用于驱动交流电磁铁和直流双稳态电磁铁,特别是灌溉系统电磁阀的电磁铁的控制装置

摘要

本发明公开了一种控制装置(1)，该控制装置(1)允许驱动交流电磁铁和直流双稳态电磁铁。该控制装置(1)包括：可选择地连接至交流或直流电压源的电源接线端(2、3；11、12、17)，可连接至被驱动电磁铁(L)的负载接线端(4、5)，至少一个串联至所述被驱动电磁铁(L)的双向可控硅(T)，可被控制以接通所述双向可控硅(T)的装置(G)，插入在所述电源接线端(2、3、11、12、17)和所述负载接线端(4、5)之间以使控制装置(1)切换在第一结构和第二结构之间的选择装置(S)，其中所述第一结构适合于交流电磁铁(L)的电源，所述第二结构适合于直流双稳态电磁铁(L)的电源，以及当控制装置(1)选为所述第二结构时，可被控制以使负载接线端(4、5)的电压极性相对于加在电源接线端(2、3；11、12、17)的电压极性发生反向的反向装置(A；PCon、PCoff)。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于驱动交流电磁铁和直流双稳态电磁铁的控制装置，特别是驱动草坪、花园和菜园等的灌溉系统电磁阀的电磁铁的控制装置。

背景技术

集中灌溉系统设计的其中一个最大的问题是，集中灌溉系统能在多大程度上适合需要灌溉的场所的情况。根据所需灌溉的公园、花园、运动场或耕地，选择不同的系统。

通常需要根据具体规划来设计系统，以满足客户的要求。很明显，由此产生的工程成本极大地影响了整个系统的成本，从而降低了竞争力和利润。

此外，所需的配线通常很重要，并且有时意味着在系统安装、调试和维护以及在系统扩建过程中的困难。事实上，安装技术员和园艺师对电气系统并不内行。

由于这些原因，集中灌溉系统的产品市场向持续增进标准化和元件的模块化水平的方向发展，从而这些产品可以作为一个整体安装，而不会产生安装困难。

这一设想可以通过灌溉系统的一个控制装置实现，该控制装置可以无区别地驱动两种通常使用的电磁阀，即交流电磁阀或者直流双稳态电磁阀。

在灌溉系统中，电磁阀的选择取决于各种因素，涉及到电磁阀的特性和灌溉系统的类型及分布状态。

通常，具有交流电磁铁的电磁阀有成本效益；而且，电磁阀呈现一定的安全水平，因为在故障情况下，电磁阀会关闭，从而中断水流。但另一方面，电磁阀需要提供适当电力的交流电源，因此需要高的运作成本并靠近电网。

具有直流双稳态电磁铁的电磁阀更昂贵；并且，它们较不安全，因为在控制装置和电磁阀之间的电连接中断时，电磁阀仍处于中断前的状态，因此也是打开的。另一方面，它们需要较少的电力，且可以用电池或者太阳能电池供应，因为双稳态电磁铁只需要由一个状态转变成另一个状态的能量而不需要其它能量。

当前，用于灌溉系统的控制装置的类型取决于系统本身采用的电磁阀的类型。也就是说，没有一种控制装置可被使用而不用区分其电磁阀是具有交流电磁铁还是直流双稳态电磁铁。

发明内容

本发明的目的在于设计一种允许驱动而不区分交流电磁铁或者直流双稳态电磁铁的控制装置，进而设计具有一种或另一种电磁铁的灌溉系统的电磁阀。

根据本发明，此目的是这样实现的：一种用于驱动交流或直流双稳态型电磁铁的控制装置，包括：可选择地连接至交流或者直流电压源的电源接线端，可连接至被驱动电磁铁的负载接线端，至少一个与所述被驱动电磁铁串联的双向可控硅(Triac)元件，可被控制以接通所述双向可控硅的装置，置于所述电源接线端和所述负载接线端之间的选择装置，该选择装置使所述控制装置在适合于交流电磁铁的电源的第一结构和适合于直流双稳态电磁铁的电源的第二结构之间切换，以及当控制装置为所述第二结构时，可被控制以使负载接线端的电压极性相对于加在电源接线端的电压极性反向的反向装置。

从而，交流电磁铁或者直流双稳态电磁铁可以没有区分地连接至控制装置的负载接线端。

附图说明

本发明的这些和其他特征将在以下结合附图的描述中更清楚，实施例仅作为例子并不构成对本发明的限制。

图1展示了根据本发明的控制装置在“交流电磁铁”结构下的第一实施例；

图2展示了图1的装置在“交流电磁铁”结构下运作的时间图；

图3展示了图1的装置在“直流双稳态电磁铁”结构下的第一状态；

图4展示了图1的控制装置在“直流双稳态电磁铁”结构下的第二状态；

图5展示了在“交流电磁铁”结构下图1的控制装置的运作时间图；

图6展示了根据本发明的控制装置的第二实施例的电路图；

图7展示了根据“直流双稳态电磁铁”结构的图6控制装置的运作时间图；

图8展示了电压倍增器的电路图，该电压倍增器可用于增加直流运作下的控制装置的输入直流电压；

图9展示了变压器的电路图，该变压器用于增加直流运作下控制装置的输入直流电压。

具体实施方式

图1展示了根据本发明的一个实施例的控制装置1的简化电路图。

所述控制装置1的主要供给端口由两个输入或者电源接线端2和3组成，电源接线端3接地。输入电压Vin可以为低交流电压(24Vac)和电池直流电压(9Vdc或12Vdc)或者由太阳能电池供给。

输出端由两个输出或负载接线端4和5组成，并连接至被驱动电磁铁L的接线端，被驱动电磁铁L可以是交流或者直流双稳态的电磁铁。

具有门极G的双向可控硅T与被驱动电磁铁L通过接线端5和6串联，其中门极G由适当的装置控制，例如微处理器M。电流i可流经所述被驱动电磁铁L和所述双向可控硅T组成的串联部分。

在被驱动电磁铁L和双向可控硅T组成的上述串联部分的两端，有两个开关S1和S2，该两个开关由继电选择器S机械连接并控制，所述继电选择器S在交流和直流之间切换，并由上述微处理器控制。

在装置1中，存在另两个开关A1和A2，该开关A1和A2由反向继电器A机械连接和控制“On”和“Off”，该反向继电器由所述微处理器控制。

可被选择器S选择、从而被开关S1和S2选择的位置为：

-“AC”(见图1)，即交流：开关S1将电源接线端2和输出端4连接；

开关S2使接线端6接地；如此设置选择器，控制装置1便是“交流电磁铁”结构；

-“DC”(见图3和图4)，即直流：开关S1将开关A1和输出端5连接；开关S2将开关A2和接线端6连接；如此设置选择器S，控制装置1便是“直流双稳态电磁铁”结构。

只有控制装置1为“直流双稳态电磁铁”结构时，反向继电器A以及开关A1和A2的位置影响控制装置1的动作。所述位置为：

-“DC On”(图3)，即直流接通：如果开关S1被设定在“DC”位置，开关A1就将输入端2和开关S1连接；如果开关S2被设定在“DC”位置，开关A2就将输入端3和开关S2连接；这样，由被驱动电磁铁L和双向可控硅T组成的串联部分就被极化，极化电压Vin＞0；

-“DC Off”(见图4)，即直流关闭：如果开关S1被设置在“DC”位置，开关A1就将开关S1接地；如果开关S2被设置在“DC”位置，开关A2就将输入端2和开关S2连接；这样，由被驱动电磁铁L和双向可控硅T组成的串联部分就被极化，极化电压Vin＜0。

在公开控制装置整体运作前，描述一下双向可控硅T和微处理器M的工作方式将有所帮助。

对于双向可控硅T来说，如果门极G由负电压例如-3V激活，双向可控硅T被切换至“导通”(也可以说“被接通”)，接通电流i，如同闭合开关。当门极G不再被激活，双向可控硅T被断开：双向可控硅T继续传导至电流i为零。当电流为零，双向可控硅T被“关闭”并不允许电流经过，如同打开状态的开关，直至门极G再次被-3V的电压激活。

微处理器M控制控制装置1的运作。它可以识别电源电压Vin是直流还是交流，以及接收用户或者微处理器的存储器中预定程序给予的进一步信息。有关被驱动电磁铁L的类型(直流双稳态或者交流)的信息必须包含在该信息内。取决于收到的信息并通过编程，微处理器控制双向可控硅T的门极G(继而流经驱动电磁铁L的电流i)、选择器S(继而电磁铁的电源电压，是直流还是交流)和反向继电器A(继而由电磁铁L和双向可控硅T形成的串联部分的两端的电压)。

“交流电磁铁”结构的控制装置1的运作可参见图1和图2。

交流电压Vin，典型地如24V，被施加在输入端2和3。选择器S处于“AC”位置；反向继电器A的位置没有影响。电磁铁L和双向可控硅T形成的串联部分被加以交流电压，但由于门仍未激活而没有电流。当门极G被激活时，双向可控硅T被切换为导通，非零电流i流经被驱动的电磁铁L，从而该电磁铁L被激活。当门极G被关断时，电流i继续经过直至交流电源电压从正值变为零；在此点上，电流i变为零，双向可控硅T被关闭，电磁铁L被去励磁。由于电源电压Vin为交流，双向可控硅T在半个周期内被关闭。

图2展示了“交流电磁铁”结构的控制装置的运作的时间图。

根据图3至图5“直流双稳态电磁铁”结构的运作将在下面描述。首先描述被驱动电磁铁L从“Off”状态到“On”状态的转变。

输入端2和3施加直流电压Vin。选择器S处于“DC”状态，反向继电器A处于“DCOn”状态。电磁铁L和双向可控硅T形成的串联部分施加正直流电压，但由于双向可控硅T仍处于未激活，不存在电流。

当微处理器M使双向可控硅T的门极G加以负电压-3V(见图5，转变a)，双向可控硅T切换为导通，并使被驱动电磁铁L的电流i＞0；该电流i＞0足以使被驱动电磁铁L改变状态并切换为“On”状态。

一旦被控制的电磁铁L被切换至“On”状态，电磁铁L不再需要被供给电源。微处理器M从而关断双向可控硅T的门极G(见图5，转变b)，但是双向可控硅T继续导通，因为流经的电流i为直流且不为零。

随后，微处理器使反向继电器A切换至“DC Off”位置(图5中，转变c)，从而构成图4的控制装置1。电磁铁L和双向可控硅形成的串联部分的接线端4和6在负电压-Vin被迅速极化，在此转变中电流i变为零，从而导致双向可控硅T的关闭，这防止了被驱动的电磁铁L的进一步电流i。随后，微处理器使反向继电器A切换回“DC”位置(图5中，转变d)。在这种情况下，控制装置1没有消耗能量。

当被驱动电磁铁L需要转变至“Off”状态时，反向继电器A被切换至“DC Off”状态(图5中，转变e)。

随后，微处理器激活双向可控硅T的门极G(图7中，转变f)，从而，双向可控硅T切换至导通，使通过被驱动电磁铁L的电流i＜0。电流i＜0使得电磁铁L切换至“Off”状态。

在此点上，双向可控硅T仍必须切断以避免不必要的能量消耗。

首先，微处理器使双向可控硅T的门极G关断(图5中，转变g)，但是电流i＜0继续流过被驱动电磁铁L和双向可控硅T形成的串联部分。

最后，微处理器(图5中，转变h)使反向继电器A切换至“DC On”状态：电磁铁-双向可控硅串联部分的接线端4和6在正电压被极化，从而电流i变为零，而迫使双向可控硅切断。

图6展示了第二实施例，如果该装置被用于控制直流双稳态电磁铁，则要求双极电源，但只允许使用电子元件代替机电式的反向机电器A。

其中，有五个输入端：

-用于交流电源的输入端11；

-用于带有固定正电势Vdc＞0的直流电源的输入端12；

-接地输入端13；

-用于带有固定负电势-Vdc＜0的直流电源的负输入端17；

-负电势端18(例如-3V)。

输出或者负载接线端4和5与直流双稳态或交流驱动电磁铁L连接，使电磁铁L与带有由微处理器M控制的门极G的双向可控硅T串联。门极G需要负的激活电压，例如-3V。

接线端4连接至由选择器S控制的开关S1，选择器S允许设置控制装置1由直流或交流电源供给。

两个预充电电路PCon和PCoff连接至与微处理器M两个输出端相连的两个接线端Pon和Poff。Pon和Poff需要-3V电压来启动预充电电路PCon和PCoff。电阻Rc与预充电电路PCon和PCoff串联。

电阻Rc和选择器S的下游设置有驱动电磁铁L和双向可控硅T组成的串联部分；该串联部分设置为与两个电容Con和Coff并联，每个电容与设置为相反极性的二极管Doff和Don并联，如图6所示。

如果电源为交流电源，电路的运作如同在前实施例。因此，只需要公开图6所示结构的直流双稳态电磁铁的运作。

从图7的时间图可以看出，通过激发预充电电路PCon的Pon端，迫使晶体管Q1导通，晶体管Q1作为闭合开关并使电容Con充电。很明显，当双向可控硅T和晶体管Q3被关闭时，这将发生。

在双向可控硅T的门极G被激活时，电容Con放电并在被驱动电磁铁L施加电流i＞0，该被驱动电磁铁L切换为“On”状态。与在前实施例不同，作为电容放电的结果，在这种情况下电流i自然变为零。

为了将驱动电磁铁L切换回“Off”状态，需要激发预充电电路PCoff的放电端Poff，该放电端Poff使电容Coff充电。通过激发双向可控硅T的门极G，迫使电容Coff放电，这使被驱动电磁铁L的电流i＜0，如图7所示。

为了在接通(On)和断开(Off)获得更高电流，电压+Vdc和-Vdc必须增加。在可得到的电池电压Vbat的基础上，一个选择是采用电压倍增器MT，如图8所示，采用反向放大器I、电容C、二极管D、电阻R和输入晶体管Q，其中分支MT’产生电压+Vdc，另一分支MT”产生电压-Vdc。

“Molt”为启动倍增的命令，且必须分别与预充电控制Pon和Poff同时施加。

电压倍增器电路可以选择图8或图9所示的电路，该电压倍增电路包括升压变压器TM，其次级线圈设置有接地电势的中心抽头30。

变压器M的初级线圈连接至接入电路，该接入电路包括稳压二极管、晶体管Q、电阻R和电容C，并且接线端P施加可变占空比的方波电压Vp，而次级线圈设置提供电容Con和Coff的同时充电。

激活Pon，通过激活电磁铁本身，电容Con可以向电磁铁L放电，同时激活双向可控硅T的门极G。

激活Poff，通过电磁铁本身撤销激活，电容Coff可以向电磁铁L放电，同时激活双向可控硅T的门极G。

此外，将图8中的倍增器应用到图6的电路，在激活电磁铁之前需要等待10秒钟，以及需要类似的时间来撤销激活，整个周期需20秒，带有图9的变压器的电路使电磁铁的控制时间减半，通过在10秒钟内同时向Con和Coff充电。