热开关保护电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及保护电路，并且更具体地，涉及用于使用开关(诸如机电继电器)来把测试仪器连接到接受测试的设备(DUT )的开关系统的保护电路。
【背景技术】
[0002]通常，使用诸如机电继电器之类的开关把测试仪器连接到DUT的测试系统具有比仪器多得多的设备端子，并且给定的DUT仅具有几个端子。因此，任何给定测试通常具有许多未使用的管脚。这些未使用管脚仍然连接到DUT端子，但是这些管脚在测试期间不被仪器驱动。每个未使用管脚由于电缆和DUT端子而具有电容。出于各种与DUT布置有关的原因，在测试管脚和未使用管脚之间可能存在不希望的寄生连接，这可能引起这些未使用管脚电容被充电到高测试电压。
[0003]如果未使用管脚上的电压在启动下一个测试之前未被放电，并且该管脚在测试序列的下一个测试中被使用，随着继电器打开或闭合，存储在该电容中的能量将通过继电器触点突然放电。这被称为“热开关”。热开关可能使继电器触点退化，导致早期继电器失效。
[0004]通常，仪器能够在运行测试之前使该电容放电。然而，在这样的开关系统中，在不引起继电器热开关的情况下把仪器连接到已充电管脚是不可能的。而且，不存在简单的方式用于得知继电器的其它侧面处于足以诱发热开关的电压。
[0005]因为存储在未使用测试系统电缆或DUT电容中的能量与电压的平方成比例地增加，并且这个能量直接对损坏继电器触点负责，所以在较高电压测试系统中这是重要的问题，较高电压测试系统正越来越广泛地用于测试高电压设备。
[0006]本发明的实施例在不降级低电流性能的情况下防止热开关，并且解决了现有技术的其它限制。
【发明内容】
[0007]本发明的实施例包括保护电路，保护电路耦合到系统中的开关，开关通过电缆(诸如均包括信号线的同轴或三轴电缆)耦合到测试下的设备。保护电路包括触发信号接收器，其在所述开关改变状态之前接收信号。保护电路包括放电电路，其响应于接收到触发信号并且在所述开关结束改变操作状态之前把电缆的信号线电耦合到预先确定的电压。
[0008]在系统耦合到三轴电缆的实施例中，保护电路还可以包括钳位电路，被构造为在钳位电路接收到触发信号之后把电缆的信号线电耦合到电缆的防护结构。
[0009]当不处于放电模式中时，保护电流可以改为把信号线与预先确定的电压隔离。
[0010]其它实施例包括操作方法。
【附图说明】
[0011]图1是图示本发明的实施例解决的引起开关或继电器损坏的原理的电路图。
[0012]图2是根据本发明的实施例的热开关保护电路的部分电路图。
[0013]图3是图示本发明的实施例如何支持低电流测量的功能框图。
[0014]图4是图示根据本发明的实施例的热开关保护电路的详细电路图。
[0015]图5是图示根据本发明的其它实施例的热开关保护电路的详细电路图。
[0016]图6是图示根据本发明的再其它实施例的继电器开关保护电路的详细电路图。
【具体实施方式】
[0017]本发明的实施例通过对存在于继电器一侧上的电压进行自动放电来防止热开关，由此消除热开关的可能性。这通过使用不被热开关损坏的辅助固态开关来完成。该解决方案防止这样的热开关而同时不显著地使低电流性能恶化。这是重要的，因为通常一个测试系统必须能够测试高电压和低电流两者，并且还必须具有可靠的继电器触点。
[0018]图1描绘由本发明的实施例所解决的问题。电容器101耦合到继电器110，继电器110包括电触点112和可移动衔铁(armature )114。当线圈被电压源120驱动时，衔铁可以被线圈116激发。如果当继电器110中的触点112闭合时电容器101被充电到一电压，则电容器101将随着触点打开或闭合而通过继电器突然放电，引起电弧和继电器100中的触点112的退化。要注意电容器101可以表示实际电容器，或则它可以替代地表示在连接到继电器触点的电缆上存在的寄生电容。
[0019]防止电容性充电的一种方法将是:把电阻器与电容器101并联放置。然而，在测试期间端子连接到DUT时，如果电阻太低，这将损害测量性能，并且如果电阻太高，将无法对电容器101进行快速放电。
[0020]另一解决方案将是用能够热开关的继电器代替继电器110。不幸的是，低电流测试系统以及高电压测试系统经常要求继电器不能热开关。此外，能够热开关的继电器在物理上通常大于不能热开关的继电器。因此，使用这些种类的继电器在高密度开关矩阵中不具有优势。
[0021]第三解决方案将是简单地检测电容器101两端存在的电压并且防止继电器开关直到该电压衰减到足够低电平。这个解决方案的第一个问题是:在一些情况中，依赖于线圈控制电路的设计，延迟线圈信号可能无法实现。第二，即使其是可能的，但是电容器101上的电压自然衰减所要求的时间将引起整个开关系统具有不合乎期望的慢开关性能。
[0022]图2是根据本发明的实施例的继电器热开关保护电路200的部分电路图。图2描绘常开继电器210的情况。来自电压源220的电压从低电压到高电压改变以激发继电器210的线圈216并且使主触点212闭合。这种改变用作对触发和隔离电路230的触发，基于触发，触发和隔离电路230闭合不被热开关损坏的辅助放电开关240。在这个实施例中，晶体管242和252把电容器201放电到地260。整体放电动作在来自电压源220的电压改变和继电器210通过移动衔铁214来实际上闭合触点212所花费的时间之间通过辅助开关240发生。
[0023]支持低电流测量的电路200的另一重要特征是:在使用晶体管242、252作为放电开关240的各个放电开关的图2中所示的实施例中，驱动晶体管242、252的电路与继电器210的触发和线圈电路隔离。如果电路未被隔离，放电开关240两端的大电压差可能在三轴电缆的防护结构上诱发显著的偏置电流，该三轴电缆耦合在仪器和DUT之间。在这种情况下，信号管脚和三轴电缆的防护结构之间的偏置电流将损害低电流测量性能。
[0024]该示例性电路的附加重要特征是:它支持低电流测量。图3示出这个配置。这里，继电器310是开关低电流三轴电缆370的防护结构和中心管脚的双触点继电器。触点312耦合到节点332，节点332耦合到三轴电缆370的信号管脚，而触点313耦合到节点334，节点334耦合到三轴电缆370的防护结构。为了对三轴电缆370的有效电容进行自动放电，同时不导致三轴中心管脚的泄漏，低泄漏钳位电路380把中心管脚连接到三轴防护结构。
[0025]为了测试期间的低电流性能，开关310闭合并且仪器390把节点334驱动到非常接近于节点332处信号的电压。在这个时间期间，钳位电路380应当优选地是不激活的，并且因此仅引起节点332、334之间的低泄漏。当未测试时，开关310打开，并且没有仪器直接驱动节点334。然而，中心管脚可以通过DUT来连接并且被充电到一电压。恰好在开关310再次为了另一次测试而闭合之前，钳位电路380激活，由此确保防护电压沿着中心管脚移动。在近似相同的时间，触发和放电电路360内的放电电路加入，并且钳位电路380以及触发和放电电路360内的放电电路一起提供低阻抗路径用于中心管脚和防护结构两者对地的放电。
[0026]图3的低泄漏钳位电路380存在几种可能的实施例。图4示出一实施例，其中低泄漏钳位电路被构造有与气体放电管并联的MOSFET开关。图5示出一实施例，其中低泄漏钳位电路由低泄漏反并联二极管形成。存在其它可能的钳位电路实施例。因此，当被继电器控制信号触发时，本发明的实施例使防护管脚以及还使中心管脚对地放电。
[0027]更详细地说，图4的钳位和放电电路400是图3中图示的钳位和放电电路的详细示例。钳位和放电电路400包括可以耦合到三轴电缆的中心线或信号管脚(未图示)的节点432以及可以耦合到三轴电缆的防护结构的节点434。在其它实施例中，钳位和放电电路可以改为耦合到同轴电缆，诸如下面参考图6描述的。
[0028]钳位和放电电路400包括四个区段或部分，其中每个区段执行不同的功能。钳位电路部分420与放电电路部分460协作地操作以形成针对耦合到信号和防护节点432、434的开关或继电器的保护电路。在保护或放电模式中，钳位电路部分420把信号和防护节点432,434电耦合在一起或紧密电耦合在一起，并且放电电路460把节点耦合到参考电压，诸如地电压。在低泄漏模式中，钳位电路420与放电电路460操作为使信号和防护节点432、434到地之间的任何电流泄漏最小化。钳位激活电路450驱动钳位电路420，而放电激活电路451驱动放电电路460。在图4中图示的实施例中，激活电路450、451是相同的，但在一些实施例中它们可以不同。
[0029]在操作中，当信号和防护节点432、434由仪器驱动时，晶体管422、424在节点432、434之间处于低泄漏状态。气体放电管440类似地提供低泄漏。在这个模式中，晶体管422和424关断，并且节点432、434由仪器驱动到几乎相同电压，从而导致非常小的电流泄漏。相反地，当电路400处于放电模式时，晶体管422和424接通，引起电路400通过晶体管42