用于接触器的触发线圈的电流控制电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于接触器的触发线圈的电流控制电路，其中该电流控制电路包括开关控制器集成电路以及与之连接的电流测量及放大器单元。
【背景技术】
[0002]有迹象表明，将来不仅在固定应用中而且在如混合动力车辆和电动车辆的车辆中将会日益广泛地使用电池系统，对该电池系统在可靠性方面提出了非常高的要求。其背景是，电池的故障可能导致安全相关的问题。为了给相应的应用场合提供期望的功率，通常将大量电池电芯串联连接，由此得到高的电池输出电压，在没有合适的措施的情况下该输出电压持续地加载在由电池供电的装置的相应供电线路上并且可能意味着对维护人员或用户有危险。基于这个理由通常设置接触器，以能够断开电池的电连接。在具有驱动电动机的机动车中，一般不仅在电池的正极而且在电池的负极安装接触器，该接触器设计用于电池的高压并且即使在超过1000A的短路电流的情况下也必须能够可靠地断开电池的连接。
[0003]一般通过电子输出级或通过为接触器的触发线圈供电的电流控制电路实现接触器的接通和断开。在此，触发功率不可忽略不计。然而在接通过程中为了可靠地吸引接触器比在闭合状态下为了紧接着保持接触需要高得多的触发电流。基于这个理由常见的情况是，将接触器的触发划分为两种模式，即吸引模式和保持模式(或者也可划分为吸引阶段和保持阶段)。触发电流的高低表示相应的模式，其在吸引模式期间比在保持模式期间高。在此，被称为吸引水平和保持水平。在此，吸引模式只用于接通(闭合)接触器并且持续时间相对较短。在大部分工作时间中接触器运行在节省功率的保持模式下。因此，用于触发接触器的电流控制电路应该能够实现两种运行模式。
[0004]在根据现有技术的电流控制电路中，使用开关转换器以实现这样的运行模式或实现与这些运行模式相对应的电流变化曲线。在图1中示出了具有现有技术中的开关转换器的电流控制电路40。图1的电流控制电路40具有在所示的电流控制电路40中用作主开关元件I的双极晶体管。双极晶体管的发射极与空载二极管2的阴极连接，而空载二极管2的阳极以及双极晶体管的集电极分别与电压源5的一个极连接。通过同样由电压源供电的栅极驱动电路3激活双极晶体管的基极。在应用电荷泵原理或自举原理的情况下，栅极驱动电路3为双极晶体管的基极提供必要的控制电压以及必要的控制电流。在双极晶体管的发射极和空载二极管2的阴极之间的电连接部与接触器的等效电路4的一个接头连接或与接触器的触发线圈连接。接触器的等效电路4的另一接头通过分流电阻35与电压源5的一个极连接。通过该分流电阻35测量流经接触器的触发线圈或等效电路4的电流。分流电阻35的接头与用于处理测量信号7的电路的输入端(在此为放大器)连接。在此，用于处理测量信号7的实施为运算放大器的电路与通过电压源5供电的辅助电压生成电路9连接，而用于处理测量信号7的电路的另一供电输入端与电压源5的不与辅助电压生成电路9连接的极直接连接。辅助电压生成电路9为用于处理测量信号7的电路提供电源电压。用于处理测量信号7的电路的输出端与控制放大器10的输入端连接，该控制放大器对被处理的测量信号的实际值与标称值进行比较或由被处理的测量信号的标称值与实际值生成控制偏差并合理地放大该控制偏差。控制放大器10通过其输出端将放大的控制偏差传送给环路滤波器11，该环路滤波器确定电流控制电路40的控制器传输功能。环路滤波器11的输出端与PWM单元14的输入端连接，该PWM单元本身又连接到振荡器电路13上。通过PWM单元14和振荡器电路13的组合确定了用于主开关元件I的触发脉冲的频率以及持续时间。PWM单元14的输出端与实施为电平位移器的匹配电路12连接，该匹配电路在其一侧又与栅极驱动电路3连接。匹配电路12使PWM单元14的大多还参考电路的当地地面电位的触发脉冲与栅极驱动电路3的电压水平或电压电位相匹配。由此，在此提及的单元和部件形成具有闭合的控制回路的控制系统，通过该控制系统控制或可控制流经接触器的触发线圈的电流。
[0005]在现有技术中，图1所示的电流控制电路大多还通过另外的补充部件和补充单元、例如用于过压保护的单元或者通过用于相关的功率半导体的保护电路被扩展。基于每个电流控制电路中待实现的部件的大量性以及必须为每个被安装的接触器安装的电流控制电路的数量，这种接触器触发方式所需的零件消耗量可能是巨大的。另一方面由于仍然过少的交货件数目前还不存在用于这种应用的集成电路(Integrated Circuits, ICs)。
【发明内容】
[0006]根据本发明提供了一种用于接触器的触发线圈的电流控制电路，该电流控制电路包括用于与蓄电池连接的两个接头。此外，电流控制电路包括开关控制器集成电路，该开关控制器集成电路具有两个分别与所述两个接头中的一个接头连接的电源电压输入端。此夕卜，开关控制器集成电路包括转换接头、反馈接头和补偿接头。此外，电流控制电路包括第一输出端和第二输出端，电流控制电路可通过这些输出端与接触器的触发线圈的接头连接。根据本发明，第一输出端与开关控制器集成电路的转换接头连接并且第二输出端与电流测量和放大器单元连接，该电流测量和放大器单元的输出端与开关控制器集成电路的反馈接头连接。
[0007]通过用于接触器的触发线圈的电流控制电路的这种实施方式，可大规模地减少为实现电流控制电路所需的分立部件的数量。因此，在此使得在市场上可易于获得的原本设计用于其他应用场合的开关控制器集成电路通过相对于原来的设计被改变和扩展的外部电路布置可用于接触器电流控制。随之可降低实现电流控制电路所用的成本并且可扩展在接触器布线的内部可用的结构空间。
[0008]开关控制器集成电路优选地实施为降压转换器集成电路。作为用于实现用于接触器的触发线圈的电流控制电路的起始点，所实现的降压转换器特别有利地适合作为集成电路。
[0009]电流测量和放大器单元优选包括分流电阻，该分流电阻的第一接头与第二输出端连接并且其第二接头与恒定电位连接。分流电阻或分流器与其他电流测量单元或电流传感器相比价格非常低廉并且尽管如此能够非常精确地测量电流。
[0010]在本实施方式的优选的改进方案中，电流测量和放大器单元包括具有两个输入端和一个输出端的电流测量放大器，其中电流测量放大器的输入端分别与分流电阻的接头连接，并且其中电流测量放大器的输出端与电流测量和放大器单元的输出端连接。通过使用电流测量放大器可在电流控制电路内部实现稳定的控制回路。
[0011]电流测量放大器优选实施为运算放大器，其非反相输入端形成电流测量放大器的第一输入端并且其反相输入端形成电流测量放大器的第二输入端，并且其中运算放大器的输出端形成电流测量放大器的输出端。运算放大器是抗短路的，不需要频率补偿，具有非常高的输入电压范围并且吸收很少的功率。
[0012]在优选的实施方式中，电流控制电路包括补偿网络，该补偿网络通过第一接头与开关控制器集成电路的补偿接头连接。
[0013]补偿网络优选包括环路滤波器，该环路滤波器为电流控制电路提供控制器传输功能。在此，环路滤波器用于使由电流测量放大器产生的控制信号滤波，以消除或抑制对控制信号的干扰。
[0014]补偿网络优选通过第二接头与恒定电位连接。该恒定电位优选为地面。
[0015]此外提供了具有根据本发明的电流控制电路的电池，其中电池特别优选地实施为锂离子电池。这种电池的优点尤其在于其相对较高的能量密度以及其高的热稳定性。锂离子电池的另一优点是，其没有记忆效应。
[0016]此外提供了一种包括具有根据本发明的电流控制电路的电池的机动车，其中电池与机动车的驱动系统连接。
[0017]在从属权利要求中给出了本发明的有利的改进方案并且在说明书中予以说明。
【附图说明】
[0018]借助附图和以下说明详细阐述了本发明的实施例。其中:
[0019]图1示出了具有现有技术中的开关转换器的电流控制电路，
[0020]图2示出了根据本发明的用于接触器的触发线圈的电流控制电路的实施例，以及
[0021]图3示出了根据本发明的用于接触器的触发线圈的电流控制电路的特殊实施例。
【具体实施方式】
[0022]在图2中示出了根据本发明的用于接触器的触发线圈的电流控制电路40的实施例。电流控制电路40包括两个接头21、22，其可通过这些接头与蓄电池连接。此外，电流控制电路40具有开关控制器集成电路25，即实施为集成电路的开关控制器。换目之，开关控制器集成电路25是其部件或构件实施为单片开关电路的形式并且其可作为开放式或由壳体封闭的集成构件被购买获得的开关控制器。在本实施例中，开关控制器集成电路25仅示例性地实施为降压转换器集成电路。然而根据本发明的电流控制电路40也可实现为，在其中开关控制器集成电路25不是实施为降压转换器集成电路而是实施为其他的开关控制器集成电路25。开关控制器集成电路25具有两个电源电压输入端26、27，其分别与电流控制电路40的两个接头21、22中的一个接头连接。在本实施例中，开关控制器集成电路25的第一电源电压输入端26与电流控制电路40的第一接头21连接，而开关控制器集成电路25的第二电源电压输入端27与电流控制电路40的第二接头22连接。在本实施例中，第一电源电压输入端26构成用于与蓄电池连接的VBAT输入端，而第二电源电压输入端27是用于与接地电位连接或用于与蓄电池的和地面连接的极连接的GND输入端。在此，在本实施例中开关控制器集成电路25的电源电压输入端26、27的这种实施方式是纯粹示例性地选择的。在根据本发明的电流控制电路40中也可实现