[发明专利]具有可靠的断电行为和低控制功率的半导体开关

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于将器具和设备连接到电网和从电网断开的开关装置。

背景技术

对诸如消费者生活类器具或联网的照明镇流器之类的从公用电网供电的器具和设备而言，待机功率消耗的降低正在成为主要问题。在过去，已经提出过解决方案，它们通过使用组合了能量存储元件和双稳态或闩锁继电器的非常低功率的控制器电路来解决上述问题。这种继电器的主要缺点是可听开关噪声、有限的寿命、大的物理尺寸、在机械冲击下有限的可靠性以及最终高昂的成本。在开关期间可听噪声和机械磨损要求（mandate）避免能量存储器的频繁再充电并因此需要大容量的存储元件，导致更高的成本。在断电后市电电压的返回导致所有连接的设备的同步涌入电流，这可以使断路器跳闸并因此可以导致另一次断电。

用半导体开关对机械式继电器的简单替换具有以下缺点：市电断电后冒着死锁情形的风险，并且因此耗尽能量存储元件。相比于闩锁或双稳态继电器的解决方案，同样要不断努力来将它保持在希望的状态。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种具有极低的控制功率消耗开关装置，所述极低的控制功率消耗允许该开关装置和主机设备在无限持续的市电中断后的操作的可靠起动。

这个目的通过如权利要求1所述的装置来达成。

相应地，提出了一种具有极低控制功率消耗的双向半导体开关和允许该开关和主机设备在无限持续的市电中断后的操作可靠起动的超低功率偏置电源电路。这允许主机应用在待机状况下操作而根本不需要电连接到市电，并提供仅仅从小能量存储操作的智能控制选项且不再需要额外的手段来从耗尽的能量存储状况中恢复。没有可听噪声和机械磨损也实现了更频繁的再充电循环并且允许更小的且因而更便宜的能量存储部件。

根据第一方面，可以提供附加的随机发生器（randomizer），其在市电中断后以随机的方式（例如在0和可接受的最大时间延迟之间）延迟开关装置的操作并且因此强制实施所连接的设备的异步行为，避免了断路器的重复跳闸。

根据能够与所述第一方面组合的第二方面，该半导体开关可以包括至少两个金属氧化物半导体场效应晶体管或至少两个绝缘栅双极型晶体管。因此，可以保证该半导体开关的控制功率被最小化。

根据能够与所述第一方面或第二方面组合的第三方面，该偏置电源电路可以包括至少一个电容器与适于限制源自电力网的电源电压的齐纳二极管的串联连接，以及用于整流有限的电源电压以获得浮动辅助电压的二极管。因此，跨接（cross）在所述至少一个电容器的（多个）放电电阻器可以被省略，这有助于降低功率消耗。

根据能够与所述第一到第三方面的至少一个组合的第四方面，可以提供用于缓冲浮动辅助电压的缓冲电容器。这个措施保证了该开关控制电路的电源电压在确定的持续时间内被缓冲。

根据能够与所述第一到第四方面的至少一个组合的第五方面，开关控制电路可以包括闩锁电路（诸如例如触发电路（flip flop）或其它双稳态实现）并且其中隔离电路包括隔离信号变压器或光耦合器，用于向信号处理电路提供所述至少一个控制信号以便生成被提供给闩锁电路的控制命令。

根据能够与所述第一到第五方面的至少一个组合的第六方面，可以提供看门狗电路，其适于感测浮动辅助电压并且在浮动辅助电压低于预定的阈值的情况下将控制信号提供给闩锁电路，其中该控制信号触发半导体开关的主导复位。因此，可以防止由于过度的功率耗散而引起的对半导体开关的破坏。作为一个附加的选项，可以提供另一看门狗电路，其适于确定该装置中至少一些能量存储元件的状态（例如能量水平），并且该看门狗电路的输出信号也可以向闩锁电路提供控制信号来发起具有对该装置的前述能量存储元件后续再充电的接通循环。根据能够与第一到第六方面的至少一个组合的第七方面，其中看门狗电路可以包括一旦所述辅助电压达到了它的标称值时就由该浮动辅助电压激活的晶体管，并且其中该晶体管的集电极电压被提供给闩锁电路的输入端子。因此，可以实现简单的电源电压检测和看门狗功能。

附图说明

本发明的这些和其它方面将根据下文中描述的实施例而被清楚明白并将参照这些实施例加以阐述。在下列图中：

图1示出了根据实施例的开关装置的示意性框图；

图2示出了根据第一实施例的开关装置的更详细的框图；

图3示出了根据第二实施例的开关装置的更详细的框图；

图4示出了根据第三实施例的开关装置的更详细的框图；以及

图5示出了根据第四实施例的开关装置的更详细的图。

具体实施方式