继电器控制设备的制作方法

1.本技术要求享有于2020年1月3日在韩国提交的韩国专利申请第10
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2020
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0000993号的权益，通过引用将该申请的公开内容并入本技术。
2.本公开内容涉及继电器控制设备，更特定而言，涉及用于防止浪涌流到继电器中的继电器控制设备。


背景技术：

3.近来，对诸如笔记本电脑、摄影机和便携式电话之类的便携式电子产品的需求急剧增加，并且已正式开发出电动车辆、能量储存电池、机器人、人造卫星等。因此，正积极研究允许重复充放电的高性能电池。
4.当前可市售的电池包括镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池、锂电池等。在这些电池中，锂电池受到公众的关注，因为它们与镍基电池相比几乎不具有记忆效应并且还具有非常低的自放电速率和高能量密度。
5.在这种电池的充电和放电的过程中，若施加了过电压，则不仅电池而且包括电池的电池组的元件可能受到严重的损坏。
6.传统上，为了防止电池和负载因这种高电压而损坏，已公开了一种电池组及其驱动方法，其确定是否向电池组施加了高电压并根据确定结果控制充电开关或放电开关的操作状态(专利文件1)。
7.然而，在专利文件1中，由于通过bms控制充电开关和放电开关的操作状态，因此当bms处于唤醒状态时，即使过电压被施加到电池组，也不能控制充电开关和放电开关的操作状态。
8.此外，专利文件1公开了一种配置，其基于可对电容器充电的最大电压，相对于正极端子的电压设定参考电源的电压。这里，若参考电源的电压大于充电开关和放电开关的承受电压，则当充电开关和放电开关导通时，存在充电开关和放电开关可能损坏的问题。也就是说，在专利文件1中，只基于电容器的最大电压来设定参考电源的电压以防止根据电容器的电压而流动大电流，但其未公开考虑充电开关和放电开关的承受电压来设定参考电压。
9.因此，专利文件1的问题在于，即使没有过电流，也可能基于电容器的最大电压施加高于充电开关和放电开关的承受电压的电压而造成损坏。
10.(专利文件1)kr 10
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2016
‑
0100675a


技术实现要素：

11.技术问题
12.本公开内容被设计以解决现有技术的问题，因此本公开内容旨在提供一种继电器控制设备，其能够根据被设定为对应于继电器的承受电压的参考电压来控制继电器的操作状态。
13.本公开内容的这些及其他目的和优点可从以下详细描述来理解，并且将从本公开内容的示例性实施方式而变得更加完全显而易见。而且，将容易理解，可通过所附权利要求书中所示的手段及其组合实现本公开内容的目的和优点。
14.技术方案
15.在本公开内容的一个方面，提供一种继电器控制设备，包括：继电器，所述继电器设置在电池单元与组件端子之间的主路径上并被配置为根据操作状态而将所述主路径电气连接或断开；和比较器，所述比较器被配置为从所述主路径接收比较电压并基于参考电压与所述比较电压之间的差向所述继电器输出结果信号。
16.所述继电器可被配置为接收所述结果信号并根据所接收的结果信号的大小将操作状态控制为导通状态或截止状态。
17.所述比较器可被配置为接收所述继电器和所述组件端子之间的所述比较电压。
18.所述继电器可包括二极管，所述二极管被设置成使得从所述电池单元朝向所述组件端子的方向是正向方向。
19.所述比较器可被配置成接收对应于所述继电器的承受电压的参考电压。
20.所述比较器可被配置成当所述比较电压大于所述参考电压时输出第一结果信号，以将所述继电器的操作状态控制为截止状态。
21.所述比较器可被配置成当所述比较电压小于所述参考电压时输出第二结果信号，以将所述继电器的操作状态控制为导通状态。
22.在本公开内容的另一方面，所述继电器控制设备可进一步包括：电压源，所述电压源被配置为将所述参考电压施加到所述比较器；可变电阻器，所述可变电阻器设置在所述电压源与所述比较器之间；和控制单元，所述控制单元被配置为通过调整所述可变电阻器的电阻而将施加至所述比较器的所述参考电压的大小调整成对应于所述继电器的所述承受电压。
23.所述控制单元可被配置为确定所述继电器的劣化程度并基于所确定的劣化程度调整所述可变电阻器的电阻。
24.所述控制单元可被配置为根据所述继电器的操作数量确定所述劣化程度。
25.在本公开内容的又一方面，提供一种电池组，所述电池组包括根据本公开内容的继电器控制设备。
26.有益效果
27.根据本公开内容的一个方面，可防止浪涌流到继电器中。因此，可防止继电器因流入的浪涌而损坏。
28.而且，根据本公开内容的一方面，可将参考电压设定成对应于继电器的承受电压。因此，基于对应于继电器的承受电压的参考电压，即使继电器劣化，也可防止浪涌流到继电器中。此外，即使因继电器的更换而导致承受电压改变，也可设定对应于改变的承受电压的参考电压。
29.此外，根据本公开内容的一方面，由于防止浪涌流到继电器中，因此可防止在包括继电器控制设备的电池组中设置的元件被浪涌损坏。
30.本公开内容的效果不限于上述效果，本领域技术人员将从权利要求的描述清楚地理解未提到的其他效果。
附图说明
31.附图示出本公开内容的优选实施方式并与前述公开内容一起用于提供对本公开内容的技术特征的进一步理解，因此，本公开内容不被解释为限制于附图。
32.图1是示意地示出根据本公开内容的实施方式的继电器控制设备的图。
33.图2是示出包括根据本公开内容的实施方式的继电器控制设备的电池组的示例性构造的图。
34.图3是示出包括根据本公开内容的实施方式的继电器控制设备的电池组的另一示例性构造的图。
35.图4是示出包括根据本公开内容的另一实施方式的继电器控制设备的电池组的示例性构造的图。
具体实施方式
36.应理解，本说明书和随附的权利要求书中使用的术语不应被解释为限制于一般及词典含义，而是应在允许发明人为了最佳说明而适当地定义术语的原则的基础上，基于对应于本公开内容的技术方面的含义和构思来解释。
37.因此，本文进行的描述仅是为了说明目的的优选示例，而并非意欲限制本公开内容的范围，因此应理解，在不脱离本公开内容的范围的情况下可对其做出其他等同替换及修改。
38.另外，在描述本公开内容时，当认为相关已知元件或功能的详细描述会使本公开内容的关键主题混淆时，在本文中将省略该详细描述。
39.包括诸如“第一”、“第二”等的序数的术语可用于将各个元件中的一个元件与另一元件区别开，但不意欲由这些术语限制这些元件。
40.在整个说明书中，当一部分被称为“包括”或“包含”任何元件时，其意指该部分可另外包括其他元件，而不排除其他元件，除非另有特定说明。
41.另外，本说明书中描述的术语“控制单元”是指处理至少一个功能或操作的单元，且可通过硬件、软件或硬件和软件的组合来实施。
42.另外，在整个说明书中，当一部分被称为“连接”至另一部分时，其并不限制于他们“直接连接”的情况，而是还包括在其间介入有另一元件而使他们“间接连接”的情况。
43.以下，将参照附图详细描述本公开内容的优选实施方式。
44.图1是示意地示出根据本公开内容的实施方式的继电器控制设备100的图。图2是示出包括根据本公开内容的实施方式的继电器控制设备100的电池组1的示例性构造的图。
45.参照图2，根据本公开内容的实施方式的继电器控制设备100可被提供至电池组1。
46.例如，在图2的实施方式中，电池组1可包括电池单元10和继电器控制设备100。
47.这里，电池单元10是指具有负极端子和正极端子并且可物理分开的一个独立的电池。例如，一个锂离子电池或一个锂聚合物电池可被视为电池单元10。另外，与图2的实施方式不同，电池组1可包括至少一个电池模块，在电池模块中串联和/或并联连接一个或多个电池单元10。以下，为了便于说明，将描述在电池组1中提供一个电池单元10。
48.参照图1和图2，根据本公开内容的实施方式的继电器控制设备100可包括继电器110和比较器120。
49.继电器110设置在电池单元10与组件端子之间的主路径上并且可被配置成根据其操作状态将主路径电气连接或断开。
50.这里，主路径可以是电池单元10与电池组1的电极端子之间的路径。也就是说，主路径可以是电池单元10的充电电流或放电电流所流过的大电流路径。
51.例如，在图2的实施方式中，继电器110可设置在电池单元10与电池组1的正极端子p 之间。
52.比较器120可被配置成从主路径接收比较电压。
53.特定地，比较器120可包括用于接收比较电压的第一输入端子i1、用于接收参考电压的第二输入端子i2和用于输出结果信号的输出端子o。此外，比较器120可进一步包括功率端子，驱动功率被施加到该功率端子，并且优选地，可从电池单元10施加驱动功率。
54.例如，在图2的实施方式中，比较器120的第一输入端子i1可通过第一线l1连接至主路径。施加至主路径的电压可通过第一线l1输入到比较器120的第一输入端子i1。
55.此外，在图2的实施方式中，比较器120的第二输入端子i2可连接到第二线l2。因此，可通过第二线l2将参考电压输入到比较器120的第二输入端子i2。
56.此外，在图2的实施方式中，比较器120的输出端子o可连接至第三线l3。特定地，比较器120的输出端子o可通过第三线l3连接至继电器110。因此，从比较器120输出的结果信号可通过第三线l3输入到继电器110。
57.此外，比较器120可被配置为基于参考电压与比较电压之间的差将结果信号输出到继电器110。
58.优选地，比较器120可根据参考电压和比较电压的大小输出不同的结果信号。例如，若参考电压大于比较电压，则比较器120可输出第一结果信号，若参考电压小于比较电压，则比较器120可输出第二结果信号。
59.在图2的实施方式中，比较器120的输出端子o可根据参考电压和比较电压的大小输出第一结果信号或第二结果信号。
60.继电器110可被配置成接收结果信号。
61.优选地，继电器110可以是场效应晶体管(fet)。更优选地，继电器110可以是金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)。
62.例如，在图2的实施方式中，继电器110可包括栅极端子g、漏极端子d和源极端子s。优选地，继电器110的漏极端子d可连接至电池单元10的正极端子，且源极端子s可连接至电池组1的正极端子p 。另外，栅极端子g可连接至比较器120的输出端子o。因此，从比较器120输出的结果信号可被施加至继电器110的栅极端子g。
63.继电器110可被配置成根据所接收的结果信号的大小将其操作状态控制为导通状态或截止状态。
64.可对应于从比较器120接收的结果信号来控制操作状态。例如，继电器110可以是p沟道mosfet。由于p沟道mosfet的特性，若将大于阈值电压的电压施加到栅极端子g，则继电器110可被控制为截止状态，若施加小于阈值电压的电压，则继电器110可被控制为导通状态。
65.更特定地，将参照图3描述控制继电器110的操作状态的实施方式。
66.图3是示出包括根据本公开内容的实施方式的继电器控制设备100的电池组1的另
一示例性构造的图。特定地，图3是示出将负载20连接至图2的实施方式中的电池组1的示例的图。
67.参照图3，可从负载20通过第一线l1将比较电压(vc)施加至比较器120的第一输入端子i1，且可通过第二线l2将参考电压(vr)施加至第二输入端子i2。此外，比较器120的输出端子o可通过第三线l3连接至继电器110的栅极端子g，以便将结果信号(vo)施加至栅极端子g。
68.若比较电压(vc)大于参考电压(vr)，则比较器120可输出第一结果信号以将继电器110的操作状态控制为截止状态。
69.例如，在图3的实施方式中，若通过第一线l1输入到第一输入端子i1的比较电压(vc)大于通过第二线l2输入到第二输入端子i2的参考电压(vr)，则可从输出端子o输出第一结果信号作为结果信号(vo)。可通过第三线l3将第一结果信号施加至栅极端子g。在该情况中，栅极端子g与源极端子s之间的电压差可大于阈值电压。因此，继电器110变成截止状态，并且可不从源极端子s向漏极端子d流动电流。
70.相反地，若比较电压(vc)小于参考电压(vr)，则比较器120可被配置为输出第二结果信号以将继电器110的操作状态控制为导通状态。
71.例如，在图3的实施方式中，若通过第一线l1输入到第一输入端子i1的比较电压(vc)小于通过第二线l2输入到第二输入端子i2的参考电压(vr)，则可从输出端子o输出第二结果信号作为结果信号(vo)。可通过第三线l3将第二结果信号施加到栅极端子g。在该情况中，栅极端子g与源极端子s之间的电压差可低于阈值电压。因此，继电器110成为导通状态，并且可在源极端子s与漏极端子d之间形成沟道。电流可通过此沟道从源极端子s流向漏极端子d。
72.因此，根据本公开内容的实施方式的继电器控制设备100可阻挡从负载20向电池单元10流动的浪涌。因此，继电器控制设备100可防止继电器110损坏。此外，由于浪涌经由连接至比较器120的接地而散发出去，因此可防止包括继电器控制设备100的电池组1的内部元件因浪涌而损坏。
73.同时，提供于继电器控制设备100的控制单元150可选择性地包括本领域已知的处理器、专用集成电路(asic)、其他芯片集、逻辑电路、寄存器、通信调制解调器、数据处理装置等以执行在本公开内容中执行的各种控制逻辑。而且，当以软件实施控制逻辑时，控制单元150可实施为一组程序模块。此时，程序模块可被储存在存储器中并由控制单元150执行。存储器可位于控制单元150内部或外部，并且可通过各种熟知手段连接至控制单元150。
74.比较器120可被配置为接收继电器110与组件端子之间的比较电压。
75.特定地，比较器120可连接在继电器110与电池组1的正极端子p 之间。此外，比较器120可接收继电器110与电池组1的正极端子p 之间的电压作为比较电压。
76.例如，在图3的实施方式中，比较器120可通过第一线l1连接在继电器110的源极端子s与电池组1的正极端子p 之间。此外，比较器120可通过第一输入端子i1接收继电器110的源极端子s与电池组1的正极端子p 之间的电压作为比较电压(vc)。这里，比较电压(vc)可与负载20的电压相同。
77.此外，若比较电压(vc)低于参考电压(vr)，则比较器120可将继电器110的操作状态控制为导通状态。换句话说，比较器120可防止在继电器110被施加高电压时流动大电流。
78.因此，根据本公开内容的实施方式的继电器控制设备100可防止大电流流过继电器110，由此防止继电器110被大电流损坏。此外，继电器控制设备100可防止电池组1的内部元件因流过继电器110的大电流而损坏。
79.继电器110可包括二极管，该二极管被设置成使得从电池单元10朝向组件端子的方向是正向方向。
80.特定地，继电器110可包括二极管，其中从漏极端子d朝向源极端子s的方向是正向方向。这里，二极管可以是寄生二极管(体二极管)。
81.例如，在图2的实施方式中，假设负载20被连接到电池组1。在电池单元10放电的情况中，从电池单元10输出的电流可通过二极管而流过继电器110。此外，由于流经二极管的电流而在继电器110的源极端子s与电池组1的正极端子p 之间施加电压，因此比较电压可被施加到比较器120的第一输入端子i1。若比较电压的大小小于参考电压，则可通过从比较器120输出的结果信号将继电器110的操作状态控制为导通状态。此时，由于在继电器110的漏极端子d与源极端子s之间形成沟道，因此从电池单元10输出的电流可流经所形成的沟道。因此，在电池单元10的放电过程中，放电电流最初流经二极管，但之后可流经继电器110中形成的沟道。
82.作为另一示例，在图3的实施方式中，假设负载20连接至电池组1并且从负载20流动充电电流。在该情况中，与放电的情形不同，从负载20流动的充电电流可不经过继电器110中设置的二极管。也就是说，只有当继电器110的操作状态被控制为导通状态时，充电电流才可经过继电器110。因此，可防止继电器110因浪涌的流入而损坏。
83.比较器120可被配置为接收对应于继电器110的承受电压的参考电压。
84.这里，承受电压可指继电器110在不损坏的情况下可承受的内部电压。也就是说，通过将比较器120的参考电压设定成对应于继电器110的承受电压，可防止将高于承受电压的电压施加到继电器110。
85.例如，在图3的实施方式中，若从负载20施加的比较电压(vc)大于被设定成对应于继电器110的承受电压的参考电压(vr)，则可从比较器120输出第一结果信号作为结果信号(vo)。此外，继电器110的操作状态可被控制为截止状态。因此，可阻止电池单元10与负载20之间的连接。
86.若从负载20施加的比较电压(vc)小于被设定成对应于继电器110的承受电压的参考电压(vr)，则可从比较器120输出第二结果信号作为结果信号(vo)。此外，继电器110的操作状态可被控制为导通状态。因此，由于电池单元10和负载20可电气连接，故电池单元10可由负载20充电。
87.根据本公开内容的实施方式的继电器控制设备100可通过将参考电压设定为对应于继电器110的承受电压来防止将高于承受电压的高电压施加到继电器110。因此，可防止继电器110损坏，由此延长继电器110的寿命。
88.图4是示出包括根据本公开内容的另一实施方式的继电器控制设备100的电池组1的示例性构造的图。
89.参照图1和图4，根据本公开内容的另一实施方式的继电器控制设备100可进一步包括电压源130、可变电阻器140和控制单元150。
90.电压源130可被配置成将参考电压施加到比较器120。
91.这里，电压源130可以是与电池单元10分开的将参考电压施加到比较器的电压源。优选地，电压源130可向比较器120施加dc电压。
92.例如，在图4的实施方式中，电压源130可通过第二线l2连接至比较器120的第二输入端子i2。从电压源130输出的电压可通过第二线l2而施加到比较器120的第二输入端子i2。
93.可变电阻器140可设置在电压源130与比较器120之间。
94.可变电阻器140可以是其电阻可根据设定而改变的装置。也就是说，从电压源130输出的dc电压可经过可变电阻器140，此时可发生电压降。因此，可变电阻器140可被配置成使得降低后的电压对应于继电器110的承受电压。
95.例如，在图4的实施方式中，可变电阻器140可设置在第二线l2上。也就是说，可变电阻器140的一端可通过第二线l2连接至电压源130，可变电阻器140的另一端可通过第二线l2连接至比较器120的第二输入端子i2。
96.控制单元150可被配置成调整可变电阻器140的电阻。
97.优选地，可变电阻器140可以是电子可变电阻器140。也就是说，可变电阻器140的电阻可由控制单元150调整。
98.例如，在图4的实施方式中，控制单元150可电气连接至可变电阻器140。此外，控制单元150可通过向可变电阻器140输出控制信号来调整可变电阻器140的电阻。
99.此外，控制单元150可被配置为调整施加到比较器120的参考电压的大小，以使参考电压对应于继电器110的承受电压。
100.优选地，控制单元150可提前获得从电压源130输出的电压信息。例如，可将根据电压源130的规格的输出电压信息提前储存在控制单元150的内部存储器中。
101.此外，控制单元150可提前获得继电器110的承受电压信息。例如，可将继电器110的承受电压信息提前储存在控制单元150的内部存储器中。这里，继电器110的承受电压信息可以是继电器110的初始承受电压信息。
102.控制单元150可基于提前获得的继电器110的承受电压信息和电压源130的输出电压信息调整可变电阻器140的电阻，以将施加到比较器120的第二输入端子i2的参考电压调整成对应于继电器110的承受电压。
103.优选地，控制单元150可将施加至比较器120的第二输入端子i2的参考电压的大小调整为与继电器110的承受电压相同。
104.因此，根据本公开内容的实施方式的继电器控制设备100可通过将参考电压的大小调整为对应于继电器110的承受电压而防止继电器110因对其施加的高电压而损坏。
105.也就是说，即使继电器110被更换，继电器控制设备100也可基于更换后的继电器110的承受电压信息和电压源130的输出电压信息来改变可变电阻器140的电阻。因此，由于继电器控制设备100可根据继电器110的承受电压信息调整参考电压，因此本公开内容可被普遍地应用而不限制于继电器110的任何规格或类型。
106.控制单元150可被配置为确定继电器110的劣化程度。
107.此外，继电器110的劣化可与操作数量成比例。例如，每当继电器110被控制为导通状态以允许电流流过时，继电器110可能逐渐地劣化。因而，控制单元150可基于继电器110的操作数量，即继电器110被转换为导通状态的次数，来确定继电器110的劣化程度。
108.例如，在图4的实施方式中，控制单元150可连接到比较器120的输出端子o。此外，控制单元150可接收从比较器120输出的结果信号。也就是说，从比较器120输出的结果信号可被施加到控制单元150和继电器110的栅极端子g。控制单元150可提前获得并储存继电器110的阈值电压。因而，控制单元150可通过将继电器110的阈值电压与从比较器120接收的结果信号的大小进行比较来计算继电器110的操作数量。此外，控制单元150可基于所计算的继电器110的操作数量来确定继电器110的劣化程度。
109.也就是说，如以上描述的，在电池单元10放电的情形中，继电器110的操作状态可通过从比较器120输出的结果信号而被控制为导通状态。此外，即使在通过负载20进行充电的情形中，继电器110的操作状态也可通过从比较器120输出的结果信号而被控制为导通状态。考虑到这两种情形，控制单元150可通过计算继电器110的操作数量来确定继电器110的劣化程度。
110.此外，在另一示例中，随着继电器110劣化，继电器110的内部电阻可能增大。因此，控制单元150可通过计算由继电器110产生的电压降来确定继电器110的劣化程度。尽管在图4的实施方式中未示出，但控制单元150可电气连接至继电器110的两端。此外，控制单元150可通过计算由继电器110产生的电压降来确定继电器110的劣化程度。
111.控制单元150可被配置为基于所确定的劣化程度来调整可变电阻器140的电阻。
112.继电器110的承受电压可对应于继电器110的劣化程度而减小。若不考虑由于继电器110的劣化而减小的承受电压来设定施加到比较器120的参考电压，则参考电压可能大于继电器110的承受电压。在该情况中，可能将大于继电器110的承受电压的电压施加到继电器110。
113.例如，在图4的实施方式中，假设由于继电器110劣化，继电器110的承受电压低于施加到比较器120的第二输入端子i2的参考电压。由于比较器120根据施加至第二输入端子i2的参考电压与施加至第一输入端子i1的比较电压的比较结果来输出结果信号，因此大于继电器110的承受电压的比较电压可能被施加到继电器110。因此，存在将大于承受电压的高电压施加到继电器110而损坏继电器110的问题，这可能破坏继电器110的绝缘，或者在严重情况中烧毁继电器110。
114.因此，控制单元150可对应于继电器110的劣化程度来调整可变电阻器140的电阻，以将施加至比较器120的参考电压的大小调整为对应于继电器110的承受电压。
115.根据本公开内容的实施方式的继电器控制设备100可通过考虑继电器110的劣化程度设定参考电压来更有效地防止继电器110因施加于其的高电压而损坏。此外，继电器控制设备100的优点在于，因为其确定继电器110的劣化程度，因此提供了关于继电器110的更换时机的信息。
116.根据本公开内容的继电器控制设备100可被应用于bms(电池管理系统)。也就是说，根据本公开内容的bms可包括以上描述的继电器控制设备100。在该配置中，可通过补充或添加在常规bms中包括的部件功能来实施继电器控制设备100的至少一些部件。例如，继电器控制设备100的继电器110、比较器120、电压源130、可变电阻器140和控制单元150可被实施为bms的部件。
117.此外，根据本公开内容的继电器控制设备100可提供于电池组1。例如，参照图2和图4，电池组1可包括继电器控制设备100。此外，电池组1可进一步包括至少一个电池单元
10、电气设备(继电器、熔断器等)和壳体。因而，通过根据比较电压的大小来控制继电器110的操作状态，继电器控制设备100可防止高电压被施加到电池组1中包括的各种部件。
118.以上描述的本公开内容的实施方式不仅可通过设备来实施，而且可通过实现对应于本公开内容的实施方式的构造的功能的程序或其上记录该程序的记录介质来实施。所述程序或记录介质可由本领域技术人员从实施方式的以上描述容易地实施。
119.已详细描述了本公开内容。然而，应理解，指示本公开内容的优选实施方式的这些详细描述和特定示例仅通过说明的方式给出，因为在本公开内容的范围内的各种改变和修改对本领域技术人员来说将由该详细描述而变得显而易见。
120.另外，在不背离本公开内容的技术方面的情况下，本领域技术人员可对本文以上描述的本公开内容做出许多替换、修改和改变，并且本公开内容不限于上述实施方式和附图，各实施方式可被选择性地部分地或整体地组合以允许各种修改。
121.(参考符号)
122.1：电池组
123.10：电池单元
124.20：负载
125.100：继电器控制设备
126.110：继电器
127.120：比较器
128.130：电压源
129.140：可变电阻器
130.150：控制单元