CN108322201A - 一种电子电路、集成交流开关电路和电子电路的控制方法 - Google Patents

一种电子电路、集成交流开关电路和电子电路的控制方法 Download PDF

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Abstract

公开了电子电路、集成交流开关电路、及电子电路的控制方法。电子电路包括耦接在第一负载和交流电压之间的第一集成交流开关电路、以及耦接在第二负载和交流电压之间的第二集成交流开关电路。第一集成交流开关电路提供脉冲信号,脉冲信号通过隔离电容网络为耦接在第二集成交流开关电路的电容充电以提供直流电压。从而在耦接至高阻抗负载同时,第二集成交流开关电路具有较小的静态电流。

Description

一种电子电路、集成交流开关电路和电子电路的控制方法
技术领域
[0001] 本发明的实施例涉及一种电子电路,更具体地说,尤其涉及一种交流开关电路。
背景技术
[0002] 在家庭自动化系统的应用中,例如喷淋器阀、暖通空调(HVAC)、自动调温器和监控 摄像机等,传统的方式都是采用机械继电器来控制交流电压的输入。然而,机械继电器由于 体积过大、使用寿命短且不固定,已经跟不上智能家庭自动化技术的发展。
发明内容
[0003] 为解决上述技术问题,本发明提供一种电子电路、集成交流开关电路、及电子电路 的控制方法。
[0004] 根据本发明的实施例,提出了 一种电子电路,包括:第一集成交流开关电路,在导 通时连接第一负载至交流电压,所述第一集成交流开关电路包括耦接至第一电容以提供第 一直流电压的第一引脚(vcc)、提供脉冲信号的第二引脚(SW)、第一开关、第二开关、第一供 电电路,其中第一开关在关断时阻断交流电压的前半周期和第一负载的连接,第二开关在 关断时阻断交流电压的后半周期和第一负载的连接,第一供电电路对交流电压进行整流, 并通过整流后的电压对第一电容充电•,以及第二集成交流开关电路,在导通时连接第二负 载至交流电压,所述第二集成交流开关电路包括耦接至第二电容以提供第二直流电压的第 一引脚(VCC)、可选择性的耦接至第一参考地的第二引脚(VCCE)、第三开关、以及第四开关, 其中第三开关在关断时阻断交流电压的前半周期和第二负载的连接,第四开关在关断时阻 断交流电压的后半周期和第二负载的连接;其中当第二集成交流开关电路的第二引脚 (VCC©耦接至第一参考地时,由第一集成交流开关电路提供的脉冲信号对第二电容充电。 [0005]根据本发明的实施例,还提出了一种集成交流开关电路,耦接在交流电压和负载 之间,所述集成交流开关电路包括:第一引脚(AC1),耦接至交流电压;第二引脚(AC2),耦接 至负载;第三引脚(VCC),稱接至第一电容以提供直流电压;第四引脚(RTN),親接至参考地; 第五引脚(VCCE);串联耦接在第一引脚(AC1)和第二引脚(AC2)之间的第一开关和第二开 关,交流电压在第一开关和第二开关导通时对负载供电,交流电压的前半周期到负载的供 电在第一开关关断时被阻断,交流电压的后半周期到负载的供电在第二开关关断时被阻 断;以及供电电路,包括两个输入端和两个输出端,其中供电电路的两个输入端分别耦接至 第一引脚(AC 1)和第二引脚(AC2),供电电路的两个输出端分别耦接至第三引脚(VCC)和第 四引脚(RTN);其中当第五引脚(VCCE)耦接至第四引脚(RTN)时,供电电路保持关断;以及当 第五引脚(VCCE)浮空或拉高时,供电电路响应于直流电压、高阈值、以及低阈值对交流电压 进行整流,并通过整流后的电压对第一电容充电。
[0006]根据本发明的实施例,还提出了一种电子电路的控制方法,包括:第一负载通过第 一集成交流开关电路中的第一开关和第二开关连接至交流电压,交流电压的前半周期对第 一负载的供电在第一开关关断时被阻断,交流电压的后半周期对第一负载的供电在第二开 关关断时被阻断;第二负载通过第二集成交流开关电路中的第三开关和第四开关连接至交 流电压,交流电压的前半周期对第二负载的供电在第三开关关断时被阻断,交流电压的后 半周期对第二负载的供电在第四开关关断时被阻断;间歇性的关断第一开关和第二开关, 并在第一开关和第二开关关断期间对第一电容充电以提供第一直流电压;当第一直流电压 大于电能指示阈值时,第一集成交流开关电路在其第一引脚(SW)和第二引脚(RTN)之间提 供脉冲信号;以及当第二集成交流开关电路的第一引脚(VCCE)耦接至第二集成交流开关电 路的第二引脚(RTN),脉冲信号对耦接在第二集成交流开关电路的第三引脚(VCC)和第二引 脚(RTN)之间的第二电容充电以提供第二直流电压。
附图说明
[0007] 为了更好的理解本发明,将根据以下附图对本发明进行详细描述:
[0008] 图1示出了根据本发明一实施例的电子电路100的电路框图;
[0009] 图2示出了根据本发明一实施例的电子电路1〇1的电路框图;
[0010] 图3示出了根据本发明一实施例的集成交流开关电路141的电路框图;
[0011] 图4示出了根据本发明一实施例的控制电路2〇3的电路框图;
[0012] 图5示出了根据本发明一实施例的集成交流开关电路141和微控制单元16之间通 讯的流程图500;
[0013] 图6示出了根据本发明一实施例的集成交流开关电路141的状态图;
[0014] 图7示出了根据本发明一实施例的集成交流开关电路1似的电路框图;
[0015] 图8示出了根据本发明一实施例的控制电路6〇3的电路框图;
[0016] 图9示出了根据本发明一实施例的集成交流开关电路142和微控制单元16之间通 讯的流程图900;
[0017] 图10示出了根据本发明一实施例的集成交流开关电路142的状态图;
[0018] 图11示出了根据本发明一实施例的电子电路11〇的电路框图;
[0019] 图12示出了根据本发明一实施例的用于包括两个集成交流开关电路的电子电路 的控制方法流程图。
具体实施方式
[0020] 下面将详细描述本发明的具体实施例,应当注意,这里描述的实施例只用于举例 说明,并不用于限制本发明。在以下推i述中,为了提供对本发明的透彻理解,阐述了大量:特 定细节。然而,对于本领域普通技术人员显而易见的是:不必采用这些特定细节来实行本发 明。在其他实例中,为了避免混淆本发明,未具体描述公知的电路、材料或方法。
[0021] 在整个说明书中,对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味 着:结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。 因此,在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例” 或“示例,,不一定都指同一实施例或示例。此外,可以以任何适当的组合和、或子组合将特定 的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外,本领域普通技术人员应当理 解,在此提供的附图都是为了说明的目的,并且附图不一定是按比例绘制的。相同的附图标 记指示相同的元件。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的1页目的任何' 和戶斤 有组合。
[0022] 图1示出了根据本发明一实施例的电子电路100的电路框图。电子电路1〇〇包括耦 接在交流电压Vac和负载11之间的集成交流开关电路141、以及耦接在交流电压Vac和负载 12之间的集成交流开关电路142。集成交流开关电路141在导通时连接负载11至交流电压 Vac。集成交流开关电路142在导通时连接负载I2至交流电压Vac。
[0023] 在一个实施例中,集成交流开关电路141集成在一个芯片上。如图1所示,集成交流 开关电路141包括多个引脚:耦接至输入端子IN1的引脚AC1、通过负载11耦接至输入端子 IN2的引脚AC2、引脚VCC、引脚SW。电子电路100在输入端子IN1和输入端子IN2之间接收交流 电压Vac。引脚VCC耦接至电容C1,集成交流开关电路141在电容C1两端提供直流电压VCC1。 引脚SW被配置为提供和直流电压VCC1相关联的脉冲信号Vsw。集成交流开关电路141 (参考 图3所示)包括开关Ml和开关M2,其中开关Ml在关断时阻止交流电压Vac的前半个周期(例如 正半周)向负载11供电,开关M2在关断时阻止交流电压Vac的后半个周期(例如负半周)向负 载11供电。集成交流开关电路141中的开关Ml和开关M2串联耦接在引脚AC1和引脚AC2之间, 在开关Ml和开关M2导通时,交流电压Vac为负载11供电。集成交流开关电路141还包括:耦接 至参考地RTN1的引脚RTN、引脚RX、引脚TX、引脚FLT,其中引脚RX、TX、FLT分别耦接至微控制 单元(MCU) 16的通用输入输出引脚GPI01〜GPI03以实现和微控制单元16之间的通讯。集成 交流开关电路141的引脚RX被配置为接收微控制单元16发出的指令,集成交流开关电路141 的引脚TX被配置为发送信息至微控制单元16,集成交流开关电路141的引脚FLT被配置为指 示故障状态。在一个实施例中,微控制单元16也可由其它类型的控制器代替,例如中央处理 器(CPU)。
[0024]在一个实施例中,集成交流开关电路142集成在一个芯片上。如图1所示,集成交流 开关电路142包括多个引脚:耦接至输入端子IN1的引脚AC1、通过负载12耦接至输入端子 IN2的引脚AC2、引脚VCC、耦接至参考地RTN2的引脚RTN、引脚VCCE。引脚VCC耦接至电容C2以 在电容C2两端提供直流电压VCC2。引脚VCCE可选择性的耦接至集成交流开关电路142的引 脚RTN。集成交流开关电路142 (参考图7所示)包括串联耦接在其引脚AC1和引脚AC2之间的 开关Ml和开关M2。在集成交流开关电路142中的开关Ml和开关M2导通时,交流电压Vac为负 载12供电。在一个实施例中,当引脚VCCE耦接至集成交流开关电路142的引脚RTN时(如图1 所示),集成交流开关电路142中的供电电路不使能,脉冲信号Vsw通过隔离电容网络15对电 容C2充电。集成交流开关电路142中的“供电电路”在使能时响应于直流电压VCC2,间歇性的 对交流电压Vac整流,并以整流后的电压对电容C2充电。在一个实施例中,引脚VCCE耦接至 弓丨脚RTN意味着,引脚VCCE上的电压被拉低。在图1所示的实施例中,集成交流开关电路141 的引脚SW和引脚RTN通过隔离电容网络15分别耦接至集成交流开关电路142的引脚VCC和引 脚RTN。在另一个实施例中,引脚VCCE浮空或引脚VCCE上的电压被拉高,集成交流开关电路 142中的供电电路使能,在集成交流开关电路142中的开关Ml和开关M2关断期间,集成交流 开关电路142对电容C2充电以提高直流电压VCC2。集成交流开关电路142还包括引脚RX、弓丨 脚TX、以及引脚FLT,分别耦接至微控制单元16的通用输入输出引脚GPI04〜GPI06以实现和 微控制单元16之间的通讯。集成交流开关电路142的引脚RX被配置为接收微控制单元16发 出的指令,集成交流开关电路142的引脚TX被配置为发送信息至微控制单元16,集成交流开 关电路142的引脚FLT被配置为指示故障状态。
[0025] 图2示出了根据本发明一实施例的电子电路101的电路框图。图2所示的电子电路 101包括耦接在交流电压Vac和负载11之间的集成交流开关电路141,以及耦接在交流电压 Vac和负载13之间的集成交流开关电路142。在图2所示的实施例中,集成交流开关电路142 的引脚VCCE浮空,集成交流开关电路142中的供电电路使能,集成交流开关电路142在电容 C2两端提供直流电压VCC2。
[0026] 在一个实施例中,负载12为高阻抗负载,负载11及负载13为低阻抗负载。在高阻抗 负载的应用中,当供电电路不使能时,集成交流开关电路142的漏电流显著减小,从而集成 交流开关电路142具有显著减小的静态电流。
[0027] 图3示出了根据本发明一实施例的集成交流开关电路141的电路框图。在一个实施 例中,集成交流开关电路141包括开关M1、开关M2、供电电路200、隔离通讯电路201、保护电 路202、控制电路203、驱动电路204、采样电路205、以及振荡电路206。
[0028] 开关Ml和开关M2是晶体管,例如金属氧化物半导体场效应晶体管(M0SFET)、结晶 型场效应晶体管(JFET)、双极型晶体管(BJT)、以及绝缘栅门极晶体管(IGBT)。在图3所示的 实施例中,开关Ml和开关M2均为金属氧化物场效应晶体管。如图3所不,开关Ml具有親接至 弓丨脚AC1的漏极、親接至引脚RTN的源极、和接收驱动信号Vgl的门极。开关M2具有耦接至引 脚AC2的漏极、耦接至引脚RTN的源极、和接收驱动信号Vg2的门极。开关Ml进一步包括寄生 二极管D5,寄生二极管D5的阳极端耦接至开关Ml的源极,寄生二极管D5的阴极端耦接至开 关Ml的漏极。开关M2进一步包括寄生二极管D6,寄生二极管D6的阳极端耦接至开关M2的源 极,寄生二极管D6的阴极端耦接至开关M2的漏极。
[0029] 供电电路200被配置为响应于直流电压VCC1,对交流电压Vac整流,并通过整流后 的电压对电容C1充电。供电电路200具有耦接至引脚AC1的第一输入端、耦接至引脚AC2的第 二输入端、耦接至引脚VCC的第一输出端、以及耦接至引脚RTN的第二输出端。在一个实施例 中,当开关Ml和开关M2关断时,供电电路200对交流电压Vac整流,并通过整流后的电压对电 容C1充电。如图3所示,供电电路200包括整流电路,所述整流电路包括二极管D1〜D4,以及 开关S3。二极管D1的阴极端和二极管D3的阴极端耦接在一起作为整流电路的第一输出端, 二极管D1的阳极端和二极管D2的阴极端作为整流电路的第一输入端耦接至引脚AC1,二极 管D3的阳极端和二极管D4的阴极端作为整流电路的第二输入端耦接至引脚AC2,以及二极 管D2的阳极端和二极管D4的阳极端作为整流电路的第二输出端耦接至引脚RTN。开关S3耦 接在整流电路的第一输出端和引脚VCC之间。当开关Ml和开关M2关断时,开关S3导通,整流 电路对交流电压Vac整流,并通过整流后的电压对电容C1充电,在引脚VCC和引脚RTN之间提 供直流电压VCC1。
[0030]隔离通讯电路201用于和微控制单元16之间通讯。如图3所示,隔离通讯电路201通 过引脚TX、引脚RX、以及引脚FLT连接至微控制单元16。隔离通讯电路201通过引脚RX从微控 制单元16接收指令,通过引脚TX将集成交流开关电路141的状态信息提供给微控制单元16, 以及通过引脚FLT指示是否有故障发生。隔离通讯电路201响应于从微控制单元16接收到的 指令,提供使能信号EN以控制集成交流开关电路141。在一个实施例中,隔离通讯电路201和 集成交流开关电路141的其它电路相隔离,例如隔离于:开关Ml、开关M2、供电电路200、保护 电路202、控制电路2〇3、驱动电路2〇4、采样电路205、以及振荡电路206。集成交流开关电路 141和微控制单元16之间通讯的流程图500如图5所示。
[0031]保护电路202接收代表了直流电压VCC1的电压采样信号Vccse、代表了交流电压 Vac的电压采样信号Vacse、代表了温度的温度采样信号Tsense、以及代表了流过开关Ml和 开关M2的电流的电流采样信号Isense,并响应于上述采样信号提供故障信号Fault至隔离 通讯电路201。在一个实施例中,当有任何故障发生时,引脚FLT变为高电平以通知微控制单 元16。故障例如包括:直流电压VCC1的欠压、直流电压VCC1的过压、交流电压Vac的欠压、交 流电压Vac的过压、过温度、以及过电流。
[0032]控制电路203根据使能信号EN、直流电压VCC1、以及电流采样信号Isense产生控制 信号Ctrll以控制开关Ml和开关M2。在一个实施例中,当集成交流开关电路141从微控制单 元16接收到“开通”指令时,使能信号EN有效,例如变为高电平,集成交流开关电路141被使 能,以开通开关Ml和开关M2,同时供电电路200使能。在使能信号EN有效的情况下,当直流电 压VCC1大于高阈值Vthh时,开关Ml和开关M2导通,交流电压Vac给负载11供电;当直流电压 VCC1小于低阈值Vthl时,开关Ml和开关M2关断,集成交流开关电路141对电容C1充电。在使 能信号EN无效的情况下,例如为低电平时,开关Ml和开关M2保持关断。在一个实施例中,开 关Ml和开关M2在零电流关断,也就是开关Ml和开关M2关断时,流过开关Ml和开关M2的电流 为零或基本为零。控制电路203基于直流电压VCC1提供开关控制信号Ctrl2以控制开关S3。 在一个实施例中,当直流电压VCC1小于低阈值Vthl,开关S3导通,电容C1通过整流电路连接 至交流电压Vac;当直流电压VCC1大于高阈值Vthh,开关S3关断,电容C1与交流电压Vac断 开。
[0033] 控制电路203基于直流电压VCC1提供电能指示信号P0K。在一个实施例中,一旦直 流电压VCC1大于电能指示阈值Vthok,电能指示信号P0K变为高电平以指示直流电压VCC1正 常供电。图4示出了根据本发明一实施例的控制电路203的一个具体电路结构。
[0034] 驱动电路204基于开关控制信号Ctrll和故障信号Fault提供驱动信号Vgl和驱动 信号Vg2。在一个实施例中,当故障信号Fault指示没有故障时,驱动电路204基于控制信号 Ctrll提供驱动信号Vgl和驱动信号Vg2;当故障信号Fault指示有故障发生时,驱动电路204 关断开关Ml和开关M2。采样电路205基于流过开关Ml和开关M2的电流提供电流采样信号 Isense〇
[0035] 振荡电路206耦接至控制电路2〇3以接收电能指示信号P〇K,以及当电能指示信号 P0K指示直流电压VCC1正常供电时,振荡电路2〇6在引脚SW和引脚RTN之间提供脉冲信号 Vsw。在一个实施例中,脉冲信号Vsw是具有固定频率的方波信号。
[0036] 图4示出了根据本发明一实施例的控制电路203的电路框图。控制电路2〇3基于直 流电压VCC1和低阈值Vth 1之间的比较结果以及直流电压VCC1和高阈值vthh之间的比较结 果提供开关控制信号Ctrl2。比较器41的正相输入端接收低阈值Vthl,比较器41的反相输入 端接收直流电压VCC1,比较器41的输出端根据直流电压VCC1和低阈值vthl的比较结果^出 比较信号Cml。比较器42的正相输入端接收直流电压VCC1,比较器42的反相输入巧$收高阈 值Vthh,比较器4 2的输出端根据直流电压VCC1和高阈值V thh的比较结果输出比较彳目号Cmh。 RS触发器43的置位端S耦接至比较器41的输出端以接收比较信号Cml,RS触发器《的复f端 R耦接至比较器42的输出端以接收比较信号Cmh,RS触发器4 3的输出端Q提供开关控制信号 Ctrl2〇 >
[0037] 控制电路203还包括用于提供开关控制信号CtrlU^RS触发器44°RS触发器44具有 耦接至比较器42的输出端的置位端S、耦接至比较器41的输出端的复位端R、使能端E、以及 提供开关控制信号Ctrll的输出端QDRS触发器44响应于比较信号Cmh置位输出开关控制信 号Ctrll,以及响应于比较信号Cml复位输出开关控制信号Ctrll。在一个实施例中,RS触发 器44进一步响应于电流采样信号Isense复位输出开关控制信号Ctrl 1。如图4所不,比较器 45将电流采样信号Isense和电流阈值Ith相比较,以指示流过开关Ml和开关M2的电流是否 过零过接近于零,其中电流阈值Ith等于零或接近于零。比较器45的正相输入端接收电流阈 值I th,比较器45的反相输入端接收电流采样信号I sense,比较器45的输出端根据电流采样 信号Isense和电流阈值Ith的比较结果提供零电流指示信号ZC。与门电路46的第一端接收 零电流指示信号ZC,与门电路46的第二端接收比较信号Cml,与门电路46的输出端耦接至RS 触发器44的复位端R。控制电路203还提供电能指示信号P0K。比较器47具有接收直流电压 VCC1的正相输入端、接收电能指示阈值Vthok的反相输入端、以及输出端。比较器48包括接 收关断阈值Vthoff的正相输入端、接收直流电压VCC1的反相输入端、以及输出端。RS触发器 49包括置位端S、复位端R、以及输出端Q,其置位端S耦接至比较器47的输出端,其复位端R耦 接至比较器48的输出端,其输出端Q提供电能指示信号P0K。当直流电压VCC1大于电能指示 阈值Vthok时,电能指示信号P0K例如变为高电平,指示直流电压VCC1正常供电,集成交流开 关电路141开始产生脉冲信号Vsw。当直流电压VCC1减小至低于关断阈值Vthoff,电能指示 信号P0K例如变为低电平以指示直流电压VCC1过低,集成交流开关电路141停止产生脉冲信 号Vsw。与门50的第一输入端接收电能指示信号P0K,与门50的第二输入端接收使能信号EN, 与门50的输出端耦接至RS触发器44的使能端。当电能指示信号P0K和使能信号EN均为高电 平时,RS触发器44使能;否则当电能指示信号P0K为低电平或使能信号EN为低电平时,RS触 发器44不使能,开关控制信号Ctrl 1控制集成交流开关电路141中的开关Ml和开关M2保持关 断。在一个实施例中,电能指示阈值Vthok大于或等于高阈值Vthh,高阈值Vthh大于低阈值 Vthl,低阈值Vthl大于关断阈值Vthoff。例如,电能指示阈值Vthok为10V,高阈值Vthh为 10V,低阈值Vthl为7V,以及关断阈值Vthoff为5V。
[0038]图5示出了根据本发明一实施例的集成交流开关电路141和微控制单元16之间通 讯的流程图500。流程图500包括步骤51〜58。在步骤51,集成交流开关电路141启动。之后在 步骤52,使能看门狗时钟。在步骤53,判断看门狗时钟的计时时间t是否达到看门狗时钟的 周期Twd。如果看门狗时钟的计时时间t达到了看门狗时钟的周期Twd,则进入步骤56,关断 集成交流开关电路141。如果看门狗时钟的计时时间t未达到看门狗时钟的周期Twd,则返回 步骤53。步骤51之后,在步骤54,集成交流开关电路141等待微控制单元16的指令。在步骤 55,判断收到的指令类型。微控制单元16发出的指令有三种类型:“关断”、“开通”、以及 “读”。当集成交流开关电路141收到“关断”指令时,进入步骤56,集成交流开关电路141关 断,例如关断开关Ml和开关M2。当集成交流开关电路141收到“开通”指令时,进入步骤5?,集 成交流开关电路141开通,看门狗时钟复位。当集成交流开关电路141收到“读”指令时,进入 步骤58,集成交流开关电路141发送状态信息至微控制单元16。
[0039]图6示出了根据本发明一实施例的集成交流开关电路141的状态图。当未连接交流 电压Vac时,集成交流开关电路141处于“断开”状态。在“断开”状态,集成交流开关电路141 不产生直流电压VCC1,开关Ml、开关M2、供电电路200、隔离通讯电路201、保护电路202、控制 电路203、驱动电路204、采样电路2〇5、以及振荡电路206均关断。
[0040] 在“断开”状态中,当连接至交流电压Vac时,集成交流开关电路141对电容Cl充电, 直至直流电压VCC1大于电能指示阈值Vthok,集成交流开关电路141产生脉冲信号Vsw,并进 入“关断”状态。在“关断”状态,开关Ml、开关M2、驱动电路204关断,隔离通讯电路201、保护 电路202、控制电路203以及采样电路205开通。
[0041] 在“关断”状态中,当直流电压VCC1小于关断阚值Vthoff,集成交流开关电路141进 入前述“断开”状态。在“关断”状态中,当收到来自微控制单元16的“开通”指令时,集成交流 开关电路141检查交流电压Vac。如果交流电压Vac在可接受的电压范围之内,则集成交流开 关电路141进入“开通”状态;否则如果交流电压Vac在可接受的电压范围之外,例如被判定 为欠压或过压,则对微控制单元16的“开通”指令不响应,且开关Ml和开关M2保持关断,集成 交流开关电路141进入“保护”状态,通知微控制单元16有故障发生,例如拉低引脚FLT,接着 进入“睡眠”状态。在一个实施例中,当交流电压Vac小于欠压阈值时,交流电压Vac被判定为 欠压。在一个实施例中,当交流电压Vac大于过压阈值时,交流电压Vac被判定为过压。
[0042] 在“开通”状态中,当直流电压VCC1小于低阈值Vthl时,开关Ml和开关M2关断,集成 交流开关电路141对电容C1充电;当直流电压VCC1大于高阈值Vthh时,开关Ml和开关M2导 通,交流电压Vac对负载11供电,集成交流开关电路141停止对电容C1充电。在“开通”状态 中,若有任何故障发生,则集成交流开关电路141从“开通”状态进入“保护”状态,通知微控 制单元16有故障发生,接着进入“睡眠”状态。在“开通”状态中,当收到微控制单元16发出的 “关断”指令时,控制开关Ml和开关M2零电流关断,接着进入“睡眠”状态。控制开关Ml和开关 M2“零电流关断”,意思是在流过开关Ml和开关M2的电流为零或近似为零时,关断开关Ml和 开关M2。
[0043] 在“保护”状态中,开关Ml和开关M2关断,拉低引脚FLT以通知微控制单元16有故障 发生,接着集成交流开关电路141进入“睡眠”状态。
[0044] 在“睡眠”状态中,开关Ml和开关M2保持关断,其它电路正常工作。若在进入“睡眠” 状态后的预设时长内,例如2秒内,收到微控制单元16发出的“开通”指令,则集成交流开关 电路141立即进入“开通”状态,无需检查交流电压Vac。若在进入“睡眠”状态后的预设时长 内未收到微控制单元16发出的“开通”指令,则集成交流开关电路141进入“关断”状态。
[0045] 图7示出了根据本发明一实施例的集成交流开关电路142的电路框图。和集成交流 开关电路141类似,集成交流开关电路142包括开关M1、开关M2、供电电路200、隔离通讯电路 201、保护电路202、驱动电路204、以及采样电路205。为简明起见,和集成交流开关141内相 同的电路部分不再赘述。集成交流开关电路142还包括电位转换电路601。电位转换电路601 耦接至引脚VCCE,并根据引脚VCCE的状态提供更新使能信号ENRF。集成交流开关电路142中 的供电电路200包括分别耦接至引脚AC1和引脚AC2的两个输入端、以及分别耦接至引脚VCC 和引脚RTN的两个输出端。在一个实施例中,当引脚VCCE耦接至集成交流开关电路142的引 脚RTN时,更新使能信号ENRF为低电平,集成交流开关电路142的供电电路2〇0不使能,也就 是保持关断,电容C2由集成交流开关电路141提供的脉冲信号Vsw通过隔离电容网络15充 电。在一个实施例中,当引脚VCCE浮空或拉高,更新使能信号ENRF为高电平以使能集成交流 开关电路142的供电电路200,集成交流开关电路142的供电电路200响应于直流电压VCC2、 高阈值Vthh、低阈值Vth 1对交流电压Vac整流,并通过整流后的电压对电容C2充电。控制电 路603基于使能信号EN、直流电压VCC2、电流采样信号I sense、以及更新使能信号ENRF产生 开关控制信号Ctrl 1以控制集成交流开关电路142中的开关Ml和开关M2、以及产生开关控制 信号Ctrl2以控制集成交流开关电路142中的开关S3。在一个实施例中,当引脚VCCE耦接至 集成交流开关电路142的引脚RTN,开关S3维持关断,基于更新使能信号ENRF和电流采样信 号产生开关控制信号Ctrl2以控制开关Ml和开关M2。例如,响应于微控制单元16发出的“开 通”指令,控制开关Ml和开关M2维持导通,以及响应于微控制单元16发出的“关断”指令,控 制开关Ml和开关M2零电流关断。在一个实施例中,当引脚VCCE浮空或拉高,响应于直流电压 VCC2和低阈值Vthl的比较结果导通开关S3,以及响应于直流电压VCC2和高阈值Vthh的比较 结果关断开关S3。响应于微控制单元16发出的“开通”指令,导通开关Ml和开关M2,响应于直 流电压VCC2和低阈值Vthl的比较结果关断开关M2和开关M2,以及响应于直流电压VCC2和高 阈值Vthh的比较结果重新导通开关Ml和开关M2。
[0046] 图8示出了根据本发明一实施例的控制电路6〇3的电路框图。在图8所示的实施例 中,控制电路603包括比较器41、42、45、47、48,RS触发器43、44、49,以及与门46、50。比较器 41、42、47、48分别将直流电压¥〇:2和低阈值¥1:111、高阈值¥也11、电能指示信号?01(、以及关断 阈值Vthoff相比较。控制电路603进一步包括逻辑电路60。逻辑电路㈤包括与门61、反相器 62、与门63、与门64、以及或门65。与门61的第一输入端接收更新使能信号ENRF,与门61的第 二输入端耦接至RS触发器43的输出端Q,以及与门61的输出端提供开关控制信号Ctrl2。反 相器62接收更新使能信号ENRF,并在其输出端提供更新使能信号ENRF的反相信号。与门63 的第一输入端耦接至反相器62的输出端,与门63的第二输入端耦接至与门50的输出端。与 门64的第一输入端接收更新使能信号ENRF,与门64的第二输入端耦接至RS触发器44的输出 端Q。或门65的第一输入端耦接至与门63的输出端,或门65的第二输入端耦接至与门64的输 出端,以及或门65的输出端提供开关控制信号Ctrll。
[0047] 图9示出了根据本发明一实施例的集成交流开关电路142和微控制单元16之间通 讯的流程图900。流程图900包括步骤91〜98。在步骤91,集成交流开关电路142启动。之后, 在步骤92,使能看门狗时钟,看门狗时钟开始计时。在步骤93,判断看门狗时钟的计时时间t 是否达到看门狗时钟的周期Twd。当看门狗时钟的计时时间t达到看门狗时钟的周期Twd时, 进入步骤96,关断集成交流开关电路142。否则,当看门狗时钟的计时时间t未达到看门狗时 钟的周期Twd时,返回步骤93。步骤91之后,在步骤94,集成交流开关电路142等待微控制单 元16的指令。在步骤95,判断指令类型。微控制单元16发出的指令类型包括:“关断”、“开 通”、以及“读”。当集成交流开关电路142接收到“关断”指令,进入步骤96,关断集成交流开 关电路142。当集成交流开关电路142接收到“开通”指令,进入步骤97,看门狗时钟复位,当 引脚VCCE浮空或拉高时,集成交流开关电路142开通并使能其供电电路200,当引脚VCCE耦 接至引脚RTN时,集成交流开关电路142开通,其供电电路200不使能。当集成交流开关电路 142接收到“读”指令时,进入步骤98,集成交流开关电路142发送状态信息至微控制单元16。 [0048]图10示出了根据本发明一实施例的集成交流开关电路142的状态图。集成交流开 关电路142的状态图和上述集成交流开关电路141的状态图类似,为简明起见,下文仅描述 不同之处。首先,在“断开”状态中,当引脚AC1和引脚AC2之间接收交流电压Vac时,集成交流 开关电路142对电容C2充电,直至直流电压VCC2大于电能指示阈值Vthok,集成交流开关电 路142进入“关断”状态。其次,在“开通”状态中,若引脚VCCE耦接至集成交流开关电路142的 引脚RTN,集成交流开关电路142的开关Ml和开关M2维持导通,交流电压Vac为负载12供电, 集成交流开关电路142的供电电路2〇〇不使能,即保持关断;若引脚VCCE浮空或拉高,集成交 流开关电路142的供电电路200使能,当直流电压VCC2小于低阈值Vthl,集成交流开关电路 142中的开关Ml和开关M2关断,集成交流开关电路142中的供电电路200对电容C2充电,当直 流电压VCC2大于高阈值Vthh,集成交流开关电路142中的开关Ml和开关M2导通,集成交流开 关电路142中的供电电路200停止对电容C2的充电。
[0049] 图11示出了根据本发明一实施例的电子电路110的电路框图。电子电路110中,当 集成交流开关电路141导通时,低阻抗负载11通过集成交流开关电路141连接至交流电压 Vac,以及当集成交流开关电路142导通时,高阻抗负载12通过集成交流开关电路142连接至 交流电压Vac。集成交流开关电路141提供脉冲信号Vsw电容C2充电,其中电容C2耦接在集成 交流开关电路142的引脚VCC和引脚RTN之间。隔离电容网络15耦接在集成交流开关电路141 的引脚SW和集成交流开关电路142的引脚VCC之间,以隔离集成交流开关电路142和集成交 流开关电路141。
[0050] 更具体的,如图11所示,隔离电容网络15包括电容151、电容152、二极管153、以及 二极管154。电容151的一端耦接至集成交流开关电路141的引脚SW,电容151的另一端耦接 至二极管153的阳极端,二极管153的阴极端耦接至集成交流开关电路142的引脚VCC。电容 152的一端耦接至集成交流开关电路141的引脚RTN,电容152的另一端耦接至二极管154的 阳极端和集成交流开关电路142的阴极端RTN,二极管154的阴极端耦接至二极管153的阳极 端。当脉冲信号Vsw为高电平时,脉冲信号Vsw经过隔离电容网络15对电容C2充电,电流经电 容151和二极管153从集成交流开关电路141的引脚SW流至集成交流开关电路142的引脚 VCC,之后经电容152从集成交流开关电路142的引脚RTN流回至集成交流开关电路141的引 脚RTN,如图11中实线箭头所示。当脉冲信号Vsw为低电平时,停止对电容C2充电,电流从集 成交流开关电路141的引脚RTN经电容152、二极管154、以及电容151流至集成交流开关电路 141的引脚SW,如图11中虚线箭头所示。在一个实施例中,电子电路110还包括齐纳二极管 155,以限制电容C2两端的直流电压VCC2的最大值。齐纳二极管155的阳极端耦接至集成交 流开关电路142的引脚RTN,齐纳二极管155的阴极端耦接至集成交流开关电路142的引脚 VCC。
[0051]图12示出了根据本发明一实施例的用于包括两个集成交流开关电路的电子电路 的控制方法流程图,包括步骤S121〜S126。
[0052]在步骤S121,第一负载通过第一集成交流开关电路中的第一开关和第二开关连接 至交流电压,交流电压的前半周期对第一负载的供电在第一开关关断时被阻断,交流电压 的后半周期对第一负载的供电在第二开关关断时被阻断。
[0053]在步骤S1M,第二负载通过第二集成交流开关电路中的第三开关和第四开关连接 至交流电压,交流电压的前半周期对第二负载的供电在第三开关关断时被阻断,交流电压 的后半周期对第二负载的供电在第四开关关断时被阻断。
[0054] 在步骤SU3,间歇性的关断第一开关和第二开关,并在第一开关和第二开关关断 期间对第一电容充电,以提供第一直流电压。
[0055]在步骤S124,当第一直流电压大于电能指示阈值时,第一集成交流开关电路在其 引脚SW和引脚RTN之间提供脉冲信号。
[0056]在步骤Sl25,当第二集成交流开关电路的引脚VCCE耦接至第二集成交流开关电路 的引脚RTN时,脉冲信号对耦接在第二集成交流开关电路的引脚VCC和引脚RTNZ间的弟一 电容充电以提供第二直流电压。
[0057] 在步骤S126,当第二集成交流开关电路的引脚VCCE浮空或拉高时,间歇性的关断 第二集成交流开关电路中的第三开关和第四开关,并在第三开关和第四开关关断期间对第 二电容充电,以提供第二直流电压。
[0058] 在一个实施例中,所述控制方法进一步包括:在第一集成交流开关电路的引脚SW 和第二集成交流开关电路的引脚VCC之间耦接第三电容;在第一集成交流开关电路的引脚 RTN和第二集成交流开关电路的引脚RTN之间耦接第四电容;在第三电容和第二集成交流开 关电路的引脚VCC之间耦接第一二极管,其中第一二极管的阳极端耦接至第三电容,第一二 极管的阴极端耦接至第二集成交流开关电路的阴极端VCC;在第三电容和第四电容之间耦 接第二二极管,其中第二二极管的阳极端耦接至第四电容和第二集成交流开关电路的引脚 RTN,第二二极管的阴极端耦接至第三电容和第一二极管的阳极端。
[0059]虽然已参照几个典型实施例描述了本发明,但应当理解,所用的术语是说明和示 例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实 质,所以应当理解,上述实施例不限于任何前述的细节,而应在随附权利要求所限定的精神 和范围内广泛地解释,因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权 利要求所涵盖。

Claims (19)

1. 一种电子电路,包括: 第一集成交流开关电路,在导通时连接第一负载至交流电压,所述第一集成交流开关 电路包括耦接至第一电容以提供第一直流电压的第一引脚(VCC)、提供脉冲信号的第二引 脚(SW)、第一开关、第二开关、第一供电电路,其中第一开关在关断时阻断交流电压的前半 周期和第一负载的连接,第二开关在关断时阻断交流电压的后半周期和第一负载的连接, 第一供电电路对交流电压进行整流,并通过整流后的电压对第一电容充电;以及 第二集成交流开关电路,在导通时连接第二负载至交流电压,所述第二集成交流开关 电路包括耦接至第二电容以提供第二直流电压的第一引脚(VCC)、可选择性的耦接至第一 参考地的第二引脚(VCCE)、第三开关、以及第四开关,其中第三开关在关断时阻断交流电压 的前半周期和第二负载的连接,第四开关在关断时阻断交流电压的后半周期和第二负载的 连接;其中 当第二集成交流开关电路的第二引脚(VCCE)耦接至第一参考地时,由第一集成交流开 关电路提供的脉冲信号对第二电容充电。
2. 如权利要求1所述的电子电路,进一步包括: 隔离电容网络,耦接在第一集成交流开关电路的第二引脚(SW)和第二集成交流开关电 路的第一引脚(VCC)之间,所述隔离电容网络被配置为隔离第一集成交流开关电路和第二 集成交流开关电路。
3. 如权利要求2所述的电子电路,其中第一集成交流开关电路进一步包括耦接至第二 参考地的第三引脚(RTN),第二集成交流开关电路进一步包括耦接至第一参考地的第三引 脚(RTN),隔离电容网络进一步包括: 第三电容,包括第一端和第二端,其中第三电容的第一端耦接至第一集成交流开关电 路的第二引脚(SW); 第一二极管,包括阳极端和阴极端,其中第一二极管的阳极端耦接至第三电容的第二 端,第一二极管的阴极端耦接至第二集成交流开关电路的第一引脚(VCC); 第四电容,包括第一端和第二端,其中第四电容的第一端耦接至第一集成交流开关电 路的第三引脚(RTN),第四电容的第二端耦接至第二集成交流开关电路的第三引脚(RTN); 以及 第二二级管,包括阳极端和阴极端,其中第二二极管的阳极端耦接至第四电容的第二 端,第二二极管的阴极端耦接至第三电容的第二端和第一二极管的阳极端。
4. 如权利要求1所述的电子电路,其中第二集成交流开关电路进一步包括: 第二供电电路,当第二集成交流开关电路的第二引脚(VCCE)浮空或拉高时,第二供电 电路响应于第二直流电压,间歇性的对交流电压进行整流,并通过整流后的电压对第二电 容充电;其中 当第二集成交流开关电路的第二引脚(VCCE)拉低时,第二供电电路保持关断。
5. 如权利要求1所述的电子电路,其中当第一直流电压大于电能指示阈值时,第一集成 交流开关电路开始提供脉冲信号。
6. 如权利要求1所述的电子电路,其中第一集成交流开关电路进一步包括: 第一比较器,被配置为将第一直流电压和电能指示阈值相比较; 第二比较器,被配置为将第一直流电压和关断阈值相比较,其中关断阚值小于电能指 示阈值;以及 振荡电路,被配置为当第一直流电压大于电能指示阈值时,开始提供脉冲信号,以及当 第一直流电压小于关断阈值时,停止提脉冲信号。
7. 如权利要求1所述的电子电路,其中: 当未连接交流电压时,第一集成交流开关电路处于“断开”状态; 在“断开,,状态中,当连接交流电压时,第一集成交流开关电路对第一电容充电直至第 一直流电压大于电能指示阈值,而后第一集成交流开关电路提供脉冲信号,进入“关断”状 态,关断第一开关和第二开关; 在“关断”状态中,当接收到“开通”指令,第一集成交流开关电路根据交流电压选择进 入“开通”状态或“保护”状态,其中若交流电压在可接受的电压范围之内,则第一集成交流 开关电路进入“开通,,状态,否则若交流电压在可接受的电压范围之外,则第一开关和第二 开关保持关断,第一集成交流开关电路进入“保护”状态,报告有故障发生,而后进入“睡眠” 状态; 在“开通”状态中,当第一直流电压小于低阈值,第一开关和第二开关关断,第一集成交 流开关电路对第一电容充电,当第一直流电压大于高阈值,第一开关和第二开关导通,第一 集成交流开关电路停止对第一电容充电,其中高阈值大于低阈值,以及当有故障发生时,第 一集成交流开关电路进入“保护”状态,报告有故障发生,而后进入“睡眠”状态;以及 在“睡眠”状态中,在预设时长内未收到“开通”指令时,第一集成交流开关电路进入“关 断”状态,否则在预设时长内收到“开通”指令时,第一集成交流开关电路直接进入“开通”状 〇
8. —种集成交流开关电路,耦接在交流电压和负载之间,所述集成交流开关电路包括: 第一引脚(AC1),耦接至交流电压; 第二引脚(AC2),稱接至负载; 第三引脚(VCC),耦接至第一电容以提供直流电压; 第四引脚(RTN),耦接至参考地; 第五引脚(VCCE); 串联耦接在第一引脚(AC1)和第二引脚(AC2)之间的第一开关和第二开关,交流电压在 第一开关和第二开关导通时对负载供电,交流电压的前半周期到负载的供电在第一开关关 断时被阻断,交流电压的后半周期到负载的供电在第二开关关断时被阻断;以及 供电电路,包括两个输入端和两个输出端,其中供电电路的两个输入端分别耦接至第 一引脚(AC1)和第二引脚(AC2),供电电路的两个输出端分别耦接至第三引脚(VCC)和第四 引脚(RTN);其中 当第五引脚(VCCE)耦接至第四引脚(RTN)时,供电电路保持关断;以及 当第五引脚(VCCE)浮空或拉高时,供电电路响应于直流电压、高阈值、以及低阈值对交 流电压进行整流,并通过整流后的电压对第一电容充电。
9. 如权利要求8所述的集成交流开关电路,其中当第五引脚(VCCE)耦接至第四引脚 (RTN)时,第一电容由外部脉冲信号经过隔离电容网络充电。
10. 如权利要求9所述的集成交流开关电路,其中隔离电容网络进一步包括: 第二电容,包括第一端和第二端; 第一二极管,包括阳极端和阴极端,其中第一二极管的阳极端耦接至第二电容的第二 端,第一二极管的阴极端耦接至第三引脚(VCC); 第三电容,包括第一端和耦接至第四引脚(RTN)的第二端; 第二二极管,包括阳极端和阴极端,其中第二二极管的阳极端耦接至第三电容的第二 端,第二二极管的阴极端耦接至第二电容的第二端和第一二极管的阳极端;其中 隔离电容网络在第二电容的第一端和第三电容的第一端之间接收外部脉冲信号。
11. 如权利要求8所述的集成交流开关电路,其中供电电路进一步包括: 整流电路,包括第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端,其中第一输入端 耦接至第一引脚(AC1),第二输入端耦接至第二引脚(AC2),第二输出端耦接至第四引脚 (RTN);以及 第三开关,耦接在整流电路的第一输出端和第三引脚(VCC)之间。
12. 如权利要求11所述的集成交流开关电路,进一步包括: 第一比较器,通过比较直流电压和低阈值产生第一比较信号;以及 第二比较器,通过比较直流电压和高阈值产生第二比较信号;其中 当第五引脚(VCCE)浮空或拉高时,响应于第一比较信号控制第三开关的开通,以及响 应于第二比较信号控制第三开关的关断。
13. 如权利要求8所述的集成交流开关电路,其中当第五引脚(VCCE)耦接至第四引脚 (RTN)时,收到“开通”指令后,第一开关和第二开关维持导通,以及收到“关断”指令后,第一 开关和第二开关关断。
14. 如权利要求8所述的集成交流开关电路,其中当第五引脚(VCCE)浮空或拉高时,收 到“开通,,指令后,响应于直流电压和低阈值的比较结果控制第一开关和第二开关的关断, 以及响应于直流电压和高阈值的比较结果控制第一开关和第二开关的导通。
15. 如权利要求8所述的集成交流开关电路,其中: 当未连接交流电压时,集成交流开关电路处于“断开”状态; 在“断开”状态中,当连接至交流电压时,集成交流开关电路对第一电容充电直至直流 电压大于电能指示阈值,而后集成交流开关电路进入“关断”状态,关断第一开关和第二开 关; 在“关断”状态中,当接收到“开通”指令,集成交流开关电路根据交流电f选择进入“开 通,,状态或“保护,,状态,其中若交流电压在可接受的电压范围之内,则集成交流开关电巧进 入“开通,,状态,否则若交流电压在可接受的电压范围之外,则集成交流开关电路进入“保 护,,状态,报告有故障发生,而后进入“睡眠”状态; A、 在“开通,,状态中,若有故障发生,则集成交流开关电路进入“保护”状态,报告有故障发 生,而后进入“睡眠”状态;以及 在“睡眠”状态中,当在预设时长内未收到“开通,,指令时,集成交流开1电路,^入关 断,,状态,否则在预设时长内收到“开通,,指令时,集成交流开关电路直接进入“开通状态。
16. 如权利要求15所述的集成交流开关电路,其中在“开通”状态中:、 、 若第五引脚(VCCE)耦接至第四引脚(RTN),第一开关和第二开关维持开通,供电电路维 持关断;以及 m tt — IP:光光I#; 若第五引脚(VCCE)浮空或拉高,当直流电压小于低阈值时,桌一开关和第一开夭天断’ 供电电路对第一电容充电,以及当直流电压大于高阈值时,第一开关和第二开关导通,交流 电压对负载供电,供电电路停止对第一电容充电,其中高阈值大于低阈值。
17. —种电子电路的控制方法,包括: 第一负载通过第一集成交流开关电路中的第一开关和第二开关连接至交流电压,交流 电压的前半周期对第一负载的供电在第一开关关断时被阻断,交流电压的后半周期对第一 负载的供电在第二开关关断时被阻断; 第二负载通过第二集成交流开关电路中的第三开关和第四开关连接至交流电压,交流 电压的前半周期对第二负载的供电在第三开关关断时被阻断,交流电压的后半周期对第二 负载的供电在第四开关关断时被阻断; 间歇性的关断第一开关和第二开关,并在第一开关和第二开关关断期间对第一电容充 电以提供第一直流电压; 当第一直流电压大于电能指示阈值时,第一集成交流开关电路在其第一引脚(SW)和第 二引脚(RTN)之间提供脉冲信号;以及 当第二集成交流开关电路的第一引脚(VCCE)耦接至第二集成交流开关电路的第二引 脚(RTN),脉冲信号对耦接在第二集成交流开关电路的第三引脚(VCC)和第二引脚(RTN)之 间的第二电容充电以提供第二直流电压。
18. 如权利要求17所述的控制方法,进一步包括: 在第一集成交流开关电路的第一引脚(SW)和第二集成交流开关电路的第三引脚(VCC) 之间耦接第三电容;以及 在第一集成交流开关电路的第二引脚(RTN)和第二集成交流开关电路的第二引脚 (RTN)之间耦接第四电容。
19.如权利要求18所述的控制方法,进一步包括: 在第三电容和第二集成交流开关电路的第三引脚(VCC)之间耦接第一二极管,其中第 一二极管包括耦接至第三电容的阳极端、以及耦接至第二集成交流开关电路的第三引脚 (VCC)的阴极端;以及 在第三电容和第四电容之间耦接第二二极管,其中第二二极管包括耦接至第四电容和 第二集成交流开关电路的第二引脚(RTN)的阳极端、以及耦接至第三电容和第一二极管的 阳极端的阴极端。
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