专利名称：用于直流电气设备的继电器控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种继电器控制装置，所述继电器与一个设计为工作在由电池组所传送的额定电压(例如12V、42V等)的直流电DC下的设备相结合。
背景技术：
目前，机动车辆机车的电池通常提供12V的直流电，从而设置在机动车辆内的电气设备一般工作在12V直流电下。“电气系统”一般表示所有的车载电气设备和电子线路。
现在，车载电子线路必须接受各种检验来进行验证。这些检验可以由标准化机构或由生产者本身规定。例如，一个针对于安装在机动车辆内的电子元件的测试包括在断开与电池的连接而发动机运转且驱动交流发电机的时候运转各种元件。由ISO标准7637-2.2规定的这个测试称为“负载突降(load dump)脉冲”。当交流发电机运转时断开与电池的连接在车辆电源系统中产生一个具有相对陡上升斜率的强电脉冲，因此称为“负载突降脉冲”。
图1中的图表示由该测试所产生的脉冲，例如可以产生于在正常状态由电池供电的各种电路的端子处。电压Ua表示机车电源系统的额定供电电压。当发动机停机时，电池通常提供12V的额定电压Ua。当发动机运转并驱动交流发电机时，电池提供的额定电压是13.5V。
当通过在交流发电机被驱动时断开与电池的连接而进行测试时，在由电池供电的不同元件的端子处产生具有很陡的上升梯度的电压尖脉冲。该脉冲可能引起具有持续时间小于10ms的上升沿的21.5V电压尖脉冲Vs。在不同元件的端子处的电压因此达到35V。需要等待大约400ms，此过电压才会减小并返回到额定电压13.5V。
然而，取决于车辆的电气系统的元件，该电压尖脉冲Vs可能是有害的。如果该电压尖脉冲产生在设备的连续运转过程中，则不一定具有不良影响。然而，如果在该电压尖脉冲期间内，不同电气设备的控制继电器被操作而打开，则控制继电器会被损坏。
电气设备经常由继电器控制，所述继电器适于切换所述设备(例如车窗调节器的电机)的开关。继电器是一种电磁控制装置，用于接通或切断电路。通常地，一个继电器包括一个与磁铁耦合的线圈，而所述磁铁与开关连接。当控制电压施加于线圈时，所产生的电磁场使得开关切换。而且，继电器也允许吸收当通过断开开关而切断电源时在所述设备的端子处的过电压所产生的电弧。电弧相当于当有电流流经所述开关的端子，而这些端子彼此分开时，在端子之间的放电。当开关断开时，由于所述设备的电感负载或电容负载，供应所述设备的电流不立即变成零。该放电在继电器的触点之间逐渐枯竭(drain off)。
使用12V直流电的设备切换继电器是汽车工业中常用的元件。该继电器可以承受达16V的电压且由于断开开关而产生的电弧不会是有害的。
然而，在例如上述的“负载突降脉冲”的测试情况下，如果在装置中切断电源，那么所产生的电压尖脉冲问题会更加严重。具体而言，在此种情况下所产生的电弧不能在触点之间逐渐枯竭；电弧仍没有熄灭并且所述元件开始着火或者开关的触点被熔接。
发明内容
因此需要提供一种用于对设备的开关进行电气控制的装置，所述装置可以保护继电器不遭受高电压以及局部过电压。
为了该目的，本发明提供一种用于对工作在预定电压直流电下设备的开关进行电气控制的装置，所述装置包括机电式继电器，其适于致动所述设备开关的切换；用于使所述设备停止运转的控制装置；适于控制所述继电器的微控制器；
所述微控制器适于对所述继电器进行延迟控制，当所述设备运转过程中端子处的电压尖脉冲超出预定临界值时，控制所述继电器延迟对断开所述开关进行致动。
根据一个实施例，微控制器适于检测大于或等于额定临界值的电压尖脉冲斜率。
根据一个实施例，微控制器适于检测大于或等于电源电压两倍的电压尖脉冲值。
根据一个特征，微控制器包括用于对所述设备的端子处的电压进行周期性测量的装置。
根据一个特征，微控制器包括一个电压尖脉冲查询表，以过电压值为输入，并且以表示恢复至额定电压的时段值为输出。
根据一个特征，所述电气设备是一个用于对车辆的打开构件进行致动的马达。
本发明还涉及一种用于对工作在额定电压的直流电下设备的开关切换的电气控制进行致动的方法，所述方法包括以下用于断开所述设备的步骤在运转中检测所述设备端子处的电压尖脉冲；检测用于使所述设备停止运转的控制信号；如果检测到电压尖脉冲，在时间td之后对继电器进行致动从而将所述设备的开关切换到断开状态。
根据一个实施例，检测电压尖脉冲的步骤包括对脉冲的上升沿的持续时间进行测量。
根据一个实施例，检测电压尖脉冲的步骤包括对脉冲的电压值进行测量。
根据一个特征，时段td在300ms至400ms之间。
本发明的其它特征和优点通过阅读下面仅作为例示的并参考附图而对本发明实施例进行的详细描述而变得明显。在所述附图中图1，就象已描述的那样，示出了与ISO标准7637-2.2的所述测试相应的电脉冲的曲线图；图2示出了按照本发明的装置的概略图。
具体实施例方式
根据本发明的用于对开关切换进行电气控制的装置包括一个机电式继电器，该机电式继电器适于对一个设备的开关切换进行致动，所述设备工作在预定电压的直流电下。所述装置也包括一个适于控制继电器的微控制器。微控制器特别适于对继电器控制进行延迟，所述微控制器用于当在工作中所述设备端子处的电压大于预定临界值时对开关的断开进行致动。因此所述装置由于在电压尖脉冲期间可断开开关(例如由于对电气系统的电路进行电气测试造成的)，从而防止了损坏继电器。
根据本发明，继电器开关的断开状态和闭合状态定义为分别对应于供应电流通过所述设备的导通状态，以及所述电流通过所述设备的通道中断的状态。供应电流在所述设备中的通道的中断可以是因为所述设备本身短路，也可以因为断开电路。
图2示意性地示出了可以用于制造根据本发明的装置的电路。
设备10，例如一个用于对车辆的打开构件进行致动的马达(例如车窗调节器的马达)，应被供以预定供电电压Ua下的直流电，所述预定供电电压一般相应于车辆电池组输送的电压。
图2中，马达10停止运转，所述马达的端子11和12分别与开关3和4连接，并与相同的电势点连接。因此马达短路，并且开关3和4中的每一个处于先前定义的所谓断开状态中。
为了启动马达10，即将马达的端子11与电源电压Ua连接并且将另一个端子12与地连接，其中在电源端子上的一个开关4必须切换到闭合状态。马达10的转向将根据通过使开关3或4中哪一个切换到闭合状态而确定，在此情况下，马达的相应端子11或12与电源Ua连接，同时马达的另一个端子12或11与地连接。
继电器1确保了开关3、4的开关切换。以本身所公知的方式，继电器1包括两个线圈，其中每一个线圈与一个磁铁耦合，所述磁铁分别与开关3、4中的一个连接。开关晶体管允许向一个或另一个线圈施加电流以产生磁场，该磁场适于通过一个磁铁对开关3、4中的一个进行致动。
通过一微控制器5可以确保对继电器1进行切换控制。微控制器5施加用于对与继电器1相连接的开关晶体管的其中之一进行致动的控制电压S1，从而允许电流流过一个或另一个线圈以对开关3、4中的一个或另一个进行致动。
微控制器5还测量电源电压Ua的值。以本身所公知的方式，提供了用于对电压进行模拟测量的装置，所测得的测量值转化成微控制器可以使用的数字值。优选地，所述测量装置对电压Ua进行周期性测量，从而，如果适当的话，微控制器可以确定电脉冲的上升沿的斜度。例如，微控制器每隔3ms接收一次电压测量值；因此其可以检测上升沿达到10ms的“负载突降”脉冲。相反，其不能用于检测具有高的过电压值(例如达到100V)但经过一个1到2ms左右的很短时间段的脉冲。这样的脉冲不会真正损害反应时间在3ms左右的继电器。而且，与电源连接的过滤元件可消除或至少衰减这样的短时间的脉冲。
而且，微控制器5监控马达10的工作状态。具体而言，微控制器知道由继电器1所控制的开关3、4的闭合或断开状态。
因此，如果微控制器5接收到用于使所述设备停止运转的控制信号，例如如果作用于车窗调节器的控制按钮的压力被释放，应发送一个用于断开开关的控制信号S1至继电器1。然而，根据本发明，如果微控制器另外检测到了在所述设备10的端子处具有大于预定门限值的电压尖脉冲，微控制器将控制信号S1的发送延迟一个时间td。可以调节该延迟时间td使得电脉冲事实上恢复至额定电压。
根据实施例，微控制器5检测到的过电压可以是大于预定门限值的电压值，例如是额定电源电压Ua的两倍，或者可以是脉冲上升沿的斜率大于预定斜率值。如果微控制器利用斜率测量来检测电压尖脉冲，其特别可以在达到不利于继电器的电压值之前检测到过电压脉冲。
实施例取决于根据对继电器的保护程度以及继电器的风险而编制的微控制器程序。具体而言，可以将微控制器编程为检测在所述设备的端子处的给定电压值、给定的过电压值、给定的过电压脉冲斜率或者这些元素的组合。本领域内的普通技术人员能够根据其要求和要保护的继电器的型号而确定该程序设计。
经过过电压脉冲的下降时间左右的时间td之后，微控制器向继电器1发送控制信号S1，所述控制信号致动开关3、4从断开状态切换。接着马达端子处的电流在该切换时恢复至额定值，并且电弧可以以常规的方式逐渐衰竭。时间td可以在300ms到400ms左右。
微控制器5可以使延迟时间td的值匹配于所检测到过电压的类型。根据测得的过电压或上升沿斜率值，微控制器可以推导出所产生脉冲的类型。于是微控制器能够知道该脉冲返回至额定电压所需的时间，并且能够根据此时间(对于产生的脉冲是特定的)延迟继电器的断开控制。电压尖脉冲的查询表可以保存在微控制器中，为此目的所述查询表包括过电压测量输入值并提供表示恢复至额定电压的时间作为输出。
当然，本发明不限于作为例示所描述的实施例；因此，根据本发明的切换装置的继电器可以仅包括一个开关而不是包括两个开关。而且，通过改编微控制器的程序，根据本发明的控制装置可以保护继电器免遭具有不同的电压和斜率值的其它类型电脉冲。
权利要求
1.用于对设备(10)的切换进行电气控制的装置，该设备工作在预定电压(Ua)的直流电下，所述装置包括机电式继电器(1)，其适于对所述设备(10)的开关(3，4)的切换进行致动；用于使设备(10)停止运转的控制装置；适于控制所述继电器(1)的微控制器(5)；所述微控制器适于对所述继电器进行延迟控制，当所述设备运转过程中端子处的电压尖脉冲超出预定临界值时，控制所述继电器延迟对断开所述开关进行的致动。
2.如权利要求1所述的用于电气控制的装置，其特征在于，微控制器(5)适于检测大于或等于预定临界值的电压尖脉冲(Vs)斜率。
3.如权利要求1或2所述的用于电气控制的装置，其特征在于，微控制器(5)适于检测大于或等于供电电压(Ua)的两倍的电压尖脉冲值(Vs)。
4.如权利要求1到3中任一项所述的用于电气控制的装置，其特征在于，微控制器(5)包括用于对所述设备(10)的端子处的电压进行周期性测量的装置。
5.如权利要求1到4中任一项所述的用于电气控制的装置，其特征在于，微控制器(5)包括电压尖脉冲查询表，该表以过电压值作为输入，并且以表示恢复至预定电压的时间值作为输出。
6.如权利要求1到5中任一项所述的用于电气控制的装置，其特征在于，电气设备(10)是用于对车辆的打开构件进行致动的马达。
7.对一设备(10)的切换的电气控制进行致动的方法，该设备工作在预定电压(U)的直流电下，所述方法包括下列用于断开所述设备(10)的步骤在运转中检测所述设备(10)的端子处的电压尖脉冲；检测用于使所述设备(10)停止运转的控制信号；如果检测到电压尖脉冲，在一时间td之后对继电器(1)进行致动，从而将所述设备的开关(3，4)切换到断开状态。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，检测电压尖脉冲的步骤包括测量脉冲上升沿的持续时间(tr)。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，检测电压尖脉冲的步骤包括测量脉冲的电压值(VS)。
10.如权利要求7到9中任一项所述的方法，其特征在于，时间td在300ms和400ms之间。
全文摘要
本发明涉及用于通过继电器对一诸如车窗调节器直流马达之类的设备(10)的开关切换进行电气控制的装置，所述装置包括机电式继电器(1)，其适于对所述设备(10)的开关(3，4)的切换进行致动；以及控制所述继电器(1)的微控制器(5)，所述微控制器周期性地测量所述设备的端子处的电压，并且当在运转过程中所述设备的端子处的电压尖脉冲在预定临界值之上时，使所述继电器断开所述开关的动作延迟。
文档编号H02H9/04GK1702790SQ20051007304
公开日2005年11月30日 申请日期2005年5月30日 优先权日2004年5月28日
发明者格扎维埃·布莱斯泰, 米夏埃尔·勒布儒瓦, 达米安·加蒂安 申请人:法国阿文美驰轻型车系统有限公司