确保由峰值保持驱动器控制的螺线管阀的释放的制作方法

文档序号:13451265
确保由峰值保持驱动器控制的螺线管阀的释放的制作方法
在此所公开的实施例大体涉及控制螺线管阀的系统和方法,并尤其涉及控制采用峰值保持驱动器的螺线管阀的系统和方法。

背景技术:
螺线管控制的阀或螺线管阀被用于各种流控应用中来控制包括液体、气体等的流体流。在这样的应用中,一般由外部源提供控制信号,控制信号指示阀在何时打开和关闭以便控制流体流。驱动器电路接收控制信号并通过向螺线管线圈供电来驱动阀。驱动器电路一般包括控制器,该控制器被编程为向螺线管线圈施加电功率以使线圈通电,这导致阀打开(对于常闭式阀)。在指定的时间量之后,控制器从螺线管线圈去除电功率以使线圈断电,这导致阀关闭。在一些螺线管阀中,在阀要被关闭时控制器并不完全去除电功率。在这些螺线管阀中,控制器允许少量监控电流或漏电流流动,而不是完全地去除全部电功率。控制器使用监控或漏电流作为线路完整性监控信号来监控和保证到阀的线路的完整性。虽然该方案具有许多益处,但是潜在的缺陷在于少量监控或漏电流可能意外地导致在螺线管线圈被认为断电(即“释放(dropout)”)时仍保持通电,这可能阻止阀正确地关闭。在共同转让的第8,925,566号名称为“确保螺线管阀的释放的系统和方法”的美国专利中公开了一种保证螺线管线圈释放的方式,将其结合在此作为参考。该专利描述了监控控制/驱动信号以及在优选实施例中若信号在预定值以上则将所有控制/驱动信号分流至螺线管线圈(从而使螺线管线圈通电),并否则将所有控制/驱动信号分流至电阻负载以用作线路完整性信号(从而保证螺线管线圈断电)。以上解决方案虽然适用于许多螺线管阀应用,但是较不适于使用“峰值保持(peak-and-hold)”驱动器的螺线管阀。术语“峰值保持”一般涉及大量的电功率(即峰值功率)被初始施加至螺线管线圈以产生大的初始拉力以便使阀机构移动而打开阀的控制方案。一旦阀机构移动,则不再需要该大的初始吸合力,而是可使用需要较少量功率(即保持功率)的较小的保持力来使阀保持打开。这样的峰值保持方案导致更高效的用电并且降低了螺线管线圈的发热。由于峰值保持驱动器中的控制器向螺线管线圈施加两种水平的功率,因此如果控制器允许监控或漏电流流动则可能产生问题。特定地,监控或漏电流可能引起在峰值保持驱动器中出现一种情况:控制器可能在释放期间过早尝试使螺线管线圈通电。这可能引起在螺线管线圈的绕组中流动的电流足够大而使螺线管线圈不能释放阀机构并使阀正确地关闭。据此,需要一种方式来确保由峰值保持驱动器控制的螺线管阀中的螺线管线圈释放,其中控制器允许监控或漏电流流动。

技术实现要素:
本文所公开的实施例涉及使用峰值保持驱动器控制在螺线管阀中的螺线管线圈的系统和方法,其中驱动器中的控制器允许监控或漏电流流动。所公开的实施例在释放电压的检测之后引入延迟时间以阻止控制器使螺线管线圈过早地重新通电。该延迟时间加入了等待时段,在该等待时段期间控制器对于螺线管线圈中的电流不采取行动,使得螺线管线圈能够断电并且使阀返回其常开或常闭的位置。此外,使用延迟时间可能受限于控制器已经经历过上电周期的情况,使得控制器使螺线管线圈通电所需的响应时间最小化,因此缩短了阀的启动时间。大体上一方面,本公开实施例涉及一种用于螺线管线圈的峰值保持驱动器。除其它部分外,该驱动器包括可连接至螺线管线圈并配置成将两种水平的电流施加至螺线管线圈以使螺线管线圈通电的螺线管控制器,这两种水平的电流包括峰值电流和保持电流。该驱动器还包括被连接至螺线管控制器并被配置成使螺线管控制器进入复位模式的输入阈值检测器,以及连接至阈值检测器的电阻负载。该电阻负载被配置成当螺线管线圈被断电时接收监控电流并且将至少一部分监控电流提供至阈值检测器。输入阈值检测器被配置成如果被提供至输入阈值检测器的监控电流或对应于所述监控电流的电压低于阈值水平则使螺线管控制器进入复位模式,并且如果被提供至输入阈值检测器的监控电流或对应于所述监控电流的电压在阈值水平以上则使控制器从复位模式释放。大体上另一方面,本公开实施例涉及一种确保峰值保持驱动器中的螺线管线圈释放的方法。除其它部分外,该方法包括将两种水平的电流施加至螺线管线圈以使螺线管线圈通电,这两种水平的电流包括峰值电流和保持电流。该方法额外地包括当螺线管线圈断电时在电阻负载中接收监控电流,以及检测监控电流的至少一部分或对应于所述监控电流的电压是否在阈值水平以上。该方法还包括如果至少一部分监控电流或对应于所述监控电流的电压低于阈值水平则阻止将电流施加至螺线管线圈,以及如果至少一部分监控电流或对应于所述监控电流的电压在阈值水平以上则使电流施加至螺线管线圈。大体上在又另一方面,本公开实施例涉及螺线管阀系统。除其它部分外,该系统包括在其中具有螺线管线圈的螺线管控制的阀和可连接至螺线管线圈的螺线管控制器。该螺线管控制器被配置成将两种水平的电流施加至螺线管线圈以使螺线管线圈通电,这两种水平的电流包括峰值电流和保持电流。该系统还包括被连接至螺线管控制器并被配置成使螺线管控制器进入复位模式的输入阈值检测器,以及连接至阈值检测器的电阻负载。该阈值检测器被配置成当螺线管线圈断电时接收监控电流并将至少一部分监控电流提供至阈值检测器。如果被提供至输入阈值检测器的监控电流或对应于所述监控电流的电压低于阈值水平则输入阈值检测器使螺线管控制器进入复位模式,并且如果被提供至输入阈值检测器的监控电流或对应于所述监控电流的电压高于阈值水平则从复位模式释放控制器。在一些实施例中,阈值水平为10mA的阈值电流水平。在一些实施例中,螺线管控制器被配置成在从复位模式释放时重新启动操作,并且在螺线管控制器中的热启动检测器被配置成确定螺线管控制器是否是从已上电状态重新启动操作的。在一些实施例中,如果热启动检测器确定螺线管控制器是从已上电状态重新启动的,则在螺线管控制器中的延迟计时器被配置成对预定的延迟时间倒计时。在一些实施例中,预定的延迟时间是使螺线管线圈中的电流衰减至允许螺线管线圈释放的值所需时间的至少两倍。附图说明在阅读以下的详细说明并参考附图后所公开的实施例的前述和其他优点将变得显然,其中:图1是依据本公开实施例的示例性螺线管驱动器的功能框图;图2是依据本公开实施例的示例性螺线管驱动器的功能流程图;图3是依据本公开实施例的示例性螺线管驱动器的示意图;图4是依据本公开实施例的示例性备选螺线管驱动器的示意图;具体实施方式首先应当理解的是,结合本公开实施例的各方面的实际开发、真实商业应用将需要许多实施的具体决策来达到开发者的对商业实施例的最终目标。这样的实施具体决策可以包括又或不限于遵守与系统相关的、业务相关的、政府相关的,以及其它的约束,其可以根据具体实施、地点和时间而变化。虽然开发者的努力可能在绝对意义上是复杂且耗时的,但是对于受益于本公开内容的本领域技术人员来说,这样的努力仅是常规的任务。还应该理解的是在此所公开和教导的实施例易受许多的和不同的修改和备选形式的影响。因此,单数形式的使用(例如但不限于“一个”等)并不意图作为对于对象数量的限制。类似地,在所记述的说明书中任何相关的术语(例如但不限于“上”、“下”、“左”、“右”、“高于”、“低于”、“向下”、“向上”、“侧”等)是为了具体参照附图时的清楚性,并非意图限制本发明的范围。如以上所提及的,本公开实施例涉及控制由峰值保持驱动器控制的螺线管阀中的螺线管线圈的系统和方法,其中驱动器中的控制器使得监控或漏电流能够流动。此外,本公开实施例在检测到释放电压之后提供延迟时间,该延迟时间阻止控制器使螺线管线圈立即和过早重新通电。该延迟时间加入等待时段,在等待时段期间控制器对于螺线管线圈不采取行动,使得螺线管线圈中的电流保持处于较低值足够长以使阀能够返回其常开或常闭的位置。这样的延迟时间可在控制器已经经历上电周期(即热启动)之后施加,由此控制器向阀发出初始驱动信号所需的响应时间被最小化,因此减少了阀的启动时间。现在转至图1,示出了依据本公开实施例的用于螺线管阀101的示例性驱动器100的功能框图。在此示出的特定类型的驱动器100为峰值保持驱动器,其能够根据来自外部源(诸如外部控制逻辑或控制电路(未明确示出))的信号向螺线管线圈104施加两种水平的功率。特定地,驱动器100具有双水平螺线管控制器102,其能够给螺线管线圈104提供足够大到生成初始吸合力(pull-inforce)来打开阀101的初始峰值电流,并且此后提供具有正好大到能够产生保持力以使阀101保持打开的保持电流。此外,电池控制器102还能够监控一般由外部源提供的监控或漏电流的存在,以保证外部源和螺线管阀101之间的线路的完整性。正如在图1的示例中可见的,螺线管控制器102在其中具有若干功能模块,这些功能模块可作为软件、固件,或者二者的组合来实施,以支持控制器102的操作。这些功能模块除其它部分外可包括监控或漏电流状况检测器106、热启动检测器108、复位功能块110,以及延迟计时器112。电阻负载114连接至螺线管控制器102以在螺线管线圈104断电时接收监控或漏电流,并且输入阈值检测器116被连接至该电阻负载114和螺线管控制器102以检测通过电阻负载114的输入电压Vin或其至少一部分。各种数据端口以及易失性和非易失性存储器等(未明确示出)也可包括在螺线管控制器102中。而且,在螺线管驱动器100的一些实施中可具有桥式整流器(未明确示出)以向螺线管控制器102供电。一般来说,监控或漏电流状况检测器106监控由外部源提供的监控或漏电流以确定螺线管阀101和该外部源之间的线路的完整性。热启动检测器108,正如其名称所指,在重新启动操作之后通过检测例如控制器102中的一个或多个存储器定位的状态来检查螺线管控制器102,以确定控制器是正在由已上电状态启动操作(在这种情况下维持存储器、数据寄存器等),还是其正在由初始施加功率后的冷启动来启动操作(在这种情况下存储器、数据寄存器等可包含基本随机值)。复位功能块110,在被设为有效(asserted)时,在控制器维持上电时基本上使螺线管控制器102进入暂停或保持状态。延迟计时器112被螺线管控制器102用于在执行其编程的剩余部分之前倒计时(或计时)一个或多个预定的等待时段。输入阈值检测器116被配置成检测通过电阻负载114的输入电压Vin或其至少一部分并且如果基于输入电压Vin或其一部分的水平确定螺线管线圈104正处于被断电时将复位功能块110设为有效。在操作中,当阀101要被打开时,来自外部源的信号致使输入电压Vin上升至足够高的电压水平以使螺线管线圈104通电并且螺线管控制器102将相应的电流(例如250mA)施加或否则有助于施加至螺线管线圈104以吸合螺线管线圈并打开阀101。在指定的时间量(例如60ms)之后,螺线管控制器102将对应于保持电压的较小量电流(例如70mA)施加或否则有助于施加至螺线管线圈104以在螺线管线圈中保持。随后,输入电压Vin下降至足够低的电压水平以使螺线管线圈104断电并且螺线管控制器102去除或否则有助于去除到螺线管线圈104的电流以使得螺线管线圈104释放并打开阀101。当输入阈值检测器116检测到输入电压Vin或其百分比已下降至释放电压或一些其它阈值断路电平(triplevel)以下,表示螺线管线圈104正在被断电时,这使得螺线管控制器102的复位功能块110设为有效。这样使螺线管控制器102进入去除或有助于去除到螺线管线圈104的电流的暂停或保持模式,允许螺线管线圈104释放并打开阀101。当输入电压Vin或其一部分再次升高到释放电压或其它阈值断电电平以上时,输入阈值检测器116将螺线管控制器102的复位功能块110解除设定并允许螺线管控制器102使得螺线管线圈104再次开始通电。然后可按需重复该处理以使阀101循环地工作。但是,如上所述,因为螺线管控制器102向螺线管线圈104施加两种水平的电流,当过量的监控或漏电流流入电阻负载114超过电阻负载114能承受的电流量时可能会出现问题。也就是说,可能发生一种状况:作为监控或漏电流的结果,螺线管控制器102可能在释放期间过早尝试使螺线管线圈104通电,这可能导致在螺线管线圈104的绕组中流动的电流足够大到不能使螺线管线圈114正确地关闭阀101。具体地,在一些实施例中,如果通过电阻负载114的监控或漏电流的量超过电阻负载114可承受的量,电阻负载114两端升高的电压将导致输入阈值检测器116使监控电流转换到螺线管线圈104。由于螺线管线圈104具有感应特性,基于线圈104的感应时间常数将开始建立起电流。因为供给监控或漏电流的外部源是阻抗受限的,随着螺线管线圈104吸取的电流增加,供给螺线管线圈104的有效电压开始降低。当所述电压降至阈值检测器116的阈值水平以下时,阈值检测器116导致螺线管控制器102将监控电流从螺线管线圈104转换至电阻负载114。虽然现在螺线管线圈104从外部源有效地断开连接,但是在其电磁场中存储的能量仍保留。这些能量将导致电流继续流动并且然后在螺线管线圈104中衰减。在这一点上被施加至电阻负载114的电流将再次过量并且电压检测器116再次将电流转移至螺线管线圈104。由于螺线管线圈104中的电流还没有衰减至零,所施加的监控电流将尝试使线圈电流再次增加。以上处理本身则将重复,而结果是螺线管线圈104中的电流将不能达到足够低的点以允许阀机构正确地关闭阀101。为了克服以上问题,依据本公开实施例,螺线管控制器102可在重新启动操作之后实施预定的延迟时间,在此期间控制器对于螺线管线圈104中的电流不作出任何行动。该延迟时间可由延迟计时器112测量,阻止螺线管线圈104在释放期间立刻和过早地重新通电。预定的延迟时间的持续时间被设置得足够长以保证螺线管线圈104在其重新通电之前将完全地且正确地释放。例如,该延迟时间可被设置成使螺线管线圈104中的电流衰减至允许该螺线管线圈104释放的值所需时间的至少两倍。在一些实施例中,该延迟时间可为约120ms。当延迟计时器112完成倒计时(或计时)时,螺线管控制器102依据其编程再次重新开始操作。在一些实施例中,取决于特定的实施,预定的延迟时间可被选择性地采用,例如仅在螺线管控制器102已经经历过上电周期之后,如热启动检测器108所确定的那样。而且在一些实施例中,预定的延迟时间可只有在螺线管线圈104之前已经被通电时实施,如通过对前一周期中的浪涌电流(inrushcurrent)的检测可确定的。这有助于保证不会非必要地实施延迟时间,从而使控制器102的响应时间最小化并缩短了驱动阀101所需的时间。前述过程大体反映在图2中,其示出了示例性流程图,表示了在一些实施例中可以与螺线管驱动器100一起使用或由螺线管驱动器100使用的方法200。应该注意到虽然图2(以及本文中的其它附图)示出了许多离散的框,但是那些本领域普通技术人员将理解的是这些框中的任意一个都可被划分到两个或更多个连续的框中,并且/或者这些框中的两个或更多个可按需被组合成形成单个的框,而不背离本公开实施例的范围。此外,在一些实施例中方法200可被完全自动地实行,或者方法200的部分可自动实行,而且方法200的部分可按照需要手动实行。正如所见到的,方法200大体上从框202开始,在此输入阈值检测器确定输入电压Vin是否在释放电压或其它释放相关的阈值断电水平以下,这意味着螺线管线圈正在被断电。如果确定为是,则在框204处螺线管控制器进入复位模式,并且电阻负载被连接或否则被接通以接收监控或漏电流,以配合螺线管线圈断电。如果在框202处确定为否,则在框206处螺线管控制器重新启动操作。螺线管控制器重新启动操作之后,在框208做出确定该重新启动是否是热启动。如果确定为是,则在框210处例如通过确定在前一周期期间螺线管线圈中是否具有浪涌电流来确定螺线管线圈在前一周期中是否是通电的。如果该确定为是,则在框212处实施延迟时间,确保螺线管线圈将完全且正确地释放。如果在框208或框210任一中的确定为否,则相应地指示螺线管控制器正在从冷启动开始并且螺线管线圈之前还没有通电,则在框212中不实施延迟时间。下一步,在框214处将高的或峰值线圈电流施加至螺线管线圈一段预定的时间量(例如60ms)。此后,在框216处向螺线管线圈施加低的或保持线圈电流。只要输入电压Vin不小于释放电压或一些其它阈值断电水平就持续施加该低电流,该确定在框218做出。如果在框218处的确定为是,则该方法返回框204,在此控制器再次进入复位模式且电阻负载再一次被激励。图3是对依据本公开的实施例的峰值保持螺线管驱动器的示例性实施的示意图。应该理解的是虽然示意图可针对图中示出的一个或多个组件指定类型、大小和/或部件数,但是那些本领域普通技术人员将理解的是,备选组件也当然可被使用而不背离本公开实施例的范围。因此,例如那些本领域普通技术人员将理解的,通过适当的修改,可使用电压比较器替代电流比较器,反之亦然,或者可使用双极结型晶体管替代场效应晶体管,反之亦然,等等而不背离本公开实施例的范围。在图3的实施中,晶体管Q1控制螺线管线圈,该螺线管线圈可被连接在端子SOL1和SOL2之间,在螺线管控制器U1的指导之下,螺线管控制器U1具有被编程成基于流过电阻R16的电流通过晶体管驱动器IC1来控制Q1的栅极的管脚。由晶体管Q2和Q4、二极管D7和D10,以及电阻器R17、R1和R2组成的预调节器向5-伏电压调节器U2提供大概10V信号为螺线管控制器U1和晶体管驱动器IC1供电。电阻器R3-R9和R20形成电阻网络或负载,通过该电阻网络或负载监控或漏电流可以流经晶体管Q3。晶体管Q3的栅极连接到螺线管控制器U1,该螺线管控制器U1基本上控制Q3作为用于从电路连接和断开电阻负载R3-R9和R20的开关。当开关接通时,只要电源电压水平低于输入电压检测器U3的阈值电压,电阻器R3-R9和R20将吸取来自端子IN1和IN2的外部电源的功率。电阻器R19和R21可以形成用于输入电压检测器U3的分压器,使得其从电源接收一定百分比的或部分的电压。在操作中,输入电压检测器U3保持螺线管控制器U1的复位管脚处于逻辑低,这使得螺线管控制器U1维持在复位模式直到电源的电压水平或其一部分达到设置阈值电压,其可以是螺线管线圈释放电压。因为螺线管控制器U1处于复位模式,其管脚在高阻抗状态,这导致晶体管Q3通过电阻器R15导通。导通Q3导致前述负载电阻器R3-R9和R20在IN1和IN2处从电源吸收电流。当电源的电压水平或其一部分达到输入电压检测器U3的阈值电压时,输入电压检测器U3释放复位管脚,螺线管控制器U1退出高阻抗复位模式,引起Q3关断,这断开或解除了电阻器R3-R9以及R20。此后,螺线管控制器U1再次开始执行其编程,导致在端子SOL1和SOL2处将峰值保持电流施加至螺线管线圈。当重新启动操作时,作为其编程的一部分螺线管控制器U1检查是从冷启动还是从已上电状态(即热启动)重新启动的。如果螺线管控制器U1确定其是从已上电状态重新启动的,则实施预定的延迟时间,在该延迟时间期间螺线管控制器U1对于螺线管线圈中的电流不采取行动。螺线管控制器U1还可通过检查在实施延迟时间之前是否有先前的浪涌电流经由电阻器R16来确定螺线管线圈是否在之前已经通电。这一延迟时间保证螺线管线圈将具有足够的时间以在重新通电之前正确地释放。相反,如果电池控制器U1确定它是从冷启动重新启动的,或者螺线管线圈最近在上一个周期中没有通电,则它将放弃预定的延迟时间,以便最小化响应时间,从而最小化阀驱动时间。图4是依据本公开实施例的峰值保持螺线管驱动器的示例性备选实施的示意图。该实施除已经被配置成从外部电源操作以外均类似于图3中的实施,该外部电源是DC电源(而图3中的实施被配置成从AC或者DC任一种电源操作)。虽然已经示出和说明了本公开内容的特定方面、实施和应用,但是应该理解的是本公开内容并不限于本文中已公开的精确的构造和组成。例如在一些实施例中,以近似的矩形棱镜来替代螺线管线圈组件,螺线管线圈组件可具有稍呈圆柱体或类似的形状。因此,通过前述说明,各种修改、改变和变化可以是显然的而不背离如在随附的权利要求书中所限定的本公开实施例的精神和范围。
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