专利名称：开关模式枪驱动器及其方法
技术领域：
本发明一般涉及用于分配可流动的材料，比如粘合剂、密封剂、填充剂等到基片上的流体分配系统(fluid dispensing system)，并且更为具体的说，涉及用于控制分配枪(dispensing gun)中的螺线管致动阀的工作的驱动电路。
背景技术：
已经开发出流体分配枪用于需要精确的放置流体(例如，粘合剂)到移动基片(例如，包装或机织产品上)的分配应用。这种分配系统的一个实例是在美国专利No.5,812,355中提出的，将其全部内容在此完全包括并作为参考。这种分配系统采用驱动电路来控制流体分配器中的螺线管的工作。如图9所示的阶梯式的电流波形被用于控制分配器中的分配阀的工作。为打开阀，驱动电路将具有快速启动斜率38的牵入电流(pull-in)80加到螺线管线圈以快速缩回阀套筒并且在分配周期的开始打开分配孔。然后，在37电流逐步降低到保持阀套筒在打开位置的保持电流40。保持电流小于牵入电流；并且因此，使用较小的保持电流减少了在分配周期期间，在螺线管线圈和分配阀中产生热量。然后驱动电路在42提供螺线管的快速去磁化，使得在分配周期的结尾，阀套筒在孔上快速关闭。
虽然如上所述的枪驱动器的性能良好，仍可继续努力改进它的性能。例如，通常，由电源开关从行电压(line voltage)提供到线圈的电流。因此，行电压的任意变化改变来自电源电路的输出电压和提供给枪螺线管的电流。因此，如果行电压的幅度升高，电枢移动加快，并且过快地分配粘合剂。类似的，如果行电压的幅度降低，电枢移动变慢；并且比预期更慢地分配粘合剂。任意不期望的将粘合剂分配到不希望接收粘合剂的基片的区域上通常产生废品。
分配阀的最大工作速度由行电压的电压幅度确定。因此，与240伏AC电源连接的分配阀比与120伏AC电源连接的工作的更快。因此，需要提供具有不依赖于行电压而具有一致的、高速工作的驱动电路。
对于已知的枪驱动器，牵入电流80和保持电流40通常由操作电源开关的滞后的调制器保持，由此在螺线管线圈中产生锯齿或脉动电流。在电源开关的这个调制期间，当开关闭合时，电流在线圈中增加率由行电压的幅度来确定；并且调制电流上升，如图9的39所示。另外，当电源开关闭合时，电流以由线圈电感和线圈电路阻抗确定的速率衰减，如图9的41所示。因此，滞后的调制的频率由螺线管线圈中的电流流动特性和行电压来确定和限制。而且，可能希望使用更高的行电压以增加分配阀的工作速度，这种更高的行电压在电流调制周期期间产生增加的电流过冲(overshoot)，由此增加在线圈中的热量，以及分配阀中的热量。这样，进一步需要提供最大化分配阀的工作速度同时最小化添加到线圈的热量的枪驱动器。
应该认可，如图9以及在这里的其它附图所示的波形是为了说明的目的。实际波形看起来可能和如在这里的附图所示的理想化波形有很多不同，这取决于多种因素，包括但是不限于，线圈的电感和电阻、分配图形的要求、热考虑、寄生电容等。
对于已知的枪驱动器，当电流从牵入电流过渡到保持电流时，如图2的168所示，从坍缩(collapsing)的磁场的反向EMF创建的在线圈中的电流以由线圈电感和螺线管线圈电路电阻确定的速率来衰减。这种电流衰减的转换速率相对慢，因此电流作为热量在线圈电路电阻中消散。因此，还需要提供在从牵入电流过渡到保持电流期间和从线圈除去电源的情况下，更加有效的使用由线圈中的磁场的坍缩产生的线圈中的电流的枪驱动器。
还已知使用枪驱动器以操作多个分配阀。如果那些分配阀串联连接，需要以电流控制模式操作枪驱动器以更好的控制在串联连接的螺线管线圈中的电流。但是，如果那些分配阀并联连接，则希望以电压模式操作枪驱动器以更好的控制加到螺线管线圈的并联电路两端的电压。对于已知系统，电压模式控制需要枪驱动器具有和用于电流模式控制的枪驱动器不同的设计。因此，需要提供能够选择性地用于提供电压模式控制或电流模式控制的枪驱动器。
因此，需要提供能够解决上述需要的枪驱动器。
发明内容
本发明提供了用于流体分配枪的枪驱动器，其能够独立于行电压的改变而进行稳定、一致和高质量的流体分配处理。另外，本发明的枪驱动器可操作于一致、可预测和高速的打开分配阀。另外，通过本发明的枪驱动器，在从牵入电流过渡到保持电流期间，存储线圈的回扫电流用于后续的使用并且不像现有系统中一样作为热量消散。因此，本发明的枪驱动器在多种应用的宽范围中提供一致和可预测的分配枪性能，并且以更少的能量损失工作且减少自发热。通过减少由能量损失产生的热量，不仅增加了分配枪的寿命，而且可以使用更高的工作电流以增加性能。
本发明的枪驱动器中的一个能够根据多个螺线管线圈相对于电压总线是串联或并联连接而选择性地用于电流控制模式或电压控制模式。当在电流控制模式中时，使用低电压总线以提供高稳压的(highlyregulate)、低幅度的脉动电流用于维持牵入电流和保持电流，由此减少能耗、在分配阀中的热量和电磁辐射。当在电压控制模式中时，独立于电流反馈信号对电源开关电路进行脉冲宽度调制。
根据本发明的原理并根据所述的实施例，本发明提供了用于可操作于在基片上分配流体的流体分配器的枪驱动器电路。流体分配器具有操作分配阀以控制流体从流体分配器流动的螺线管线圈。枪驱动器具有连接在较高的电压总线和螺线管线圈的一端之间的第一开关和连接到螺线管线圈的另一端的第二开关。将电流传感器连接到第二开关，并且将第三开关连接在较低的电压总线和螺线管线圈的一端之间。控制电路闭合第一开关以将较高的电压总线加到螺线管线圈，并且在螺线管线圈中产生电流，以及然后，响应于在线圈中基本上等于牵入电流设置点的电流来断开第一开关。该控制电路操作第二开关以将较低的电压总线加到螺线管线圈，并且维持在线圈中的电流基本上等于牵入电流设置点。
在本发明的另一实施例中，枪驱动器可操作能在基片上分配流体的多个流体分配枪。该流体分配枪具有分别可操作地连接到各自的多个螺线管线圈的多个分配阀。每个螺线管线圈可操作于使得的多个分配阀在打开和关闭位置之间移动，用于控制来自各自的流体分配枪的流体的流动。枪驱动器具有连接在电源总线和至少一个螺线管线圈之间的电源开关电路，以及控制器，其可操作的连接到电源开关电路以使得电源开关电路提供牵入电流到多个螺线管线圈，且之后提供保持电流。控制器具有响应于在电压总线两端并联连接的多个螺线管线圈使用的电压模式控制，以及响应于和电压总线串联连接的多个螺线管线圈的电流模式控制。
在本发明的一个方案中，电流模式控制具有可操作地与多个螺线管线圈连接以提供表示在多个螺线管线圈中的电流的反馈信号的电流传感器。具有滞后值的比较器具有连接到反馈信号的第一输入和提供电流设置点的第二输入。将比较器的输出和电源开关电路连接，而比较器使得电源开关电路首先响应于小于电流设置点的反馈信号连接电压总线到多个螺线管线圈，并且其次响应于大于电流设置点的反馈信号断开电压总线与多个螺线管线圈的连接。
在本发明的其它方案中，电压模式控制具有可操作地连接到电源开关电路的脉冲发生器，该脉冲发生器使得电源开关电路在牵入电流的持续时间之后，连续连接和断开电压总线和多个螺线管线圈。
在本发明的另外的实施例中，枪驱动器具有整流的、未稳压的电压总线和连接在未稳压的电压总线和螺线管线圈之间的第一开关电路。控制电路可操作地连接到电流传感器和第一开关电路，并且包括提供定义上升电流基准、牵入电流基准和后续的保持电流基准的电流基准波形的波形发生器。该控制电路操作第一开关电路以在螺线管线圈中产生基本上等于上升电流基准，并且然后等于牵入电流基准，且然后等于保持电流基准的电流。
在本发明的一个方面中，波形发生器进一步提供在牵入电流基准和保持电流基准之间的下降电流基准。将第二开关电路连接到螺线管线圈的另一端，并且具有响应于断开螺线管线圈和未稳压的电压总线的第一开关电路而连接回扫电流到未稳压的电压总线的第一状态。该第二开关电路具有允许在螺线管线圈中的电流通过包括螺线管线圈的电路中的电阻消散的第二状态。该控制电路在第一状态和第二状态之间切换第二开关电路使得在线圈中的电流基本上等于下降电流基准。
本领域普通技术人员通过下面结合附图的详细说明能够更加容易地理解本发明的多种其它优点、目的和特征。
图1是根据本发明的原理可用于操作流体分配枪的枪驱动器的示意性框图；
图2是由图1的枪驱动器提供的电流模式波形的示意性视图；图3是由图1的枪驱动器提供的电压模式波形的一个实施例的示意性视图；图4是由图1的枪驱动器提供的电压模式波形的另一实施例的示意性视图；图5A和5B是根据本发明的原理用于操作流体分配枪的枪驱动器的另一实施例的示意性框图；图6是由图5A和5B的枪驱动器提供的电流波形和产生的线圈的电流波形的示意性视图；图7是由图5A和5B的枪驱动器提供的在上升阶段期间的电流波形的示意性视图；图8是由图5A和5B的枪驱动器提供的在下降阶段期间的电流波形的示意性视图；图9是由已知的枪驱动器提供的分阶电流波形的示意性视图。
电源电路86由控制器92操作，控制器92依次连接到系统控制94。系统控制94包括分配阀20的工作需要的所有其它分配系统和机器控制，例如，提供触发信号等的图形控制器。该系统控制94进一步包括比如键盘、按钮等的输入设备和比如显示器、指示灯等的输出设备，其以已知方式提供和用户的通信链路。
控制器92进一步包括电压模式控制96和电流模式控制98。根据多个分配阀并联或串联连接，分别由电压控制信号104选择电压模式控制96和电流模式控制98。电压控制信号由系统控制94创建，或者自动地或者经用户输入。在任一模式中，流体分配周期由触发信号100启动，该触发信号100具有等于流动分配周期的所需持续时间的持续时间，也就是，开启或打开分配阀20的时间长度。触发信号100的前沿(leading edge)开始牵入定时器102的工作，该牵入定时器102依次提供输出脉冲到电流模式控制98和电压模式控制96。如果选择了电压模式控制96，在线104上的电压模式信号变高并且启用多路复用器106、108、110以传递在它们各自的输入112、114、116上的信号到它们各自的输出。如果选择了电流模式控制，则在线104上的信号变低；并且操作多路复用器106、108、110将在它们各自的输入118、120、122上的信号传递到它们各自的输出。
如果用户选择了电流模式控制，在控制器92中的牵入定时器102由来自系统控制94的触发信号100的前沿(其指示流体分配操作的开始)起动。由牵入定时器102计数的持续时间确定分配阀20的工作的牵入阶段的持续时间。触发信号100的正前沿同时设置提供高输出到多路复用器106的输入118的触发器(flip-flop)124。在电流模式控制中，多路复用器106将来自触发器124的高输出传递到门(gate)驱动器126，使得第一电源开关128闭合。关闭电源开关128使得连接高电压总线89到分配阀线圈28的一端。同时，对于回扫模式信号低，多路复用器130将高电平传递到多路复用器110的输入122，多路复用器110的输入122又依次将高电平传递到用于闭合第二电源开关134的第二门驱动器132。当电源开关128和134闭合时，电流路径从高电压总线开始，通过第一电源开关128、分配阀线圈28和第二电源开关134。
在牵入定时器102提供在输出103上的高信号到电流波形发生器99的情况下，电流波形发生器99提供牵入电流设置点(setpoint)150到具有滞后值的比较器142的输入140。在这时，电流最小，如图2的147所示；并且在输入144上的电流反馈信号小于牵入电流设置点150。这样，比较器142的输出是高的。这个高信号传递到多路复用器108的输入120和传递到接通第一电源开关154的门驱动器152。
因此，为在电流模式中启动牵入电流，触发信号100的前沿使得电源开关128、134和154闭合，由此将大约325伏的电压从高压总线89加到螺线管线圈。在线圈28两端的高电压总线的应用提供了最大电流改变率和非常高的牵入电流转换速率，如图2的136所示。牵入电流的高的转换速率使得在线圈28中流动的电流非常快地、可预测地并且一致地达到需要的牵入电流电平138。螺线管27能够移动阀套筒22的速度由螺线管线圈28产生的磁力确定，其又是由线圈中的电流依次确定的。因此，线圈电流越快达到它需要的牵入值，磁场能够越快地产生足以移动阀套筒的力；并且阀套筒能越快地移动到打开位置。因此，使用高电压总线89以提供螺线管线圈中的电流快速、一致和可预测地增加，从而大大便于分配阀20的快速、一致和可预测地打开。
当在分配阀螺线管线圈28中的电流增加时，在电流传感电阻146两端的电压也增加。该表示反馈电流值的电压被提供到比较器142的传感或第二输入144。根据电路设计，放大器148(其具有可调整的增益以提供电流缩放和绝对电流值输出)可选地用于提供电流反馈信号到比较器142。当在线圈28中的牵入电流136(图2)增加时，它将到达大于牵入电流设置点150的值。另外，因为在枪驱动器84的组件中的传输延迟，牵入电流136将过冲牵入电流设置点值，如图2的152所示。
当在传感输入144的电流反馈超过一幅度时，该幅度等于在输入140上的牵入设置点加上滞后值，比较器142将它的输出切换为低。那个低信号在触发器124的复位输入158被反向，由此改变触发器124的输出为低状态。触发器124在剩余的分配周期中停留在复位。将多路复用器106的输入118上的低状态传递到门驱动器126，由此打开该开关128和在高电压总线89和分配阀线圈28之间的连接。比较器142的低状态还传递通过多路复用器108，由此使得门驱动器152打开与低电压总线156连接的电源开关154。现在电流流过二极管133、线圈电阻76、螺线管线圈28和反馈电阻146。当在线圈28中存储的能量消散并且电流减少时，在传感输入144上的反馈电流的幅度开始下降。当它下降到等于输入140上的牵入电流设置点150减去滞后值的幅度以下时，比较器142再次改变状态，由此将它的输出驱动为高。那个高状态通过多路复用器108并且使得门驱动器152闭合电源开关154，由此连接线圈28到低电压总线156。
这样，比较器142用作滞后调制器并且创建通常由比较器140的滞后电平以及电流的正的转换速率和负的延迟速率确定的锯齿或脉动电流幅度164(图2)。较低的电压总线156的使用造成基本上更少的过冲并且产生基本上小于通过使用已知枪驱动器中的行电压产生的调制电流幅度80(图9)的调制电流幅度164(图2)。稳压的脉动电流具有的较低的脉动电流幅度越多，则使RMS电流越小并且负载中产生的热量越少。通过增加平均电流电平，产生的较少的热量提供分配阀20更长的寿命和/或增加的性能。降低的转换速率和较低的脉动将减少电磁发射。
牵入时间的结束由来自牵入定时器102的改变输出103的状态的时序来确定。在这点上，电流波形发生器99减少在输入140上的设置点的幅度到较低的保持电流值166。另外，在输入144的电流反馈电压高于保持电流值166；并且因此，比较器142的输出状态为低。这个低的状态使得门驱动器152断开电源开关154，由此断开低电压总线和线圈28。
在牵入模式的结尾，枪驱动器84能够操作在其中线圈中的能量由线圈电路消散的自由(freewheel)或惯性模式(coast mode)中，或者其中线圈中的能量返回到电源的回扫模式。操作的自由模式是由系统控制94切换回扫模式信号170的状态为低而选择的。在多路复用器130的输入135上的高状态被传递到多路复用器110。在电流模式控制中，触发信号高状态使得开关134保持闭合。在工作的惯性模式中，从坍缩磁场的反向EMF创建的在线圈28的电流以由线圈28的电感、线圈电阻76和二极管133两端的前向电压的电阻确定的速率来衰减，如图2的168的虚线所示。这种电流衰减的转换速率相对低，并且能量在电阻76和二极管133中作为热量被消散。
另外，由用户或由系统控制94选择工作的回扫模式，在启用输入170上的回扫模式被切换到高状态并且被加到多路复用器130的启用输入137。另外，由来自牵入定时器102的时序创建的下降沿复位触发器141，其使得多路复用器130和110的输出变为低，并且进一步使得第二门驱动器132断开第二电源开关134。通过断开开关134，线圈28的坍缩磁场在其中感应电流，该电流经通过二极管129、133的路径有效地对在高电压电源88中的电容器172充电。在这个情况中，利用钳位到高电压总线89的回扫电压，电流转换速率非常快，如图2的174所示；并且通过对电容172充电，将能量返回到高电压电源88用于后续的使用，由此减少了分配阀20中的能量损失。
另外，在线圈28中的电流非常快的下降到小于图2的所需保持电流值175的值。再一次，因为枪驱动器84中的组件的传播延迟发生过冲176。当在比较器142的传感输入144上的电流反馈下降到等于输入140上的保持电流设置点值减去滞后值的幅度时，比较 142再次切换它的输出到高状态。这个边沿过渡设置触发器141的输出为高，由此使得门驱动器132再次闭合开关134。比较器142的输出的高状态由多路复用108传递到门驱动器152，从而闭合开关154并再次将低电压总线156加到分配阀线圈28。比较器142再次操作为滞后调制器并且继续切换电源开关154接通和断开以在剩余的保持电流阶段期间提供锯齿或脉动电流178。以先前关于牵入电流阶段所述的方式，更小幅度的脉动电流178提供热量减少、电磁发射降低和分配阀的寿命增加的优点。
分配周期的结尾由触发信号100的拖后边沿确定。当触发信号改变状态时，这个边沿变换通过AND门149、157、143传递，驱动它们的输出为低。这个低状态使得各个电源开关128、154、134断开，由此断开与线圈28的高和低电压总线89、156。随着电源开关134断开，将回扫电压经二极管129、133钳位到高电压总线89；并且通过对高电压电源88的电容器172充电，在线圈28中的大多数剩余能量快速消散，如190所示。而且，返回到电源88的能量不被转换成热。通过减少在分配阀中的能量损失，它的寿命增加；并且热量减少允许增加工作电流以进一步改进它的性能。
作为电流模式控制的选择，用户可以选择以电压模式控制96操作枪驱动器84，电压模式控制96通常当各个分配阀20的螺线管线圈并联连接时使用。对于电压模式控制96具有两个工作模式，就是说，不使用高电压总线的第一工作模式和使用高电压总线的第二工作模式。下面将首先描述不使用高电压总线89的电压控制模式。系统控制94首先将电压模式控制信号104的状态切换为高，由此使得多路复用器106、108、110将它们各自的输入112、114、116的状态传递到它们各自的输出。
触发信号100的前沿有效地起动牵入定时器102，由此切换它的输出为高。触发信号100的高状态由多路复用器110传递到门驱动器132，由此闭合电源开关134。无需高电压定时器的工作，AND门149具有连续为低的输入，从而维持电源开关128打开。或(OR)门151具有与牵入定时器输出103连接的一个输入和与提供方波波形186的可编程方波发生器153连接的第二输入。多路复用器108将高信号传递到门驱动器152，由此闭合开关154并且将低电压总线156加到螺线管线圈28。因此，在螺线管线圈28中建立的电流是线圈电感和线圈电路中的电阻的函数，如图3的电流188所示。
当牵入定时器102到达时间，并且它的输出103变为低时，在螺线管线圈28中的电流到达它的峰值，如图3的191所示。在回扫模式关闭的情况下，当牵入脉冲184变为低时，如果方波发生器153的输出也为低，则多路复用器108的输入104为低，由此断开电源开关154。这样，螺线管线圈28的电流在自由模式中以如前所述的方式消散。
在跟随牵入脉冲184的结束之后，OR门151开始将方波保持脉冲186从方波发生器153传递。利用每个保持脉冲186的前沿，AND门157的输出变为高，使得驱动器152将电源开关154切换为接通，从而重新连接分配阀线圈28到低电压总线156，直到保持脉冲的拖后边沿变为低。实际上，当在线圈28中的电流如192所示衰减时，电源开关154由保持脉冲186进行脉冲宽度调制。最后，在线圈28中的电流衰减到由电源开关154的保持脉冲186进行的脉冲宽度调制提供的平均电流值，如图3的194所示。通过分别增加或降低保持脉冲186的占空因数，能够增加或降低平均保持电流194的幅度。
分配周期的结尾由触发信号100的拖后边沿确定，并且如前所述，当触发信号改变状态时，AND门149、157、143禁用各自的电源开关128、154、134。以如前所述的方式，随着电源开关134打开，回扫电压经二极管129、133钳位到高电压总线89；并且在线圈28中消散电流返回到高电压电源88用于后续使用。
在使用高电压总线89的电压模式控制的第二实施例中，高电压定时器145以触发脉冲100的前沿启动并且提供高电压脉冲182。高电压脉冲182的持续时间可以被设置为任意需要的值，并且在牵入脉冲184的持续时间的一部分或者牵入脉冲的整个持续时间上工作。将高电压脉冲182输入到与(AND)门149，由此驱动它的输出为高。该高输出使得门驱动器126闭合电源开关128，由此将高电压总线加到螺线管线圈28。在螺线管线圈28中电流快速升高，如图4的196所示。确定高电压脉冲182的持续时间以最大化分配阀20的性能。高电压脉冲182后续变为低，由此使得AND门149的输出变为低。这个低状态通过多路复用器106传递，并且使得门驱动器126打开电源开关128，由此断开高电压总线89和螺线管线圈28的连接。牵入脉冲184在持续时间上比高电压脉冲182要长，并且它的高状态保持OR门151的输出持续为高，由此维持电源开关154闭合且低电压总线持续连接到螺线管线圈28。因此，在螺线管线圈28中的电流持续如图4的198所示直到牵入定时器102期满。在这点上，线圈中的电流在其峰值，如图4的191所示。应该理解，使用高电压脉冲，牵入电流相比不使用高电压脉冲将更快的到达它需要的值，并且因此，牵入脉冲的持续时间在使用高电压脉冲时更短。之后，电压模式控制的这个实施例的工作和前面关于电流模式控制的第一实施例所述的相同。
因此，枪驱动器84相比现有技术的枪驱动器具有很多优点。例如，枪驱动器84提供能够当使用多个分配阀时用于提供电流控制或电压控制的单一单元。而且，当使用电流控制或电压控制时，通过应用基本上高于现有技术的枪驱动器通常使用的行电压的高电压，来闭合分配阀20。因此调节高电压使得提供一致和快速的电流转换速率以立即地使得阀打开。
另外，当使用电流模式控制时，在从牵入电流过渡到保持电流时，可以使用回扫模式，其中将回扫电压钳位到高电压总线；并且将来自反向EMF的电流对电容172充电。因此，存储该电流用于后续的使用而不像现有系统中那样作为热量消散。在线圈中的电流快速且一致地减少到它需要的值。类似的，不考虑控制模式，在分配周期的结尾，将回扫电压钳位到高电压总线；并且使用来自反向EMF的电流被用于对电容172充电。
在电流控制模式中，通过将低电压总线156经提供高度稳压的低幅度脉动电流的滞后调制加到线圈28，来维持牵入和保持电流。相比现有的行电压调制系统，低电压总线的能量效率更高并且提供更好的电流调节。
电容172被用作唯一的高电压电源88。在一些应用中，可以由来自线圈28的反向EMF唯一地对电容器172充电。在其它应用中，在分配阀20在致动之间关闭的时间期间，系统控制94能够提供使得枪驱动器84通过同时断开和接通开关134和154来间隙地以低电压总线156脉动分配阀20的信号。就是说，在电流流动但是阀套筒不移动的充分短的脉冲持续时间，将低电压总线156加到分配阀线圈28。因此，通过线圈28的回扫足以对电容172充电以用作高电压电源88。但是，应该理解，在另外的应用中，可以选择性地将电源(没有示出)用作于维持电容器172中的电荷。
开关模式枪驱动器的第二实施例如图5A和5B所示。参考图5A的驱动电路的定时器部分，在输入200、202接收启动流体分配工作的操作者命令并且通过可选的耦合的隔离器204传递。在输出206提供操作命令并且用于复位在输出210提供时钟信号的定时器208。该工作命令进一步触发启用倾斜发生器214的开关212。比较器216、218和220以及它们各自的异或(exclusive OR)门222、224、226和线性开关228、230、232在输出236上提供基准电流波形234，如图6所示，其复制相对于时间剖面(profile)的理想枪电流。电流波形234的第一或牵入阶段由三个时序脉冲T1、T2、T3定型，其分别确定上升电流基准229、牵入电流基准231和下降电流基准233相对保持电流基准235的持续时间。
开关模式枪驱动器的驱动部分如图5B所示并且具有连接到未稳压的行电源的输入238、240。当输入238、240连接到120伏电压AC时安装跨接线242，并且二极管244、246、248、280用作倍压器。当输入238、240和240被连接到240伏AC时移去跨接线244。当移去跨接线242时，二极管244、246、248、250以桥式整流器结构连接。在总线254上提供大约+330伏特的电压，并且在总线256上提供大约+10伏特的电压。电路257提供高于电压总线254的电压，该电压总线254给高侧开关258的门驱动电路供电，并且在总线256上的电压给低侧开关260的门驱动电路供电。电压总线256还给提供正电压线(rail)263的电压稳压器供电，并且充电泵264提供相应的负的电压线266。
在线272上的时钟脉冲清除触发器274并且驱动它的Q输出为低，使得高侧开关258闭合，从而将电压总线254加到流体分配器中的螺线管线圈280、282。该在输入272上的时钟脉冲还清除触发器292并且驱动它的Q输出为低，其使得低侧开关260关闭。流动通过线圈280、282的电流具有通过低侧开关260的路径并且由电流传感电阻284监控。比较器286比较来自电流传感电阻的电压和在输入270接收的电流波形234。当反馈电压超过在输入270的基准时，预设触发器274，由此打开高侧开关258并且从线圈280、282移去电压总线。由线圈280、282的反向EMF引起的电流通过二极管288回扫。电流反馈电压现在小于增加的电流波形，由此使得比较器286从触发器274移去该预设。
这个过程如图7所示，其中示出了电流波形234的上升部分T1期间线圈中的电流的波形281。在输入272上的时钟脉冲279中的一个边沿清除触发器274以提供闭合高侧开关258以将电压总线234加到线圈280、282的输出，由此增加在典型地如283所示的线圈中流动的电流。当来自传感电阻284的电流反馈超过上升电流基准时，预设触发器274，由此打开高侧开关258。在线圈280、282中的电流自由向下(freewheel downward)，典型地如285所示。如果当时钟脉冲加到触发器274时，反馈电压仍然超过上升电流基准270，触发器274维持在它的预设状态。
这个施加和从线圈280、282移去电压总线234的过程在上升电流基准时序脉冲T1以及牵入电流基准时序脉冲T2的持续时间中持续，也就是，在上升和牵入阶段期间持续。在时序脉冲T1期间，在线270上的上升电流基准波形229持续增加直到到达所需的牵入电流幅度。在这点上，启动时序脉冲T2，并且在输入270上的牵入电流基准波形230维持等于所需牵入电流的一致的幅度。在牵入阶段的结尾，时序脉冲T3启动其中在输入270上的下降电流基准波形以减小到保持电流基准幅度的下降阶段。
在输入290上的时序脉冲T3维持触发器274预设，并且因此，保持高侧开关258断开。另外，在输入272上的时钟脉冲驱动Q输出为低，其和在输入291上的时序脉冲T3结合提供输出使得低侧开关260断开。当下降电流基准波形233减小到保持电流基准值235时，来自线圈280、282的回扫电流通过提供反馈电压给比较器300的电流传感电阻298。回扫电流还流过二极管288、289，由此将感应能量返回到电源电容器294、296。当线圈电流快速下降时，如图8的295典型所示，电流传感电阻298持续提供电流反馈到比较器300。当电流反馈下降到输入302上的下降电流基准233之下时，比较器300改变状态并且预设触发器292，由此闭合低侧开关260。将电流经二极管288切换到自由模式，由此减少电流衰减速率，如图7的297所示。当电流的衰减速率减小时，电流反馈超过在输入302上的下降电流基准233，从而改变比较器300的状态并且从触发器292移去预设。在输入272上的下一个时钟脉冲清除触发器292，再一次引起低侧开关260断开，由此再次提供反馈电流到电源电容器294、296。通过这个周期，对低侧开关260进行脉冲宽度调制从而以快速但是可控的方式减少电流，以符合下降电流基准波形233，直到在线圈280、282上存储的剩余感应能量返回到电源。在时序脉冲T3的结尾，低侧开关再次维持闭合，并且高侧开关用保持电流基准波形235工作，以维持通过线圈的电流，如图6的287所示。
通过这个开关模式枪驱动器，监控瞬时枪电流，并且与重现理想的电流与时间之比的曲线的电流波形234比较。基于这个比较，由触发器292实现的脉冲宽度调制器的占空因数被改变以修正由行电压改变、电源波动、枪电感和枪电阻引起的当前的误差。这样，加到枪的时间平均电压由未稳压的电压的脉冲宽度调制来控制。如图6所示，图5A和5B的开关模式枪驱动器被操作用于提供线圈280、282中流动的电流，如图6的299所示，其大致接近电流波形234。
图5A和5B的开关模式枪驱动器具有由整流的、未稳压的行电压来供电的优点，其改进电源效率、减少自发热、改进稳定性、允许更加紧密的包装并可提供重复地枪激活(并且因此，提供更可重复的阀打开和关闭时间)。另外，使用枪绕组作为感应能量存储元件减少了客户定制的磁组件的需要，这减少了制造和存货成本。
虽然通过多种实施例的描述示出了本发明，并且对这些实施例进行了详细描述，但其不是要重新限定或以任何其他方式来限定所附的权利要求的范围到这些细节。在本发明的精神和范围中的另外的优点和修改对于本领域普通技术人员来说很明显。例如，参考图1，控制器92被描述为具有操作者输入以选择电压或电流控制模式或惯性或回扫(flyback)模式。应该认为，在其它实施例中，这些模式的选择是由控制器92的提供者确定的，并且对于用户不可用。在所述的实施例中，在电流控制模式和电压控制模式中，触发信号100的前沿使得高电压总线89和低电压总线156被加到螺线管线圈28。正如我们将认可的，在替换的实施例中，可以延迟低电压总线156的应用直到将高电压总线89从线圈28移去的时间。
以数字逻辑来实现在这里所述的枪驱动器。但是，应该理解，在替换的实施例中，可以使用模拟组件来实现枪驱动器的多种功能。应该认可，可以根据特定分配枪和螺线管线圈的特性和性能以及分配图形和周期的需要来调整电压总线幅度的值。另外，应该理解，在这里所述的枪驱动器的特征能够应用于电分配枪和气动工作的分配枪。
因此，本发明在它最广泛的方案中不限定于所示和所述的特定细节。因此，可以不脱离下面权利要求的精神和范围对在这里所述的细节做出修改。
权利要求
1.一种枪驱动器，其用于可操作地在基片上分配流体的流体分配器，该流体分配器具有可操作地连接到螺线管线圈的分配阀，该螺线管线圈可操作地使得分配阀在用于控制流体从流体分配器的流动的打开和关闭位置之间移动，该枪驱动器包括较高的电压总线；第一开关，其具有电连接到较高的电压总线的一侧和适于连接到螺线管线圈的一端的第二侧；第二开关，其具有适于电连接到螺线管线圈的相对端的一侧；电流传感器，其用于感应在螺线管线圈中的电流；较低的电压总线；第三开关，其具有电连接到较低的电压总线的一侧和适于和螺线管线圈的一端电相接的第二侧；以及控制电路，其可操作地连接到第一开关、第二开关和第三开关，该控制电路提供牵入电流设置点；闭合第一开关以将较高的电压总线加到螺线管线圈和在螺线管线圈中产生电流；响应于在线圈中基本上等于牵入电流设置点的电流断开第一开关，以及操作第二开关以将较低的电压总线加到螺线管线圈，并且维持在线圈中的电流基本上等于牵入电流设置点。
2.如权利要求1所述的枪驱动器，其中，该控制电路基本上和闭合第一开关同时闭合第二开关以连接高电压总线和低电压总线到螺线管线圈。
3.如权利要求1所述的枪驱动器，其中，该高电压总线包括电容器。
4.如权利要求1所述的枪驱动器，进一步包括第一二极管，其包括连接到较高的电压总线的阴极和连接到螺线管线圈的另一端的阳极；以及第二二极管，其包括连接到螺线管线圈的相对端的阴极和连接到第二开关的第二侧的阳极。
5.如权利要求1所述的枪驱动器，其中，该较高的电压总线提供高于可用行电压的电压，并且该较低的电压总线提供低于可用行电压的电压。
6.如权利要求1所述的枪驱动器，进一步包括第三二极管，其包括连接到第三开关一侧的阴极和连接到较低的电压总线的阳极。
7.一种枪驱动器，其用于可操作地在基片上分配流体的多个流体分配枪，该流体分配枪具有分别可操作地连接到多个螺线管线圈的多个分配阀，该螺线管线圈的每一个可操作地使得各个分配阀在用于控制流体从各个流体分配枪的流动的打开和关闭位置之间移动，该枪驱动器包括电压总线；电源开关电路，其具有连接到电压总线的第一侧和适于电连接到多个螺线管线圈的至少一个的第二侧；以及控制器，其可操作地连接到电源开关电路以使得电源开关电路提供牵入电流到多个螺线管线圈，并然后提供保持电流，该控制器包括电压模式控制，该电压模式控制响应于多个在电源总线两端并联连接的螺线管线圈而被使用，以及电流模式控制，该电流模式控制响应于多个与电压总线串联连接的螺线管线圈而被使用。
8.如权利要求7所述的枪驱动器，进一步包括牵入电流定时器，其提供表示牵入电流的持续时间的信号。
9.如权利要求8所述的枪驱动器，其中，该电流模式控制包括电流传感器，其操作地与多个螺线管线圈连接以提供表示在多个螺线管线圈中的电流的反馈信号；以及比较器，其具有滞后值，该比较器包括第一输入，其连接反馈信号，第二输入，其提供电流设置点，以及输出，其连接电源开关电路，该比较器使得该电源开关电路首先响应于小于电流设置点的反馈信号来连接电压总线到多个螺线管线圈，并且然后响应于大于电流设置点的反馈信号来断开电压总线和多个螺线管线圈的连接。
10.如权利要求9所述的枪驱动器，其中，该电流模式控制进一步产生牵入电流设置点和保持电流设置点，该牵入电流设置点由比较器在牵入电流的持续时间使用，而该保持电流设置点由比较器在牵入电流的持续时间之后使用。
11.如权利要求8所述的枪驱动器，其中，该电压模式控制提供电压模式信号，并且该电压模式控制使得开关电路在牵入电流的持续时间将电压总线加到多个螺线管线圈。
12.如权利要求11所述的枪驱动器，其中，该电压模式控制进一步包括脉冲发生器，其操作地连接到电源开关电路，该脉冲发生器使得电源开关电路在牵入电流的持续时间之后，连续连接和断开电压总线和多个螺线管线圈。
13.一种流体分配枪，其用于在基片上分配流体，其包括分配阀，其能在用于控制来自所述流体分配枪的流体的流动的打开和关闭位置之间移动；螺线管线圈，其具有第一端和第二端，并且可操作地使得分配阀在打开和关闭位置之间移动；较高的电压源，其包括第一端子，其提供较高的电压总线，和第二端子；第一开关，其电连接在较高的电压源的第一端子和螺线管线圈的第一端之间；较低的电压源，其包括第一端子，其提供较低的电压总线，和第二端子，该第二端子具有与较高的电压源的第二端子的公共连接；第二开关，其电连接在较低的电压源和螺线管线圈的第一端之间；第三开关，其电连接在螺线管线圈的第二端和较低的电压源的第二端之间；以及控制器，其提供第一、第二和第三输出信号用于分别操作第一、第二和第三开关，该控制电路进一步提供阶梯波形，该阶梯波形包括启动牵入阶段，之后是较小的维持阶段，该控制电路提供第一、第二和第三输出信号以在牵入阶段的初始部分期间闭合第一开关、第二开关和第三开关，并电连接螺线管线圈的第一端和较高的电压总线及较低的电压总线，以及之后提供第二和第三输出信号以在牵入阶段的剩余时间中闭合第二开关和第三开关，并电连接螺线管线圈的第一端和较低的电压总线。
14.一种枪驱动器电路，其用于可操作地在基片上分配流体的流体分配器，该流体分配器具有可操作地连接到螺线管线圈的分配阀，该螺线管线圈可操作地使得分配阀在用于控制来自流体分配器的流体的流动的打开和关闭位置之间移动，该枪驱动器包括整流的、未稳压的电压总线；第一开关电路，其具有电连接到未稳压的电压总线的一侧和适于连接到螺线管线圈的一端的第二侧；电流传感器，其用于感应在螺线管线圈中的电流；以及控制电路，其操作地连接到电流传感器和第一开关电路，该控制电路包括波形发生器，其提供定义上升电流基准、牵入电流基准和后续的保持电流基准的电流基准波形，该控制电路操作第一开关电路以在螺线管线圈中产生基本上首先等于上升电流基准，并且然后等于牵入电流基准，且然后等于保持电流基准的电流。
15.如权利要求14所述的枪驱动器电路，其中，该波形发生器进一步提供在牵入电流基准和保持电流基准之间的下降电流基准，并且该控制电路进一步包括连接到螺线管线圈的相对端的第二开关电路，该第二开关电路具有第一状态，其响应于第一开关电路断开螺线管线圈和未稳压的电压总线而连接回扫电流到未稳压的电压总线，以及第二状态，其允许在螺线管线圈中的电流通过包括螺线管线圈的电路中的电阻而消散；并且该控制电路在第一状态和第二状态之间切换第二开关电路使得在线圈中的电流基本上等于下降电流基准。
16.一种枪驱动器电路，其用于可操作地在基片上分配流体的流体分配器，该流体分配器具有可操作地连接到螺线管线圈的分配阀，该螺线管线圈可操作地使得分配阀在用于控制来自流体分配器的流体的流动的打开和关闭位置之间移动，该枪驱动器包括整流的、未稳压的电压总线；第一开关电路，其具有电连接到未稳压的电压总线的一侧和适于连接到螺线管线圈的一端的第二侧；电流传感器，其用于感应在螺线管线圈中的电流；控制电路，其操作地连接到电流传感器和第一开关电路，该控制电路包括波形发生器，其提供定义上升电流基准、牵入电流基准和后续的保持电流基准的电流基准波形，该控制电路操作第一开关电路以在螺线管线圈中产生基本上等于电流基准波形的电流；以及第二开关电路，其连接到螺线管线圈的相对端，该第二开关电路具有第一状态，其响应于第一开关电路断开螺线管线圈和未稳压的电压总线而连接回扫电流到未稳压的电压总线，以及第二状态，其允许在螺线管线圈中的电流通过包括螺线管线圈的电路中的电阻消散，该控制电路在第一状态和第二状态之间切换第二开关电路使得在线圈中的电流基本上等于下降电流基准。
17.一种操作在基片上分配流体的流体分配枪的方法，该流体分配枪具有操作地连接到螺线管线圈的分配阀，该螺线管线圈可操作地使得分配阀在用于控制来自流体分配器的流体的流动的打开和关闭位置之间移动，该方法包括提供牵入阶段持续时间、牵入电流设置点和较小的保持电流设置点；提供较高的电压总线和较低的电压总线；在牵入阶段持续时间的初始部分将较高的电压总线加到螺线管线圈以快速启动牵入电流通过螺线管线圈；响应于在螺线管线圈中基本上等于牵入电流基准的电流从螺线管线圈移去较高的电压总线；以及将较低的电压总线加到螺线管线圈以维持在螺线管线圈中的电流基本上等于牵入电流基准。
18.如权利要求17所述的方法，进一步包括调制较低的电压总线到螺线管线圈的应用以提供基本上等于牵入电流基准的脉动电流。
19.如权利要求17所述的方法，进一步包括在牵入阶段的初始部分期间将较低的电压总线加到螺线管线圈。
20.如权利要求17所述的方法，进一步包括在牵入阶段持续时间的结尾从螺线管线圈移去较低的电压总线。
21.如权利要求20所述的方法，进一步包括，响应于从螺线管线圈移去较低的电压总线，将来自螺线管线圈的回扫电流钳位到较高的电压总线。
22.如权利要求17所述的方法，进一步包括以利用移去较低的电压获得的回扫电流充电提供较高的电压总线的电容器。
23.如权利要求17所述的方法，进一步包括调制较低的电压总线到螺线管线圈的应用以提供脉动电流以维持在螺线管线圈中的电流基本上等于保持电流基准。
24.一种操作用于在基片上分配流体的流体分配枪的方法，该多个流体分配枪具有分别操作地连接到多个螺线管线圈的多个分配阀，该螺线管线圈的每一个可操作地使得各个分配阀在用于控制来自各个流体分配器的流体的流动的打开和关闭位置之间移动，该方法包括提供电压总线；产生表示牵入电流阶段的持续时间的定时信号；产生电压模式信号，该电压模式响应于多个螺线管线圈在电源总线两端并联连接而被使用，产生电流模式控制信号，该电流模式控制响应于多个螺线管线圈与电压总线串联连接而被使用；以及响应于定时信号、电压模式控制信号和电流模式控制信号操作连接在电压总线和多个螺线管线圈之间的电源开关电路。
25.如权利要求24所述的方法，进一步包括响应于电流模式信号产生表示在多个螺线管线圈中的电流的反馈信号；产生电流设置点；比较滞后值与反馈信号和电流设置点；响应于小于电流设置点的反馈信号使得电源开关电路连接电压总线到多个螺线管线圈；以及响应于大于电流设置点的反馈信号使得电源开关电路断开电压总线和多个螺线管线圈。
26.如权利要求24所述的方法，进一步包括响应于电压模式控制信号使得电源开关电路在牵入电流阶段的持续时间中将电压总线加到多个螺线管线圈；检测在多个螺线管线圈的一个中基本上等于牵入电流设置点的电流；然后产生一系列脉冲；以及以该系列脉冲操作电源开关电路以连续地连接和断开电压总线和多个螺线管线圈。
27.一种操作用于在基片上分配流体的流体分配枪的方法，该该流体分配枪具有操作地连接到螺线管线圈的分配阀，该螺线管线圈可操作地使得分配阀在用于控制来自流体分配器的流体的流动的打开和关闭位置之间移动，该方法包括从行电压提供整流的、未稳压的电压总线；提供连接在未稳压的电压总线和螺线管线圈的一端之间的开关电路；产生表示电流对时间的关系的电流基准波形，其定义上升电流基准、牵入电流基准和后续的保持电流基准；以及操作开关电路以在螺线管线圈中产生基本上等于电流基准波形的电流。
28.如权利要求27所述的方法，进一步包括产生表示在螺线管线圈中的电流的电流反馈信号；以及响应于电流基准波形和电流反馈信号操作开关电路。
29.如权利要求27所述的方法，进一步包括产生包括在牵入电流基准和保持电流基准之间的下降电流基准的电流基准波形；提供与螺线管线圈的相对端连接的第二开关电路，该第二开关电路具有第一状态，其响应于第一开关电路断开螺线管线圈和未稳压的电压总线而连接回扫电流到未稳压的电压总线，以及第二状态，其允许在螺线管线圈中的电流通过包括螺线管线圈的电路中的电阻消散；以及在第一状态和第二状态之间切换第二开关电路使得在线圈中的电流基本上等于下降电流基准。
30.一种操作用于在基片上分配流体的流体分配枪的方法，该该流体分配枪具有操作地连接到螺线管线圈的分配阀，该螺线管线圈可操作地使得分配阀在用于控制来自流体分配器的流体的流动的打开和关闭位置之间移动，该方法包括从行电压提供整流的、未稳压的电压总线；提供连接在未稳压的电压总线和螺线管线圈之间的第一开关电路；产生表示电流对时间的关系的电流基准波形，其定义牵入电流基准、下降电流基准和后续的保持电流；以及操作第一开关电路以在螺线管线圈中产生基本上跟随牵入电流基准的电流；提供与螺线管线圈的相对端连接的第二开关电路，该第二开关电路具有第一状态，其响应于第一开关电路断开螺线管线圈和未稳压的电压总线而连接回扫电流到未稳压的电压总线，以及第二状态，其允许在螺线管线圈中的电流通过包括螺线管线圈的电路中的电阻来消散；以及在第一状态和第二状态之间切换第二开关电路使得在线圈中的电流基本上等于下降电流基准。
全文摘要
本发明公开了一种可操作以在基片上分配流体的驱动器电路。一个驱动器电路使用高和低的电压总线以提供快速牵入电流。在过渡到保持电流期间的回扫电流被钳位到高电压总线以将能量返回到高电压总线(其是电容器)。另一驱动器电路使用过渡电流基准以在初始牵入变换和在从牵入到保持的变换来控制线圈电流。在从牵入到保持的变换中，在回扫模式和自由模式之间调制回扫线圈电流。
文档编号B05D1/26GK1692992SQ20051006671
公开日2005年11月9日 申请日期2005年4月30日 优先权日2004年4月30日
发明者霍华德·埃文斯 申请人:诺信公司