寬輸入電壓范圍供電電路的制作方法
【專利摘要】提供了一種寬輸入電壓范圍供電電路。并且提供了一種被配置成針對(duì)負(fù)載設(shè)置最小接通電壓的欠壓閉塞電路。電路包含被配置成接收輸入電壓的輸入端子。電路包含第一晶體管和耦合到第一晶體管的第二晶體管，第一晶體管被配置成在欠壓閉塞電路的輸入電壓超過閾值時(shí)變得導(dǎo)通，以提供輸入電壓給負(fù)載，第二晶體管被配置成在欠壓閉塞電路的輸入電壓降到閾值以下時(shí)變得導(dǎo)通，以提供輸入電壓給第一電阻器，但不提供輸入電壓給負(fù)載。
【專利說明】寬輸入電壓范圍供電電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]這里公開的主題一般地涉及針對(duì)負(fù)載的供電電路，并且更具體地，涉及一種允許在提供降低的電流工作閾值的同時(shí)在寬輸入電壓范圍上操作諸如繼電器的負(fù)載的供電電路。
【背景技術(shù)】
[0002]諸如繼電器的開關(guān)設(shè)備存在許多應(yīng)用。一般說來，這種設(shè)備通常包含能夠響應(yīng)于繼電器線圈的通電而被斷開或閉合的一個(gè)或更多觸點(diǎn)。通?？梢缘玫诫妱?dòng)機(jī)械繼電器和固態(tài)繼電器。這種設(shè)備的尺寸和額定值的范圍很寬，其取決于具體應(yīng)用的需要，以及取決于諸如繼電器是為較大負(fù)載供電還是簡單地提供低級(jí)反饋這樣的因素。當(dāng)前可以得到各個(gè)系列的繼電器，其物理封裝相當(dāng)?shù)眯?，能夠安裝在電路板上，以及能夠安裝在其它相對(duì)較小的支承物上。
[0003]與諸如繼電器的各系列的電氣設(shè)備相關(guān)的一個(gè)難點(diǎn)是大量目錄號(hào)和需要制造與庫存的大量相關(guān)繼電器。通常，僅針對(duì)一個(gè)特定供電電壓來設(shè)計(jì)繼電器。如果你是制造商，你希望提供全部產(chǎn)品線，這意味著提供各種繼電器，其安裝的線圈在一個(gè)供電電壓上工作。如果你是集成方或初始設(shè)備制造廠家(0ΕΜ)，這意味著你需要能夠得到大范圍的繼電器，其出于你的應(yīng)用的需要而工作于不同電壓上。容納工作于不止一個(gè)供電電壓上的設(shè)備的嘗試導(dǎo)致尺寸、成本和發(fā)熱的增加。
[0004]與某些繼電器應(yīng)用相關(guān)的另一個(gè)難點(diǎn)在于來自用于使繼電器線圈通電的上游電路的漏電流的存在。在某些繼電器中，特別是在諸如可安裝在電路板和其它小支承結(jié)構(gòu)上的繼電器的小尺寸繼電器中，甚至漏電流的低電壓也能夠?qū)е吕^電器線圈通電，即使是在不期望這種通電時(shí)，從而使得繼電器以不期望的方式斷開或閉合，大大降低其可靠性。類似地，這種漏電流能夠使線圈保持通電到足以在針對(duì)線圈的控制信號(hào)清除時(shí)阻止觸點(diǎn)移位的程度。在任一情況下，漏電流能夠損害繼電器的可靠性和繼電器產(chǎn)生的信號(hào)的可靠性。
[0005]為減輕與漏電流相關(guān)的問題，繼電器控制電路包含欠壓閉塞電路。這些電路被配置為強(qiáng)制繼電器線圈進(jìn)入非通電狀態(tài)，除非輸入電壓超過某個(gè)閾值。盡管阻止了繼電器線圈的不期望通電，然而這些閉塞電路能夠是低效的。
[0006]因此，需要一種用于控制繼電器和類似負(fù)載的改進(jìn)技術(shù)。具體需要一種供電電路，其能夠接受寬范圍的輸入電壓以允許所需較少的目錄號(hào)，同時(shí)能夠通過基于輸入電壓值有效控制線圈通電來改進(jìn)可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供一種用于負(fù)載的寬輸入電壓供電電路。電路包含第一級(jí)段，第一級(jí)段包括被配置成保持預(yù)定輸出電壓水平的輸出電壓的線性調(diào)節(jié)器電路。線性調(diào)節(jié)器包含用于在輸入電壓超過預(yù)定關(guān)斷閾值時(shí)關(guān)斷線性調(diào)節(jié)器的輸入。電路包含第二級(jí)段，第二級(jí)段包括耦合到線性調(diào)節(jié)器的輸出的欠壓閉塞電路。欠壓閉塞電路被配置成針對(duì)負(fù)載設(shè)置最小接通電壓，并且包含第一晶體管和耦合到第一晶體管的第二晶體管，第一晶體管被配置成在欠壓閉塞電路的輸入電壓超過閾值時(shí)變得導(dǎo)通以把輸入電壓提供給負(fù)載，但不提供給第一電阻器。第二晶體管被配置成在欠壓閉塞電路的輸入電壓降到閾值以下時(shí)變得導(dǎo)通以把輸入電壓提供給第一電阻器，但不提供給負(fù)載。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，被配置成針對(duì)負(fù)載設(shè)置最小接通電壓的欠壓閉塞電路包含被配置成接收輸入電壓的輸入端子，被配置成在欠壓閉塞電路的輸入電壓超過閾值時(shí)變得導(dǎo)通以提供輸入電壓給負(fù)載的第一晶體管，以及耦合到第一晶體管的第二晶體管。第二晶體管被配置成在欠壓閉塞電路的輸入電壓降到該閾值以下時(shí)變得導(dǎo)通以把輸入電壓提供給第一電阻器，但不提供給負(fù)載。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，被配置成針對(duì)負(fù)載設(shè)置最小接通電壓的欠壓閉塞電路包含被配置成接收輸入電壓的輸入端，和連接到輸入電壓的分壓器。分壓器包含第一電阻器和第二電阻器。電路包含第一晶體管、第二晶體管和第三電阻器，第一晶體管的基極連接到分壓器，第一晶體管被配置成在分壓器的輸入電壓超過閾值時(shí)變得導(dǎo)通以提供輸入電壓給負(fù)載，第二晶體管耦合到第一晶體管，第三電阻器連接在輸入端子和第二晶體管的集極之間。第二晶體管被配置成在分壓器的輸入電壓降到閾值以下時(shí)變得導(dǎo)通以把輸入電壓提供給第三電阻器，但不提供給負(fù)載。
[0010]為了完成上述和相關(guān)目標(biāo)，實(shí)施例則包括下面完整描述的特征。下面的說明和附圖詳細(xì)提出本發(fā)明的某些說明性方面。然而，這些方面只示出能夠利用本發(fā)明的原理的各種方式中的一些方式。在結(jié)合附圖加以考察時(shí)，根據(jù)下面關(guān)于本發(fā)明的詳細(xì)描述將能夠理解本發(fā)明的其它方面、優(yōu)點(diǎn)和新穎特征。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]下面將參照附圖描述實(shí)施例，其中類似附圖標(biāo)記表示類似要素，并且:
[0012]圖1是引入根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的寬輸入電壓范圍電源的端子模塊的圖示。
[0013]圖2是印制電路板的正視圖，在該印制電路板上，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電路可以被安裝在端子模塊，諸如圖1圖解的端子模塊中。
[0014]圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的控制電路的框圖。
[0015]圖4A和圖4B均是示出欠壓閉塞電路的電路圖。
[0016]圖5A和圖5B是說明分別針對(duì)圖4A和圖4B的欠壓閉塞電路消耗的電流與施加的輸入電壓間的比較的曲線圖。
[0017]圖6是示例性控制電路，諸如圖3圖解的控制電路的電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]提供下面的討論以使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠做出和利用本發(fā)明的實(shí)施例。本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)容易地明白對(duì)所說明的實(shí)施例的各種修改，在不偏離本發(fā)明的實(shí)施例的情況下，這里的一般原理能夠應(yīng)用于其它實(shí)施例和應(yīng)用。因而，本發(fā)明的實(shí)施例不旨在限于示出的實(shí)施例，而是要給予與這里公開的原理和特征一致的最寬范圍。下面的詳細(xì)描述要參照附圖來閱讀。附圖描述了選出的實(shí)施例，并且不旨在限制本發(fā)明的實(shí)施例的范圍。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到這里提供的例子具有許多有用的替代方式，并且處于本發(fā)明的實(shí)施例的范圍內(nèi)。
[0019]下面的說明把要素或特征稱為“連接”或“耦合”在一起。如這里所使用的，除非明確地另外聲明，“連接”是指一個(gè)要素/特征直接或間接連接到另一個(gè)要素/特征，而不必是電或機(jī)械的方式。同樣地，除非明確地另外聲明，“耦合”是指一個(gè)要素/特征直接或間接耦合到另一個(gè)要素/特征，而不必是電或機(jī)械的方式。因而，雖然附圖中示出的示意圖描述了處理單元的示例性布置，然而在實(shí)際實(shí)施例中可以存在其它涉及的單元、設(shè)備、特征、部件或代碼。
[0020]這里可以依據(jù)功能和/或邏輯模塊部件和各個(gè)處理步驟來描述本發(fā)明的實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，這樣的模塊部件可以通過任何數(shù)量的被配置成執(zhí)行指定功能的硬件、軟件和/或固件部件來實(shí)現(xiàn)。例如，一個(gè)實(shí)施例可以使用各種集成電路部件，例如數(shù)字信號(hào)處理單元、邏輯單元、二極管等，其可以在一個(gè)或更多微處理器或其它控制設(shè)備的控制下執(zhí)行各種功能。其它實(shí)施例可以結(jié)合其它電路部件來使用程序代碼或代碼。
[0021]現(xiàn)在參照附圖，首先參照?qǐng)D1，在一個(gè)示例性實(shí)施例中把繼電器10圖解為支承在端子模塊12上。如下面會(huì)更加全面地總結(jié)的，繼電器10可以被設(shè)計(jì)成容納在端子模塊上，接收控制信號(hào)以及產(chǎn)生輸出信號(hào)。端子模塊12可以支承電路板14，電路板14被設(shè)計(jì)成對(duì)繼電器提供控制電力，以及執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的控制功能。
[0022]在圖1的圖示中，端子模塊12被圖解為包含外殼16，外殼16中安裝有電路板14。實(shí)際上，如果需要，電路板可以覆蓋有配合外殼部分或端蓋(未示出)?？梢栽诙俗幽K12的上部提供隔室或凹陷18，用于容納繼電器10。在圖解的實(shí)施例中，端子模塊12被設(shè)計(jì)成經(jīng)由其下端的安裝接口 20來安裝。圖解的實(shí)施例中的安裝接口 20可以與常規(guī)設(shè)計(jì)的DIN導(dǎo)軌22接口。
[0023]在圖1的實(shí)現(xiàn)中，端子模塊12提供用于控制輸入的連接點(diǎn)或端子，和用于響應(yīng)控制輸入而從繼電器輸出信號(hào)的連接點(diǎn)或端子，所述控制輸入用于調(diào)節(jié)繼電器10內(nèi)的線圈11的通電。例如，在圖1的圖示中，在端子模塊外殼的第一側(cè)上提供輸入端24和26，輸入端24和26之一通常會(huì)是中性輸入。如本領(lǐng)域已知的,輸入24和26可以連接到電路板14上的導(dǎo)電墊，軌跡可以在電路板上延伸，并且允許輸入與繼電器10互連。如下所述，觸點(diǎn)32被設(shè)計(jì)成把電氣控制信號(hào)從輸入24和26傳送到繼電器10，用于使繼電器線圈11通電。
[0024]除了輸入24和26之外，端子模塊12提供輸出端子34、36和38。輸出端子被設(shè)計(jì)成基于繼電器10的傳導(dǎo)狀態(tài)來對(duì)下游電路提供輸出信號(hào)。輸出端子34、36和38鏈接到相應(yīng)觸點(diǎn)40,觸點(diǎn)40在被插入端子模塊外殼16時(shí)電稱合到繼電器10。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，輸出端子34、36和38通常準(zhǔn)備用于普通的常開式和常閉式連線。
[0025]在經(jīng)由輸入24和26和電路板14對(duì)繼電器10施加控制信號(hào)時(shí)，繼電器10以傳統(tǒng)方式工作。也就是說，當(dāng)電流被施加到繼電器線圈11時(shí)，繼電器內(nèi)的觸點(diǎn)閉合以在觸點(diǎn)40處提供輸出信號(hào)，并從而在輸出端子34、36和38提供輸出信號(hào)。
[0026]雖然在當(dāng)前的討論中參考了端子模塊安裝的繼電器10，然而應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的實(shí)施例可以應(yīng)用于各種電路和設(shè)備，包含除了在端子模塊上之外安裝的繼電器。相應(yīng)地，這里討論的電路結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用于電路板可安裝的繼電器，單極或多極繼電器，以及具有基本上不同的封裝的繼電器和其它設(shè)備。一般說來，實(shí)施例提供在提供最小電流工作閾值的同時(shí)允許例如繼電器的負(fù)載在寬輸入電壓范圍上工作的供電電路。還應(yīng)當(dāng)注意，除了常規(guī)電動(dòng)機(jī)械繼電器之外，本發(fā)明的實(shí)施例可以同樣良好地用于固態(tài)繼電器。
[0027]圖2圖解了一種示例性電路板配置，在其上可以支承如下所述的供電電路。在圖2圖解的實(shí)施例中，電路板14可以被限定輪廓以適合在圖1圖解的類型的端子模塊外殼的一部分內(nèi)。例如，電路部件42被安裝在電路板14的一個(gè)或更多表面上，并且如下所述進(jìn)行互連。電路板的周圍44提供方便的接口，用于支承外殼16內(nèi)電路板的嚙合。然而，可以考慮其它替代安裝結(jié)構(gòu)和方案。在某些實(shí)施例中，電路板的末端可以支承LED46，其如下所述提供電路的傳導(dǎo)狀態(tài)的視覺指示?？梢允筁ED 46在支承外殼的方便側(cè)或邊緣表面處可視，諸如沿著圖1圖解的端子模塊的上邊緣。
[0028]現(xiàn)在描述供電電路48的示例性實(shí)施例，其在圖3的框圖中被示出。作為非限制性的例子，供電電路48能夠操作諸如繼電器線圈11的一個(gè)或更多小負(fù)載。作為非限制性的例子，實(shí)施例特別適于小繼電器電路，諸如在具有有限散熱能力的電路板可安裝繼電器或類似繼電器中使用的繼電器電路。此外，實(shí)施例可以被用于以交變電流(AC)或直流(DC)形式施加輸入信號(hào)的電路。電路能夠有效接受寬范圍電壓輸入，對(duì)于DC輸入,這里的實(shí)施例在大約16VDC到大約120VDC之間有效，或更具體地，在大約24VDC到大約60VDC之間有效；或?qū)τ贏C輸入，這里的實(shí)施例在大約19VAC到大約264VAC之間有效，或更具體地，在大約24VAC到大約240VAC之間有效，雖然應(yīng)當(dāng)理解可考慮更低和更高的電壓。例如，DC輸入的輸入量程比可以是大約I比8，或大約I比3。例如，AC輸入的輸入量程比可以是大約I比14，或大約I比10。
[0029]由于不僅在繼電器10中，而且在端子模塊12中只有有限的熱路徑，供電電路的設(shè)計(jì)特別有挑戰(zhàn)性，并且每個(gè)在內(nèi)部溫度上升變得過度之前只能負(fù)擔(dān)少量余熱。電路設(shè)計(jì)的另一個(gè)挑戰(zhàn)是要包含最小工作電流特征，使得例如能夠?qū)⒗^電器可靠地用于具有高漏電流的三端雙向可控硅開關(guān)元件類型的PLC輸出。
[0030]供電電路48的作用在于限制輸入信號(hào)，和調(diào)節(jié)對(duì)下游設(shè)備的電流的施加，在圖解例子中下游設(shè)備是繼電器線圈11。因而，電路48被配置成接受可以是AC或DC信號(hào)的控制信號(hào)50，從而提供輸入電壓范圍內(nèi)的輸入電壓。
[0031]供電電路48可以包含各種部件，包括但不局限于信號(hào)限制電路52、整流器電路54、線性調(diào)節(jié)器56、高電壓檢測電路58、欠壓閉塞電路60、電容器緩沖電路62和負(fù)載電路64。下面被更詳細(xì)地討論每個(gè)部件。
[0032]主要部件是線性調(diào)節(jié)器56，其使輸入電壓下降到預(yù)定的較低繼電器工作電壓。當(dāng)使用AC輸入時(shí)，預(yù)定繼電器工作電壓平均為大約24VDC。當(dāng)使用處于或高于26VDC的DC輸入時(shí)，預(yù)定工作電壓為大約26VDC。當(dāng)使用低于26VDC的DC輸入時(shí)，預(yù)定工作電壓通常會(huì)等于輸入電壓。所以，預(yù)定工作電壓范圍可以是大約16VDC和大約26VDC之間。
[0033]眾所周知，線性調(diào)節(jié)器實(shí)質(zhì)上是可變電阻器，可變電阻器自動(dòng)調(diào)節(jié)其值以保持恒定輸出電壓。它們是簡單的部件，但是在差分輸入到輸出電壓變大時(shí)不是高效的。因此，在該配置中，輸入66已經(jīng)被加入到線性調(diào)節(jié)器56以根據(jù)需要關(guān)斷線性調(diào)節(jié)器。高電壓檢測電路58被示出為連接到關(guān)斷線性調(diào)節(jié)器56的輸入66，以在AC或DC輸入電壓超過用于高效工作的合理關(guān)斷閾值時(shí)防止線性調(diào)節(jié)器工作。在某些實(shí)施例中，預(yù)定關(guān)斷閾值可以在大約100V到大約140V之間，或更具體地，為大約120V。該配置通過在輸入供電線路周期的過程上及時(shí)分離功能來允許同一功率FET68被用于限制和調(diào)節(jié)。如果在關(guān)斷閾值以上的DC輸入電壓被施加到供電電路48，則供電電路48將簡單地不操作線圈11。
[0034]通過計(jì)算，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)僅用單個(gè)線性調(diào)節(jié)器不能執(zhí)行整個(gè)輸入電壓調(diào)節(jié)，因?yàn)樗鼘a(chǎn)生過度的熱量。
[0035]在供電電路48中，欠壓閉塞電路60被用于調(diào)節(jié)到下游設(shè)備的電流的施加，在圖解的例子中下游設(shè)備是繼電器線圈11。具體地，欠壓閉塞電路60防止線圈11工作，除非存在最小接通電壓，并因此引出最小電流。
[0036]圖4A和圖4B均描述了示例性的欠壓閉塞電路。圖4A描述了現(xiàn)有技術(shù)的電路，圖4B描述了這里改進(jìn)的電壓閉塞電路。
[0037]在圖4A中，電路200包含輸入節(jié)點(diǎn)202和204。當(dāng)提供給節(jié)點(diǎn)202和204的輸入電壓超過特定閾值時(shí)，電壓被提供給繼電器206的輸入端子222和224，從而接通繼電器206。可以提供端子222和224，以例如把繼電器206的繼電器線圈耦合到電路200。當(dāng)節(jié)點(diǎn)202和204上的輸入電壓降到該閾值以下時(shí)，繼電器206關(guān)斷。
[0038]輸入節(jié)點(diǎn)202連接到電阻器208，電阻器208則連接到電阻器210。電阻器210連接到節(jié)點(diǎn)204。連接電阻器208和210的節(jié)點(diǎn)218被連接到晶體管216的基極。相應(yīng)地，節(jié)點(diǎn)218處的電壓控制晶體管216是否導(dǎo)通。通過選擇電阻器210的適當(dāng)電阻值，可以選擇流過電阻器210的特定電流，以使晶體管216變成導(dǎo)通。在一個(gè)示例性實(shí)現(xiàn)中，選擇電阻器210的電阻，使得當(dāng)接近3毫安(mA)的電流流過電阻器210時(shí)，晶體管216變成導(dǎo)通。
[0039]晶體管216的集極被連接到節(jié)點(diǎn)220，從而被連接到發(fā)光二極管(LED) 214的陰極。LED 214的陽極被連接到電阻器212。電阻器212被連接到輸入節(jié)點(diǎn)202。
[0040]在工作期間，當(dāng)提供給節(jié)點(diǎn)202和204的輸入電壓超過繼電器206的閾值時(shí)，在節(jié)點(diǎn)218處產(chǎn)生足夠的電壓以使晶體管216導(dǎo)通。在晶體管216導(dǎo)通的情況下，節(jié)點(diǎn)220處的電壓變得與節(jié)點(diǎn)204處的電壓相同。因此，繼電器206的輸入電壓與電路200的輸入電壓相同，使得繼電器206接通。
[0041]此時(shí)，電流流過電阻器212和LED 214，使得LED 214變得發(fā)光。電流也流過電阻器 208 和 210。
[0042]當(dāng)輸入節(jié)點(diǎn)202和204上的電壓降到閾值以下時(shí)，節(jié)點(diǎn)218處的電壓不足夠高，從而不足以使晶體管216導(dǎo)通。結(jié)果，在繼電器206的節(jié)點(diǎn)222和224上沒有產(chǎn)生電壓，從而使得繼電器206斷開。
[0043]該工作模式是相當(dāng)?shù)托У?。電阻?08和210的組合表示恒定電阻負(fù)載。在繼電器206接通或斷開的情況下，電流流過電阻器208和210，從而降低電路200的效率。另外，不僅電阻器208和210消耗電力，而且電源的調(diào)節(jié)器也必須傳遞該電流，從而增加基極的總損耗。
[0044]圖4B提供了電壓閉塞電路60的示意圖。在圖4B中，電路60包含輸入節(jié)點(diǎn)252和254。當(dāng)提供給節(jié)點(diǎn)252和254的輸入電壓超過特定閾值時(shí)，電壓被提供給繼電器256的輸入端子274和276，從而接通繼電器256。可以提供端子274和276，以例如把繼電器256的繼電器線圈耦合到電路60。當(dāng)節(jié)點(diǎn)252和254上的輸入電壓降到該閾值以下時(shí)，繼電器256關(guān)斷。
[0045]輸入節(jié)點(diǎn)252被連接到電阻器258，電阻器258則連接到電阻器260。電阻器260被連接到節(jié)點(diǎn)254。連接電阻器258和260的節(jié)點(diǎn)268被連接到晶體管266的基極。相應(yīng)地，節(jié)點(diǎn)268處的電壓控制晶體管266是否導(dǎo)通。通過選擇電阻器258和260的適當(dāng)電阻值，可以選擇流過電阻器260的特定電流，以使晶體管266變得導(dǎo)通。這樣，電阻器258和260產(chǎn)生分壓器，該分壓器限定欠壓檢測電路60的閾值電壓。
[0046]在電路60中，與圖4A中描述的電路200相對(duì)比地，能夠選擇電阻器258和260的電阻以允許晶體管266在合理電壓處導(dǎo)通。然而，在電路60中，能夠?qū)㈦娮杵?58和260的電阻值選擇為具有更高的值，使得電阻器不代表電路60的顯著負(fù)載。
[0047]晶體管216的集極被連接到節(jié)點(diǎn)270，從而被連接到LED 264的陰極。LED 264的陽極被連接到電阻器262。電阻器262被連接到輸入節(jié)點(diǎn)252。
[0048]節(jié)點(diǎn)270被連接到繼電器256的端子276和電阻器272。電阻器272則被連接到晶體管278的基極。晶體管278的集極通過電阻器280被連接到輸入節(jié)點(diǎn)252和繼電器256的端子274。晶體管278的射極被連接到輸入節(jié)點(diǎn)254。
[0049]在工作期間，當(dāng)節(jié)點(diǎn)252和254上提供的輸入電壓超過繼電器256的閾值時(shí)，在節(jié)點(diǎn)268處產(chǎn)生足夠的電壓以使晶體管266導(dǎo)通。在晶體管266導(dǎo)通的情況下，節(jié)點(diǎn)270處的電壓變得與輸入節(jié)點(diǎn)254處的電壓相同。因此，端子274和276上針對(duì)繼電器206的輸入電壓與電路60的輸入電壓相同，使得繼電器256接通。相應(yīng)地，電路60的輸入電壓被提供給負(fù)載(即，繼電器256)，而不是電阻器280。
[0050]此時(shí)，電流流過電阻器262和LED 264，使得LED 264變得發(fā)光。電流也流過電阻器258和260。然而,如上所述，由于電阻器258和260的電阻能夠被選擇得相對(duì)高，電阻器258和260僅是電路60的最小負(fù)載。
[0051]相對(duì)比地，當(dāng)輸入節(jié)點(diǎn)252和254上的電壓降到閾值以下時(shí)，節(jié)點(diǎn)268處的電壓沒有高到足以使晶體管266導(dǎo)通。由于晶體管266沒有導(dǎo)通，節(jié)點(diǎn)270被電阻器262上拉到輸入節(jié)點(diǎn)252的電壓值，電阻器262作為上拉電阻器來工作。在節(jié)點(diǎn)270被上拉的情況下，晶體管278的柵極被上拉，使得晶體管278變得導(dǎo)通。這樣，利用通過繼電器256的電流使晶體管278導(dǎo)通。在這個(gè)配置中，繼電器256的節(jié)點(diǎn)274和276在近似相同的電壓上，并且繼電器256斷開。輸入節(jié)點(diǎn)252和254上的電壓于是被施加在電阻器280上，從而產(chǎn)生額外的電流。當(dāng)繼電器斷開時(shí)，該額外電流可以被用于建立最小電流流動(dòng)。在某些實(shí)現(xiàn)中，額外電流具有近似4mA的所需最小量。因此，在這個(gè)配置中，輸入電壓被提供給電阻器280，而不是被提供給負(fù)載(即，繼電器256)。
[0052]圖4B描述的欠壓檢測電路提供比圖4A描述的欠壓檢測電路更加高效的操作。由于電阻器258和260被選擇為具有高電阻值，電阻器258和260不代表電路的顯著負(fù)載。當(dāng)輸入電壓不足以使繼電器256導(dǎo)通時(shí)，電阻器208被配置成提供額外的負(fù)載電流。然而，當(dāng)繼電器256通電時(shí)，電阻器208被隔離在電路內(nèi)以降低總負(fù)載。
[0053]如上所述，圖4B中提供的電路60比結(jié)合圖4A描述的常規(guī)電路更加高效。為了進(jìn)行圖解，圖5A和圖5B是圖解消耗的電流與施加的輸入電壓的比較的曲線圖。圖5A示出了針對(duì)圖4A的常規(guī)電路的比較，圖5B示出了針對(duì)圖4B的改進(jìn)電路的比較。
[0054]每個(gè)曲線圖包含若干表示使晶體管導(dǎo)通的最小電壓(Vbe)的線。Vbe通常對(duì)溫度敏感，因而每個(gè)曲線圖示出不同溫度處的若干曲線:0攝氏度(C)、25C、50(^P100C。如圖5B所示，在OC處，V be高出接近0.8V，但是在100C處，Vbe低出近似0.5V。如圖所示，相比常規(guī)電路，針對(duì)圖5B中的改進(jìn)電路提供的值表明有幾乎30%的效率改進(jìn)。[0055]圖6圖解了圖3中圖解的功能模塊圖的示例性實(shí)現(xiàn)。圖6中描述的供電電路48引入圖4B中描述的本公開的改進(jìn)欠壓檢測電路60。對(duì)于DC輸入，圖6的配置特別適于大約16VDC到大約120VDC之間的輸入電壓額定值，而對(duì)于AC輸入，圖6的配置特別適于大約19VAC到大約264VAC之間的輸入電壓額定值，雖然能夠考慮到其它配置和額定值。電路48經(jīng)由線路24和26接收輸入控制信號(hào)50。在圖6的電路配置中，可以施加AC或DC輸入控制信號(hào)。信號(hào)限制電路52可以包含限制通過電路的電流的電阻器72。例如，可以使用47歐姆電阻器。M0V74可以被用于保護(hù)電路免受過電壓瞬變的影響，但是由于尺寸約束，其可能是相當(dāng)?shù)湍芰康脑O(shè)備。與輸入串聯(lián)的電阻器72進(jìn)一步吸收一些瞬變能量，并且也對(duì)于傳導(dǎo)的EMI有幫助。
[0056]信號(hào)限制電路52適當(dāng)調(diào)節(jié)用于施加到整流器電路54的傳入控制信號(hào)50。電路54用于對(duì)交變電流控制信號(hào)進(jìn)行整流以產(chǎn)生直流波形。雖然在可以得到直流輸入控制信號(hào)的應(yīng)用中整流器電路54是不必要的，然而在需要的情況下電路可以被包含在所有實(shí)現(xiàn)中，以提供交變電流或直流輸入信號(hào)的應(yīng)用。
[0057]在某些實(shí)施例中，可能需要輸入電路以對(duì)AC輸入電壓進(jìn)行整流，所以可以使用例如0.5A600V全波電橋76。電容器78可以跟在電橋76之后以限制傳導(dǎo)的EMI。在某些實(shí)施例中，可以使用例如500pF630V陶瓷電容器。不應(yīng)使該電容器的值過大，因?yàn)樗赡芡ㄟ^過度平滑AC線路電壓而對(duì)高電壓檢測電路58產(chǎn)生負(fù)面影響。
[0058]在某些實(shí)施例中，線性調(diào)節(jié)器56可以使用耗盡模式FET 68。在一個(gè)例子中，可以使用來自Supertex公司的DN2470。即使在柵極電壓為零時(shí)，這類FET也能導(dǎo)通。該配置的優(yōu)點(diǎn)在于其沒有最小工作電壓，并且在處于預(yù)定調(diào)節(jié)電壓以下時(shí)簡單地傳過電流。在一個(gè)可選實(shí)施例中，可以使用增強(qiáng)模式FET，其通常較昂貴，但在其開始工作之前會(huì)額外降低大約4V。線性調(diào)節(jié)器56被示出為基本作為跟隨器來連接，其中由24V齊納二極管82來確定柵極電壓。
[0059]對(duì)于耗盡模式FET 68，柵極電壓必須比源極低若干伏以斷開傳導(dǎo)。源極會(huì)上升到齊納電壓減去柵極斷開電壓，柵極斷開電壓可以是大約負(fù)2.5V。這等同于大約24V減去負(fù)
2.5V或大約26.5V的調(diào)節(jié)電壓。這正好在24V繼電器的工作范圍內(nèi)。
[0060]在齊納二極管82中基本上沒有消耗電流或熱量，雖然其可能需要一些物理空間以容納高電壓降。由于FET 68柵極不需要任何電流，例如100千歐是作為上拉電阻器84可能需要的全部。當(dāng)繼電器10首先接通時(shí)，與電阻器84并聯(lián)的電容器86有助于初始上升時(shí)間。在某些實(shí)施例中，0.0luF電容器可以被用于電容器86。電容器86也限制線性調(diào)節(jié)器56的開關(guān)速度，并當(dāng)調(diào)節(jié)器被關(guān)閉和啟動(dòng)時(shí)減弱任何瞬變。
[0061]有效下拉齊納二極管82的陰極上的電壓使得其看上去像較低電壓齊納。由于體電容器88上的電壓可以在26.5V左右，當(dāng)源極電壓下降到大約2.5V時(shí)，這會(huì)使FET 68關(guān)斷。然而，可以提供電容器88中的足夠體電容，使得甚至50Hz處的電壓降不多于幾伏。在某些實(shí)施例中，IOuF電容器可以被用于電容器88。如下所述，電容器88也用于向線圈11提供電力源，而在經(jīng)整流的輸入線路電壓的部分期間，線性調(diào)節(jié)器被關(guān)斷。
[0062]高電壓檢測電路58依賴于經(jīng)整流的輸入線路電壓的電阻器分壓版本，用于超過雙極晶體管92的正向基極射極電壓，其通常為大約0.6V?？梢源?lián)使用電阻器94和電阻器96，因?yàn)閱为?dú)情況下它們不會(huì)能夠承受可能落在它們上面的潛在高電壓。例如，大約300千歐的總量可以被用于將240VAC輸入的功耗保持在每電阻器0.1W處。然而，0.25W電阻器可以被用于熱降方面的考慮。電阻器98的大小可以被確定為例如大約1.5千歐，以使得在大約120V處出現(xiàn)0.6V。可以與電阻器98并聯(lián)地提供電容器90，以提供降低影響高電壓檢測電路58的噪聲的低通濾波器。晶體管92可以是小的通用NPN晶體管。例如，可以使用由International Rectifier制造的2N3094。將晶體管92的集極耦合到齊納二極管82的陰極可以是有效的，但是也可能導(dǎo)致FET 68的柵極-源極電壓接近負(fù)26.5V，這會(huì)可能超過其最大額定值。可以插入電阻器100以把該電壓降低到較低值。例如，100千歐電阻器可以被用于把電壓降低到電壓值的大約一半。
[0063]如上所述，繼電器也可以被用于緩沖來自可編程邏輯控制器(PLC)的三端雙向可控硅開關(guān)元件輸出。已知三端雙向可控硅開關(guān)元件用于使關(guān)斷狀態(tài)漏電流處于低毫安范圍內(nèi)。一些小的通用繼電器具有額定釋放電壓，并因而具有額定釋放電流，這種電壓和電流較低，使得盡管繼電器被假定斷開，三端雙向可控硅開關(guān)元件漏電流仍能夠保持繼電器處于通電狀態(tài)。供電電路48可以包含欠壓閉塞電路60，以要求高于三端雙向可控硅開關(guān)元件漏電流的電流對(duì)于線圈11的工作是必需的。
[0064]欠壓閉塞電路60可以被用于保持線圈11和指示器LED264不工作，除非存在最小接通電壓并因而有最小電流引出。
[0065]當(dāng)來自線性調(diào)節(jié)器56的輸出電壓的電阻器分壓版本超過大約0.6V閾值時(shí)，欠壓閉塞電路60的晶體管266變得導(dǎo)通。電阻器258和電阻器260提供分壓器。電阻器258的大小可以被確定為例如大約100千歐(kOhm)，電阻器260的大小可以被確定為例如大約
8.2千歐。晶體管266也可以例如是International Rectifier的2N3904。設(shè)置該閾值在大約IOV的輸出電壓的情況下出現(xiàn)會(huì)規(guī)定線圈11和LED 264將在不影響線圈11的低電壓工作的情況下引出至少大約4mA。當(dāng)晶體管266導(dǎo)通(使繼電器線圈11變得通電)時(shí)，繼電器線圈11被暴露給來自線性調(diào)節(jié)器56的輸出電壓，從而使繼電器接通。另外，LED 264通電?？梢蕴峁㎜ED 264以提供設(shè)備的工作狀態(tài)的指示(即，通電或未通電)。為調(diào)節(jié)LED亮度，可以選擇電阻器262以將LED 264中的電流限制到幾mA。
[0066]當(dāng)來自線性調(diào)節(jié)器56的輸出電壓降到閾值以下時(shí)，晶體管266變得不導(dǎo)通。如上所述，這使晶體管278變得導(dǎo)通。晶體管278也可以例如是International Rectifier的2N3904。來自線性調(diào)節(jié)器56的輸出電壓于是落在電阻器280上，電阻器280提供適當(dāng)?shù)呢?fù)載電流。在一個(gè)實(shí)現(xiàn)中，電阻器280的電阻接近2.7千歐。另外，在這個(gè)狀態(tài)下，不足的電壓被提供給繼電器線圈11的端子108和120，使得繼電器線圈11斷開。
[0067]對(duì)繼電器10的電力輸入可以具有較大的線路電感?？梢园娙萜骶彌_電路62以在高電壓檢測電路58突然關(guān)斷線性調(diào)節(jié)器56時(shí)使電流從該電感移開。可以包含二極管110以將緩沖電容器112上的電壓與高電壓檢測電路隔離。應(yīng)當(dāng)使電容器112的值大至實(shí)際能夠限制電壓尖峰的大小。對(duì)于諸如線圈11的小負(fù)載，例如可以使用0.1uF電容器，因?yàn)檩斎隡OV 74也有防止該尖峰的作用。
[0068]在某些實(shí)施例中，繼電器10包含24VDC線圈11，線圈11具有足夠的電感，使得可以通過負(fù)載電路64來提供小的續(xù)流二極管116，以在欠壓閉塞電路60突然將其關(guān)斷時(shí)轉(zhuǎn)移電流。
[0069]最終，可以提供端子108和120以將繼電器線圈11耦合到電路48。在上述實(shí)施例中，端子118、120引到觸點(diǎn)32(參見圖1)，觸點(diǎn)32用于耦合到繼電器。
[0070]應(yīng)當(dāng)理解，例如容差、溫度和海拔的其它因素可能影響這里描述的預(yù)定值。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員會(huì)理解，這些值可以根據(jù)各種條件而改變。
[0071]盡管本發(fā)明可容易地得到各種修改和替代形式，然而具體實(shí)施例已經(jīng)在附圖中以例示的方式示出，并且已經(jīng)在這里加以詳細(xì)描述。然而，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不旨在限于所公開的特定形式。而是，本發(fā)明要覆蓋在如所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍內(nèi)的所有修改、等同和替代。
[0072]這里撰寫的說明使用各個(gè)例子來公開本發(fā)明，包含最優(yōu)方式，并且也使得本領(lǐng)域任何技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明，包含制造和使用任何設(shè)備或系統(tǒng)，以及執(zhí)行任何引入的方法。本發(fā)明的可專利范圍由權(quán)利要求來限定，并且可以包含本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠想到的其它例子。這樣的其它例子應(yīng)在權(quán)利要求的范圍內(nèi)，如果它們的結(jié)構(gòu)要素與權(quán)利要求的字面表述沒有區(qū)別，或者如果它們包含與權(quán)利要求的字面表述沒有實(shí)質(zhì)區(qū)別的等同結(jié)構(gòu)要素。
[0073]最后，應(yīng)特別注意的是，可以組合、排除或重新排序這里描述的任何過程或步驟。相應(yīng)地，這里的說明僅表示以示例的方式來進(jìn)行，而不是限制本發(fā)明的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種針對(duì)負(fù)載的寬輸入電壓供電電路，所述電路包括: 第一級(jí)段，包括被配置成將輸出電壓保持在預(yù)定輸出電壓水平的線性調(diào)節(jié)器電路，所述線性調(diào)節(jié)器包含當(dāng)輸入電壓超過預(yù)定關(guān)斷閾值時(shí)關(guān)斷所述線性調(diào)節(jié)器的輸入；以及 第二級(jí)段，包括耦合到所述線性調(diào)節(jié)器的輸出的欠壓閉塞電路，所述欠壓閉塞電路被配置成針對(duì)所述負(fù)載設(shè)置最小接通電壓，并且包含: 第一晶體管，被配置成在欠壓閉塞電路的輸入電壓超過閾值時(shí)變得導(dǎo)通，以提供所述輸入電壓給所述負(fù)載，但不提供所述輸入電壓給第一電阻器，以及 耦合到所述第一晶體管的第二晶體管，所述第二晶體管被配置成在所述欠壓閉塞電路的輸入電壓降到閾值以下時(shí)變得導(dǎo)通，以提供所述輸入電壓給所述第一電阻器，但不提供所述輸入電壓給所述負(fù)載。
2.如權(quán)利要求1所述的電路，其中所述第一晶體管的基極被耦合到包括第二電阻器和第三電阻器的分壓器。
3.如權(quán)利要求2所述的電路，其中所述第二電阻器的電阻接近100千歐，并且所述第三電阻器的電阻接近8.2千歐。
4.如權(quán)利要求1所述的電路，包括耦合到所述第一晶體管的集極以指示所述電路的供電狀態(tài)的發(fā)光二極管LED。
5.如權(quán)利要求1所述的電路，其中所述第二晶體管的基極被耦合到所述第一晶體管的集極。
6.如權(quán)利要求1所述的電路，其中所述第一電阻器的電阻接近2.7千歐。
7.如權(quán)利要求1所述的電路，其中所述第一晶體管被配置成在所述第二晶體管導(dǎo)通時(shí)變得不導(dǎo)通。
8.如權(quán)利要求7所述的電路，其中所述第二晶體管被配置成在所述第一晶體管導(dǎo)通時(shí)變得不導(dǎo)通。
9.一種被配置成針對(duì)負(fù)載設(shè)置最小接通電壓的欠壓閉塞電路，包括: 被配置成接收輸入電壓的輸入端子； 第一晶體管，被配置成在所述欠壓閉塞電路的輸入電壓超過閾值時(shí)變得導(dǎo)通，以提供所述輸入電壓給所述負(fù)載；以及 耦合到所述第一晶體管的第二晶體管，所述第二晶體管被配置成在所述欠壓閉塞電路的輸入電壓降到所述閾值以下時(shí)變得導(dǎo)通，以提供所述輸入電壓給第一電阻器，但不提供所述輸入電壓給所述負(fù)載。
10.如權(quán)利要求9所述的電路，其中所述第一晶體管的基極被耦合到包括第二電阻器和第三電阻器的分壓器。
11.如權(quán)利要求10所述的電路，其中所述第二電阻器的值接近100千歐，并且所述第三電阻器的值接近8.2千歐。
12.如權(quán)利要求9所述的電路，包括耦合到所述第一晶體管的集極以指示所述電路的供電狀態(tài)的發(fā)光二極管LED。
13.如權(quán)利要求9所述的電路，其中所述第二晶體管的基極被耦合到所述第一晶體管的集極。
14.一種被配置成針對(duì)負(fù)載設(shè)置最小接通電壓的欠壓閉塞電路，包括:被配置成接收輸入電壓的輸入端子； 連接到所述輸入電壓的分壓器，所述分壓器包含第一電阻器和第二電阻器； 第一晶體管，所述第一晶體管的基極被連接到所述分壓器，所述第一晶體管被配置成在所述分壓器的輸入電壓超過閾值時(shí)變得導(dǎo)通，以提供所述輸入電壓給所述負(fù)載； 耦合到所述第一晶體管的第二晶體管；以及 連接在所述輸入端子和所述第二晶體管的集極之間的第三電阻器，所述第二晶體管被配置成在所述分壓器的輸入電壓降到所述閾值以下時(shí)變得導(dǎo)通，以提供所述輸入電壓給所述第三電阻器，但不提供所述輸入電壓給所述負(fù)載。
15.如權(quán)利要求14所述的電路，其中所述閾值接近16VDC。
16.如權(quán)利要求14所述的電路，其中所述第一電阻器的電阻接近100千歐，并且所述第二電阻器的電阻接近8.2千歐。
17.如權(quán)利要求14所述的電路，其中所述第三電阻器的電阻接近2.7千歐。
18.如權(quán)利要求14所述的電路，其中所述負(fù)載是繼電器。
19.如權(quán)利要 求14所述的電路，包括耦合到所述第一晶體管的集極以指示所述電路的供電狀態(tài)的發(fā)光二極管LED。
20.如權(quán)利要求14所述的電路，其中所述第二晶體管的基極被耦合到所述第一晶體管的集極。
【文檔編號(hào)】H02H3/24GK103972861SQ201410012440
【公開日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年1月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月10日
【發(fā)明者】邁克爾·蓋斯佩瑞 申請(qǐng)人:洛克威爾自動(dòng)控制技術(shù)股份有限公司