用于为电气-机械式继电器的电线圈通电和断电的电气式继电器驱动装置的制造方法
【专利说明】用于为电气-机械式继电器的电线圈通电和断电的电气式继电器驱动装置发明领域
[0001]本发明涉及改进的电气式继电器驱动装置，其适合于为电气-机械式继电器的电线圈通电和断电，从而致动并维持机械接触电极的物理结合或分离，以便使交流主电源与负载电路连通或断开。
[0002]更具体地说，本发明涉及在电气式继电器驱动器本身运行中提供能量效率和优化的改进，其也提高了电气-机械式继电器的机械接触电极的寿命和完整性。
【背景技术】
[0003]在大多数情况下，机电式继电器包括一个线圈，其在通电时会建立磁场，在常开继电器中，该磁场能够使可移动接触电极与固定机械式接触电极物理结合，以便接通交流主电源的电源端子之间的电路，或者可替换地，如果继电器是常闭结构，线圈通电建立磁场，该磁场将使物理接触的两个接触电极分离，从而断开交流主电源的电源端子之间的电路。
[0004]在大多数情况下，本发明涉及常开和常闭的继电器，其中本发明的重点是关于电气式继电器驱动装置如何能够按情况需要通电和/或断电，以满足使电机式继电器的机械接触电极分离或物理结合的要求。
[0005]本发明的目的是提供一种独特的方法，其中电气-机械式继电器的电线圈可以通电，以最大化电气式继电器驱动器和电气-机械式继电器本身的总能量效率，与此同时提供了一种机构，从而可以实现继电器的最佳寿命和寿命预期。
[0006]尽管电气式继电器驱动器用于为电气式继电器的电线圈通电和断电，但它必须提供或得到电源从而给线圈供电，以便建立必要的磁场。
[0007]有利的是，能够利用交流主电源，优选电磁继电器的负载电路控制的相同交流主电源，以协助该电源供给到电气-机械式继电器的电线圈。
[0008]有利的是，能够利用交流主电压电源，但是这样做无需更多的传统装置，例如线性线路调节器，它们尽管能够维持适合于继电器运行的理想输出电压，但为实现此目的，存在有热能形式的多余电能的显著耗散，因而电压输出与电压输入的最大总效率通常会由于电压差的浪费而不被接受。
[0009]再进一步，尽管降压变压器和开关模式的电源开关的使用试图从交流主电压电源提供合适的输出电压，但为了最终供电给机电式继电器的电线圈，实际连续供电的输出电压可能不是最佳方式，在其中可高效地给线圈供电并仍维持电气-机械式继电器的机械接触电极之间的合适的闭合和/或分离，以连通或断开来自交流主电压电源的负载电路。
[0010]因此，将特别有利的是，能够提供一种电气式继电器驱动装置，其能够直接驱动电气-机械式继电器的电线圈，而无需产生任何显著的热能形式的多余电能，以便建立电压输出与电压输入的最大能量效率，同时也降低了当电线圈通电时的能耗，从而降低了电路元件的工作温度，改善了电气-机电式继电器的寿命预期。
[0011]本发明的目的在于提供这样一种改进的电气式继电器驱动器。
[0012]本发明进一步的目的和优点在完成说明书的阅读后将变得显而易见。
发明概要
[0013]在本发明的一种形式中，提供了一种用于给电气-机械式继电器的电线圈通电和断电的电气式继电器驱动装置，所述装置包括；
[0014]适于接收整流交流主电压供应的电源控制器，所述电源控制器包括逻辑功能和/或适于在接近或大约零交叉的限定间隔内提供输出电压；
[0015]所述输出电压在接近或大约零交叉的限定间隔内适于给电容器装置充电到可选电压，所述电容器装置与电阻器进行通信以提供可用电流，所述电源控制器还包括用于向晶体管提供控制信号的输出，一旦从所述电源控制器接收到所述控制信号，所述晶体管提供可用电流到电气-机械式继电器的电线圈；
[0016]微控制器，其包括内部逻辑功能和/或适于提供升压电流，其中所述升压电流适于在确定的时间给电气-机械继电器的电线圈通电，由此在负载电路的交流主电压供给间隔的零交叉处将电气-机械式继电器的机械接触电极拉到一起，负载电路是由电气式继电器驱动装置驱动的；
[0017]从而当电气-机械式继电器的电线圈通电时，电线圈初始在由微控制器设定的时间间隔内接收升压电流，并且此后从通过晶体管提供的可用电流接收升压电流，晶体管从电源控制器接收控制信号。
[0018]优选电容器装置是单个电容器或多个并联的电容器。
[0019]这种装置的优点是:通过两个无缝阶段高效地给电线圈供电，首先，经微控制器启动供电过程，当机械接触电极需要物理结合或分离时，该过程通过确定的时间间隔，意味着机械接触电极的初始结合在交流主电压供应的零交叉处或期间完成，以便当负载电路通过机械接触电极连接在一起或分开的运动而连接或断开时，电压水平尽可能的低，从而使继电器关闭和开启过程中发生的电弧最小化。
[0020]电气-机械式继电器的电线圈的初始供电由微控制器确定，以避免机械接触电极的任何接触劣化，一旦接触已经实现，电流的供给凭借在规定的接近或大约零交叉的间隔内可用的电源控制器输出电压来持续。
[0021]因此，初始升压电流由微控制器控制之后，从那时起，大多数情况下，电线圈通过一系列确立的电流脉冲的可用电流来供电，当所测的交流主电压供给大约或接近零交叉时，由电源控制器仅在该时间间隔产生的电压获得该电流脉冲。
[0022]因此，尽管在某些意义上，电气式继电器驱动装置在交流主电压供给的零交叉(zero crossing)处给线圈供电，但此连接紧随初始供电形成，其通过微控制器控制的升压电流确定，该微控制器不会在精确的零交叉处发送供电电流，而是以确定的时间间隔发送，以致考虑到由所需的电气-机械式继电器的机械接触电极物理结合限定的时滞，负载电路的机械接触电极的机械结合恰好在交流主电压供应的零交叉时完成。
[0023]因此，尽管继电器可直接由交流主电压供应驱动，但实际上其仅在接近交流主供应的零交叉处从交流主电压供应获取能量，因为这些电流脉冲在这些接近或大约零交叉的时间间隔获得，且当线圈需要供电时，这样的装置使得微控制器将首先经升压电流促进线圈供电，但是后续给线圈供电的电源的保持将经可用电流通过来自电源控制器的脉冲来实现，因为该电源控制器测量输入的交流主电压供应，它在接近或大约零交叉处的间隔内消耗规定的可输出电压。
[0024]优选地，电气式继电器驱动装置包括与适合于滤出可用电流的电气-机械式继电器的电线圈并联的电容器。
[0025]有利地，因为电流仅源于在接近零交叉或大约零交叉处规定的间隔内的电源控制器的输出电压，意味着没有耗散过量能量，因此以最小的损耗损失获得输出电压与输入电压相比的最大能量效率。
[0026]更进一步，因为电流以脉冲供给，脉冲最终负责向电线圈供电，因此不存在当包括降压变压器和开关模式电源开关的常规线性调节时人们通常期望的连续输出电压，所述常规线性调节将提供或至少建立可操作有源的连续输出电压，当磁场需要维持时，常规的电气-机械式继电器装置需要该连续输出电压以维持供电给电线圈。
[0027]有利地，因为电线圈供电时，电能消耗降低，这降低了继电器元件的运行温度，增加了预期寿命以及优化了能源效率。
[0028]优选地，用于电源控制器的电压输入直接从整流交流主电压供应经一系列电阻提供。
[0029]优选地，电源控制器为与电容器装置并联的单个或每个电容器充电到限定的电压。
[0030]优选地，通过电源控制器为与电容器装置并联的单个或每个电容器充电到大约5V。
[0031]优选地，电容器装置包括并联的第一和第二电容器。
[0032]优选地，第二电容器与电压调节器连接以为微控制器提供能量。
[0033]优选地，电气式继电器驱动装置包括感应电阻器以便设定可用电流值，其将通过晶体管以为电气-机械式继电器的电线圈提供可用电流。
[0034]优选地，晶体管为场效应晶体管(FET)。
[0035]优选地，电源控制器提供进入FET栅极的电流通路，以便电线圈经微控制器确立的升压电流驱动后，当要供电给电线圈时，电流达到FET的栅极，且可用电流以由与第一电容器连通的感应电阻器确定的水平通过所述FE