專利名稱：用于開關(guān)和/或調(diào)節(jié)負(fù)載的電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種按權(quán)利要求I前序部分所述用于開關(guān)和/或調(diào)節(jié)負(fù)載的電路。
背景技術(shù)：
在建筑物布線技術(shù)的框架內(nèi)存在各種各樣的電氣布線系統(tǒng)，以便控制電負(fù)載的能量供給。在一種廣泛使用的布線系統(tǒng)中，負(fù)載的供電線路內(nèi)布置布線設(shè)備，通過所述布線設(shè)備，負(fù)載可以直接地并且按照極其不同的標(biāo)準(zhǔn)手動(dòng)地或自動(dòng)地受控制。布線設(shè)備內(nèi)可以布置如下電路，所述電路用于開關(guān)或調(diào)節(jié)交流電網(wǎng)內(nèi)的負(fù)載(例如白熾燈和其他照明器具)。操縱傳感器的操作在布線設(shè)備內(nèi)通過開關(guān)元件并且通過與開關(guān)元件功能上連接的電子器件轉(zhuǎn)換到為負(fù)載相應(yīng)產(chǎn)生的電平內(nèi)。這種類型的電路功能上必須這樣設(shè)計(jì)，使得外圍的相互作用得到抑制。這種要求 公知為電磁兼容性。在此，一方面需要足夠的去干擾，以便不影響處于周圍環(huán)境中的電氣設(shè)備的運(yùn)行。另一方面，值得追求的是，保護(hù)這種電路的敏感器件以防電氣不規(guī)則性(峰值)和干擾量。兩個(gè)要求的滿足是高消耗的，并且導(dǎo)致復(fù)雜的、通?？臻g密集的電路結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種用于開關(guān)和/或調(diào)節(jié)負(fù)載的電路，該電路可靠抑制外圍的相互作用并簡(jiǎn)化其電路結(jié)構(gòu)。該目的通過權(quán)利要求I中給出的特征得以實(shí)現(xiàn)。有利的設(shè)計(jì)由說明書、附圖和從屬權(quán)利要求得出。依據(jù)權(quán)利要求1，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，提供了用于開關(guān)和/或調(diào)節(jié)交流電網(wǎng)中負(fù)載的、便利的和可靠的電路，該電路在改進(jìn)電路結(jié)構(gòu)的同時(shí)，既使得外部設(shè)備的影響最小化，也針對(duì)外部的影響受保護(hù)。一方面可以保證所需的、無(wú)線電干擾電壓的特征值，而另一方面防止電路器件(特別是晶體管)被過電壓、過電流、短路等損壞。在開關(guān)過程中，對(duì)無(wú)線電干擾電壓的標(biāo)準(zhǔn)所要求的特征值可以得到遵守，其中，通過電路技術(shù)上有利的措施可以改進(jìn)電路參數(shù)和電路結(jié)構(gòu)。作為無(wú)線電干擾電壓的重要影響變量的開關(guān)脈沖的邊沿陡度可以得到優(yōu)化，其中，額外地，減少開關(guān)元件的自損耗或自發(fā)熱。為進(jìn)行脈沖造型，晶體管形式的開關(guān)元件的控制通過具有如下電容器(米勒電路)的RC-網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行，該電容器與晶體管的很強(qiáng)烈地依賴于電壓的柵極-漏極段相并聯(lián)。由此可以減少?gòu)?qiáng)烈波動(dòng)的柵極-漏極電容對(duì)邊沿陡度的影響，從而降低的邊沿陡度將無(wú)線電干擾電壓降到允許的極限值以下。體積龐大的并且開關(guān)時(shí)在開關(guān)元件內(nèi)產(chǎn)生額外損耗的、與電路并聯(lián)地布置的、額外的電容器因此變得多余。電路的電氣器件可以有利地針對(duì)過電壓和過電流受保護(hù)。常用的保護(hù)元件(如與電路并聯(lián)布置的并且將電能導(dǎo)出到外部元件中的可變電阻)適合于在負(fù)載的斷開狀態(tài)中的過電壓情況下保護(hù)晶體管。此外，通過器件(如Z二極管)，可以針對(duì)正的以及負(fù)的峰值電壓保護(hù)晶體管的柵極-源極段。此外，二極管在網(wǎng)絡(luò)上快速的正干邊沿的情況下可以防止晶體管通過額外的電容器上的箝位電路進(jìn)行的晶體管的偏置導(dǎo)通。在負(fù)載接通狀態(tài)下的過電流情況下，與比較器連接的電流傳感電阻通常用于在超過閾值時(shí)斷開晶體管。鑒于晶體管的降低了的最大允許脈沖損耗功率(IOkW),通過比較器或處理器進(jìn)行的通常的斷開由于反應(yīng)時(shí)間過慢而不再可用。重要的可能性是在幾微秒內(nèi)可以斷開晶體管。依據(jù)本發(fā)明，在此方面模仿晶體管的脈沖熱阻(熱時(shí)間常數(shù))的時(shí)間分布。這樣可以測(cè)量出現(xiàn)的損耗功率，并且依賴于所吸收的能量在時(shí)間上延遲斷開晶體管。由此晶體管在造成聞?chuàng)p耗功率的聞電流和聞電壓情況下可以盡可能迅速斷開。相反，在已開通的具有低損耗功率的晶體管內(nèi)的高電流的情況下可以接受延長(zhǎng)斷開。為此可以利用乘法器、RC網(wǎng)絡(luò)和比較器(基準(zhǔn)值)。在此方面產(chǎn)生電壓信息并且與第一電阻上的電流信息相乘。關(guān)于該瞬間損耗功率的信息可以輸送到比較及觸發(fā)級(jí)，所述比較及觸發(fā)級(jí)在超越閾值電壓的情況下阻斷晶體管。乘法器也可以通過如下電路補(bǔ)充，該 電路將電流在低電壓情況下限制在晶體管允許的數(shù)值上。有利地，斷開條件的趨近可以通過線性電阻網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生，并且額外的保護(hù)通過溫度依賴的斷開閾值產(chǎn)生。為將硬件方面的開支保持得很低，脈沖熱阻的模仿限制在幾個(gè)至幾百個(gè)μ s范圍內(nèi)的很短時(shí)間的建模上。這種方法更加簡(jiǎn)單，這是因?yàn)樵摲椒ㄊ∪チ烁呦牡某朔ㄆ?，而且有利，這是因?yàn)樵摲椒ㄍ瑫r(shí)在小電壓下不允許任意大的電流。電壓信息在此方面由電阻分壓器產(chǎn)生并與第一電阻上的電流信息相加。該信息可以在通過電容器進(jìn)行的濾波后輸送到比較及觸發(fā)級(jí)，所述比較及觸發(fā)級(jí)在超越閾值電壓的情況下阻斷晶體管?；鶚O-發(fā)射極閾值電壓的溫度依賴性是有利的，所述溫度依賴性在環(huán)境溫度較高的情況下將斷開向低電流推移。雖然晶體管在連續(xù)存在干擾的情況下也以反復(fù)接通防止損毀，但平均損耗功率上升到高于正常運(yùn)行中的損耗功率，并且晶體管可以通過上級(jí)控制裝置(調(diào)節(jié)器的微處理器)斷開或以更大的占空比(例如每100ms)接通。依據(jù)本發(fā)明的布線系統(tǒng)的有利的應(yīng)用領(lǐng)域可以存在于照明控制或百葉窗控制的領(lǐng)域中。


本發(fā)明的其他細(xì)節(jié)、特征和優(yōu)點(diǎn)由借助附圖的、對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的隨后的說明得出。其中圖I示意性地示出公知的電路；圖2示意性地示出依據(jù)本發(fā)明的電路的截取圖；和圖3示意性地示出另外的依據(jù)本發(fā)明電路的截取圖。相同的和作用相同的部件在后面的說明書中配有相同的附圖標(biāo)記。
具體實(shí)施例方式下面借助實(shí)施例對(duì)依據(jù)本發(fā)明的電路的結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行詳細(xì)說明。該電路用于開關(guān)和/或調(diào)節(jié)交流電網(wǎng)2上的負(fù)載1(例如白熾燈和其他照明器具)。作為二線制開關(guān)(串聯(lián)中的調(diào)節(jié)器和負(fù)載)的基本聯(lián)接在圖I中示出。晶體管Ml和M2形式的兩個(gè)開關(guān)元件與低歐姆傳感電阻Rl的串聯(lián)電路處在與負(fù)載I的串聯(lián)中，該傳感電阻并聯(lián)可變電阻形式的過電壓保護(hù)元件U1。因?yàn)檫@種常用電路關(guān)于兩個(gè)晶體管Ml和M2對(duì)稱地構(gòu)建，所以圖2中僅示出該電路的(晶體管Ml周圍的)半部，所述電路的半部適用于晶體管M2。下面所給出的電路連接用于在正常運(yùn)行中達(dá)到無(wú)線電干擾電壓所要求的特征值，并且在受干擾運(yùn)行中防止晶體管Ml受到過電壓、過流、短路等的損壞。在正常運(yùn)行中，晶體管Ml的柵極被通過由電容器C1、C2和電阻R2、R3組成的第一RC網(wǎng)絡(luò)利用Vl如此“緩慢地”控制，使得開關(guān)脈沖的下降了的邊沿陡度將無(wú)線電干擾電壓降到允許的極限值以下。在此，重要的特別是電容器Cl，該電容器依據(jù)米勒電路作為晶體管Ml的很強(qiáng)烈地依賴于電壓的柵極-漏極段的并聯(lián)電容可以減少邊沿陡度的波動(dòng)。與體 積龐大的并且開關(guān)時(shí)在晶體管Ml、M2內(nèi)產(chǎn)生額外損耗的可變電阻Ul并聯(lián)的額外電容器因此變得多余。為在斷開狀態(tài)下保護(hù)晶體管M1，圖2示出如(例如為了在230V網(wǎng)絡(luò)上的800V-晶體管的情況下使用的275V型)可變電阻Ul這種常用的保護(hù)元件和針對(duì)正的以及負(fù)的峰值電壓保護(hù)柵極-源極段的保護(hù)二極管Dl。在交流電網(wǎng)2上快速的正干擾邊沿的情況下，二極管D3防止通過電容器C2上的箝位電路進(jìn)行的晶體管Ml的偏置導(dǎo)通。在接通狀態(tài)下，現(xiàn)有技術(shù)中，與比較器連接的電流傳感電阻Rl用于在超過閾值時(shí)斷開晶體管Ml。但在圖2中，出現(xiàn)的損耗功率(P=U*I)的重新調(diào)整的平均值利用乘法器4和第二RC網(wǎng)絡(luò)5形成，通過比較器U2與基準(zhǔn)值進(jìn)行比較，并且用于斷開晶體管Ml。由于該電路部分8，晶體管Ml在造成高損耗功率的高電流和高電壓情況下可以盡可能迅速地?cái)嚅_。相反，在已開通的晶體管Ml內(nèi)的、具有低損耗功率的高電流的情況下延長(zhǎng)斷開是可以接受的。在此，第二 RC網(wǎng)絡(luò)4模仿晶體管Ml的脈沖熱阻的時(shí)間分布。在過電流的情況下，在超過最大電流時(shí)進(jìn)行斷開。在損耗功率恒定的情況下，低電壓時(shí)自然不得超過最大電流。在圖3的電路中，低于最大電流的安全運(yùn)行通過線性關(guān)系趨近。有利的是，斷開條件的趨近可以通過線性電阻網(wǎng)絡(luò)6產(chǎn)生，并且額外的保護(hù)可以通過溫度依賴的斷開閾值產(chǎn)生。為將硬件方面的開支保持得很低，脈沖熱阻的模仿限制在幾個(gè)至幾百個(gè)μ s范圍內(nèi)很短時(shí)間的建模上。在相應(yīng)構(gòu)造的電路部分8中，“電壓信息”通過由電阻R4和R5組成的分壓器產(chǎn)生，并且與電阻Rl上的“電流信息”相加，并且在通過電容器C3進(jìn)行的濾波后輸送到由晶體管Ql和Q2組成的比較及觸發(fā)級(jí)，在超越約Ube=O. 55V的基極-發(fā)射極閾值電壓的情況下所述比較及觸發(fā)級(jí)阻斷晶體管Ml。因此對(duì)斷開閾值上的漏極電流適用的是Id=l/Rl*(Ube - R4/R5*Ube)重要的可能性是，在約Iys內(nèi)斷開晶體管M1，這是因?yàn)?50V*30A的(也就是約IOkff的)最大損耗功率在常用類型的晶體管中不允許更長(zhǎng)。通過比較器或處理器進(jìn)行的通常的斷開在這里工作過于緩慢。有利的是基極-發(fā)射極閾值電壓的溫度依賴性，該溫度依賴性在環(huán)境溫度較高的情況下將斷開向低電流推移。只要存在通過Vl的控制，斷開就持續(xù)保持，正如晶體管Ql和Q2的組合保持導(dǎo)電那樣。如果通過電阻R2、R3的電流對(duì)此來(lái)說不夠，那么電流可以通過從Vl到晶體管Q I發(fā)射極的額外的電阻R6被提高。為將硬件方面的開支保持較低，在圖3中，通過電容器C3和電阻R4、R5進(jìn)行的脈沖熱阻的模仿限制在幾個(gè)至幾百個(gè)μ s范圍內(nèi)的很短時(shí)間的建模上。雖然晶體管Ml在連續(xù)存在干擾的情況下也以反復(fù)接通防止損毀，但平均損耗功率上升到高于正常運(yùn)行中的損耗功率，并且晶體管Ml應(yīng)當(dāng)通過上級(jí)控制裝置(調(diào)節(jié)器的微處理器)斷開或以更大的占空比(例如每100ms)接通。附圖標(biāo)記列表I 負(fù)載
2交流電網(wǎng)3 第一 RC 網(wǎng)絡(luò)4乘法器5第RC網(wǎng)絡(luò)6電阻網(wǎng)絡(luò)7比較及觸發(fā)級(jí)8電路部分Cl電容器C2電容器C3電容器Dl保護(hù)二極管D2 二極管D3 二極管Ml開關(guān)元件，晶體管M2開關(guān)元件，晶體管Ql晶體管Q2晶體管Rl電流傳感電阻R2 電阻R3 電阻R4 電阻R5 電阻R6 電阻UI過電壓保護(hù)元件，可變電阻U2比較器
權(quán)利要求
1.用于開關(guān)和/或調(diào)節(jié)負(fù)載(I)的電路，所述電路包括至少一個(gè)可控的電子的開關(guān)元件(M1、M2)用于產(chǎn)生開關(guān)所述負(fù)載(I)的開關(guān)信號(hào)，所述開關(guān)元件與電源(2)和負(fù)載(I)連接并且具有能夠由用戶改變的參數(shù)，該參數(shù)用于影響開關(guān)所述負(fù)載(I)的所述開關(guān)信號(hào)，其特征在于，所述電路具有用于衰減所述開關(guān)信號(hào)的邊沿陡度的第一 RC網(wǎng)絡(luò)(3)，并且所述電路具有用于在超過閾值的情況下斷開所述開關(guān)元件(Ml、M2)的電路部分(8)，該電路部分包括對(duì)所述開關(guān)元件(M1、M2)的脈沖熱阻在電路技術(shù)上的模仿。
2.按權(quán)利要求I所述的電路，其特征在于，所述第一RC網(wǎng)絡(luò)(3)具有與所述開關(guān)元件(MU M2)的柵極-漏極段并聯(lián)的電容器(Cl)。
3.按前述權(quán)利要求之一所述的電路，其特征在于，所述第一RC網(wǎng)絡(luò)(3)由彼此聯(lián)接的兩個(gè)電容(C1、C2)和兩個(gè)電阻(R2、R3)組成。
4.按前述權(quán)利要求之一所述的電路，其特征在于，所述電路部分(8)具有乘法器(4)、第RC網(wǎng)絡(luò)(5)和比較器(U2)。
5.按前述權(quán)利要求之一所述的電路，其特征在于，在所述乘法器(4)內(nèi)通過電阻分壓器產(chǎn)生電壓信息并與第一電阻(Rl)上的電流信息相乘。
6.按前述權(quán)利要求之一所述的電路，其特征在于，所述電路部分(8)具有用于趨近斷開條件的線性電阻網(wǎng)絡(luò)(6)。
7.按前述權(quán)利要求之一所述的電路，其特征在于，來(lái)自所述線性電阻網(wǎng)絡(luò)(6)的信息在通過電容器(C3)濾波后輸送到比較及觸發(fā)級(jí)(7)并在超過閾值電壓的情況下阻斷所述晶體管(Ml、M2)。
8.按前述權(quán)利要求之一所述的電路，其特征在于，所述開關(guān)元件(Ml、M2)能夠由上級(jí)控制裝置(調(diào)節(jié)器的微處理器)斷開或以更大的占空比接通。
9.按前述權(quán)利要求之一所述的電路，其特征在于，所述電路能夠用于照明控制或百葉窗控制。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于開關(guān)和/或調(diào)節(jié)負(fù)載(1)的電路，其包括至少一個(gè)可控的電子開關(guān)元件(M1、M2)，該電子開關(guān)元件用于產(chǎn)生開關(guān)負(fù)載(1)的開關(guān)信號(hào)，該電子開關(guān)元件與電源(2)和負(fù)載(1)連接，并且具有可由用戶改變的參數(shù)，用于影響開關(guān)負(fù)載(1)的開關(guān)信號(hào)。
文檔編號(hào)G05B15/02GK102906649SQ201080059130
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2010年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月24日
發(fā)明者洛塔爾·雅各布, 彼得·施勒希廷根, 于爾根·貝克爾, 德克·布雷斯拉夫斯基 申請(qǐng)人:默頓兩合公司