用于菊花链中功率控制的双向开关的制作方法

1.本发明涉及一种用于菊花链中功率控制的双向晶体管开关。


背景技术：

2.在电气和电子工程中，菊花链是一种布线方案，其中多个设备按顺序或以环的形式布线在一起。菊花链中设备的连接对设备之间的功率输入/输出依赖性有一些约束。在这种布置中，通过双向开关控制菊花链中下一个设备的电源而不需要限定输入和输出可能是有用的。
3.一些现有的方法实施了双向开关，但是它们在开关设备两端呈现显著的电压降，并且没有解决用于控制菊花链中下一个设备的电源的控制设备的电源问题。
4.因此，需要在不限定输入和输出的情况下控制菊花链中下一个设备的电源，同时在开关设备两端保持非常低的电压降并提供控制设备的电源。


技术实现要素：

5.提供本发明内容是为了介绍与本发明主题相关的概念。本发明内容不旨在标识所要求保护的主题的基本特征，也不旨在用于确定或限制所要求保护的主题的范围。
6.在一个实施方式中，提供了双向双极晶体管开关布置，包括:
7.第一双极晶体管和第二双极晶体管，在第一端和第二端之间反并联连接，
8.电阻器，连接到第一双极晶体管和第二双极晶体管的基极以及控制端，
9.第一二极管，阳极连接到第一端，
10.第二二极管，阳极连接到第二端，
11.第一二极管和第二二极管经由各自的阴极连接到供电端。
12.有利地，通过使用双极pnp晶体管连同两个二极管的布置，获得了双向固态开关，其在向控制设备提供电源的同时呈现非常低的电压降。因此，可使用仅单个控制信号来驱动双向开关。
13.在实施例中，在第一端和第二端中的一个处提供输入电压，并且在第一端和第二端中的另一个处提供输出电压。
14.在实施例中，当使零电流从控制端流出时，所述第一双极晶体管和所述第二双极晶体管处于截止状态。
15.在实施例中，当使正电流从控制端流出时，第一双极晶体管和第二双极晶体管中的一个处于饱和状态，并且第一双极晶体管和第二双极晶体管中的另一个处于反向状态。
16.在实施例中，所述第一双极晶体管和所述第二双极晶体管是pnp型的。
17.在实施例中，第一二极管和第二二极管是低电压降二极管。
18.在实施例中，电阻器根据允许通过所述第一双极晶体管和所述第二双极晶体管的最大电流被校准。
19.在一个实施例中，第一端和第二端链接到菊花链中的电子设备。
20.在一个实施例中，控制端和供电端链接到能够设置从控制端流出的电流的控制设备。
附图说明
21.参考附图描述详细描述。在附图中，附图标记的最左边的数字标识该附图标记首次出现在其中的附图。在所有附图中使用相同的数字来指代相似的特征和组件。现在仅通过示例并参考附图来描述根据本主题的实施例的系统和/或方法的一些实施例，附图中:
22.图1示出了根据本发明一个实施例的菊花链中的电子设备的功能框图；和
23.图2示出了根据本发明一个实施例的开关布置的示意电路图。
24.在所有附图中，相同的附图标记表示相同的元件或相同类型的元件。
25.本领域技术人员应该理解，这里的任何框图都代表体现本主题原理的说明性系统的概念图。类似地，将会理解，任何流程表、流程图、状态转移图、伪代码等表示各种过程，这些过程可以基本上在计算机可读介质中表示，并且由计算机或处理器执行，无论是否明确示出了这样的计算机或处理器。
具体实施方式
26.附图和以下描述说明了本发明的具体示例性实施例。因此，应当理解，本领域的技术人员将能够设计各种布置，尽管这里没有明确描述或示出，但是这些布置体现了本发明的原理，并且包括在本发明的范围内。此外，这里描述的任何示例都旨在帮助理解本发明的原理，并且被解释为不限于这些具体列举的示例和条件。因此，本发明不限于下面描述的具体实施例或示例，而是由权利要求及其等同物来限定。
27.参考图1，电子设备ed包括开关布置sa和接地的控制设备cd。电子设备ed以菊花链的形式连接到输入电压vin所来自的前一个电子设备，并通过向下一个电子设备提供输出电压vout而连接到下一个电子设备。
28.控制设备cd通过指向开关布置的控制信号control控制输出电压vout(通过启用或禁用所述控制信号control)。因此，控制设备可以通过分别启用或禁用控制信号control来开启或关闭向菊花链中的下一个电子设备供电的输出电压vout。控制设备cd可以包括微处理器和存储器，该存储器包括存储在其上的用于执行输出电压的控制的程序指令。
29.开关布置sa包括具有功率仲裁电路的双向开关，以向控制设备cd供电，其中的配置在图2中详细解释。
30.控制设备cd由开关布置提供的供电信号supply供电，与输入电压vin的来源无关。因此，独立于开关布置的状态和通过开关布置的电流方向来为控制装置供电。
31.电子设备只需要一个控制信号control就可以经由输出电压vout引导(pilot)菊花链中下一个电子设备的电源。
32.参考图2，更详细地描述了开关布置sa内部的电路。
33.开关布置sa包括具有低饱和电压的两个pnp双极晶体管q1和q2、具有低电压降的两个二极管d1和d2以及电阻器r1。
34.与常规一样，pnp双极晶体管q1或q2由半导体材料区域组成，在半导体材料区域中，通过负(n)和正(p)导电类型的粒子的运动发生传导，其中电流的正常方向是从发射极
到集电极。
35.与常规一样，二极管d1或d2是其中电流只能从阳极流向阴极而通过二极管的二极管。
36.两个pnp双极晶体管q1和q2反并联连接在第一端和第二端之间，其中在第一端和第二端中的一个处提供输入电压，并且在第一端和第二端中的另一个处提供输出电压。
37.两个pnp双极晶体管q1和q2的基极跨电阻器r1连接到控制端。控制端链接到提供控制信号control的控制设备。
38.第一二极管d1的阳极连接到第一端，第二二极管d2的阳极连接到第二端。
39.第一二极管d1和第二二极管d2经由它们各自的阴极连接到供电端。供电端链接到提供供电信号supply的控制设备。
40.在一个实施例中，控制端可以逻辑地设置为“0”或“1”，以便控制开关布置的状态。
41.当控制端设置为“1”(逻辑高)时，来自信号control的流向pnp双极晶体管q1和q2的基极的电流为零。因此，pnp双极晶体管q1和q2都作为开路开关工作，处于截止状态，没有电流可以流过晶体管，从而允许关闭菊花链中的下一个设备。独立于信号control的状态，控制设备的电源通过二极管d1和d2提供，这取决于电源已经附接到哪一侧，即取决于第一端和第二端中的哪一个提供电源。这些二极管的目的是独立于信号control的状态向控制设备供电，同时避免电流泄漏到输出电压端。
42.当控制端设置为“0”(逻辑低)时，来自信号control的流向pnp双极晶体管q1和q2的基极的电流为正，并且可以根据电阻器r1的校准设置为最大值。因此，pnp双极晶体管q1或q2是饱和的，这取决于电源设置在模块的哪一侧。电流只能在pnp双极晶体管q1中从左向右流动，在pnp双极晶体管q2中从右向左流动。当信号pnp双极晶体管设置为“0”时，一个晶体管作为闭合开关工作，处于饱和状态，而另一个晶体管处于反向状态。
43.利用双极晶体管进行操作的优点是，当在截止状态下反向极化时，没有电流流动，而利用mosfet型晶体管进行操作时则不是这种情况。除了这一重要优点之外，双极晶体管还可以在菊花链的末端表现出非常低的饱和电压。
44.尽管上面已经参照特定实施例描述了本发明，但是本发明并不局限于这里阐述的特定形式。而是，本发明仅受所附权利要求的限定，并且在这些所附权利要求的范围内，除了上述特定实施例之外的其他实施例同样是可能的。
45.此外，尽管上面已经在组件和/或功能的一些示例性组合中描述了示例性实施例，但是应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以通过构件和/或功能的不同组合来提供替代实施例。此外，特别预期的是，单独描述或作为实施例的一部分描述的特定特征可以与其他单独描述的特征或其他实施例的一部分相结合。