專利名稱：用于驅(qū)動交流電磁鐵和直流雙穩(wěn)態(tài)電磁鐵,特別是灌溉系統(tǒng)電磁閥的電磁鐵的控制裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于驅(qū)動交流電磁鐵和直流雙穩(wěn)態(tài)電磁鐵的控制裝置，特別是驅(qū) 動草坪、花園和菜園等的灌溉系統(tǒng)電磁閥的電磁鐵的控制裝置。
背景技術：
集中灌溉系統(tǒng)設計的其中一個最大的問題是，集中灌溉系統(tǒng)能在多大程度上適合 需要灌溉的場所的情況。根據(jù)所需灌溉的公園、花園、運動場或耕地，選擇不同的系 統(tǒng)。
通常需要根據(jù)具體規(guī)劃來設計系統(tǒng)，以滿足客戶的要求。很明顯，由此產(chǎn)生的工 程成本極大地影響了整個系統(tǒng)的成本，從而降低了競爭力和利潤。
此外，所需的配線通常很重要，并且有時意味著在系統(tǒng)安裝、調(diào)試和維護以及在 系統(tǒng)擴建過程中的困難。事實上，安裝技術員和園藝師對電氣系統(tǒng)并不內(nèi)行。
由于這些原因，集中灌溉系統(tǒng)的產(chǎn)品市場向持續(xù)增進標準化和元件的模塊化水平 的方向發(fā)展，從而這些產(chǎn)品可以作為一個整體安裝，而不會產(chǎn)生安裝困難。
這一設想可以通過灌溉系統(tǒng)的一個控制裝置實現(xiàn)，該控制裝置可以無區(qū)別地驅(qū)動 兩種通常使用的電磁閥，即交流電磁閥或者直流雙穩(wěn)態(tài)電磁閥。
在灌溉系統(tǒng)中，電磁閥的選擇取決于各種因素，涉及到電磁閥的特性和灌溉系統(tǒng) 的類型及分布狀態(tài)。
通常，具有交流電磁鐵的電磁閥有成本效益；而且，電磁閥呈現(xiàn)一定的安全水平， 因為在故障情況下，電磁閥會關閉，從而中斷水流。但另一方面，電磁閥需要提供適 當電力的交流電源，因此需要高的運作成本并靠近電網(wǎng)。具有直流雙穩(wěn)態(tài)電磁鐵的電磁閥更昂貴；并且，它們較不安全，因為在控制裝置 和電磁閥之間的電連接中斷時，電磁閥仍處于中斷前的狀態(tài)，因此也是打開的。另一 方面，它們需要較少的電力，且可以用電池或者太陽能電池供應，因為雙穩(wěn)態(tài)電磁鐵 只需要由一個狀態(tài)轉變成另一個狀態(tài)的能量而不需要其它能量。
當前，用于灌溉系統(tǒng)的控制裝置的類型取決于系統(tǒng)本身采用的電磁閥的類型。也 就是說，沒有一種控制裝置可被使用而不用區(qū)分其電磁閥是具有交流電磁鐵還是直流 雙穩(wěn)態(tài)電磁鐵。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于設計一種允許驅(qū)動而不區(qū)分交流電磁鐵或者直流雙穩(wěn)態(tài)電磁鐵 的控制裝置，進而設計具有一種或另一種電磁鐵的灌溉系統(tǒng)的電磁閥。
根據(jù)本發(fā)明，此目的是這樣實現(xiàn)的 一種用于驅(qū)動交流或直流雙穩(wěn)態(tài)型電磁鐵的 控制裝置，包括可選擇地連接至交流或者直流電壓源的電源接線端，可連接至被驅(qū) 動電磁鐵的負載接線端，至少一個與所述被驅(qū)動電磁鐵串聯(lián)的雙向可控硅(Triac)元 件，可被控制以接通所述雙向可控硅的裝置，置于所述電源接線端和所述負載接線端 之間的選擇裝置，該選擇裝置使所述控制裝置在適合于交流電磁鐵的電源的第一結構 和適合于直流雙穩(wěn)態(tài)電磁鐵的電源的第二結構之間切換，以及當控制裝置為所述第二 結構時，可被控制以使負載接線端的電壓極性相對于加在電源接線端的電壓極性反向 的反向裝置。
從而，交流電磁鐵或者直流雙穩(wěn)態(tài)電磁鐵可以沒有區(qū)分地連接至控制裝置的負載 接線端。


本發(fā)明的這些和其他特征將在以下結合附圖的描述中更清楚，實施例僅作為例子 并不構成對本發(fā)明的限制。
圖1展示了根據(jù)本發(fā)明的控制裝置在"交流電磁鐵"結構下的第一實施例；
圖2展示了圖1的裝置在"交流電磁鐵"結構下運作的時間圖3展示了圖1的裝置在"直流雙穩(wěn)態(tài)電磁鐵"結構下的第一狀態(tài)；
圖4展示了圖1的控制裝置在"直流雙穩(wěn)態(tài)電磁鐵"結構下的第二狀態(tài)；
圖5展示了在"交流電磁鐵"結構下圖1的控制裝置的運作時間圖6展示了根據(jù)本發(fā)明的控制裝置的第二實施例的電路圖7展示了根據(jù)"直流雙穩(wěn)態(tài)電磁鐵"結構的圖6控制裝置的運作時間圖8展示了電壓倍增器的電路圖，該電壓倍增器可用于增加直流運作下的控制裝 置的輸入直流電壓；
圖9展示了變壓器的電路圖，該變壓器用于增加直流運作下控制裝置的輸入直流 電壓。
具體實施例方式
圖1展示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的控制裝置1的簡化電路圖。
所述控制裝置1的主要供給端口由兩個輸入或者電源接線端2和3組成， 電源接線端3接地。輸入電壓Vin可以為低交流電壓(24Vac)和電池直流電壓(9Vdc 或12Vdc)或者由太陽能電池供給。
輸出端由兩個輸出或負載接線端4和5組成，并連接至被驅(qū)動電磁鐵L的接線端， 被驅(qū)動電磁鐵L可以是交流或者直流雙穩(wěn)態(tài)的電磁鐵。
具有門極G的雙向可控硅T與被驅(qū)動電磁鐵L通過接線端5和6串聯(lián)，其中門極 G由適當?shù)难b置控制，例如微處理器M。電流i可流經(jīng)所述被驅(qū)動電磁鐵L和所述雙 向可控硅T組成的串聯(lián)部分。
在被驅(qū)動電磁鐵L和雙向可控硅T組成的上述串聯(lián)部分的兩端，有兩個開關Sl 和S2，該兩個開關由繼電選擇器S機械連接并控制，所述繼電選擇器S在交流和直流 之間切換，并由上述微處理器控制。
在裝置1中，存在另兩個開關A1和A2，該開關A1和A2由反向繼電器A機械 連接和控制"On"和"Off'，該反向繼電器由所述微處理器控制。
可被選擇器S選擇、從而被開關S1和S2選擇的位置為
-"AC"(見圖1)，即交流開關Sl將電源接線端2和輸出端4連接； 開關S2使接線端6接地；如此設置選擇器，控制裝置1便是"交流電磁鐵"結 構；
-"DC"(見圖3和圖4)，即直流開關S1將開關A1和輸出端5連 接；開關S2將開關A2和接線端6連接；如此設置選擇器S，控制裝置1便 是"直流雙穩(wěn)態(tài)電磁鐵"結構。
只有控制裝置1為"直流雙穩(wěn)態(tài)電磁鐵"結構時，反向繼電器A以及開關Al和A2 的位置影響控制裝置1的動作。所述位置為
-"DC On"(圖3)，即直流接通如果開關Sl被設定在"DC"位置， 開關Al就將輸入端2和開關Sl連接；如果開關S2被設定在"DC"位置，開 關A2就將輸入端3和開關S2連接；這樣，由被驅(qū)動電磁鐵L和雙向可控硅 T組成的串聯(lián)部分就被極化，極化電壓VinX);
-"DCOff，(見圖4)，即直流關閉如果開關S1被設置在"DC"位置， 開關Al就將開關Sl接地；如果開關S2被設置在"DC"位置，開關A2就將輸 入端2和開關S2連接；這樣，由被驅(qū)動電磁鐵L和雙向可控硅T組成的串 聯(lián)部分就被極化，極化電壓VinO。
在公開控制裝置整體運作前，描述一下雙向可控硅T和微處理器M的工作方式將 有所幫助。
對于雙向可控硅T來說，如果門極G由負電壓例如-3V激活，雙向可控硅T被切 換至"導通"(也可以說"被接通")，接通電流i，如同閉合開關。當門極G不再被激活， 雙向可控硅T被斷開:雙向可控硅T繼續(xù)傳導至電流i為零。當電流為零，雙向可控 硅T被"關閉"并不允許電流經(jīng)過，如同打開狀態(tài)的開關，直至門極G再次被-3V的電
壓激活。
微處理器M控制控制裝置1的運作。它可以識別電源電壓Vin是直流還是交流， 以及接收用戶或者微處理器的存儲器中預定程序給予的進一步信息。有關被驅(qū)動電磁
鐵L的類型(直流雙穩(wěn)態(tài)或者交流)的信息必須包含在該信息內(nèi)。取決于收到的信息 并通過編程，微處理器控制雙向可控硅T的門極G(繼而流經(jīng)驅(qū)動電磁鐵L的電流i)、 選擇器S (繼而電磁鐵的電源電壓，是直流還是交流)和反向繼電器A (繼而由電磁 鐵L和雙向可控硅T形成的串聯(lián)部分的兩端的電壓)。
"交流電磁鐵"結構的控制裝置1的運作可參見圖1和圖2。
交流電壓Vin，典型地如24V，被施加在輸入端2和3。選擇器S處于"AC"位置； 反向繼電器A的位置沒有影響。電磁鐵L和雙向可控硅T形成的串聯(lián)部分被加以交流 電壓，但由于門仍未激活而沒有電流。當門極G被激活時，雙向可控硅T被切換為導 通，非零電流i流經(jīng)被驅(qū)動的電磁鐵L，從而該電磁鐵L被激活。當門極G被關斷時， 電流i繼續(xù)經(jīng)過直至交流電源電壓從正值變?yōu)榱?；在此點上，電流i變?yōu)榱?，雙向可控 硅T被關閉，電磁鐵L被去勵磁。由于電源電壓Vin為交流，雙向可控硅T在半個周 期內(nèi)被關閉。
圖2展示了"交流電磁鐵"結構的控制裝置的運作的時間圖。
根據(jù)圖3至圖5"直流雙穩(wěn)態(tài)電磁鐵"結構的運作將在下面描述。首先描述被驅(qū)動 電磁鐵L從"Off'狀態(tài)到"On"狀態(tài)的轉變。
輸入端2和3施加直流電壓Vin。選擇器S處于"DC"狀態(tài)，反向繼電器A處于"DC On"狀態(tài)。電磁鐵L和雙向可控硅T形成的串聯(lián)部分施加正直流電壓，但由于雙向可 控硅T仍處于未激活，不存在電流。
當微處理器M使雙向可控硅T的門極G加以負電壓-3V (見圖5，轉變a)，雙向 可控硅T切換為導通，并使被驅(qū)動電磁鐵L的電流iX);該電流i〉 0足以使被驅(qū)動電 磁鐵L改變狀態(tài)并切換為"On"狀態(tài)。
一旦被控制的電磁鐵L被切換至"On"狀態(tài)，電磁鐵L不再需要被供給電源。微處 理器M從而關斷雙向可控硅T的門極G (見圖5，轉變b)，但是雙向可控硅T繼續(xù) 導通，因為流經(jīng)的電流i為直流且不為零。
隨后，微處理器使反向繼電器A切換至"DCOff'位置(圖5中，轉變c)，從而 構成圖4的控制裝置1 。電磁鐵L和雙向可控硅形成的串聯(lián)部分的接線端4和6在負 電壓-Vin被迅速極化，在此轉變中電流i變?yōu)榱?，從而導致雙向可控硅T的關閉，這防止了被驅(qū)動的電磁鐵L的進一步電流i 。隨后，微處理器使反向繼電器A切換回"DC" 位置(圖5中，轉變d)。在這種情況下，控制裝置l沒有消耗能量。
當被驅(qū)動電磁鐵L需要轉變至"Off'狀態(tài)時，反向繼電器A被切換至"DC Off'狀態(tài) (圖5中，轉變e)。
隨后，微處理器激活雙向可控硅T的門極G (圖7中，轉變f)，從而，雙向可控 硅T切換至導通，使通過被驅(qū)動電磁鐵L的電流i<0。電流i<0使得電磁鐵L切換至"Off' 狀態(tài)。
在此點上，雙向可控硅T仍必須切斷以避免不必要的能量消耗。
首先，微處理器使雙向可控硅T的門極G關斷(圖5中，轉變g)，但是電流iO 繼續(xù)流過被驅(qū)動電磁鐵L和雙向可控硅T形成的串聯(lián)部分。
最后，微處理器(圖5中，轉變h)使反向繼電器A切換至"DCOn"狀態(tài)電磁鐵 -雙向可控硅串聯(lián)部分的接線端4和6在正電壓被極化，從而電流i變?yōu)榱悖仁闺p 向可控硅切斷。
圖6展示了第二實施例，如果該裝置被用于控制直流雙穩(wěn)態(tài)電磁鐵，則要求雙極 電源，但只允許使用電子元件代替機電式的反向機電器A。
其中，有五個輸入端
-用于交流電源的輸入端ll;
-用于帶有固定正電勢VdOO的直流電源的輸入端12; -接地輸入端13;
-用于帶有固定負電勢-VdcO的直流電源的負輸入端17; -負電勢端18 (例如-3V)。
輸出或者負載接線端4和5與直流雙穩(wěn)態(tài)或交流驅(qū)動電磁鐵L連接，使電磁鐵L 與帶有由微處理器M控制的門極G的雙向可控硅T串聯(lián)。門極G需要負的激活電壓， 例如-3V。
接線端4連接至由選擇器S控制的開關Sl，選擇器S允許設置控制裝置1由直流
或交流電源供給。
兩個預充電電路PCon和PCoff連接至與微處理器M兩個輸出端相連的兩個接線 端Pon和Poff。 Pon和Poff需要-3V電壓來啟動預充電電路PCon和PCoff。電阻Rc 與預充電電路PCon和PCoff串聯(lián)。
電阻Rc和選擇器S的下游設置有驅(qū)動電磁鐵L和雙向可控硅T組成的串聯(lián)部分； 該串聯(lián)部分設置為與兩個電容Con和Coff并聯(lián)，每個電容與設置為相反極性的二極管 Doff和Don并聯(lián)，如圖6所示。
如果電源為交流電源，電路的運作如同在前實施例。因此，只需要公開圖6所示 結構的直流雙穩(wěn)態(tài)電磁鐵的運作。
從圖7的時間圖可以看出，通過激發(fā)預充電電路PCon的Pon端，迫使晶體管Ql 導通，晶體管Ql作為閉合開關并使電容Con充電。很明顯，當雙向可控硅T和晶體 管Q3被關閉時，這將發(fā)生。
在雙向可控硅T的門極G被激活時，電容Con放電并在被驅(qū)動電磁鐵L施加電流 i>0，該被驅(qū)動電磁鐵L切換為"On"狀態(tài)。與在前實施例不同，作為電容放電的結果， 在這種情況下電流i自然變?yōu)榱恪?br> 為了將驅(qū)動電磁鐵L切換回"Off'狀態(tài)，需要激發(fā)預充電電路PCoff的放電端Poff， 該放電端Poff使電容Coff充電。通過激發(fā)雙向可控硅T的門極G，迫使電容Coff放 電，這使被驅(qū)動電磁鐵L的電流kO，如圖7所示。
為了在接通(On)和斷開(Off)獲得更高電流，電壓+Vdc和-Vdc必須增加。在 可得到的電池電壓Vbat的基礎上， 一個選擇是采用電壓倍增器MT，如圖8所示，采 用反向放大器I、電容C、 二極管D、電阻R和輸入晶體管Q，其中分支MT'產(chǎn)生電壓 十Vdc，另一分支MT"產(chǎn)生電壓-Vdc。
"Molt"為啟動倍增的命令，且必須分別與預充電控制Pon和Poff同時施加。
電壓倍增器電路可以選擇圖8或圖9所示的電路，該電壓倍增電路包括升壓變壓 器TM，其次級線圈設置有接地電勢的中心抽頭30。
變壓器M的初級線圈連接至接入電路，該接入電路包括穩(wěn)壓二極管、晶體管Q、
電阻R和電容C，并且接線端P施加可變占空比的方波電壓Vp，而次級線圈設置提供 電容Con和Coff的同時充電。
激活Pon，通過激活電磁鐵本身，電容Con可以向電磁鐵L放電，同時激活雙向 可控硅T的門極G。
激活Poff，通過電磁鐵本身撤銷激活，電容Coff可以向電磁鐵L放電，同時激活 雙向可控硅T的門極G。
此外，將圖8中的倍增器應用到圖6的電路，在激活電磁鐵之前需要等待10秒鐘，以 及需要類似的時間來撤銷激活，整個周期需20秒，帶有圖9的變壓器的電路使電磁鐵 的控制時間減半，通過在IO秒鐘內(nèi)同時向Con和Coff充電。
權利要求
1.用于驅(qū)動交流電磁鐵或者直流雙穩(wěn)態(tài)電磁鐵的控制裝置(1)，其特征在于，包括可選擇地連接至交流或直流電壓源的電源接線端(2、3；11、12、17)，可連接至被驅(qū)動電磁鐵(L)的負載接線端(4、5)，至少一個與所述被驅(qū)動電磁鐵(L)串聯(lián)的雙向可控硅(T)，可被控制以接通所述雙向可控硅(T)的裝置(G)，插入在所述電源接線端(2、3、11、12、17)和所述負載接線端(4、5)之間以使控制裝置(1)在第一結構和第二結構之間切換的選擇裝置(S)，其中所述第一結構適合于交流電磁鐵(L)的電源，所述第二結構適合于直流雙穩(wěn)態(tài)電磁鐵(L)的電源，以及當控制裝置(1)選為所述第二結構時，可被控制以使負載接線端(4、5)的電壓極性相對于加在電源接線端(2、3；11、12、17)的電壓極性發(fā)生反向的反向裝置(A；PCon、PCoff)。
2. 根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于所述選擇裝置(S)可在所述電源接線端(2、 3; 11、 12、 17)的第一連接位置和第二連接位置之間切換，所述第一連接 位置與所述電磁鐵(L)和雙向可控硅(T)的串聯(lián)部分一起實現(xiàn)所述第一結構，所述 第二連接位置與所述電磁鐵(L)和雙向可控硅(T)的串聯(lián)部分一起通過所述反向裝 置(A、 PCon、 PCoff)來實現(xiàn)所述第二結構。
3. 根據(jù)以上任意一項權利要求所述的裝置，其特征在于所述選擇裝置(S)為繼電器式o
4. 根據(jù)以上任意一項權利要求所述的裝置，其特征在于所述反向裝置(A)為 繼電器式。
5. 根據(jù)以上任意一項權利要求所述的裝置，其特征在于所述反向裝置(PCon、 PCoff)包括預充電電路(PCon、 PCoff)，該預充電電路可由相應控制(Pon、 Poff) 激活以向相應電容(Con、 Coff)預先充電，所述電容(Con、 Coff)可分別向所述電 磁鐵(L)放電以通過接通所述雙向可控硅(T)產(chǎn)生反向極性電流。
6. 根據(jù)以上任意一項權利要求所述的裝置，其特征在于還包括相對于電池電壓 (Vbat)增加所述直流電源的電壓的電壓倍增器(MT)。
7. 根據(jù)權利要求5或6所述的裝置，其特征在于所述電壓倍增器(MT)可由同 時施加的命令(Molt)激活，以分開所述預充電電路(PCon、 PCoff)的預充電控制(Pon 和Poff)，并包括用于產(chǎn)生正電壓(+Vdc)的分支(MT')和用于產(chǎn)生負電壓(-Vdc)的另一分支(MT")。
8. 根據(jù)權利要求5或6所述的裝置，其特征在于所述電壓倍增器(MT)包括升 壓變壓器(TM)，該升壓變壓器具有連接至被供應有可變占空比的方波電壓(Vp)的 輸入端(P)的初級線圈和連接至所述電容(Con和Coff)并設置有接地中心抽頭(30) 的次級線圈，其中所述電容(Con和Coff)由所述預充電電路(PCon、 PCoff)控帝U。
9. 根據(jù)以上任意一項權利要求所述的裝置，其特征在于其包括微處理器(M)， 該微處理器用于控制所述裝置(G)，以接通所述雙向可控硅(T)、所述選擇裝置(S) 和所述反向裝置(A、 PCon、 PCoff)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種控制裝置(1)，該控制裝置(1)允許驅(qū)動交流電磁鐵和直流雙穩(wěn)態(tài)電磁鐵。該控制裝置(1)包括可選擇地連接至交流或直流電壓源的電源接線端(2、3；11、12、17)，可連接至被驅(qū)動電磁鐵(L)的負載接線端(4、5)，至少一個串聯(lián)至所述被驅(qū)動電磁鐵(L)的雙向可控硅(T)，可被控制以接通所述雙向可控硅(T)的裝置(G)，插入在所述電源接線端(2、3、11、12、17)和所述負載接線端(4、5)之間以使控制裝置(1)切換在第一結構和第二結構之間的選擇裝置(S)，其中所述第一結構適合于交流電磁鐵(L)的電源，所述第二結構適合于直流雙穩(wěn)態(tài)電磁鐵(L)的電源，以及當控制裝置(1)選為所述第二結構時，可被控制以使負載接線端(4、5)的電壓極性相對于加在電源接線端(2、3；11、12、17)的電壓極性發(fā)生反向的反向裝置(A；PCon、PCoff)。
文檔編號F16K31/06GK101097800SQ20071010984
公開日2008年1月2日 申請日期2007年5月31日 優(yōu)先權日2006年5月31日
發(fā)明者安德雷·布仁迪斯尼, 弗蘭克·米蘭 申請人:客來博股份公司