感性负载的开关控制方法及装置.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010003111.3 (22)申请日 2020.01.02 (71)申请人 宁波拓邦智能控制有限公司 地址 315000 浙江省宁波市高新区沧海路 189弄2号4号楼A2 (72)发明人 不公告发明人 (74)专利代理机构 深圳市瑞方达知识产权事务 所(普通合伙) 44314 代理人 张亚菊郭方伟 (51)Int.Cl. H03K 17/567(2006.01) (54)发明名称 一种感性负载的开关控制方法及装置 (57)摘要 本发明涉及一种感性负载的开关控制方法 及装置。

2、， 该方法包括接通供电端与感性负载的连 接以控制感性负载的开启、 以及断开供电端与感 性负载的连接以控制感性负载的关断； 其中， 在 断开供电端与感性负载的连接后即通过第一脉 冲控制信号控制感性负载与供电端的连接。 对于 传统的感性负载电路， 在负载断开瞬间， 电流陡 降， 发生剧烈变化， 造成了反向充电。 对于本发明 的开关控制方法， 在负载断开瞬间， 负载继续提 供第一脉冲控制信号， 在电压脉冲作用下， 冲击 效果减弱， 在此过程负载渐变， 相应的电流缓慢 变化， 从而削弱了反向充电效应， 从而实现了感 性负载的柔性平缓关闭。 权利要求书1页 说明书6页 附图5页 CN 111162767。

3、 A 2020.05.15 CN 111162767 A 1.一种感性负载的开关控制方法， 其特征在于， 包括： 接通供电端与感性负载的连接以 控制感性负载的开启、 以及断开所述供电端与所述感性负载的连接以控制所述感性负载的 关断； 其中， 在断开所述供电端与所述感性负载的连接后即通过第一脉冲控制信号控制所 述感性负载与供电端的连接。 2.根据权利要求1所述的感性负载的开关控制方法， 其特征在于， 在断开所述供电端与 所述感性负载的连接后即开始实时检测所述供电端的电压， 若所述供电端的电压超出预设 阈值， 则对所述感性负载输入第一脉冲控制信号， 直至所述供电端的电压低于所述预设阈 值。 3.根。

4、据权利要求1或2所述的感性负载的开关控制方法， 其特征在于， 在所述第一脉冲 控制信号持续期间， 该第一脉冲控制信号的频率为介于5KHz200KHz之间的固定值， 占空 比在1005的范围内逐渐减少。 4.根据权利要求1或2所述的感性负载的开关控制方法， 其特征在于， 在所述第一脉冲 控制信号持续期间， 该第一脉冲控制信号的频率在200KHz5KHz的范围内由高到低逐渐减 少， 占空比在1005的范围内逐渐减少。 5.根据权利要求1或2所述的感性负载的开关控制方法， 其特征在于， 在所述第一脉冲 控制信号持续期间， 该第一脉冲控制信号包括多个控制周期， 在每个所述控制周期内， 该第 一脉冲控制。

5、信号的频率在200KHz5KHz的范围内由高到低逐渐减少， 占空比为5100 的范围内的固定值。 6.根据权利要求1或2所述的感性负载的开关控制方法， 其特征在于， 所述开关控制方 法包括在接通所述供电端之前先对所述感性负载提供第二脉冲控制信号， 通过所述第二脉 冲控制信号控制所述供电端与所述感性负载的连接。 7.根据权利要求6所述的感性负载的开关控制方法， 其特征在于， 在所述第二脉冲控制 信号持续期间， 该第二脉冲控制信号的频率为介于5KHz200KHz之间的固定值或者该第二 脉冲控制信号的频率在5KHz200KHz的范围内由低到高逐渐增加； 占空比在5100的 范围内逐渐增大。 8.根据。

6、权利要求6所述的感性负载的开关控制方法， 其特征在于， 该第二脉冲控制信号 包括多个控制周期， 在每个所述控制周期内， 该第二脉冲控制信号的频率为介于5KHz 200KHz之间的固定值， 占空比在5100的范围内逐渐增大。 9.根据权利要求1所述的感性负载的开关控制方法， 其特征在于， 所述感性负载包括电 磁阀、 继电器和电机中的至少一种。 10.一种感性负载的开关控制装置， 其特征在于， 包括与感性负载的开关器件连接的控 制模块， 所述控制模块通过向所述开关器件输入控制信号以接通供电端与感性负载的连接 以控制感性负载的开启、 或者断开所述供电端与所述感性负载的连接以控制所述感性负载 的关断；。

7、 其中， 在断开所述控制信号的输入后即向所述开关器件输入第一脉冲控制信号以 控制所述感性负载与供电端的连接。 11.根据权利要求10所述的感性负载的开关控制装置， 其特征在于， 所述控制模块在接 通所述供电端之前先对所述感性负载提供第二脉冲控制信号， 通过所述第二脉冲控制信号 控制所述供电端与所述感性负载的连接。 权利要求书 1/1 页 2 CN 111162767 A 2 一种感性负载的开关控制方法及装置 技术领域 0001 本发明涉及电子技术领域， 尤其涉及一种感性负载的开关控制方法及电源。 背景技术 0002 对于传统的感性负载电路， 例如包含电磁阀、 继电器、 电机等感性负载的电路， 。

8、在 关断的时候电感将产生很大的反向电动势， 参阅图1所示的传统感性负载电路的Vcc电压曲 线， 因负载断开导致电流陡降， 没有续流回路时可导致放电打火、 引起火灾； 有续流回路时， 电感能量泄放造成了反向充电前端电源电压升高， 电源电路损坏、 开关器件损坏、 其他附属 电路损坏。 类似地， 在负载接通时刻， 因电感需要较大的电流， 会把前端的工作电压瞬间拉 低， 从而容易导致单片机复位不良。 0003 对于负载断开时刻的反向充电问题对于， 目前一般采用额外的放电回路来解决该 问题， 但是如果采用额外的放电回路， 将会消耗系统的能耗。 而对于负载接通时刻的工作电 压瞬间拉低问题， 目前一般采用前。

9、端驱动电路来解决， 然而前端驱动电路需要增加很多大 储能电容， 将导致空间增加， 成本上升。 发明内容 0004 本发明要解决的技术问题在于， 针对感性负载电路在负载断开时刻产生的反向充 电问题， 提供一种感性负载的开关控制方法及装置。 0005 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 构造一种感性负载的开关控制方 法， 接通供电端与感性负载的连接以控制感性负载的开启、 以及断开所述供电端与所述感 性负载的连接以控制所述感性负载的关断； 其中， 在断开所述供电端与所述感性负载的连 接后即通过第一脉冲控制信号控制所述感性负载与供电端的连接。 0006 优选地， 在断开供电端时即开始实时检测供电。

10、端的电压， 若供电端的电压超出预 设阈值， 则对感性负载提供第一脉冲控制信号， 直至供电端的电压低于预设阈值。 0007 优选地， 在第一脉冲控制信号持续期间， 该第一脉冲控制信号的频率为介于5KHz 200KHz之间的固定值， 占空比在1005的范围内逐渐减少。 0008 优选地， 在第一脉冲控制信号持续期间， 该第一脉冲控制信号的频率在200KHz 5KHz的范围内由高到低逐渐减少， 占空比在1005的范围内逐渐减少。 0009 优选地， 在第一脉冲控制信号持续期间， 该第一脉冲控制信号包括多个控制周期， 在每个控制周期内， 该第一脉冲控制信号的频率在200KHz5KHz的范围内由高到低逐。

11、渐减 少， 占空比为5100的范围内的固定值。 0010 优选地， 开关控制方法包括在接通供电端之前先对感性负载提供第二脉冲控制信 号。 0011 优选地， 在第二脉冲控制信号持续期间， 该第二脉冲控制信号的频率为介于5KHz 200KHz之间的固定值或者该第二脉冲控制信号的频率在5KHz200KHz的范围内由低到 高逐渐增加； 占空比在5100的范围内逐渐增大。 说明书 1/6 页 3 CN 111162767 A 3 0012 优选地， 该第二脉冲控制信号包括多个控制周期， 在每个控制周期内， 该第二脉冲 控制信号的频率为介于5KHz200KHz之间的固定值， 占空比在5100的范围内逐渐。

12、增 大。 0013 优选地， 感性负载包括电磁阀、 继电器和电机中的至少一种。 0014 本发明还涉及一种感性负载的开关控制装置， 包括与感性负载的开关器件连接的 控制模块， 所述控制模块通过向所述开关器件输入控制信号以接通供电端与感性负载的连 接以控制感性负载的开启、 或者断开所述供电端与所述感性负载的连接以控制所述感性负 载的关断； 其中， 在断开所述控制信号的输入后即向所述开关器件输入第一脉冲控制信号 以控制所述感性负载与供电端的连接。 0015 优选地， 控制模块在接通供电端之前先对感性负载提供第二脉冲控制信号， 通过 所述第二脉冲控制信号控制所述供电端与所述感性负载的连接。 0016。

13、 对于传统的感性负载电路， 在负载断开瞬间， 电流陡降， 发生剧烈变化， 造成了反 向充电。 对于本发明的开关控制方法， 在负载断开瞬间， 负载继续提供第一脉冲控制信号， 在电压脉冲作用下， 冲击效果减弱， 在此过程负载渐变， 相应的电流缓慢变化， 从而削弱了 反向充电效应， 实现了感性负载的柔性平缓关闭。 附图说明 0017 下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明， 附图中： 0018 图1是现有技术中感性负载电路的Vcc电压曲线示意图； 0019 图2是依据本发明第一实施例的开关控制方法对供电端提供的电压曲线示意图； 0020 图3是图1中的感性负载的电流曲线示意图； 0021 图4是。

14、图2中的感性负载的电流曲线示意图； 0022 图5是图2中的第一脉冲控制信号包含1个波形时的感性负载的Vcc电压曲线示意 图； 0023 图6是图2中的第一脉冲控制信号包含多个波形时的感性负载的Vcc电压曲线示意 图； 0024 图7A是依据第一实施例的一具体电路的电路结构图； 0025 图7B是依据第一实施例的又一具体电路的电路结构图； 0026 图7C是依据第一实施例的再一具体电路的电路结构图； 0027 图8是图7A中的开关控制方法对供电端提供的电压曲线示意图； 0028 图9是依据本发明第四实施例的开关控制方法对供电端提供的电压曲线示意图； 0029 图10是图9中的感性负载的电流曲线。

15、示意图； 0030 图11是图9中的感性负载的Vcc电压曲线示意图。 具体实施方式 0031 为了对本发明的技术特征、 目的和效果有更加清楚的理解， 现对照附图详细说明 本发明的具体实施方式。 以下描述中， 需要理解的是，“前” 、“后” 、“上” 、“下” 、“左” 、“右” 、 “纵” 、“横” 、“竖直” 、“水平” 、“顶” 、“底” 、“内” 、“外” 、“头” 、“尾” 等指示的方位或位置关系为 基于附图所示的方位或位置关系、 以特定的方位构造和操作， 仅是为了便于描述本技术方 说明书 2/6 页 4 CN 111162767 A 4 案， 而不是指示所指的装置或元件必须具有特定的。

16、方位， 因此不能理解为对本发明的限制。 0032 以下描述中， 为了说明而不是为了限定， 提出了诸如特定系统结构、 技术之类的具 体细节， 以便透彻理解本发明实施例。 然而， 本领域的技术人员应当清楚， 在没有这些具体 细节的其它实施例中也可以实现本发明。 在其它情况中， 省略对众所周知的系统、 装置、 电 路以及方法的详细说明， 以免不必要的细节妨碍本发明的描述。 0033 依据本发明的第一实施例的一种感性负载的开关控制方法包括接通供电端以控 制感性负载的开启、 以及断开供电端以控制感性负载的关断； 其中， 在断开供电端时即对感 性负载提供第一脉冲控制信号。 0034 参阅图2， 在一具体实。

17、施方式中， t1为负载关断时刻， t2为负载接通时刻， t3为负载 断续时刻， 在负载断开时， 即从t3起始对感性负载提供第一脉冲控制信号100， 该第一脉冲 控制信号100可以包括1个波形， 也可以包括多个波形， 频率、 占空比均可调。 0035 具体而言， 开关控制方法控制供电端与感性负载之间的连接， 即通过输入控制信 号(如连通控制信号)接通供电端与感性负载的连接以控制感性负载的开启， 以及输入控制 信号(如断开控制信号)断开供电端与感性负载的连接以控制感性负载的关断。 在输入断开 控制信号后再输入第一脉冲控制信号100， 该第一脉冲控制信号100不同于上述连通控制信 号和断开控制信号，。

18、 第一脉冲控制信号100输入后， 感性负载不再是完全接通而实现全负载 工作或持续断开实现完全停止供电工作， 而是在脉冲控制信号的作用下， 接替连通和断开， 从而实现了感性负载的非全负载工作。 通常， 第一脉冲控制信号100作为输入信号， 输入到 感性负载电路的控制开关器件中， 上述控制开关器件例如为三极管、 MOS管、 IGBT等， 从而可 以通过该第一脉冲控制信号100控制感性负载的接替开启和关断。 0036 参阅图3， 对于传统的感性负载电路， 在负载断开瞬间， 即从t2时刻转到t3时刻， 电 流A陡降， 发生剧烈变化， 造成了反向充电。 参阅图4， 对于本发明的开关控制方法， 在负载断 。

19、开瞬间， 即从t2时刻转到t3时刻， 负载继续提供第一脉冲控制信号100， 在电压脉冲作用下， 冲击效果减弱， 在此过程负载渐变， 相应的t3时刻的电流A缓慢减少， 从而削弱了反向充电 效应。 对比图1， 参阅图5， 依据本发明的负载电路的Vcc电压曲线中， 关断时刻前端器件的工 作电压明显减少， 实现了反向充电效应削弱的目的。 0037 以上示出的实施方式为第一脉冲控制信号100包含1个波形的情况， 当第一脉冲控 制信号100包含多个连续波形时， 第一脉冲控制信号100控制负载多次关断和接通， 每次脉 冲下的关断， 都可以起到削弱电压的作用， 多次关断形成的逐级削弱， 最终使得负载完全关 断。

20、。 0038 图7A示出了一具体的感性负载电路的电路图， 该电路为H桥控制模式， 当电路负载 断开后， 即进入第一脉冲控制信号100控制的负载断续时刻t3， 参阅图8， 在负载接通时刻 后， 经过线圈L1的电流达到恒定值后， 关断原来导通的开关管， T1 时负载线圈的感应电动 势通过开关管的续流二极管向电源释放， 导致电源电压上升； 在电压上升到设定值时， 在 T2 开启原来导通的开关管， 此时电源电压下降， T2 开启的时间短， 不足以让电磁阀进入工 作状态， 负载线圈的电流减少， T3 和T4 以此类推， 经过n个循环后， 线圈的能量分步释放。 0039 图7B示出了一具体的感性负载电路的。

21、电路图， 该电路为单管开漏电流控制模式， PA为脉冲信号输入端， VCC为电压测试点。 当电路负载断开后， 即进入第一脉冲控制信号100 控制的负载断续时刻t3， 参阅图7B， 在负载接通时刻后， 经过线圈L1的电流达到恒定值后， 说明书 3/6 页 5 CN 111162767 A 5 关断原来导通的开关管， T1 时负载线圈的感应电动势通过开关管的续流二极管向电源释 放， 导致电源电压上升； 在电压上升到设定值时， 在T2 开启原来导通的开关管， 此时电源电 压下降， T2 开启的时间短， 不足以让电磁阀进入工作状态， 负载线圈的电流减少， T3 和T4 以此类推， 经过n个循环后， 线圈。

22、的能量分步释放。 0040 图7C示出了一具体的感性负载电路的电路图， 该电路为单管灌电流控制模式， PB 为脉冲信号输入端， VCC为电压测试点。 当电路负载断开后， 即进入第一脉冲控制信号100控 制的负载断续时刻t3， 参阅图7C， 在负载接通时刻后， 经过线圈L1的电流达到恒定值后， 关 断原来导通的开关管， T1 时负载线圈的感应电动势通过开关管的续流二极管向电源释放， 导致电源电压上升； 在电压上升到设定值时， 在T2 开启原来导通的开关管， 此时电源电压 下降， T2 开启的时间短， 不足以让电磁阀进入工作状态， 负载线圈的电流减少， T3 和T4 以 此类推， 经过n个循环后，。

23、 线圈的能量分步释放。 0041 与第一实施例相比， 依据本发明第二实施例的感性负载的开关控制方法在断开供 电端时即开始实时检测供电端的电压， 若供电端的电压超出预设阈值， 则对感性负载提供 第一脉冲控制信号， 直至供电端的电压低于预设阈值。 采用实时检测电压， 可以避免仅使用 预估的第一脉冲控制信号100进行负载关断后的信号， 提高了关断控制的效率， 即一旦检测 到电压已在预设阈值范围内， 则可停止信号控制。 0042 在第一实施例或第二实施例的基础上， 依据本发明第三实施例的感性负载的开关 控制方法中， 可以选择适合的第一脉冲控制信号100， 例如选择适合的占空比和频率， 以达 到最佳控制。

24、效果。 0043 在本实施例的一具体实施方式中， 在第一脉冲控制信号100持续期间， 该第一脉冲 控制信号的频率为介于5KHz200KHz之间的固定值， 占空比在1005的范围内逐渐减 少。 例如， 第一脉冲控制信号的频率可以是5KHz、 50KHz、 100KHz、 160KHz、 200KHz等； 占空比 可以从100逐渐减少到5， 也可以从80减少到20， 本领域的普通技术人员根据实际 电路结构选择合适的频率和占空比组合， 此处不再一一赘述。 0044 在本实施例的另一具体实施方式中， 在第一脉冲控制信号持续期间， 该第一脉冲 控制信号的频率在200KHz5KHz的范围内由高到低逐渐减少。

25、， 占空比在1005的范围 内逐渐减少。 例如， 第一脉冲控制信号的频率可以从200KHz逐渐减少到5KHz， 也可以从 160KHz逐渐减少到50KHz； 占空比可以从100逐渐减少到5， 也可以从80减少到20， 本领域的普通技术人员根据实际电路结构选择合适的频率和占空比组合， 此处不再一一赘 述。 0045 在本实施例的再一具体实施方式中， 在第一脉冲控制信号持续期间， 该第一脉冲 控制信号包括多个控制周期， 在每个控制周期内， 该第一脉冲控制信号的频率在200KHz 5KHz的范围内由高到低逐渐减少， 占空比为5100的范围内的固定值。 例如， 可以在每 个控制周期内， 第一脉冲控制信。

26、号的频率可以从200KHz逐渐减少到5KHz， 占空比为60， 本 领域的普通技术人员根据实际电路结构选择合适的频率和占空比组合， 此处不再一一赘 述。 0046 感性负载电路关断后提供第一脉冲控制信号100进行控制， 实现了动态功率负载 切换， 实现了柔性平缓关断感性负载。 其中占空比越小， 负载越小， 随着占空比逐渐减少时， 实现负载的平滑过渡， 直至电路完全关断。 针对第一脉冲控制信号100选择合适的脉冲频 说明书 4/6 页 6 CN 111162767 A 6 率， 脉冲频率越高， 功率的特征越平稳， 但同时会加大开关管(MOS、 三极管、 IGBT)的损耗， 所 以要选择适当的开关。

27、频率， 到达系统控制需求。 可以编辑出各种常用的控制模型如指数级 变化、 对数变化， 余弦函数变化等， 优化系统的EMC性能。 0047 在上述任一实施例的基础上， 依据本发明第四实施例的感性负载的开关控制方法 包括在接通供电端之前先对感性负载提供第二脉冲控制信号。 第二脉冲控制信号可以包含 1个波形， 也可以包含多个波形， 且第二脉冲控制信号的频率和占空比均可同时调节。 0048 仍参阅图1， 在负载接通时刻， 因电感需要较大的电流， 会把前端的工作电压瞬间 拉低， 从而容易导致单片机复位不良。 参阅图9， 在一具体实施方式中， t1为负载关断时刻， t2为负载接通时刻， t3为负载断续时刻。

28、， 在负载接通时刻t2之前， 即从t1起始对感性负载提 供第二脉冲控制信号200， 该第二脉冲控制信号200可以包括1个波形， 也可以包括多个波 形， 频率、 占空比均可调。 0049 参阅图10， 对于本发明的开关控制方法， 在负载接通之前， 即从t1到t2时刻之间， 负载提前提供第二脉冲控制信号200， 在电压脉冲作用下， 冲击效果减弱， 在此过程负载渐 变， 相应的t1时刻的电流A1相比于直接负载开启的电流A0而言， 更加缓慢地增加， 从而削弱 了前端的工作电压瞬间拉低的效应。 对比图1， 参阅图11， 依据本发明的负载电路的Vcc电压 曲线中， 负载开启前前端的工作电压变化较为平缓， 。

29、未被瞬间拉低。 0050 在本实施例的一具体实施方式中， 在第二脉冲控制信号200持续期间， 该第二脉冲 控制信号200的频率为介于5KHz200KHz之间的固定值或者该第二脉冲控制信号的频率在 5KHz200KHz的范围内由低到高逐渐增加； 占空比在5100的范围内逐渐增大。 例如， 第二脉冲控制信号200可以从20KHz逐渐增加到120KHz， 占空比可以从5逐渐增加到 100， 从而最终全负载。 本领域的普通技术人员根据实际电路结构选择合适的频率和占空 比组合， 此处不再一一赘述。 0051 在本实施例的又一具体实施方式中， 该第二脉冲控制信号包括多个控制周期， 在 每个控制周期内， 该。

30、第二脉冲控制信号的频率为介于5KHz200KHz之间的固定值， 占空比 在5100的范围内逐渐增大。 例如， 第二脉冲控制信号200的频率可以取固定值 160KHz， 占空比可以从5逐渐增加到100， 从而最终全负载。 本领域的普通技术人员根据 实际电路结构选择合适的频率和占空比组合， 此处不再一一赘述。 0052 感性负载电路接通之前提供第二脉冲控制信号200进行控制， 实现了动态功率负 载切换， 实现了柔性平缓开启感性负载。 其中占空比越小， 负载越小， 随着占空比逐渐增加 时， 实现负载开启的平滑过渡， 直至电路完全接通开启。 针对第二脉冲控制信号200选择合 适的脉冲频率， 脉冲频率越。

31、高， 功率的特征越平稳， 但同时会加大开关管(MOS、 三极管、 IGBT)的损耗， 所以要选择适当的开关频率， 到达系统控制需求。 可以编辑出各种常用的控 制模型如指数级变化、 对数变化， 余弦函数变化等， 优化系统的EMC性能。 0053 本发明所述的感性负载包括电磁阀、 继电器和电机中的至少一种。 0054 本发明还涉及一种感性负载的开关控制装置， 可以实现上述任一实施例所述的开 关控制方法。 该开关控制装置包括与感性负载的开关器件连接的控制模块， 控制模块通过 向开关器件输入控制信号以接通供电端与感性负载的连接以控制感性负载的开启、 或者断 开供电端与感性负载的连接以控制感性负载的关断。

32、； 其中， 在断开控制信号的输入后即向 开关器件输入第一脉冲控制信号以控制感性负载与供电端的连接。 当然， 控制模块还可以 说明书 5/6 页 7 CN 111162767 A 7 在开启接通工作电压之前提供第二脉冲控制信号， 通过所述第二脉冲控制信号控制所述供 电端与所述感性负载的连接， 从而实现了上述任一实施例所述的开关控制方法。 0055 可以理解的， 以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式， 其描述较为具体和详 细， 但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制； 应当指出的是， 对于本领域的普通技 术人员来说， 在不脱离本发明构思的前提下， 可以对上述技术特点进行自由组合， 还可以做 。

33、出若干变形和改进， 这些都属于本发明的保护范围； 因此， 凡跟本发明权利要求范围所做的 等同变换与修饰， 均应属于本发明权利要求的涵盖范围。 说明书 6/6 页 8 CN 111162767 A 8 图1 图2 图3 说明书附图 1/5 页 9 CN 111162767 A 9 图4 图5 图6 说明书附图 2/5 页 10 CN 111162767 A 10 图7A 图7B 说明书附图 3/5 页 11 CN 111162767 A 11 图7C 图8 图9 说明书附图 4/5 页 12 CN 111162767 A 12 图10 图11 说明书附图 5/5 页 13 CN 111162767 A 13 。