专利名称：电磁阀保护电路的制作方法
技术领域：
本发明与一种电磁阀控制电路有关，特别是有关一种可在电磁阀操作过程中防止电磁阀损毁的保护电路。
背景技术：
随着集成电路制作技术突飞猛进的脚步，电子科技持续的发展与进步，促使各式各样的电子产品皆朝着「数字化」发展。并且，为了符合轻便性与实用性的考虑，在电子产品在设计上，都趋向以轻薄短小、功能多、处理速度快来做为设计规格，以便制作的产品能更容易携带，且更符合现代的生活需求。特别是在多媒体电子产品大行其道后，夹着其强大的运算能力，可轻易的处理各种音效、影像、图样等数字化资料，连带的使影像播放设备受到广泛的发展与运用。不论是个人数字处理器、笔记本电脑、随身听、数字相机、或移动电话等等，皆受到社会大众消费者普遍的喜爱与广泛的使用。
要特别说明的是，为了有效的保护这些电子产品的屏幕，并且避免错误触压按键的情形，大部份的可携式电子产品都具有掀盖式的设计。如此，当消费者欲使用此电子产品时，便可借着按压一控制钮，使电子产品的盖子向上掀开。在传统的设计中，往往会藉由机械或弹簧的传动来完成掀开盖子的动作。但此种机件式的开关方式，往往会占据相当大的空间，而不利于整体产品轻便化与缩小化的设计。是以，在现有的设计中，往往会利用电磁阀的开关动作，来控制电子产品其盖子的开启或关闭。
请参照图1，此图显示了典型电磁阀开关的控制电路。其中，藉由一个连结于电磁阀元件10的晶体管Q1，来控制电磁阀的动作。此晶体管Q1的栅极是连结于一控制端，以根据控制电压Vx的大小，来决定是否导通晶体管Q1，并使操作电压Vcc’作用于电磁阀元件10而进行动作。由于晶体管Q1是为一PMOS晶体管，因此当Vx＝0时(即低电位时)，晶体管Q1会开启；反之，当Vx＝1时(即高电位时)，晶体管Q1会关闭而停止电磁阀动作。
然而，要特别指出的是，上述电磁阀开关方式具有许多缺点。例如，当控制电压Vx电位不明确时，连带会使电磁阀的开关动作亦不明确，而导致盖子闩扣无法顺利的脱勾。而且，当控制端发生误动作、或是信号错误导致短路发生时，皆可能造成电磁阀长期维持在启动的状态。此时，由于一般的操作电压Vcc大约为4.5伏特左右，而电磁阀的阻抗值仅有数欧姆而已，是以高功率的电磁阀在持续不断的启动中会产生高热，而导致周边元件烧毁或是造成周围塑胶材料熔解。
发明内容
本发明的一目的在于提供一种以逻辑门输出信号来启动电磁阀的设计，藉由逻辑门二元性的位准输出，能精确的控制电磁阀的操作状态。
本发明的另一目的在于提供一种有效保护电磁阀元件的电路，当电磁阀启动时间超过一安全值时，能切断供给电源，以防止电磁阀烧毁。
本发明所提供的保护电路至少包括下列元件一逻辑门，能根据所输入的控制信号与参考信号，输出一对应的逻辑信号，用以启动一电磁阀。其中当该控制信号具有第一位准且该参考电压具有第二位准时，所输出的该逻辑信号会具有第三位准而启动该电磁阀。一反馈调整电路，能根据反馈的逻辑信号位准，调整参考信号的位准。其中，当该控制信号一直维持在第一位准时，反馈调整电路能调整参考电压使其由第二位准转变为第四位准，此时逻辑门会使逻辑信号由第三位准切换为第五位准而关闭电磁阀。此时，具有第五位准的反馈逻辑信号，会再度通过反馈调整电路，将参考电压由第四位准渐进转变为第二位准，而再度启动电磁阀。亦即，本发明中的反馈调整电路，能调整参考电压使其于第二位准与第四位准间反复振荡，并通过逻辑门使逻辑信号于第三位准与第五位准间反复的切换。
所述的反馈调整电路，主要包括一电容器C与一晶体管Q2。其中，电容器是耦接于逻辑门的输入端，可藉由充、放电程序，调整参考信号的位准。所述晶体管耦接于逻辑门输入端、电容器与接地端之间，以根据该逻辑信号的位准进行开关，而决定是否导通该逻辑门输入端与该接地端，以控制电容器进行充电或放电程序。其中，当反馈的逻辑信号导通晶体管时，电容器会经由晶体管接地而进行放电动作，并向下调整参考信号的位准。反之，当反馈的逻辑信号关闭晶体管时，电容器会进行充电程序，而渐进提升参考信号的位准。
为进一步说明本发明的上述目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本发明进行详细的描述。
图1显示了传统技术中启动电磁阀的相关电路；图2A与2B是分别显示本发明第一实施例中所提供的电磁阀保护电路以及相关的电位波形图；图3A与3B是是分别显示本发明第二实施例中所提供的电磁阀保护电路以及相关的电位波形图；图4A与4B是分别显示本发明第三实施例中所提供的电磁阀保护电路以及相关的电位波形图；图5A与5B是分别显示本发明第四实施例中所提供的电磁阀保护电路以及相关的电位波形图；及图6A与6B是分别显示本发明中各个逻辑门其输入值与输出值。
具体实施例方式
本发明揭示一种电磁阀保护电路，能有效防止电磁阀由于误动作或短路而长期处于启动的状态。此电磁阀保护电路主要包括一逻辑门元件与一反馈调整电路。其中，逻辑门能根据所输入的控制信号位准与参考电压位准，而输出一对应的逻辑信号，来启动所述电磁阀。反馈调整电路则可根据反馈的逻辑信号位准，渐进调整参考电压位准，并通过逻辑门元件改变逻辑信号位准，而达到关闭电磁阀的效果，以有效的保护电磁阀及其周边元件，避免造成过热烧毁的问题。有关本发明的详细说明如下所述。
第一实施例
请参照图2A，此图显示了本发明第一实施例中逻辑门元件、反馈调整电路以及相关的电磁阀结构。如上所述，一晶体管Q1是连结于电磁阀10与操作电压源Vcc′之间，当晶体管Q1导通时，可直接施加操作电压而启动电磁阀10进行动作。逻辑门20则分别具有第一输入端x、第二输入端y与一个输出端z，其中第一输入端x连结至一控制端，用以接收一控制信号Vx；而第二输入端y则连结至一个参考电压源Vcc，用以接收一参考电压信号；输出端z连结于晶体管Q1的栅极，以输出一逻辑信号Vo以控制晶体管Q1的开关动作。
所述的反馈调整电路30，主要包括彼此耦合的晶体管Q2、电容器C以及三个电阻器R、Rc与Rb。其中，电容器C是串接于第二输入端y与接地端之间，用以调整该参考信号的位准。如图中所示，此电容器C的第一端是直接连结至逻辑门20的第二输入端y，至于电容器C的第二端则连结至接地端。值得注意的是，此电容器C的第一端并经由一电阻器R而连接于上述的参考电压源Vcc。另外，晶体管Q2的两个电极端，是分别连接至第二输入端y与接地端，而其控制电极端则经由串连的电阻器Rb而连结至晶体管Q1的输出端z，并根据逻辑信号的位准进行开关，以决定是否导通第二输入端y与接地端。此外，在晶体管Q2与第二输入端y间，并串连了所述电阻器Rc。
仍请参照图2A，在此实施例中，所使用的逻辑门20是为一″或″门(orgate)，晶体管Q1则可选择由PMOS晶体管构成，至于晶体管Q2的选材上，为了有效的降低整组保护电路的成本，则可采用一个NPN晶体管来构成。
在结合上述的″或″门、PMOS晶体管、与NPN晶体管，构成电磁阀10的保护电路时，可得到如图2B所示的电压波形图。其中，当″或″门其第一输入端x的控制信号Vx维持在位准1时，不论第二输入端y的参考信号位准为何，输出端z的逻辑信号Vo都会维持在位准1的状态下，而使晶体管Q1处于截止区段，并让电磁阀10处于关闭的状况中。此时，由于控制信号Vx会导通晶体管Q2，而使第二输入端y，经由电阻器Rc连接至接地端，因此第二输入端y的参考信号位准，基本上会处在相对的低电位VL，而可视为位准0的状态。
一旦要开启电磁阀10进行动作时，则可将控制信号Vx由位准1调整至位准0，此时由于第二输入端y的参考信号尚在相对低电位VL(位准0)，是以输出的逻辑信号Vo会由位准1变成位准0，而导通晶体管Q1并启动电磁阀10。同时，位准0的逻辑信号Vo，并会经由电阻器Rb而关闭晶体管Q2，使得由参考电压源Vcc流入的电流，开始对电容器C进行充电。
值得注意的是，如同上述，当信号源发生故障或短路时，由第一输入端x输入的控制信号Vx，可能会一直保持在位准0的状况下。此时，本发明所提供的保护电路，便可适时的切换电磁阀的启动状态，以避免其一直维持在启动的状况下，进而发生烧毁熔解的情形。仍请参照图2B，当逻辑信号Vo导通了晶体管Q1而关闭了晶体管Q2时，电容器C会开始充电，而使第二输入端y的参考信号电位，由低电位VL逐渐上升而抵达相对的高电位VH。由于控制信号Vx一直维持在位准0，是以当第二输入端y的电位上升至高电位VH(可视为位准1)时，逻辑信号Vo会立刻由位准0变换成位准1，而关闭晶体管Q1并导通晶体管Q2。
一旦晶体管Q2导通后，电容器C会开始进行放电，而使第二输入端y的电位，由相对高电位VH逐渐下降，直到降低至相对低电位VL时，才会再度改变逻辑信号Vo的位准，同时再次导通晶体管Q1、关闭晶体管Q2。
这样，随着电容器C的充、放电过程，可控制第二输入端y的电位，在高低电位VH与VL之间进行周期性的反复振荡。进而控制输出端z的逻辑信号Vo，在位准0与位准1之间进行周期性的切换。在此种情况下，当逻辑信号Vo处于位准0的状态时，导通的晶体管Q1便会启动电磁阀10；反之，当逻辑信号Vo切换至位准1时，截止的晶体管Q1便会关闭电磁阀10。换言之，即使控制信号Vx由于故障或短路等原因，而持续陷于位准0的状态时，电磁阀10将不会一直维持在开启的状态，而会随着电容器C的充、放电时间，进行启动或关闭的动作。
要特别强调的是，借着调整上述电阻器R与Rc、电容器C的参数值，并可有效的决定电磁阀10启动或关闭的时间。其中，维持电磁阀10启动的时间TON，亦即电容器C由低电位VL充电至高电位VH所需的时间，可由下列式子决定TON＝RC ln[(Vcc-VL)/(Vcc-VH)]电磁10关闭的时间TOFF，亦即电容器C由高电位VH放电至低电位VL所需的时间，则可由下列式子决定TOFF＝RcC ln(VH/VL)这样，可精确的控制电磁阀开启或关闭的时间长短，而能确保电磁阀于安全的操作范围内进行操作。
此外，为了确保电容器C在放电过程中，能有效的使第二输入端y的电位降至相对低位准VL，在选择所述电阻器R与Rc、参考电压源Vcc、以至于晶体管Q2的参数值时，应该要满足下列式子(Vcc-VCEsat)*[Rc/(R+Rc)]+VCEsat＜VL其中，VCEsat为晶体管Q2其集-射极饱合电压。
第二实施例除了上述第一实施例中，如图2A所示，使用″或″门、PMOS晶体管与NPN晶体管来构成电磁阀保护电路外，亦可选择其它种类的逻辑门、以及不同的晶体管元件来产生相同的保护效果。请参照图3A，根据本发明的第二实施例，逻辑门是由一″与″门(AND gate)22构成，至于晶体管Q1、Q2则分别由一个NMOS晶体管与一NPN晶体管构成。
其操作波形图如图3B所示。当″与″门22的控制信号Vx维持在位准0时，不论第二输入端y的参考信号位准为何，输出端z的逻辑信号Vo都会维持在位准0的状态，而使NMOS晶体管Q1处于截止区段，并让电磁阀10处于关闭的状况中。同时，NPN晶体管Q2亦处于截止区段，而使电容器C进行充电程序，并使第二输入端y的参考信号电位，维持在相对的高电位VH。
当控制信号Vx由位准0切换至位准1，由于第二输入端y仍在相对高电位VH(位准1)，是以逻辑信号Vo会由位准0变成位准1，而导通NMOS晶体管Q1并启动电磁阀，同时经由电阻器Rb而导通NPN晶体管Q2，使电容器C进行放电程序。此时，即使控制信号Vx一直维持在位准1的状态，祗要电容器C持续放电而使第二输入端y的电位降低至VL，则逻辑信号Vo会立刻由位准1变换成位准0，而关闭晶体管Q1与晶体管Q2，并使电磁阀进入关闭状态。在关闭NPN晶体管Q2后，电容器C会再度进行充电程序，并逐渐增加第二输入端y的电位。当再次提升至高电位VH(位准1)，便会重新启动电磁阀。亦即，随着电容器C的充、放电过程，可控制第二输入端y的电位在电位VH与VL间周期性的振荡，进而使逻辑信号Vo在位准0与1之间周期性的切换，以便周期性的启动或关闭电磁阀。
第三实施例在本发明的第三实施例中，请参照图4A所示，则逻辑门可选择由一″或非″门(NOR gate)24构成，至于晶体管Q1、Q2则分别由NMOS晶体管与一PNP晶体管构成。其波形图如图4B所示，当″或非″门24的控制信号Vx维持在位准1时，逻辑信号Vo都会维持在位准0的状态，而使NMOS晶体管Q1处于截止区段，并让电磁阀10处于关闭的状况中。同时，PNP晶体管Q2则会处于导通状态，而使电容器C进行放电程序，并使第二输入端y维持在相对低电位VL。
当控制信号Vx由位准1切换至位准0，由于第二输入端y仍在相对低电位VL(位准0)，是以逻辑信号Vo会由位准0变成位准1，而导通NMOS晶体管Q1并启动电磁阀，同时经由电阻器Rb而关闭PNP晶体管Q2，使电容器C开始进行充电程序。当电容器C持续充电而使第二输入端y的电位升高至VH时，则逻辑信号Vo会立刻由位准1变换成位准0，而关闭晶体管Q1使电磁阀进入关闭状态，同时导通晶体管Q2而使电容器C再度进入放电程序。随着电容器C的充、放电过程，第二输入端y的电位会在电位VH与VL间周期性的振荡，而周期性的启动或关闭电磁阀。
第四实施例在本发明的第四实施例中，请参照图5A所示，逻辑门是由一″与非″门(NAND gate)26构成，至于晶体管Q1、Q2则分别由PMOS晶体管与一PNP晶体管构成。其波形图如图5B所示，当″与非″门22的控制信号Vx维持在位准0时，不论第二输入端y的参考信号位准为何，输出端z′的逻辑信号Vo都会维持在位准1的状态，而使PMOS晶体管Q1处于截止区段，并让电磁阀10处于关闭的状况中。同时，PNP晶体管Q2亦处于截止状态，而使电容器C进行充电程序，并使第二输入端y的参考信号电位，维持在相对高电位VH。
当控制信号Vx由位准0切换至位准1，由于第二输入端y仍在相对高电位VH(位准1)，是以逻辑信号Vo会由位准1变成位准0，而导通PMOS晶体管Q1并启动电磁阀，同时经由电阻器Rb而导通PNP晶体管Q2，使电容器C进行放电程序。此时，即使控制信号Vx一直维持在位准0的状态，只要电容器C持续放电而使第二输入端y的电位降低至VL，则逻辑信号Vo会立刻由位准0变换成位准1，而关闭晶体管Q1与Q2，并使电磁阀进入关闭状态。在关闭PNP晶体管Q2后，电容器C会再度进行充电程序，并逐渐增加第二输入端y的电位。当再次提升至高电位VH(位准1)，便会重新启动电磁阀。亦即，随着电容器C的充、放电过程，可控制第二输入端y的电位在电位VH与VL间周期性的振荡，而周期性的启动或关闭电磁阀。
为了方便了解上述各个逻辑门的运算状态，此处并附上相关逻辑门的真值表。请参照图6A，此图显示了″或″门与″或非″门其输入与输出值的关系。其中，x与y分别代表了逻辑门的两个输入端，至于z则代表了″或″门的输出值，而z′则代表了″或非″门的输出值。至于图6B，则显示了″与″门与″与非″门的输入与输出关系。其中，x与y同样代表了逻辑门的两个输入端，至于z则代表了″与″门的对应输出值，而z′则代表了″与非″门的对应输出值。
本发明所提供的保护电路具有相当多的优点。首先，由于逻辑门的输出信号，只会是位准为0或1的二元性信号，因此导通/关闭晶体管Q1与启动/停止电磁阀的动作会更为明确。这样可有效解决传统技术中，由于控制信号Vx电位不明确，所导致电磁阀动作亦不明确的问题。其次，即使控制端发生故障或短路，而使控制信号Vx一直维持在启动电磁阀的位准状态，本发明的保护电路亦可经由晶体管Q2的反馈信号，使电容器进行充、放电动作，而控制电磁阀的启动或关闭。并且，借着调整电容器的充、放电时间，能进一步控制电磁阀的启动或关闭时间，以防止其长时间导通而烧毁。换言之，藉由本发明的电磁阀保护电路，将可提升相关产品操作的稳定性与可靠性，并且达到延长产品寿命的效果。
本发明虽以较佳实例阐明如上，然而其并非用以限定本发明精神与发明范围，本发明并不是仅限于所述实施例。例如，在上述各个实施例中，虽然是以PMOS或NMOS晶体管来构成所需的晶体管Q1，并且以PNP或NPN晶体管来构成晶体管Q2，但熟悉本技术人员可轻易了解并利用其它元件或方式来产生相同的功效。譬如，也可利用MOS晶体管来构成上述的晶体管Q2等。因此，在不脱离本发明的精神与范围内所作的等效修改或等效替换，均应包含在下述的权利要求所限定的范围内。
权利要求
1.一种电磁阀保护电路，至少包括逻辑门，具有第一输入端、第二输入端与一输出端，其中该第一输入端用以接收一控制信号，该第二输入端是连结于一参考电压源用以接收一参考信号，该输出端输出一逻辑信号，并根据该逻辑信号的位准控制一电磁阀启动或关闭；电容器，分别耦接于该参考电压源与该第二输入端，以进行充、放电程序而渐进调整该参考信号的位准；及晶体管，耦接于该电容器与接地端之间，能根据该逻辑信号的位准进行开关，以决定是否导通该电容器与该接地端，当该晶体管导通时，该电容器经由该晶体管连接该接地端而进行放电程序，当该晶体管关闭时，该电容器经由该参考电压源进行充电程序。
2.如权利要求1所述的电路，其特征在于所述电容器具有第一电极与第二电极，且该第一电极是经由第一电阻器(R)连结至该参考电压源，该第二电极则连结至接地端。
3.如权利要求2所述的电路，其特征在于所述电容器的该第一电极直接连结于该逻辑门的该第二输入端。
4.如权利要求2所述的电路，其特征在于所述晶体管是经由第二电阻器(Rc)连结至该电容器。
5.如权利要求1所述的电路，其特征在于所述晶体管的控制端是经由第三电阻器(Rb)而连接于该逻辑门的该输出端。
6.一种电磁阀保护电路，至少包括第一晶体管，连结于一电磁阀与一操作电压源之间，用以施加操作电压于该电磁阀以进行动作；逻辑门，根据所输入的控制信号与参考信号，输出一逻辑信号至该第一晶体管的控制电极，用以控制该第一晶体管的开关；电容器，耦接于该逻辑门的输入端与一参考电压源，藉由该参考电压源进行充电程序，而逐渐调升该参考信号的位准；及第二晶体管，耦接于该逻辑门输入端、该电容器与接地端之间，以根据该逻辑信号的位准进行开关，而决定是否导通该电容器与接地端，以便使该电容器进行放电程序，而逐渐调降该参考信号的位准；其中当该控制信号维持于一特定位准而导致该第一晶体管持续导通时，该电容器进行充电动作而逐渐调升该参考信号的位准，并经由该逻辑门切换该逻辑信号的位准，以关闭该第一晶体管，同时导通该第二晶体管；其中当该二晶体管导通时，可使该电容器进行放电动作，而渐进调降该参考信号的位准。
7.如权利要求6所述的电路，其特征在于所述逻辑门是由一或门所构成，该第一晶体管是由一PMOS晶体管构成，而该第二晶体管则由一NPN晶体管构成。
8.如权利要求6所述的电路，其特征在于所述逻辑门是由一与门所构成，该第一晶体管是由一NMOS晶体管构成，而该第二晶体管则由一NPN晶体管构成。
9.如权利要求6所述的电路，其特征在于所述逻辑门是由一或非门所构成，该第一晶体管是由一NMOS晶体管构成，而该第二晶体管则由一PNP晶体管构成。
10.如权利要求6所述的电路，其特征在于所述逻辑门是由一与非门所构成，该第一晶体管是由一PMOS晶体管构成，而该第二晶体管则由一PNP晶体管构成。
全文摘要
一种电磁阀保护电路至少包括下列元件第一晶体管，连结于一电磁阀与操作电压源之间，用以施加操作电压以启动电磁阀进行动作；一逻辑门，具有两个输入端与一个输出端，其中输入端分别用以接收一控制信号与一参考信号，输出端则连结至该第一晶体管的控制端，用以输出一逻辑信号来控制第一晶体管的开关；一电容器，耦接于逻辑门输入端，能藉由充、放电动作，来调整参考信号的电压位准；第二晶体管，是耦接于电容器、逻辑门输入端、以及接地端之间，能根据逻辑信号的位准进行开关，而决定是否对电容器进行放电动作。
文档编号H02H7/00GK1667309SQ20041002869
公开日2005年9月14日 申请日期2004年3月12日 优先权日2004年3月12日
发明者高旭佳 申请人:华硕电脑股份有限公司