致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型一般地涉及驅(qū)動(dòng)用于要求外加電壓差的電化學(xué)栗或其它致動(dòng)器系統(tǒng) 的操作的驅(qū)動(dòng)電路。具體地，本實(shí)用新型涉及一種基于H橋電路的驅(qū)動(dòng)電路，其中，H橋電路 的一部分在致動(dòng)器之間被共享并由微控制器控制，從而減少了電路元件的所需數(shù)目。
【背景技術(shù)】
[0002] 常規(guī)致動(dòng)器響應(yīng)于外加電位進(jìn)行操作以執(zhí)行諸如閥操作或栗操作之類的某些機(jī) 械操作?？梢杂猛饧与妷杭霸谇跋蚝头聪蚍较蛏贤ㄟ^(guò)致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)電流來(lái)改變致動(dòng)器的狀 態(tài)。此類雙向電流流動(dòng)是正常操作所必需的。如圖1A中所示，一個(gè)此類致動(dòng)器可以是響應(yīng)于 外加電位而操作的電化學(xué)栗致動(dòng)器。
[0003] 如圖1A中所示，電化學(xué)栗式致動(dòng)器可以包括在其中包含至少三個(gè)室的外殼，其中， 第一和第二室包含栗送流體，并且第三室包含將被從第三室的出口栗送的物質(zhì)。在操作中， 使用外加電壓+V來(lái)使栗送流體通過(guò)室一和二之間的選擇性薄膜從室一移動(dòng)至室二，從而通 過(guò)室二和三之間的膨脹式隔膜的膨脹而在室三上施加壓力。然后如圖1A中的箭頭所指示的 那樣迫使或栗送室三的內(nèi)含物從室三通過(guò)出口。然后使用外加電位的反向-V來(lái)使栗送流體 從室二到室一移動(dòng)反向，從而通過(guò)膨脹式隔膜的反向移動(dòng)而在室三中產(chǎn)生降低的壓力。內(nèi) 含物然后被抽到室三中并重復(fù)該過(guò)程。在美國(guó)專利號(hào)7，718，047;美國(guó)專利號(hào)8，187，441;以 及美國(guó)專利號(hào)8,343，324中可以找到示例性電化學(xué)栗的更多細(xì)節(jié)，所有該專利的全部?jī)?nèi)容 被通過(guò)引用結(jié)合到本文中。
[0004] 此類栗送操作需要許多閥，并且此類閥的操作必須與栗送操作一致。例如，可以提 供進(jìn)口閥以允許來(lái)自源的內(nèi)含物進(jìn)入室三。然后可以將進(jìn)口閥閉合并將出口閥打開(kāi)且對(duì) 栗進(jìn)行致動(dòng)以允許栗送的內(nèi)含物從室三到達(dá)目的地。然后可以將出口閥閉合并將進(jìn)口閥打 開(kāi)且將栗去激活以允許來(lái)自源的內(nèi)含物進(jìn)入室三。然后將進(jìn)口閥閉合并再次地將出口閥打 開(kāi)且對(duì)栗進(jìn)行致動(dòng)以允許栗送的內(nèi)含物從室三到達(dá)目的地?？梢愿鶕?jù)需要重復(fù)該操作以使 用電化學(xué)栗致動(dòng)器來(lái)栗送內(nèi)含物。
[0005] 可以用外加電壓及在前向和反向方向上通過(guò)致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)電流來(lái)改變閥和栗的 狀態(tài)。用于這樣做的一個(gè)此類方法是使用標(biāo)準(zhǔn)H橋驅(qū)動(dòng)電路。如圖1B中所示，標(biāo)準(zhǔn)的H橋驅(qū)動(dòng) 電路可以由兩個(gè)半橋組成，并用來(lái)控制單個(gè)被驅(qū)動(dòng)設(shè)備D。此類電路允許施加電壓Vin在任 一方向上跨被驅(qū)動(dòng)設(shè)備D。術(shù)語(yǔ)"H橋"來(lái)源于此類電路的圖形表示，其通常包括四個(gè)開(kāi)關(guān)。當(dāng) 開(kāi)關(guān)S1和S4被閉合且開(kāi)關(guān)S2和S3打開(kāi)時(shí)，可以跨驅(qū)動(dòng)負(fù)載D施加正電壓。通過(guò)打開(kāi)S1和S4并 閉合開(kāi)關(guān)S2和S3,使得電壓反向跨設(shè)備負(fù)載D。可以將此類常規(guī)H橋驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)造為集成電 路，或者由分立部件構(gòu)成。
[0006] 然而，在某些應(yīng)用中，系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)是非常受空間和成本約束的，并且減少部件 的總體數(shù)目的任何機(jī)會(huì)都是有幫助的。因此，需要提供使得以與常規(guī)H橋驅(qū)動(dòng)電路相關(guān)聯(lián)但 減少驅(qū)動(dòng)電路的所需空間和成本的方式執(zhí)行的驅(qū)動(dòng)電路。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007] 本實(shí)用新型的目的是基本上解決上述及其它問(wèn)題，并提供用于要求外加電壓差的 電化學(xué)栗或其它致動(dòng)器系統(tǒng)的操作的高級(jí)、改進(jìn)以及新型驅(qū)動(dòng)電路。
[0008] 本實(shí)用新型的另一目的是提供用于要求外加電壓差的電化學(xué)栗或其它致動(dòng)器系 統(tǒng)的操作的驅(qū)動(dòng)電路，其要求較少部件以進(jìn)行操作，從而減少功率消耗和總體部件以實(shí)現(xiàn) 故障緩解和成本降低。
[0009] 本實(shí)用新型的另一目的是提供用于要求外加電壓差的電化學(xué)栗或其它致動(dòng)器系 統(tǒng)的操作的驅(qū)動(dòng)電路，其要求減少的部件以進(jìn)行操作，從而減少用于操作的所需空間。
[0010] 這些及其它目的基本上是通過(guò)提供用于外加電壓差的電化學(xué)栗或其它致動(dòng)器系 統(tǒng)的操作的驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)的，其中在任何給定時(shí)間僅一個(gè)致動(dòng)器需要操作。由于在任何給 定時(shí)間僅一個(gè)致動(dòng)器需要操作，所以可以提供基于H橋驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)電路并由微控制器 來(lái)控制，其中，電路的一部分在致動(dòng)器之間被共享，從而減少了電路元件的所需數(shù)目。
[0011] 根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，提供一種致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括:栗致動(dòng)器；多個(gè)閥 致動(dòng)器;專用半橋驅(qū)動(dòng)電路，用于所述栗致動(dòng)器和多個(gè)閥致動(dòng)器中的每一個(gè)；以及公共半橋 驅(qū)動(dòng)電路，用于全部的所述栗致動(dòng)器和多個(gè)閥致動(dòng)器，其中，用于全部的所述栗致動(dòng)器和多 個(gè)閥致動(dòng)器的所述公共半橋電路進(jìn)行操作，以便與用于所述栗致動(dòng)器和多個(gè)閥致動(dòng)器中的 每一個(gè)的所述專用半橋驅(qū)動(dòng)電路合作以驅(qū)動(dòng)所述栗致動(dòng)器和多個(gè)閥致動(dòng)器中的一個(gè)。
[0012] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)還包括公共電流感測(cè)電路，用于全部的所 述栗致動(dòng)器和多個(gè)閥致動(dòng)器，其中，所述公共電流感測(cè)電路感測(cè)所述栗致動(dòng)器和閥致動(dòng)器 中的被驅(qū)動(dòng)的一個(gè)的電流。
[0013] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述公共電流感測(cè)電路被電耦合在所述專用半橋驅(qū)動(dòng)電路中的 每一個(gè)與系統(tǒng)接地之間；以及所述公共電流感測(cè)電路被電耦合在所述公共半橋驅(qū)動(dòng)電路與 所述系統(tǒng)接地之間。
[0014] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述栗致動(dòng)器被電耦合在第一專用半橋驅(qū)動(dòng)電路與所述公共半 橋驅(qū)動(dòng)電路之間。
[0015] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述第一專用半橋驅(qū)動(dòng)電路和所述公共半橋驅(qū)動(dòng)電路被配置成 將電壓源和系統(tǒng)接地選擇性地切換到所述栗致動(dòng)器。
[0016] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述多個(gè)閥致動(dòng)器中的一個(gè)被電耦合在第二專用半橋驅(qū)動(dòng)電路 與所述公共半橋驅(qū)動(dòng)電路之間。
[0017] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述第二專用半橋驅(qū)動(dòng)電路和所述公共半橋驅(qū)動(dòng)電路被配置成 將電壓源和系統(tǒng)接地選擇性地切換到所述閥致動(dòng)器。
[0018] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述多個(gè)閥致動(dòng)器中的一個(gè)被電耦合在第三專用半橋驅(qū)動(dòng)電路 與所述公共半橋驅(qū)動(dòng)電路之間。
[0019] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述第三專用半橋驅(qū)動(dòng)電路和所述公共半橋驅(qū)動(dòng)電路被配置成 將電壓源和系統(tǒng)接地選擇性地切換到所述閥致動(dòng)器。
[0020] 在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)所述半橋驅(qū)動(dòng)電路包括P溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管(PFET)和n溝道 場(chǎng)效應(yīng)晶體管(NFET)。
[0021] 在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)所述半橋驅(qū)動(dòng)電路包括第一和第二n溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (M^ET)。
[0022] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述栗致動(dòng)器包括電化學(xué)栗式致動(dòng)器。
[0023] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)還包括微控制器，被電耦合到所述電流感 測(cè)電路和每個(gè)所述半橋驅(qū)動(dòng)電路以選擇性地控制所述半橋驅(qū)動(dòng)電路以便驅(qū)動(dòng)所述栗致動(dòng) 器和閥致動(dòng)器中的一個(gè)，以及所述微控制器被配置成響應(yīng)于電流感測(cè)電路輸出來(lái)確定由所 述栗致動(dòng)器傳遞的體積。
[0024] 根據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)方面，提供一種致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括：多個(gè)致動(dòng)器；用 于每個(gè)所述致動(dòng)器的專用半橋驅(qū)動(dòng)電路；以及用于所有所述致動(dòng)器的公共半橋驅(qū)動(dòng)電路， 其中，用于所有所述致動(dòng)器的所述公共半橋驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行操作以與用于每個(gè)所述致動(dòng)器的 所述專用半橋驅(qū)動(dòng)電路合作來(lái)驅(qū)動(dòng)所述致動(dòng)器中的一個(gè)。
[0025] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述的致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)還包括用于所有所述致動(dòng)器的公共電流 感測(cè)電路，其中，所述公共電流感測(cè)電路感測(cè)被驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器的電流。
[0026] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述公共電流感測(cè)電路被電耦合在每個(gè)所述專用半橋驅(qū)動(dòng)電路 與系統(tǒng)接地之間；以及所述公共電流感測(cè)電路被電耦合在所述公共半橋驅(qū)動(dòng)電路與所述系 統(tǒng)接地之間。
[0027] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述多個(gè)致動(dòng)器中的每一個(gè)被電耦合在單個(gè)專用半橋驅(qū)動(dòng)電路 與所述公共半橋驅(qū)動(dòng)電路之間，以及其中，所述多個(gè)專用半橋驅(qū)動(dòng)電路中的每一個(gè)被電耦 合到所述多個(gè)致動(dòng)器中的單個(gè)致動(dòng)器。
[0028] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述第一專用半橋驅(qū)動(dòng)電路和所述公共半橋驅(qū)動(dòng)電路被配置成 將電壓源和系統(tǒng)接地選擇性地切換到所述致動(dòng)器。
[0029]在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)所述半橋驅(qū)動(dòng)電路包括p溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管(PFET)和n溝道 場(chǎng)效應(yīng)晶體管(NFET)。
[0030]在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)所述半橋驅(qū)動(dòng)電路包括第一和第二n溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (M^ET)。
[0031 ]在一個(gè)實(shí)施例中，所述致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)還包括微控制器，被電耦合到所述電流感 測(cè)電路和每個(gè)所述半橋驅(qū)動(dòng)電路以選擇性地控制所述半橋驅(qū)動(dòng)電路以便驅(qū)動(dòng)所述多個(gè)致 動(dòng)器中的一個(gè)，以及所述微控制器被配置成響應(yīng)于電流感測(cè)電路輸出來(lái)確定由所述驅(qū)動(dòng)系 統(tǒng)傳遞的體積。
【附圖說(shuō)明】
[0032]在結(jié)合附圖來(lái)閱讀以下詳細(xì)描述時(shí)將更容易認(rèn)識(shí)到本實(shí)用新型的示例性實(shí)施例 的各種目的、優(yōu)點(diǎn)和新型特征，在所述附圖中：
[0033]圖1A是電化學(xué)栗的說(shuō)明圖；
[0034]圖113是11橋驅(qū)動(dòng)電路的說(shuō)明圖；
[0035] 圖2是根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的用于電化學(xué)栗的示例性驅(qū)動(dòng)電路的框圖；
[0036] 圖3A是根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的用于圖4的示例性驅(qū)動(dòng)電路的真值表；
[0037] 圖3B是根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的用于另一示例性驅(qū)動(dòng)電路的真值表;以及
[0038] 圖4是根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的圖2的驅(qū)動(dòng)電路的實(shí)施例的示意圖。
[0039] 遍及附圖，相同的參考標(biāo)號(hào)將被理解成指代相同的零件、部件和結(jié)構(gòu)。
【具體實(shí)施方式】
[0040] 下面描述了本實(shí)用新型的示例性實(shí)施例，提供了控制要求外加電壓差的電化學(xué)栗 或其它致動(dòng)器系統(tǒng)的新型裝置，其中，在任何給定時(shí)間僅一個(gè)致動(dòng)器需要操作。由于在任 何給定時(shí)間僅一個(gè)致動(dòng)器需要操作，所以基于H橋驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)電路可以被提供并由微 控制器來(lái)控制，其中，電路的一部分在致動(dòng)器之間被共享，從而減少了電路元件的所需數(shù) 目。
[0041] 本實(shí)用新型的實(shí)施例針對(duì)一種電化學(xué)致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和方法，其與其中所有致動(dòng) 器驅(qū)動(dòng)通道分離的配置相比用較少的電子部件來(lái)提供電化學(xué)栗系統(tǒng)的全面控制。本實(shí)用新 型的示例性架構(gòu)包括三個(gè)電化學(xué)致動(dòng)器，包括兩個(gè)閥致動(dòng)器以及一個(gè)栗致動(dòng)器。由于在任 何給定時(shí)間僅一個(gè)致動(dòng)器需要操作，所以基于半橋驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)電路可以被提供并由微 控制器來(lái)控制，其中，電路的一部分在致動(dòng)器之間被共享。在這樣做時(shí)，系