CN217769907U - 控制设备、集成电路、整流桥和固态继电器 - Google Patents

控制设备、集成电路、整流桥和固态继电器 Download PDF

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Abstract

本公开的各实施例涉及控制设备、集成电路、整流桥和固态继电器。该控制设备包括三端双向可控硅开关和第一二极管，第一二极管被串联连接在三端双向可控硅开关与该设备的第一端子之间，该设备的第一端子被配置为被连接到晶闸管的阴极栅极。控制设备的第二端子被配置为被连接到晶闸管的阳极。三端双向可控硅开关具有被连接到该设备的第三端子的栅极，该设备的第三端子被配置为接收控制信号。晶闸管是整流桥电路、浪涌电流限制电路或固态继电器电路中的一个或多个电路的组成部分。晶闸管的切换在晶闸管的第一操作象限中被实现，并且控制设备可以完全以集成电路的形式被制造。

Description

控制设备、集成电路、整流桥和固态继电器
技术领域
本公开总体上涉及控制设备，并且更具体地涉及一种电子晶闸管控制设备。
背景技术
晶闸管，也被称为可控硅整流器或SCR，由交替N型掺杂和P型掺杂的四个半导体层形成，该四个半导体层通常由硅制成。
更具体地说，晶闸管包括交替的P型掺杂层和N型掺杂层的堆叠，其中第一P型掺杂层形成晶闸管阳极，第一N型掺杂层形成晶闸管阴极，第二N型掺杂层接触第一P型掺杂层，并且第二P型掺杂层接触第一N型掺杂层。在晶闸管栅极对应于第二N型掺杂层的情况下，晶闸管被称为阳极栅极晶闸管。在晶闸管栅极对应于第二P型掺杂层的情况下，晶闸管被称为阴极栅极晶闸管。
阴极栅极晶闸管被用在许多电子设备中。出于功率效率的原因，或者换言之，为了限制这种晶闸管消耗的功率，需要阴极栅极晶闸管的触发(即受控切换到导通状态)在其第一象限中出现。在第一象限中，晶闸管通过向其栅极递送正电流而被切换到导通状态，该电流从栅极流向阴极，而晶闸管的阳极与阴极之间的电压VAK为正并且大于晶闸管阈值电压，电压VAK以晶闸管阴极为参考。
被配置为将控制信号或电流递送到晶闸管的栅极的电子晶闸管控制设备是已知的。这种控制设备被配置为接收第一控制信号，并且生成被递送到晶闸管栅极的第二控制信号。换言之，这些设备被配置为对递送到晶闸管栅极的控制信号进行整形。这种控制电路也被称为驱动器。
用于控制晶闸管(特别是阴极栅极晶闸管)的已知设备遭受各种缺点。
需要克服用于控制晶闸管(特别是阴极栅极晶闸管)的已知设备的缺点中的全部或部分缺点。
实用新型内容
阴极栅极晶闸管被用在许多电子设备中。出于功率效率的原因，或者换言之，为了限制这种晶闸管消耗的功率，需要阴极栅极晶闸管的触发(即受控切换到导通状态)在其第一象限中出现。在第一象限中，晶闸管通过向其栅极递送正电流而被切换到导通状态，该电流从栅极流向阴极，而晶闸管的阳极与阴极之间的电压为正并且大于晶闸管阈值电压，电压以晶闸管阴极为参考。用于控制晶闸管(特别是阴极栅极晶闸管)的已知设备遭受各种缺点。
在本公开的第一方面，提出了一种晶闸管控制设备，该晶闸管控制设备包括：三端双向可控硅开关；以及第一二极管，被串联连接在三端双向可控硅开关与控制设备的第一端子之间，控制设备的第一端子被配置为被连接到晶闸管的阴极栅极；并且其中控制设备的第二端子被配置为被连接到晶闸管的阳极；其中三端双向可控硅开关具有被连接到控制设备的第三端子的栅极，控制设备的第三端子被配置为接收控制信号。
在一些实施例中，第一二极管具有被耦合到控制设备的第一端子的阴极。
在一些实施例中，控制设备还被配置用于控制另一晶闸管，控制设备还包括：第四端子，被配置为被连接到另一晶闸管的阴极栅极；以及第二二极管，被串联连接在三端双向可控硅开关与第四端子之间；其中第二二极管的阴极被连接到控制设备的第四端子；并且其中控制设备的第二端子还被配置为被连接到另一晶闸管的阳极。
在一些实施例中，控制设备还包括被配置为将控制信号递送到控制设备的第三端子的电路，电路被连接到控制设备的第二端子，并且被配置为利用以控制设备的第二端子为参考的电源电势供电。
在本公开的第一方面，提出了一种集成电路，该集成电路包括根据第一方面的控制设备。
在本公开的第三方面，提出了一种整流桥，该整流桥包括：第一支路和第二支路，被并联连接在整流桥的第一内部节点与第二内部节点之间，第一内部节点被耦合到整流桥的第一输出节点；电阻器和晶闸管，被彼此并联连接在第二内部节点与整流桥的第二输出节点之间；其中晶闸管的阳极被连接到第二输出节点；以及控制设备，包括：三端双向可控硅开关；以及第一二极管，被串联连接在三端双向可控硅开关与控制设备的第一端子之间，控制设备的第一端子被配置为被连接到晶闸管的阴极栅极；并且其中控制设备的第二端子被配置为被连接到晶闸管的阳极；其中三端双向可控硅开关具有被连接到控制设备的第三端子的栅极，控制设备的第三端子被配置为接收控制信号；并且其中控制设备的第二端子被连接到第二输出节点。
在一些实施例中，整流桥还包括被配置为将控制信号递送到设备的第三端子的电路，电路被连接到整流桥的第二输出节点，并且被配置为利用以整流桥的第二输出节点为参考的电源电势供电。
在一些实施例中，第一二极管具有被耦合到控制设备的第一端子的阴极。
在本公开的第四方面，提出了一种集成电路，该集成电路包括根据第三方面的整流桥。
在本公开的第五方面，提出了一种整流桥，该整流桥包括：第一支路和第二支路，被并联连接在整流桥的第一内部节点与整流桥的第二内部节点之间；其中第一支路包括第一晶闸管，第一晶闸管包括被连接到整流桥的第一输入节点的阴极、被连接到第一内部节点的阳极；其中第二支路包括第二晶闸管，第二晶闸管包括被连接到整流桥的第二输入节点的阴极、被连接到第一内部节点的阳极；控制设备，包括：三端双向可控硅开关；以及第一二极管，被串联连接在三端双向可控硅开关与控制设备的第一端子之间，控制设备的第一端子被配置为被连接到第一晶闸管的阴极栅极；其中控制设备的第二端子被配置为被连接到第一晶闸管的阳极和第二晶闸管的阳极，并且被连接到第一内部节点；其中三端双向可控硅开关具有被连接到控制设备的第三端子的栅极，控制设备的第三端子被配置为接收控制信号；以及第二二极管，被串联连接在三端双向可控硅开关与控制设备的第四端子之间，控制设备的第四端子被配置为被连接到第二晶闸管的阴极栅极。
在一些实施例中，整流桥还包括被配置为将控制信号递送到控制设备的第三端子的电路，电路被连接到整流桥的第一内部节点，并且被配置为利用以整流桥的第一内部节点为参考的电源电势供电。
在一些实施例中，整流桥的第一支路还包括二极管，二极管具有被连接到第二内部节点的阴极，并且具有被连接到整流桥的第一输入节点的阳极；并且整流桥的第二支路还包括另一二极管，另一二极管具有被连接到第二内部节点的阴极，并且具有被连接到整流桥的第二输入节点的阳极。
在本公开的第六方面，提出了一种集成电路，该集成电路包括根据第五方面的整流桥。
在本公开的第七方面，提出了一种固态继电器，该固态继电器包括：第一晶闸管和第二晶闸管，被反并联连接在第一继电器端子与第二继电器端子之间；其中第一晶闸管的阳极被连接到第一继电器端子；以及控制设备，包括：三端双向可控硅开关；以及第一二极管，被串联连接在三端双向可控硅开关与控制设备的第一端子之间，控制设备的第一端子被配置为被连接到第一晶闸管的阴极栅极；并且其中控制设备的第二端子被配置为被连接到第一晶闸管的阳极和第一继电器端子；其中三端双向可控硅开关具有被连接到控制设备的第三端子的栅极，控制设备的第三端子被配置为接收控制信号。
在一些实施例中，继电器还包括被配置为将控制信号递送到控制设备的第三端子的电路，电路被连接到第一继电器端子，并且被配置为利用以第一继电器端子为参考的电源电势供电。
在一些实施例中，电路还被配置为：将另一控制信号递送到第二晶闸管的栅极。
在一些实施例中，另一控制信号被直接施加到第二晶闸管的栅极。
在一些实施例中，另一控制信号通过二极管被耦合到第二晶闸管的栅极。
在本公开的第八方面，提出了一种集成电路，该集成电路包括根据第七方面的固态继电器。
实施例克服了已知晶闸管控制设备的缺点中的全部或部分缺点。该控制设备的优点是：晶闸管的切换在晶闸管的第一操作象限中被实现，控制设备能够使用具有正电源的控制电路，该正电源能够在不使用电荷泵或光耦合器的情况下被获得，并且控制设备可以完全以集成电路的形式被制造。
附图说明
上述特征和优点以及其他特征和优点将参考附图，在以下通过说明而非限制的方式给出的具体实施例的描述中被详细描述，其中：
图1以电路的形式示出了包括根据实施例的晶闸管控制设备的电压整流桥的实施例；
图2以电路的形式示出了包括根据另一实施例的晶闸管控制设备的电压整流桥的另一实施例；以及
图3以电路的形式示出了包括图2的控制设备的固态继电器的实施例。
具体实施方式
在各个附图中，相同特征由相同附图标记指定。特别地，在各个实施例中间共同的结构和/或功能特征可以具有相同的附图标记并且可以布置相同的结构、尺寸和材料特性。
为了清楚起见，仅详细图示和描述了对理解本文描述的实施例有用的步骤和元件。特别地，包括至少一个晶闸管，并且更具体地包括至少一个阴极栅极晶闸管的各种当前电子设备未全部被描述，所描述的控制电路的实施例和变型与这种当前电子设备兼容。
除非另有指示，否则当提及被连接在一起的两个元件时，这表示没有导体以外的任何中间元件的直接连接，并且当提及被耦合在一起的两个元件时，这表示这两个元件可以被连接或者它们可以经由一个或多个其他元件被耦合。
在以下公开中，除非另有指示，否则当提及绝对位置修饰词(诸如术语“前”、“后”、“顶部”、“底部”、“左”、“右”等)或相对位置修饰词(诸如，术语“上方”、“下方”、“高处”、“低处”等)时，或者当提及定向的修饰词(诸如，“水平”、“垂直”等)时，指的是图中所示的定向。
除非另有指定，否则表述“约”、“近似”、“基本”和“大约”表示在10％以内，并且优选在5％以内。
一个实施例提供了一种控制设备，包括：三端双向可控硅开关；以及第一二极管，被串联连接在三端双向可控硅开关与控制设备的第一端子之间，控制设备的第一端子被配置为被连接到晶闸管的阴极栅极；并且控制设备的第二端子被配置为被连接到晶闸管的阳极；三端双向可控硅开关具有被连接到控制设备的第三端子的栅极，控制设备的第三端子被配置为接收控制信号。
根据实施例，第一二极管具有被耦合到设备的第一端子的阴极。
根据实施例，第一二极管的阴极被连接到控制设备的第一端子，控制设备还包括：第四端子，被配置为被连接到阴极门控SCR的栅极；以及第二二极管，优选地与第一二极管相同，被串联连接在三端双向可控硅开关与第四端子之间，第二二极管的阴极被连接到控制设备的第四端子，并且控制设备的第二端子还被配置为被连接到所述另一晶闸管的阳极。
根据实施例，设备还包括被配置为将控制信号递送到设备的第三端子的电路，该电路被连接到设备的第二端子，并且被配置为利用以控制设备的第二端子为参考的电源电势(优选为正)供电。
另一实施例提供了一种包括上述定义的控制设备的集成电路。
另一实施例提供了一种整流桥，包括：第一支路和第二支路，被并联连接在整流桥的第一内部节点与整流桥的第二内部节点之间，第一内部节点被耦合(优选地连接)到整流桥的第一输出节点；电阻器和晶闸管，被并联连接在第二内部节点与整流桥的第二输出节点之间，晶闸管的阳极被连接到第二输出节点；以及上述定义的控制设备，控制设备的第二端子被连接到第二输出节点，并且设备的第一端子被连接到晶闸管的阴极栅极。
根据实施例，整流桥还包括被配置为将控制信号递送到控制设备的第三端子的电路，该电路被连接到整流桥的第二输出节点，并且被配置为利用以整流桥的第二输出节点为参考的电源电势(优选为正)供电。
另一实施例提供了一种整流桥，包括：上述定义的控制设备，控制设备的第二端子被连接到整流桥的第一内部节点，第一内部节点被耦合(优选地连接)到整流桥的第一输出节点；第一晶闸管，包括被连接到整流桥的第一输入节点的阴极、被连接到第一内部节点的阳极和被连接到控制设备的第一端子的阴极栅极；以及第二晶闸管，包括被连接到整流桥的第二输入节点的阴极、被连接到第一内部节点的阳极和被连接到控制设备的第四端子的阴极栅极。
根据实施例，整流桥还包括被配置为将控制信号递送到控制设备的第三端子的电路，电路被连接到整流桥的第一内部节点，并且被配置为利用以整流桥的第一内部节点为参考的电源电势(优选为正)供电。
根据实施例，整流桥还包括：二极管，包括被连接到整流桥的第二内部节点的阴极，第二内部节点被耦合(优选地连接)到整流桥的第二输出节点，并且包括被连接到整流桥的第一输入节点的阳极；另一个二极管，包括被连接到整流桥的第二内部节点的阴极，并且包括被连接到整流桥的第二输入节点的阳极。
另一实施例提供了一种包括上述定义的整流桥的集成电路。
另一实施例提供了一种固态继电器，包括：第一晶闸管和第二晶闸管，被反并联连接在固态继电器的第一端子与固态继电器的第二端子之间，第一晶闸管的阳极被连接到固态继电器的第一端子；以及上述定义的控制设备，控制设备的第一端子被连接到第一晶闸管的阴极栅极，并且控制设备的第二端子被连接到继电器的第一端子。
根据实施例，固态继电器还包括被配置为将控制信号递送到控制设备的第三端子的电路，该电路被连接到固态继电器的第一端子，并且被配置为利用以固态继电器的第一端子为参考的电源电势(优选为正)供电。
根据实施例，控制电路还被配置为将另一个控制信号递送到第二晶闸管的栅极，优选地，控制电路的被配置为递送所述另一个控制信号的端子被连接到第二晶闸管的栅极，或通过二极管被耦合到第二晶闸管的栅极。
另一实施例提供了一种包括上述定义的固态继电器的集成电路。
图1以电路的形式示出了包括根据实施例的晶闸管控制设备2的电压整流桥1的实施例。
整流桥1包括两个输入节点100和102。整流桥1还包括两个输出节点104和106。桥1还包括被耦合到相应的节点106和节点104的两个内部节点110和112。更具体地说，在本示例中，节点110和节点112被直接连接到相应的节点106和节点104，或者换言之，节点110与节点106相同，并且节点112与节点104相同。
整流桥1包括被连接在节点100与节点110之间的阴极栅极晶闸管Th1。更具体地说，晶闸管Th1的阳极被连接到节点110，晶闸管Th1的阴极被连接到节点100。
整流桥1还包括被连接在节点102与节点110之间的阴极栅极晶闸管Th2。更具体地说，晶闸管Th2的阳极被连接到节点110，晶闸管Th2的阴极被连接到节点102。
晶闸管Th1和Th2形成整流桥1的半桥，并且更具体地为整流桥1的下半桥。
在本示例中，整流桥1还包括二极管D1和二极管D2。
二极管D1被连接在节点100与112之间。更具体地说，二极管D1的阳极被连接到节点100，二极管D1的阴极被连接到节点112。因此，在节点110与节点112之间，二极管D1被串联连接到晶闸管Th1。二极管D1和晶闸管Th1属于整流桥1的相同第一支路，该第一支路将节点110和节点112彼此耦合。
二极管D2被连接在节点102与节点112之间。更具体地说，二极管D2的阳极被连接到节点102，二极管D2的阴极被连接到节点112。因此，在节点110与节点112之间，二极管D2被串联连接到晶闸管Th2。二极管D2和晶闸管Th2属于整流桥1的相同第二支路，该第二支路将节点110和节点112彼此耦合。
二极管D1和二极管D2形成整流桥1的另一半桥，并且更具体地为桥1的上半桥。
整流桥1被配置为对施加在输入节点100与输入节点102之间的AC电压VAC进行整流。整流桥1被配置为在其输出节点104与输出节点106之间递送整流电压VRect。
实际上，两个输出节点104和106被连接到电子设备的两个电源端子。然后，节点106处于由电压VRect供电的电子设备的参考电势GND。
优选地，电容器C被连接在整流桥1的节点104与节点106之间。电容器C可以形成整流桥1的一部分或在整流桥1的外部。
设备2是晶闸管Th1的控制设备，即它被配置为控制晶闸管Th1。更准确地说，设备2被配置为接收控制信号，并且被配置为从所接收的控制信号生成另一控制信号，由设备2生成的控制信号被提供给晶闸管Th1的阴极栅极。换言之，设备2是晶闸管Th1的驱动器。
设备2包括被配置为被连接到晶闸管Th1的阳极的端子202，在图1中，端子202被连接到晶闸管Th1的阳极。在图1中，设备2包括被配置为被连接到晶闸管Th1的阴极栅极的端子204。设备2包括被配置为接收控制信号的端子206。
在设备2的端子204和端子202之间，设备2包括三端双向可控硅开关Tr和与三端双向可控硅开关Tr串联连接的二极管D3。
二极管D3被配置为：当二极管D3被反向偏置时，即当其阳极电势小于其阴极电势时，防止正电流从端子202流到端子204。此外，二极管D3被配置为：当二极管D3被正向偏置时，允许正电流从端子202流到端子204，并且防止正电流从端子204流到端子202。换言之，二极管D3其阴极被耦合到端子204，并且其阳极被耦合到端子202。
更具体地说，在该实施例中，二极管D3的阴极被连接到端子204，并且二极管D3的阳极被连接到三端双向可控硅开关Tr的第一导电端子，三端双向可控硅开关Tr的第二导电端子被连接到端子202。此外，三端双向可控硅开关Tr的栅极被连接到设备2的端子206。
在该实施例中，设备2也是晶闸管Th2的控制设备，即也被配置为控制晶闸管Th2。更准确地说，设备2被配置为将控制信号递送到晶闸管Th2的阴极栅极，然后，由设备2从在其端子206上接收的控制信号来生成控制信号。换言之，设备2是晶闸管Th2的驱动器。
接着，设备2包括被配置为被连接到晶闸管Th2的阴极栅极的附加端子208，在图1中，端子208被连接到晶闸管Th2的阴极栅极。设备2还包括二极管D4，二极管D4优选与二极管D3相同。二极管D4被配置为：当二极管D4被反向偏置时，防止正电流从端子202流到端子208。此外，二极管D4被配置为：当二极管D4被正向偏置时，允许正电流从端子202流到端子208，并且防止正电流从端子208流到端子202。换言之，二极管D4其阴极被耦合到端子208，并且其阳极被耦合到端子202。
更具体地说，在该实施例中，二极管D4与三端双向可控硅开关Tr串联连接。接着，二极管D4的阴极被连接到端子208，并且二极管D4的阳极被连接到三端双向可控硅开关Tr的第一导电端子。
在图1中，设备2的端子206被连接到控制电路3的端子300(框CTRL)。例如，电路3是微控制器，端子300是微控制器的输出端子。电路3被配置为将控制信号递送到设备2的端子206。
电路3被连接到设备2的端子202，即被连接到晶闸管Th1的阳极。实际上，电路3被配置为利用以端子202的电势为参考的正电源电势Vcc供电。因此，电路3被连接到电势Vcc的施加节点。作为示例，电势Vcc是利用电压转换电路(例如，降压电压转换器或电容性电压转换器)从电压VRect获得的，使得该电压转换电路具有被耦合到端子202的端子。应当注意的是，如果整个桥已经启动，则降压转换工作，并且当Vcc仍然不可用时，如果存在具有电阻器(热敏电阻)的另一路径到达回路中性线，则该方法适用。否则，外部辅助电源被直接连接到中性线。
电路3可以形成设备2的一部分或在设备2的外部。更一般地说，电路3可以形成整流桥1的一部分或在整流桥1的外部。
在操作中，当电压VAC使得节点100的电势大于节点102的电势时，二极管D1和D2分别导通和关断。另外，晶闸管Th2的阳极与阴极之间的电压VAK2为正，并且晶闸管Th1的阳极与阴极之间的电压VAK1为负，继而晶闸管Th1关断。当电路3将控制信号递送到端子206时，即当导通电流(在本示例中为正)被递送到三端双向可控硅开关Tr的栅极时，三端双向可控硅开关Tr导通。作为示例，为了提供导通电流，电路3的端子300提供以端子202为参考的正电压脉冲，该电压脉冲通过将端子300耦合到端子206的电阻器(未示出)被转换为电流脉冲。三端双向可控硅开关Tr的导通导致正电流流过三端双向可控硅开关Tr，从端子202流向端子204和端子208。由于节点100的电势大于节点102的电势，因此二极管D3被反向偏置并且关断。流过三端双向可控硅开关Tr的电流然后流过正向偏置二极管D4，一直到端子208。因此，该正电流被提供给晶闸管Th2的阴极栅极，晶闸管Th2切换到导通状态。
当节点100的电势减小并且接近节点102的电势，变为等于节点102的电势时，由于节点100与节点102之间的电压变为零的事实，晶闸管Th2和三端双向可控硅开关Tr切换到关断状态。
为了简化对桥1和设备2的操作的上述描述，二极管、晶闸管和三端双向可控硅开关的阈值电压已被忽略。当考虑到这些阈值电压时，推断桥1和设备2的操作将在本领域技术人员的能力范围内。
此外，在节点102的电势大于节点100的电势的情况下，确定桥1和设备2的操作将在本领域技术人员的能力范围内，该操作与上文在节点100的电势大于节点102的电势的情况下描述的操作对称。特别地，在节点102的电势大于节点100的电势情况下，由于晶闸管Th2的电压VAK2为负的事实，二极管D4被反向偏置，并且晶闸管Th2关断。因此，当由电路3递送的控制信号被设备2的端子206接收并且三端双向可控硅开关Tr切换到导通状态时，从端子202流过三端双向可控硅开关Tr的正电流被递送到晶闸管Th1的阴极栅极，由于其电压VAK1为正的事实，晶闸管Th1切换到导通状态。
选择二极管D3和二极管D4使得它们具有足够的击穿电压(相对于电压VAC的振幅和/或节点100与节点102之间可能的过电压，这种过电压例如由节点100与节点102之间的静电放电引起)也在本领域技术人员的能力范围内。
设备2的优点是，晶闸管Th1和晶闸管Th2的切换分别在晶闸管Th1和晶闸管Th2的第一操作象限中被实现。
设备2的优点是，当晶闸管Th1或晶闸管Th2关断时(因为其电压VAK1或VAK2为负，这是由于二极管D3或二极管D4关断(反向偏置)的事实)，流过晶闸管Th1和晶闸管Th2的阴极栅极的漏电流比在没有二极管D3和二极管D4的情况下可能流过的漏电流(例如，这种漏电流此时大约为100μA)低得多，例如至少低10倍或100倍。
设备2的优点是，电路3不需要知道电压VAC的极性，即不需要知道节点100的电势是大于还是小于节点102的电势。实际上，对于电路3来说，检测电压VAC的每个过零点就足够了。在每次检测到过零点之后，电路3然后将控制信号递送到设备2的端子206，并且只有正确的晶闸管Th1或晶闸管Th2，即具有正电压(分别为VAK1或VAK2)的晶闸管Th1或晶闸管Th2切换到导通状态。
设备2的优点是，晶闸管Th1和晶闸管Th2不能同时导通，即使电路3递送单个控制信号。
设备2的优点是，控制电路3递送单个控制信号来控制两个晶闸管Th1和晶闸管Th2，这使得能够使用电路3(例如微控制器)的单个输出端子。
设备2的优点是，它使得能够使用具有正电源Vcc的控制电路3，该正电源Vcc能够在不使用电荷泵或光耦合器的情况下被获得。
设备2的优点是，电路3的正电源Vcc可以直接以地GND节点106为参考。
设备2的优点是，它可以完全以集成电路的形式被制造，并且更一般地说，它使得能够完全以集成电路的形式形成桥1。
设备2的优点是，三端双向可控硅开关Tr可以被缩放，使得被施加到其栅极的正电流具有相对较低的值，例如小于或等于大约0.1A，或者甚至小于10mA就足以使其导通。例如，这使得电路3能够通过微控制器来被实现，因为知道微控制器只能递送具有相对低值的电流。
设备2的优点是，二极管D3和二极管D4以及三端双向可控硅开关Tr的阈值电压对晶闸管Th1和晶闸管Th2的控制部分有影响，但对晶闸管Th1和晶闸管Th2的功率部分没有影响。换言之，除了阈值部件Th1、Th2、D1和D2之外，设备2使得能够避免使用阈值部件，该阈值部件将被串联连接到包括晶闸管Th1的桥1的支路中的晶闸管Th1或将被串联连接到包括晶闸管Th2的桥1的支路中的晶闸管Th2，这会降低桥1的效率。
可以设计成将二极管D1和二极管D2的位置与晶闸管Th1和晶闸管Th2的位置反转。然而，为了向晶闸管Th1和晶闸管Th2中的一个或另一个的栅极递送正导通电流，以便在其第一象限中导通晶闸管，此时应当提供例如通过隔离变压器或通过光耦合器隔离的隔离电源，其向桥1的节点112递送正电势参考。
也可以设计成利用被控制成在其第一象限中导通的阳极栅极晶闸管来代替阴极栅极晶闸管Th1和Th2。然而，不可能以集成形式制造在第一象限中导通的这种阳极栅极晶闸管，而根据实施例，桥1形成集成电路的一部分。
此外，利用被控制成在其第一象限中导通的阳极栅极晶闸管来代替阴极栅极晶闸管Th1和Th2，将需要提供以阳极栅极晶闸管的阳极为参考的负电势源，这是不期望的。
已经描述了能够控制桥1的两个晶闸管Th1和Th2的设备2的实施例。在未示出的备选实施例中，设备2包括与附加二极管D4串联的附加三端双向可控硅开关，附加三端双向可控硅开关其栅极被连接到设备2的端子206。
图2以电路的形式示出了包括根据另一实施例的晶闸管控制设备2’的电压整流桥1’的另一实施例。
这里，仅突出了桥1与桥1’之间的差异以及设备2与设备2’之间的差异。
与桥1一样，桥1’包括在节点110与节点112之间并联连接的两个支路。
然而，在该示例中，在桥1’的第一支路中，晶闸管Th1被二极管D5代替，然后二极管D1与二极管D5串联。更具体地说，二极管D5的阴极被连接到节点100，并且二极管D5的阳极被连接到节点110。类似地，在桥1’的第二支路中，晶闸管Th2被二极管D6代替，然后二极管D2与二极管D6串联。更具体地说，二极管D6的阴极被连接到节点102，二极管D6的阳极被连接到节点110。
桥1’与桥1的不同之处还在于节点110未被连接到节点106。实际上，在该实施例中，在节点110与节点106之间，桥1’包括与阴极栅极晶闸管Th3并联连接的电阻器R。晶闸管Th3的阳极被连接到节点106，晶闸管Th3的阴极被连接到节点110。
桥1’包括晶闸管Th3的控制设备2’，即设备2’被配置为控制晶闸管Th3。更准确地说，设备2’被配置为接收控制信号，并且从所接收的控制信号生成另一控制信号，由设备2’生成的控制信号被提供给晶闸管Th3的阴极栅极。换言之，设备2’是晶闸管Th3的驱动器。
设备2’与设备2(图1)的不同之处在于，它既不包括二极管D4，也不包括端子208。实际上，在该实施例中，设备2’控制单个晶闸管Th3，不像设备2，设备2控制两个晶闸管Th1和Th2。
因此，与设备2一样，设备2’包括：端子202，被配置为耦合到晶闸管Th3的阳极，在图2中，端子202连接到晶闸管Th3的阳极；端子204，被配置为被连接到晶闸管Th3的阴极栅极；以及端子206，被配置为接收控制信号。
设备2’包括被串联连接在设备2的端子204与端子202之间的三端双向可控硅开关Tr和二极管D3，三端双向可控硅开关Tr的栅极被连接到设备2的端子206。二极管D3被配置为确保与设备2中一样的功能。
在该示例中，二极管D3的阴极被连接到端子204，并且二极管D3的阳极被连接到三端双向可控硅开关Tr的第一导电端子，三端双向可控硅开关Tr的第二导电端子连接到端子202。在未示出的另一示例中，二极管D3的阳极连接到端子202，并且三端双向可控硅开关Tr连接在二极管D3的阴极和端子204之间。
与图1中一样，设备2’的端子206连接到电路3的端子300，端子300被配置为将控制信号递送到设备2的端子206。此外，电路3连接到设备2’的端子202，即连接到晶闸管Th3的阳极，并且被配置为利用以端子202的电势为参考的电源电势Vcc供电。
电路3可以形成设备2’的一部分或者在设备2’的外部，并且更一般地说，电路3可以形成整流桥1’的一部分或者在整流桥1’的外部。
晶闸管Th3和电阻器R的并联连接形成旁路电路。当电容器C放电时，该电路使得能够通过使晶闸管Th3处于关断状态来限制浪涌电流。因此，电容器充电以时间常数Rv*Cv被执行，其中Rv和Cv示出相应部件R和C的电阻值和电容值。一旦电容器C被充分充电，晶闸管Th3就切换到导通状态，以避免可能的电阻器R过热的现象，过热的现象导致桥1’的修改和其效率的降低。由于节点106的电势大于节点110的电势，即晶闸管Th3的电压VAK3为正，晶闸管Th3切换到导通状态是由于电路3向设备2’的端子206递送控制信号，控制信号例如是以端子202为参考的正电势的脉冲。控制信号到端子206的递送引起三端双向可控硅开关Tr的导通，并且引起由设备2’将正电流递送到晶闸管Th3的阴极栅极。
根据实施例，设备2’或者甚至整个桥1’形成集成电路的一部分。
除了与同时控制两个晶闸管相关的优点以外，设备2’具有与设备2相同的优点。
图1和图2的实施例可以被组合，即整流桥不仅包括晶闸管Th1和晶闸管Th2及其控制设备2，还包括与由设备2’控制的晶闸管Th3并联的电阻器R。
此外，旁路电路和控制设备2’的组件可以与除整流桥之外的电路相关联，以限制电容器的浪涌电流。
图3以电路的形式示出了包括图2的设备2’的固态继电器4的实施例。
继电器4包括两个端子400和402，并且包括反并联连接在端子400与端子402之间的两个阴极栅极晶闸管Th4和Th5。在该示例中，晶闸管Th4的阳极被耦合(优选地连接)到端子400，晶闸管Th4的阴极被耦合(优选地连接)到端子402，并且对称地，晶闸管Th5的阳极被耦合(优选地连接)到端子402，晶闸管Th4的阴极被耦合(优选地连接)到端子400。
继电器4包括关于图2描述的设备2’。端子204被连接到晶闸管Th5的栅极，端子202被连接到晶闸管Th5的阳极，即在图3的示例中被连接到端子402。
继电器4还包括电路3，电路3其端子300被连接到端子206，以将控制信号递送到设备2’。此外，电路3被连接到设备2’的端子202，即被连接到晶闸管Th5的阳极，并且被配置为利用以端子202的电势为参考的电源电势Vcc供电。作为示例，电势Vcc由切换电源提供，该切换电源在其输入与其输出之间包括电隔离，这种电源通常被称为反激电源。根据另一示例，继电器4属于包括功率因数校正(PFC)电路的电子设备，电势Vcc由PFC电路的电感的附加绕组生成。在控制和线路不需要隔离的情况下，电压Vcc也可以以线路为参考，这产生更加简单的解决方案。
根据实施例，电路3还被配置为将控制信号递送到晶闸管Th4。电路3则包括被耦合(优选地连接)到晶闸管Th4的阴极栅极的端子301。
在实施例中，端子301可以通过二极管(可选)被耦合到晶闸管Th4的栅极，该二极管被配置为使得：当二极管被反向偏置时，即当晶闸管Th4的电压VAK4为负时，正电流不从端子301流到晶闸管的栅极。该二极管则将其阳极连接到电路3的端子301。当电压VAK4为负时，该二极管使得能够经由晶闸管Th4的栅极来限制电流泄漏。在节点300和节点301连接在一起的情况下，二极管将是必要的。
电路3可以形成设备2’的一部分或在设备2’的外部，并且更一般地说，电路3可以形成继电器4的一部分或可以在整流器4的外部。
根据实施例，继电器4形成集成电路的一部分。
继电器4操作如下。当端子402的电势大于端子400的电势时，晶闸管Th5的电压VAK5为正，并且晶闸管Th4的电压VAK4为负，晶闸管Th4关断。如果电路3将控制信号递送到设备2’的端子206，则三端双向可控硅开关Tr导通，并且正电流被递送到晶闸管Th5的栅极，晶闸管Th5导通。当端子402的电势小于端子400的电势时，晶闸管Th4的电压VAK4为正，并且晶闸管Th5的电压VAK5为负，晶闸管Th5关断。如果电路3将控制信号递送到晶闸管Th4的栅极，则晶闸管Th4导通。
虽然设备2’被用来控制继电器4的晶闸管Th5，而不是控制电压整流桥的晶闸管(诸如，例如关于图2描述的旁路电路的晶闸管Th3)，但它具有设备2的那些优点相同的优点。
已经描述了各种实施例和变型。本领域技术人员将理解，这些各种实施例和变型的某些特征可以被组合，并且本领域技术人员将想到其他变型。特别地，利用诸如晶体管、晶闸管或三端双向可控硅开关的其他阈值元件来代替桥1的二极管D1和二极管D2将在本领域技术人员的能力范围内。特别地，利用诸如晶体管、晶闸管或三端双向可控硅开关的其他阈值元件来代替桥1’的二极管D1和二极管D2将在本领域技术人员的能力范围内。
另外，使用设备2或设备2’来控制晶闸管不限于晶闸管属于电压整流桥的下半桥、属于电压整流桥旁路电路或属于固态继电器的情况。
最后，基于上文给出的功能指示，所描述的实施例和变型的实际实施方式在本领域技术人员的能力范围内。特别地，选择二极管D3和二极管D4和/或三端双向可控硅开关Tr，特别是根据它们的阈值电压和/或根据它们的击穿电压进行选择，在本领域技术人员的能力范围内。

Claims (19)

1.一种控制设备，其特征在于，包括：
三端双向可控硅开关；以及
第一二极管，被串联连接在所述三端双向可控硅开关与所述控制设备的第一端子之间，所述控制设备的所述第一端子被配置为被连接到晶闸管的阴极栅极；并且
其中所述控制设备的第二端子被配置为被连接到所述晶闸管的阳极；
其中所述三端双向可控硅开关具有被连接到所述控制设备的第三端子的栅极，所述控制设备的所述第三端子被配置为接收控制信号。
2.根据权利要求1所述的控制设备，其特征在于，所述第一二极管具有被耦合到所述控制设备的所述第一端子的阴极。
3.根据权利要求2所述的控制设备，其特征在于，还被配置用于控制另一晶闸管，所述控制设备还包括：
第四端子，被配置为被连接到所述另一晶闸管的阴极栅极；以及
第二二极管，被串联连接在所述三端双向可控硅开关与所述第四端子之间；
其中所述第二二极管的所述阴极被连接到所述控制设备的所述第四端子；并且
其中所述控制设备的所述第二端子还被配置为被连接到所述另一晶闸管的阳极。
4.根据权利要求1所述的控制设备，其特征在于，还包括被配置为将所述控制信号递送到所述控制设备的所述第三端子的电路，所述电路被连接到所述控制设备的所述第二端子，并且被配置为利用以所述控制设备的所述第二端子为参考的电源电势供电。
5.一种集成电路，其特征在于，包括根据权利要求1所述的控制设备。
6.一种整流桥，其特征在于，包括：
第一支路和第二支路，被并联连接在所述整流桥的第一内部节点与第二内部节点之间，所述第一内部节点被耦合到所述整流桥的第一输出节点；
电阻器和晶闸管，被彼此并联连接在所述第二内部节点与所述整流桥的第二输出节点之间；
其中所述晶闸管的阳极被连接到所述第二输出节点；以及
控制设备，包括：
三端双向可控硅开关；以及
第一二极管，被串联连接在所述三端双向可控硅开关与所述控制设备的第一端子之间，所述控制设备的所述第一端子被配置为被连接到所述晶闸管的阴极栅极；并且
其中所述控制设备的第二端子被配置为被连接到所述晶闸管的阳极；
其中所述三端双向可控硅开关具有被连接到所述控制设备的第三端子的栅极，所述控制设备的所述第三端子被配置为接收控制信号；并且
其中所述控制设备的所述第二端子被连接到所述第二输出节点。
7.根据权利要求6所述的整流桥，其特征在于，还包括被配置为将控制信号递送到所述设备的所述第三端子的电路，所述电路被连接到所述整流桥的所述第二输出节点，并且被配置为利用以所述整流桥的所述第二输出节点为参考的电源电势供电。
8.根据权利要求6所述的整流桥，其特征在于，所述第一二极管具有被耦合到所述控制设备的所述第一端子的阴极。
9.一种集成电路，其特征在于，包括根据权利要求6所述的整流桥。
10.一种整流桥，其特征在于，包括：
第一支路和第二支路，被并联连接在所述整流桥的第一内部节点与所述整流桥的第二内部节点之间；
其中所述第一支路包括第一晶闸管，所述第一晶闸管包括被连接到所述整流桥的第一输入节点的阴极、被连接到所述第一内部节点的阳极；
其中所述第二支路包括第二晶闸管，所述第二晶闸管包括被连接到所述整流桥的第二输入节点的阴极、被连接到所述第一内部节点的阳极；
控制设备，包括：
三端双向可控硅开关；以及
第一二极管，被串联连接在所述三端双向可控硅开关与所述控制设备的第一端子之间，所述控制设备的所述第一端子被配置为被连接到所述第一晶闸管的阴极栅极；
其中所述控制设备的第二端子被配置为被连接到所述第一晶闸管的阳极和所述第二晶闸管的阳极，并且被连接到所述第一内部节点；
其中所述三端双向可控硅开关具有被连接到所述控制设备的第三端子的栅极，所述控制设备的所述第三端子被配置为接收控制信号；以及
第二二极管，被串联连接在所述三端双向可控硅开关与所述控制设备的第四端子之间，所述控制设备的所述第四端子被配置为被连接到所述第二晶闸管的阴极栅极。
11.根据权利要求10所述的整流桥，其特征在于，还包括被配置为将控制信号递送到所述控制设备的所述第三端子的电路，所述电路被连接到所述整流桥的所述第一内部节点，并且被配置为利用以所述整流桥的所述第一内部节点为参考的电源电势供电。
12.根据权利要求10所述的整流桥，其特征在于：
所述第一支路还包括二极管，所述二极管具有被连接到所述第二内部节点的阴极，并且具有被连接到所述整流桥的所述第一输入节点的阳极；并且
所述第二支路还包括另一二极管，所述另一二极管具有被连接到所述第二内部节点的阴极，并且具有被连接到所述整流桥的所述第二输入节点的阳极。
13.一种集成电路，其特征在于，包括根据权利要求10所述的整流桥。
14.一种固态继电器，其特征在于，包括：
第一晶闸管和第二晶闸管，被反并联连接在第一继电器端子与第二继电器端子之间；
其中所述第一晶闸管的阳极被连接到所述第一继电器端子；以及
控制设备，包括：
三端双向可控硅开关；以及
第一二极管，被串联连接在所述三端双向可控硅开关与所述控制设备的第一端子之间，所述控制设备的所述第一端子被配置为被连接到所述第一晶闸管的阴极栅极；并且
其中所述控制设备的第二端子被配置为被连接到所述第一晶闸管的阳极和所述第一继电器端子；
其中所述三端双向可控硅开关具有被连接到所述控制设备的第三端子的栅极，所述控制设备的所述第三端子被配置为接收控制信号。
15.根据权利要求14所述的继电器，其特征在于，还包括被配置为将控制信号递送到所述控制设备的所述第三端子的电路，所述电路被连接到所述第一继电器端子，并且被配置为利用以所述第一继电器端子为参考的电源电势供电。
16.根据权利要求15所述的继电器，其特征在于，所述电路还被配置为：将另一控制信号递送到所述第二晶闸管的所述栅极。
17.根据权利要求16所述的继电器，其特征在于，所述另一控制信号被直接施加到所述第二晶闸管的所述栅极。
18.根据权利要求16所述的继电器，其特征在于，所述另一控制信号通过二极管被耦合到所述第二晶闸管的所述栅极。
19.一种集成电路，其特征在于，包括根据权利要求14所述的固态继电器。
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