用于控制继电器的系统和方法
【专利说明】用于控制继电器的系统和方法
[0001]背景
[0002]领域
[0003]本发明的实施例总体上针对控制继电器的系统和方法，并且更具体地涉及控制具有降低的功耗的继电器或多个继电器的系统和方法。
[0004]相关技术讨论
[0005]许多电子设备和电路包括用于各种目的的一个或多个继电器，各种目的诸如控制电机或照明，利用低压信号控制高压电路(例如音频放大器)，利用低电流信号控制高电流电路(例如汽车的起动机电磁线圈)等等，。在不间断电源(UPS)中，继电器可以用于输入切换，以从AC电力下的操作切换到电池(DC)电力下的操作用于反向馈电(back-feed)保护或用于其它目的。
[0006]图1示出了可以被包括在电子设备(如UPS系统)以及用于控制继电器的典型的控制电路中的传统形式的c继电器(也称为切换继电器或单刀双掷(SroT)继电器)。如图1中所示，继电器100包括公共(C)端子101、常闭(NC)端子102、常开(NO)端子103、电压供给端子104、控制端子105和线圈106。在如UPS的设备中，其中继电器100用于反向馈电保护或输入线路切换，公共端子101可以电耦合到AC电源的线路输出端子(例如，热输出端子或中性输出端子)，NO端子103电耦合到UPS的设备输入端子，且NC端子102悬空或用于反馈(feedback)或某些其它目的。如图1中所示，继电器100的电压供给端子104将通常电耦合到能够激励继电器的合适的电压源，并且继电器的控制端子105将通常通过开关110 (诸如MOS晶体管)电親合到接地端(ground)。
[0007]其中期望激励继电器100，控制信号(SI)在开关110的控制端子111上生效(assert)以闭合开关从而在电压源和接地之间电耦合继电器的线圈106。继电器的线圈中的电流将继电器的公共端子101电耦合到NO端子103并且保持在该位置直到控制信号失效(de-asserted)。
[0008]概述
[0009]根据本发明的方面，提供了继电器控制电路，其被配置为用于与具有线圈电压输入端的继电器一起使用。继电器控制电路包括第一输入端、第二输入端、开关、电容器、二极管和开关控制电路，第一输入端接收能够激励处于去激励(de-energized)的状态的继电器的第一电压，第二输入端接收能够将继电器保持在激励状态中的第二电压，第二电压小于第一电压，开关被串联设置在第一输入端和线圈电压输入端之间，开关具有接收控制信号的控制输入端，开关将第一输入端电耦合到线圈电压输入端以响应于具有第一状态的控制信号以及将第一输入端从线圈电压输入端电解耦以响应于具有第二状态的控制信号，电容器电耦合在线圈电压输入端和接地端之间，二极管串联电耦合在第二输入端和线圈电压输入端之间。开关控制电路具有接收继电器控制信号的输入端和电耦合到开关的控制输入端的输出端，开关控制电路提供具有第二状态的控制信号以响应于继电器控制信号的生效(assert1n)以及提供具有第一状态的控制信号以响应于继电器控制信号的失效(de-asserat1n)。
[0010]根据一个实施例，电容器被配置为，在第一输入端从线圈电压输入端电解耦之后，将线圈电压输入端保持在第一电压持续足以激励处于去激励状态的继电器的时段。根据该实施例的一个方面，二极管的阳极电耦合到第二输入端，并且二极管的阴极电耦合到继电器的线圈电压输入端。根据各个实施例，继电器和继电器控制电路可以包括在UPS中。根据另一个方面，所述时段至少对应于继电器的最小设定持续时间。
[0011]根据以上描述的方面和实施例中的每个，第一电压至少对应于继电器的最小拾取(pick-up)电压，并且第二电压至少对应于继电器的最小保持电压。
[0012]根据一个实施例，开关包括晶体管和控制端子，晶体管具有电耦合到第一输入端的第一端子、电耦合到线圈电压输入端和电容器的第二端子，控制端子接收控制信号。根据该实施例的一个方面，继电器包括控制端子，晶体管是第一晶体管，二极管是第一二极管，并且开关控制电路包括第二晶体管、第一电阻器和第二电阻器，第二晶体管具有电耦合到继电器的控制端子的第一端子、电耦合到接地端的第二端子和接收继电器控制信号的控制端子，第一电阻器与第二二极管串联親合在第一输入端和继电器的控制端子之间，第二电阻器与第三晶体管串联耦合在第一晶体管的控制端子和接地端之间。第三晶体管具有电耦合到第一电阻器和第二二极管的控制端子。根据另一个方面，第一晶体管、第二晶体管以及第三晶体管是MOS晶体管。
[0013]根据另一个实施例，继电器包括控制端子，二极管是第一二极管，并且开关控制电路包括第一晶体管、第一电阻器和第二电阻器，第一晶体管具有电耦合到继电器的控制端子的第一端子、电耦合到接地端的第二端子以及接收继电器控制信号的控制端子，第一电阻器与第二二极管串联耦合在第一输入端和继电器的控制端子之间，第二电阻器与第二晶体管串联耦合在开关的控制输入端和接地端之间。第二晶体管具有电耦合到第一电阻器和第二二极管的控制端子。
[0014]根据本发明的另一个方面，提供了控制继电器的方法。该方法包括接收具有第一状态和第二状态中的一个的继电器控制信号，将继电器的线圈电压输入端耦合到能够激励处于去激励状态的继电器的第一电压以响应于具有第一状态的继电器控制信号，将继电器的线圈电压输入端从第一电压解耦以响应于具有第二状态的继电器控制信号，在确定的时段内将继电器的线圈电压输入端保持在第一电压以响应于继电器控制信号从第一状态改变到第二状态，以及在确定的时段期满后将继电器的线圈电压输入端耦合到低于第一电压的第二电压。
[0015]根据一个实施例，第二电压能够将继电器保持在激励状态但不能够激励处于去激励状态的继电器。根据该实施例的一个方面，将继电器的线圈电压输入端保持在第一电压包括，在至少对应于继电器的最小设定持续时间的确定时段内将继电器的线圈电压输入端保持在第一电压以响应于继电器控制信号从第一状态改变到第二状态。
[0016]根据以上描述的实施例中的每个实施例，方法还包括将第二电压与第一电压隔离以响应于将继电器的线圈电压输入端耦合到第一电压。
[0017]根据本发明的另一个方面，提供了继电器控制电路。继电器控制电路配置为用于与具有线圈电压输入端的继电器一起使用，并且继电器控制电路包括接收能够激励处于去激励状态的继电器的第一电压的第一输入端、接收能够将继电器保持在激励状态的第二电压的第二输入端(第二电压小于第一电压)以及切换装置。该切换装置响应于具有第一状态和第二状态中的一个的继电器控制信号，并且可切换地将继电器的线圈电压输入端耦合到第一输入端以响应于具有第一状态的继电器控制信号，并且可切换地将继电器的线圈电压输入端耦合到第二输入端以响应于具有第二状态的继电器控制信号。
[0018]根据一个实施例，切换装置包括用于在确定的时段内将继电器的线圈电压输入端保持在第一电压以响应于继电器控制信号从第一状态改变到第二状态的装置。根据该实施例的另一个方面，确定的时段至少对应于继电器的最小设定持续时间。
[0019]根据以上描述的方面和实施例中的每个，第一电压至少对应于继电器的最小拾取电压，并且第二电压至少对应于继电器的最小保持电压。根据另一个方面，继电器控制电路还可以包括用于响应于具有第一状态的继电器控制信号将第二电压与第一电压隔离的装置。
[0020]附图简述
[0021]附图不旨在按比例绘制。在附图中，在不同的图中示出的每一个相同的或者几乎相同的组件都由相似的数字来表示。为了清楚的目的，不是每个组件都可以在每个附图中进行标记。在附图中:
[0022]图1是继电器和用于控制继电器的传统方法的示意图；
[0023]图2A是根据本发明的实施例的继电器和用于控制继电器的控制电路的示意图；
[0024]图2B是示出了提供到图2A中的继电器控制电路的继电器的继电器控制信号和电压等级之间的关系的不例性波形图；
[0025]图3是根据本发明的实施例的多个继电器和可以控制多个继电器中的每个继电器的控制电路的示意图；
[0026]图4是示出了提供到图3中的继电器控制电路的多个继电器的一个或多个继电器控制信号和电压等级之间的关系的示例性波形图；
[0027]图5是根据本发明的另一个实施例的继电器和用于控制继电器的控制电路的示意图；
[0028]图6是根据本发明的另一个实施例的多个继电器和可以控制多个继电器中的每个继电器的控制电路的示意图
[0029]图7A是根据本发明的另一个实施例的继电器和用于控制继电器的控制电路的示意图；
[0030]图7B是根据本发明的实施例的图7A的继电器和继电器控制电路的示例性实现的详细示意图；
[0031]图7C示出了图7B的继电器和控制电路的在继电器的未激励状态期间是激活的那些部分；以及
[0032]图7D示出了图7B的继电器和控制电路的在继电器的未激励状态期间是激活的那些部分。
[0033]详细描述
[0034]本发明的实施例不限于下面说明中阐述的或附图中示出的组件的构造和布置的细节。本发明的实施例能够以各种方式来实践或执行。同样，本文所使用的措辞和术语是出于描述的目的并且不应被视为限制。本文使用的“包含(including) ”、“包括(comprising) ” 或“具有(having) ”、“含有(containing) ”、“涉及(involving) ” 以及其各种变体意在包括其后所列的项和其等价物以及附加的项。
[0035]如本文所使用的，术语“继电器”是指低功率继电器和/或中等功率继电器也指高功率继电器(经常被称为“接触器”)。
[0036]许多继电器需要最初激励继电器的最小电压(通常称为拾取电压)，其实质上大于将继电器保持在激励状态所需要的最小电压(通常称为保持电压)。在许多继电器中，将继电器保持在激励状态的所需要的最小电压可能大约是最初激励继电器所需要的最小电压的一半。鉴于即将出现的能源之星指南(Energy Star guidelines)和能源部(DOE)的要求以及各种其他当前要求或即将要求所有插件产品提高能源效率的“绿色”技术标准，申请人已经开发了用于控制继电器或用于控制多个继电器的各种系统和方法，其比传统的方法消耗更少的功率。根据本发明的各个实施例，提供了控制电路，该控制电路能够在第一时段内将第一电压提供给继电器以初始激励继电器，并且然后在剩余的时段内将实质上小于第一电压的第二电压提