專利名稱：經(jīng)由dc電源的電子設(shè)備單元的電源電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及經(jīng)由DC電源的電子設(shè)備單元的電源電路，包括能夠檢查印刷電路卡上的電池的連接的方向的保護(hù)裝置，而同時(shí)使得在經(jīng)由干線電源為卡供電時(shí)能夠?qū)λ鲭姵卦俪潆姟８话愕?，本?shí)用新型涉及保證設(shè)備單元上的DC電源的連接的方向的電子保護(hù)，此外涉及能夠用于為電池充電和/或?yàn)樵O(shè)備單元供電的外部電源。
背景技術(shù)：
電力系統(tǒng)包含越來(lái)越多數(shù)目的電氣和電子設(shè)備，盡管它們傳統(tǒng)上由電力系統(tǒng)自身供電，但是在電源被切斷時(shí)也必須工作例如參見針對(duì)電力中斷管理和電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制的設(shè)備。為了提供此功能，提供兩重電源，具體地具有由干線電源提供的AC電源和例如可再充電的電池的輔助DC電源。為了防止電子系統(tǒng)發(fā)生任何損壞，不能存在任何極性反轉(zhuǎn)， 并且必須在端子級(jí)正確地執(zhí)行DC電源的連接。但是，出于商業(yè)、邏輯和維護(hù)的原因，而且為了防止放電，在交付產(chǎn)品時(shí)電池傳統(tǒng)上不連接到電子電路。當(dāng)執(zhí)行投入運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，操作者進(jìn)行連接，并且為了避免錯(cuò)誤，電池可以具有錯(cuò)誤防止連接器或需要經(jīng)由螺旋式連接器的連接。盡管有這些保護(hù)措施，具體地由于連接的可及性因此可見性通常并非很好，因此反向連接仍然是可能的。為了保護(hù)電子設(shè)備，包括在反向連接的情況下，已經(jīng)提出了多種解決方案。僅使用一次的保護(hù)解決方案在于插入保險(xiǎn)絲或其它無(wú)源元件，如DE 102004 019817所示的。為了實(shí)現(xiàn)多連接，保險(xiǎn)絲可以用執(zhí)行保護(hù)的多種組件替代因而EP I 206 025、US 2010 45257或DE 10 2004 044504提出復(fù)雜且昂貴的電路，在不計(jì)算由焦耳效應(yīng)引起的損耗和/或它們的操作所需的專用電源的情況下，組件的數(shù)目的增大也會(huì)使故障增加。已經(jīng)開發(fā)了一些更簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，例如DE 10151418或US RE 36472中的例子。但是，電路然后不許可電流反向，從而阻止了電池由印刷電路卡的干線電源直接再充電。因此，現(xiàn)有的保護(hù)系統(tǒng)不能夠?qū)崿F(xiàn)既保護(hù)電子系統(tǒng)又對(duì)電池再充電，同時(shí)保持與巨大的部署一致的費(fèi)用和復(fù)雜性。但是，例如具有諸如光電池裝置或電動(dòng)車輛之類的應(yīng)用的一般公眾逐漸面臨具有可再充電的電池的極性反轉(zhuǎn)的問題。

實(shí)用新型內(nèi)容連同其它優(yōu)點(diǎn)一起，本實(shí)用新型目的是通過提出一種防止連接錯(cuò)誤并提供電子保護(hù)的系統(tǒng)同時(shí)便宜且具有非常低的功耗的系統(tǒng)來(lái)減輕缺點(diǎn)。因而，本實(shí)用新型涉及反轉(zhuǎn)的MOSFET晶體管的使用，用于保護(hù)諸如卡之類的電子設(shè)備的零件以防例如可再充電的電池之類的DC電源的反向連接。本實(shí)用新型利用MOSFET晶體管在它們的相反方向操作中(當(dāng)DC電源被反向時(shí))本征地包括寄生二極管的事實(shí)，該二極管阻斷電流并且該MOSFET不導(dǎo)通以使得電子設(shè)備不接收任何易于損壞它的電流。本實(shí)用新型還利用MOSFET晶體管的電流可反轉(zhuǎn)的性質(zhì)。在正確連接的情況下，設(shè)備可以由電池供電，相反，當(dāng)提供設(shè)備的AC電源時(shí)，MOSFET導(dǎo)通以使得DC電源可以由外部電源再充電。具體地，本實(shí)用新型提供一種經(jīng)由DC電源的電子設(shè)備單元的電源電路，包括用于連接DC電源的裝置、用于連接電子設(shè)備單元的裝置和防止DC電源的反向連接的保護(hù)裝置，該保護(hù)裝置包括反向連接在該用于連接設(shè)備單元的裝置和DC電源之間的MOSFET晶體管，其特征在于，該電源電路包括第二電源，具有用于連接電子設(shè)備單元的裝置并且與中斷裝置有關(guān)，所述中斷裝置能夠由電路內(nèi)的電流的方向控制。根據(jù)一個(gè)特征，本實(shí)用新型還涉及具有包括MOSFET晶體管的保護(hù)裝置的電源電路。該電路包括用于連接DC電源的裝置、用于連接電子設(shè)備單元的裝置、和用于將電子設(shè)備單元連接到AC電源的第二裝置，優(yōu)選地配備有可以由電路內(nèi)的電流的方向控制的中斷裝置。根據(jù)本實(shí)用新型的電路的MOSFET被反向連接在電子設(shè)備連接裝置和DC電源之間。具體地，當(dāng)電路是正電壓電路時(shí)，MOSFET是P溝道類型的，它的源極連接到電子設(shè)備連接裝置，它的漏極連接到DC電源。有利地，根據(jù)本實(shí)用新型的電路包括用于保護(hù)MOSFET的裝置，具體地是限制它的柵極電壓的齊納二極管，其許可寬的輸入DC電壓范圍。優(yōu)選地提供指示DC電源是否正確地連接和/或DC電源是否反向的裝置。根據(jù)本實(shí)用新型的電路優(yōu)選地包括連接到電子設(shè)備連接裝置的印刷電路卡或其它組件，并且DC電源是可再充電的電池。該指示器裝置可以是在電池周圍并聯(lián)連接的二極管的形式，具體地兩個(gè)不同顏色的發(fā)光二極管彼此反向連接以便標(biāo)識(shí)電池的連接的方向。

通過下面對(duì)本實(shí)用新型的特定實(shí)施例的描述，其他優(yōu)點(diǎn)和特征將變得更明顯，這些特定實(shí)施例僅僅用于說(shuō)明性的并且決不是限制性示例的目的給出并且表示在圖中。圖1A、1B和IC示出了以不同的連接配置的根據(jù)本實(shí)用新型的設(shè)備。圖2示出了本實(shí)用新型的實(shí)施例。
具體實(shí)施方式
根據(jù)本實(shí)用新型的解決方案對(duì)于主要由干線電源12供電的印刷電路卡10形成特別的優(yōu)點(diǎn)，具有電源開關(guān)裝置14和電池類型的電力存儲(chǔ)設(shè)備16，電力存儲(chǔ)設(shè)備16能夠提供卡10的備用電源。將參考也示出在圖I中的此配置描述它。電池16的電連接電路18可以包括開關(guān)裝置(未示出)，但是斷開連接通常通過斷開電池16的連接來(lái)直接執(zhí)行。為了在電池16的極性反轉(zhuǎn)的情況下在電子學(xué)意義上保護(hù)卡10，根據(jù)本實(shí)用新型的電路18在要被保護(hù)的卡10和可能反向的DC電流源16之間裝備有具有絕緣柵的場(chǎng)效應(yīng)晶體管20或具有金屬氧化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，更通常稱為MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)。根據(jù)本實(shí)用新型，MOSFET 20被反向連接，也就是說(shuō)，在具有與參考相比的正電壓的電路18的示出的范圍中，連接增強(qiáng)型P溝道MOSFET 20，它的漏極22連接到電池16，它的源極24連接到印刷電路卡10。因此在沒有另一個(gè)電流源12的情況下，MOSFET 20的柵極電壓對(duì)于閉合電路18是負(fù)的。本實(shí)用新型利用二極管26本征地與MOSFET 20的漏極22和源極24有關(guān)的事實(shí)。此二極管26通常被認(rèn)為是寄生的并且有時(shí)稱為體二極管，意思是MOSFET 20在單個(gè)方向上阻斷電流。本實(shí)用新型正是使用二極管26的這個(gè)電流中斷功能來(lái)保護(hù)電路18。因而，如圖IA所示，當(dāng)電池16被“反向連接”時(shí)，即它的極性相對(duì)于電路18的正電源電壓被反轉(zhuǎn)時(shí)，MOSFET 20的柵極電壓28是正的，并且本征二極管26也截止，因?yàn)樗环聪蚱?。因?yàn)樵谠礃O24和漏極22之間沒有電流或電流沒有通過二極管26，所以沒有電流可以從反向連接的電池16傳輸?shù)娇?0，因此其被保護(hù)。有益的是指示電池16的反向連接狀態(tài)。例如，可以提供指示錯(cuò)誤連接的裝置，由電池16自身供電。具體地，與光指示裝置有關(guān)的、在電池16的方向反向情況下導(dǎo)通的二極管32，例如紅色發(fā)光二極管，使得用戶能夠糾正電池16的連接。有利地，在此配置中，例如通過將指示裝置32與開關(guān)14耦接來(lái)阻止經(jīng)由干線電源12的電力供應(yīng)以便不損壞電池16。對(duì)于同一個(gè)電路18，如果電池16被正確地放置(圖IB)，MOSFET 20的體二極管26導(dǎo)通，因?yàn)樗徽蚱?。如果干線電源12上的開關(guān)14關(guān)斷，則電池16可以最少通過MOSFET 20的二極管26的電流為卡10供電。還可以有益的是安裝電池16的正確極性的顯示裝置34，例如通過與紅色二極管32反向并聯(lián)連接的綠色發(fā)光二極管。還有益的是電池16的額定電壓高于MOSFET 20的柵極觸發(fā)器閾值電壓(其例如是4V)。因而，當(dāng)電池16傳送足夠的電壓時(shí)，盡管它的柵極電壓仍然是負(fù)的，但是MOSFET 20導(dǎo)通并且通過在MOSFET晶體管22、24、28的低阻抗的優(yōu)先流動(dòng)來(lái)接管體二極管26的有作用的電流，這使得電路18的損耗最小化。為了在電池16的電壓超過可接受的最大電壓(例如20V)時(shí)限制MOSFET 20的柵極電壓，電路18裝備有電壓限制裝置，例如齊納二極管36。此外，柵極電阻器38與MOSFET20有關(guān)以偏置晶體管20的柵極28，晶體管20還限制焦耳效應(yīng)引起的損耗，僅僅要求控制電流為柵極電容充電。因此，對(duì)于包括在最小的柵極電壓(例如4V)和它的工作極限(例如100V)之間的任何電壓，MOSFET 20晶體管將導(dǎo)通，同時(shí)通過將柵極28的電壓限制到它的最大值(例如20V)來(lái)提供保護(hù)。無(wú)論傳送什么電壓，在圖IB的電池16是唯一的電源的配置中，它因此可以通過放電來(lái)為印刷電路卡10供電。當(dāng)干線電源12通過閉合開關(guān)14(參見圖1C)連接到卡10時(shí)， 當(dāng)因?yàn)殡妷旱陀诿顤艠O28的最小值而M0SFET20不導(dǎo)通時(shí)，電流將能被反轉(zhuǎn)以為電池16再充電。晶體管20然后導(dǎo)通，電流在存儲(chǔ)裝置16的方向上從它的源極24流到它的漏極22。因此經(jīng)由干線電源12執(zhí)行卡10的供電，干線電源12另外為電池16再充電。根據(jù)本實(shí)用新型的此解決方案可以被直接移置到相對(duì)于參考為負(fù)的電源18’ '參見圖2。因而N溝道MOSFET類型的晶體管20’用于以鏡象方式替換先前的P溝道MOSFET20。針對(duì)諸如-48V的移動(dòng)電話電池16’之類的負(fù)電源的應(yīng)用也可以利用本實(shí)用新型的教導(dǎo)。盡管與上述相同的元件可以用于電力供應(yīng)、指示和保護(hù)，但是圖2還示出了替換方案。具體地，晶體管20 ’的保護(hù)由Transi I 二極管36 ’執(zhí)行。主電源由第二 DC電源12 ’(例如，光電池面板)組成。為了在電池16’反轉(zhuǎn)的情況下保護(hù)電子設(shè)備10并且為了斷開主電源12’，電源12’與常閉的JFET接收器14’有關(guān)，當(dāng)極性反轉(zhuǎn)指示器裝置32’被激活時(shí)，例如光耦合器32’替換紅色二極管32，該JFET接收器14’可以被偏置且斷開。這些替換方案可用于替換參考圖I的正電源18而存在的元件和/或作為它們的補(bǔ)充。[0026]因而，根據(jù)本實(shí)用新型的設(shè)備由在電源電路18、18’上由電子設(shè)備單元10的電池16、16’反向連接的單個(gè)MOSFET晶體管20、20’(用于正保護(hù)的P溝道和用于負(fù)保護(hù)的N溝道)構(gòu)成，如果輸入極性被正確連接，則其被自供電，或者在輸入電源極性反轉(zhuǎn)的情況下則關(guān)斷。體二極管26用作本征保護(hù)裝置。然后它的柵極電壓28—旦足夠，它就由晶體管22、24,28自身短路，所述晶體管22、24、28被設(shè)計(jì)為在正常操作中反向?qū)щ娀蛘咴谠俪潆娔Ｊ街袨樗淖匀徽?。與傳統(tǒng)使用的解決方案相比，不管它們涉及單個(gè)二極管、雙極型晶體管乃至整流器電橋，根據(jù)本實(shí)用新型的電子保護(hù)設(shè)備20的消耗更低并且實(shí)現(xiàn)電源電流的可逆性。此夕卜，盡管當(dāng)由于連接錯(cuò)誤導(dǎo)致反轉(zhuǎn)時(shí)沒有損壞，但是簡(jiǎn)單的紅色LED 32的指示容易地使得操作者能夠看見他的錯(cuò)誤。連接32、34正確與否的指示還使得能夠檢查連接的質(zhì)量。更一般地，根據(jù)本實(shí)用新型的解決方案因而提出一種非常低消耗的設(shè)備，其執(zhí)行 另外從干線12供電的電路18的錯(cuò)誤防止和電子保護(hù)，并且可視地指示電子設(shè)備單元10上的DC電源16的連接的方向。由很少組件自供電的電路18，這些組件而且是普通的，使得能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)極性反轉(zhuǎn)的保護(hù)，同時(shí)適合于大范圍的輸入電壓并且實(shí)現(xiàn)在經(jīng)由干線電源12向產(chǎn)品10供電時(shí)電池16的再充電。應(yīng)用領(lǐng)域正在廣泛地變化，既在執(zhí)行電力系統(tǒng)控制和/或監(jiān)視的組件的電力分配和供應(yīng)的具體領(lǐng)域，又在諸如電動(dòng)車輛之類的不那么專門的領(lǐng)域或例如整流器的保護(hù)之類的太陽(yáng)能應(yīng)用。盡管已經(jīng)參考用于印刷電路卡10與電池16的連接的保護(hù)系統(tǒng)描述了本實(shí)用新型，但是它決不限制于此。本實(shí)用新型可以涉及其它元件，具體地所有設(shè)備包括輔助DC電源以及所有設(shè)備利用可以以非永久方式連接的AC電源供電。此外，存在于電子電路中的不同組件可以由等效組件替代。齊納二極管36可以例如由限制柵極電壓的MOSFET 20的另一個(gè)電壓限制保護(hù)設(shè)備(TransiI、Gemov. ··)替代。MOSFET 20可以是耗盡類型的。到中斷或警報(bào)系統(tǒng)的連接可以使指示二極管32、34完成和/或替換指示二極管32、34。二極管32也可以與在錯(cuò)誤連接的情況下禁止AC電源的電力供應(yīng)的裝置有關(guān)。
權(quán)利要求1.一種經(jīng)由DC電源(16)的電子設(shè)備單元(10)的電源電路(18)，包括用于連接DC電源(16)的裝置、用于連接電子設(shè)備單元(10)的裝置和防止DC電源(16)的反向連接的保護(hù)裝置(20)，該保護(hù)裝置包括反向連接在該用于連接設(shè)備單元(10)的裝置和DC電源(16)之間的MOSFET晶體管(20)，其特征在于，該電源電路包括第二電源(12、12’)，具有用于連接電子設(shè)備單元(10)的裝置并且與中斷裝置(14、14’)有關(guān)，所述中斷裝置(14’)能夠由電路(18)內(nèi)的電流的方向控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的經(jīng)由DC電源(16)的電子設(shè)備單元(10)的電源電路(18)，其特征在于，包括與該用于連接DC電源(16’ )的裝置并聯(lián)連接的光耦合器(32’ )，以及該中斷裝置(14’)包括接收器，在光耦合器(32’)檢測(cè)到電流在所述用于連接的裝置之間反向時(shí)使得它們斷開。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2之一所述的經(jīng)由DC電源(16)的電子設(shè)備單元(10)的電源電路(18)，其特征在于，還包括晶體管(20)的保護(hù)裝置(36)，限制它的柵極電壓(28)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的經(jīng)由DC電源(16)的電子設(shè)備單元(10)的電源電路(18)，其特征在于，該保護(hù)裝置(36)包括并聯(lián)連接在晶體管(20)的柵極(28)和源極(24)之間的齊納二極管。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2之一所述的經(jīng)由DC電源(16)的電子設(shè)備單元(10)的電源電路(18)，其特征在于，還包括用于指示該電路內(nèi)的電流的方向的裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的經(jīng)由DC電源(16)的電子設(shè)備單元(10)的電源電路(18)， 其特征在于，該用于指示的裝置包括與該用于連接DC電源(16)的裝置并聯(lián)連接的至少一個(gè)發(fā)光二極管(32、34)，其激活取決于DC電源(16)的連接的方向。
7.根據(jù)權(quán)利要求I或2之一所述的經(jīng)由DC電源(16)的電子設(shè)備單元(10)的電源電路(18)，其特征在于，包括印刷電路卡(10)，耦接到該用于連接電子設(shè)備單元的裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求I或2之一所述的經(jīng)由DC電源(16)的電子設(shè)備單元(10)的電源電路(18)，其特征在于，包括可再充電的電池(16)，耦接到該用于連接DC電源的裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求I或2之一所述的經(jīng)由DC電源(16)的電子設(shè)備單元(10)的電源電路，其特征在于，該第二電源是AC電源(12)。
10.根據(jù)權(quán)利要求I或2之一所述的經(jīng)由DC電源(16)的電子設(shè)備單元(10)的電源電路(18)，其特征在于，該電路的電源是正電壓，以及該晶體管(20)是P溝道MOSFET (20)。
專利摘要提供一種經(jīng)由DC電源(16)的電子設(shè)備單元(10)的電源電路(18)，包括用于連接DC電源(16)的裝置、用于連接電子設(shè)備單元(10)的裝置和防止DC電源(16)的反向連接的保護(hù)裝置(20)，該保護(hù)裝置包括反向連接在該用于連接設(shè)備單元(10)的裝置和DC電源(16)之間的MOSFET晶體管(20)，該電源電路包括第二電源(12、12’)，具有用于連接電子設(shè)備單元(10)的裝置并且與中斷裝置(14、14’)有關(guān)，所述中斷裝置(14’)能夠由電路(18)內(nèi)的電流的方向控制。
文檔編號(hào)H02J7/00GK202474830SQ20112039517
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2011年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月15日
發(fā)明者A.馬森 申請(qǐng)人:施耐德電器工業(yè)公司