专利名称：电路、开关装置和用于无电流地开关电路的功率电路的方法
技术领域：
本发明涉及一种具有功率电路以及控制电路的电路、 一种开关装置和 一种方法，借助该方法可以激活或禁用尤其按照本发明的电路的功率电路 被，以及一种包括开关装置的手持式电动工具机。
背景技术：
在接通和关断电组件时，通断功率电路中的大电流和通断控制电路中 的小电流是不同的。因为在打开开关时在功率电路中由于大的流动电流经 常出现电弧，它们导致开关中电触点的粘接和悍接。此外经常需要机械地 断开电路，例如在使用锂离子电池的时候。
发明内容
本发明的任务是，实现成本有利的电路、成本有利的开关装置以及成 本有利的方法，借助该方法可以开关功率电路，而不会造成所使用开关的 焊接或粘接。
该任务通过具有功率电路以及控制电路的电路解决，其中可以通过控 制电路激活和禁用所述功率电路，其中仅在功率电路已接通时功率电路才 可以被激活并且仅在功率电路接通期间，功率电路才可以被禁用(致不起 作用)。
在本发明意义上的功率电路中在激活状态中流动足够大的电流，所述 电流在打开设置在功率电路中的开关机构时可以导致电弧，所述电弧可以 焊接或粘接开关机构的触点并因此可以导致开关机构的强烈的磨损或者甚 至导致开关机构的损坏。与此相反，在本发明的意义上的控制电路中流动 足够小的电流，从而在打开设置在控制电路中的开关机构时不产生导致开 关机构的强烈的磨损或者甚至导致开关机构的损坏的电弧。
此外，通过在本发明的意义上的控制电路激活功率电路能够实现功率电路中的电流流动，而通过禁用来结束功率电路中的电流流动。在此要考 虑到，电路的电感暂态特性和可能的电容暂态特性可以导致一个小的时间 延迟，其例如在激活时导致电流上升或者在禁用时导致电流下降。
按照本发明，在功率电路已经接通以后，才通过控制电路激活功率电 路。因为通过控制电路激活功率电路才使功率电路中的电流流动成为可能， 所以功率电路的接通在无电流的功率电路中进行。
此外按照本发明，当功率电路仍接通时，通过控制电路禁用功率电路 并因此结束功率电路中的电流流动。因为通过控制电路禁用功率电路结束 了功率电路中的电流流动，所以功率电路的关断是在基本上无电流的功率 电路中进行的。在此，表述"基本上"与电路的上述电感暂态特性和必要 时的电容暂态特性相关并且在下面也是指这一点。
因为在基本上无电流的功率电路中进行功率电路的接通和关断，所以 根本不再出现可以导致开关的焊接或粘接的电弧，从而为了开关功率电路 可以使用成本有利的开关。因为开关只须导引而无须通断功率电路的电流。
与开关处于基本上无电流的状态中的功率电路不同，控制电路被开关， 尽管电流可以在控制电路中流动。因此也不必激活或禁用控制电路。因此 开关控制电路与开关功率电路的差别在于，控制电路中的电流在开关时也 可以流动。然而，在控制电路中仅流动小的电流，从而在开关控制电路时， 更确切地说，不仅在激活而且在禁用功率电路时都仅通断小的电流。因此 开关控制电路也不导致所使用的开关的强烈磨损，从而为了开关控制电路 也可以使用成本有利的开关。
特别优选地，对于开关功率电路和开关控制电路使用相同的开关，从 而开关由于大批量使用而是成本有利的。
优选地，基本上在开关控制电路时进行功率电路的激活和禁用。因此， 在接通功率电路以后在时间上延迟地进行控制电路的接通并且在关断控制 电路以后在时间上延迟地进行功率电路的关断。由于时间上的延迟，在基 本上已起振的电路中进行功率电路的接通和关断。因此在基本上无电流的 功率电路中进行功率电路的接通和关断。
此外，优选机械地和/或电地进行功率电路和/或控制电路的开关。在此，作为开关可以分别使用在其开关状态中保持稳定的开关，例如双稳态 的翻转开关、继电器、接触器或步进开关。但是也可以使用当操纵力撤消 时返回其初始状态的按键或单稳态的翻转开关。因为在时间上先后地开关 功率电路和控制电路，所以可以机械地先后进行所述开关。这种先后机械 地开关功率电路和/或控制电路可以在机械上以少的耗费实现。只要在开关
时保持在图4中所示的时间变化曲线，可以使用任意的开关。
优选电地、尤其借助功率半导体进行功率电路的激活和禁用。因此信 号电路电地、尤其借助功率半导体激活功率电路。作为用于激活和禁用功 率电路的功率半导体可以使用例如一个或多个(双极型)晶体管、MOSFET (金属氧化物半导体场效应晶体管)、闸流管、IGBT(绝缘栅双极晶体管)、 三端双向可控硅开关元件(triode alternating current switch)或集成电路(IC， integrated circuit)。此外可以考虑功率半导体的任意组合，例如全桥、半桥、 级联等。
因此，通过接通控制电路中的小电流来激活功率电路以及接通功率电 路中的大电流并且通过关断控制电路中的小电流来禁用功率电路以及关断 功率电路中的大电流。
此外，该任务通过一开关装置解决，该开关装置包括操纵机构，以及 用于开关尤其按照本发明的电路的功率电路的第一开关和用于开关尤其按 照本发明的电路的控制电路的第二开关，其中可以通过操纵操纵机构来开 关第一开关以及第二开关，其中只有当第一开关已开关时，第二开关才可 以被开关。
按照本发明，通过操纵所述操纵机构先后地开关第一开关和第二开关， 更确切地说，在第一开关已经接通功率电路以后，才开关控制电路的第二 开关。因为通过接通控制电路来激活或禁用功率电路，所以开关功率电路 的第一开关总是开关在基本上无电流的状态中的功率电路。因为两个开关 于是只开关小的电流或者甚至无电流地开关，所以可以使用成本有利的开 关。
优选地在空间上错位地设置第一开关以及第二开关，和/或操纵机构具 有结构，从而操纵机构在操纵时先后地与两个开关中的一个开关共同作用并开关这个开关。可以以低的耗费成本有利地实现这种开关装置。此外， 可以使用结构相同的开关，由此由于开关的大批量使用而降低了开关装置 的成本。
此外，该任务通过一种方法解决，通过该方法可以激活或禁用尤其按 照本发明的电路的功率电路，其中电路包括功率电路以及控制电路，其中 在通过接通控制电路激活功率电路之前，接通功率电路。因为通过接通控 制电路才激活功率电路，所以在无电流状态中进行功率电路的接通。
优选地，在关断功率电路之前，关断控制电路并由此禁用功率电路。 因为当通过关断控制电路禁用功率电路时，才实现功率电路的关断，所以 也在基本上无电流的状态中进行功率电路的关断。
因此作为用于开关功率电路的开关可以使用成本有利的开关。因为在 控制电路中总是流动小的电流，所以为了开关控制电路也可以使用成本有 利的开关。
优选地，使用按照本发明的开关装置开关功率电路以及控制电路，从 而可以借助成本有利的开关及尤其机械地、非常简单地实现所述方法。
此外，该任务还通过一种包括按照本发明的开关装置的手持式电动工 具机解决。手持式电动工具机例如是电动剪刀、圆锯、刺锯或链锯、手电 钻或其他在车间、花园或家庭中使用的机器。但本发明不局限于这些应用， 而是也可以应用于各种其他技术领域中，例如应用于汽车中。
下面借助于附图描述本发明。附图仅仅是示例性的并且不限定一般性 的发明构思。附图中
图1示意性地示出按照本发明的电路，
图2示出用于开关按照本发明的电路的功率电路和控制电路的按照本 发明的幵关装置，
图3示出按照本发明的开关装置的变形方案，
图4示出在开关按照本发明的开关装置的第一开关和第二开关与在按
照本发明的电路的功率电路中流动的电流之间的时间变化曲线。
具体实施例方式
图1示意性地示出按照本发明的电路6,该电路包括具有第一开关2的 功率电路62以及具有第二开关3的控制电路63。虽然通过操纵第一开关2 接通功率电路62，但是仍无电流可以流动。在功率电路62中的第一开关2 接通以后，操纵控制电路63中的第二开关3，从而接通设置在功率电路62 与控制电路63之间的功率半导体632并且该功率半导体632激活功率电路 62，从而现在功率电路62中电流也可以流动。功率半导体632例如是双极 型晶体管、MOSFET、闸流管、TRIAC、 IC或IGBT。在此不仅可以使用一 个而且可以使用多个功率半导体632，它们以全桥电路、半桥电路、级联电 路或类似电路相互连接。功率电路62提供一个或多个输出直流电压或者单 相或多相的输出交流电压作为输出电压7，所述输出直流电压例如可以是脉 冲宽度调制的。作为输入电压优选地可以是尤其由锂离子电池提供的直流 电压或者单相或多相的交流电压。在此开关的保护与电压源的类型无关， 从而也可以由任意其他的输入电压源提供输入电压，例如由铅电池或其他 电池类型、电源接头等提供输入电压。
图2示出用于开关按照本发明的电路6的功率电路62以及按照本发明 的电路6的控制电路63的开关装置。该开关装置具有操纵机构1,在这里 是操纵杆，通过它可以开关第一开关2和第二开关3。因此，以下使用概念 操纵杆1同义于概念操纵机构1。作为第一开关2以及第二开关3通常设置 机械地操纵的典型开关。但只要遵守按照图4的开关时间，也可以是其他 的开关机构，例如继电器、按键等等。操纵杆1围绕轴5可转动地支承， 如在图2a)中所示，并因此在操纵时被转动。通过在通过箭头4表示的转 动方向上围绕轴5转动操纵杆1使操纵杆1在它的与轴5相反的端部上与 第一开关2的操纵配合机构21接触并且接通第一开关2，如在图2b)中所 示。由此接通按照本发明的电路6的功率电路62,而无电流I可以在功率 电路62中流动。随后，通过在同一转动方向4上继续转动操纵杆1使操纵 杆1通过其与轴5相反的端部与第二开关3的操纵配合机构31接触并接通 第二开关3,如在图2c)中所示。由此接通按照本发明的电路6的控制电路63，从而功率电路62被激活并且电流I可以在功率电路62中流动。因 此先后接通两个开关2， 3。
这样机械地实现第一开关2和第二开关3的先后接通，即开关2， 3在 空间上相互错位地设置，从而保证，操纵机构1不同时接通第一开关2和 第二开关3。通过与转动方向4反向地倒转首先解除操纵杆1的与轴5相反 的端部与第二开关3的操纵配合机构31的接触，从而关断第二开关3。由 此关断控制电路63并由此也禁用功率电路62，从而结束功率电路62中的 电流。然后操纵杆1的与轴5相反的端部与第一开关2的操纵配合机构21 的接触被解除，由此关断第一开关2并因此关断功率电路62。
因此为了接通和关断功率电路62最终使用被机械地先后操纵的两个开 关2、 3， gp，在接通功率电路62时首先被操纵的第一开关2，它接通功率 电路62，和随后被操纵的第二开关3，它接通控制电路62并由此通过功率 半导体632激活功率电路62。在关断时，首先被操纵的第二开关3关断控 制电路62，从而禁用功率电路62，随后被操纵的第一开关2关断功率电路 62。
用于开关按照本发明的电路的开关装置例如被实现为压力开关。可能 的其他开关装置是杆、侧板开关、滑阀、旋钮、其他的机械装置、继电器 或接触器电路。
图3示出用于开关按照本发明的电路6的开关装置变形方案。在此图 3A)示出在图2中所述的开关装置的变形方案。在变形方案图3B)中实现 第一开关2和第二开关3的先后的开关，其方式是，开关2， 3不在空间上 错位地设置，而是设置在同一平面中，但是操纵杆1具有结构11，例如台 阶或斜面，从而第一开关2的操纵配合机构21在转动操纵杆1时比第二开 关3的操纵配合机构31更早地与操纵杆1的与轴5相反的端部接触，并且 从而在与转动方向4反向地倒转操纵杆1时操纵杆1与第一开关2的操纵 配合机构21的接触比操纵杆1与第二开关3的操纵配合机构31的接触被 更早地解除。在图3C)的变形方案中示出图3B)和图3A)的开关装置的 组合。因此在这个变形方案中操纵杆1不仅具有引起开关第一开关2和第 二开关3之间的在时间上的延迟的结构11，而且第一开关2和第二开关3在空间上错位地设置。
两个附图1， 2示出结构相同的开关2， 3的成本有利的应用。但是同 样可以使用两个不同的开关类型和开关技术
图4示出在开关图2和3A) -C)中所示变形方案的按照本发明的开关 装置的第一开关2和第二开关3与在按照本发明的电路的功率电路62中流 动的电流I之间的时间变化曲线。在此，图4a)示出第一开关2的开关状 态，第一开关2开关按照本发明的电路6的功率电路62，以及图4b)示出 第二开关3的开关状态，第二开关3开关按照本发明的电路6的控制电路 63。最后，图4c)示出功率电路62中的电流I电路电流变化曲线。
在时刻Tl,通过围绕转动方向4转动操纵杆1来操纵第一开关2并闭 合功率电路62。通过在转动方向4上继续转动操纵杆1接通第二开关3， 从而使控制电路63在时刻T2闭合。由此控制电路63尤其通过功率半导体 632激活功率电路62，然后功率电路62的电流I可能以一个小的时间延迟 升高。该小的时间延迟的原因在于，电路6的电感元件可能延迟电流升高。 通过反转操纵杆1首先解除操纵杆1与第二开关3的操纵配合机构31的接 触，从而在时刻T3关断第二开关3并且打开控制电路63。由此控制电路 63通过功率半导体632禁用功率电路63，接着功率电路63的电流I可能 由于电路的拓扑以一个小的时间延迟下降。如果还继续与转动方向4反向 地转动操纵杆1，则也解除操纵杆1与第一开关2的操纵配合机构21的接 触，由此关断第二开关并因此打开功率电路62。在第一开关2的这个开关 时刻，功率电路62不再导引电流，从而功率电路62在这个时刻是基本无 电流的。
权利要求
1.具有一功率电路(62)以及一控制电路(63)的电路(6)，其特征在于，所述功率电路(62)可以借助所述控制电路(63)激活和禁用，其中只有在所述功率电路(62)已被接通时所述功率电路(62)才可被激活，并且只有在所述功率电路(62)已被接通期间所述功率电路(62)才可被禁用。
2. 如权利要求l所述的电路(6)，其特征在于，所述功率电路(62)的激活和禁用基本上在开关所述控制电路(63)时进行。
3. 如以上权利要求中任一项所述的电路(6)，其特征在于，所述功率电路(62)和/或所述控制电路(63)的开关机械地和/或电地进行。
4. 如以上权利要求中任一项所述的电路(6)，其特征在于，所述功率电路(62)的激活和禁用电地进行、尤其是借助一功率半导体(632)进行。
5. 开关装置，它包括一操纵机构(l)，以及一用于开关尤其如权利要求l一4中任一项所述的电路(6)的功率电路(62)的第一开关(2)和一用于开关尤其如权利要求l一4中任一项所述的电路(6)的控制电路(63)的第二开关(3)，其中所述第一开关(2)以及所述第二开关(3)可以通过所述操纵机构(1)的操纵被开关，其中只有当所述第一开关(2)已被接通时，所述第二开关(3)才可以被开关。
6. 如权利要求5所述的开关装置，其特征在于，所述第一开关(2)以及所述第二开关(3)在空间上错位地设置，和/或所述操纵机构(1)具有一结构(11)，使得所述操纵机构(1)在所述操纵时先后地与这两个开关(2，3)中的一个开关共同作用并开关这个开关。
7. —种方法，通过它可以激活或禁用尤其如权利要求l一4中任一项所述的电路(6)的功率电路(62)，其中所述电路(6)包括所述功率电路(62)以及一控制电路(63)，其中在通过接通所述控制电路(63)激活所述功率电路之前，接通所述功率电路(62)。
8. 如权利要求7所述的方法，其特征在于，在关断所述功率电路(62)之 前，关断所述控制电路(63)并由此禁用所述功率电路(62)。
9. 如权利要求7—8中任一项所述的方法，其特征在于，通过如权利要求5 或6所述的开关装置开关所述功率电路(62)以及所述控制电路(63)。
10. —种手持式电动工具机，包括如权利要求5或6中任一项所述的开关 装置。
全文摘要
本发明涉及一种具有功率电路及控制电路的电路，其中功率电路可通过控制电路激活和禁用，其中仅在功率电路已被接通时功率电路才可被激活并且仅在功率电路已被接通期间，功率电路才可被禁用。本发明还涉及开关装置，它包括操纵机构，及用于开关按照本发明的电路的功率电路的第一开关和用于开关按照本发明的电路的控制电路的第二开关，其中第一开关及第二开关可通过操纵机构的操纵被开关，其中仅当第一开关已被接通时，第二开关才可被开关。本发明还涉及一种方法，通过它可激活或禁用尤其按照本发明的电路的功率电路，其中在通过接通控制电路激活功率电路之前，为了接通功率电路中的电流首先接通功率电路。本发明还涉及一种包括开关装置电动手持工具机。
文档编号H01H33/04GK101661849SQ20091017102
公开日2010年3月3日 申请日期2009年8月28日 优先权日2008年8月29日
发明者A·基纳斯特, A·弗里泽 申请人:罗伯特·博世有限公司