专利名称：使用低功率控制装置的制动器的安全控制的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用低功率安全继电器用于控制例如电磁制动器等电负载的操作的 控制电路。
背景技术：
电梯系统典型地利用电磁制动器以当轿厢停止时保持电梯轿厢在适当位置，并且 在过速或过加速状况、控制器电路故障或掉电情况下提供紧急制动。典型的电梯系统可包 括具有驱动轴(drive shaft)用于旋转滑轮的提升电动机；在滑轮上和电梯轿厢和配重之 间延伸的电缆、带子或绳索。电梯制动器在电动机驱动轴或滑轮上或在其附近安装以控制 轴和滑轮的转动。该电梯制动器典型地是电磁制动器，其被弹簧偏置使得当没有电流流过制动器线 圈时闸片(brake pad)或闸瓦(brake shoe)紧靠闸面被按压。当足够的电流流过制动器线 圈移走闸片或闸瓦而不与闸面接触时，制动器释放，允许驱动轴的转动和电梯轿厢的移动。 移动闸片或闸瓦使得制动器释放所要求的电流称为拾起电流(Pick current)或抬起电流 (lift current)。一旦轴在转动并且轿厢在移动时，维持闸片或闸瓦不与闸面接触所要求 的电流量(称为保持电流)小于拾起或抬起电流。当施加于制动器线圈的电力切断时，电 磁场丧失，并且闸片或闸瓦由弹簧移动使得它回到与闸面接触。电梯系统的提升驱动电动机可以是由将DC电压转换为AC驱动的逆变器驱动的感 应电动机。驱动控制器可控制驱动电动机和制动器控制电路(其使电磁电梯制动器通电和 断电)两者的操作。电梯控制器控制电梯轿厢的起动、运行和停止，并且提供信号给驱动控 制器以协调驱动电动机和电梯制动器的操作。制动器电路还可由DC电力供电，并且包括继电器或半导体开关以控制DC电力到 电磁制动器的输送。该继电器或半导体开关必须能够响应于来自驱动控制器的控制信号使 制动器通电和断电，并且还必须能够在潜在不安全状况出现时使制动器断电以停止电梯轿厢。电梯系统典型地利用包括每个井道门上的井道门触点的安全链，该井道门触 点与电源和电梯的驱动电动机串联连接。轿厢顶部检查开关和井坑紧急停止开关(pit emergency stop switch)也可连接在安全链中。单个井道门触点的开路将断开电源和驱动 电动机和电梯制动器之间的连接，并且只要井道门是打开的则阻止轿厢移动。在楼层的正常停止期间，井道门和电梯轿厢门将打开短时间段以允许乘客进入或 离开电梯轿厢。门然后将再次关闭，并且安全链闭合使得电梯制动器释放并且轿厢可以在 井道中移动到它的下一个站点。如果井道门在轿厢不在邻近该井道门的位置时被人工打开(即，井道门的异常打 开已经发生)，则安全系统将阻止电梯的正常操作直到由异常打开引起的闭锁状况被安全 地清除。安全系统基于下面的假设来操作无论何时只要井道门的异常打开发生，就有人可 能已经进入电梯井道。为了防止当井道门打开时可能已经进入井道的授权或未授权人员的可能伤害，电梯系统进入停运状况，这阻止电梯运动直到遵照特殊顺序。当前，电梯制动器典型地由大继电器触点或昂贵的半导体开关控制。从电源到制 动器线圈的整个能量流由这些继电器触点或开关来开关。随着电梯系统的要求的发展，要 求更大更有力的电磁制动器。这些更大制动器的高电感和更大功率需求要求有能够开关高 电流的安全继电器触点。这可以导致安全继电器更短的工作寿命。另外，对于更大电磁制 动器要求的安全继电器的性质已经排除将该安全继电器与制动器控制的其他电路一起安 装在常见电路板上，并且具有复杂接线，因为安全继电器与制动器串联连接。
发明内容
控制电路控制电功率到例如在电梯或自动扶梯系统中使用的电磁制动器等电负 载的输送。该电路包括用于从电源接收电功率的输入端和用于输送电功率到负载的输出 端。该电路包括具有初级和次级绕组的变压器。初级电路包括与该初级绕组串联的半导体 开关、用于驱动该半导体开关的脉冲宽度调制控制器和用于控制到该脉冲宽度调制控制器 的电力的安全继电器。次级电路包括次级绕组、整流器和电压限制电路。隔离电路提供从 该次级电路到该脉冲宽度调制控制器的反馈信号并且当安全继电器从脉冲宽度调制器去 除电力时提供控制信号到该次级电路以快速耗散负载中的电流。
该图是电梯/自动扶梯制动器的安全控制电路的示意图。
具体实施例方式图示出制动器控制电路10，其接收未调整的DC电压，并且供应DC电力给例如电磁 制动器等电负载。在该实施例中，制动器12是典型的电梯或自动扶梯制动器，其被弹簧偏 置以当断电时防止移动，并且其当通电时允许电梯或自动扶梯移动。驱动控制器14向制动器控制电路10提供控制输入以通过使制动器12通电来使 电梯(或自动扶梯)开始移动，并且通过使制动器12断电来将电梯停在或保持在适当位 置。驱动控制器14还可提供驱动控制信号以控制电梯或自动扶梯驱动电动机(没有示出) 的运行。驱动控制器14响应于安全链15，使得制动器12和驱动电动机仅当安全链15闭合 时通电。备选地，制动器控制电路10可直接响应于安全链15。制动器控制电路10包括输入端20和22、输出端M和沈、变压器观、初级电路30、 次级电路32与隔离电路34和36。变压器28与隔离电路34和36提供初级电路30和次级 电路32之间以及驱动控制器14和次级电路32之间的电隔离。初级电路30包括变压器28的初级绕组38、半导体开关40、安全继电器42A和42B、 脉冲宽度调制(PWM)控制器44、拾起和保持定时器46与电容器48。安全继电器42A包括 继电器线圈58、安全继电器触点52A和监视触点(supervising c0ntact)54A。相似地，安 全继电器42B包括继电器线圈50B、安全继电器触点52B和监视触点MB。次级电路32包括次级绕组58、整流器60、平滑电容器62和制动器关断电压限制 电路64。制动器控制电路10和驱动控制器14两者都参与制动器12的控制。驱动控制器14通过隔离电路36提供制动器抬起命令信号给制动器关断电压限制电路64。为打开(open) 制动器12，驱动控制器14使制动器抬起命令信号命令该制动器关断电压限制电路64施加 次级电路60中的电力到制动器12以抬起或释放制动器12。为合上制动器12，驱动控制器 14使制动器抬起命令信号命令该制动器关断电压限制电路64去除到制动器12的电力。为释放制动器12，安全链15必须闭合，使得制动器控制电路10可以从初级电路 30供应电力给次级电路32。当安全链15闭合时，驱动控制器14提供电力给继电器线圈 50A和50B(或线圈50A和50B可直接通过安全链15的闭合而通电)。线圈50A和50B通 电，使得常开安全继电器触点52A和52B闭合，同时常闭监视触点54A和54B断开。驱动控 制器14通过监测包含监视触点54A和54B的环路来监测安全继电器42A和42B的状态。随着安全继电器触点52A和52B闭合，电流从正输入端20通过触点52A和52B流 到PWM控制器44、拾起和保持定时器46与电容器48。PWM控制器44开始提供驱动脉冲给 半导体开关40 (其可以是例如MOSFET或IGBT或其他功率半导体器件)的控制电极。当开 关40接通时，电流从输入端20通过初级绕组38和开关40流到负输入端22。当来自PWM 控制器44的驱动脉冲结束时，开关40切断，其中断流过初级绕组38的电流。变压器观是高频开关变压器。当来自PWM控制器44的脉冲将开关40接通和切 断时，能量从初级绕组38传送到次级绕组58。在次级绕组58中感生的脉冲电流由整流器 60整流并且由平滑电容器62平滑以在制动器关断电压限制电路64的输入处建立电压。该 整流的电压是PWM控制器44的占空比的函数。最初，要求更高的电压和更大的电流以便允许电磁制动器12的制动器线圈抬起 闸片或闸瓦使其不与闸面接合。一旦闸片或闸瓦已经抬起或拾起，可以减小到制动器12的 电流。PWM控制器44接收通过隔离电路34的电压反馈信号，其指示次级电路32中整流 电压的电压水平。基于该电压反馈，PWM控制器44将控制输送到IGBT40的驱动脉冲的脉 冲宽度。一旦制动器已经抬起，PWM控制器44可以通过减小到开关40的驱动脉冲的脉冲 宽度而减小次级电压。确定何时减小次级电压以产生期望的保持电流水平可以由从制动器 关断电压限制电路64通过隔离电路34向PWM控制器44供应的电流反馈信号或由来自拾 起和保持定时器46的控制信号来提供。在任一情况下，PWM控制器44减小到开关40的驱 动脉冲的脉冲宽度并且继续监测来自次级电路32的电压反馈以维持次级电压在将建立期 望的保持电流的水平。在另一个实施例中，电流反馈信号可以通过在变压器观上的附加绕 组而不是通过单独的隔离电路34来提供。如果安全链15断开，继电器线圈50A和50B直接由安全链15或通过驱动控制器 14断电。结果，安全触点52A和52B断开，其去除到PWM控制器44的电力。到开关40的驱 动脉冲的产生终止，并且电流不再流过初级绕组38。电力不再供应给次级电路32，并且制 动器12断电并且闭合。从而当安全链15断开时制动器控制电路10提供紧急停止。在电梯的正常运行期间，当轿厢接近它将停止的楼层时提升电动机可被控制成减 缓轿厢的移动。在这些情况下制动器12的断电可在轿厢已经达到站点之前或之后马上发 生。驱动控制器14去除或改变制动器抬起命令信号以使制动器关断电压限制电路64从制 动器12去除电力，使得制动器12合上。当井道和电梯门打开时，安全链15断开，其使继电器触点52A和52B断开并且监视触点54A和MB闭合。当安全继电器触点52A和52B中 的一个或两个断开时，到PWM控制器44的电力中断。这停止到开关40的选通脉冲(gate pulse)的产生，并且停止流过初级绕组38的电流。结果，能量不再从初级绕组38流过变压 器28到次级绕组58。当安全继电器触点52A和52B断开时，电力不再供应给次级电路32，并且仅存储在 电容器62和制动器12的线圈中的剩余能量存在。该能量在制动器关断电压限制电路64 中耗散。当电梯和井道门关闭时，安全链15闭合，并且继电器触点52A和52B闭合。这允 许初级电路30再次通电，并且电力再次传送到次级电路32。驱动控制器14然后可以提供 制动器抬起命令信号通过隔离电路36提供给制动器关断电压限制电路64以使制动器12 通电并且打开。当要求紧急停止时安全继电器42A和42B也可以被开关。例如，如果感测到过速 或过加速状况，安全链15响应于这些感测的状况而断开，其去除到继电器线圈50A和50B 的电力(直接或通过驱动控制器14)。一旦制动器抬起命令被去除，安全触点52A和52B断 开，其去除来自PWM控制器44的电力并且导致制动器12的断电。相似地，如果失去到驱动控制器14的电力或驱动控制器14故障，使得它不能再提 供制动器抬起命令信号，并且制动器12将断电并且闭合。如果驱动控制器14也控制线圈 50A和50B，即使安全链15仍然闭合，掉电或其他故障将使安全继电器触点52A和52B断开， 使PWM控制器44停止驱动开关40。结果是制动器12断电，并且闸片或闸瓦接合闸面以停 止轴转动和电梯轿厢移动。如果供应给输入端20和22的未调整的DC电压故障，制动器控制电路10还采用 故障安全方式运行。在该情况下，没有能量从初级电路30通过变压器观传送到次级电路 32。在次级电路32没有电能时，制动器12断电以停止轴转动和电梯轿厢移动。制动器控制电路10利用低功率安全继电器来控制可能要求高功率的制动器。安 全继电器触点52A和52B不在从正输入端20通过初级绕组38和开关40到负输入端22的 主电流路径中。相反，安全继电器触点52A和52B控制电力到PWM控制器44、拾起和保持 定时器46与电容器的输送。结果，由安全继电器触点52A和52B开关的功率量比从输入端 20和22通过制动器控制电路50到输出端M和沈的总功率低得多。安全继电器触点52A和52B开关低功率，即仅是到PWM控制器44的功率而不是流 过变压器观的功率。结果，它们可以较小，并且可以安装在印刷电路板上。相对低的功率 的连接可以从驱动控制器14建立到制动器电路10，因为连接仅参与使安全继电器线圈50A 和50B通电并且监测包含监视触点54A和54B的电流环路。这也简化制动器12的接线，因 为它不必通过继电器触点52A和52B接线。尽管控制电路10已经在上下文中描述控制电梯制动器的通电和断电，电路10可 应用于其他应用或控制到负载的电力。除自动扶梯制动器的应用外，电路10还可以用于控 制在电梯和自动扶梯系统中的电力以控制到电动机的电力供应。它还可以在其他系统中使 用以控制电负载的通电。尽管电感负载已经描述，控制电路可以用于控制电力到电容负载、 欧姆负载和电感负载的输送。尽管本发明已经参考优选实施例描述，本领域内技术人员将认识到可在形式和细节上做出变化而不偏离本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种控制电路，包括用于从电源接收DC电力的输入端； 用于连接到电控负载的输出端； 具有初级和次级的变压器； 初级电路，其包括与所述输入端之间的所述初级串联的开关；用于控制所述开关以使能量从所述初级流到所述次级的脉冲宽度调制(PWM)控制器； 用于控制所述PWM控制器的运行的连接到所述输入端的安全控制电路，所述安全控制 电路包括安全继电器触点，其连接成用于控制从所述输入端到所述PWM控制器的电力； 次级电路，其包括 连接到所述次级的整流器；以及连接在所述整流器和所述输出端之间的电压限制电路；以及隔离电路，其用于提供来自所述次级电路的反馈信号到所述PWM控制器以及提供命令 信号到所述电压限制电路以控制所述负载的通电。
2.如权利要求1所述的控制电路，其中所述安全控制电路进一步包括监视触点。
3.如权利要求2所述的控制电路，其中所述安全继电器触点常开并且所述监视触点常闭。
4.如权利要求1所述的控制电路，其中当所述安全继电器触点从闭合状态切换到断开 状态时所述电压限制电路响应于所述PWM控制器关断而耗散所述次级电路中的能量。
5.如权利要求1所述的控制电路，其中当所述安全继电器触点处于断开状态时所述 PWM控制器断电。
6.如权利要求5所述的控制电路，其中所述PWM控制器当通电时提供PWM驱动脉冲给 所述开关。
7.如权利要求6所述的控制电路，其中所述PWM控制器响应于所述反馈信号减小所述 PWM驱动脉冲的脉冲宽度。
8.如权利要求7所述的控制电路，其中所述反馈信号是在所述次级电路中的电压的函数。
9.如权利要求7所述的控制电路，其中所述反馈信号是在所述次级电路中的电流的函数。
10.如权利要求6所述的控制电路，其中所述初级电路进一步包括用于使所述PWM控制 器在提供给所述开关的所述PWM脉冲开始后的一段时间间隔后减小所述PWM驱动脉冲的脉 冲宽度的定时器。
11.一种制动器控制电路，包括 用于从电源接收DC电力的输入端； 用于连接到电磁制动器的输出端； 具有初级和次级的变压器；与在所述输入端之间的所述初级串联的半导体开关； 用于提供PWM驱动脉冲给所述半导体开关的脉冲宽度调制(PWM)控制器； 用于控制所述PWM控制器的运行的连接到所述输入端的安全控制电路，所述安全控制电路包括安全继电器触点，其连接成用于控制从所述输入端到所述PWM控制器的电力；用于响应于命令信号使所述电磁制动器通电和断电的连接在所述次级和所述输出端 之间的次级电路，当所述安全控制电路去除到所述PWM控制器的电力时所述次级电路使所 述电磁制动器断电。
12.如权利要求11所述的制动器控制电路，其进一步包括用于提供来自所述次级电路的反馈信号到所述PWM控制器的隔离电路；以及其中所述PWM控制器响应于所述反馈信号减小所述PWM驱动脉冲的脉冲宽度。
13.如权利要求11所述的制动器控制电路，其中所述次级电路包括整流器和平滑电容 器，其用于转换由所述次级接收的能量到DC电压。
14.如权利要求12所述的制动器控制电路，其中所述次级电路进一步包括响应于所述 命令信号用于选择性地耗散所述次级电路中的能量的电压限制电路。
15.如权利要求11所述的制动器控制电路，进一步包括用于提供所述命令信号给所述次级电路的驱动控制器。
16.如权利要求15所述的制动器控制电路，其中所述驱动控制器响应于安全链以当安 全链闭合时使所述安全继电器触点闭合并且当所述安全链断开时使所述安全继电器触点 断开。
17.如权利要求16所述的制动器控制电路，其中所述安全控制电路进一步包括由所述 驱动控制电路监测的监视触点。
18.如权利要求17所述的制动器控制电路，其中所述安全继电器触点常开并且所述监 视触点常闭。
19.如权利要求11所述的制动器控制电路，其中所述PWM控制器响应于所述反馈信号 减小所述PWM驱动脉冲的脉冲宽度。
20.如权利要求11所述的制动器控制电路，其中所述初级电路进一步包括用于使所述 PWM控制器在提供给所述开关的所述PWM脉冲开始后的一段时间间隔后减小所述PWM驱动 脉冲的脉冲宽度的定时器。
全文摘要
控制电路选择性地使例如电梯或自动扶梯制动器(28)等负载通电。该电路包括具有与由脉冲宽度调制(PWM)控制器驱动的半导体开关(40)串联连接的初级绕组的变压器(12)。到所述PWM控制的电力通过安全继电器触点(52A、52B)供应。当所述负载要通电时，所述安全继电器触点闭合并且所述PWM控制器驱动所述半导体开关以供应能量通过所述变压器给所述次级电路。到次级电路(64)的命令信号使在所述次级中的电力施加于所述负载(12)。如果所述安全继电器触点断开，所述PWM控制器关断并且电力不再输送给所述次级电路和所述负载。
文档编号B66B1/32GK102066224SQ200880129954
公开日2011年5月18日 申请日期2008年6月17日 优先权日2008年6月17日
发明者J·格温纳, M·德姆罗 申请人:奥蒂斯电梯公司