成的损坏，或者能用信号表示这 样的状态、例如经由连接的信号灯，从而能快速地识别出例如接触器何时在 不允许的交流电压上运行。电压测量单元30也可以备选地或附加地用信号 向微控制器表示整流器的输出电压何时处于预定的运行电压范围之内。

温度补偿单元38用于调节吸引电流。因为在连续运行中吸引线圈温度 会升高，所以吸引线圈14的欧姆电阻也会升高。借助温度补偿单元38现在 可以这样地控制PWM信号产生单元36，使得该PWM信号产生单元相应地改变 用于FET28的PWM控制信号，从而流过吸引线圈14的电流与线圈温度无关 地大致保持恒定。

利用本发明可以更简单地实现对开关设备如接触器的电子控制装置和 保持线圈的电压供给。此外能更简单地实施保持线圈的快速断开。通过本发 明可以改善开关设备的EMV性能，特别是EMV性能可以在具有不同输入电压 范围的开关设备的不同结构尺寸上几乎保持恒定。利用本发明可以将一个保 持线圈用于开关设备的不同的电压变型。最后，通过本发明可以降低在开关 设备中的构件需求。

附图标记列表

10 开关设备控制装置

12 保持线圈

14 吸引线圈

16 电子控制装置

17 微控制器

18 直流电压供给单元

20 直流电压变换器

22 整流器

24 接触器电子装置

26 第一开关元件/第一FET

28 第二开关元件/第二FET

30 电压测量单元

32 接触器控制输入端

34 快速断开单元

36 PWM信号产生单元

38 温度补偿单元

40 直流单元输入端