专利名称：电力切换装置的制作方法
技术领域：
本公开总体上涉及配电系统；更具体而言，本公开涉及电力切换装置。
背景技术：
诸如配电盘的电路面板通常包括很多不同的电路元件，例如保险丝夹持器和保险丝、断路器、输入和输出连接器以及报警信号LED。出于安全和其它原因，配电盘的电路被装入外壳结构之中。因此，上文列出的电路元件通常被插入预先切割或预先冲压到外壳结构中的孔中，通常在外壳结构的前或后面板上。这些现有技术的电路面板是固定的，一旦在外壳中形成孔，部件的类型和布置就受到限制。为了制造现有技术系统的不同固定电路面板，电路面板制造商会在外壳结构的前或后面板中打出不同图案的孔，以便适应不同的电路元件布置。为了提供不同的固定面板，要牵涉到很大的再加工时间和成本。在通过孔插入元件时，组装电路元件也是困难的。 在美国专利No. 6，456，203中描述和示出了一种解决方案。此外，这样的面板在输入和输出连接、以及保险丝和/或断路器位置之间有硬连线。在一些面板中，提供冗余的电源连接，由包括热沉的冗余(OR-ing) 二极管控制。这些特征可能会占据面板之内很大的空间，并可能导致电流通过与不工作电源连接相关联的冗
余二极管。对改进配电盘一直存在需求。
发明内容
根据本公开，公开了一种电力切换装置。电力切换装置包括保护电路，所述保护电路基于感测的电压有选择地切换，以允许或阻挡配电单元中的返回电流。根据第一方面，公开了一种用于配电盘的电路保护系统。所述电路保护系统包括配电盘通道中连接的晶体管，所述晶体管连接在负载的返回连接部和返回路径之间，所述配电盘包括多个连接到所述负载的通道。电路保护系统还包括与所述晶体管电并联连接的控制电路，所述控制电路被配置成基于观测到的所述晶体管两端的电压而有选择地激活所述晶体管，以允许电流通过所述晶体管。根据第二方面，公开了一种可用于配电系统中的配电盘。所述配电盘包括多个通道，每个通道包括电源路径和返回路径。所述返回路径可通过配电盘电连接到负载的返回连接部。所述配电盘还包括与所述多个通道之一相关联的电路保护系统。所述电路保护系统包括返回连接部和返回路径之间连接的晶体管。所述电路保护系统还包括与所述晶体管电并联连接的控制电路，所述控制电路被配置成基于观测到的所述晶体管两端的电压而有选择地激活所述晶体管，以允许电流通过所述晶体管。根据第三方面，公开了一种在配电盘中提供电路保护的方法。该方法包括感测返回路径和返回连接部之间连接的晶体管两端间高于阈值的电压，所述返回连接部被配置成接收通往负载的连接。该方法还包括，在感测到所述晶体管两端间高于阈值的电压时，利用与所述晶体管并联连接的控制电路激活所述晶体管。根据第四方面，公开了一种配电盘。所述配电盘包括机架，所述机架包括顶部、底部、前面、后面和两侧。所述配电盘还包括所述机架上的多个功率输入连接，每个功率输入连接包括源输入连接和返回输入连接。所述配电盘还包括所述机架上的多个功率输出连接，每个功率输出连接包括源输出连接和返回输出连接，每个功率输出连接通过所述机架连接到所述功率输入连接。所述配电盘包括所述功率输出连接中的至少一个和功率输入连接之间连接的保护电路。所述保护电路包括返回输出连接和返回输入连接之间连接的晶体管，以及与所述晶体管电并联连接的控制电路，所述控制电路被配置成基于观测到的所述晶体管两端的电压而有选择地激活所述晶体管，以允许电流通过所述晶体管。
图1是根据本发明的配电盘一个实施例的前、顶和右侧透视图。
图2是图1的配电盘的后、顶和左侧透视图。
图3是图1的配电盘的前视图。
图4是图1的配电盘的右视图。
图5是图1的配电盘的分解前、顶和右侧透视图。
图6是图1的配电盘的分解前、顶和左侧透视图。
图7是图1的配电盘的顶视图，移除了顶盖部分。
图8是图1的配电盘底座的前视图，未示出模块。
图9是第一电路模块的透视图。
图10是第--电路模块的顶视图。
图11是第--电路模块的底视图。
图12是第--电路模块的前视图。
图13是第--电路模块的右视图。
图14是第--电路模块的分解透视图。
图15是第二二电路模块的透视图。
图16是第二二电路模块的顶视图。
图17是第二二电路模块的底视图。
图18是第二二电路模块的前视图。
图19是第二二电路模块的右视图。
图20是第二二电路模块的分解透视图。
图21是根据本发明的配电盘第二实施例的前、顶和右侧透视图。
图22是图21的配电盘的后、顶和左侧透视图。
图23是图21的配电盘的前视图。图M是图21的配电盘的右视图。图25是图21的配电盘的分解前、顶和右侧透视图。图沈是图21的配电盘的分解前、顶和左侧透视图。图27是图21的配电盘的顶视图，移除了顶盖部分。图28是图21的配电盘底座的前视图，未示出模块。图四是根据本发明的配电盘第三实施例的前、顶和右侧透视图。图30是图四的配电盘的前、底和右侧透视图。图31是图21的配电盘的第一电路模块的前方透视图。图32是图31的第一电路模块的后方透视图。图33是图31的第一电路模块的前视图。图34是图31的第一电路模块的侧视图。图35是图31的第一电路模块的顶视图。图36是图31的第一电路模块的底视图。图37是沿图35的线37_37截取的图31的第一电路模块的截面图。图38是图37的第一电路模块的一部分的放大图，被示为部分连接到背板连接器。图39是图31的第一电路模块的分解前方透视图。图40是图21的配电盘的第二电路模块的前方透视图。图41是图40的第二电路模块的后方透视图。图42是图40的第二电路模块的前视图。图43是图40的第二电路模块的侧视图。图44是图40的第二电路模块的顶视图。图45是图40的第二电路模块的底视图。图46是沿图44的线46_46截取的图40的第二电路模块的截面侧视图。图47是图46的第二电路模块的一部分的放大图，被示为部分连接到背板连接器。图48是图40的第二电路模块的分解透视图。图49是与电压断开监测器相关的流程图。图50示出了包括两个图31的第一电路模块的配电盘的前侧更多细节，包括标记配置。图51示出了图21的配电盘前侧的更多细节，包括标记配置。图52示出了包括四个图40的第二电路模块的另一配电盘的前侧更多细节，包括标记配置。图53示出了用于本公开的配电盘中的配电电路的示意图。图M示出了用于本公开的配电盘中的保护电路的示意图。
具体实施例方式参考图1-7，示出了一种配电系统或配电盘10。配电系统10是一种模块化设计， 包括具有机架12的面板构造和至少一个可移除电路模块14。在图示的实施例中，示出了一个第一电路模块16和两个第二电路模块18。第一电路模块16位于机架12的左侧，其中第一电路模块16是第一种设计。两个第二电路模块18也被示为位于机架12的右侧，其中第二电路模块18的设计与第一电路模块16不同。每个电路模块14包括电路分布部件。在优选实施例中，电路分布部件包括诸如保险丝或断路器的电路保护装置和功率输出装置60。系统10包括功率输入装置50，其中模块14之内的电路保护装置保护功率输入装置50和功率输出装置60之间的电路。还参考图8，机架12包括顶部30、间隔开的底部32和相对侧面34、36。与侧面34、 36相邻的是用于安装到框架、机柜或其它电信设备的托架38。机架12包括后部40。机架 12界定了具有开口前方44的内部42。图示实施例中的机架内部42包括机架12左侧的第一模块接收区46和机架12右侧的第二模块接收区48。提供了机架12的中央区49。在一些实施例中，可以将中央区49用于报警和/或系统管理部件。面板10包括连接到内部汇流条52的功率输入连接器或端子50。诸如印刷电路板的背板M与机架12的后部40相邻设置。汇流条52将输入连接器50连接到背板M。模块16、18与背板M互连以实现通过模块16、18的配电。每个模块16，18包括至少一个功率输出连接器60和电路保护装置62，例如保险丝或断路器。如图7所示，汇流条52是大致Z形的金属条，从第一端68延伸到相对端70。相对端70界定双触点72，可以利用紧固件(未示出)将触点72固定到背板M以使汇流条52 和背板M电互连。汇流条52的末端68在机架12的输入端子安装处76安装到输入端子 50。机架12的内部42包括侧面支撑80和中央支撑82。侧面支撑80和中央支撑82 包括多个模块导轨84，其界定纵向槽，用于接收模块16、18中每个的纵向轨道。中央支撑 82界定内部，用于接收报警卡92。报警卡92安装到背板M上的报警卡连接器93。如果面板10采用这种功能，报警卡92是任选的。每个模块16、18包括后部模块连接器96。背板M包括正面100和相对的背面 102。正面100上设置的是多个配合连接器104，用于电连接到模块连接器96。现在更详细地参考图9-14，示出了第一电路模块16。模块16包括框架200，框架 200包括基部202和具有前凸缘206的前托盘204。垂直支撑208从基部202向上延伸并且分别为输出端子单元220和保险丝222界定多个开口 210、212。基部202还包括侧面226 和纵向轨道228。印刷电路板230连接在模块连接器96和电路元件之间，电路元件包括输出端子单元220和保险丝222。保险丝夹持器或带有保险丝222的块MO由支撑托盘241 和捆扎带M2固定。现在参考图15-20，示出了第二电路组件18之一。第二模块18包括框架300，框架300包括基部302、前托盘304和前凸缘306。垂直支撑308分别为输出端子单元320和保险丝322界定多个开口 310、312。框架300包括侧面幻6和纵向轨道328。印刷电路板 330连接在模块连接器96和电路元件之间，电路元件包括输出端子单元320和保险丝322。利用紧固件(未示出)，通过每个模块中的孔238、338和机架12的支撑80中的孔66将模块16、18安装到机架12。提供前托盘204、304以对功率输出电缆进行电缆管理。 前凸缘206、306还提供了方便的抓取表面。因为机架12和模块16、18的模块化设计，方便了部件的修理或替换。如果希望进行升级，可以提供新的模块。模块还允许实现分布式控制功能，例如在冗余(双馈电)应用的情况下。可以在每个模块上局部放置冗余二极管或其它控制器。下文结合图53巧4描述与使用的可能电路相关的细节。每个模块包括期望的电路保护部件。图示实施例中的模块16是TPA型的保险丝。 模块18是GMT型的保险丝。可以使用其它保险丝类型或断路器。现在参考图21-52，示出了类似于面板10的配电系统或配电盘的其它实施例。在图21- 中，类似的面板410被示为具有机架412、第一电路模块416和两个第二电路模块 418。或者，面板410能够容纳两个第一电路模块416或四个第二电路模块418。机架430包括顶部430和底部432上的气流开口 440。机架430还包括顶部430 上的前向的地442。像面板10那样，可以从机架430移除第一电路模块416和第二电路模块418。图示实施例中的模块416是TPA型保险丝，具有四个保险丝，而不是面板10中所示的两个。模块318是GMT型保险丝，每个包括四个保险丝，而不是上文针对模块18所述的三个。现在参考图沈-28，挡板480被示为安装到机架430的底部432。挡板480与底部 432由间隔体481间隔开，以允许利用底部432中的开口 440进行气流沟通。挡板480还充当气流阻挡，以阻挡来自机架430下方的暖空气进入机架430，例如来自安装于下方的发热设备。现在参考图四和30，示出了面板510的另一实施例。面板510包括与面板410同样的机架430以及四个第二模块418，每一侧有两个。面板510还被示为包括挡板480。挡板480还包括相对于挡板480其余部分向上定位的前凸缘482。前凸缘482和挡板480的其余部分还可以充当电缆盘，用于容纳往返于面板510的电缆或在面板510任一侧的设备间延伸的电缆。现在参考图31-39，更详细地示出了第一模块416。模块416包括框架600，框架 600包括基部602和具有前凸缘606的前托盘604。前托盘604包括用于捆扎电缆的穿孔 607。垂直支撑608从基部602向上延伸并且分别为输出端子单元620和保险丝622界定多个开口 610、612。基部602还包括侧面拟6和纵向轨道628。两个印刷电路板630、631连接在模块连接器696和包括输出端子单元620和保险丝622的电路元件之间。保险丝夹持器或带有保险丝622的块640由支撑托盘641和捆扎带642固定。在基部602和托盘641 中提供各种开口 646以辅助通风。现在参考图40-48，第二模块418包括框架700，框架700包括基部702和具有前凸缘706的前托盘704。提供类似的穿孔707用于在前托盘704中捆扎电缆。垂直支撑708 分别为输出端子单元720和保险丝722界定多个开口 710、712。框架700包括侧面7 和纵向轨道728。印刷电路板730连接在模块连接器696和电路元件之间，电路元件包括输出端子单元720和保险丝722。在基部702中提供各种开口 746以辅助通风。现在参考图38、47和49，示出了电压断开特征。在工作期间去除模块可能导致的一个问题是在模块的连接器696和背板的连接器104之间可能发生电弧放电。提供电压断开系统800以在去除模块之前关闭模块的电源，以防止电弧放电。连接器696的管脚806之中的选定管脚808具有缩短的长度。缩短的管脚808将在电源连接脱离之前脱离。这将提供中断信号，中断信号将被模块上诸如微控制器或类似装置的装置接收，以激活关闭流向负载的电流的电压断开机构。这将会防止连接器上的电弧放电并且防止发生损伤。此外，如果模块未完全插入，短管脚808将防止激活电压断开机构并且在完全插入模块之前保持输出电流被关闭。如果模块未完全插入，将会显示可见指示。图49示出了范例流程图，示出了电压断开特征。每个模块416、418包括各种可视指示器以指明系统状况。例如，通过可视指示器 900为功率、低电压、保险丝熔断和温度过高提供可视的指示。如果需要，可以提供功率输入盖910和功率输出盖920。如图50-52所示，图示的面板410、510、1010的各种布置使用的是相同机架430。 可以使用标签1200、1210、1220根据每种布置的需要标记每个模块416、418。如果需要，可以通过粘合剂将标签1200、1210、1220附着于每个模块416、418。尽管图1-52描述了用于配电盘的特定构造，显然，也能够使用其它类型的配电盘。例如，可以使用其它类型的面板，例如2007年1月17日提交的美国专利申请No、 11/654, 367中描述的那些面板，在此通过引用将其公开全文并入。现在参考图53-54，示出了负载保护电路，可以在本公开的配电单元和面板中实施该负载保护电路。图53示出了配电电路1000，其中可以使用根据本公开可能实施例的配电单元。配电电路1000包括配电单元1010，配电单元1010包括至少两个功率通道1020、 1030。图示的每个功率通道1020、1030都连接到负载设备1040，负载设备包括负载装置 1050和保护二极管1060、1070。每个功率通道1010、1020包括负极化的电源路径和正极化的返回路径。在图示的实施例中，功率通道1010包括电源路径Al-和返回路径Al+，功率通道1020包括电源路径 Bl-和返回路径Bi+。对于每个功率通道，电源路径(例如Al-，Bl-)连接到低电压断开电路1080和保险丝1090，保护负载设备1040，不受意外配电事件影响。在图示的实施例中， 低电压断开电路1080断开通道连接，停止供应比要供应给负载设备1040的额定或预期电压更低的电压。保险丝1090防止过电流事件到达负载设备。在每个通道的电源路径也可以包括其它电路保护设备。在每个功率通道1020、1030的返回路径A1+、B1+，开关电路1100有选择地允许电流单向通过，从而阻挡沿反方向(即，正端子连接到电源路径Al-或B1-，负端子连接到返回路径Al+或Bl+)从连接到每个通道的电池(未示出)流动的电流。开关电路1100还防止在对应的电源路径(和总体通道)不工作时返回路径上存在返回路径电流。例如，开关电路1100防止在通道1030不工作而通道1020工作时路径Bl+上的电流，并防止在通道1020 不工作但通道1030工作时路径Al+上的电流。图M示出了开关电路1100的细节。开关电路1100充当配电盘的电路保护系统， 在某些实施例中，表示“有效-OR”电路布置。开关电路1100连接到来自负载(例如图53 的负载设备1040)的多个返回连接部1110，它们被合并成配电电路的返回路径1120(例如图53的路径Al+或Bi+)。返回路径1120连接到电池或其它电源的返回或正端子。开关电路1100包括一个或多个串联布置的晶体管，被图示为MOSFET器件1130。每个器件1130 具有源极1132、漏极1134、栅极1136和主体二极管1138。器件1130是并联连接的，所有源极1132互连到返回路径1120，所有漏极1134互连到返回连接部1110，所有栅极1136互连在一起。在图示的实施例中，MOSFET器件1130是N沟道增强型MOSFET器件；不过，也可以使用P沟道MOSFET器件或其它类型的高电流低电压降器件。
控制电路1150基于返回连接部1110和返回路径1120处感测的电压有选择地激活MOSFET器件。控制电路包括两个感测管脚1152、1154(分别被示为SENSE+和SENSE-) 和控制管脚1156。感测管脚1152探测返回路径1120处的电压，管脚IlM探测返回连接部 1110处的电压。控制管脚1156连接到互连的栅极1136，基于在感测管脚1152、1巧4处感测的电压有选择地激活MOSFET器件1130。在工作中，图53-54的电路被布置成用于大电流应用。例如，根据用于开关电路 1100中的具体部件的选择，电路能够支持配电盘每个通道流过大约75-125安培的电流。在工作中，在与开关电路1100相关联的沟道不工作时，MOSFET器件1130中的主体二极管1138类似于肖特基二极管那样工作，如果返回连接部1110和返回路径1120之间的电压差低于肖特基二极管特性确定的正向电压，则防止电流流动。优选选择主体二极管 1138的正向电压使其高于类似功率应用中一般使用的电压(类似应用中使用的典型肖特基二极管的正向电压大约为0.35V)。在某些实施例中，主体二极管1138的正向电压为大约0. 45V到大约2V。在某些应用中，主体二极管的正向电压为大约0. 9V到大约1. 2V。主体二极管1138的电压更高，连同存在四个并联连接的MOSFET器件1130，有助于防止在对模块断电时电流在返回路径中流动。这至少部分是因为，与单一、较低电压的主体二极管相比，要对多个更大电压的主体二极管进行正向偏置需要很大的额外能量。更高的电压降对应于将器件1130用于大电流应用，例如配电盘中时更大量的热耗散。由于这种大电流流经器件1130，所以在工作期间激活MOSFET器件，以将器件两端的电压降降低到几毫伏，由此显著减少每个MOSFET器件处的热耗散。结合额外的MOSFET器件1130允许在电路工作期间进一步分开发热元件。在感测到负电压状况时，例如反向电池状况(例如，感测管脚1152、1巧4两端的电压反向)或在两个电池源之间探测到电压差(例如，其中与具有开关电路1100的通道相关联的电压源电压低于连接到负载的另一通道的电压)，控制电路1150去激活MOSFET器件 1130，使得主体二极管1138阻挡反向电池电流流到连接到与电路1100相关联的通道的负载装置(例如，如图53所示)。尽管图示的开关电路1100使用四个MOSFET器件1130，但电路中可以包括更多或更少器件。额外的器件可能提供更多冗余/故障保险特性，并且能够用于划分通过每个器件的电流负载。额外的器件还可以提供改进的热学特性，可能允许从MOSFET器件中排除热沉。此外，优选逐一评定每个MOSFET器件1130以具有充分大电流容量，以从返回连接部 1110向返回路径1120传递所有可能的电流。上述说明、范例和数据提供了对本发明组成的制造和使用的完整说明。由于在不偏离本发明的精神和范围的情况下可以实施很多本发明的实施例，因而本发明涵盖于所附权利要求的范围内。
权利要求
1.一种用于配电盘的电路保护系统，所述系统包括配电盘的通道中连接的晶体管，所述晶体管连接在负载的返回连接部和返回路径之间，所述配电盘包括多个连接到所述负载的通道；以及与所述晶体管电并联连接的控制电路，所述控制电路被配置成基于观测到的所述晶体管两端的电压而有选择地激活所述晶体管，以允许电流通过所述晶体管。
2.根据权利要求1所述的电路保护系统，还包括并联连接在所述返回连接部和所述返回路径之间的多个晶体管。
3.根据权利要求1所述的电路保护系统，其中所述晶体管为MOSFET晶体管。
4.根据权利要求3所述的电路保护系统，其中所述MOSFET晶体管为增强型MOSFET晶体管。
5.根据权利要求1所述的电路保护系统，其中所述晶体管包括主体二极管。
6.根据权利要求5所述的电路保护系统，其中所述主体二极管的正向电压至少约为 0. 45V。
7.根据权利要求1所述的电路保护系统，其中所述控制电路包括连接到所述晶体管的栅极的控制信号。
8.根据权利要求7所述的电路保护系统，其中所述控制电路被配置成在所述负载使用所述通道期间激活所述栅极。
9.根据权利要求7所述的电路保护系统，其中所述控制电路被配置成在探测到所述通道中的反向电池状况时去激活所述栅极。
10.根据权利要求7所述的电路保护系统，其中所述控制电路被配置成在探测到所述通道中的负电压状况时去激活所述栅极。
11.一种可用于配电系统中的配电盘，所述配电盘包括多个通道，每个通道包括电源路径和返回路径，所述返回路径可通过所述配电盘电连接到负载的返回连接部；以及与所述多个通道之一相关联的电路保护系统，所述电路保护系统包括连接在所述返回连接部和所述返回路径之间的晶体管；与所述晶体管电并联连接的控制电路，所述控制电路被配置成基于观测到的所述晶体管两端的电压而有选择地激活所述晶体管，以允许电流通过所述晶体管。
12.根据权利要求11所述的配电盘，还包括多个电路保护系统，每个电路保护系统与所述多个通道中的不同的一个相关联。
13.根据权利要求11所述的配电盘，其中每个电路保护系统包括并联连接在所述返回连接部和所述返回路径之间的多个晶体管。
14.根据权利要求11所述的配电盘，其中所述控制电路具有连接到所述晶体管的栅极的控制信号。
15.根据权利要求14所述的配电盘，其中所述控制电路被配置成在所述负载使用所述通道期间激活所述栅极。
16.根据权利要求14所述的配电盘，其中所述控制电路被配置成在探测到所述通道中的反向电池状况时去激活所述栅极。
17.根据权利要求14所述的配电盘，其中所述控制电路被配置成在探测到所述通道中的负电压状况时去激活所述栅极。
18.—种在配电盘中提供电路保护的方法，所述方法包括感测返回路径和返回连接部之间连接的晶体管两端间高于阈值的电压，所述返回连接部被配置成接收通往负载的连接；以及在感测到所述晶体管两端间高于阈值的电压时，利用与所述晶体管并联连接的控制电路激活所述晶体管。
19.根据权利要求18所述的方法，还包括 感测所述晶体管两端间低于阈值的电压；以及在感测到所述晶体管两端间低于阈值的电压时，利用所述控制电路去激活所述晶体管。
20.根据权利要求18所述的方法，还包括 利用所述控制电路感测反向电池状况；以及在感测到所述反向电池状况时，利用所述控制电路去激活所述晶体管。
21.一种配电盘，包括包括顶部、底部、前面、后面和两侧的机架；所述机架上的多个功率输入连接，每个功率输入连接包括源输入连接和返回输入连接；所述机架上的多个功率输出连接，每个功率输出连接包括源输出连接和返回输出连接，每个功率输出连接通过所述机架连接到所述功率输入连接；以及所述功率输出连接中的至少一个和功率输入连接之间连接的保护电路，所述保护电路包括连接在所述返回输出连接和所述返回输入连接之间的晶体管；以及与所述晶体管电并联连接的控制电路，所述控制电路被配置成基于观测到的所述晶体管两端的电压而有选择地激活所述晶体管，以允许电流通过所述晶体管。
22.根据权利要求21所述的配电盘，其中所述多个功率输入连接位于所述机架的前
23.根据权利要求21所述的配电盘，其中所述多个功率输出连接位于所述机架中安装的模块上。
全文摘要
公开了一种用于配电盘的电路保护系统。所述电路保护系统包括配电盘通道中连接的晶体管，所述晶体管连接在负载的返回连接部和返回路径之间，所述配电盘包括多个连接到所述负载的通道。所述电路保护系统还包括与所述晶体管电并联连接的控制电路，所述控制电路被配置成基于观测到的所述晶体管两端的电压而有选择地激活所述晶体管，以允许电流通过所述晶体管。
文档编号H02J1/10GK102210078SQ200980144626
公开日2011年10月5日 申请日期2009年10月9日 优先权日2008年10月9日
发明者J·C·科菲 申请人:Adc电信公司