寬輸入電壓范圍供電電路的制作方法
【專利摘要】提供了一種寬輸入電壓范圍供電電路。并且提供了一種被配置成針對負載設置最小接通電壓的欠壓閉塞電路。電路包含被配置成接收輸入電壓的輸入端子。電路包含第一晶體管和耦合到第一晶體管的第二晶體管，第一晶體管被配置成在欠壓閉塞電路的輸入電壓超過閾值時變得導通，以提供輸入電壓給負載，第二晶體管被配置成在欠壓閉塞電路的輸入電壓降到閾值以下時變得導通，以提供輸入電壓給第一電阻器，但不提供輸入電壓給負載。
【專利說明】寬輸入電壓范圍供電電路
【技術領域】
[0001]這里公開的主題一般地涉及針對負載的供電電路，并且更具體地，涉及一種允許在提供降低的電流工作閾值的同時在寬輸入電壓范圍上操作諸如繼電器的負載的供電電路。
【背景技術】
[0002]諸如繼電器的開關設備存在許多應用。一般說來，這種設備通常包含能夠響應于繼電器線圈的通電而被斷開或閉合的一個或更多觸點。通常可以得到電動機械繼電器和固態(tài)繼電器。這種設備的尺寸和額定值的范圍很寬，其取決于具體應用的需要，以及取決于諸如繼電器是為較大負載供電還是簡單地提供低級反饋這樣的因素。當前可以得到各個系列的繼電器，其物理封裝相當?shù)眯?，能夠安裝在電路板上，以及能夠安裝在其它相對較小的支承物上。
[0003]與諸如繼電器的各系列的電氣設備相關的一個難點是大量目錄號和需要制造與庫存的大量相關繼電器。通常，僅針對一個特定供電電壓來設計繼電器。如果你是制造商，你希望提供全部產品線，這意味著提供各種繼電器，其安裝的線圈在一個供電電壓上工作。如果你是集成方或初始設備制造廠家(0ΕΜ)，這意味著你需要能夠得到大范圍的繼電器，其出于你的應用的需要而工作于不同電壓上。容納工作于不止一個供電電壓上的設備的嘗試導致尺寸、成本和發(fā)熱的增加。
[0004]與某些繼電器應用相關的另一個難點在于來自用于使繼電器線圈通電的上游電路的漏電流的存在。在某些繼電器中，特別是在諸如可安裝在電路板和其它小支承結構上的繼電器的小尺寸繼電器中，甚至漏電流的低電壓也能夠導致繼電器線圈通電，即使是在不期望這種通電時，從而使得繼電器以不期望的方式斷開或閉合，大大降低其可靠性。類似地，這種漏電流能夠使線圈保持通電到足以在針對線圈的控制信號清除時阻止觸點移位的程度。在任一情況下，漏電流能夠損害繼電器的可靠性和繼電器產生的信號的可靠性。
[0005]為減輕與漏電流相關的問題，繼電器控制電路包含欠壓閉塞電路。這些電路被配置為強制繼電器線圈進入非通電狀態(tài)，除非輸入電壓超過某個閾值。盡管阻止了繼電器線圈的不期望通電，然而這些閉塞電路能夠是低效的。
[0006]因此，需要一種用于控制繼電器和類似負載的改進技術。具體需要一種供電電路，其能夠接受寬范圍的輸入電壓以允許所需較少的目錄號，同時能夠通過基于輸入電壓值有效控制線圈通電來改進可靠性。

【發(fā)明內容】

[0007]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供一種用于負載的寬輸入電壓供電電路。電路包含第一級段，第一級段包括被配置成保持預定輸出電壓水平的輸出電壓的線性調節(jié)器電路。線性調節(jié)器包含用于在輸入電壓超過預定關斷閾值時關斷線性調節(jié)器的輸入。電路包含第二級段，第二級段包括耦合到線性調節(jié)器的輸出的欠壓閉塞電路。欠壓閉塞電路被配置成針對負載設置最小接通電壓，并且包含第一晶體管和耦合到第一晶體管的第二晶體管，第一晶體管被配置成在欠壓閉塞電路的輸入電壓超過閾值時變得導通以把輸入電壓提供給負載，但不提供給第一電阻器。第二晶體管被配置成在欠壓閉塞電路的輸入電壓降到閾值以下時變得導通以把輸入電壓提供給第一電阻器，但不提供給負載。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，被配置成針對負載設置最小接通電壓的欠壓閉塞電路包含被配置成接收輸入電壓的輸入端子，被配置成在欠壓閉塞電路的輸入電壓超過閾值時變得導通以提供輸入電壓給負載的第一晶體管，以及耦合到第一晶體管的第二晶體管。第二晶體管被配置成在欠壓閉塞電路的輸入電壓降到該閾值以下時變得導通以把輸入電壓提供給第一電阻器，但不提供給負載。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，被配置成針對負載設置最小接通電壓的欠壓閉塞電路包含被配置成接收輸入電壓的輸入端，和連接到輸入電壓的分壓器。分壓器包含第一電阻器和第二電阻器。電路包含第一晶體管、第二晶體管和第三電阻器，第一晶體管的基極連接到分壓器，第一晶體管被配置成在分壓器的輸入電壓超過閾值時變得導通以提供輸入電壓給負載，第二晶體管耦合到第一晶體管，第三電阻器連接在輸入端子和第二晶體管的集極之間。第二晶體管被配置成在分壓器的輸入電壓降到閾值以下時變得導通以把輸入電壓提供給第三電阻器，但不提供給負載。
[0010]為了完成上述和相關目標，實施例則包括下面完整描述的特征。下面的說明和附圖詳細提出本發(fā)明的某些說明性方面。然而，這些方面只示出能夠利用本發(fā)明的原理的各種方式中的一些方式。在結合附圖加以考察時，根據(jù)下面關于本發(fā)明的詳細描述將能夠理解本發(fā)明的其它方面、優(yōu)點和新穎特征。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]下面將參照附圖描述實施例，其中類似附圖標記表示類似要素，并且:
[0012]圖1是引入根據(jù)本發(fā)明實施例的寬輸入電壓范圍電源的端子模塊的圖示。
[0013]圖2是印制電路板的正視圖，在該印制電路板上，根據(jù)本發(fā)明實施例的電路可以被安裝在端子模塊，諸如圖1圖解的端子模塊中。
[0014]圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的控制電路的框圖。
[0015]圖4A和圖4B均是示出欠壓閉塞電路的電路圖。
[0016]圖5A和圖5B是說明分別針對圖4A和圖4B的欠壓閉塞電路消耗的電流與施加的輸入電壓間的比較的曲線圖。
[0017]圖6是示例性控制電路，諸如圖3圖解的控制電路的電路圖。
【具體實施方式】
[0018]提供下面的討論以使得本領域技術人員能夠做出和利用本發(fā)明的實施例。本領域的技術人員會容易地明白對所說明的實施例的各種修改，在不偏離本發(fā)明的實施例的情況下，這里的一般原理能夠應用于其它實施例和應用。因而，本發(fā)明的實施例不旨在限于示出的實施例，而是要給予與這里公開的原理和特征一致的最寬范圍。下面的詳細描述要參照附圖來閱讀。附圖描述了選出的實施例，并且不旨在限制本發(fā)明的實施例的范圍。本領域技術人員將認識到這里提供的例子具有許多有用的替代方式，并且處于本發(fā)明的實施例的范圍內。
[0019]下面的說明把要素或特征稱為“連接”或“耦合”在一起。如這里所使用的，除非明確地另外聲明，“連接”是指一個要素/特征直接或間接連接到另一個要素/特征，而不必是電或機械的方式。同樣地，除非明確地另外聲明，“耦合”是指一個要素/特征直接或間接耦合到另一個要素/特征，而不必是電或機械的方式。因而，雖然附圖中示出的示意圖描述了處理單元的示例性布置，然而在實際實施例中可以存在其它涉及的單元、設備、特征、部件或代碼。
[0020]這里可以依據(jù)功能和/或邏輯模塊部件和各個處理步驟來描述本發(fā)明的實施例。應當理解，這樣的模塊部件可以通過任何數(shù)量的被配置成執(zhí)行指定功能的硬件、軟件和/或固件部件來實現(xiàn)。例如，一個實施例可以使用各種集成電路部件，例如數(shù)字信號處理單元、邏輯單元、二極管等，其可以在一個或更多微處理器或其它控制設備的控制下執(zhí)行各種功能。其它實施例可以結合其它電路部件來使用程序代碼或代碼。
[0021]現(xiàn)在參照附圖，首先參照圖1，在一個示例性實施例中把繼電器10圖解為支承在端子模塊12上。如下面會更加全面地總結的，繼電器10可以被設計成容納在端子模塊上，接收控制信號以及產生輸出信號。端子模塊12可以支承電路板14，電路板14被設計成對繼電器提供控制電力，以及執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明實施例的控制功能。
[0022]在圖1的圖示中，端子模塊12被圖解為包含外殼16，外殼16中安裝有電路板14。實際上，如果需要，電路板可以覆蓋有配合外殼部分或端蓋(未示出)?？梢栽诙俗幽K12的上部提供隔室或凹陷18，用于容納繼電器10。在圖解的實施例中，端子模塊12被設計成經由其下端的安裝接口 20來安裝。圖解的實施例中的安裝接口 20可以與常規(guī)設計的DIN導軌22接口。
[0023]在圖1的實現(xiàn)中，端子模塊12提供用于控制輸入的連接點或端子，和用于響應控制輸入而從繼電器輸出信號的連接點或端子，所述控制輸入用于調節(jié)繼電器10內的線圈11的通電。例如，在圖1的圖示中，在端子模塊外殼的第一側上提供輸入端24和26，輸入端24和26之一通常會是中性輸入。如本領域已知的,輸入24和26可以連接到電路板14上的導電墊，軌跡可以在電路板上延伸，并且允許輸入與繼電器10互連。如下所述，觸點32被設計成把電氣控制信號從輸入24和26傳送到繼電器10，用于使繼電器線圈11通電。
[0024]除了輸入24和26之外，端子模塊12提供輸出端子34、36和38。輸出端子被設計成基于繼電器10的傳導狀態(tài)來對下游電路提供輸出信號。輸出端子34、36和38鏈接到相應觸點40,觸點40在被插入端子模塊外殼16時電稱合到繼電器10。本領域的技術人員可以理解，輸出端子34、36和38通常準備用于普通的常開式和常閉式連線。
[0025]在經由輸入24和26和電路板14對繼電器10施加控制信號時，繼電器10以傳統(tǒng)方式工作。也就是說，當電流被施加到繼電器線圈11時，繼電器內的觸點閉合以在觸點40處提供輸出信號，并從而在輸出端子34、36和38提供輸出信號。
[0026]雖然在當前的討論中參考了端子模塊安裝的繼電器10，然而應當理解，本發(fā)明的實施例可以應用于各種電路和設備，包含除了在端子模塊上之外安裝的繼電器。相應地，這里討論的電路結構可以應用于電路板可安裝的繼電器，單極或多極繼電器，以及具有基本上不同的封裝的繼電器和其它設備。一般說來，實施例提供在提供最小電流工作閾值的同時允許例如繼電器的負載在寬輸入電壓范圍上工作的供電電路。還應當注意，除了常規(guī)電動機械繼電器之外，本發(fā)明的實施例可以同樣良好地用于固態(tài)繼電器。
[0027]圖2圖解了一種示例性電路板配置，在其上可以支承如下所述的供電電路。在圖2圖解的實施例中，電路板14可以被限定輪廓以適合在圖1圖解的類型的端子模塊外殼的一部分內。例如，電路部件42被安裝在電路板14的一個或更多表面上，并且如下所述進行互連。電路板的周圍44提供方便的接口，用于支承外殼16內電路板的嚙合。然而，可以考慮其它替代安裝結構和方案。在某些實施例中，電路板的末端可以支承LED46，其如下所述提供電路的傳導狀態(tài)的視覺指示?？梢允筁ED 46在支承外殼的方便側或邊緣表面處可視，諸如沿著圖1圖解的端子模塊的上邊緣。
[0028]現(xiàn)在描述供電電路48的示例性實施例，其在圖3的框圖中被示出。作為非限制性的例子，供電電路48能夠操作諸如繼電器線圈11的一個或更多小負載。作為非限制性的例子，實施例特別適于小繼電器電路，諸如在具有有限散熱能力的電路板可安裝繼電器或類似繼電器中使用的繼電器電路。此外，實施例可以被用于以交變電流(AC)或直流(DC)形式施加輸入信號的電路。電路能夠有效接受寬范圍電壓輸入，對于DC輸入,這里的實施例在大約16VDC到大約120VDC之間有效，或更具體地，在大約24VDC到大約60VDC之間有效；或對于AC輸入，這里的實施例在大約19VAC到大約264VAC之間有效，或更具體地，在大約24VAC到大約240VAC之間有效，雖然應當理解可考慮更低和更高的電壓。例如，DC輸入的輸入量程比可以是大約I比8，或大約I比3。例如，AC輸入的輸入量程比可以是大約I比14，或大約I比10。
[0029]由于不僅在繼電器10中，而且在端子模塊12中只有有限的熱路徑，供電電路的設計特別有挑戰(zhàn)性，并且每個在內部溫度上升變得過度之前只能負擔少量余熱。電路設計的另一個挑戰(zhàn)是要包含最小工作電流特征，使得例如能夠將繼電器可靠地用于具有高漏電流的三端雙向可控硅開關元件類型的PLC輸出。
[0030]供電電路48的作用在于限制輸入信號，和調節(jié)對下游設備的電流的施加，在圖解例子中下游設備是繼電器線圈11。因而，電路48被配置成接受可以是AC或DC信號的控制信號50，從而提供輸入電壓范圍內的輸入電壓。
[0031]供電電路48可以包含各種部件，包括但不局限于信號限制電路52、整流器電路54、線性調節(jié)器56、高電壓檢測電路58、欠壓閉塞電路60、電容器緩沖電路62和負載電路64。下面被更詳細地討論每個部件。
[0032]主要部件是線性調節(jié)器56，其使輸入電壓下降到預定的較低繼電器工作電壓。當使用AC輸入時，預定繼電器工作電壓平均為大約24VDC。當使用處于或高于26VDC的DC輸入時，預定工作電壓為大約26VDC。當使用低于26VDC的DC輸入時，預定工作電壓通常會等于輸入電壓。所以，預定工作電壓范圍可以是大約16VDC和大約26VDC之間。
[0033]眾所周知，線性調節(jié)器實質上是可變電阻器，可變電阻器自動調節(jié)其值以保持恒定輸出電壓。它們是簡單的部件，但是在差分輸入到輸出電壓變大時不是高效的。因此，在該配置中，輸入66已經被加入到線性調節(jié)器56以根據(jù)需要關斷線性調節(jié)器。高電壓檢測電路58被示出為連接到關斷線性調節(jié)器56的輸入66，以在AC或DC輸入電壓超過用于高效工作的合理關斷閾值時防止線性調節(jié)器工作。在某些實施例中，預定關斷閾值可以在大約100V到大約140V之間，或更具體地，為大約120V。該配置通過在輸入供電線路周期的過程上及時分離功能來允許同一功率FET68被用于限制和調節(jié)。如果在關斷閾值以上的DC輸入電壓被施加到供電電路48，則供電電路48將簡單地不操作線圈11。
[0034]通過計算，已經發(fā)現(xiàn)僅用單個線性調節(jié)器不能執(zhí)行整個輸入電壓調節(jié)，因為它將產生過度的熱量。
[0035]在供電電路48中，欠壓閉塞電路60被用于調節(jié)到下游設備的電流的施加，在圖解的例子中下游設備是繼電器線圈11。具體地，欠壓閉塞電路60防止線圈11工作，除非存在最小接通電壓，并因此引出最小電流。
[0036]圖4A和圖4B均描述了示例性的欠壓閉塞電路。圖4A描述了現(xiàn)有技術的電路，圖4B描述了這里改進的電壓閉塞電路。
[0037]在圖4A中，電路200包含輸入節(jié)點202和204。當提供給節(jié)點202和204的輸入電壓超過特定閾值時，電壓被提供給繼電器206的輸入端子222和224，從而接通繼電器206?？梢蕴峁┒俗?22和224，以例如把繼電器206的繼電器線圈耦合到電路200。當節(jié)點202和204上的輸入電壓降到該閾值以下時，繼電器206關斷。
[0038]輸入節(jié)點202連接到電阻器208，電阻器208則連接到電阻器210。電阻器210連接到節(jié)點204。連接電阻器208和210的節(jié)點218被連接到晶體管216的基極。相應地，節(jié)點218處的電壓控制晶體管216是否導通。通過選擇電阻器210的適當電阻值，可以選擇流過電阻器210的特定電流，以使晶體管216變成導通。在一個示例性實現(xiàn)中，選擇電阻器210的電阻，使得當接近3毫安(mA)的電流流過電阻器210時，晶體管216變成導通。
[0039]晶體管216的集極被連接到節(jié)點220，從而被連接到發(fā)光二極管(LED) 214的陰極。LED 214的陽極被連接到電阻器212。電阻器212被連接到輸入節(jié)點202。
[0040]在工作期間，當提供給節(jié)點202和204的輸入電壓超過繼電器206的閾值時，在節(jié)點218處產生足夠的電壓以使晶體管216導通。在晶體管216導通的情況下，節(jié)點220處的電壓變得與節(jié)點204處的電壓相同。因此，繼電器206的輸入電壓與電路200的輸入電壓相同，使得繼電器206接通。
[0041]此時，電流流過電阻器212和LED 214，使得LED 214變得發(fā)光。電流也流過電阻器 208 和 210。
[0042]當輸入節(jié)點202和204上的電壓降到閾值以下時，節(jié)點218處的電壓不足夠高，從而不足以使晶體管216導通。結果，在繼電器206的節(jié)點222和224上沒有產生電壓，從而使得繼電器206斷開。
[0043]該工作模式是相當?shù)托У摹ｋ娮杵?08和210的組合表示恒定電阻負載。在繼電器206接通或斷開的情況下，電流流過電阻器208和210，從而降低電路200的效率。另外，不僅電阻器208和210消耗電力，而且電源的調節(jié)器也必須傳遞該電流，從而增加基極的總損耗。
[0044]圖4B提供了電壓閉塞電路60的示意圖。在圖4B中，電路60包含輸入節(jié)點252和254。當提供給節(jié)點252和254的輸入電壓超過特定閾值時，電壓被提供給繼電器256的輸入端子274和276，從而接通繼電器256?？梢蕴峁┒俗?74和276，以例如把繼電器256的繼電器線圈耦合到電路60。當節(jié)點252和254上的輸入電壓降到該閾值以下時，繼電器256關斷。
[0045]輸入節(jié)點252被連接到電阻器258，電阻器258則連接到電阻器260。電阻器260被連接到節(jié)點254。連接電阻器258和260的節(jié)點268被連接到晶體管266的基極。相應地，節(jié)點268處的電壓控制晶體管266是否導通。通過選擇電阻器258和260的適當電阻值，可以選擇流過電阻器260的特定電流，以使晶體管266變得導通。這樣，電阻器258和260產生分壓器，該分壓器限定欠壓檢測電路60的閾值電壓。
[0046]在電路60中，與圖4A中描述的電路200相對比地，能夠選擇電阻器258和260的電阻以允許晶體管266在合理電壓處導通。然而，在電路60中，能夠將電阻器258和260的電阻值選擇為具有更高的值，使得電阻器不代表電路60的顯著負載。
[0047]晶體管216的集極被連接到節(jié)點270，從而被連接到LED 264的陰極。LED 264的陽極被連接到電阻器262。電阻器262被連接到輸入節(jié)點252。
[0048]節(jié)點270被連接到繼電器256的端子276和電阻器272。電阻器272則被連接到晶體管278的基極。晶體管278的集極通過電阻器280被連接到輸入節(jié)點252和繼電器256的端子274。晶體管278的射極被連接到輸入節(jié)點254。
[0049]在工作期間，當節(jié)點252和254上提供的輸入電壓超過繼電器256的閾值時，在節(jié)點268處產生足夠的電壓以使晶體管266導通。在晶體管266導通的情況下，節(jié)點270處的電壓變得與輸入節(jié)點254處的電壓相同。因此，端子274和276上針對繼電器206的輸入電壓與電路60的輸入電壓相同，使得繼電器256接通。相應地，電路60的輸入電壓被提供給負載(即，繼電器256)，而不是電阻器280。
[0050]此時，電流流過電阻器262和LED 264，使得LED 264變得發(fā)光。電流也流過電阻器258和260。然而,如上所述，由于電阻器258和260的電阻能夠被選擇得相對高，電阻器258和260僅是電路60的最小負載。
[0051]相對比地，當輸入節(jié)點252和254上的電壓降到閾值以下時，節(jié)點268處的電壓沒有高到足以使晶體管266導通。由于晶體管266沒有導通，節(jié)點270被電阻器262上拉到輸入節(jié)點252的電壓值，電阻器262作為上拉電阻器來工作。在節(jié)點270被上拉的情況下，晶體管278的柵極被上拉，使得晶體管278變得導通。這樣，利用通過繼電器256的電流使晶體管278導通。在這個配置中，繼電器256的節(jié)點274和276在近似相同的電壓上，并且繼電器256斷開。輸入節(jié)點252和254上的電壓于是被施加在電阻器280上，從而產生額外的電流。當繼電器斷開時，該額外電流可以被用于建立最小電流流動。在某些實現(xiàn)中，額外電流具有近似4mA的所需最小量。因此，在這個配置中，輸入電壓被提供給電阻器280，而不是被提供給負載(即，繼電器256)。
[0052]圖4B描述的欠壓檢測電路提供比圖4A描述的欠壓檢測電路更加高效的操作。由于電阻器258和260被選擇為具有高電阻值，電阻器258和260不代表電路的顯著負載。當輸入電壓不足以使繼電器256導通時，電阻器208被配置成提供額外的負載電流。然而，當繼電器256通電時，電阻器208被隔離在電路內以降低總負載。
[0053]如上所述，圖4B中提供的電路60比結合圖4A描述的常規(guī)電路更加高效。為了進行圖解，圖5A和圖5B是圖解消耗的電流與施加的輸入電壓的比較的曲線圖。圖5A示出了針對圖4A的常規(guī)電路的比較，圖5B示出了針對圖4B的改進電路的比較。
[0054]每個曲線圖包含若干表示使晶體管導通的最小電壓(Vbe)的線。Vbe通常對溫度敏感，因而每個曲線圖示出不同溫度處的若干曲線:0攝氏度(C)、25C、50(^P100C。如圖5B所示，在OC處，V be高出接近0.8V，但是在100C處，Vbe低出近似0.5V。如圖所示，相比常規(guī)電路，針對圖5B中的改進電路提供的值表明有幾乎30%的效率改進。[0055]圖6圖解了圖3中圖解的功能模塊圖的示例性實現(xiàn)。圖6中描述的供電電路48引入圖4B中描述的本公開的改進欠壓檢測電路60。對于DC輸入，圖6的配置特別適于大約16VDC到大約120VDC之間的輸入電壓額定值，而對于AC輸入，圖6的配置特別適于大約19VAC到大約264VAC之間的輸入電壓額定值，雖然能夠考慮到其它配置和額定值。電路48經由線路24和26接收輸入控制信號50。在圖6的電路配置中，可以施加AC或DC輸入控制信號。信號限制電路52可以包含限制通過電路的電流的電阻器72。例如，可以使用47歐姆電阻器。M0V74可以被用于保護電路免受過電壓瞬變的影響，但是由于尺寸約束，其可能是相當?shù)湍芰康脑O備。與輸入串聯(lián)的電阻器72進一步吸收一些瞬變能量，并且也對于傳導的EMI有幫助。
[0056]信號限制電路52適當調節(jié)用于施加到整流器電路54的傳入控制信號50。電路54用于對交變電流控制信號進行整流以產生直流波形。雖然在可以得到直流輸入控制信號的應用中整流器電路54是不必要的，然而在需要的情況下電路可以被包含在所有實現(xiàn)中，以提供交變電流或直流輸入信號的應用。
[0057]在某些實施例中，可能需要輸入電路以對AC輸入電壓進行整流，所以可以使用例如0.5A600V全波電橋76。電容器78可以跟在電橋76之后以限制傳導的EMI。在某些實施例中，可以使用例如500pF630V陶瓷電容器。不應使該電容器的值過大，因為它可能通過過度平滑AC線路電壓而對高電壓檢測電路58產生負面影響。
[0058]在某些實施例中，線性調節(jié)器56可以使用耗盡模式FET 68。在一個例子中，可以使用來自Supertex公司的DN2470。即使在柵極電壓為零時，這類FET也能導通。該配置的優(yōu)點在于其沒有最小工作電壓，并且在處于預定調節(jié)電壓以下時簡單地傳過電流。在一個可選實施例中，可以使用增強模式FET，其通常較昂貴，但在其開始工作之前會額外降低大約4V。線性調節(jié)器56被示出為基本作為跟隨器來連接，其中由24V齊納二極管82來確定柵極電壓。
[0059]對于耗盡模式FET 68，柵極電壓必須比源極低若干伏以斷開傳導。源極會上升到齊納電壓減去柵極斷開電壓，柵極斷開電壓可以是大約負2.5V。這等同于大約24V減去負
2.5V或大約26.5V的調節(jié)電壓。這正好在24V繼電器的工作范圍內。
[0060]在齊納二極管82中基本上沒有消耗電流或熱量，雖然其可能需要一些物理空間以容納高電壓降。由于FET 68柵極不需要任何電流，例如100千歐是作為上拉電阻器84可能需要的全部。當繼電器10首先接通時，與電阻器84并聯(lián)的電容器86有助于初始上升時間。在某些實施例中，0.0luF電容器可以被用于電容器86。電容器86也限制線性調節(jié)器56的開關速度，并當調節(jié)器被關閉和啟動時減弱任何瞬變。
[0061]有效下拉齊納二極管82的陰極上的電壓使得其看上去像較低電壓齊納。由于體電容器88上的電壓可以在26.5V左右，當源極電壓下降到大約2.5V時，這會使FET 68關斷。然而，可以提供電容器88中的足夠體電容，使得甚至50Hz處的電壓降不多于幾伏。在某些實施例中，IOuF電容器可以被用于電容器88。如下所述，電容器88也用于向線圈11提供電力源，而在經整流的輸入線路電壓的部分期間，線性調節(jié)器被關斷。
[0062]高電壓檢測電路58依賴于經整流的輸入線路電壓的電阻器分壓版本，用于超過雙極晶體管92的正向基極射極電壓，其通常為大約0.6V?？梢源?lián)使用電阻器94和電阻器96，因為單獨情況下它們不會能夠承受可能落在它們上面的潛在高電壓。例如，大約300千歐的總量可以被用于將240VAC輸入的功耗保持在每電阻器0.1W處。然而，0.25W電阻器可以被用于熱降方面的考慮。電阻器98的大小可以被確定為例如大約1.5千歐，以使得在大約120V處出現(xiàn)0.6V?？梢耘c電阻器98并聯(lián)地提供電容器90，以提供降低影響高電壓檢測電路58的噪聲的低通濾波器。晶體管92可以是小的通用NPN晶體管。例如，可以使用由International Rectifier制造的2N3094。將晶體管92的集極耦合到齊納二極管82的陰極可以是有效的，但是也可能導致FET 68的柵極-源極電壓接近負26.5V，這會可能超過其最大額定值。可以插入電阻器100以把該電壓降低到較低值。例如，100千歐電阻器可以被用于把電壓降低到電壓值的大約一半。
[0063]如上所述，繼電器也可以被用于緩沖來自可編程邏輯控制器(PLC)的三端雙向可控硅開關元件輸出。已知三端雙向可控硅開關元件用于使關斷狀態(tài)漏電流處于低毫安范圍內。一些小的通用繼電器具有額定釋放電壓，并因而具有額定釋放電流，這種電壓和電流較低，使得盡管繼電器被假定斷開，三端雙向可控硅開關元件漏電流仍能夠保持繼電器處于通電狀態(tài)。供電電路48可以包含欠壓閉塞電路60，以要求高于三端雙向可控硅開關元件漏電流的電流對于線圈11的工作是必需的。
[0064]欠壓閉塞電路60可以被用于保持線圈11和指示器LED264不工作，除非存在最小接通電壓并因而有最小電流引出。
[0065]當來自線性調節(jié)器56的輸出電壓的電阻器分壓版本超過大約0.6V閾值時，欠壓閉塞電路60的晶體管266變得導通。電阻器258和電阻器260提供分壓器。電阻器258的大小可以被確定為例如大約100千歐(kOhm)，電阻器260的大小可以被確定為例如大約
8.2千歐。晶體管266也可以例如是International Rectifier的2N3904。設置該閾值在大約IOV的輸出電壓的情況下出現(xiàn)會規(guī)定線圈11和LED 264將在不影響線圈11的低電壓工作的情況下引出至少大約4mA。當晶體管266導通(使繼電器線圈11變得通電)時，繼電器線圈11被暴露給來自線性調節(jié)器56的輸出電壓，從而使繼電器接通。另外，LED 264通電?？梢蕴峁㎜ED 264以提供設備的工作狀態(tài)的指示(即，通電或未通電)。為調節(jié)LED亮度，可以選擇電阻器262以將LED 264中的電流限制到幾mA。
[0066]當來自線性調節(jié)器56的輸出電壓降到閾值以下時，晶體管266變得不導通。如上所述，這使晶體管278變得導通。晶體管278也可以例如是International Rectifier的2N3904。來自線性調節(jié)器56的輸出電壓于是落在電阻器280上，電阻器280提供適當?shù)呢撦d電流。在一個實現(xiàn)中，電阻器280的電阻接近2.7千歐。另外，在這個狀態(tài)下，不足的電壓被提供給繼電器線圈11的端子108和120，使得繼電器線圈11斷開。
[0067]對繼電器10的電力輸入可以具有較大的線路電感?？梢园娙萜骶彌_電路62以在高電壓檢測電路58突然關斷線性調節(jié)器56時使電流從該電感移開?？梢园O管110以將緩沖電容器112上的電壓與高電壓檢測電路隔離。應當使電容器112的值大至實際能夠限制電壓尖峰的大小。對于諸如線圈11的小負載，例如可以使用0.1uF電容器，因為輸入MOV 74也有防止該尖峰的作用。
[0068]在某些實施例中，繼電器10包含24VDC線圈11，線圈11具有足夠的電感，使得可以通過負載電路64來提供小的續(xù)流二極管116，以在欠壓閉塞電路60突然將其關斷時轉移電流。
[0069]最終，可以提供端子108和120以將繼電器線圈11耦合到電路48。在上述實施例中，端子118、120引到觸點32(參見圖1)，觸點32用于耦合到繼電器。
[0070]應當理解，例如容差、溫度和海拔的其它因素可能影響這里描述的預定值。本領域的普通技術人員會理解，這些值可以根據(jù)各種條件而改變。
[0071]盡管本發(fā)明可容易地得到各種修改和替代形式，然而具體實施例已經在附圖中以例示的方式示出，并且已經在這里加以詳細描述。然而，應當理解，本發(fā)明不旨在限于所公開的特定形式。而是，本發(fā)明要覆蓋在如所附權利要求書所限定的本發(fā)明的實質和范圍內的所有修改、等同和替代。
[0072]這里撰寫的說明使用各個例子來公開本發(fā)明，包含最優(yōu)方式，并且也使得本領域任何技術人員能夠實施本發(fā)明，包含制造和使用任何設備或系統(tǒng)，以及執(zhí)行任何引入的方法。本發(fā)明的可專利范圍由權利要求來限定，并且可以包含本領域的技術人員能夠想到的其它例子。這樣的其它例子應在權利要求的范圍內，如果它們的結構要素與權利要求的字面表述沒有區(qū)別，或者如果它們包含與權利要求的字面表述沒有實質區(qū)別的等同結構要素。
[0073]最后，應特別注意的是，可以組合、排除或重新排序這里描述的任何過程或步驟。相應地，這里的說明僅表示以示例的方式來進行，而不是限制本發(fā)明的范圍。
【權利要求】
1.一種針對負載的寬輸入電壓供電電路，所述電路包括: 第一級段，包括被配置成將輸出電壓保持在預定輸出電壓水平的線性調節(jié)器電路，所述線性調節(jié)器包含當輸入電壓超過預定關斷閾值時關斷所述線性調節(jié)器的輸入；以及 第二級段，包括耦合到所述線性調節(jié)器的輸出的欠壓閉塞電路，所述欠壓閉塞電路被配置成針對所述負載設置最小接通電壓，并且包含: 第一晶體管，被配置成在欠壓閉塞電路的輸入電壓超過閾值時變得導通，以提供所述輸入電壓給所述負載，但不提供所述輸入電壓給第一電阻器，以及 耦合到所述第一晶體管的第二晶體管，所述第二晶體管被配置成在所述欠壓閉塞電路的輸入電壓降到閾值以下時變得導通，以提供所述輸入電壓給所述第一電阻器，但不提供所述輸入電壓給所述負載。
2.如權利要求1所述的電路，其中所述第一晶體管的基極被耦合到包括第二電阻器和第三電阻器的分壓器。
3.如權利要求2所述的電路，其中所述第二電阻器的電阻接近100千歐，并且所述第三電阻器的電阻接近8.2千歐。
4.如權利要求1所述的電路，包括耦合到所述第一晶體管的集極以指示所述電路的供電狀態(tài)的發(fā)光二極管LED。
5.如權利要求1所述的電路，其中所述第二晶體管的基極被耦合到所述第一晶體管的集極。
6.如權利要求1所述的電路，其中所述第一電阻器的電阻接近2.7千歐。
7.如權利要求1所述的電路，其中所述第一晶體管被配置成在所述第二晶體管導通時變得不導通。
8.如權利要求7所述的電路，其中所述第二晶體管被配置成在所述第一晶體管導通時變得不導通。
9.一種被配置成針對負載設置最小接通電壓的欠壓閉塞電路，包括: 被配置成接收輸入電壓的輸入端子； 第一晶體管，被配置成在所述欠壓閉塞電路的輸入電壓超過閾值時變得導通，以提供所述輸入電壓給所述負載；以及 耦合到所述第一晶體管的第二晶體管，所述第二晶體管被配置成在所述欠壓閉塞電路的輸入電壓降到所述閾值以下時變得導通，以提供所述輸入電壓給第一電阻器，但不提供所述輸入電壓給所述負載。
10.如權利要求9所述的電路，其中所述第一晶體管的基極被耦合到包括第二電阻器和第三電阻器的分壓器。
11.如權利要求10所述的電路，其中所述第二電阻器的值接近100千歐，并且所述第三電阻器的值接近8.2千歐。
12.如權利要求9所述的電路，包括耦合到所述第一晶體管的集極以指示所述電路的供電狀態(tài)的發(fā)光二極管LED。
13.如權利要求9所述的電路，其中所述第二晶體管的基極被耦合到所述第一晶體管的集極。
14.一種被配置成針對負載設置最小接通電壓的欠壓閉塞電路，包括:被配置成接收輸入電壓的輸入端子； 連接到所述輸入電壓的分壓器，所述分壓器包含第一電阻器和第二電阻器； 第一晶體管，所述第一晶體管的基極被連接到所述分壓器，所述第一晶體管被配置成在所述分壓器的輸入電壓超過閾值時變得導通，以提供所述輸入電壓給所述負載； 耦合到所述第一晶體管的第二晶體管；以及 連接在所述輸入端子和所述第二晶體管的集極之間的第三電阻器，所述第二晶體管被配置成在所述分壓器的輸入電壓降到所述閾值以下時變得導通，以提供所述輸入電壓給所述第三電阻器，但不提供所述輸入電壓給所述負載。
15.如權利要求14所述的電路，其中所述閾值接近16VDC。
16.如權利要求14所述的電路，其中所述第一電阻器的電阻接近100千歐，并且所述第二電阻器的電阻接近8.2千歐。
17.如權利要求14所述的電路，其中所述第三電阻器的電阻接近2.7千歐。
18.如權利要求14所述的電路，其中所述負載是繼電器。
19.如權利要 求14所述的電路，包括耦合到所述第一晶體管的集極以指示所述電路的供電狀態(tài)的發(fā)光二極管LED。
20.如權利要求14所述的電路，其中所述第二晶體管的基極被耦合到所述第一晶體管的集極。
【文檔編號】H02H3/24GK103972861SQ201410012440
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年1月10日 優(yōu)先權日:2013年1月10日
【發(fā)明者】邁克爾·蓋斯佩瑞 申請人:洛克威爾自動控制技術股份有限公司