CN115210963A - 数字无电弧连接器 - Google Patents

Abstract

描述了一种可应用于直流(DC)电压或交流(AC)电压下电气连接的电源连接器装置，该电源连接器装置用来分离电连接器元件和电接点元件。该电源连接器装置包含该电接点元件。该电接点元件具有第一导电部分和第二导电部分,该第一导电部分和第二导电部分彼此间隔开以免彼此以导电方式直接电气连接。该电源连接器装置包含半导体开关，用于在分离该电连接器元件和该第一导电部分期间维持该电连接器元件和该电接点元件之间的电气连接，由此防止在该电连接器元件与该电接点元件电气脱离期间产生电弧。该电接点元件的第一导电部分仅在该半导体开关激活时或在电连接器元件同时接触该电接点元件的第一和第二导电部分时才可以电气地连接到电接点元件的第二导电部分。

Description

数字无电弧连接器

技术领域

本发明涉及一种用于防止在电连接器元件和电接点元件之间断开电气连接期间产生电弧或电火花的数字无电弧连接器系统或装置。

背景技术

当从电源上拔下负载的电装置或系统时，在拔出操作期间分离的导电连接器/接点之间可能会产生电弧，这是不期望的，因为它可能会损坏连接器/接点，并可能导致其它更严重的后果，如火灾和爆炸。电弧问题在大功率尤其是高压电源中更为突出。因此，非常需要防止或至少降低产生电弧的可能性。与交流(AC)电源相比，直流(DC)电源的问题更受关注，因为DC电源没有零电压交叉点。

DC配电系统中常用的DC电源插座通常结构复杂、体积大、重量重、安装不方便且购买价格昂贵。因此，这些缺点降低了这种DC插座对办公室和住宅的适用性，从而减少了DC配电系统在这种环境中的使用。此外，大多数传统的DC插座和DC插头没有防弧或灭弧系统。

EP3076493公开了一种无电火花插座，其包含感测模块、控制器、开关模块、压杆和机械开关。传感模块包含发射器和接收器。接收器通过光导元件模块和插座插槽上的孔接收发射器发射的红外光，并相应地产生感测结果。如果插头插入插座，则压杆会被插头压下。机械开关由压杆控制以产生第一信号。开关模块由控制器控制，以将主电源系统提供的AC电力从控制器传输到插座。控制器根据感测结果和第一信号确定插头是否插入插座，从而启用或停用开关模块。无电火花插座需要两个主动开关路径，以防止或减少电弧产生。

DE102012008614公开了一种用于电网中DC电压下电流安全分离的电连接器。电连接器使用线路电压打开或关闭MOSFET开关，但如果线路电压降到指定电平以下，则电连接器无法工作。此外，电连接器必须具有至少三个导电插脚，其中一个包括用作触发插脚的辅助插脚。

因此，需要的是一种改进的插座和/或插头，其具有结构简单、可靠性更高和生产成本更低的内置防弧或灭弧系统。

发明目标

本发明的目标是利用内置防弧或灭弧系统在一定程度上缓解或避免与已知插座和/或插头相关联的一个或多个问题。

上述目标是通过主要权利要求的特征的组合来实现的；子权利要求公开了本发明的其它有利实施例。

本发明的另一目标是提供一种改进的具有内置防弧或灭弧系统的插座和/或插头。

本领域技术人员将从以下描述得出本发明的其它目标。因此，以上对目标的陈述并非详尽无遗，并且仅用于说明本发明的许多目标中的一些。

发明内容

本发明涉及一种具有内置防弧或灭弧系统的电插座和/或插头，所述内置防弧或灭弧系统仅使用一个主动半导体开关路径，使得所述插头与所述插座之间无电弧地断开连接。这减少了所需要的半导体组件的数目，由此提高其可靠性并降低其成本。

在第一主要方面，本发明提供一种可应用于直流(DC)电压或交流(AC)电压下的电源连接器装置，用于分离电连接器元件和电接点元件之间的电气连接。所述电接点元件具有彼此间隔开的第一导电部分和第二导电部分。所述电源连接器装置包含半导体开关，用于在分离所述电连接器元件和所述第一导电部分期间维持所述电连接器元件和所述电接点元件之间的电气连接，由此防止在所述电连接器元件与所述电接点元件电气脱离期间产生电弧。此时，所述电连接器元件移动到不与所述电接点元件的所述第一导电部分接触，并且仅与所述电接点元件的所述第二导电部分接触，所述电接点元件的所述第一导电部分仅在所述半导体开关激活时或在所述电连接器元件同时接触所述电接点元件的所述第一和第二导电部分时才可以电气地连接到所述电接点元件的所述第二导电部分。

所述电源连接器装置还可包含用于在所述电连接器脱离与所述第一导电部分的接触之后将所述半导体开关反激活的触发装置。

任选地，所述触发装置在所述电连接器元件脱离与所述第一导电部分的接触之后，并且在所述电连接器元件脱离与所述第二导电部分的接触之前将所述半导体开关反激活。

可以提供控制器，用于控制所述半导体开关的操作，对由所述触发装置输入的信号作出响应。

在第二主要方面，本发明提供一种可应用于直流(DC)电压或交流(AC)电压下的电插座，其配置成分离导电插脚和导电插槽之间的电气连接，所述电插座包括：所述导电插槽，其用于接收所述导电插脚，所述导电插槽具有彼此电气地间隔开的第一导电部分和第二导电部分；半导体开关，其用于在分离所述导电插脚和所述第一导电部分期间维持所述导电插脚和所述导电插槽之间的电气连接；以及触发装置，其用于在所述导电插脚脱离与所述第一导电部分的接触之后并且优选地在所述导电插脚脱离与所述第二导电部分的接触之前将所述半导体开关反激活，由此防止在所述导电插脚与所述导电插槽电气脱离期间产生电弧。所述导电插槽的所述第一导电部分仅在所述半导体开关激活时或在所述导电插脚同时接触所述导电插槽的所述第一和第二导电部分时才可以电气地连接到所述导电插槽的所述第二导电部分。

在第三主要方面，本发明提供一种可应用于直流(DC)电压或交流(AC)电压下的电插头，其用于分离导电插脚和导电插槽之间的电气连接，所述电插头包括：所述导电插脚，其可以插进在所述导电插槽中，所述导电插脚具有彼此间隔开的第一导电部分和第二导电部分；半导体开关，其用于在分离所述导电插槽和所述第一导电部分期间维持所述导电插槽和所述导电插脚之间的电气连接；以及触发装置，其用于在所述导电插槽脱离与所述第一导电部分的接触之后并且优选地在所述导电插槽脱离与所述第二导电部分的接触之前将所述半导体开关反激活，由此防止在所述导电插槽与所述导电插脚电气脱离期间产生电弧。所述导电插脚的所述第一导电部分仅在所述半导体开关激活时或在所述导电插槽同时接触所述导电插脚的所述第一和第二导电部分时才可以电气地连接到所述导电插脚的所述第二导电部分。

发明内容不一定公开定义本发明所必需的所有特征；本发明可在于所公开特征的子组合。

上述内容已经相当广泛地概述了本发明的特征，以便可以更好地理解下面对本发明的详细描述。下文将描述构成本发明权利要求主题的本发明的附加特征和优点。本领域技术人员将理解，所公开的概念和具体实施例可以容易地用作修改或设计用于实施本发明相同目的的其它结构的基础。

附图说明

通过以下结合附图仅作为实例提供的优选实施例的描述，本发明的前述和其它特征将是显而易见的，附图中：

图1是根据本发明的电源连接器装置的第一实施例的原理图；

图2是用于图1的电源连接器装置的控制和电源电路的框图；

图3是根据本发明的电源连接器装置的第二实施例的原理图；

图4是用于图3的电源连接器装置的控制和电源电路的框图；

图5A-D是根据本发明的电源连接器装置的第三实施例的原理图，更详细地示出了操作模式；

图6A-D是根据本发明的电源连接器装置的第四实施例的原理图，更详细地示出了操作模式；

图7A-E是用于图1和5A-D的第一和第三实施例的电源连接器装置的图2的控制和电源电路的替代性控制和电源电路；以及

图8A-E是用于图3和6A-D的第二和第四实施例的电源连接器装置的图4的控制和电源电路的替代性控制和电源电路。

具体实施方式

以下描述仅作为实例对优选实施例进行描述，且不限于实施本发明所需的特征的组合。

在本说明书中，对“一个实施例”或“实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”不一定都是指同一实施例，也不一定是与其它实施例相互排斥的单独或替代实施例。此外，描述了可以由一些实施例而不是由其它实施例展示的各种特征。类似地，描述了各种要求，这些要求可以是一些实施例的要求，但不是其它实施例的要求。

应理解，图中所示的元件可以以各种形式的硬件、软件或其组合来实施。这些元件可以在一个或多个适当编程的通用装置上以硬件和软件的组合来实施，所述通用装置可包含处理器和输入/输出接口。

本说明书说明了本发明的原理。因此，应当理解，本领域技术人员将能够设计各种布置，这些布置虽然在本文中没有明确描述或示出，但是体现了本发明的原理，并且包含在本发明的精神和范围内。

此外，本文中叙述本发明的原理、方面和实施例的所有陈述以及其具体实例旨在涵盖其结构和功能等效物。此外，期望此类等效物包含当前已知的等效物以及将来开发的等效物，即，开发的执行相同功能的任何元件，而不管其结构如何。

因此，例如，本领域技术人员将理解，这里呈现的框图表示体现本发明原理的系统和装置的概念视图。

可以通过使用专用硬件以及能够执行与适当软件相关联的软件的硬件来提供图中所示的各种元件的功能。

在本发明的权利要求中，表示为用于执行指定功能的构件的任何元件旨在涵盖执行该功能的任何方式，包含例如a)执行该功能的电路元件的组合或b)任何形式的软件，因此包含固件、微码等，以及用于执行该软件以执行该功能的适当电路系统。如这些权利要求所定义的本发明存在于这样一个事实中：以权利要求所要求的方式将各种所述构件提供的功能性组合在一起。由此认为，可以提供这些功能性的任何构件等同于本文所示的那些构件。

参考附图，图1是示出根据本发明的电源连接器系统10的第一实施例的原理图。电源连接器系统10包括第一连接器装置11，它在使用时与第二连接器装置13电气地连接，以便将电力从电源16提供到需要电力进行操作的装置或系统18。

在图1的实施例中，第一连接器装置11可永久性地电气连接到电源16，和/或电源16可以形成第一连接器装置11的部分。替代地，电源16可以是在需要时电气地连接到第一连接器装置11的主电源或电池电源。第一连接器装置11可包括电插座，但是这对于本发明的实施方案来说并不是必需的。

电源16表示为高电压(HV)直流(DC)电源16，但是这对于本发明的实施方案来说同样不是必需的，因为本发明的实施例可涉及其它类型的电源，包含交流(AC)电源。

第二连接器装置13可永久性地电气连接到装置或系统18，或第二连接器装置13可以形成装置或系统18的部分。在一些实施例中，第二连接器装置13可包括电插头，但是这对于本发明的实施方案来说并不是必需的。

在此实施例中，第二连接器装置13可包括常规电插头，本发明的实施方案不要求也不需要对电插头进行任何修改，但是在一些实施例中，第二连接器13可包含修改以增强本发明的实施方案。此类修改可包含用于与第一连接器装置11的触发装置30合作的触发构件。第二连接器装置13具有至少两个导电插脚14A、B，但是应理解，根据本发明，第二连接器装置13实施本发明所需要的导电插脚不超过两个。插脚14A、B中的第一个14A包括电气主动插脚(electrically active pin)14A或电源插脚14A。电气主动插脚14A提供至少一个电连接器元件用于接触第一连接器装置11的至少一个电接点元件。插脚14A、B中的第二个14B包括电源回返或中性插脚14B。

第一连接器装置11的所述至少一个电接点元件可包括第一导电插槽12A，用于接收包括电气主动插脚14A的电连接器元件。第一连接器装置11包含第二导电插槽12B，包括用于接收第二连接器装置13的电源回返插脚14B的电源回返或中性插槽12B。电源16至少跨第一和第二导电插槽12A、B连接。

第一连接器装置11具有与其相关联的防弧或灭弧系统20，在图1中用虚线框20表示。提供防弧或灭弧系统20，以防在第一连接器装置11和第二连接器装置13电气分离(即，彼此电气地脱离)时产生电弧或电火花。在此实施例中，电气分离可包括从包括第一连接器装置11的电插座中移除包括第二连接器装置13的电插头。这包括从第一连接器装置11的插槽12A、B中完全取出第二连接器装置13的插脚14A、B。

与第一连接器装置11相关联的防弧或灭弧系统20可以容纳在第一连接器装置11的外壳22内，或者它可以包括可电气地连接到第一连接器装置11的单独装置。

防弧或灭弧系统20优选地包括半导体开关24，用于在分离第二连接器装置13的主动插脚(active pin)14A和第一连接器装置11的第一导电插槽12A期间维持包括所述主动插脚14A的所述电连接器元件与包括所述第一导电插槽12A的电接点元件之间的电气连接。更确切地说，第一导电插槽12A具有彼此间隔开的第一导电部分12x和第二导电部分12y。第一导电部分12x和第二导电部分12y之间的空间可由桥接第一和第二导电插槽部分12x、y或跨越它们之间的分离间隙的电绝缘插槽区段12z提供。绝缘插槽部分12z可以与第一连接器装置11的外壳22成一体，或者它可以包括固定在分离间隙中的单独电绝缘组件。这种布置使得第一导电部分12x仅在电气主动插脚14A同时接触第一导电插槽12A的第一和第二导电插槽部分12x、y时才以导电方式直接连接到第二导电部分12y。第一导电部分12x同样仅在半导体开关24激活以接通桥接第一和第二导电插槽部分12x、y或跨越它们之间的分离间隙的半导体开关路径26时才电气地/以导电方式连接到第二导电部分12y，并由此在半导体开关24激活时以导电方式间接连接第一和第二导电插槽部分12x、y。

半导体开关24配置成在分离第二连接器装置13的主动插脚14A和第一连接器装置11的第一导电插槽12A的第一部分12x之间的物理接触期间，维持所述主动插脚14A与第一导电插槽12A的第一部分12x之间的电气连接。这可通过半导体开关24开启在第一导电插槽12A的第一和第二部分12x、y之间或电气地桥接所述第一和第二部分12x、y的半导体开关路径26来实现，所述半导体开关路径26绕过绝缘插槽区段12z。因此，即使在主动插脚14A已经与第一导电插槽12A的第一部分12x物理地分离不再与其接触之后，第一导电插槽12A的第一部分12x和主动插脚14A之间经由半导体开关路径26和第一导电插槽12A的第二部分12y仍然维持电力连接，所述第二部分12y继续与主动插脚14A物理地且电气地接触，直到进一步从其取出主动插脚为止。上述内容的一个优点在于，这防止了在主动插脚14A脱离与第一导电插槽12A的第一部分12x的物理接触时产生电弧或电火花，因为在彼此物理分离的时间点，主动插脚14A和第一导电插槽12A的第一部分12x之间没有电位差。

但是，优选的是，在主动插脚14A随后脱离与第一导电插槽12A的第二部分12y的物理接触之前，控制半导体开关24断开半导体开关路径26。这去除了第一连接器装置11的第一和第二导电插槽12A、B之间的任何电位差及第二连接器装置13的主动插脚14A和电源回返插脚14B之间的任何经施加电位差，由此防止在主动插脚14A脱离与第一导电插槽12A的第二部分12y的物理接触时产生电弧，即，防止在第二连接器装置13与第一连接器装置11物理地且电气地分离时产生电弧。

半导体开关24优选地包括桥接第一和第二导电插槽部分12x、y或跨越它们之间的分离间隙的半导体开关24。半导体开关24可以是共集型半导体开关。半导体开关24可具有与半导体开关路径26并联连接的体二极管28。体二极管28是依据半导体开关的类型(例如，MOSFET)而用作半导体开关24的本征二极管。

防弧或灭弧系统20可包含触发装置30，用于将半导体开关24激活和反激活。在一些实施例中，触发装置30可包括光学装置，用于感测例如第一连接器装置11的外壳22和第二连接器装置13的外壳32的相对面之间的分离距离。在其它实施例中，触发装置30可包括接近度检测器装置，用于检测第一连接器装置11的外壳22与第二连接器装置13的外壳32的接近度，即，它们之间的距离。接近度检测器装置可以是磁操作的接近度检测器装置。触发装置可包括任何合适类型的位置传感器。

出于使构造简单的原因，触发装置30优选地包括机械致动装置，触发装置30由此通过第二连接器装置13的外壳32远离或朝向第一连接器装置11的外壳的相对移动机械地触发或致动。触发装置30可包括触发部件30A，其偏置到“关闭”位置，使得在触发部件处于“关闭”位置时，半导体开关24反激活。

在第二连接器装置13移动到与第一连接器装置11接合时，触发部件30A远离其“关闭”位置移动到“打开”位置。在触发部件30A移动到其“打开”位置时，触发装置30向防弧或灭弧系统20的控制器34提供输入信号。控制器34包括处理器36和栅极驱动器38。处理器36将控制器34配置成实施本发明的防弧或灭弧方法，如下文更详细地描述。控制器34优选地由电压共集电极(VCC)电源40供电，此电源还为半导体开关24供电。VCC电源40从主电源16汲取电力。

控制器34处理来自触发装置30的输入信号以确定是否实施分离动作来分离第一连接器装置11与第二连接器装置13。如果确定进行此分离动作，那么控制器34启用或激活半导体开关24，使得半导体开关路径26导电。控制器34在主动插脚14A脱离与第一插槽12A的第一部分12x的接触之前激活半导体开关24。更确切地说，在第二连接器装置13首先插入到第一连接器装置11中时，控制器34接通半导体开关24。接着，在分离动作进行到包括主动插脚14A的电连接器元件至少脱离与包括第一插槽12A的电接点元件的第一导电部分12x的接触的程度时，控制器34将半导体开关24停用或反激活以断开半导体开关路径26。确定分离动作何时进行到主动插脚14A至少脱离与第一插槽12A的第一部分12x的接触的程度可根据控制器34确定触发装置30的触发部件30A不再处于其“打开”位置和/或已返回到其“关闭”位置。因此，触发装置30可在主动插脚14A脱离与第一插槽12A的第一部分12x的接触之后并且优选地在主动插脚14A脱离与第一插槽12A的第二部分12y的接触之前使半导体开关24反激活。

体二极管28防止在半导体开关24反激活时经由半导体开关路径26发生电流传导。

触发装置30与控制器34至少在主动插脚14A脱离与第一插槽12A的第一部分12x的接触之前协同激活半导体开关24，并且在主动插脚14A脱离与第一插槽12A的第一部分12x的接触之后将半导体开关24反激活。

在图1的电源连接器装置10中可以看出，半导体开关24包括或提供单个半导体主动开关路径26，用于防止在第一连接器装置11和第二连接器装置13彼此分开时产生电弧。

在图1的电源连接器装置10中还可以看出，第一导电插槽12A的第一导电部分12x和第二导电部分12y在主动插脚14A与第一插槽12A的分离方向上间隔开。

图1的电源连接器装置10可包括第一连接器装置11和第二连接器装置13的组合，或仅包括第一连接器装置11。在一个布置中，这可包括电插头和电插座的组合，它们各自根据本发明进行适当修改。在后一种情况下，其中第一连接器装置11包括根据本发明的呈经修改电插座形式的电源连接器装置，经修改插座可以与常规的电插头一起使用。类似地，在第一连接器装置11包括根据本发明的呈经修改电插头形式的电源连接器装置的情况下，经修改插头可以与常规的电插座一起使用。

图2提供用于图1的电源连接器装置10的控制和电源电路42的框图，其中电路42的在虚线框42A内示出的那些部分在第一连接器装置11的外壳22中优选为内置的。

图3是示出根据本发明的电源连接器系统50的第二实施例的原理图。电源连接器系统50包括第一连接器装置51，它在使用时加入与第二连接器装置54的电气连接，以便将电力从电源56提供到需要电力进行操作的装置或系统58。

在这个与图1的第一实施例具有一些相似性的实施例中，主电源56连接到第二连接器装置54，所述第二连接器装置54可包括常规的电插座，优选地本发明的实施方案不需要对电插座进行任何修改。第二连接器装置54至少具有第一和第二导电插槽54A、B，用于接收第一连接器装置51的对应第一和第二导电插脚52A、B。第一连接器装置51可包括经修改电插头。

第一连接器装置51具有至少两个导电插脚52A、B，但是应理解，根据本发明，第一连接器装置51实施本发明所需要的导电插脚不超过两个。

插脚52A、B中的第一个52A包括电气主动插脚52A或电源插脚52A。电气主动插脚52A提供电接点元件用于接触第二连接器装置54的电连接器元件，例如第一导电插槽54A。插脚52A、B中的第二个52B包括电源回返或中性插脚52B。

包括第一导电插脚52A的第一连接器装置51的电接点元件用于在使用时插进在包括第二连接器装置的第一导电插槽54A的电连接器元件中。需要电力进行操作的装置或系统58可被视为包括负载，且跨第一和第二导电插脚52A、B连接。

第一导电插脚52A包括经修改插脚，所述经修改插脚具有彼此间隔开的第一导电部分52x和第二导电部分52y。这可通过同心地布置第一和第二导电部分52x、y并使它们被同心布置的绝缘体部件52z间隔开来实现。更确切地说，第一导电插脚52A的第一导电部分52x可包括圆柱形部件，所述圆柱形部件环绕第二导电部分52y的后向轴部分但与其电绝缘。第二导电部分52y可包含扩展头部分。绝缘体部件52z布置成同样环绕第二导电部分52y的后向轴部分并沿着所述轴部分延伸，使得第一导电插脚52A的外表面具有三个分别由第一导电部分52x、绝缘体部件52z和第二导电部分52y提供的接触区。

第一连接器装置51具有在图3中用虚线框57表示的防弧或灭弧系统，提供所述防弧或灭弧系统，以防在第一连接器装置51和第二连接器装置54电气分离(即，彼此电气地脱离)时产生电弧或电火花。在此实施例中，电气分离可包括从包括第二连接器装置54的电插座中移除包括第一连接器装置51的电插头。这包括从第二连接器装置54的插槽54A、B中完全取出第一连接器装置51的插脚52A、B。

防弧或灭弧系统57可以容纳在第一连接器装置51的外壳59内，或者它可以包括可电气地连接到第一连接器装置51的单独装置。

防弧或灭弧系统57优选地包括半导体开关60，用于在分离第二连接器装置54的第一导电插槽54A和第一连接器装置51的第一导电插脚52A期间维持包括所述第一导电插槽54A的所述电连接器元件与包括所述第一导电插脚52A的电接点元件之间的电气连接。

半导体开关60配置成在分离第二连接器装置54的第一导电插槽54A和第一导电插脚52A的第一部分52x之间的物理接触期间维持所述第一导电插槽54A与第一导电插脚52A之间的电气连接。这可通过半导体开关60开启在第一导电插脚52A的第一和第二部分52x、y之间或电气地桥接所述第一和第二部分52x、y的半导体开关路径62来实现，所述半导体开关路径62绕过绝缘插槽区段52z。因此，即使在第一导电插槽54A已经与第一导电插脚52A的第一部分52x物理地分离不再与其接触之后，第一导电插脚52A的第一部分52x和第一导电插槽54A之间经由半导体开关路径62和第一导电插脚52A的第二部分52y仍然维持电力连接，所述第二部分52y继续与第一导电插槽54A物理地且电气地接触。上述内容的一个优点在于，这防止了在第一导电插槽54A脱离与第一导电插脚52A的第一部分52x的物理接触时产生电弧或电火花，因为在彼此物理分离的时间点，第一导电插槽54A和第一导电插脚52A的第一部分52x之间没有施加的电位差。

但是，优选的是，在第一导电插槽54A随后脱离与第一导电插脚52A的第二部分52y的物理接触之前，控制半导体开关60断开半导体开关路径62。这去除了第二连接器装置54的第一和第二导电插槽54A、B之间的任何电位差及第一连接器装置51的电气主动插脚52A和电源回返插脚52B之间的任何经施加电位差，由此防止在第一导电插槽54A脱离与第一导电插脚52A的第二部分52y的物理接触时产生电弧，即，防止在第二连接器装置54与第一连接器装置51物理地且电气地分离时产生电弧。

此布置使得第一导电部分52x仅在第一导电插槽54A同时与所述第一和第二导电部分52x、y接触时才以导电方式直接连接到第二导电部分52y。第一导电部分52x同样仅在半导体开关60激活以接通桥接第一和第二导电插脚部分52x、y或跨越它们之间的分离间隙的半导体开关路径62时才电气地/以导电方式连接到第二导电部分52y，并由此在半导体开关60激活时以导电方式间接连接第一和第二导电插脚部分52x、y。

如同图1的实施例，半导体开关60优选地包括桥接第一和第二导电插脚部分52x、y或跨越它们之间的分离间隙的半导体开关60。半导体开关60可具有与半导体开关路径62并联的体二极管64。

防弧或灭弧系统57可包含触发装置66，用于将半导体开关60激活和反激活。触发装置66优选地包括机械致动装置，触发装置66由此通过第二连接器装置54的外壳55远离或朝向第一连接器装置51的外壳59的相对移动机械地触发或致动。

在第二连接器装置54移动到与第一连接器装置51接合时，触发装置66从“关闭”状态移动到“打开”状态。在触发装置66处于其“打开”状态时，触发装置66向防弧或灭弧系统57的控制器68提供输入信号。控制器68包括处理器70和栅极驱动器72。处理器70将控制器68配置成实施本发明的防弧或灭弧方法，如下文更详细地描述。控制器68由电压共集电极(VCC)电源74供电，此电源还为半导体开关60供电。在第一连接器装置51和第二连接器装置54电气地接合时，VCC电源74从主电源16汲取电力，但是它也可以从另一合适的电源汲取电力。

控制器68处理来自触发装置30的输入信号以确定是否实施分离动作来分离第一连接器装置51与第二连接器装置54。如果确定进行此分离动作，那么在分离动作达到包括第一导电插槽54A的电连接器元件至少脱离与包括第一导电插脚52A的电接点元件的第一部分52x的接触的程度时，控制器68将半导体开关60反激活，以断开半导体开关路径62。确定分离动作何时达到第一导电插槽54A至少脱离与第一导电插脚52A的第一部分52x的接触的程度可根据控制器68确定触发装置66不再处于其“打开”位置和/或已返回到其“关闭”位置。因此，在第一导电插槽54A脱离与第一导电插脚52A的第一部分52x的接触之后并且优选地在第一导电插槽54A脱离与第一导电插脚52A的第二部分52y的接触之前，触发装置66可使半导体开关60反激活。

体二极管64防止在半导体开关60反激活时经由半导体开关路径62发生电流传导。

图4提供用于图3的电源连接器装置50的控制和电源电路76的框图，其中电路的在虚线框76A内示出的那些部分在第一连接器装置51的外壳59中优选为内置的。

图3的电源连接器装置50可包括第一连接器装置51和第二连接器装置54的组合，或者仅包括第一连接器装置51，其中可包括常规连接器装置的第二连接器装置54不需要进行修改。

图5A-D示出了根据本发明的连接器装置的另一实施例，其中第一连接器装置包括经修改电插座111，且第二连接器装置包括电插头113。

在图5A-D的实施例的以下描述中，将使用与用于图1的实施例的标号相似的标号来表示相同或等效的部分，但前面是标号“1”。

在这个根据本发明的连接器装置110的实施例中，电插头113基本上是常规的电插头，但具有附接到其外壳132上的机械触发部件131，此部件在使用时致动插座111的触发装置130。

图5A示出完全与插座111物理地且电气地接合使得插头113的主动插脚114A同时接触第一导电插槽112A的第一导电部分112x和第二导电部分112y的插头113。因而，电流以常规方式在插座111的插槽112A、B和插头113的插脚114A、B之间流动。因此，在此情况下，插座111的插槽112A、B和插头113的插脚114A、B形成主要电流路径。

应注意，在图5A中，插头113的机械触发部件131已机械地致动插座111的触发装置130，使得所述触发装置130处于其“打开”位置。触发装置130向控制器134输出信号，并且还可在其返回到“关闭”位置(图5C和D)时向控制器134输出信号。替代地，控制器134可自身配置成检测触发装置130处于其“打开”位置和/或其“关闭”位置。

图5B示出其中插头113和插座111之间正在进行分离动作的情形。如所示，插头113已从插座111取出达到主动插脚114A刚刚脱离与第一插槽112A的第一部分112x的接触但仍然与所述第一插槽112A的第二部分112y接触的程度。在主动插脚114A脱离与第一插槽112A的第一部分112x的接触之前的某一时间点，控制器134激活已开启半导体开关路径126的半导体开关124，以维持主动插脚114A和第一插槽112A的第一部分112x之间的导电路径，即使主动插脚114A现在已经脱离与第一插槽112A的第一部分112x的接触。电流现在经由半导体开关路径126在插座111的插槽112A、B和插头113的插脚114A、B之间流动。因此，在此情形下，插座111的插槽112A、B和插头113的插脚114A、B之间的电流在控制器134的控制下。

应注意，在图5B中，插头113的机械触发部件131仍在机械地致动插座111的触发装置130。

控制器134可配置成检测在主动插脚114A脱离与第一插槽112A的第一部分112x的接触之前何时发起分离动作以便激活半导体开关124。替代地，半导体开关124可以在插头113插入到插座111中后激活，并在插头113保持插入插座111中的持续时间内保持激活，使得在主动插脚114A脱离与第一插槽112A的第一部分112x的接触后导电路径126立即导通，由此防止主动插脚114A和第一插槽112A的第一部分112x之间产生电弧或电火花。

图5C示出其中插头113尚未从插座111中完全取出使得主动插脚114A仍与第一插槽112A的第二部分112y接触但是插头113的取出量已足以使插头113的机械触发部件131不再机械地致动插座111的触发装置130的情形。一旦插头113的机械触发部件131停止致动插座111的触发装置130，控制器134就可以将半导体开关124反激活，从而断开半导体开关路径126以防电流通过半导体开关路径126。然后，插头113可以从插座111中进一步取出，并且主动插脚114A和第一插槽112A的第二部分112y之间不存在任何产生电弧或电火花的危险，因为半导体开关路径126现在是关闭的，即不导通。

图5D示出插头113从插座111中完全取出的情形。

图6A-D示出了根据本发明的连接器装置的另一实施例，其中第一连接器装置包括经修改电插头，且第二连接器装置包括电插座。

在图6A-D的实施例的以下描述中，将使用与用于图3的实施例的标号相似的标号来表示相同或等效的部分，但前面是标号“1”。

在这个根据本发明的连接器装置150的实施例中，电插座153基本上是常规的电插座，但具有附接到其外壳155上的机械触发部件165，此部件在使用时致动插头151的触发装置166。

图6A示出完全与插头151物理地且电气地接合使得插座153的第一导电插槽154A同时接触插头151的主动插脚152A的第一导电部分152x和第二导电部分152y的插座153。因而，电流以常规方式在插头151的插脚152A、B和插座153的插槽154A、B之间流动。因此，在此情况下，插座153的插槽154A、B和插头151的插脚152A、B形成主要电流路径。

应注意，在图6A中，插座153的机械触发部件165已机械地致动插头151的触发装置166，使得所述触发装置166处于其“打开”位置。触发装置166向控制器168输出信号，并且还可在其返回到“关闭”位置(图6C和D)时向控制器168输出信号。替代地，控制器168可自身配置成检测触发装置166处于其“打开”位置和/或其“关闭”位置。

图6B示出其中插头151和插座153之间正在进行分离动作的情形。如所示，插头151已从插座153取出达到插座153的第一插槽154A刚刚脱离与插头151的主动插脚152A的第一部分152x的接触但仍然与主动插脚152A的第二部分152y接触的程度。在第一插槽154A脱离与主动插脚152A的第一部分152x的接触之前的某一时间点，控制器168激活半导体开关160，从而开启半导体开关路径162，以维持第一插槽154A和主动插脚152A的第一部分152x之间的导电路径，即使第一插槽154A现在已经脱离与主动插脚152A的第一部分152x的接触。电流现在经由半导体开关路径162在插座153的插槽154A、B和插头151的插脚152A、B之间流动。因此，在此情形下，插座153的插槽154A、B和插头151的插脚152A、B之间的电流在控制器168的控制下。

应注意，在图6B中，插座153的机械触发部件165仍在机械地致动插头151的触发装置166。

控制器168可配置成检测在第一插槽154A脱离与主动插脚152A的第一部分152x的接触之前何时发起分离动作以便激活半导体开关160。替代地，半导体开关160可以在插头151插入到插座153中后激活，并且在插头151保持插入插座153中的持续时间内保持激活，使得导电路径162在第一插槽154A脱离与主动插脚152A的第一部分152x的接触后立即导通，由此防止主动插脚152A的第一部分152x和第一插槽154A之间产生电弧或电火花。

图6C示出插头151尚未从插座153中完全取出使得第一插槽154A仍与主动插脚152A的第二部分152y接触，但是插头151的取出量已足以使插座153的机械触发部件165不再机械地致动插头151的触发装置166的情形。一旦插座153的机械触发部件165停止致动插头151的触发装置166，控制器168就可以将半导体开关160反激活，从而断开半导体开关路径162以防电流通过半导体开关路径162。然后，插头151可以从插座153中进一步取出，并且第一插槽154A和主动插脚152A的第二部分152y之间不存在任何产生电弧或电火花的危险，因为半导体开关路径162现在是关闭的，即不导通。

图6D示出插头151从插座153中完全取出的情形。

再次参考通过图1描绘的本发明的第一实施例，图2提供用于图1的电源连接器装置10的控制和电源电路42的框图。图2的控制和电源电路42还可应用于通过图5A-D描绘的本发明的第三实施例的电源连接器装置110。图7A-E提供用于第一实施例的电源连接器装置10和第三实施例的电源连接器装置110的图2的控制和电源电路的替代性控制和电源电路。

图7A的控制和电源电路可应用于仍然使用DC电源但使用的是所述DC电源的另一极线的电源连接器装置10、110。因而，图7A的控制和电源电路在某一程度上是图2的控制和电源电路42的镜像。

图7B的控制和电源电路在使用单相AC单极电源时可应用于电源连接器装置10、110。在此情况下，半导体开关具有背对背共集半导体开关，以处理每个半周期的AC电压信号。

图7C的控制和电源电路在使用单相AC双极电源时可应用于电源连接器装置10、110。

图7D的控制和电源电路在使用三相AC多极电源时可应用于电源连接器装置10、110。

图7E的控制和电源电路是在使用三相AC多极电源时用于电源连接器装置10、110的图7D的控制和电源电路的替代性控制和电源电路。

再次参考通过图3描绘的本发明的第二实施例，图4提供用于图3的电源连接器装置50的控制和电源电路76的框图。图4的控制和电源电路76还可应用于通过图6A-D描绘的本发明的第四实施例的电源连接器装置150。图8A-E提供用于第二实施例的电源连接器装置50和第四实施例的电源连接器装置150的图4的控制和电源电路的替代性控制和电源电路。

图8A的控制和电源电路可应用于仍然使用DC电源但使用的是所述DC电源的另一极线的电源连接器装置50、150。因而，图8A的控制和电源电路在某一程度上是图4的控制和电源电路76的镜像。

图8B的控制和电源电路在使用单相AC单极电源时可应用于电源连接器装置50、150。在此情况下，半导体开关具有背对背共集半导体开关，以处理每个半周期的AC电压信号。

图8C的控制和电源电路在使用单相AC双极电源时可应用于电源连接器装置50、150。

图8D的控制和电源电路在使用三相AC多极电源时可应用于电源连接器装置50、150。

图8E的控制和电源电路是在使用三相AC多极电源时用于电源连接器装置50、150的图8D的控制和电源电路的替代性控制和电源电路。

上述装置可以至少部分地以软件实施。本领域技术人员将理解，可以至少部分地使用通用计算机设备或使用定制设备来实施上述设备。

虽然在附图和前述描述中已经详细地说明和描述了本发明，但是应将本发明视为说明性的而不是限制性的，应当理解，仅示出和描述了示例性实施例，这些示例性实施例不以任何方式限制本发明的范围。可以理解，本文描述的任何特征可以与任何实施例一起使用。说明性实施例并非彼此排斥或排斥本文未叙述的其它实施例。因此，本发明还提供了包括上述一个或多个示例性实施例的组合的实施例。可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明进行如本文所述的修改和变化，因此，限制应仅由所附权利要求指示的内容施加。

在所附权利要求书中以及在本发明的先前描述中，除了上下文归因于表述语言或必要暗示另外需要的情况之外，在本发明的各种实施例中，词语“包括(comprise)”或其变体(例如，“包括(comprises)”或“包括(comprising)”等)是在包含性意义上使用的，即，用于指定所陈述特征的存在，但并不排除其它特征的存在或添加。

应理解，如果本文提及任何现有技术公开案，则该引用不构成承认该公开案形成本领域公知常识的一部分。

Claims (20)

1.一种可应用于直流(DC)电压或交流(AC)电压下的电源连接器装置，用于分离电连接器元件和电接点元件之间的电气连接。所述电接点元件具有间隔开的第一导电部分和第二导电部分；所述电源连接器装置包含半导体开关，用于在分离所述电连接器元件和所述电接点元件的所述第一导电部分期间维持所述电连接器元件和所述电接点元件之间的电气连接，由此防止在所述电连接器元件与所述电接点元件电气脱离期间产生电弧；其中所述电接点元件的所述第一导电部分仅在所述半导体开关激活时或在所述电连接器元件同时接触所述电接点元件的所述第一和第二导电部分时才可以电气地连接到所述电接点元件的所述第二导电部分。

2.根据权利要求1所述的电源连接器装置，其中所述电源连接器装置包含触发装置，用于在所述电连接器元件脱离与所述电接点元件的所述第一导电部分的接触之后将所述半导体开关反激活。

3.根据权利要求2所述的电源连接器装置，其中所述触发装置在所述电连接器元件脱离与所述电接点元件的所述第一导电部分的接触之后，并且在所述电连接器元件脱离与所述电接点元件的所述第二导电部分的接触之前将所述半导体开关反激活。

4.根据权利要求2所述的电源连接器装置，所述半导体开关由控制器控制，控制器对由所述触发装置输入的信号作出响应。

5.根据权利要求4所述的电源连接器装置，其中在所述控制器根据所述触发装置输入信号确定存在分离动作时，所述控制器在所述分离动作进行到所述电连接器元件至少脱离与所述电接点元件的所述第一导电部分的接触的程度时将所述半导体开关反激活，以断开所述电接点元件的所述第一导电部分和所述第二导电部分之间的半导体开关路径。

6.根据权利要求4所述的电源连接器装置，其中所述触发装置在所述电连接器元件与所述电接点元件接触时激活所述半导体开关。

7.根据权利要求4所述的电源连接器装置，其中所述触发装置在所述电连接器元件首先与所述电接点元件的所述第二导电部分接触时激活所述半导体开关。

8.根据权利要求4所述的电源连接器装置，其中所述半导体开关包括单个主动开关路径，用于防止在所述电连接器元件与所述电接点元件电气脱离期间产生电弧。

9.根据权利要求4所述的电源连接器装置，其中所述半导体开关包括桥接所述电接点元件的所述第一导电部分和所述第二导电部分的单个开关路径。

10.根据权利要求4所述的电源连接器装置，其中所述半导体开关可以是其它类型的半导体开关。

11.根据权利要求5所述的电源连接器装置，其中所述半导体开关的体二极管与所述半导体开关路径并联连接。

12.根据权利要求2所述的电源连接器装置，其中所述触发装置包括以下中的任一个：机械致动的触发装置；光学致动的触发装置；磁致动的触发装置，或位置传感器。

13.根据权利要求4所述的电源连接器装置，其中所述触发装置包括机械致动的触发装置，其在所述触发装置的触发部件解除时将所述半导体开关反激活。

14.根据权利要求1所述的电源连接器装置，其中所述第一导电部分和所述第二导电部分的相应电接触表面在所述电连接器元件与所述电接点元件的分离方向上间隔开。

15.根据权利要求1所述的电源连接器装置，其中所述电连接器元件包括电插头的导电插脚，且所述电接点元件包括电插座的导电插槽，所述导电插槽具有彼此间隔开的第一导电部分和第二导电部分。

16.根据权利要求1所述的电源连接器装置，其中所述电连接器元件包括电插座的导电插槽，且所述电接点元件包括电插头的导电插脚，所述导电插脚具有彼此间隔开的第一导电部分和第二导电部分。

17.根据权利要求16所述的电源连接器装置，其中包括所述导电插脚的所述电接点元件的所述第一导电部分与所述第二导电部分同心地布置，但被电绝缘体分开。

18.根据权利要求16所述的电源连接器装置，其中所述电源连接器装置包括插头，并且其中所述插头具有不超过两个导电插脚，所述两个导电插脚中的一个包括具有彼此间隔开的所述第一导电部分和所述第二导电部分的所述导电插脚，且所述两个导电插脚中的另一个包括常规的导电插头电源回返或中性插脚。

19.一种可应用于直流(DC)电压或交流(AC)电压下的配置成分离导电插脚和导电插槽电气连接的电插座，所述电插座包括：

所述导电插槽，其用于接收所述导电插脚，所述导电插槽具有彼此间隔开的第一导电部分和第二导电部分；

半导体开关，其用于在分离所述导电插脚和所述第一导电部分期间维持所述导电插脚和所述导电插槽之间的电气连接；以及

触发装置，其用于在所述导电插脚脱离与所述第一导电部分的接触之后将所述半导体开关反激活，由此防止在所述导电插脚与所述导电插槽电气脱离期间产生电弧；

其中所述导电插槽的所述第一导电部分仅在所述半导体开关激活时或在所述导电插脚同时接触所述导电插槽的所述第一和第二导电部分时才可以电气地连接到所述导电插槽的所述第二导电部分。

20.一种可应用于直流(DC)电压或交流(AC)电压下的用于分离导电插脚和导电插槽之间电气连接的电插头，所述电插头包括：

所述导电插脚，其可以插进在所述导电插槽中，所述导电插脚具有彼此间隔开的第一导电部分和第二导电部分；

半导体开关，其用于在分离所述导电插槽和所述第一导电部分期间维持所述导电插槽和所述导电插脚之间的电气连接；以及

触发装置，其用于在所述导电插槽脱离与所述第一导电部分的接触之后将所述半导体开关反激活，由此防止在所述导电插槽与所述导电插脚电气脱离期间产生电弧；

其中所述导电插脚的所述第一导电部分仅在所述半导体开关激活时或在所述导电插槽同时接触所述导电插脚的所述第一和第二导电部分时才可以电气地连接到所述导电插脚的所述第二导电部分。

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