CN108475915B - 用于断开交流电的电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于断开交流电的电路和装置，该电路包括：输入，其布置成接收交流电(AC)；输出，其布置成将交流电(AC)提供给至少一个电负载；至少一个可控开关，其联接在输入和输出之间；阻抗网络(Z)，其联接在输入和输出之间；以及晶体管网络(TN)，其包括至少一个晶体管(TTN1；TTN2)，该晶体管网络(TN)布置成控制至少一个可控开关，从而基于阻抗网络(Z)的至少一个节点的至少一个电压(V1；V2)的值来控制对提供给至少一个电负载的交流电(AC)的断开。

Description

用于断开交流电的电路
技术领域
本发明涉及一种用于断开交流电的电路以及一种用于断开交流电的装置。
背景技术
用于断开交流电(AC)的电路在本领域中是已知的。
一种解决方案是众所周知的熔断器，如果施加的电流大于标称值，即过电流，则熔断器断开电流。当熔断器的金属线或金属条由于过电流而熔化时，所施加的电流被断开。
本领域中已知的另一种解决方案是断路器，其布置用于保护电路(包括电负载)免受由过电流引起的损坏。与熔断器解决方案不同，已知的断路器可以手动或自动复位以恢复正常操作。
已知解决方案的问题在于它们相对缓慢地断开交流电(AC)，即电流的断开需要相对长的时间，这可能损坏电负载和/或断开电路本身。
发明内容
本发明的实施方式的目的是提供一种解决方案，其至少部分地减轻或解决了已知解决方案的缺点和问题。
通过独立权利要求的主题实现上述和进一步的目的。本发明的其它有利实施形式由从属权利要求和其它实施方式限定。
根据本发明的第一方面，利用用于断开交流电的电路实现上述和其它目的，该电路包括：
输入，其布置成接收交流电(AC)；
输出，其布置成将交流电(AC)提供给至少一个电负载；
至少一个可控开关，其联接在输入和输出之间；
阻抗网络(Z)，其联接在输入和输出之间；以及
晶体管网络(TN)，其包括至少一个晶体管(TTN1；TTN2)，该晶体管网络(TN)布置成控制至少一个可控开关，从而基于阻抗网络(Z)的至少一个节点的至少一个电压(V1；V2)的值来控制对提供给至少一个电负载的交流电(AC)的断开。
因此，至少一个可控开关和阻抗网络(Z)串联联接在输入和输出之间。对至少一个可控开关的控制由至少一个晶体管TTN1；TTN2提供。因此，可以非常快速地实现切换，并因此也可以实现交流电的断开。因此，由于过电流造成的对提供以交流电的负载和/或电路本身的损坏的风险非常低。例如，由晶体管网络(TN)提供的对至少一个可控开关的控制可以导致快得多的切换，例如，与包括处理器的控制器电路所提供的控制相比快例如100-1000倍的切换。
根据上述第一方面的实施方式，阻抗网络(Z)根据以下组中的一个联接：
在输入和至少一个可控开关之间；以及
在至少一个可控开关和输出之间。
由于阻抗网络可以在电路中以多种方式联接，因此电路的设计具有多个自由度。
根据上述第一方面的实施方式，该电路包括第一可控开关和第二可控开关，它们彼此串联联接并且布置在输入和输出之间。
当第一可控开关和第二可控开关包括在电路中时，可以沿两个方向阻挡交流电。
根据上述第一方面的实施方式，阻抗网络(Z)联接在第一可控开关和第二可控开关之间。
通过还具有在第一可控开关和第二可控开关之间联接阻抗网络的可能性，提供了关于电路设计的自由度的进一步结构优点。
根据上述第一方面的实施方式，第一可控开关和第二可控开关在输入和输出之间沿相对方向联接。
当第一可控开关和第二可控开关包括在电路中并且沿相对方向联接时，可以沿两个方向阻挡交流电。
根据上述第一方面的实施方式，至少一个可控开关包括至少一个场效应晶体管FET。
FET具有快速切换时间，这导致当检测到过电流时，通过FET的电流可能非常快地被切断。
根据上述第一方面的实施方式，晶体管网络(TN)还布置成基于阻抗网络(Z)的第一节点的第一电压(V1)和阻抗网络(Z)的第二节点的第二电压(V2)中的至少一个来控制至少一个可控开关。
通常，通过使对至少一个开关的控制基于阻抗网络中的节点的电压/电位，控制可以检测过电流和/或短路，并因此可以打开开关以避免对电路/部件和至少一个电负载的损坏。
通过使用第一电压V1和第二电压V2两者作为控制的基础，可以检测短路(通过使用第一电压V1)和过电流(通过使用第二电压V2)两者。因此，改进的检测是可能的。此外，第一电压V1和第二电压V2可以用于确定至少一个负载的功耗模式和/或用于确定至少一个电负载的类型。
根据上述第一方面的实施方式，第二电压(V2)是第二节点和参考地(REFGND)之间的差电压，参考地(REFGND)与至少一个电负载的至少一个参考电压不同。
因此，根据上述第一方面的实施方式，第一电压(V1)是第一节点和参考地(REFGND)之间的差电压，参考地(REFGND)与至少一个电负载的参考电压不同。
通过使第一电压V1和/或第二电压V2的参考地REFGND与负载的参考电压不同，所述负载使得可以在电路中使用更小和更便宜的电气部件，因为这些电气部件不必是适用于高压，如230伏和110伏(AC)。此外，用于断开交流电的本电路然后可以联接到并安装在传统的断路器中。
根据上述第一方面的实施方式，该电路还包括：
组合电路；以及
控制器(C)，其联接到控制器(C)和至少一个可控开关共用的参考地(REFGND)，并且布置成测量阻抗网络(Z)的至少一个节点的至少一个电压(V1；V2)；其中，
组合电路布置成通过使用晶体管网络(TN)和控制器(C)基于至少一个电压(V1；V2)的值来提供对至少一个可控开关的组合控制。
因此，组合控制由晶体管网络(TN)和控制器(C)两者提供，其中晶体管网络(TN)和控制器(C)两者都贡献其各自的有利特征。例如，晶体管网络(TN)提供非常快速的切换，而控制器(C)提供高级和精确的切换，其可以例如基于消耗模式。而且，通过使用晶体管网络(TN)和控制器(C)两者的对至少一个可控开关组合控制，可以在非常低的功耗下实现交流电AC的断开。
根据上述第一方面的实施方式，控制器(C)还布置成控制至少一个可控开关，使得与在至少一个可控开关(106；108)由晶体管网络(TN；110)单独控制时触发交流电AC断开的功耗相比以所述至少一个电负载(200n)的更低的功耗触发交流电AC的断开。
因此，例如当控制器(C)在控制中有效时，较长时间的较小过电流可导致交流电(AC)的断开，而当仅晶体管网络执行控制时，这种较小的过电流将不会触发交流电(AC)的断开。
根据上述第一方面的实施方式，控制器(C)还布置成：
监测至少一个电负载的功耗模式；以及
基于所监测的至少一个电负载的功耗模式来控制至少一个可控开关。
因此，例如通过将模式与历史数据进行比较，可以预测即将出现的过电流和/或短路问题。
根据上述第一方面的实施方式，控制器(C)还布置成控制至少一个可控开关，使得如果功耗模式是不合理的，则实现交流电(AC)的断开。
因此，可以预测即将出现的过电流和/或短路问题，因为可以例如将功耗模式与历史数据和/或负载的数据图表进行比较，以确定模式是否可能导致问题。
根据上述第一方面的实施方式，控制器(C)还布置成基于所监测的功耗模式来确定至少一个电负载的类型。
因此，可以将所确定的负载类型存储和/或通信以用于在电路中和/或在联接到电路的设备中的处理。
根据上述第一方面的实施方式，控制器(C)还布置成基于所确定的类型来控制至少一个可控开关。
当已确定负载的类型时，在控制切换时可以考虑负载的特定数据，使得实施适于该特定类型负载的定制切换。
根据上述第一方面的实施方式，控制器(C)还布置成：
接收与至少一个电负载相关联的至少一个信息元素(IE)和至少一个指令(I)中的一个或多个；以及
基于至少一个信息元素(IE)和至少一个指令(I)中的一个或多个来控制至少一个可控开关。
因此，控制器(C)可以在控制至少一个可控开关时利用在其它电路和/或设备中产生/确定的信息，这可以改善对至少一个开关的切换。
根据上述第一方面的实施方式，控制器(C)包括无线接收装置和有线接收装置中的任一种，其布置成接收通信信号，该通信信号包括对至少一个信息元素(IE)和至少一个指令元素(I)中的至少任一种的指示。
因此，控制器(C)可以仅包括无线接收装置，仅包括有线接收装置，或者包括无线接收装置和有线接收装置，其提供与其它电路和/或设备的可靠通信。
根据上述第一方面的实施方式，晶体管网络(TN)是自主网络，其布置成仅基于至少一个电压(V1；V2)来控制至少一个可控开关。
因此，由晶体管网络控制的切换可以非常快。此外，自主晶体管网络也不需要电源来运行。
根据上述第一方面的实施方式，晶体管网络(TN)布置成基于至少一个电压比较来控制至少一个可控开关。
因此，这里的晶体管网络用作非常快速的比较电路。
根据上述第一方面的实施方式，向晶体管网络(TN)中包括的至少一个晶体管(TTN1；TTN2)中的一个或多个供应至少一个偏置电压(V偏置1；V偏置2)。
因此，至少一个晶体管可以作用于与在不使用至少一个偏置电压(V偏置1；V偏置2)的情况下可能的电流/电压相比更低的电流/电压，即比基于晶体管组合本身可能的电流更低的电流。
根据上述第一方面的实施方式，晶体管网络(TN；110)包括至少一个电阻器(RTN1；RTN2)，其串联联接到至少一个晶体管(TTN1；TTN2)的控制输入，至少一个电阻器(RTN1；RTN2)具的电阻使得：
至少一个晶体管(TTN1；TTN2)受到保护；以及
至少一个晶体管(TTN1；TTN2)在其线性区域中操作的时间段减小。
因此，晶体管网络的部件在至少一个晶体管(TTN1；TTN2)的功能是可预测的同时受到保护。
根据本发明的第二方面，利用交流电断开装置实现上述和其它目的，交流电断开装置包括：
根据第一方面的任一个实施方式或根据第一方面本身的交流电断开电路；以及
电源电路，其布置成提供电力以驱动交流电断开电路，该电源电路包括：
第一寄生装置，其布置成从交流电(AC)中提取第一寄生电压(V寄生1)；
第二寄生装置，其布置成从交流电(AC)中提取第二寄生电压(V寄生2)；以及
电压组合器，其布置成将第一寄生电压(V寄生1)和第二寄生电压(V寄生2)组合。
第一种寄生装置有效运行于较高功率，第二种寄生装置有效运行于较低功率。因此，第一寄生装置和第二寄生装置非常好地相互补充，并针对大多数情况提供可靠的电源。因此，在基本上任何操作条件期间，可以提供可靠且有用的组合寄生电压V寄生_组合作为交流(AC)断开电路的电源。
根据上述第二方面的实施方式，第一寄生装置包括变压器，其布置成从交流电(AC)产生第一寄生电压(V寄生1)。
变压器以及因此第一寄生装置非常适合在强电流期间产生第一寄生电压V寄生1。
根据上述第二方面的实施方式，第二寄生装置布置成通过以下组中的一个或多个提取第二寄生电压(V寄生2)：
提取对应于交流电(AC)的电压幅度的一部分；以及
提取对应于交流电(AC)的电压周期的持续时间部分。
因此，第二寄生装置非常适合于在较低功率情况/实施方式中提取电压，即用于较弱的AC电流。
根据上述第二方面的实施方式，电压组合器包括两个整流二极管。
通过使用电压组合器，组合了两种提取方法，并且可以在较低功率和较高功率条件期间提供可靠且有用的组合寄生电压V寄生_组合作为交流电AC断开电路的电源。
根据用于断开交流电AC的电路的实施方式，该电路还包括联接在控制器(C)和/或晶体管网络(TN)与至少一个可控开关之间的驱动电路，其中驱动电路布置成将控制器(C)和/或晶体管网络(TN)所使用的用于控制至少一个可控开关的控制信号放大。
来自控制器(C)和/或晶体管网络(TN)的控制信号通常具有太低的电压或电流，这意味着至少一个开关可能不会根据需要打开或闭合。驱动电路通过放大由控制器(C)发送的控制信号解决了这个问题。
根据用于断开交流电AC的电路的实施方式，阻抗网络包括联接在第一可控开关和第二可控开关之间的限制/延迟电路，其中限制/延迟电路布置成限制/延迟交流电变化的速度。
利用限制/延迟电路，可以在电流达到损坏水平之前检测到过电流并打开至少一个可控开关，因为限制/延迟电路限制/延迟过电流。
根据用于断开AC的电路的实施方式，限制/延迟电路具有电感器。根据一个实施方式，限制/延迟是扼流圈。
根据用于断开AC的电路的实施方式，控制器(C)还布置成：
将针对至少一个负载所监视的功耗模式和所确定的类型发送到另一个控制器或系统。
根据上述方面的实施方式，所述至少一个电负载是家用电器和电加热器中的任一种。而且，电负载可以实质上是与用于断开AC的电路的输出连接以并配置成馈送以AC的任何电气设备。
根据以下详细描述，本发明的其它应用和优点将显而易见。
附图说明
附图旨在阐明和解释本发明的不同实施方式，其中：
图1示出了根据本发明实施方式的电路；
图2示出了根据本发明实施方式的电路；
图3a-图3b示出了根据本发明实施方式的电路；
图4示出了根据本发明实施方式的电路；
图5示出了根据本发明实施方式的电路；
图6示出了根据本发明实施方式的电路；
图7示出了根据本发明实施方式的电路；
图8a-图8b示出了根据本发明实施方式的电路；
图9a-图9b示出了根据本发明实施方式的电路；
图10示出了根据本发明实施方式的电路；
图11示出了根据本发明实施方式的电路；
图12a-图12b示出了根据本发明实施方式的电路；
图13示出了根据本发明实施方式的装置；以及
图14a-图14c示出了一些能量收集方法。
具体实施方式
图1示意性地示出了根据本发明实施方式的用于断开交流电的电路100。电路100联接到一个或多个电负载200a，200b，...200N(具有索引n＝a，b，…，N)。交流电(AC)被馈送到电路100的输入102并经由电路100的输出104被转送到负载200a，200b，...200N。根据一个实施方式，电流是所谓的市电交流电。因此，负载200a，200b，......200N可以包括家用电器和/或电加热器和/或其它家用电子设备。
图2示意性地示出了根据本发明的用于断开交流电的电路100的实施方式。电路100包括布置成接收交流电(AC)的输入102，以及布置成向至少一个电负载200n提供电流的输出104，如上所述。电路100还包括至少一个可控开关106、108，其联接在输入102和输出端104之间。至少一个可控开关106、108可以例如包括一个或多个继电器、晶闸管、三端双向可控硅开关、栅极关断晶闸管、晶体管和/或任何其它类型的可控硅整流器或开关。
电路100还包括阻抗网络(Z)140，其与至少一个可控开关106、108串联联接在输入102和输出104之间。在图2所示的实施方式中，阻抗网络(Z)140联接在输入102和至少一个可控开关106之间；然而，阻抗网络(Z)140也可以联接在至少一个可控开关106、108和输出104之间。
电路100还包括晶体管网络(TN)110，其包括至少一个晶体管TTN1、TTN2，在下面更详细地描述。晶体管网络(TN)110布置成控制至少一个可控开关106、108。因此，控制对提供给至少一个电负载200n的交流电(AC)的断开。阻抗网络(Z)140的至少一个节点的至少一个电压V1、V2被提供给并控制至少一个晶体管TTN1、TTN2，因此控制至少一个可控开关106、108，并因此控制交流电(AC)的断开基于至少一个电压V1、V2的值。
控制至少一个可控开关106、108可以使用联接在晶体管网络(TN)110和至少一个可控开关106、108之间的控制装置130来执行，如图2所示。控制装置130可以携带控制信号，例如一个或多个不同的控制电压或电流，其可以具有适合于打开和闭合至少一个可控开关106、108的不同电平。如果检测到过电流，则至少一个可控开关106；108被打开，从而实现所施加电流的断开。由于对至少一个可控开关106、108的控制由至少一个晶体管TTN1、TTN2提供，所以可以非常快速地实现切换并因此实现对交流电的断开。因此，由于触发切换的电流而导致损坏负载200n和/或电路100自身的风险非常低。
图3a示出了根据本发明的用于断开交流电的电路100的实施方式。该实施方式中的电路100包括两个可控开关，即第一可控开关106和第二可控开关108，它们彼此串联联接并且布置在输入102和输出104之间，如图3a所示。第一可控开关106和第二可控开关108可以在输入102和输出104之间沿相对方向联接。如上所述，晶体管网络(TN)110布置成基于阻抗网络(Z)140的至少一个节点的至少一个电压V1、V2来控制两个可控开关106、108。当电路100包括两个可控开关106、108时，阻抗网络(Z)140可以布置在第一可控开关106和第二可控开关108之间，如图3a所示。
根据一个实施方式，该文献中提到的至少一个可控开关106、108可以包括至少一个场效应晶体管(FET)。FET沿一个方向阻挡电流，因此根据一个实施方式，两个FET可以相对于电流方向沿相对方向联接。FET具有快速切换时间(打开或闭合开关的时间段)，这意味着当检测到过电流时，通过FET的电流可以非常快地断开。因此，可以限制和/或消除对联接到输出104的电路和负载的损坏。优选地，根据一个实施方式，两个FET使用共同的栅极电压用相同的控制装置控制，从而简化了架构。图3a中所示的示例性实施方式示出了，晶体管网络(TN)110经由单独的控制装置130控制两个可控开关106、108。然而，控制器(C)110还可以经由如上所述的共同的控制装置130控制两个开关106、108。
图3b更详细地示出了根据实施方式的电路100的一些部分。
根据上述实施方式，电路100包括由第一FET 106和第二FET 108形成的两个可控开关，它们相对于电流沿相对方向在输入102和输出104之间串联联接。两个FET由相同的控制装置130使用作为栅极电压的相同的控制电压来控制，如上所述。图3b还更详细地示出了在FET之间联接的阻抗网络(Z)140，以及如何提供第一电压V1和第二电压V2。
阻抗网络(Z)140通常可以配置成使得至少一个电压V1、V2可以在阻抗网络(Z)140处测量/检测/提供。一种解决方案是具有测量电阻器，在其上测量/检测/提供电压。测量电阻器的电阻的参考值可以是对于AC市电例如110伏特或230伏特约为0.01欧姆或更低。然后，如下面详细描述的，将电压与比较电路中的阈值电压进行比较，并且如果电压超过阈值电压，则控制至少一个可控开关106、108以处于打开位置，从而防止过电流损坏电路/元件和/或联接到输出104的至少一个电负载。因此，至少一个电压用于检测过电流。
根据一个实施方式，阻抗网络(Z)140包括与电感器L1并联联接的第一电阻器R1。第一电阻器R1和电感器L1可以与第二电阻器R2串联联接在一起。根据一些实施方式，可以省略第二电阻器R2。第一电压V1在第一节点的电位和参考地REFGND 112之间可用/测量/检测(作为电位差)。第一节点位于第一可控开关106与第一电阻器R1和电感器L1的并联联接之间。这里参考地REFGND112与用于至少一个电负载200n的参考电压不同，该参考电压可以是零/中性电压、触地/接地中性电压、保护性触地/接地电压、至少一个负载200n所连接的网络的另一相和/或另一个合适的参考电位。第一电压V1与联接到输出104的负载的变化有关，因此指示短路。
第二电压V2在第二节点和参考地REFGND 112之间可用/测量(作为电位差)。参考地112不同于至少一个电负载200n的参考电压，如上所述。第二节点位于第二电阻器R2与第一电阻器R1和电感器L1的并联联接之间。因此，第二电压V2在第二电阻器R2上获得，并且与流过第二电阻器R2并因此也通过交流电断开电路100的电流成正比，并且指示过电流。因此，第二电压V2也适于监测至少一个负载200n的功耗，并且可以用于确定功耗模式。此外，在低频时，交流电AC穿过电感器L1，即电感器L1实质上是短路，第二电阻器R2在这种情况下给出第一电压和第二电压相等的关系；V1＝V2。如果联接到输出104的一个或多个负载快速变化(这可以看作高频信号)，则电感器L1具有高阻抗并且用作阻流器或断流器。因此，电感器L1上的电压与频率有关，因此可能非常高，因为阻抗随着频率的增加而增加。在这种情况下，第一电阻器R1用作分流器，以防止电压变得太高。根据一个实施方式，至少一个保护电路(包括例如至少一个具有齐纳功能的二极管)与电感器L1和第一电阻器R1并联联接。
根据一个实施方式，阻抗网络(Z)140包括联接在第一可控开关106和第二可控开关108之间的限制/延迟电路。限制/延迟电路布置成限制/延迟电流(例如过电流)变化的速度。限制/延迟优选地安排为使得晶体管网络110经由至少一个可控开关106、108有时间检测过电流并在过电流到达电路/部件和/或连接到输出104的至少一个电负载之前断开电流。过电流，也称为过载，通常是由于短路、电负载过载、电负载不匹配以及电气设备故障。存在许多用于提供限制/延迟电路的不同解决方案。在一个解决方案中，限制/延迟电路包括在图3b中示为L1的电感器。
根据图3a中所示的实施方式，电路100包括联接在晶体管网络(TN)110和可控开关106、108之间的至少一个驱动电路114。至少一个驱动电路114布置成使晶体管网络(TN)110用于通过控制装置130控制开关106、108所使用的控制信号放大。这可能是需要的，例如当必须增大/放大传输到可控开关的控制电压和/或电流时。例如，驱动电路114可以布置成被馈送以10-15伏特并且将该电压传送到FET的栅极侧。根据一些实施方式，驱动电路114可以在晶体管网络(TN)110和/或下面描述的控制器(C)120与至少一个可控开关106、108之间实现，在该文献中在所描述的电路100的实施方式的任一个中。
图4和图5更详细地示意性地示出了一些实施方式的晶体管网络110。
如上所述，用于断开交流电的电路100包括输入102、输出104和至少一个可控开关106、108，以及联接在输入102和输出104之间的阻抗网络(Z)140。在图4所示的实施方式中，阻抗网络(Z)140联接在输入102和至少一个可控开关106、108之间。然而，阻抗网络(Z)140也可以联接在至少一个可控开关106、108和输出104之间。
在图5所示的实施方式中，电路100包括在输入102和输出104之间的两个可控开关106、108，以及联接在第一可控开关106和第二可控开关108之间的阻抗网络(Z)140。
图4和图5中所示的实施方式的晶体管网络(TN)110包括两个晶体管TTN1、TTN2，其布置成用于基于阻抗网络(Z)140的至少一个节点的至少一个电压V1、V2来控制至少一个可控开关106、108，使得控制交流电(AC)的断开，如上所述。
根据一些实施方式，针对本文件的不同实施方式描述的晶体管网络(TN)110用作自主网络。自治网络布置成仅基于至少一个电压V1、V2来独立地控制至少一个可控开关106、108。因此，晶体管网络(TN)110本身不需要被控制，并且根据一些实施方式，也不需要从外部提供电源/电压以执行对至少一个可控开关106、108的控制。
根据一些实施方式，该文献中描述的晶体管网络(TN)110还可以布置成用作电压比较电路，即基于至少一个电压比较来控制至少一个可控开关106、108的电路。
本文描述的实施方式的晶体管网络(TN)110可以包括与至少一个晶体管TTN1、TTN2的控制输入串联联接的至少一个电阻器RTN1、RTN2。如图4和5所示，晶体管网络(TN)110可以包括两个电阻器RTN1、RTN2，每个电阻器与两个晶体管TTN1、TTN2中的每一个的控制输入串联联接。
更详细地，第一电阻器RTN1可以联接在位于阻抗网络(Z)140和至少一个可控开关106、108之间的参考地REFGND节点与第一晶体管TTN1的控制输入之间，如图4所示。对于图5所示的具有两个可控开关106、108的实施方式，第一电阻器RTN1可以联接在位于阻抗网络(Z)140和第二可控开关108之间的参考地REFGND节点与第一晶体管TTN1的控制输入之间。此外，第一晶体管TTN1的发射极/源极联接到阻抗网络(Z)140的至少一个节点(其具有对应于至少一个电压V1、V2的电位)。第一晶体管TTN1的集电极/漏极可直接地或通过驱动器和/或逻辑电路间接地联接到至少一个可控开关106、108。
第二电阻器RTN2可以联接在阻抗网络(Z)140的节点(例如提供至少一个电压V1、V2的第一节点)与第二晶体管TTN2的控制输入之间，如图4和图5所示。此外，第二晶体管TTN2的发射极/源极联接到位于阻抗网络(Z)140和至少一个可控开关106、108之间的参考地REFGND节点。对于图5所示的具有两个可控开关106、108的实施方式，第二晶体管TTN2的发射极/源极联接到位于阻抗网络(Z)140和第二可控开关108之间的参考地REFGND节点。晶体管TTN2可直接地或通过驱动器和/或逻辑电路间接地联接到至少一个可控开关106、108。
本文描述的一个或多个晶体管TTN1、TTN2可以是具有基极引脚作为控制输入的双极结型晶体管(BJT)，或者可以是具有栅极引脚作为控制输入的场效应晶体管(FET)。此外，双极结型晶体管还包括发射极引脚和集电极引脚，而场效应晶体管还包括源极引脚和漏极引脚。
至少一个电阻器RTN1、RTN2可以具有对于至少一个晶体管TTN1、TTN2具有足够高的值的电阻，以防止过电流。至少一个电阻器RTN1、RTN2还可以具有足够低的值的电阻，以减少至少一个晶体管TTN1、TTN2以其线性区域/模式运行的时间周期。
图6和图7示意性地示出了一些实施方式的晶体管网络110，其中包括在晶体管网络(TN)110中的至少一个晶体管TTN1、TTN2中的一个或多个被提供以至少一个偏置电压V偏置1、V偏置2。图6对应于图4，补充以有分别向第一TTN1和第二TTN2晶体管供应第一V偏置1和第二V偏置2偏置电压。图7对应于图5，补充以分别向第一TTN1和第二TTN2晶体管提供第一V偏置1和第二V偏置2偏置电压。因此，实质上在下面图6和7中只描述提供偏置电压V偏置1、V偏置2，电路的其余部分如在上面图4和5中描述。
如图6和图7所示，通过联接到能量源的第一偏置电阻器R偏置1将第一偏置电压V偏置1提供给第一晶体管TTN1的控制输入。相应地，通过联接到能量源的第二偏置电阻器R偏置2将第二偏置电压V偏置2提供给第二晶体管TTN2的控制输入。能量源可以是例如电池，或者可以是如下所述的电源电路400。
将偏置电压V偏置1、V偏置2提供给至少一个晶体管TTN1、TTN2中的一个或多个的控制输入，可使得至少一个晶体管TTN1、TTN2作用于低于至少一个晶体管TTN1、TTN2本身的构成所允许的电压/电流，即由其触发。
图8a-图8b和图9a-图9b以半块图示示出了图7中所示的实施方式。在图8a-图8b中，第一晶体管TTN1和第一电阻器RTN1布置在第一晶体管网络块(TN块)121中。第二晶体管TTN2和第二电阻器RTN2布置在第二晶体管网络块(TN块)122中。在图9a-图9b中，第一晶体管TTN1、第二晶体管TTN2、第一电阻器RTN1和第二电阻器RTN2布置在共用晶体管网络块(TN块)123中。关于图8a-图8b和图9a-图9b的电路100的联接和功能在这里参考上面图7的描述。
图10示出了根据一个实施方式的电路，其中晶体管网络(TN)110和控制器(C)120两者都用于控制至少一个可控开关106、108。这里的电路100包括根据本文描述的实施方式中的任一个的晶体管网络(TN)110。该电路还包括控制器(C)120，其联接到对应于上述参考地REFGND的参考地112，并且对于控制器(C)120和至少一个可控开关106、108是共用的。控制器(C)120布置成测量阻抗网络(Z)140的至少一个节点的至少一个电压V1、V2。电路100还包括组合电路150，其布置成基于至少一个电压V1、V2的值通过使用晶体管网络(TN)110和控制器(C)120来提供对至少一个可控开关106、108的组合控制。由此，提供了使用晶体管网络(TN)110和控制器(C)120两者对至少一个可控开关106、108的组合控制。对于图10中所示的电路100的进一步细节，除了控制器(C)120之外，还参考上面例如对图2中所示的电路的描述。
根据一个实施方式，控制器(C)120可以布置成经由组合电路150控制至少一个可控开关106、108，使得以至少一个电负载200n的低功耗(例如以比在至少一个可控开关106、108由晶体管网络(TN)110单独控制时触发交流电AC断开的功耗更低的功耗)触发交流电AC的断开。因此，通过对至少一个可控开关106、108的组合控制，使用晶体管网络(TN)110和控制器(C)120两者，可以在非常低的功耗下实现交流AC的断开。
根据一个实施方式，控制器(C)120布置成监测至少一个电负载200n的功耗模式并基于所监测的至少一个电负载200n的功耗模式来控制至少一个可控开关106、108。可以通过使用和分析所测量/检测/提供的如上所述的至少一个电压V1、V2来监测功耗模式。因此，控制器(C)120可以根据负载的类型调整馈送到负载的电流，例如出于安全原因停用负载或提供更高或更低量的电流。而且，控制器(C)120可以布置成控制至少一个可控开关106、108，使得如果功耗模式是不合理的，即如果功耗模式看起来是不期望的和/或不利的(例如包括瞬态、阶跃或其它突然变化)，则实施交流电AC的断开。
而且，控制器(C)120还可以布置成基于所监测的功耗模式来确定至少一个负载200n的类型。每种类型的负载都具有自身的可以识别的功耗模式。通过使用和分析所测量/检测/提供的如上所述的至少一个电压V1、V2，可以确定至少一个负载200n的类型。因此，在该解决方案中，控制器(C)120还具有确定或识别负载类型的能力，这意味着可以基于所确定或识别的负载类型来控制至少一个可控开关106、108。
根据一个实施方式，至少一个驱动电路114可以联接在组合电路150和可控开关106、108之间(图10中未示出)。如上所述，驱动电路114布置成将由控制装置130使用于控制开关106、108的控制信号放大。
根据一个实施方式，控制器(C)120布置成接收与至少一个电负载200n相关联的至少一个信息元素IE和/或至少一个指令I。该实施方式的电路的一些部分如图11所示，其中控制器(C)120还布置成通过组合器150基于至少一个信息元素IE和至少一个指令I中的任一种来控制至少一个可控开关106、108。因此，控制器(C)120包括无线接收装置304a和有线接收装置304b中的任一种，其布置成接收包括指示至少一个信息元素IE和/或至少一个指令I的通信信号。该指令I可以是内部原始功能指令和/或外部输入指令，例如针对控制器(C)120定义工作模式和/或工作常数或变量。信息元素IE和/或指令I可以通过基本上任何已知通信协议的控制信令发送。例如，在这方面可以使用3GPP、WiFi或ITU标准。
控制器(C)120还可以布置成将信息元素IE和指令I与用于控制至少一个电负载的至少一个电负载的所确定的类型和至少一个电负载200n的所监测的功耗模式中的任一个组合。
控制器(C)120还可以包括发送型有线/无线通信装置，用于将至少一个电负载200n的所监测的功耗模式和/或至少一个电负载200n的所确定的类型发送到其它控制器或控制设备以进一步处理。
控制器(C)120可以是独立设备，例如图11中所示的设备，但是在另一个实施方式中可以是分布式系统(其中例如控制器(C)120的不同功能位于空间上不同的位置)的一部分。例如，控制器(C)120可以包括主控制器(C)和多个从控制器(图中未示出)。智能可以位于主控制器中，可以说通过适当的通信装置(是无线和/或有线的)控制从控制器。
控制器(C)120可以是微控制器，并且可以包括至少一个处理器，用于管理通信并控制至少一个可控开关和/或从控制器。此外，本领域技术人员认识到，本控制器(C)120可以包括用于执行本解决方案的例如功能、装置、单元、元件等形式的其它必要能力。其它此类装置、单元、元件和功能的示例是：处理器、存储器、缓冲器、控制逻辑、发送器、接收器、编码器、解码器、速率匹配器、降速匹配器、映射单元、乘法器、判定单元、选择单元，开关、交错器、去交错器、调制器、解调器、输入、输出、天线、放大器、接收单元、发射单元、DSP、TCM解码器、电源单元、电源馈线、通信接口、通信协议等，它们适当地布置在一起用于执行本解决方案。
特别地，本控制器(C)的处理器可以包括例如中央处理单元(CPU)、处理单元、处理电路、处理器、专用集成电路(ASIC)、微处理器、微控制器或其它可以解释和执行指令的处理逻辑的一个或多个实例。因此，表述“处理器”可以表示包括多个处理电路(例如，上述任一个、一些或全部，或另一个已知的处理器)的处理电路系统。处理电路系统还可以执行用于数据输入、数据输出和数据处理(包括数据缓冲)的数据处理功能，和设备控制功能，例如呼叫处理控制、用户界面控制等。
图12a-图12b示出了图10中所示的电路100的半块图示，提供了附加的偏置电压V偏置1、V偏置2，例如如上结合图9a-图9b所述。因此，图12a中的电路100包括以上述共用晶体管网络块(TN块)123形式的晶体管网络(TN)110；控制器(C)120，其与对于控制器(C)120和至少一个可控开关106、108是共用的参考地REFGND112联接；以及组合电路150。组合电路150布置成基于至少一个电压V1、V2的值通过使用晶体管网络(TN)110和控制器(C)120来提供对至少一个可控开关106、108的组合控制，使得提供对至少一个可控开关106、108的组合控制。向共用晶体管网络块(TN块)123的至少一个晶体管TTN1、TTN2中的一个或多个提供来自能量源400的至少一个偏置电压V偏置1、V偏置2，如上所述。组合电路150联接到共用晶体管网络块(TN块)123和控制器(C)120两者，并且还联接到第一可控开关106和第二可控开关108。组合电路150布置成基于至少一个电压V1、V2来提供对第一可控开关106和第二可控开关108的组合控制。而且，至少一个驱动电路114可以联接在组合电路150和可控开关106、108之间(图12a中未示出)。如上所述，驱动电路114布置成使用于经由控制装置130控制开关106、108的控制信号放大。对于图12a中所示的电路的进一步细节，参考对例如图10中所示电路100的上面描述。
图12b更详细地示出了组合电路150。根据一个实施方式，组合电路150可以包括分别从晶体管网络110和控制器(C)120接收控制信号的第一输入IN1和第二输入IN2。组合电路150可以包括分别在第一输入IN1和第二输入IN2之间串联联接的第一电阻器RIN1和第二电阻器RIN2，以及与第一电阻器RIN1和第二电阻器RIN2之间的节点联接的输出。由此，组合电路150的输出将组合控制信号提供给第一可控开关106和第二可控开关108两者，如图12a所示。
如上所述，阻抗网络(Z)140也可以联接在至少一个可控开关106、108和输出104之间。因此，与图2-图12b中所示的实施方式对应的实施方式(如上所述，但是其中阻抗网络(Z)140改为联接在至少一个可控开关106、108和输出104之间)也包括在本发明的范围内。这些实施方式对应于上述针对图2-图12b中所示的各个实施方式起作用，不同之处在于阻抗网络(Z)的位置不同，即在至少一个可控开关106、108和输出104之间。
图13示意性地示出了根据本发明的一个方面的交流电AC断开装置500。交流电AC断开装置500包括输入102、输出104和根据本文描述的实施方式中的任一个的交流电断开电路100。一个或多个电负载200n联接到输出104。此外，交流电AC断开装置500包括电源电路400，其布置成执行能量收集并提供用于驱动交流电断开电路100的电力。基本上，电源电路400布置成从交流电AC提取/汲取电力，并且布置成然后将提取的电力提供给需要电源的电路和/或设备。例如，交流电断开电路100在此可以被提供以所提取的电力，从而驱动包括在交流电断开电路100中的部件。例如，在一些实施方式中，包括在电路100中的控制器(C)120需要电力来运行，并且在一些实施方式中使用的一个或多个偏置电压V偏置1、V偏置2可以通过使用电力来产生。
如图13所示，电源电路400包括第一寄生装置410，其也可以表示为高功率负载寄生电压装置，布置成从交流电(AC)提取第一寄生电压V寄生1。第一寄生装置410可以包括变压器411，其布置成从交流电AC产生第一寄生电压V寄生1。变压器411基本上可以是适于通过使用感应和在交流电流周围产生的磁场来产生第一寄生电压V寄生1的任何类型的磁变压器，包括例如铁芯和至少一个线圈。变压器411可以定位成使得交流电穿过其磁芯和/或其初级线圈绕组。例如，变压器可以至少部分地布置成围绕载送交流电AC的导体放置的形成为环的单元/芯/绕组。
电源电路400还包括第二寄生装置420，其也可以表示为低功率负载寄生电压装置，布置成从交流电AC提取第二寄生电压V寄生2。第二寄生装置420可以布置成通过提取对应于交流AC的电压幅度的一部分(如图14a-图14b中示意性所示)和/或通过提取对应于交流电AC的电压周期的持续时间部分(如图14c中示意性所示)来提取第二寄生电压V寄生2。在图14a-图14c中，从电压信号中提取的部分是短划线部分。如技术人员所认识的，可以使用许多其它方法来提取电压信号的部分以用于能量收集目的。所要求保护的电源电路400可以配置成根据这些可能方法中的一个或多个来提取部分。
电源电路400还包括电压组合器430，其布置成组合第一寄生电压V寄生1和第二寄生电压V寄生2。因此，电压组合器430可以包括两个整流二极管431、432，它们分别在它们的输入处联接到第一寄生装置410和第二寄生装置420，以馈送第一寄生电压V寄生1和第二寄生电压V寄生2。两个整流二极管431、432的输出联接在一起以形成组合寄生电压V寄生_组合，其被提供给交流电断开电路100。
根据一个实施方式，第一寄生装置410和第二寄生装置420可以布置成以单工或双工模式彼此通信440，使得第一寄生装置410和第二寄生装置420中的一个被认为是主单元，其布置成用于控制第一寄生装置410和第二寄生装置420中的另一个，然后该另一个被视为从单元。而且，可以将信息传送440到交流电断开电路100的控制器(C)120。提供给控制器(C)120的信息可以包括例如功耗和/或负载信息。然后，控制器(C)120然后可以使用该信息在控制器(C)120的活动模式和备用模式之间切换。
第一寄生装置410和第二寄生装置420的组合使用是非常有利的，因为它们彼此非常好地互补。第一寄生装置410有效运行于较高功率，即用于较强的AC电流，因为变压器411非常适于在强电流期间产生第一寄生电压V寄生1。然而，第二寄生装置420对于强电流运行不佳，因为第二寄生装置420使用的电压提取方法可能导致第二寄生装置420的致热和/或可能导致电流/电压瞬变和/或需要过滤的阶跃。如今过滤这种强电流需要一个庞大的滤波器，它通常不适配于交流电断开器。第二寄生装置420有效运行于较低功率，即较弱的AC电流。另一方面，如果电流不够强，则第一寄生装置410通常不能从交流电AC提取有用电压。
根据一个实施方式，第一寄生装置410主要用于在较强电流时间段期间提取第一寄生电压V寄生1，并且第二寄生装置420主要用于在较弱电流时间段期间提取第二寄生电压V寄生2。因此，当组合这两种提取方法时，如根据实施方式所执行的，在一个或多个负载200n消耗功率时，在基本上任何条件下，可以提供可靠且有用的组合寄生电压V寄生_组合作为交流电AC断开电路100的电源。
由于第一V寄生1和第二V寄生2寄生电压是从与一个或多个负载串联的交流电AC中提取的，所以电源电路400将始终能够在向一个或多个有效负载提供电流时向交流电断开电路100提供电力。而且，当一个或多个负载不活动时，泄漏电流I泄露仍然在负载处流向地线/触地线，这通常足以产生至少第一寄生电压V寄生1。因此，还在一个或多个负载200n不消耗功率时，在基本上任何条件下，可以提供可靠且有用的组合寄生电压V寄生_组合作为交流电AC断开电路100的电源。
本发明的进一步应用可以涉及至少一个电负载的功耗和对至少一个电负载的控制。

Claims (24)

1.一种用于断开交流电的电路(100)，所述电路(100)包括：
输入(102)，其布置成接收交流电(AC)；
输出(104)，其布置成将所述交流电(AC)提供给至少一个电负载(200n)；
至少一个可控开关(106；108)，其联接在所述输入(102)和所述输出(104)之间；
阻抗网络(Z；140)，其根据以下组中之一联接：在所述输入(102)和所述至少一个可控开关(106；108)之间；以及在所述至少一个可控开关(106；108)和所述输出(104)之间，其中所述阻抗网络包括布置成限制/延迟所述交流电(AC)变化的速度的限制/延迟电路；以及
晶体管网络(TN；110)，其包括至少一个晶体管(TTN1；TTN2)，所述晶体管网络(TN；110)布置成控制所述至少一个可控开关(106；108)，从而基于所述阻抗网络(Z；140)的至少一个节点的至少一个电压(V1；V2)的值来控制对提供给所述至少一个电负载(200n)的交流电(AC)的断开。
2.根据权利要求1所述的电路(100)，包括第一可控开关(106)和第二可控开关(108)，所述第一可控开关(106)和所述第二可控开关(108)彼此串联联接并且布置在所述输入(102)和所述输出(104)之间。
3.根据权利要求2所述的电路(100)，其中，所述阻抗网络(Z；140)联接在所述第一可控开关(106)和所述第二可控开关(108)之间。
4.根据权利要求2所述的电路(100)，其中，所述第一可控开关(106)和所述第二可控开关(108)在所述输入(102)和所述输出(104)之间沿相对方向联接。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的电路(100)，其中，所述至少一个可控开关(106；108)包括至少一个场效应晶体管FET。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的电路(100)，其中，所述晶体管网络(TN；110)还布置成基于所述阻抗网络(Z)的第一节点的第一电压(V1)和所述阻抗网络(Z)的第二节点的第二电压(V2)中的至少一个来控制所述至少一个可控开关(106；108)。
7.根据权利要求6所述的电路(100)，其中，所述第二电压(V2)是所述第二节点和参考地(REFGND；112)之间的差电压，所述参考地(REFGND；112)与所述至少一个电负载(200n)的至少一个参考电压不同。
8.根据权利要求6所述的电路(100)，其中，所述第一电压(V1)是所述第一节点和参考地(REFGND；112)之间的差电压，所述参考地(REFGND；112)与所述至少一个电负载(200n)的参考电压不同。
9.根据权利要求1-4中任一项所述的电路(100)，还包括：
组合电路(150)；以及
控制器(C；120)，其联接到所述控制器(C；120)和所述至少一个可控开关(106；108)共用的参考地(REFGND)，并且布置成测量所述阻抗网络(Z；140)的所述至少一个节点的所述至少一个电压(V1；V2)；其中，
所述组合电路(150)布置成通过使用所述晶体管网络(TN；110)和所述控制器(C；120)基于所述至少一个电压(V1；V2)的值来提供对所述至少一个可控开关(106；108)的组合控制。
10.根据权利要求9所述的电路(100)，其中，所述控制器(C；120)还布置成控制所述至少一个可控开关(106；108)，使得与在所述至少一个可控开关(106；108)由所述晶体管网络(TN；110)单独控制时触发交流电AC断开的功耗相比以所述至少一个电负载(200n)的更低的功耗触发交流电AC的断开。
11.根据权利要求9所述的电路(100)，其中，所述控制器(C；120)还布置成：
监测所述至少一个电负载(200n)的功耗模式；以及
基于所监测的所述至少一个电负载(200n)的功耗模式来控制所述至少一个可控开关(106；108)。
12.根据权利要求11所述的电路(100)，其中，所述控制器(C；120)还布置成控制所述至少一个可控开关(106；108)，使得如果所述功耗模式是不合理的，则实现交流电(AC)的断开。
13.根据权利要求11所述的电路(100)，其中，所述控制器(C；120)还布置成基于所监测的功耗模式来确定所述至少一个电负载(200n)的类型。
14.根据权利要求13所述的电路(100)，其中，所述控制器(C；120)还布置成基于所确定的类型来控制所述至少一个可控开关(106；108)。
15.根据权利要求9所述的电路(100)，其中，所述控制器(C；120)还布置成：
接收与所述至少一个电负载(200n)相关联的至少一个信息元素(IE)和至少一个指令(I)中的一个或多个；以及
基于所述至少一个信息元素(IE)和所述至少一个指令(I)中的一个或多个来控制所述至少一个可控开关(106；108)。
16.根据权利要求15所述的电路(100)，其中，所述控制器(C；120)包括无线接收装置(304a)和有线接收装置(304b)中的任一种，所述无线接收装置(304a)和所述有线接收装置(304b)布置成接收通信信号，所述通信信号包括对所述至少一个信息元素(IE)和所述至少一个指令元素(I)中的至少任一种的指示。
17.根据权利要求1-4中任一项所述的电路(100)，其中，所述晶体管网络(TN；110)是自主网络，其布置成仅基于所述至少一个电压(V1；V2)来控制所述至少一个可控开关(106；108)。
18.根据权利要求1-4中任一项所述的电路(100)，其中，所述晶体管网络(TN；110)布置成基于至少一个电压比较来控制所述至少一个可控开关(106；108)。
19.根据权利要求1-4中任一项所述的电路(100)，其中，向所述晶体管网络(TN；110)中包括的至少一个晶体管(TTN1；TTN2)中的一个或多个供应至少一个偏置电压(V偏置1；V偏置2)。
20.根据权利要求1-4中任一项所述的电路(100)，其中，所述晶体管网络(TN；110)包括至少一个电阻器(RTN1；RTN2)，所述至少一个电阻器(RTN1；RTN2)与所述至少一个晶体管(TTN1；TTN2)的控制输入串联联接，所述至少一个电阻器(RTN1；RTN2)具有的电阻使得：
所述至少一个晶体管(TTN1；TTN2)受到保护；以及
所述至少一个晶体管(TTN1；TTN2)在其线性区域中操作的时间段减小。
21.一种交流电断开装置(500)，包括：
根据权利要求1-20中任一项所述的电路(100)；以及
电源电路(400)，其布置成提供电力以驱动所述电路(100)，所述电源电路包括：
第一寄生装置(410)，其布置成从所述交流电(AC)中提取第一寄生电压(V寄生1)；
第二寄生装置(420)，其布置成从所述交流电(AC)中提取第二寄生电压(V寄生2)；以及
电压组合器(430)，其布置成将所述第一寄生电压(V寄生1)和所述第二寄生电压(V寄生2)组合。
22.根据权利要求21所述的交流电断开装置(500)；其中，所述第一寄生装置(410)包括变压器(411)，所述变压器(411)布置成从所述交流电(AC)产生所述第一寄生电压(V寄生1)。
23.根据权利要求21所述的交流电断开装置(500)；其中，所述第二寄生装置(420)布置成通过以下组中的一个或多个提取第二寄生电压(V寄生2)：
提取对应于所述交流电(AC)的电压幅度的一部分；以及
提取对应于所述交流电(AC)的电压周期的持续时间部分。
24.根据权利要求21-23中任一项所述的交流电断开装置(500)；其中，所述电压组合器(430)包括两个整流二极管(431；432)。
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