输出组件以及运行方法
【专利摘要】本发明涉及一种运行带有输出电路的输出组件的方法，利用该输出电路将导致电流的电压接通到与输出端连接的负载上，在输出组件的电源电压接口和输出端之间运行第一驱动模块，并通过第一控制输入端来控制在输出端上的电压接通，在电源电压接口和输出端之间，运行与第一驱动模块并联的第二驱动模块，也通过第二控制输入端来控制用于在输出端上的电压接通，控制电路收到用于在启动时间点将电压接通到输出端上的转换指令，并控制电路在第一步骤中以第一控制输入端或第二控制输入端的交替控制来启动，交替控制被执行持续第一时间段，并在此过程中第一驱动模块引导电流持续第一控制时间，而第二驱动模块引导电流持续第二控制时间。
【专利说明】输出组件以及运行方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种运行带有输出电路的输出组件的方法，利用该输出电路将电压接通到与输出端相连接的负载上，其中，在输出组件的电源电压接口和输出端之间运行第一驱动模块，并且通过第一控制输入端用于控制在输出端上的电压接通。
【背景技术】
[0002]为了例如将电容负载与可编程存储的控制装置的优选防故障的、数字输出组件相连接，现在已使用了一种用于将正输出电压接通到输出组件中的电子功率部件。这个电子功率元件优选地被构造成半导体开关元件。
[0003]尤其是在将电容负载与小串联电阻相连接时，在开始的一瞬间会出现高接通电流。在短路情况下用于断开的功率部件中，这个高电流会导致需要过电流监控或短路电流监控，并且由此导致断开功率部件，这是不期望出现的。
[0004]专利申请文件DE 10 2006 030 448 Al公开了一种输出组件的、用于接通至少一个所连接的负载的输出电路。
[0005]由于输出组件(尤其是在自动化技术中)的结构尺寸持续减小，所以在减小输出组件的结构空间以及额外增大输出组件的电路板上的电子部件的封装密度的条件下，寻求一种将发热限制在容许值上或者也尽可能小地保持功率损耗的方案。
【发明内容】
[0006]由此，本发明的目的在于提供一种输出组件，该输出组件能够尤其是在接通电容负载的条件下克服接通过程开始时主导的高接通电流，并且由此使得输出组件不过分地承载所产生的损耗热。
[0007]在运行带有输出电路的输出组件的方法方面，其中利用输出电路将与输出端相连接的负载上，其中在输出组件的电源电压接口和输出端之间运行第一驱动模块，并且通过第一控制输入端来控制与输出端的电压接通，所述目的由此实现，即，在电源电压接口和输出端之间，运行与第一驱动模块并联的第二驱动模块，并且也通过第二控制输入端来控制用于在输出端上的电压接通，其中，控制电路收到用于在启动时间点将电压接通到输出端上的转换指令，并且控制电路在第一步骤中利用第一控制输入端或第二控制输入端的交替控制来启动，其中，交替控制被执行持续第一时间段的持续中进行该交替控制，并且在这个交替控制过程中，第一驱动模块引导电流持续第一控制时间，而第二驱动模块引导电流持续第二控制时间。通过这两个并联的驱动模块并且通过对这些驱动模块在时间上的交替控制，能够提高可能可接通的电容负载或最大允许的接通电流。在从接通瞬间到电容几乎充满的过渡时间中，两个驱动模块中始终只有一个是激活的。首先在第一控制时间内接通第一驱动模块，其中，第一控制时间的时间段不足以触发基于第一驱动模块中的过电流的自动断开。如果第一驱动模块因此断开或不再运行，类似地同时在第二控制时间接通第二驱动模块，即使是在此时高电流流动的条件下第二控制时间同样不足以触发用于实现断开的过电流监控。优选地，始终接通驱动模块之一并且引导电流，其中，断开各另一个驱动模块。在两个驱动模块之间的这种交替地来回接通导致可以给电容负载充电。所产生的消耗功率由此均匀地被分配给两个部件，并且与仅仅使用一个驱动模块相比在每个驱动模块上引起了较小的温度升高。
[0008]为了在过电流时断开，运行具有各一个断流装置的第一和第二驱动模块，该断流装置设计用于只允许最大的电流确定地持续允许时间段，并且在超过允许时间段时切断电流。
[0009]此外，第一控制时间和第二控制时间分别被选择小于相应的断流装置的单个的允许时间段。
[0010]如果需接通的电容几乎充满，则在紧接着第一驱动模块和第二驱动模块的交替控制的第二步骤中，在第一时间段结束后，同时控制两个驱动模块。
[0011]随着方法的第二步骤开始，电流在此期间一直下降到两个驱动模块在此时能够固定接通的程度，其中，在为了在高接通电流不再主导的情况下也仍将输出组件中持续产生的功率损耗保持得很小，则仍要实现将电流分配到两个驱动模块上。
[0012]在一个对于恒定时间段的备选方案中，通过电流测量装置测定电流，并且与第一时间段无关地在第一步骤中进行驱动模块的交替控制，直到测定到的电流超过预先确定的值为止。此后可以直接根据两个驱动模块的持续运行进行转换。
[0013]另外可能的是，通过电压测量装置测定输出端上的输出电压，并且与第一时间段无关地在第一步骤中进行驱动模块的交替控制，直到测定到的电压超过预先确定的值为止。此后也可以直接根据两个驱动模块的持续运行进行转换。
[0014]利用该特殊的优点，这种方法被使用在输出部件中，该输出组件作为防故障的、针对功能性安全设计的自动化组件来运行。
[0015]尤其是在防故障应用方面，可以以有利的方式由此对该方法进行补充，即，运行具有断线检测装置的第二驱动模块，并且周期性地激活该第二驱动模块用于对通向负载的导线进行断线检测，其中，在这个检测时间期间，第一驱动模块断开。
[0016]同样通过输出组件这样实现开头所述的目的，该输出组件包括输出电路、输出端、电源电压接口、具有第一控制输入端的第一驱动模块，其中，第一驱动模块设计用于将电压接通到输出端上，并且第一驱动模块布置在电源电压接口和输出端之间，其特征在于，在电源电压接口和输出端之间，具有第二控制输入端的第二驱动模块并联于第一驱动模块，并且该第二驱动模块也设计用于在输出端上的电压接通，其中，控制电路具有指令输入端、第一指令输出端以及第二指令输出端，并且控制电路设置用于在启动时间点通过指令输入端接收用于将电压接通到输出端上的接通指令，并且利用第一控制输入端或第二控制输入端的交替控制来启动在输出端上的电压接通，该控制电路此外设计交替控制被执行持续第一时间段，并且第一驱动模块引导电流持续第一控制时间，而第二驱动模块引导电流持续第二控制时间。
[0017]在这种构造方式中，两个驱动模块优选地设计为带有小导通电阻的半导体元件。例如，在场效应晶体管的完全导通的状态下测量出相对较低欧姆的值，在此该值在几毫欧姆以下。利用如此小的导通电阻，能够实现最小的切换损耗，并且由此还能够较小地保持持续的功率损耗。[0018]如果此时使用了具有这种小导通电阻的半导体开关元件，则具有以下优点，S卩，第一和第二驱动模块分别设计具有各一个断流装置，该断流装置设计用于只允许最大的电流确定地持续允许时间段，并且在超过允许时间段时断开电流。
[0019]在一个有利的构造方式中，这样设计输出组件，即，控制电路此外设计用于紧接着第一驱动模块和第二驱动模块的交替控制，在第一时间段结束后，同时控制两个驱动模块。由此将产生的损耗功率均匀地分配给两个驱动模块，并且与只使用一个驱动模块相比在每个驱动模块上引起了较小的温度升高。
[0020]为了在不同的最大接通电流下能够灵活地做出反应，有利的是，输出组件具有测定电流的电流测量装置，其中，控制电路对此还设计用于与于第一时间段无关地运行模块的交替控制，直至测定到的电流超过预先确定的值为止。
[0021]还可以具有测定在输出端上的电压的电压测量装置，其中，控制电路对此设计用于与第一时间段无关地运行模块的交替控制，直至测定到的电压超过预先确定的值为止。
[0022]特别是在使用用于防故障的、针对功能性安全设计的自动化部件的输出组件时，第二驱动模块具有断线检测装置，该断线检测装置设计用于对通向负载的导线进行周期性的断线检测。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]附图示出了一个实施例，其中
[0024]图1示出了具有第一驱动模块和第二驱动模块的输出组件1，
[0025]图2示出了对驱动模块的控制的时间走势，以及输出端上的输出电压，以及
[0026]图3示出了在待接通的负载方面的电压-电流图。
【具体实施方式】
[0027]根据图1示出了输出组件1，该输出组件包括输出电路10、输出端2、电源电压接口
3、具有第一控制输入端21的第一驱动模块11以及具有第二控制输入端22的第二驱动模块12。输出组件I连同其输出电路10设计用于通过输出端2将电压U接通到负载L上。
[0028]为了将输出电路10中产生的损耗功率保持在界限内，提出这样使用两个电子半导体开关元件，也就是第一驱动模块11和第二驱动模块12，即，在电源电压接口 3和输出端2之间，第一驱动模块11和第二驱动模块12彼此并联地布置，其中，交替地通过第一控制输入端21控制第一驱动模块11，通过第二控制输入端22控制第二驱动模块12。
[0029]此后，控制电路30在收到用于在启动时间点TO将电压U接通到输出端上的接通指令40之后这样运行，即，在第一步骤中开始交替地控制第一控制输入端21或第二控制输入端22，其中，执行交替控制持续第一时间段Tl (见图3)，并且在该交替控制过程中，驱动模块11引导电流I持续第一控制时间T11，而第二驱动模块12引导电流I持续第二控制时间T2。第一和第二驱动模块11，12具有各一个断流装置41，42。在此情况下，第一断流装置41和第二断流装置42设计用于只允许最大的电流确定地持续允许时间段TZ，并且在超过该允许时间段TZ的情况下切断电流I。
[0030]如果电容负载在其电容方面几乎充满，那么在控制电路30中实施的程序便可以转入到方法的第二步骤中。这个第二步骤紧接着第一驱动模块11和第二驱动模块12的交替控制在第一时间段Tl结束后被执行，并且其后同时控制第一驱动模块11和第二驱动模块12。
[0031]对于固定设定的时间段Tl可替代地，输出电路10具有电流测量装置45，该电流测量装置测定电流I，并且与第一步骤中的第一时间段Tl无关地进行驱动模块11，12的交替控制，直至测定的电流I超过预先确定的值为止。
[0032]还可以通过电压测量装置46测定输出端2上的输出电压38，并且与第一步骤中的第一时间段Tl无关地进行驱动模块11，12的交替控制，直至测定的电压超过预先确定的值为止。
[0033]第二驱动模块12具有断线检测装置44，其中，周期性地运行该断线检测装置，并且对通向负载L的导线43执行断线检测，其中，在这个断线检测时间期间，第一驱动模块11断开。
[0034]利用图2示出了驱动模块11，12的控制的时间走势35，以及输出端2上的输出电压的电压走势38。第一个图表示出了第一驱动模块11的第一控制输入端21上的信号走势36。通过时间t示出“O”和“ I”之间的逻辑开关特性。通过控制电路30在启动时间点TO以逻辑“I”控制第一控制输入端21。在第一控制时间Tll执行该控制，并且在第一控制时间Tll结束后不再利用“I”控制第一驱动模块11的第一控制输入端21。
[0035]类似地，与断开第一控制输入端21同时地，利用第二信号走势38在第二控制时间T12控制第二驱动模块12的第二控制输入端22。在第二控制时间T12结束后，重新交替地转换到第一控制输入端21上,从而使得第一驱动模块11引导电流I。
[0036]随着时间段Tl结束，由此出发，即电容几乎被充满，并且此时电容上流动的电流I不再高得使其在产生损耗功率方面有害。因此，此时可以同时控制第一控制输入端21和第二控制输入端22。
[0037]在图2的另一个电压图中，示出了输出组件I的输出端2上的输出电压38。在激活第一驱动模块11的启动时间点T0，电压逐渐升高。相应于时间T11，T12的控制，由此导致了电压上升级。
[0038]图3示出了电压-电流图50，利用该图应该清楚地说明了如何通过交替接通电压U来将电流I分配给两个不同的驱动模块11，12。在此，曲线示出了电流I的时间走势51，其中，在启动时间点TO之后，在第一控制时间Tll期间，电流I相当迅速地下滑。电流I向第一驱动模块11加载持续控制时间Τ11。随后实现了到第二驱动模块12的交替转换，并且此时第二驱动模块12加载有电流I持续第二控制时间Τ12。由此电流I逐渐下降，并且驱动模块11，12的载荷也变小。随着第一时间段Tl结束，可以同时通过两个驱动模块11，12的控制输入端21，22来实现控制，其原因在于，此时电流I已衰减到无法图解说明的程度，就像是必须将热土豆从一只手丢到另一只手中的感觉。
[0039]曲线52示出了电压的时间走势。
【权利要求】
1.一种运行带有输出电路(10)的输出组件(I)的方法，利用所述输出电路将电压(U)接通到与输出端(2)相连接的负载(L)上，所述电压导致电流(I)，其中，在所述输出组件(O的电源电压接口(3)和输出端(2)之间运行第一驱动模块(11)，并且通过第一控制输入端(21)来控制用于在所述输出端(2)上的电压接通，其特征在于，在所述电源电压接口(3)和所述输出端(2)之间，运行与所述第一驱动模块(11)并联的第二驱动模块(12)，并且也通过第二控制输入端(22)来控制用于在所述输出端(2)上的电压接通，其中，控制电路(30 )收到用于在启动时间点(TO )将电压(U)接通到所述输出端(2 )上的转换指令(40 )，并且所述控制电路(30)在第一步骤中利用所述第一控制输入端(11)或所述第二控制输入端(12)的交替控制来启动，其中，所述交替控制被执行持续第一时间段(Tl)，并且在所述交替控制过程中，所述第一驱动模块(11)引导所述电流(I)持续第一控制时间(T11)，而所述第二驱动模块(12)引导所述电流(I)持续第二控制时间(T12)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，运行具有各一个断流装置(41，42)的所述第一驱动模块和所述第二驱动模块，所述断流装置设计用于只允许最大的所述电流(I)确定地持续允许时间段(TZ)，并且在超过所述允许时间段(TZ)时切断所述电流(I)。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第一控制时间(Tll)和所述第二控制时间(T12)分别被选择小于相应的所述断流装置(41，42)的单个的所述允许时间段(TZ)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，在紧接着所述第一驱动模块(11)和所述第二驱动模块(12)的所述交替控制的第二步骤中，在所述第一时间段(Tl)结束后，同时控制两个所述驱动模块(11，12 )。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，通过电流测量装置(45)测定所述电流(I)，并且与所述第一时间段(Tl)无关地在所述第一步骤中进行所述驱动模块(11，12)的所述交替控制，直到测定到的所述电流(I)超过预先确定的值为止。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，通过电压测量装置(46)测定所述输出端(2)上的输出电压(38)，并且与所述第一时间段(Tl)无关地在所述第一步骤中进行所述驱动模块(11，12)的所述交替控制，直到测定到的所述电压超过预先确定的值为止。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述输出组件(I)作为防故障的、针对功能性安全设计的自动化组件来运行。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，运行具有断线检测装置(44)的所述第二驱动模块(12)，并且周期性地激活所述第二驱动模块用于对通所述向负载(L)的导线(43 )进行断线检测，其中，在这个检测时间期间，所述第一驱动模块(11)断开。
9.一种输出组件(1)，包括输出电路(10)、输出端(2)、电源电压接口(3)、具有第一控制输入端(21)的第一驱动模块(11)，其中，所述第一驱动模块(11)设计用于在将电压(U)接通到输出端(2)上，并且所述第一驱动模块布置在所述电源电压接口(3)和所述输出端(2)之间，其特征在于，在所述电源电压接口(3)和所述输出端(2)之间，具有第二控制输入端(22)的第二驱动模块(12)并联于所述第一驱动模块(11)地布置，并且所述第二驱动模块也设计用于在所述输出端(2)上的所述电压接通，其中，所述控制电路(30)具有指令输入端(33)、第一指令输出端(31)和第二指令输出端(32)并且所述控制电路设计用于在所述启动时间点(TO)通过所述指令输入端(33)接收用于将所述电压(U)接通到所述输出端(2 )上的接通指令(40 )，并且利用所述第一控制输入端(11)或所述第二控制输入端(12)的交替控制来启动在输出端(2)上的所述电压接通，所述控制电路此外设计为使得所述交替控制持续所述第一时间段(Tl)，并且所述第一驱动模块(11)引导所述电流(I)持续所述第一控制时间(T11)，而所述第二驱动模块(12)引导所述电流(I)持续所述第二控制时间(T12)。
10.根据权利要求9所述的输出组件(1)，其中，所述第一和所述第二驱动模块(11，12)设计具有各一个断流装置(41，42)，所述断流装置设计用于只允许最大的所述电流(I)确定地持续允许时间段(TZ)，并且在超过所述允许时间段(TZ)时切断电流(I)。
11.根据权利要求9或10所述的输出组件，其中，所述控制电路(30)此外设计用于紧接着所述第一驱动模块(11)和所述第二驱动模块(12)的所述交替控制，在所述第一时间段(Tl)结束后，同时控制两个所述驱动模块(11，12)。
12.根据权利要求11所述的输出组件(1)，所述输出组件具有测定所述电流(I)的电流测量装置(45)，所述控制电路(10)对此还设计用于与所述第一时间段(Tl)无关地运行所述驱动模块(11，12)的所述交替控制，直到测定到的所述电流(I)超过预先确定的值为止。
13.根据权利要求11或12所述的输出组件(1)，所述输出组件具有测定所述输出端(2)上的电压的电压测量装置(46)，其中，所述控制电路(10)对此还设计用于与所述第一时间段(Tl)无关地运行所述驱动模块(11，12)的所述交替控制，直到测定到的所述电压超过预先确定的值为止。
14.根据权利要求9至13中任一项所述的输出组件(I)，其中，所述第二驱动模块(12)具有断线检测装置(44)，所述断线检测装置设计用于对通向所述负载(L)的导线(43)进行周期性的断线检测。
【文档编号】H03K17/14GK103684371SQ201310382337
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年8月28日 优先权日:2012年8月29日
【发明者】米夏埃尔·德姆尔, 马丁·菲希特尔舍雷尔, 塞万·哈里托尼安, 塞巴斯蒂安·肯普特尼尔, 托马斯·金德尔, 马蒂亚斯·柯尼希, 赖因哈德·马克, 勒内·福格尔 申请人:西门子公司