CN102906649B - 用于开关和/或调节负载的电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于开关和/或调节负载（1）的电路，其包括至少一个可控的电子开关元件（M1、M2），该电子开关元件用于产生开关负载（1）的开关信号，该电子开关元件与电源（2）和负载（1）连接，并且具有可由用户改变的参数，用于影响开关负载（1）的开关信号。

Description

用于开关和/或调节负载的电路
技术领域
本发明涉及一种用于开关和/或调节负载的电路。
背景技术
在建筑物布线技术的框架内存在各种各样的电气布线系统，以便控制电负载的能量供给。在一种广泛使用的布线系统中，负载的供电线路内布置布线设备，通过所述布线设备，负载可以直接地并且按照极其不同的标准手动地或自动地受控制。布线设备内可以布置如下电路，所述电路用于开关或调节交流电网内的负载(例如白炽灯和其他照明器具)。操纵传感器的操作在布线设备内通过开关元件并且通过与开关元件功能上连接的电子器件转换到为负载相应产生的电平内。
这种类型的电路功能上必须这样设计，使得外围的相互作用得到抑制。这种要求公知为电磁兼容性。在此，一方面需要足够的去干扰，以便不影响处于周围环境中的电气设备的运行。另一方面，值得追求的是，保护这种电路的敏感器件以防电气不规则性(峰值)和干扰量。两个要求的满足是高消耗的，并且导致复杂的、通常空间密集的电路结构。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种用于开关和/或调节负载的电路，该电路可靠抑制外围的相互作用并简化其电路结构。
该目的通过如下所述的技术方案得以实现，一种用于开关和/或调节负载的电路，该电路包括至少一个晶体管形式的可控的电子的开关元件用于产生开关负载的开关信号，开关元件与电源和负载连接并且具有能够由用户改变的参数，该参数用于影响开关负载的开关信号，其中，电路具有用于衰减所述开关信号的边沿陡度的第一RC网络，其中，第一RC网络具有与开关元件的栅极-漏极段并联的电容器，并且电路具有用于在超过阈值的情况下断开开关元件的电路部分，该电路部分包括对开关元件的脉冲热阻在电路技术上的模仿，并且电路部分具有乘法器、第二RC网络和比较器。有利的设计由说明书、附图得出。
本发明的优点是，提供了用于开关和/或调节交流电网中负载的、便利的和可靠的电路，该电路在改进电路结构的同时，既使得外部设备的影响最小化，也针对外部的影响受保护。一方面可以保证所需的、无线电干扰电压的特征值，而另一方面防止电路器件(特别是晶体管)被过电压、过电流、短路等损坏。
在开关过程中，对无线电干扰电压的标准所要求的特征值可以得到遵守，其中，通过电路技术上有利的措施可以改进电路参数和电路结构。作为无线电干扰电压的重要影响变量的开关脉冲的边沿陡度可以得到优化，其中，额外地，减少开关元件的自损耗或自发热。
为进行脉冲造型，晶体管形式的开关元件的控制通过具有如下电容器(米勒电路)的RC-网络进行，该电容器与晶体管的很强烈地依赖于电压的栅极-漏极段相并联。由此可以减少强烈波动的栅极-漏极电容对边沿陡度的影响，从而降低的边沿陡度将无线电干扰电压降到允许的极限值以下。体积庞大的并且开关时在开关元件内产生额外损耗的、与电路并联地布置的、额外的电容器因此变得多余。
电路的电气器件可以有利地针对过电压和过电流受保护。常用的保护元件(如与电路并联布置的并且将电能导出到外部元件中的可变电阻)适合于在负载的断开状态中的过电压情况下保护晶体管。此外，通过器件(如Z二极管)，可以针对正的以及负的峰值电压保护晶体管的栅极-源极段。此外，二极管在网络上快速的正干边沿的情况下可以防止晶体管通过额外的电容器上的箝位电路进行的晶体管的偏置导通。
在负载接通状态下的过电流情况下，与比较器连接的电流传感电阻通常用于在超过阈值时断开晶体管。鉴于晶体管的降低了的最大允许脉冲损耗功率(10kW)，通过比较器或处理器进行的通常的断开由于反应时间过慢而不再可用。
重要的可能性是在几微秒内可以断开晶体管。依据本发明，在此方面模仿晶体管的脉冲热阻(热时间常数)的时间分布。这样可以测量出现的损耗功率，并且依赖于所吸收的能量在时间上延迟断开晶体管。由此晶体管在造成高损耗功率的高电流和高电压情况下可以尽可能迅速断开。相反，在已开通的具有低损耗功率的晶体管内的高电流的情况下可以接受延长断开。
为此可以利用乘法器、RC网络和比较器(基准值)。在此方面产生电压信息并且与第一电阻上的电流信息相乘。关于该瞬间损耗功率的信息可以输送到比较及触发级，所述比较及触发级在超越阈值电压的情况下阻断晶体管。乘法器也可以通过如下电路补充，该电路将电流在低电压情况下限制在晶体管允许的数值上。
有利地，断开条件的趋近可以通过线性电阻网络产生，并且额外的保护通过温度依赖的断开阈值产生。为将硬件方面的开支保持得很低，脉冲热阻的模仿限制在几个至几百个μs范围内的很短时间的建模上。这种方法更加简单，这是因为该方法省去了高消耗的乘法器，而且有利，这是因为该方法同时在小电压下不允许任意大的电流。
电压信息在此方面由电阻分压器产生并与第一电阻上的电流信息相加。该信息可以在通过电容器进行的滤波后输送到比较及触发级，所述比较及触发级在超越阈值电压的情况下阻断晶体管。基极-发射极阈值电压的温度依赖性是有利的，所述温度依赖性在环境温度较高的情况下将断开向低电流推移。
虽然晶体管在连续存在干扰的情况下也以反复接通防止损毁，但平均损耗功率上升到高于正常运行中的损耗功率，并且晶体管可以通过上级控制装置(调节器的微处理器)断开或以更大的占空比(例如每100ms)接通。
依据本发明的布线系统的有利的应用领域可以存在于照明控制或百叶窗控制的领域中。
附图说明
本发明的其他细节、特征和优点由借助附图的、对优选实施例的随后的说明得出。其中：
图1示意性地示出公知的电路；
图2示意性地示出依据本发明的电路的截取图；和
图3示意性地示出另外的依据本发明电路的截取图。
相同的和作用相同的部件在后面的说明书中配有相同的附图标记。
具体实施方式
下面借助实施例对依据本发明的电路的结构和工作原理进行详细说明。
该电路用于开关和/或调节交流电网2上的负载1(例如白炽灯和其他照明器具)。作为二线制开关(串联中的调节器和负载)的基本联接在图1中示出。
晶体管M1和M2形式的两个开关元件与低欧姆传感电阻R1的串联电路处在与负载1的串联中，该传感电阻并联可变电阻形式的过电压保护元件U1。
因为这种常用电路关于两个晶体管M1和M2对称地构建，所以图2中仅示出该电路的(晶体管M1周围的)半部，所述电路的半部适用于晶体管M2。
下面所给出的电路连接用于在正常运行中达到无线电干扰电压所要求的特征值，并且在受干扰运行中防止晶体管M1受到过电压、过流、短路等的损坏。
在正常运行中，晶体管M1的栅极被通过由电容器C1、C2和电阻R2、R3组成的第一RC网络利用V1如此“缓慢地”控制，使得开关脉冲的下降了的边沿陡度将无线电干扰电压降到允许的极限值以下。在此，重要的特别是电容器C1，该电容器依据米勒电路作为晶体管M1的很强烈地依赖于电压的栅极-漏极段的并联电容可以减少边沿陡度的波动。与体积庞大的并且开关时在晶体管M1、M2内产生额外损耗的可变电阻U1并联的额外电容器因此变得多余。
为在断开状态下保护晶体管M1，图2示出如(例如为了在230V网络上的800V-晶体管的情况下使用的275V型)可变电阻U1这种常用的保护元件和针对正的以及负的峰值电压保护栅极-源极段的保护二极管D1。在交流电网2上快速的正干扰边沿的情况下，二极管D3防止通过电容器C2上的箝位电路进行的晶体管M1的偏置导通。
在接通状态下，现有技术中，与比较器连接的电流传感电阻R1用于在超过阈值时断开晶体管M1。
但在图2中，出现的损耗功率(P＝U*I)的重新调整的平均值利用乘法器4和第二RC网络5形成，通过比较器U2与基准值进行比较，并且用于断开晶体管M1。由于该电路部分8，晶体管M1在造成高损耗功率的高电流和高电压情况下可以尽可能迅速地断开。相反，在已开通的晶体管M1内的、具有低损耗功率的高电流的情况下延长断开是可以接受的。在此，第二RC网络4模仿晶体管M1的脉冲热阻的时间分布。
在过电流的情况下，在超过最大电流时进行断开。在损耗功率恒定的情况下，低电压时自然不得超过最大电流。
在图3的电路中，低于最大电流的安全运行通过线性关系趋近。有利的是，断开条件的趋近可以通过线性电阻网络6产生，并且额外的保护可以通过温度依赖的断开阈值产生。为将硬件方面的开支保持得很低，脉冲热阻的模仿限制在几个至几百个μs范围内很短时间的建模上。
在相应构造的电路部分8中，“电压信息”通过由电阻R4和R5组成的分压器产生，并且与电阻R1上的“电流信息”相加，并且在通过电容器C3进行的滤波后输送到由晶体管Q1和Q2组成的比较及触发级，在超越约Ube＝0.55V的基极-发射极阈值电压的情况下所述比较及触发级阻断晶体管M1。
因此对断开阈值上的漏极电流适用的是：
Id＝1/R1*(Ube–R4/R5*Ube)
重要的可能性是，在约1μs内断开晶体管M1，这是因为350V*30A的(也就是约10kW的)最大损耗功率在常用类型的晶体管中不允许更长。通过比较器或处理器进行的通常的断开在这里工作过于缓慢。有利的是基极-发射极阈值电压的温度依赖性，该温度依赖性在环境温度较高的情况下将断开向低电流推移。
只要存在通过V1的控制，断开就持续保持，正如晶体管Q1和Q2的组合保持导电那样。如果通过电阻R2、R3的电流对此来说不够，那么电流可以通过从V1到晶体管Q1发射极的额外的电阻R6被提高。
为将硬件方面的开支保持较低，在图3中，通过电容器C3和电阻R4、R5进行的脉冲热阻的模仿限制在几个至几百个μs范围内的很短时间的建模上。虽然晶体管M1在连续存在干扰的情况下也以反复接通防止损毁，但平均损耗功率上升到高于正常运行中的损耗功率，并且晶体管M1应当通过上级控制装置(调节器的微处理器)断开或以更大的占空比(例如每100ms)接通。
附图标记列表
1负载
2交流电网
3第一RC网络
4乘法器
5第二RC网络
6电阻网络
7比较及触发级
8电路部分
C1电容器
C2电容器
C3电容器
D1保护二极管
D2二极管
D3二极管
M1开关元件，晶体管
M2开关元件，晶体管
Q1晶体管
Q2晶体管
R1电流传感电阻
R2电阻
R3电阻
R4电阻
R5电阻
R6电阻
U1过电压保护元件，可变电阻
U2比较器

Claims (7)

1.用于开关和/或调节负载(1)的电路，所述电路包括至少一个晶体管形式的可控的电子的开关元件(M1、M2)用于产生开关所述负载(1)的开关信号，所述开关元件与电源(2)和负载(1)连接并且具有能够由用户改变的参数，该参数用于影响开关所述负载(1)的所述开关信号，其特征在于，所述电路具有用于衰减所述开关信号的边沿陡度的第一RC网络(3)，其中，所述第一RC网络(3)具有与所述开关元件(M1、M2)的栅极-漏极段并联的电容器(C1)，并且所述电路具有用于在超过阈值的情况下断开所述开关元件(M1、M2)的电路部分(8)，该电路部分包括对所述开关元件(M1、M2)的脉冲热阻在电路技术上的模仿，并且所述电路部分(8)具有乘法器(4)、第二RC网络(5)和比较器(U2)。
2.按权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第一RC网络(3)由彼此联接的两个电容(C1、C2)和两个电阻(R2、R3)组成。
3.按权利要求1或2所述的电路，其特征在于，在所述乘法器(4)内通过电阻分压器产生电压信息并与第一电阻(R1)上的电流信息相乘。
4.按权利要求1或2所述的电路，其特征在于，所述电路部分(8)具有用于趋近断开条件的线性电阻网络(6)。
5.按权利要求4所述的电路，其特征在于，来自所述线性电阻网络(6)的信息在通过电容器(C3)滤波后输送到比较及触发级(7)并在超过阈值电压的情况下阻断所述开关元件(M1、M2)。
6.按权利要求1或2所述的电路，其特征在于，所述开关元件(M1、M2)能够由上级控制装置断开或以更大的占空比接通，所述上级控制装置是调节器的微处理器。
7.按权利要求1或2所述的电路，其特征在于，所述电路能够用于照明控制或百叶窗控制。
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