[发明专利]低功率螺线管驱动电路

说明书

本申请是申请号为200510066785.3、申请日为2005年4月30日、标题为“低功率螺线管驱动电路”的中国专利申请的分案申请。

背景技术

螺线管广泛地用于将电能转化成机械运动，并且，由于其效用，被用于广泛的应用，从时间要求高的阀到汽车的动力锁到简单的门铃。

简要地，螺线管包括电线，通常循环地缠绕形成线圈。在线圈中放置磁传导的杆。当电流通过线圈时，形成磁场，其导致杆相对于线圈运动。在许多实施例中，使用偏置部件，诸如弹簧，来在电流停止流动通过线圈时，使该杆返回到其不活动状态。

螺线管的一个简单的例子是传统的门铃。当使用者驱动门铃时，该动作将绕成线圈的线连接到电源，从而在绕成线圈的线内形成磁场。此场导致磁传导的活塞运动并且通常打击金属调音板，其形成通常听到的第一声“叮”声。在门铃已经被释放后，诸如弹簧的偏置部件使活塞返回到其不活动位置。在一些门铃中，活塞打击第二金属调音板，形成第二声“咚”声。这些相同的原理适用于更复杂的应用，诸如阀。在该实施例中，活塞的运动通常使得在通常状态下被活塞阻塞的开口露出，从而打开阀。

由于应用的多样性，驱动这些螺线管有多种不同的方法。在一些情况中，成本是最重要的因素，而在另一些中，功率消耗或速度可以是最重要的因素。

市场上可以买到螺线管驱动电路的许多不同的实施例。事实上，一些厂商制造集成电路，其可以以单独的芯片执行此功能。为了节约功率，一些实施例调节驱动通过绕成线圈的线的电流的量。用于做这个的一个常见的技术为，使用被称为“斩波”的技术来改变供给到螺线管的电压，以确保电流保持恒定。电压通常以锯齿状的模式改变，以将电流限制到预定的值。

在其它实施例中，使用双能量等级驱动系统。螺线管的众所周知 的特性为，触发螺线管并且导致杆的运动所需要的能量大于将杆保持在此活动状态所需要的能量。因此，一些电路使用两个不同等级的电流或电压来驱动螺线管；需要第一，或较高的等级来“设置”螺线管和需要第二，或较低的等级来“保持”螺线管。

然而，在当前的实施例中，这些功率节约机制导致螺线管的定时不确定或不稳定。例如，一些应用要求在螺线管被触发的时间和能量供给到线圈的时间之间的关系精确。通过使用在特定的使能信号有效时供给电压的简单的电路，可以获得此可预知性，但是这种方法功率效率不高。

通过“斩波”电压来控制电流的电路降低总的功率消耗，但是，由于供给到螺线管的斩波的电压的变化，对于到螺线管的功率使能和该螺线管触发之间的时间是不可预知。

类似地，实现两个不同的电压或电流等级的电路同样经受定时变化。通常，这些电路使用使能信号来指示应该供给“设置”电压。使用传统的定时延迟机制，等级随后转换到较低的“保持”电压。然而，因为在电路正在使能时较高的等级正在供给，可能发生紊乱情况，其中，电路使能和较高的电压的应用的顺序是不确定的。在一些情况中，较高的电压将在电路使能时存在，导致快的开启时间。在另一些情况中，较高的电压将不会在电路使能时存在，而是将在从那以后一段时间之后存在，导致较慢的开启时间。

在一些应用中，在螺线管在关位置中时，电容器充电。当需要触发螺线管时，电容器的电荷增加到可利用的源电压，通过形成高峰值电流，以确保螺线管快速切换。对于此方法，只有当触发之间的间歇相对于电容器充电速率较长时，螺线管的定时才可以预知。

在许多应用中，由这些功率节约机制导致的定时的微小差异不会影响使用螺线管的系统的运转。然而，存在应用，诸如在集成电路生产中控制对时间要求高的阀，其中在电路使能和螺线管触发之间有可以预知的时间间隔是必要的。在这些应用中，由于不能接受功率节约技术导致的定时不稳定，电路通常不使用任何功率节约技术。

因此，本发明的一个目的为提供用于控制螺线管的系统和方法，其使得电路使能和螺线管触发之间的不稳定最小，同时实现双能量等级驱动设计，以降低功率消耗。

发明内容

通过本发明，克服了现有技术的问题，提供了用于控制螺线管的系统和方法，其确保精确的定时，同时提供双能量等级驱动设计，以降低功率消耗。本发明使用单个的使能信号并且向螺线管供给两个不同的能量等级，较高的“设置”等级和较低的“保持”等级。这两个等级基于使能信号产生，并且保证当触发螺线管时存在较高的“设置”等级，从而使定时不稳定最小化。

根据一个方面，提供一种响应于输入信号驱动螺线管的系统，包括：