线圈驱动装置的制作方法

本发明涉及一种线圈驱动装置，更详细地，涉及一种易于在较大电压范围内提供恒定的浪涌电流(inrush current)和保持电流(holding current)的线圈驱动装置。

背景技术

在电磁接触器(Magnetic Contactor，下称“MC”)和继电器(Relay)中，内部的线圈起到致动器(actuator)作用，从而起到在线圈上有电流时执行开关动作而通电的作用。

其中，MC作为一种借助外部的信号来导通/关断负载电流的装置，利用了电磁铁的原理。

由卷绕有线圈的固定芯(core)和借助所述固定芯的磁力来活动的活动芯构成。当电源接通时，固定芯产生磁力，该磁力使活动芯与固定芯贴合，从而用于实现实质性接触的指定触点将贴合。当电源关断时，磁力消失，贴附于所述活动芯部的复位弹簧使所述触点分离。

在固定芯与活动芯分离的初始状态下，需要接通电源获得较大磁力，以便在初始运行期间向与复位弹簧的作用力相反的方向牵引所述活动芯。在所述固定芯与活动芯贴合之后，即，在触点接触之后，较小磁力即可维持该状态。

磁力具有与线圈上的电流成比例的力。若在输入电压发生变化时，线圈电流的大小仍然保持恒定，则磁力也会保持恒定。因此，为了使电磁接触器的动作特性保持恒定，需要控制电流的大小恒定。由于触点分离时与触点贴合时所需的磁力不同，因此为了有效率地进行控制，需要区分控制电流。

为了实现上述的电流控制，采用的是借由线圈电流检测的脉宽调制(Pulse Width Modulation，下称“PWM”)控制方式。在PWM控制中，将电流的设定值与检测值进行对比，从而调整电流开关元件的导通/关断时间(调整脉宽)。导通时间越长，通过开关元件流过更多电流，反之，关断时间越长，电流减少。

通常，基于PWM控制方式的PWM电路通过切换电力半导体元件(Power Transistor)来调节脉宽，从而调节线圈上的电流量。

并且，需要用来监视线圈电流的电流传感器(电阻器等)、反馈(Feedback)电路和光电耦合器(Photo coupler)等。

MC与继电器需要高浪涌电流来驱动线圈，在驱动之后，需要变更为比浪涌电流低的保持电流，以使线圈内部的活动接触件(Moving Contactor)或活动芯(Moving Core)保持通电。并且，保持过程不需要高电流，因此应降低电流来降低线圈的温度。

近期，有关输入电压低的低电压区域或输入电压高的高电压区域的研究正在进行中，旨在解决PWM电路在脉宽的最大占空比上受限而限制了低电压区域所需的驱动电流以至于无法向线圈提供足够电流的问题，以及高电压区域中的电流上升所导致的电力消耗增加、发热和线圈寿命问题。

技术实现要素：

所要解决的问题

本发明的目的在于，提供一种线圈驱动装置，以易于在较大电压范围内提供恒定的浪涌电流和保持电流。

并且，本发明的目的在于，提供一种线圈驱动装置，在提供恒定的浪涌电流和保持电流的同时，对温度变化不敏感，从而即使在线圈升温时，也能确保高可靠度。

本发明的目的并不限于以上所提及的目的，能够在下述说明中理解未提及的本发明的其他目的和优点，并能够通过本发明的实施例更清楚地进行理解。并且，容易理解的是，本发明的目的和优点可以通过权利要求书所示出的手段及其组合来实现。

解决问题的技术方案

根据本发明的线圈驱动装置可以包括：输入电压感测部，用以感测输入电压；开关部，执行开关动作，以向线圈提供驱动电流；PWM电路部，输出用以执行所述开关部的开关动作的PWM(Pulse Width Modulation)信号；阻抗调节部，通过改变阻抗值来调节所述PWM信号，以限制所述驱动电流；以及控制部，基于所述输入电压使所述阻抗调节部改变所述阻抗值，以调节所述PWM信号的占空比(Duty Ratio)和频率中的至少一个。

所述驱动电流可以包括用以初始驱动所述线圈中包括的活动接触件(Moving Contactor)或活动芯(Moving Core)的浪涌电流和用以使所述活动接触件或所述活动芯保持接触的保持电流中的至少一个。

所述PWM电路部可以输出包括用以提供所述浪涌电流的第一PWM信号和用以提供所述保持电流的第二PWM信号中的至少一个的所述PWM信号。

所述阻抗调节部可以包括：第一阻抗部，具有第一阻抗值；第二阻抗部，具有小于所述第一阻抗值的第二阻抗值；以及时间延迟部，向所述开关元件提供由所述第一阻抗部和所述第二阻抗部改变的所述第一PWM信号后，再提供发生时间延迟的所述第二PWM信号。

所述第一阻抗部和所述第二阻抗部彼此并联，所述第一阻抗部可以包括具有所述第一阻抗值的第一电阻器和与所述第一电阻器连接的第一开关，所述第二阻抗部可以包括具有所述第二阻抗值的第二电阻器和与所述第二电阻器连接的第二开关。

在所述第一阻抗部和所述第二阻抗部中，所述第一开关和所述第二开关可以在所述控制部的控制下执行开关动作，根据所述第一阻抗值和所述第二阻抗值来改变所述阻抗值，以调节所述PWM信号的占空比(Duty Ratio)和频率中的至少一个。

所述控制部可以包括：判断部，判断所述输入电压属于所设定的第一电压范围、第二电压范围和第三电压范围中的哪一个；以及驱动控制部，根据所述判断部的判断结果来控制所述第一阻抗部、所述第二阻抗部和所述时间延迟部。

所述驱动控制部可以在判断为所述输入电压属于所述第一电压范围时，使所述第一开关和所述第二开关执行开关关断动作来使所述阻抗值保持在高阻抗，以将用以提供所述浪涌电流的所述第一PWM信号保持在高水平，在提供了所述第一PWM信号之后，控制所述时间延迟部来执行时间延迟，然后使所述第二开关执行开关导通动作，以提供用以提供所述保持电流的所述第二PWM信号。

所述驱动控制部可以在判断为所述输入电压属于所述第二电压范围时，使所述第一开关执行开关关断动作并使所述第二开关执行开关导通动作来使所述阻抗值因所述第二阻抗值而保持在中阻抗，以提供用以提供所述浪涌电流的所述第一PWM信号，在提供了所述第一PWM信号之后，控制所述时间延迟部来执行时间延迟，然后使所述第二开关执行开关导通动作，以提供用以提供所述保持电流的所述第二PWM信号。

所述驱动控制部可以在判断为所述输入电压属于所述第三电压范围时，使所述第一开关执行开关关断动作并使所述第二开关执行开关导通动作来使所述阻抗值因所述第二阻抗值而保持在中阻抗，以提供用以提供所述浪涌电流的所述第一PWM信号，在提供了所述第一PWM信号之后，控制所述时间延迟部来执行时间延迟，然后使所述第一开关和所述第二开关执行开关导通动作来使所述阻抗值因所述第一阻抗值和第二阻抗值而变更为低阻抗，以提供用以提供所述保持电流的所述第二PWM信号。

所述驱动控制部可以控制为随着所述输入电压从属于所述第一电压范围到属于所述第三电压范围，所述第一PWM信号和所述第二PWM信号的占空比变小、频率的水平降低。

并且，根据本发明的线圈驱动装置还可以包括：整流部，输出将交流电压整流为直流式的所述输入电压。

所述输入电压感测部可以包括用以感测所述输入电压的电压传感器。

所述开关部可以借助由所述阻抗调节部改变的所述PWM信号来执行开关导通和关断动作。

所述阻抗调节部可以包括：复数个阻抗部；以及时间延迟部，使由所述复数个阻抗部改变的所述PWM信号发生时间延迟，所述复数个阻抗部可以具有彼此不同的阻抗值。

发明的效果

根据本发明的线圈驱动装置的优点在于，在较大电压范围内稳定提供浪涌电流和保持电流，从而能够确保产品的可靠性。

并且，根据本发明的线圈驱动装置的优点在于，能够根据输入的电压来变更输入到PWM电路的脉宽或频率，提供稳定的浪涌电流和保持电流，从而解决低电压下的动作、高电压下的线圈应力、延长寿命以及发热的问题。

并且，根据本发明的线圈驱动装置的优点在于，当有交流电压时，用以整流为直流的整流用电容器被设计成小电容器，即在纹波(Ripple)较多的整流电路中也能动作，从而能够实现小型化和缩减成本。

并且，根据本发明的线圈驱动装置的优点在于，无需现有技术所要求的用来监视线圈电流的电流传感器(电阻器等)、反馈(Feedback)电路和光电耦合器等，因此能够将产品简化和小型化。

在以下说明用来实施发明的具体事项时，将结合上述效果来说明本发明的具体效果。

附图说明

图1是示出了根据本发明的电磁接触器及继电器用线圈驱动装置的控制结构的控制框图。

图2示出了根据本发明的电磁接触器及继电器用线圈驱动装置的电路图。

图3示出了根据本发明的电磁接触器及继电器用线圈驱动装置的第一实施例的动作电路图。

图4示出了图3的动作电路图中的PWM信号以及输入到开关部的PWM信号。

图5示出了根据本发明的电磁接触器及继电器用线圈驱动装置的第二实施例的动作电路图。

图6示出了图5的动作电路图中的PWM信号以及输入到开关部的PWM信号。

图7示出了根据本发明的电磁接触器及继电器用线圈驱动装置的第三实施例的动作电路图。

图8示出了图7的动作电路图中的PWM信号以及输入到开关部的PWM信号。

具体实施方式

需要注意的是，在以下说明中，仅对理解本发明的实施例所需的部分进行了说明，而省略了其余部分的说明，旨在避免本发明的要点变得模糊。

不必将以下说明的本说明书和权利要求书中所使用的术语或单词限定解释为一般的或词典上的含义，而是应该立足于发明人为了通过最优方法来说明其发明，能够对术语概念进行适当定义的原则，解释为符合本发明技术思想的含义和概念。因此，本说明书中记载的实施例以及附图图示的组件仅仅是本发明的优选实施例而并不代表本发明的全部技术思想，因此应该理解，在本申请时刻，可以有各种等同物和变形例能够作为替代。

以下参照附图，更详细说明本发明的实施例。

图1是示出了根据本发明的电磁接触器及继电器用线圈驱动装置的控制结构的控制框图，图2示出了根据本发明的电磁接触器及继电器用线圈驱动装置的电路图。

参照图1和图2，电磁接触器及继电器用线圈驱动装置100可以包括输入电压感测部110、PWM电路部120、阻抗调节部130、开关部140和控制部150。

输入电压感测部110可以感测电源部Vcc所输入的输入电压Vin。在实施例中，电源部Vcc可以是用以输出直流式输入电压Vin的电池或直流-直流(DC/DC)转换器，而并不限于此。

并且，电源部Vcc可以包括：整流部，将输入的交流电压整流为直流式输入电压Vin。

输入电压感测部110可以是用以感测输入电压Vin的电压传感器，而并不限于此。其中，电压传感器可以通过测量输入电压Vin所对应的电流来感测输入电压Vin。

PWM(Pulse Width Modulation，脉宽调制)电路部120可以输出PWM信号pwm，以提供用以初始驱动线圈160中包括的活动接触件(Moving Contactor)或活动芯(Moving Core)的浪涌电流Ip，以及用以使所述活动接触件或所述活动芯保持接触的保持电流Id。

其中，PWM信号pwm可以包括：用以提供浪涌电流Ip的第一PWM信号pwm_1和用以提供保持电流Id的第二PWM信号pwm_2。

PWM电路部120可以实施为单个PWM元件，在控制部150控制下，输出PWM信号pwm。

阻抗调节部130可以将PWM电路部120所输出的PWM信号pwm的占空比(Duty Ratio)和频率中的至少一个变更并提供给开关部140。

首先，阻抗调节部130可以包括第一阻抗部132和第二阻抗部134和时间延迟部136。

第一阻抗部132可以包括第一开关SW1和第一电阻器R1，第二阻抗部134可以与第一阻抗部132并联并包括第二开关SW2和第二电阻器R2。

其中，第一阻抗部132可以具有第一阻抗值，第二阻抗部134可以具有小于第一阻抗值的第二阻抗值。即，第一电阻器R1可以具有大于第二电阻器R2的电阻值。

时间延迟部136可以使得在第一PWM信号pwm_1被提供后经过时间延迟，再有第二PWM信号pwm_2被供应。

开关部140可以借助PWM信号pwm来执行开关的导通和关断动作，PWM信号pwm可以是PWM电路部120输出的信号或由阻抗调节部130进行变更的信号，而并不限于此。

其中，开关部140可以借助PWM信号pwm来执行开关的导通和关断动作，以向线圈160提供浪涌电流Ip和保持电流Id。

在PWM电路部120与开关部140之间，可以连接二极管D。二极管D可以用以防止浪涌电压(Surge Voltage)提供到PWM电路部120。

控制部150可以包括判断部152和驱动控制部154。

判断部152可以判断输入电压感测部110所感测的输入电压Vin属于所设定的第一电压范围、第二电压范围和第三电压范围中的哪一个。

其中，所述第二电压范围可以表示基准电压范围，所述第一电压范围可以是低于所述基准电压范围的低电压范围，所述第三电压范围可以表示高于所述基准电压范围的高电压范围。

判断部152可以在输入电压Vin属于所述第一电压范围时输出第一判断信号sp1，在输入电压Vin属于所述第二电压范围时输出第二判断信号sp2，在输入电压Vin属于所述第三电压范围时，输出第三判断信号sp3。

驱动控制部154可以根据判断部152的判断结果来控制阻抗调节部130。

当有第一判断信号sp1输入时，驱动控制部154可以使第一开关SW1和第二开关SW2执行开关关断动作，以将用以提供浪涌电流Ip的第一PWM信号pwm_1保持在高水平。

此后，在提供了第一PWM信号pwm_1并控制时间延迟部136来执行时间延迟之后，驱动控制部154可以通过使第二开关SW2执行开关导通动作来降低第二PWM信号pwm_2的频率水平，以提供用以提供保持电流Id的第二PWM信号pwm_2。

即，当第二开关SW2执行开关导通动作时，阻抗可以随基于第二电阻器R2的第二阻抗值而被调节，以使第二PWM信号pwm_2的频率水平调节为低于PWM电路部120所输出的第二PWM信号pwm_2。

当有第二判断信号sp2输入时，驱动控制部154可以使第一开关SW1执行开关关断动作并使第二开关SW2执行开关导通动作，以提供用以提供浪涌电流Ip的第一PWM信号pwm_1。

此后，在提供了第一PWM信号pwm_1并控制时间延迟部136来执行时间延迟之后，驱动控制部154可以通过使第二开关SW2执行开关导通动作来降低第二PWM信号pwm_2的频率水平，以提供用以提供保持电流Id的第二PWM信号pwm_2。

即，当第二开关SW2执行开关导通动作时，阻抗可以随基于第二电阻器R2的第二阻抗值而被调节，以使第二PWM信号pwm_2的频率水平调节为低于PWM电路部120所输出的第二PWM信号pwm_2。

当有第三判断信号sp3输入时，驱动控制部154可以使第一开关SW1执行开关关断动作并使第二开关SW2执行开关导通动作，以提供用以提供浪涌电流Ip的第一PWM信号pwm_1。

此后，在提供了第一PWM信号pwm_1并控制时间延迟部136来执行时间延迟之后，驱动控制部154可以通过使第一开关SW1和第二开关SW2执行开关导通动作来降低第二PWM信号pwm_2的频率水平，以提供用以提供保持电流Id的第二PWM信号pwm_2。

即，当第一开关SW1和第二开关SW2执行开关导通动作时，阻抗可以随基于第一电阻器R1和第二电阻器R2的第一阻抗值和第二阻抗值而被调节，使第二PWM信号pwm_2的频率水平调节为低于PWM电路部120所输出的第二PWM信号pwm_2。

简单归纳如下：随着输入电压Vin从属于第一电压范围到属于第三电压范围，可以使PWM信号pwm的频率水平降低，将占空比调小。

如上所述，虽然分成第一电压范围至第三电压范围说明了输入电压Vin，但亦可解读为超过三个的电压范围亦包含于此，而并不限于此。

图3示出了根据本发明的电磁接触器及继电器用线圈驱动装置的实施例的动作电路图，图4示出了图3的动作电路图中的PWM信号以及输入到开关部的PWM信号。

首先，图3和图4示出了输入电压Vin属于第一电压范围时的电路动作和PWM信号。

首先，PWM电路部120可以根据输入电压Vin来输出第一PWM信号pwm_1，以提供用以初始驱动线圈160中包括的活动接触件(Moving Contactor)或活动芯(Moving Core)的浪涌电流Ip。

此时，控制部150可以在输入电压感测部110所感测的输入电压Vin属于第一电压范围时，确定输入电压Vin为低于正常电压的电压。

控制部150可以控制第一开关SW1和第二开关SW2执行开关关断，以使第一PWM信号pwm_1的频率水平保持在高水平。

其中，在PWM电路部120与开关部140之间，可以连接二极管D。二极管D可以用以防止提供到PWM电路部120的浪涌电压。

第一PWM信号pwm_1的频率水平可以借助配置于时间延迟部136的后端的电容器和电感器中的至少一方来保持在高水平，而并不限于此。

即，如图4，虽然第一PWM信号pwm_1在输出时具有频率和占空比，但是输入到开关部140的第一PWM信号pm_1的频率水平能够保持在高水平。

此后，在提供了第一PWM信号pwm_1之后，可以在时间延迟部136发生时间延迟，PWM电路部120输出第二PWM信号pwm_2，以提供用以使所述活动接触件或所述活动芯保持接触的保持电流Id。

控制部150可以通过使第二开关SW2执行开关导通动作来降低第二PWM信号pwm_2的频率水平，以提供第二PWM信号pwm_2。

即，当第二开关SW2执行开关导通动作时，阻抗可以随基于第二电阻器R2的第二阻抗值而被调节，以使第二PWM信号pwm_2的频率水平调节为低于PWM电路部120所输出的第二PWMpwm_2。

即，如图4，虽然PWM电路部120所输出的第二PWM信号pwm_2的频率水平处于高水平，但是提供到开关部140的第二PWM信号pwm_2的频率水平能够变更为低于高水平的水平。

图5示出了根据本发明的电磁接触器及继电器用线圈驱动装置的第二实施例的动作电路图，图6示出了图5的动作电路图中的PWM信号以及输入到开关部的PWM信号。

首先，图5和图6示出了输入电压Vin属于第二电压范围时的电路动作和PWM信号。

首先，PWM电路部120可以根据输入电压Vin来输出第一PWM信号pwm_1，以提供用以初始驱动线圈160中包括的活动接触件(Moving Contactor)或活动芯(Moving Core)的浪涌电流Ip。

此时，控制部150可以在输入电压感测部110所感测的输入电压Vin属于第二电压范围时，确定输入电压Vin为正常电压。

控制部150可以使第一开关SW1执行开关关断动作并使第二开关SW2执行开关导通动作，以将第一PWM信号pwm_1提供给开关部140。

如图6，虽然第一PWM信号pwm_1在输出时具有频率和占空比，但是第二开关SW2的开关导通动作可以使阻抗随基于第二电阻器R2的第二阻抗值而发生变化，从而降低输入到开关部140的第一PWM信号pm_1的频率水平。

此后，在提供了第一PWM信号pwm_1之后，可以在时间延迟部136发生时间延迟，PWM电路部120输出第二PWM信号pwm_2，以提供用以使所述活动接触件或所述活动芯保持接触的保持电流Id。

控制部150可以通过使第二开关SW2执行开关导通动作来降低第二PWM信号pwm_2的频率水平，以提供第二PWM信号pwm_2。

即，当第二开关SW2执行开关导通动作时，阻抗可以随基于第二电阻器R2的第二阻抗值而被调节，以使第二PWM信号pwm_2的频率水平调节为低于PWM电路部120所输出的第二PWM信号pwm_2。

即，如图6，虽然PWM电路部120所输出的第二PWM信号pwm_2的频率水平处于高水平，但是提供到开关部140的第二PWM信号pwm_2的频率水平能够变更为低于高水平的水平。

图7示出了根据本发明的电磁接触器及继电器用线圈驱动装置的第三实施例的动作电路图，图8示出了图7的动作电路图中的PWM信号以及输入到开关部的PWM信号。

首先，图7和图8示出了输入电压Vin属于第三电压范围时的电路动作和PWM信号。

首先，PWM电路部120可以根据输入电压Vin来输出第一PWM信号pwm_1，以提供用以初始驱动线圈160中包括的活动接触件(Moving Contactor)或活动芯(Moving Core)的浪涌电流Ip。

此时，控制部150可以在输入电压感测部110所感测的输入电压Vin属于第三电压范围时，将输入电压Vin确定为过电压(Overvoltage)。

控制部150可以使第一开关SW1执行开关关断动作并使第二开关SW2执行开关导通动作，以将第一PWM信号pwm_1提供给开关部140。

如图8，虽然第一PWM信号pwm_1在输出时具有频率和占空比，但是第二开关SW2的开关导通动作可以使阻抗随基于第二电阻器R2的第二阻抗值而发生变化，从而降低输入到开关部140的第一PWM信号pm_1的频率水平。

此后，在提供了第一PWM信号pwm_1之后，可以在时间延迟部136发生时间延迟，PWM电路部120输出第二PWM信号pwm_2，以提供用以使所述活动接触件或所述活动芯保持接触的保持电流Id。

控制部150可以通过使第一开关SW1和第二开关SW2执行开关导通动作来降低第二PWM信号pwm_2的频率水平，以提供第二PWM信号pwm_2。

即，当第一开关SW1和第二开关SW2执行开关导通动作时，阻抗随基于第一电阻器R1和第二电阻器R2的第一阻抗值和第二阻抗值而被调节，从而第二PWM信号pwm_2的频率水平可以被调节为低于PWM电路部120所输出的第二PWM信号pwm_2。

即，如图8，虽然PWM电路部120所输出的第二PWM信号pwm_2的频率水平处于高水平，但是提供到开关部140的第二PWM信号pwm_2的频率水平可以变更为低于图6所示出的第二PWM信号pwm_2的水平。

并且，优点在于，图3至图8所示出的第一PWM信号pwm_1和第二PWM信号pwm_2的占空比和频率中的至少一个可以随输入电压Vin发生变化，因此即便在输入电压Vin变化时，输入到线圈160的浪涌电流Ip和保持电流Id仍然能够保持恒定。

在以上实施例中说明的特征、结构、效果等包含于本发明的至少一个实施例，而并不仅限于一个实施例。进一步地，各个实施例中所示出的特征、结构、效果等，能够由实施例所属领域普通技术人员组合或变形为其他实施例来实施。因此与这种组合和变形相关的内容应该解释为包含在本发明的范围内。

并且，虽然以上以实施例为中心进行了说明，但是这仅仅是一个示例，而并不用以限定本发明，可以理解，本发明所属技术领域普通技术人员能够在不脱离本实施例的本质性特性的范围内实施以上未示出的各种不同的变形和应用。例如，实施例中具体出现的各个组成要素是可以变形实施的。与这种变形和应用相关的差异应解释为包含于所附权利要求书中所规定的本发明的范围。