CN116746062A - 门铃蜂鸣器电路 - Google Patents

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Abstract

一种门铃蜂鸣器旁路电路包括第一节点、第二节点以及与第一节点和第二电流节点串联的双向FET开关。该双向FET开关包括串联的第一FET和第二FET，并且被配置成当第一FET和第二FET的栅极电压低于切断阈值时，停止在第一节点与第二节点之间传导电流。旁路电路还包括感测电路和开关控制器，感测电路被配置成确定流过双向FET开关的电流水平，开关控制器被配置成当感测电路感测到电流水平满足门铃致动电流阈值时，将第一FET和第二FET的栅极电压设定为低于切断阈值的水平，使得双向FET开关停止在第一节点与第二节点之间传导电流。

Description

门铃蜂鸣器电路
背景技术
网络连接的门铃系统能够实施诸如运动检测和与车载硬件的音频/视频交互等特征。例如，运动传感器、扬声器和/或相机可以集成在门铃本身内，由有线电源或电池供电。由于这些组件集成到门铃中，门铃内的相关联电力电路系统能够针对每个组件的确切规格进行设计。然而，门铃蜂鸣器通常在门铃的外部，并且这种蜂鸣器的功率要求对于网络连接的门铃系统的制造商来说可能是未知的。
门铃蜂鸣器可以由交流信号(例如24VAC)供电。设计成与这种蜂鸣器对接的网络连接的门铃系统典型地使用用于交流电的三极管(TRIAC)来接通和切断蜂鸣器电力。然而，TRIAC在它们能够切换的电力信号类型方面有限。例如，TRIAC不能切换DC信号。因此，使用基于TRIAC切换电路的门铃系统可能与DC供电的蜂鸣器不兼容。此外，TRIAC在传导电流时会导致电压降，这限制了可用于蜂鸣器的电力，并向系统增添热量。因此，使用基于TRIAC切换电路的门铃系统可能由于电压降而与低功率蜂鸣器不兼容，或者由于增添的热量引起的热问题而与高功率蜂鸣器不兼容。
网络连接的门铃系统可以备选地使用机械继电器来接通和切断蜂鸣器功率。然而，机械继电器往往体积大、价格贵、并且声音大。此外，机械继电器可能具有相对有限的寿命，尤其是当在极端环境中操作时(例如，在炎热的天气中或在阳光直射下)，这可能加剧由内部生成的热量引起的热问题。
发明内容
本公开描述了一种基于场效应晶体管(FET)的固态继电器(SSR)，其实施了与门铃蜂鸣器兼容的通用型方法。本文描述的基于FET的方法可以切换DC供电和AC供电的门铃蜂鸣器，而没有与基于TRIAC切换电路或基于机械继电器的切换电路相关联的功率、热、尺寸、成本、噪声或耐久性约束。由于在电力切换电路中使用FET可能潜在地导致操作复杂性(例如，电力过载)，本文描述的基于FET的方法包括保护性特征来解决这种复杂性。这些特征包括FET排序、切换时序、过电流保护、过电压保护和/或过温保护。
在一个方面中，门铃蜂鸣器旁路电路包括第一电流输入/输出节点、第二电流输入/输出节点和SSR集成电路。SSR集成电路包括与第一电流输入/输出节点和第二电流输入/输出节点串联的第一双向FET开关。第一双向FET开关包括串联的第一FET和第二FET，并且被配置成当第一FET的栅极电压和第二FET的栅极电压低于切断阈值时，停止在第一电流输入/输出节点与第二电流输入/输出节点之间传导电流。SSR集成电路还包括第一感测电路和第一开关控制器，第一感测电路被配置成确定流过第一双向FET开关的电流水平，第一感测电路被配置成当第一感测电路感测到电流水平满足门铃致动电流阈值(由用户致动门铃系统的门铃按钮，例如，按下，或以其他方式用于触发至少一个门铃蜂鸣器的激活而产生)时，将第一FET的栅极电压和第二FET的栅极电压设定为低于切断阈值的水平，使得第一双向FET开关停止在第一电流输入/输出节点与第二电流输入/输出节点之间传导电流。
在一些实施方式中，第一开关控制器还被配置成检测第一双向FET开关处的电压过零事件，并且SSR集成电路还包括数字控制器，数字控制器被配置成使得第一FET和第二FET在检测到的过零事件的阈值时间内关断。在一些实施方式中，第一开关控制器还被配置成检测第一双向FET开关处的电压峰值，并且SSR集成电路还包括数字控制器，数字控制器被配置成使得第一FET和第二FET在检测到的电压峰值的阈值时间内接通(其中接通FET通常可以包括将FET的栅极电压设定为高于切断阈值的水平，并且关断FET通常可以包括将FET的栅极电压设定为低于切断阈值的水平)。
在一些实施方式中，第一开关控制器还被配置成确定流过第一双向FET开关的电流方向，并且SSR集成电路还包括数字控制器，数字控制器被配置成(i)根据电流从第一FET流向第二FET的确定，在第二FET关断之前使第一FET关断，以及(ii)根据电流从第二FET流向第一FET的确定，在第一FET关断之前使第二FET关断。在一些实施方式中，第一开关控制器还被配置成确定第一FET的漏极和第二FET的漏极处的相对电压电位，并且SSR集成电路还包括数字控制器，该数字控制器被配置成(i)根据第一FET的漏极处的电压电位高于第二FET的漏极处的电压电位的确定，在第一FET接通之前使第二FET接通，以及(ii)根据第二FET的漏极处的电压电位高于第一FET的漏极处的电压电位的确定，在第二FET接通之前使第一FET接通。
在一些实施方式中，第一感测电路被配置成在第一FET和第二FET接通(导通)时检测流过第一双向FET开关的电流水平，并且SSR集成电路还包括数字控制器，该数字控制器被配置成根据检测到的电流水平超过过电流阈值使得向第一双向FET开关供电的电路系统关电。在一些实施方式中，第一感测电路被配置成在第一FET和第二FET关断时检测跨第一双向FET开关的电压，并且该SSR集成电路还包括数字控制器，该数字控制器被配置成根据跨第一双向FET开关的检测电压(i)在第一FET和第二FET已经被关断之后的第一时间段内超过第一过电压阈值，或者(ii)在第一时间段之后超过第二过电压阈值，该第二过电压阈值低于第一过电压阈值，使得向第一双向FET开关供电的电路系统关电。在一些实施方式中，SSR集成电路还包括温度传感器和数字控制器，温度传感器被配置成检测第一双向FET开关附近的温度，数字控制器被配置成根据检测到的在第一双向FET开关附近的温度超过过温阈值使得向第一双向FET开关供电的电路系统关电。
附图说明
为了更好地理解各种描述的实施方式，应该结合下面的附图参考下面的具体实施方式。
图1A是根据一些实施方式的处于待机状态的有线门铃系统的简图。
图1B是根据一些实施方式的处于激活状态的有线门铃系统的简图。
图2A是根据一些实施方式的处于待机状态的无线门铃系统的简图。
图2B是根据一些实施方式的处于激活状态的无线门铃系统的简图。
图3是根据一些实施方式的用于参考图1A和图1B描述的有线门铃系统和参考图2A和图2B描述的无线门铃系统的门铃开关电路系统的示意图。
图4是根据一些实施方式的用于参考图1A和图1B描述的有线门铃系统的旁路开关电路系统的示意图。
图5是根据一些实施方式的用于参考图2A和图2B描述的无线门铃系统的旁路开关电路系统的示意图。
图6是根据一些实施方式的具有一个双向FET开关的SSR集成电路的示意图。
图7是根据一些实施方式的具有并联实施的两个双向FET开关的SSR集成电路的示意图。
图8是根据一些实施方式的具有两个双向FET开关的SSR集成电路的示意图。
贯穿附图的若干视图，相同的附图标记指代相同的部件。
具体实施方式
有线门铃
图1A和图1B是根据一些实施方式的门铃致动事件的各个阶段期间的门铃系统100的简图。图1A描绘了处于待机状态的门铃系统100(门铃按钮124没有被按下持续至少阈值时间，并且蜂鸣器关断)，并且图1B描绘了处于激活状态的门铃系统100(门铃按钮124正被按下或已被按下阈值时间，并且蜂鸣器接通)。门铃系统100包括有线门铃120、蜂鸣器130和蜂鸣器旁路电路系统140(也称为旁路140)。前述组件经由电气线路(例如电线)106、108和110电耦合。线路106将门铃120电耦合到变压器104，线路108将变压器104电耦合到蜂鸣器130和旁路140，并且线路110将门铃120电耦合到蜂鸣器130和旁路140。
蜂鸣器130可以是AC供电或DC供电的。对于AC供电的蜂鸣器(如图1A和图1B中所描绘)，门铃系统100包括AC电源102和变压器104。AC电源102可以是市电电力(例如，进入断路器面板处的结构的120VAC线路信号)，并且变压器104可以将市电电力转换为较低的电压(例如，24VAC)以给门铃120和蜂鸣器130供电。对于DC供电的蜂鸣器(未描绘)，门铃系统将包括DC电源(未描绘)作为AC电源102的替代或补充，以及任选地，包括电力转换器(例如，降压转换器，未描绘)作为变压器104的替代或补充。
门铃120包括按钮124和门铃系统电路系统126。当被致动以激活蜂鸣器130(例如被按下)时，按钮124导致门铃开关电路系统122闭合门铃开关(下面参考图3中描绘的开关302更详细地描述)，从而连接(电耦合)线路106和110。门铃开关电路系统122就可以保持门铃开关闭合持续与按钮124被按下一样长的时间，或者在按钮124最初被按下或被释放之后可以保持门铃开关闭合持续阈值时间(例如，用户可编程的阈值)。门铃系统电路系统126可以包括相机(包括图像传感器和图像处理电路系统)、运动传感器、麦克风、扬声器、收发器、处理器和/或被配置成实施门铃系统120的特征的任何其他电子组件。
蜂鸣器130可以是机械蜂鸣器(例如，包括螺线管132的电磁蜂鸣器，如图1A和图1B中所描绘)或电子蜂鸣器(未描绘)。蜂鸣器130可以由低至8V RMS(或更低)或高至28V RMS(或更高)的电压信号供电。机械蜂鸣器可以汲取(i)相对低的涌入电流(in-rush current)(例如，给电感器充电)和(ii)相对高的稳态电流(例如，保持螺线管132被致动或电枢移动)。另一方面，电子蜂鸣器可以汲取(i)相对高的涌入电流(例如，给输入电容器充电)，以及(ii)相对低的稳态电流(例如，给数字电路系统供电)。
旁路140包括实施旁路开关的开关电路系统142(下面参考图4中描绘的开关402更详细地描述)。当开关电路系统142中的旁路开关闭合时，线路108和110被连接(电耦合)，从而旁路蜂鸣器130。更具体地，当旁路开关闭合时，流过线路108和110的电流旁路蜂鸣器，因为闭合的旁路开关提供最小电阻的路径(例如，与包括螺线管132的路径相比)，从而防止蜂鸣器130接收足够的电流来操作。相反，当旁路开关断开时，流过线路108和110的电流必须穿过蜂鸣器130(例如，穿过螺线管132)，从而导致蜂鸣器130被激活。
门铃开关电路系统122和旁路开关电路系统142的配置确定门铃系统100是处于待机状态(没有门铃按下，蜂鸣器关闭)还是处于激活状态(门铃按下，蜂鸣器接通)。
参考图1A(待机状态)，当门铃按钮124未被致动(例如未被按下)时，变压器104仅给门铃120的门铃系统电路系统126供电。这是因为旁路开关电路系统142中的旁路开关闭合，旁路蜂鸣器130以将所有电力引导到门铃120。门铃开关电路系统122中的门铃开关跨门铃AC电力输入(线路106和110)连接。因此，当门铃开关断开时，经由线路106和110递送的AC电流被引导至门铃系统电路系统126。总之，处于待机状态的电流路径包括变压器104、线路108、旁路开关电路系统142、线路110、门铃系统电路系统126和线路106。
参考图1B(激活状态)，当按下门铃按钮124时，开关电路系统122中的门铃开关闭合，这导致门铃系统电路系统126被旁路(在该状态期间，门铃120中的电池可以给门铃系统电路系统126供电)。由于门铃系统电路系统126被旁路，旁路开关电路系统142输入端处的电流增加。旁路开关电路系统142检测到增加的电流，这使得旁路开关电路系统142断开旁路开关。在旁路开关断开的情况下，所有电力(流过线路108和110的电流)被引导到蜂鸣器130，这使得蜂鸣器130被激活。总之，处于激活状态的电流路径包括变压器104、线路108、蜂鸣器130、线路110、门铃开关电路系统122和线路106。
门铃旁路开关可以保持闭合持续预定的时间量或可编程的时间量(例如，如在用户设备上的门铃应用中所选择的)。用户可以选择蜂鸣器130完成发声所需的时间量(例如，短至0.3秒(或更短)，或长至10秒(或更长))。在经过该时间之后，开关电路系统122中的门铃开关断开，这导致开关电路系统142中的旁路开关的输入端处的电压下降(由于电流被重新引导到门铃系统电路系统126)。旁路开关电路系统142检测到跨旁路开关的降低的电压，这使得旁路开关电路系统142闭合旁路开关，这切断到蜂鸣器130的电力。此时，门铃系统100回到待机状态，所有电力被引导到门铃120。
无线门铃
图2A和图2B是根据一些实施方式在门铃致动事件的各个阶段期间门铃系统200的简图。图2A描绘了处于待机状态的门铃系统200(门铃按钮124没有被按下持续至少一阈值时间，并且蜂鸣器关断)，并且图2B描绘了处于激活状态的门铃系统200(门铃按钮124正被按下或已经被按下阈值时间，并且蜂鸣器接通)。与上面参考图1A和图1B描述的特征相对应的特征被类似地编号。门铃系统200包括无线门铃220、蜂鸣器130和蜂鸣器激活电路系统240(也称为激活器240)。前述组件经由电气线路(例如电线)208、209、210和211以及无线通信信道206电耦合。线路208和209将变压器104电耦合到蜂鸣器130和激活器240，线路210将变压器104电耦合到激活器240，线路211将蜂鸣器130电耦合到激活器，并且无线通信信道206将门铃220通信耦合到激活器240。信道206可以使用无线通信协议(例如，WiFi、蓝牙、ZigBee、Z-Wave、6LoWPAN、Thread、4G、5G等中的任何一种)在通信网络上实施。
蜂鸣器130可以是AC供电或DC供电的。对于AC供电的蜂鸣器(如图2A和图2B中所描绘)，门铃系统200包括AC电源102和变压器104。AC电源102可以是市电电力(例如，进入断路器面板处的结构的120VAC线路信号)，并且变压器104可以将市电电力转换为较低的电压(例如，24VAC)以给门铃220和蜂鸣器130供电。对于DC供电的蜂鸣器(未描绘)，门铃系统将包括DC电源(未描绘)作为AC电源102的替代或补充，以及任选地，包括电力转换器(例如，降压转换器，未描绘)作为变压器104的替代或补充。
无线门铃220由电池(未示出)供电并且包括按钮124和门铃系统电路系统226。当被致动，例如被按下时，按钮124使门铃开关电路系统122闭合门铃开关(下面参考图3中所描绘的开关302更详细地描述)，从而向门铃系统电路系统226发送门铃按钮致动信号。门铃开关电路系统122就可以保持门铃开关闭合持续与按钮124被按下一样长的时间，或者在按钮124最初被按下或被释放之后可以保持门铃开关闭合持续阈值时间(例如，用户可编程的阈值)。门铃系统电路系统226可以包括相机(包括图像传感器和图像处理电路系统)、运动传感器、麦克风、扬声器、收发器、处理器和/或被配置成实施门铃系统220的特征的任何其他电子组件。
蜂鸣器130可以是机械蜂鸣器(例如，包括螺线管132的电磁蜂鸣器，如图2A和图2B中所描绘)或电子蜂鸣器(未描绘)。蜂鸣器130可以由低至8V RMS(或更低)或高至28V RMS(或更高)的电压信号供电。机械蜂鸣器可以汲取(i)相对低的涌入电流(例如，给电感器充电)和(ii)相对高的稳态电流(例如，保持螺线管132被致动或电枢移动)。另一方面，电子蜂鸣器可以汲取(i)相对高的涌入电流(例如，给输入电容器充电)，以及(ii)相对低的稳态电流(例如，给数字电路系统供电)。
激活器240包括实施激活开关的开关电路系统242(下面参考图5中描绘的开关502更详细地描述)和电力/控制(P/C)电路系统(下面参考图5中的元件506和508更详细地描述)。当开关电路系统242中的激活开关断开时，线路208、209和210中的所有电流流过开关电路系统242的电力/控制电路，从而使蜂鸣器130停用。相反，当开关电路系统242中的激活开关闭合时，流过线路208、210和211的电流被引导通过蜂鸣器130(例如，通过螺线管132)，从而导致蜂鸣器130被激活。
开关电路系统122中的门铃开关和开关电路系统242中的激活开关的配置确定门铃系统200是处于待机状态(没有门铃按下，蜂鸣器关断)还是处于激活状态(门铃按下，蜂鸣器接通)。
参考图2A(待机状态)，当门铃按钮124未被按下时，开关电路系统122中的门铃开关和开关电路系统242中的激活开关都断开，如上文所描述使蜂鸣器130停用。总之，处于待机状态的电流路径包括变压器104、线路208、线路209、开关电路系统242的电力/控制电路系统和线路210。
参考图2B(激活状态)，当按下门铃按钮124时，开关电路系统122中的门铃开关闭合，这导致门铃按钮按下信号被发送到门铃系统电路系统226。在接收到门铃按钮按下信号时，门铃系统电路系统226中的发射器通过无线通信信道206向激活开关电路系统242中的接收器传输蜂鸣器激活信号。激活开关电路系统242接收蜂鸣器激活信号，蜂鸣器激活信号使得激活开关电路系统242闭合激活开关。在激活开关闭合的情况下，流过线路208、210和211的电流被引导至蜂鸣器130，这使得蜂鸣器130被激活。总之，处于激活状态的电流路径包括变压器104、线路208、蜂鸣器130、线路211、开关电路系统242的激活开关和线路210(此外，激活电路系统242的电力/控制电路系统和线路209仍然是电流路径的部分)。换句话说，激活电路系统240的内部电力/控制电路系统与蜂鸣器130并联，并且激活电路240的激活开关与蜂鸣器130串联(当激活开关闭合并且蜂鸣器被激活时)。
蜂鸣器激活信号可以包括用于将蜂鸣器130激活持续预定时间量或可编程时间量(例如，如在用户设备上的门铃应用中所选择的)的指令。用户可以选择蜂鸣器130完成发声所需的时间量(例如，短至0.3秒(或更短)，或长至10秒(或更长))。在经过该时间之后，激活开关电路系统242断开激活开关，从而切断到蜂鸣器130的电力。此时，门铃系统200回到待机状态，并且蜂鸣器130关断。备选地，蜂鸣器激活信号不包括用于将蜂鸣器130激活持续预定时间量或可编程时间量的指令。相反，门铃系统电路系统226中的发射器在经过了预定的或可编程的时间量之后，通过无线通信信道206向激活开关电路系统242中的接收器传输蜂鸣器停用信号。一旦接收到蜂鸣器停用信号，激活开关电路系统242断开激活开关，其切断到蜂鸣器130的电力。此时，门铃系统200回到待机状态，并且蜂鸣器130关断。
门铃开关电路系统
图3是根据一些实施方式的用于上面参考图1A和图1B描述的有线门铃系统100和上面参考图2A和图2B描述的无线门铃系统200的门铃开关电路系统122的示意图。门铃开关电路系统122包括与第一节点306和第二节点310串联的双向FET开关302。对于有线门铃实施方式(门铃系统100，图1A和图1B)，第一节点306和第二节点310分别耦合到电线106和110(图1A和图1B)。对于无线门铃实施方式(门铃系统200，图2A和图2B)，第一节点306和第二节点分别耦合到门铃系统电路系统126中包括的门铃电源的端子。在有线和无线实施方式中，第一节点306和第二节点308可以分别耦合到门铃系统电路系统126的一个或多个其他元件(如上文所描述)，使得双向FET开关302与门铃电力电路系统和门铃系统电路系统126的一个或多个其他元件串联。
双向FET开关302设置成常开配置。当按下门铃按钮124(图1)时，双向FET开关302闭合。在一些实施方式中，在被按下时，门铃按钮124导致信号被传输到实施双向FET开关302的电路系统(例如，SSR IC 600，图6)，导致这种电路系统闭合双向FET开关302。在一些实施方式中，附加电阻器(未示出)设置成与第一节点306和第二节点310串联并与双向FET开关302并联以容纳泄漏电流。
旁路开关电路系统
图4是根据一些实施方式的用于上面参考图1A和图1B描述的有线门铃系统100的旁路开关电路系统142的示意图。旁路开关电路系统142包括与第一电流输入/输出节点108和第二电流输入/输出节点110(对应于上面参考图1A和图1B描述的电线108和110)串联的双向FET开关402。双向FET开关402设置成常闭配置。旁路开关电路系统142包括与双向FET开关402以及第一节点108和第二节点110串联的电阻器404。由于门铃开关电路系统122和旁路开关电路系统142二者中的开关在门铃按钮按下开始时(在门铃按钮124被按下之后但在双向FET开关402有机会断开之前)闭合，电阻器404限制最大变压器104输出，从而防止短路。在一些实施方式中，附加电阻器(未示出)设置成与第一节点108和第二节点110串联并与双向FET开关402和电阻器404并联以容纳泄漏电流。
在一些实施方式中，旁路开关电路系统142包括整流器406(例如，桥式整流器)，其被配置成将第一节点108和第二节点110之间的AC信号转换为DC信号，该DC信号被电力电路系统408进一步处理。电力电路系统408可以包括DC至DC逐级降压转换器(step-downconverter)(例如，降压转换器(buck converter))，以将整流的DC信号转换为可以由控制器410使用的电力信号(例如，1.8VDC)。
当双向FET开关402闭合时，实施双向FET开关402的电路系统(例如，图6中的622)可被配置成感测开关402的端子(标记为A和B)之间的电流增加(例如，由门铃按钮按下引起)。一旦检测到这种电流的增加，实施双向FET开关402的电路系统使开关402断开，从而如上文所描述使蜂鸣器130被激活。任选地，实施双向FET开关402的电路系统(例如，600，图6)可以被配置成将感测到的电流水平(经由信号路径414)传输到控制器410。控制器410可以使用感测到的电流水平作为控制双向FET开关402的切换功能(经由信号路径416)的基础和/或作为执行旁路开关电路系统142的健康/维护操作的基础。
当双向FET开关402断开时，实施双向FET开关402的电路系统(例如，622，图6)可被配置成感测跨开关402的端子(标记为A和B)的电压降低(例如，由门铃按钮释放或超时引起)。在检测到这种电压降低时，实施双向FET开关402的电路系统使开关402闭合，从而如上文所描述使蜂鸣器130被旁路。任选地，实施双向FET开关402的电路系统(例如，600，图6)可以被配置成将感测到的电压水平(经由信号路径414)传输到控制器410。控制器410可以使用感测到的电压水平作为控制双向FET开关402的切换功能(经由信号路径416)的基础和/或作为执行旁路开关电路系统142的健康/维护操作的基础。
旁路开关电路系统142任选地包括与第一节点108和整流器406串联的第二双向FET开关412。第二双向FET开关412包括可被配置成感测开关412的端子(标记为C和D)之间的电流和/或跨端子的电压的电路系统(例如，620b，图8)。第二双向FET开关412中的电流/电压监测电路系统(经由信号路径415)向控制器410传输电流/电压水平。基于监测到的电流/电压水平，如上文所描述，控制器410确定门铃系统100是处于待机状态还是激活状态，并(经由信号路径416)向第一双向FET开关402传输关于是断开还是闭合开关402的配置指令。例如，如果监测的电流水平(当双向FET开关412闭合时)满足门铃致动电流阈值，则控制器410向双向FET开关402传输断开指令416，使得双向FET开关402断开，从而激活蜂鸣器130。同样，如果所监测的电压水平(当双向FET开关412断开时)降低到门铃致动电流阈值以下(或降低到门铃释放电流阈值以下，门铃释放电流阈值低于门铃致动电流阈值)，则控制器410向双向FET开关402传输闭合指令416，导致双向FET开关402闭合，从而旁路蜂鸣器130。
图5是根据一些实施方式的用于上面参考图2A和图2B描述的无线门铃系统200的激活开关电路系统242的示意图。激活开关电路系统242包括与第一电流输入/输出节点210和第二电流输入/输出节点211(对应于上面参考图2A和图2B描述的电线210和211)串联的双向FET开关502。双向FET开关502设置成常开配置。
在一些实施方式中，激活开关电路系统242包括整流器506(例如，桥式整流器)，其被配置成将节点209和210之间的AC信号转换为DC信号，该DC信号被电力电路系统508进一步处理。电力电路系统508可以包括DC至DC逐级降压转换器(例如，降压转换器)，以将整流的DC信号转换为可以由控制器510和收发器512使用的电力信号(例如，1.8VDC)。
当双向FET开关502断开时，收发器512可以经由无线通信信道206接收蜂鸣器激活信号，如上文参考图2A所描述。收发器512将蜂鸣器激活信号(经由信号路径522)传送到控制器510。一旦接收到蜂鸣器激活信号，控制器510将闭合信号(经由信号路径524)传输到双向FET开关502，使得开关502闭合，从而激活蜂鸣器130，如上文参考图2B所描述。可选地，控制器510可以基于由实施双向FET开关502的电路系统(例如，600，图6)感测到的电流或电压水平将闭合信号(经由信号路径524)传输到双向FET开关502，该电流或电压水平经由信号路径514在控制器510处被接收。
当双向FET开关502闭合时，收发器512可以接收到蜂鸣器停用信号(或者在接收到蜂鸣器激活信号之后可能已经发生了预定的或可编程的超时)。收发器512将蜂鸣器停用信号(经由信号路径522)传送到控制器510。一旦接收到蜂鸣器停用信号，控制器510将断开信号(经由信号路径524)传输到双向FET开关502，导致开关502断开，从而如上文参考图2A所描述使蜂鸣器130停用。任选地，控制器510可以基于由实施双向FET开关502的电路系统(例如，600，图6)感测到的电流或电压水平将断开信号(经由信号路径524)传输到双向FET开关502，该电流或电压水平经由信号路径514在控制器510处被接收。
双向FET开关控制电路系统
图6是根据一些实施方式的包括双向FET开关601和支持电路系统的SSR集成电路(IC)600的示意图。在一些实施方式中，开关302(图3)、开关402(图4)和/或开关502(图5)包括SSR IC 600的实例。换句话说，开关302(图3)、开关402(图4)和/或开关502(图5)可以由SSR IC 600中的双向FET开关601和支持电路系统来实施。SSR IC 600可以安装在门铃开关电路系统122(图3)、旁路开关电路系统142(图4)和/或激活开关电路系统242(图5)中，使得SSR IC 600的端子A和B分别对应于开关302、402和/或502中的端子A和B。
参考SSR IC 600，端子A和B对应于双向FET开关601的两个FET 602和604的漏极端子(在图6中标记为D)。双向FET开关601的两个FET 602和604串联并共享公共源极端子(在图6中标记为S)。双向FET开关601被配置成当FET 602/604的相应栅极电压高于切断阈值时，在端子A与B之间传导电流I。在这种状态下，FET 602/064接通，并且开关601闭合。双向FET开关601被配置成当FET 602/604的相应栅极电压低于切断阈值时，停止或终止在端子A与B之间传导电流I。在这种状态下，FET 602/604关断，并且开关601断开。在一些实施方式中，FET 602/604是N沟道增强模式FET。
SSR IC 600包括开关控制器620，开关控制器620被配置成控制栅极驱动器612，栅极驱动器612分别设定FET 602/604的栅极电压。开关控制器620包括电压/电流感测电路系统622、耦合到电压/电流感测电路系统622或以其他方式与电压/电流感测电路系统622相关联，电压/电流感测电路系统622被配置成(i)当开关601闭合(传导电流)时确定流过开关601(端子A与B之间的FET 602/604)的电流I的量，以及(ii)当开关601断开(不传导电流)时确定跨开关601(端子A与B之间)的电压。
在用于有线门铃系统100或无线门铃系统200的门铃开关电路系统122(图3)中，SSR IC 600的开关601(对应于开关302)处于常开配置，并且开关控制器620由于门铃按钮致动(例如，按下)而闭合开关601，如上文参考图1A、图1B和图3所描述。开关601的常开配置可以通过SSR IC 600的熔丝卡片(fuse map)来实施，该熔丝卡片使得开关控制器620在SSRIC 600上电时自动关断FET 602/604(将它们的栅极电压设定为低于切断阈值的水平)。
当门铃按钮被致动(例如被按下)时，开关控制器620接通FET 602/604(将它们的栅极电压设定为高于切断阈值的水平)，从而闭合开关601。由于开关601闭合，开关在端子A与B之间传导电流，降低门铃120处的节点106与110(图1B)之间的电阻，这增加了到达旁路140(图1B)的电流，这导致旁路140如上文所描述激活蜂鸣器130。
当门铃按钮被释放时(或在释放后的预定时间量内)，开关控制器620关断FET602/604(将它们的栅极电压设定为低于切断阈值的水平)，从而断开开关601。由于开关601断开，开关停止在端子A与B之间传导电流，增加了门铃120处节点106与110(图1A)之间的电阻，这降低了到达旁路140(图1A)的电流，这导致旁路140如上文所描述使蜂鸣器130停用。
在用于有线门铃系统100的旁路开关电路系统142(图4)中，SSR IC600的开关601(对应于开关402)处于常闭配置，并且由于门铃致动，开关控制器620断开开关601，如上文参考图1A、图1B和图4所描述。开关601的常闭配置可以通过SSR IC 600的熔丝卡片来实施，该熔丝卡片使得开关控制器620在SSR IC 600上电时自动接通FET 602/604(将它们的栅极电压设定为高于切断阈值的水平)。备选地，控制器410可被配置成当SSR IC 600上电时控制开关控制器620(经由信号路径416)接通FET 602/604。
例如，当按下门铃按钮时，开关控制器620关断FET 602/604(将它们的栅极电压设定为低于切断阈值的水平)，从而断开开关601。具体地，开关控制器620可以被配置成当电压/电流感测电路系统622感测到流过双向FET开关601的电流量I满足门铃按下电流阈值(由于门铃按钮124被按下)时断开开关601。备选地，开关控制器620可被配置成基于由控制器410(经由信号路径414或415)接收的满足门铃致动电流阈值的感测电流水平，根据从控制器410(经由信号路径416)接收的指令断开开关601。由于开关601断开(FET 602/604的栅极电压低于切断阈值)，开关601停止在端子A与B之间传导电流，将电流重新引导到蜂鸣器130，这导致蜂鸣器130被激活(例如，蜂鸣器130的螺线管132致动)，如上文参考图1A和图1B所描述。
当门铃按钮被释放时(或在释放后的预定时间量内)，开关控制器620接通FET602/604(将它们的栅极电压设定为高于切断阈值的水平)，从而闭合开关601。具体地，开关控制器620可以被配置成当电压/电流感测电路系统622感测到跨开关601的电压量下降到门铃致动电压阈值或门铃释放电压阈值以下(由于门铃按钮124被释放)时闭合开关601。备选地，开关控制器620可被配置成基于由控制器410(经由信号路径414或415)接收的感测电压水平下降到门铃致动电压阈值或门铃释放电压阈值以下，根据从控制器410(经由信号路径416)接收的指令闭合开关602。由于开关601闭合(FET 602/604的栅极电压高于切断阈值)开关601重新开始在端子A与B之间传导电流，将电流重新引导远离蜂鸣器130，这导致蜂鸣器130被停用(例如，蜂鸣器130的螺线管132终止致动)，如上面参考图1A和图1B所描述。
在用于无线门铃系统200的激活开关电路系统242(图5)中，SSR IC 600的开关601(对应于开关502)处于常开配置，并且开关控制器620由于门铃按下而闭合开关601，如上文参考图2A、图2B和图5所描述。开关601的常开配置可以通过SSR IC 600的熔丝卡片来实施，该熔丝卡片使得开关控制器620在SSR IC 600上电时自动关断FET 602/604(将它们的栅极电压设定为低于切断阈值的水平)。备选地，控制器510可被配置成当SSR IC 600上电时控制开关控制器620(经由信号路径524)关断FET 602/604。
当按下门铃按钮时，开关控制器620接通FET 602/604(将它们的栅极电压设定为高于切断阈值的水平)，从而闭合开关601。具体地，开关控制器620可以被配置成当SSR IC600从激活开关电路系统242的控制器510接收到对应的信号(经由路径524)时闭合开关601(由于门铃按钮124已经被按下，如上文参考图2B所描述)。由于开关601闭合，开关601在节点210与211之间传导电流，从而导致蜂鸣器130被激活(例如，蜂鸣器130的螺线管132致动)，如上文参考图2B和图5所描述。
当门铃按钮被释放时(或在门铃按钮被按下后的超时期满时)，开关控制器620关断FET 602/604(将它们的栅极电压设定为低于切断阈值的水平)，从而断开开关601。具体地，开关控制器620可以被配置成当SSR IC 600从激活开关电路系统242的控制器510接收到对应信号(经由路径524)时断开开关601(由于门铃按钮124已经被释放或超时已经过去，如上面参考图2A和图2B所描述)。由于开关601断开，开关601停止在节点210与211之间传导电流，从而导致蜂鸣器130停用(例如，蜂鸣器130的螺线管132终止致动)，如上文参考图2A和图5所描述。
虽然参考图6描述的SSR IC 600仅具有一个双向FET开关，但是根据一些实施方式，SSR IC可以包括两个或更多个双向FET开关。这样的SSR IC可以实施成群组模式(gangmode)(并联)的开关。因此，在利用现有控制电路系统(例如，如下面更详细描述的数字控制电路系统630)的同时，可以实现附加的切换功能。
图7和图8是根据一些实施方式的具有两个双向FET开关601a和601b的SSR IC 700的示意图。开关中每一个具有两个FET(开关601a包括FET 602a/604a，并且开关601b包括FET 602b/604b)，并且每个开关如参考SSR IC 600中的开关601所描述的那样实施(图6)。与图6共享的特征被类似地编号，在项目编号后添加“a”或“b”以区分第一开关601a(项目编号以“a”结尾)和第二开关601b(项目编号以“b”结尾)的元件。为了简洁起见，这里不再进一步讨论与本公开中其他地方讨论的项目相对应的项目。
参考图7，根据一些实施方式，双向FET开关601a和601b两者都是外部并联耦合的。在一些实施方式中，开关302(图3)、开关402(图4)和/或开关502(图5)包括SSR IC 700的实例。换句话说，开关302(图3)、开关402(图4)和/或开关502(图5)可以由两个双向FET开关601a/601b并联实施，并由SSR IC 700中的数字控制电路系统630的单个实例控制。开关601a/601b二者都被配置成以群组模式操作，这意味着两个开关同步地断开和闭合。例如，开关控制器620b可以被配置成将FET 602b/604b的栅极电压设定为与FET 602a/604a的栅极电压水平相对应的水平(从而使得第二开关601b与第一开关601a一起断开和闭合)。
通过在SSR IC 700中包括两个双向FET开关，IC中专用于切换单个电流路径(例如，在端子A与B之间通过开关601a/601b传导电流)的空间量可以加倍，从而允许门铃220、旁路140和/或激活器240中改善的热管理。此外，群组模式配置允许SSR IC 700更加通用，因为相同的IC设计可以用于具有下面参考图8描述的配置的电路(两个开关在两个不同的电流路径中)，或者用于具有上面参考图7描述的配置的电路(两个开关在同一电流路径中)，而不需要单独的IC配置。
参考图8，双向FET开关601a和601b中的每一个在外部耦合到两个不同的电流路径。在一些实施方式中，开关402/412(图4)包括如图8中实施的SSR IC 700的实例。换句话说，开关402(图4)可以由开关601a(图8)实施，并且开关412(图4)可以由开关602b(图8)实施。开关601a/601b都由SSR IC 700中的数字控制电路系统630的单个实例控制。两个开关601a/601b被配置成独立操作，而不是以上述的群组模式配置操作。然而，即使没有群组模式，如图8中所描绘，在两个开关601a/601b之间共享SSR IC 700的数字控制电路系统630和其他测量电路系统的功能仍然是有利的。
FET技术考虑因素
如本文所描述，在门铃设备、蜂鸣器旁路设备和蜂鸣器激活设备中使用基于固态FET的开关技术提供了许多益处，包括与DC供电的门铃系统的兼容性、与可能无法处置TRIAC的电力损失的低功率AC供电的门铃系统的兼容性、与可能无法处置TRIAC的热问题的高功率AC供电的门铃系统的兼容性、减少的热生成量、与机械继电器相比增加的寿命、以及与驱动TRIAC所需的光隔离器相比增加的寿命。
然而，使用基于固态FET的开关技术需要考虑几个因素，以维持长期功能和安全性。例如，当接通和关断基于FET的开关时，需要考虑与AC信号周期相关的时序，以便保护周围的电路元件。此外，为了保护FET本身，需要考虑给定开关中两个FET中的每一个的接通/关断序列的顺序。此外，必须防止每个FET开关处的过电流、过电压和过温状况。这些考虑因素不仅适用于FET和周围的电路系统，而且如果考虑不当，还会影响门铃系统的整体性能。
参考图6至图8，下面描述的实施方式考虑了前述考虑因素。具体地，数字控制电路系统630可以被配置成管理给定开关601或601a/601b的FET的接通/关断事件的时序和序列。
在一些实施方式中，用于给定开关601、601a/601b的开关控制器620、620a/620b包括过零检测电路系统624，或者与过零检测电路系统624相关联，过零检测电路系统624被配置成感测过零事件。过零事件是AC信号波形中不存在电压的点。这样，过零检测电路系统624检测跨开关601、601a/601b(例如，节点A和B之间)的电压在任一方向上过零的时间点。在这样的实施方式中，数字控制电路系统630从过零检测电路系统624接收过零数据(例如，时序和/或检测指示)，并且管理关断事件的时序，使得FET 602/604、602a/604a、602b/604b在检测到的过零事件的阈值时间内关断(停止在节点A/B之间传导电流)。这种过零关断的目的是通过防止过电压情况(例如，由于机械蜂鸣器的电感负载中的能量积累)来保护FET。在一些实施方式中，SSR IC 600/700包括无源箝位电路(未示出)，其保持FET被激活的时间长度仅足以安全地耗散额外能量(例如，由于FET不能在精确的过零点处关断)。
在一些实施方式中，用于给定开关601、601a/601b的开关控制器620、620a/620b包括峰值检测电路系统或以其他方式与峰值检测电路系统相关联(例如，与电压/电流感测电路系统622相关联)，该峰值检测电路系统被配置成检测跨开关601、601a/601b(例如，节点A与B之间)的电压峰值。峰值检测电路系统可以基于过零电压事件(当跨开关601的电压经过0V时)之后的时间延迟来检测电压峰值。例如，对于60Hz AC电压系统，能够假设电压峰值出现在过零后约4ms。这样，峰值检测电路系统可以基于电压的频率确定跨开关601、601a/601b的电压在预定的时间延迟之后处于其峰值。在一些实施方式中，数字控制电路系统630从峰值检测电路系统接收峰值检测数据(例如，时序和/或检测指示)，并管理接通事件的时序，使得FET 602/604、602a/604a、602b/604b在检测到的电压峰值的阈值时间内接通(从而重新开始在节点A/B之间传导电流)。这种峰值接通的目的是通过最小化FET接通所需的时间量来保护FET(例如，通过立即提供相对高的栅极电压而不是斜坡上升)。如果栅极电压保持较高持续时间过长，那么切换能量可能会损坏与机械蜂鸣器相关联的电感负载。因此，在每个FET处期望峰值接通。
在一些实施方式中，开关控制器620、620a/620b包括电流/电压方向检测电路系统626或以其他方式与电流/电压方向检测电路系统626相关联，电流/电压方向检测电路系统626被配置成检测流过开关601、601a/601b的电流I的方向或跨开关601、601a/601b(节点A和B之间)的电压的相对极性。在一些实施方式中，数字控制电路系统630从电流检测电路系统626接收电流/电压方向数据，并基于该数据管理给定开关601、601a/601b的一对FET中的每一个的接通/关断排序(下面将更详细地描述)。参考图6的下半部分，每个FET 602/604、602a/604a、602b/604b本身只能够调节一个方向上的电流(例如，在一个方向上接通/切断)，因为对应的体二极管603/605允许电流在另一个方向上流动。因此，在图中描绘的配置中的两个FET 602和604的组合(串联并具有公共源极)允许开关双向调节电流。
具体地，当两个FET都接通时，交流电流I双向流动。当两个FET都关断时(现在示例性地仅参考图6的FET)，FET 602阻止从节点A到节点B的电流I，而FET 604阻止从节点B到节点A的电流I，然而，如果一个FET接通而另一个FET关断，这有可能导致体二极管中的一个开始传导，这能够触发寄生双极晶体管(BJT)。由于基极-发射极结短接在一起，BJT通常是不工作的。然而，当FET关断时，非常高的电压或电流密度能够激活寄生BJT。如果寄生BJT被激活，则FET可能被破坏，因为当寄生BJT被触发时，流过设备的高电流会产生过大的功率耗散。因此，为了防止FET被破坏，使排序正确(给定开关601中每个FET相对于另一个FET接通和关断的顺序)是重要的。由于交流电流I在其波形的每半个周期切换方向，因此数字控制电路系统630被配置成从电流流动检测电路系统626接收电流/电压方向数据，并以至少多于电流I频率两倍的速度管理每个FET的接通/关断排序。
当开关601接通且电流从节点A流向节点B时，如果FET 604首先关断，则FET 602将电流引导至FET 604的体二极管605，这可能导致FET 604的寄生BJT触发，从而破坏FET604。然而，如果FET 602首先关断，则FET 602防止电流到达FET 604的体二极管605，使得两个FET都安全。因此，当两个FET都接通并且电流从节点A流向节点B时，数字控制电路系统630被配置成使FET 602在FET 604之前关断。
当开关601接通且电流从节点B流向节点A时，如果FET 602首先关断，则FET 604将电流引导至FET 602的体二极管603，这可能导致FET 602的寄生BJT触发，从而破坏FET602。然而，如果FET 604首先关断，则FET 604防止电流到达FET 602的体二极管603，使得两个FET都是安全的。因此，当两个FET都接通并且电流从节点B流向节点A时，数字控制电路系统630被配置成使FET 604在FET 602之前关断。
当开关601关断并且节点A(FET 602的漏极)处的电压电位高于节点B(FET 604的漏极)处的电压电位时，如果FET 602首先接通，则FET 602将电流引导到FET 604的体二极管605，这可能导致FET 604的寄生BJT触发，从而破坏FET 604。然而，如果FET 604首先接通，则FET 602防止电流到达FET 604的体二极管605，使得两个FET都安全。因此，当两个FET都关断并且节点A处的电压电位高于节点B处的电压电位时，数字控制电路系统630被配置成使FET 604在FET 602之前接通。
当开关601关断并且节点B(FET 604的漏极)处的电压电位高于节点A(FET 602的漏极)处的电压电位时，如果FET 604首先接通，则FET604将电流引导到FET 602的体二极管603，这可能导致FET 602的寄生BJT触发，从而破坏FET 602。然而，如果FET 602首先接通，则FET 604防止电流到达FET 602的体二极管603，使得两个FET都安全。因此，当两个FET都关断并且节点B处的电压电位高于节点A处的电压电位时，数字控制电路系统630被配置成使FET 602在FET 604之前接通。
在一些实施方式中，数字控制电路系统630被配置成向(一个或多个)开关601、601a/601b提供过电流保护。如果给定开关601、601a/601b中的电流I超过预定电流极限，同时开关601、601a/601b接通，则数字控制电路630在下一个过零事件(当开关电流达到0的时间)处关断开关601、601a/601b(使其关电)。例如，如果电压/电流感测电路622在FETS 602/604、602a/604a、602b/604b都接通时检测到流过开关601、601a/601b的电流I的水平，并且检测到的电流水平超过过电流阈值(如由数字控制电路系统630确定)，则数字控制电路630被配置成使开关601、601a/601b关断。
在一些实施方式中，数字控制电路系统630被配置成向(一个或多个)开关601、601a/601b提供过电压保护。如果跨给定开关601、601a/601b的电压超过预定电压极限，而开关601、601a/601b接通或关断，则数字控制电路系统630在下一个过零事件处关断开关601(使其关电)。紧随开关关断事件发生的过电压可以忽略，以便允许在电感负载中能够发生的正常响铃。如果负载是高电感性的，并且当剩余电流流动时开关601被关断，则可能产生过电压状况。为此，可以将消隐期编程到数字控制电路系统630中，并且可以在关断事件之后的预定时间量(消隐期)内忽略紧随关断事件之后的过电压事件。例如，当FET 602/604、602a/604a、602b/604b接通或关断时，电压/电流感测电路系统622可以检测跨给定开关601、601a/601b的电压。数字控制电路系统630可以被配置成如果检测到的电压超过第一过电压阈值或第二过电压阈值，则关断开关601、601a/601b(使其关电)。具体地，如果检测到的电压(i)在FET 602/604、602a/604a、602b/604b已经被关断之后的第一时间段(消隐期)内超过第一过电压阈值，或者(ii)在第一时间段之后超过第二过电压阈值，第二过电压阈值低于第一过电压阈值，则数字控制电路系统630可以关断开关601、601a/601b。
在一些实施方式中，每个开关601、601a/601b与温度传感器628相关联。在这种实施方式中，开关温度必须总是低于阈值(例如，120℃)，以用于使开关接通或保持在接通状态。如果开关温度上升到阈值以上，则数字控制电路系统630被配置成在下一个过零事件处关断相关联的通道。例如，温度传感器628可以被配置成检测给定开关601、601a/601b附近的温度，并且数字控制电路系统630可以被配置成根据检测到的开关601附近的温度超过过温阈值，使得给开关601、601a/601b供电的电路系统关电。
在一些实施方式中，SSR IC 600/700包括附加组件，以便保护(一个或多个)开关和相关联的电路系统。例如，电荷泵660可以与外部电容器一起被包括，以使能量从开关601、601a/601b的低压电路系统移动。与每个开关601、601a/601b相关联的电路可以在高压隔离边界650内与SSR IC 600/700内的其他高压组件隔离。穿过边界650区域的信号可以穿过高压隔离电路系统(例如，616)。
其它
本文描述的FET的漏极和源极配置、N沟道和P沟道配置以及耗尽和增强模式的参考可以以维持类似功能的方式颠倒。另外，上文参考SSR IC描述的组件中的一个或多个组件可以替代地实施为SSR IC外部的一个或多个离散组件。
已经参照具体实施方式描述了本发明。然而，上述说明性讨论并不旨在穷举或将权利要求限制于所公开的精确形式。鉴于上述教导，许多变型是可能的。选择和描述这些实施方式是为了最好地解释操作原理和实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够实现。
各种附图以特定的顺序图示了许多元件。然而，不依赖于顺序的元素可以被重新定序，并且其他元素可以被组合或分离。虽然具体提到了一些重新定序或其他分组，但是其他重新定序或其他分组对于本领域普通技术人员来说是显而易见的，因此这里给出的定序和分组并不是备选方案的穷尽列表。
如本文所使用的：单数形式“一”、“一个”和“该”也包括复数形式，除非上下文清楚地另外指出；术语“和/或”涵盖相关联列出项目中一个或多个的所有可能组合；术语“第一”、“第二”等仅用于将一个元件与另一个元件区分开，并不限制元件本身；根据上下文，术语“如果”可以被解释为意指“当”、“依据”、“响应于”或“根据”；并且术语“包括(include、including)”、和“包含(comprise、comprising)”指定特定的特征或操作，但是不排除附加的特征或操作。

Claims (21)

1.一种门铃蜂鸣器旁路电路，包括：
第一电流输入/输出节点；
第二电流输入/输出节点；以及
固态继电器SSR集成电路，包括：
与所述第一电流输入/输出节点和所述第二电流输入/输出节点串联的第一双向场效应晶体管FET开关，所述第一双向FET开关：
包括串联的第一FET和第二FET，以及
被配置成当所述第一FET的栅极电压和所述第二FET的栅极电压低于切断阈值时，停止在所述第一电流输入/输出节点与所述第二电流输入/输出节点之间传导电流；
第一感测电路，所述第一感测电路被配置成确定流过所述第一双向FET开关的电流水平；以及
第一开关控制器，所述第一开关控制器被配置成当所述第一感测电路感测到所述电流水平满足门铃致动电流阈值时，将所述第一FET的所述栅极电压和所述第二FET的所述栅极电压设定为低于所述切断阈值的水平，使得所述第一双向FET开关停止在所述第一电流输入/输出节点与所述第二电流输入/输出节点之间传导电流。
2.根据权利要求1所述的门铃蜂鸣器旁路电路，其中：
所述门铃蜂鸣器旁路电路还包括电力转换电路；
所述SSR集成电路还包括：
第二双向FET开关，所述第二双向FET开关与所述第一电流输入/输出节点和所述电力转换电路串联，所述第二双向FET开关：
包括串联的第三FET和第四FET，以及
被配置成当所述第三FET的栅极电压和所述第四FET的栅极电压低于所述切断阈值时，停止在所述第一电流输入/输出节点与所述电力转换电路之间传导电流；以及
第二感测电路，所述第二感测电路被配置成确定跨所述第二双向FET开关的电压；以及
第二开关控制器，所述第二开关控制器被配置成将所述第三FET的所述栅极电压和所述第四FET的所述栅极电压设定为与所述第一FET的所述栅极电压和所述第二FET的所述栅极电压的水平相对应的水平；以及
所述第一开关控制器还被配置成当所述第二感测电路感测到跨所述第二双向FET开关的所述电压低于门铃释放电压阈值时，将所述第一FET的所述栅极电压和所述第二FET的所述栅极电压设定为高于所述切断阈值的水平，使得所述第一双向FET开关在所述第一电流输入/输出节点与所述第二电流输入/输出节点之间传导电流。
3.根据权利要求2所述的门铃蜂鸣器旁路电路，其中：
所述门铃蜂鸣器旁路电路被配置成经由所述第一电流输入/输出节点和所述第二电流输入/输出节点而电子耦合到门铃蜂鸣器；以及
在所述第一电流输入/输出节点与所述第二电流输入/输出节点之间的电流传导将所述门铃蜂鸣器旁路，使得所述门铃蜂鸣器终止致动。
4.根据权利要求1所述的门铃蜂鸣器旁路电路，其中：
所述SSR集成电路还包括：
第二双向FET开关，所述第二双向FET开关与所述第一双向FET开关并联，所述第二双向FET开关：
包括串联的第三FET和第四FET，以及
被配置成当所述第三FET的栅极电压和所述第四FET的栅极电压低于所述切断阈值时，停止在所述第一电流输入/输出节点与所述第二电流输入/输出节点之间传导电流；以及
第二开关控制器，所述第二开关控制器被配置成将所述第三FET的所述栅极电压和所述第四FET的所述栅极电压设定为与所述第一FET的所述栅极电压和所述第二FET的所述栅极电压的水平相对应的水平。
5.根据前述权利要求中任一项所述的门铃蜂鸣器旁路电路，其中：
所述第一开关控制器还被配置成检测在所述第一双向FET开关处的电压过零事件；以及
所述SSR集成电路还包括数字控制电路系统，所述数字控制电路系统被配置成使得所述第一FET和第二FET在检测到的过零事件的时间阈值内停止在所述第一电流输入/输出节点与所述第二电流输入/输出节点之间传导电流。
6.根据前述权利要求中任一项所述的门铃蜂鸣器旁路电路，其中：
所述第一开关控制器还被配置成检测在第一双向FET开关处的电压峰值；以及
所述SSR集成电路还包括数字控制电路系统，所述数字控制电路系统被配置成使得所述第一FET和所述第二FET在检测到的电压峰值的时间阈值内开始在所述第一电流输入/输出节点与所述第二电流输入/输出节点之间传导电流。
7.根据前述权利要求中任一项所述的门铃蜂鸣器旁路电路，其中：
所述第一开关控制器还被配置成确定流过所述第一双向FET开关的电流方向；以及
所述SSR集成电路还包括数字控制电路系统，所述数字控制电路系统被配置成：
根据确定电流正从所述第一FET流向所述第二FET，在所述第二FET关断之前使所述第一FET关断；以及
根据确定电流正从所述第二FET流向所述第一FET，在所述第一FET关断之前使所述第二FET关断。
8.根据前述权利要求中任一项所述的门铃蜂鸣器旁路电路，其中：
所述第一开关控制器还被配置成确定所述第一FET的漏极处和所述第二FET的漏极处的相对电压电位；以及
所述SSR集成电路还包括数字控制电路系统，所述数字控制电路系统被配置成：
根据确定所述第一FET的所述漏极处的电压电位高于所述第二FET的漏极处的电压电位，在所述第一FET接通之前使所述第二FET接通；以及
根据确定所述第二FET的漏极处的电压电位高于所述第一FET的漏极处的电压电位，在所述第二FET接通之前使所述第一FET接通。
9.根据前述权利要求中任一项所述的门铃蜂鸣器旁路电路，其中：
所述第一感测电路被配置成在所述第一FET和所述第二FET接通时检测流过所述第一双向FET开关的电流水平；以及
所述SSR集成电路还包括数字控制电路系统，所述数字控制电路系统被配置成根据检测到的电流水平超过过电流阈值，使得向所述第一双向FET开关供电的电路系统关电。
10.根据前述权利要求中任一项所述的门铃蜂鸣器旁路电路，其中：
所述第一感测电路被配置成在所述第一FET和第二FET关断时检测跨所述第一双向FET开关的电压；以及
所述SSR集成电路还包括数字控制电路系统，所述数字控制电路系统被配置成根据检测到的跨所述第一双向FET开关的电压的以下情况，使得向所述第一双向FET开关供电的电路系统关电：
在所述第一FET和所述第二FET已经关断之后的第一时间段内超过第一过电压阈值，或者
在所述第一时间段之后超过第二过电压阈值，所述第二过电压阈值低于所述第一过电压阈值。
11.根据前述权利要求中任一项所述的门铃蜂鸣器旁路电路，其中：
所述SSR集成电路还包括：
温度传感器，所述温度传感器被配置成检测所述第一双向FET开关附近的温度；以及
数字控制电路系统，所述数字控制电路系统被配置成根据检测到的在所述第一双向FET开关附近的温度超过过温阈值，使得向所述第一双向FET开关供电的电路系统关电。
12.一种门铃蜂鸣器激活电路，包括：
第一电流输入/输出节点；
第二电流输入/输出节点；以及
固态继电器SSR集成电路，包括：
与所述第一电流输入/输出节点和所述第二电流输入/输出节点串联的第一双向场效应晶体管FET开关，所述第一双向FET开关：
包括串联的第一FET和第二FET，以及
被配置成当所述第一FET的栅极电压和所述第二FET的栅极电压高于切断阈值时，开始在所述第一电流输入/输出节点与所述第二电流输入/输出节点之间传导电流；
控制电路系统，所述控制电路系统被配置成确定所述门铃蜂鸣器激活电路的按钮已被按下；以及
第一开关控制器，所述第一开关控制器被配置成当所述控制电路系统确定所述门铃蜂鸣器激活电路的按钮已经被致动时，将所述第一FET的所述栅极电压和所述第二FET的所述栅极电压设定为高于所述切断阈值的水平，使得所述第一双向FET开关开始在所述第一电流输入/输出节点与所述第二电流输入/输出节点之间传导电流。
13.根据权利要求12所述的门铃蜂鸣器激活电路，其中：
所述SSR集成电路还包括：
第二双向FET开关，所述第二双向FET开关与所述第一双向FET开关并联，所述第二双向FET开关：
包括串联的第三FET和第四FET，以及
被配置成当所述第三FET的所述栅极电压与所述第四FET的所述栅极电压高于所述切断阈值时，开始在所述第一电流输入/输出节点与所述第二电流输入/输出节点之间传导电流；以及
第二开关控制器，所述第二开关控制器被配置成将所述第三FET的所述栅极电压和所述第四FET的所述栅极电压设定为与所述第一FET的所述栅极电压和所述第二FET的所述栅极电压的水平相对应的水平。
14.根据权利要求12或13所述的门铃蜂鸣器激活电路，其中：
所述第一开关控制器还被配置成检测在所述第一双向FET开关处的电压过零事件；以及
所述SSR集成电路还包括数字控制电路系统，所述数字控制电路系统被配置成使得所述第一FET和第二FET在检测到的过零事件的时间阈值内停止在所述第一电流输入/输出节点与所述第二电流输入/输出节点之间传导电流。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的门铃蜂鸣器激活电路，其中：
所述第一开关控制器还被配置成检测在第一双向FET开关处的电压峰值；以及
所述SSR集成电路还包括数字控制电路系统，所述数字控制电路系统被配置成使得所述第一FET和所述第二FET在检测到的电压峰值的时间阈值内开始在所述第一电流输入/输出节点与所述第二电流输入/输出节点之间传导电流。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的门铃蜂鸣器激活电路，其中：
所述第一开关控制器还被配置成确定流过所述第一双向FET开关的电流方向；以及
所述SSR集成电路还包括数字控制电路系统，所述数字控制电路系统被配置成：
根据确定电流正从所述第一FET流向所述第二FET，在所述第二FET关断之前使所述第一FET关断；以及
根据确定电流正从所述第二FET流向所述第一FET，在所述第一FET关断之前使所述第二FET关断。
17.根据权利要求12至16中任一项所述的门铃蜂鸣器激活电路，其中：
所述第一开关控制器还被配置成确定所述第一FET的漏极处和所述第二FET的漏极处的相对电压电位；以及
所述SSR集成电路还包括数字控制电路系统，所述数字控制电路系统被配置成：
根据确定所述第一FET的所述漏极处的电压电位高于所述第二FET的漏极处的电压电位，在所述第一FET接通之前使所述第二FET接通；以及
根据确定所述第二FET的漏极处的电压电位高于所述第一FET的漏极处的电压电位，在所述第二FET接通之前使所述第一FET接通。
18.根据权利要求12至17中任一项所述的门铃蜂鸣器激活电路，其中：
所述第一感测电路被配置成在所述第一FET和所述第二FET接通时检测流过所述第一双向FET开关的电流水平；以及
所述SSR集成电路还包括数字控制电路系统，所述数字控制电路系统被配置成根据检测到的电流水平超过过电流阈值，使得向所述第一双向FET开关供电的电路系统关电。
19.根据权利要求12至18中任一项所述的门铃蜂鸣器激活电路，其中：
所述第一感测电路被配置成在所述第一FET和第二FET关断时检测跨所述第一双向FET开关的电压；以及
所述SSR集成电路还包括数字控制电路系统，所述数字控制电路系统被配置成根据检测到的跨所述第一双向FET开关的电压的以下情况，使得向所述第一双向FET开关供电的电路系统关电：
在所述第一FET和所述第二FET已经关断之后的第一时间段内超过第一过电压阈值，或者
在所述第一时间段之后超过第二过电压阈值，所述第二过电压阈值低于所述第一过电压阈值。
20.根据权利要求12至19中任一项所述的门铃蜂鸣器激活电路，其中：
所述SSR集成电路还包括：
温度传感器，所述温度传感器被配置成检测所述第一双向FET开关附近的温度；以及
数字控制电路系统，所述数字控制电路系统被配置成根据检测到的在所述第一双向FET开关附近的温度超过过温阈值，使得向所述第一双向FET开关供电的电路系统关电。
21.一种门铃系统，包括至少一个门铃按钮和至少一个门铃蜂鸣器，所述门铃系统被配置成在由用户致动所述门铃按钮时激活所述至少一个门铃蜂鸣器，所述门铃系统还包括根据权利要求1至11中任一项所述的门铃蜂鸣器旁路电路和/或根据权利要求12至20中任一项所述的门铃蜂鸣器激活电路。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024030149A1 (en) * 2022-08-01 2024-02-08 Google Llc Alternating-current power-switching device
EP4360181A1 (en) * 2022-09-13 2024-05-01 Google LLC Alternating-current power harmonic-based circuit state detection
WO2024089425A1 (en) * 2022-10-26 2024-05-02 Nicoventures Trading Limited Computing device

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3774191A (en) 1972-02-14 1973-11-20 El Sig Lab Inc Proximity alarm circuit for entrance annunciators
US6886305B2 (en) 2002-01-03 2005-05-03 Jeffrey H. Ward Residential electric door strike and installation method
US7429924B2 (en) 2005-12-02 2008-09-30 Peter Langer Automatic doorbell driver
US9619955B2 (en) 2015-02-13 2017-04-11 David L. Eichenblatt Systems and methods for facilitating package delivery or pickup
TWI634718B (zh) 2016-12-30 2018-09-01 群光電子股份有限公司 與門鈴共享電源的電子系統及其供電方法
US10819148B2 (en) * 2017-08-18 2020-10-27 Google Llc Smart-home device switching circuitry with integrated power stealing control
US10819336B2 (en) 2017-12-28 2020-10-27 Intelesol, Llc Electronic switch and dimmer
US10607458B1 (en) 2018-04-23 2020-03-31 Kuna Systems Corporation Chime control companion and communication
US10803719B1 (en) * 2019-01-07 2020-10-13 Amazon Technologies, Inc. Batteryless doorbell with energy harvesters

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