控制电路的制作方法

文档序号:7379588阅读:286来源:国知局
控制电路的制作方法
【专利摘要】一种用于在电能量存储装置上运行用电器的控制电路包括与用电器并联的电容、用于将所述能量存储装置与所述用电器连接的主开关以及用于控制所述用电器的控制装置,其中,所述控制装置设置为,当所述电容上的电压升高时被激活并且在断开所述主开关之后在预先确定的时间之后停止所述控制功能。在此,所述电容设置为,在所述预先确定的时间期间保持充电到预先确定的电压上。
【专利说明】控制电路
【背景技术】
[0001]电设备、尤其小型电设备一如无线的电动工具包括电能量存储装置、主开关、控制装置以及用电器。此外设置主开关,借助所述主开关能够将电能量存储装置与所述控制装置和所述用电器连接。然后特别地,当所述电能量存储装置(例如在锂离子蓄电池(Lithium-1onen-Akkumulator)或锂聚合物蓄电池(Lithium-Polymer-Akkumulator)的情况下)以绕组技术制造时,必须借助电容来补偿能量存储装置的电感以及能量存储装置与用电器之间的输送线路的电感,所述电容与用电器并联连接。然而这种构造造成,当在所述电容放电期间闭合主开关时,大的电流流经主开关。
[0002]通常,控制装置与用电器和电容如此连接,使得当主开关是断开时控制装置的运行对电容的放电作出贡献。然后,控制装置根据电容上的电压的升高确定主开关已经闭合,并且相应地实施用电器的控制。在这种构造中,在闭合主开关时流过上述大的电流。随着时间的推移,这可能导致主开关的严重的触点烧损。因此,本发明所基于的任务是,说明一种延长主开关的使用寿命的控制电路。本发明借助具有独立权利要求的特征的控制电路来解决所述任务。从属权利要求再现优选的实施方式。

【发明内容】

[0003]根据本发明的用于在电能量存储装置上运行用电器的控制电路包括与用电器并联的电容、用于将能量存储装置与用电器连接的主开关以及用于控制用电器的控制装置,其中,所述控制装置设置为,当电容上的电压升高时被激活并且在断开主开关之后在预先确定的时间之后停止(einstellen)所述控制功能。电容一般设置用于补偿寄生电感或者降低由电感引起的其他不利的影响。在此,所述电容设置用于或者如此接线,使得在所述预先确定的时间期间所述电容保持充电到预先确定的电压上。
[0004]如果在所述预先确定的时间期间再次闭合主开关,则所述电容已经充电并且没有异常高的电流流经主开关。所提到的部件能够由无线的设备——例如电工作灯或蓄电池式电钻来包括。在这种设备的通常使用中,所述用电器的暂时的关闭可以是普遍的并且仅持续短时间。如果例如使用所提到的蓄电池式电钻以将一些螺丝拧入工件中,则在两个彼此相继地拧入的螺丝之间蓄电池式电钻的电动机对于几秒至最大大约一分钟的范围中的一段时间是关闭的。如果在此所述预先确定的时间大于这一时间,则在已充电的电容的情况下实现主开关的多个接通过程,从而能够显著地降低主开关的电负荷和热负荷。
[0005]在一种实施方式中,所述主开关与控制开关耦合,并且所述控制装置设置用于根据控制开关的调节(Stellung)来控制所述用电器。由此,能够实现用电器的不同运行模式之间的差别。不论控制装置的运行,仍然能够可靠地关断用电器,其方式是,断开主开关。
[0006]在一种特别优选的实施方式中,控制电路包括用于在预先确定的时间之后使电容放电的放电装置。因此,能够确保控制装置能够根据电容的升高的电压来正确地识别主开关的随后闭合。
[0007]放电装置可以包括第一开关,当控制装置已经停止控制功能时,所述第一开关是闭合的。由此,控制装置可以将放电过程与所述控制装置的自身运行的结束进行同步。
[0008]此外,放电装置可以包括第二开关,所述第二开关与所述主开关耦合,并且当主开关是断开时,所述第二开关是闭合的。优选地,所述第二开关与所述第一开关串联地布置。因此,能够通过简单的方式防止电容的无意的或提早的放电。
[0009]在一个变型方案中,控制电路可以包括用于在预先确定的时间期间在电容上保持预先确定的电压的充电装置。由此,能够使所述预先确定的时间与电容的接收能力以及与电容的自身放电或外部放电匹配。
[0010]在一种实施方式中,所述预先确定的电压是能量存储装置的额定电压或者运行电压的至少50%。通过这种方式能够显著地降低主开关的电触点的负荷,而不需要电容与专门高阻抗的电路元件的昂贵的接线。在进一步优选的实施方式中,所述预先确定的电压是能量存储装置的额定电压的至少75%或至少85%。
[0011]此外优选的是,在所述预先确定的时间期间所述控制装置直接由能量存储装置来馈电。为此,相应的导线可以设置用于将所述控制装置与所述能量存储装置连接。由此可以确保:所述控制装置的电流消耗没有使电容上的电压如此严重地下降以致于在所述预先确定的时间期间电容上的电压下降到所述预先确定的电压之下。
【专利附图】

【附图说明】
[0012]现在参考附图详细地描述本发明,所述附图中:
[0013]图1:具有控制电路的电动工具的电路图;
[0014]图2:图1的电动工具的操作元件的切换简图;
[0015]图3:图1的电动工具上的信号和电压的时间变化曲线。
【具体实施方式】
[0016]图1示出具有控制电路105的电动工具100的电路图。电动工具100作为设备的示例来说明,所述电动工具包括电能量存储装置110和用电器115。在此,下面为了阐述,假定所述电动工具100包括蓄电池式电钻(Akkuschrauber)。
[0017]控制电路105包括与用电器115并联连接的电容120、用于将能量存储装置110与用电器115连接的主开关125以及用于控制用电器115的控制装置130。此外,在所示的实施方式中设置有功率电路135,以便根据控制装置130的控制来影响用电器115的转换的功率。功率电路135通常包括一些功率晶体管、尤其在桥电路——例如半桥、全桥或者三相桥中的一些功率晶体管。视考虑方式而定,功率电路135可以属于控制装置130或用电器115。
[0018]电容120设置用于补偿寄生电感,所述寄生电感尤其可能由通过能量存储装置110与用电器115或者功率电路135之间的输送线路引起或者由电能量存储装置110自身引起。能够使用一个或多个电解电容器、薄膜电容器或陶瓷电容器以构成所述电容120。然后特别地,当电能量存储装置110以蓄电池技术制造,在所述蓄电池技术中一个或多个导电面卷起或绕起时,能量存储装置110的电感可能处于可达数微亨的范围内。为了均衡所述电感,电容120可以处于可达数百微法的范围内。
[0019]为了解释控制电路130的功能性,假设主开关125首先是断开的并且电容120已放电。所述控制装置130已停用,并且所述用电器115不运行。如果然后闭合主开关125,则电容120与电能量存储装置110并联并且被迅速地充电,其中,大的电流可能流经主开关125。
[0020]如果主开关125是闭合的,则控制装置130通过电容120上的电压升高来接通并且在用电器115上施加控制功能。所述控制功能控制用电器115的运行。如果所述用电器115是电动机,则它例如能够被控制装置控制来以预先确定的方向以预先确定的转速旋转。在一种实施方式中主开关125与控制开关140集成地实现。所述控制开关140可以被电扫描或通过另一种方式例如光学扫描,并且返回模拟值或数字值。例如,能够借助控制开关140预给定用电器115表不的驱动电动机的转速。
[0021]如果控制开关140的操纵减弱,则驱动电动机115进入静止状态并且主开关125被断开。在这个时刻电容120仍携带电能量存储装置110的电压。控制装置130和功率电路135如此高欧姆地实现,使得在断开主开关125之后在预先确定的时间上电容120的电荷仍维持。电容120的电压至少不下降到预先确定的电压以下,所述预先确定的电压例如可以确定为额定电压或工作电压的一小部分或者确定为能量存储装置110的绝对电压。所述预先确定的时间例如可以处于三分钟的范围内。尤其优选的是,预先确定的时间是大约150至200秒。优选地,在预先确定的时间期间直接由能量存储装置110给控制装置130供电,出于此目的,所述控制装置可以与所述能量存储装置直接连接。必要时,控制装置130可以设置用于在预先确定的时间期间维持电容120的电荷,其方式是,控制装置对电容120周期性地或连续地补充充电。
[0022]如果在所述预先确定的时间期间再次闭合主开关125,则电容120已经预充电,从而仅仅降低的充电电流还流经主开关125,直到电容120充电到能量存储装置110的电压上。然后,能够通过控制装置130、尤其根据控制开关140的调节来控制用电器115的运行。
[0023]然而,如果在预先确定的时间期间没有闭合主开关125,则控制装置130终止其控制功能,其方式是,完全关断所述控制装置或者使其处于节能模式(“Stand-By:待机”)。在所述模式中例如能够通过与能量存储装置110的直接连接给控制装置130的少数几个元件——例如数字的数据存储装置供给电压。此外,电容120上的电压下降到预先确定的电压之下。电容120上的电压的下降能够通过控制装置130来推动,其方式是,控制装置闭合使电容120放电的第一开关145,和/或其方式是,控制装置130终止电容的补充充电。与此相反,电容120的自身放电或外部放电也可能导致施加在电容120上的电压在预先确定的时间到期时下降到预先确定的电压以下,并且其后果是,控制装置130终止其控制功能。外部放电例如可能借助相应确定的放电电阻引起。
[0024]第一开关145是可控制的开关,其例如可以借助晶体管或继电器来构造。在一种优选的实施方式中,如果第一开关没有得到用于断开控制装置130的信号,则所述第一开关145是闭合的。如果控制装置130是关断的或者所述控制装置130处于节能模式中,则不存在所述信号。所述第一开关145可以包括电阻或电流限制,以便控制电容120的放电过程。
[0025]在所示的优选的实施方式中,与第一开关145串联地还设置有第二开关150,所述第二开关与主开关125机械耦合,以及必要时也与控制开关140耦合。在此,当主开关125断开时第二开关150闭合,反之亦然。在所示的实施方式的一个变型方案中,对于主开关125和第二开关150也能够共同使用换向开关(single pole double throw, SPDT:单刀双掷),其中,公共触点(COM)与图1中电容120的上连接端连接,而剩余的连接端中的一个连接端(LI)与能量存储装置110连接并且另一个连接端(L2)与地或者第一开关145连接。
[0026]控制装置130根据电容120上的升高的电压识别出主开关125的再次闭合。由此,从待机运行或关闭状态中激活控制装置130。随后,所述控制装置130能够扫描控制开关并且根据控制开关140的操纵来控制所述用电器115,如以上所描述的那样。
[0027]如果能量存储装置110已放电或者深度放电,其方式是,能量存储装置110的电压低于预先确定的阈值,则立刻关断控制装置130或者使控制装置130处于节能模式中。如果在此主开关125未操纵,则第二开关150是闭合的并且第一开关没有得到断开信号,从而所述第一开关同样是闭合的并且电容120被放电。然后,不再发生能量存储装置110的进一步放电。
[0028]如果在低供电电压的情况下闭合主开关125,则第二开关150断开,从而不使电容120进一步放电。控制装置130保留在未激活的状态中并且阻止用电器115的运行。如此高欧姆地实现电容120上的变化的电压的确定,使得尽管主开关闭合仍不再发生能量存储装置110的明显的放电。
[0029]图2示出操作元件的切换简图,其从上到下由图1概括了图1中的控制电路105的主开关125、第二开关150以及控制开关140。如以上已描述的那样,主开关125能够与开关140和150中的一个或两个组合地实现。
[0030]在水平方向上示出彼此连接的开关的操纵程度。在竖直方向上,在三个不同的示图中分别示出三个开关的导通特性。在此,高的图形值相应于各个开关125、140、150的高电导。
[0031]第一变化曲线205与主开关125有关,第二变化曲线210与第二开关150有关以及第三变化曲线215与控制开关140有关。可以看出,主开关125和控制开关140如何具有彼此逆反的变化曲线205、210。如果使彼此连接的开关也仅略微从在左边所示的静止位置偏转,则主开关125闭合并且第二开关150断开。
[0032]在图2中控制开关140示例性地具有线性的特征曲线,其中,任何其他的特征曲线也是可能的,其优选具有单调的变化曲线。为此,控制开关140例如可以包括晶体管、传感器、电阻的装置或者任意实施的一个或多个信号开关。随着彼此连接的开关的操纵程度增长,控制开关140返回表明开关的调节的特征值。因此,在电动机的情况下能够根据彼此连接的开关125、150和140的操纵程度来控制用电器115从静止状态开始通过缓慢的旋转运动直至满负荷运行。
[0033]图3示出图1的电动工具100上的信号和电压的示例性的时间变化曲线。在水平方向上示出时间。从上到下示出:有关电容120上的电压的第一变化曲线305、有关主开关125的状态的第二变化曲线310、有关第二开关150的状态的第三变化曲线315、有关流经主开关125的电流的第四变化曲线320、有关用于第一开关145的信号的第五变化曲线325和有关第一开关145的状态的第六变化曲线330。具有增长的Y方向的高的值适用于电压变化曲线305和电流变化曲线320。当各个对应的开关闭合时,状态信号310、315和330以Y方向上高的值来示出,并且当各个对应的开关断开时,状态信号310、315和330以低的值示出。当信号未激活时,也就是说,当第一开关145应当闭合时,变化曲线325在Y方向上具有低的值,并且当第一开关145应当断开时,变化曲线325在Y方向上具有高的值。
[0034]在电容120已放电期间在时间点tl闭合主开关125,并且大的电流流经主开关125,如从变化曲线320可以看出。所述电流部分地由电容120的充电电流以及部分地由用电器115的启动电流或运行电流引起,其中,充电电流通常先于通过用电器的电流增长。在时间点t2再次断开主开关125。然而,当在时间点t3再次闭合主开关125时,电容120对于仍没有到期的预先确定的时间保持充电。因为在时间点t3电容120还一直充电,所以没有增大的电流流经主开关125,如能够从变化曲线320看出的那样。在时间点t4再次断开主开关125。
[0035]时间点t4和t5之间的间隔表示预先确定的时间,在所述预先确定的时间期间电容120保持充电。在时间点t5,所述预先确定的时间到期并且闭合第一开关145,以便使电容120放电。在时间点t5之后,控制电路105重新处于与时间点tl之前相同的状态。因此,主开关125在时间点t6的再次闭合触发了与以上关于时间点tl所描述的相同的过程。然而,在时间点t6,主开关125从上一次在时间点tl的大的电流脉冲起已经具有冷却的机会,从而再次的大的电流负荷能够是对所述主开关损害不大的。
【权利要求】
1.一种用于在电能量存储装置(110)上运行用电器(115)的控制电路(105),其中,所述控制电路(105)包括如下: -与所述用电器(115)并联的电容(120); -用于将所述能量存储装置(110)与所述用电器(115)连接的主开关(125); -用于控制所述用电器(115)的控制装置(130); -其中,所述控制装置(130)设置为,当所述电容(120)上的电压升高时被激活并且在断开所述主开关(125)之后在预先确定的时间之后停止所述控制功能, 其特征在于, -所述电容(120)设置为,在所述预先确定的时间期间保持充电到预先确定的电压上。
2.根据权利要求1所述的控制电路(105),其中,所述主开关(125)与控制开关(140)耦合,并且所述控制装置(130)设置用于根据所述控制开关(140)的调节来控制所述用电器(115)。
3.根据权利要求1或2所述的控制电路(105),所述控制电路还包括用于在所述预先确定的时间之后使所述电容(120 )放电的放电装置(145,150 )。
4.根据权利要求3所述的控制电路(105),其中,所述放电装置包括第一开关(145),当所述控制装置(130)已经停止所述控制功能时,所述第一开关是闭合的。
5.根据权利要求4所述的控制电路(105),其中,所述放电装置包括第二开关(150),所述第二开关与所述主开关(125)耦合,并且当所述主开关(125)是断开时,所述第二开关是闭合的。
6.根据以上权利要求中任一项所述的控制电路(105),所述控制电路还包括用于在所述预先确定的时间期间在所述电容(120)上保持所述预先确定的电压的充电装置(130)。
7.根据以上权利要求中任一项所述的控制电路(105),其中,所述预先确定的电压是所述能量存储装置(I 10)的额定电压的至少50%。
8.根据以上权利要求中任一项所述的控制电路(105),其中,在所述预先确定的时间期间所述控制装置(130 )直接由所述能量存储装置(110 )来馈电。
【文档编号】H02M3/18GK104009639SQ201410058071
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年2月20日 优先权日:2013年2月21日
【发明者】B·维恩特泽, A·弗里泽 申请人:罗伯特·博世有限公司
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