专利名称：两线开关装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种两线开关装置。
背景技术：
近年来，电操纵的配线设备正变得越来越普遍。与此相关，用作非接触开关器件的三端双向晶闸管(TRIAC)或晶闸管广泛地用作电 子开关装置的开关元件。然而，在两线型开关装置(即两线开关装置)中，为了节省配线， 其开关元件连接在串联的AC电源和负载的各端之间(即负载连接在 开关元件的两端之间，其中一端经由AC电源连接到负载)。由于在 这种结构中，电源电缆不能单独地插入开关装置，因此固定开关装置 的电源就成为问题。为了解决上述问题，提出了一种具有图8所示电路结构的两线开 关装置100 (例如参见日本专利申请公报No.Hll-237925 (图0、 2000-133473 (图1)和2001-16804 (图l))。两线开关装置100是主要以嵌入室内墙壁中的状态使用的两线型配线装置，其例如通过从室内安装的开关盒延伸的两条商用电源的室内电线，连接到商用电源和负载。如图8所示，两线开关装置IOO 包括主开关单元2、整流单元3、第一电源单元4、第二电源单元5、 稳定单元6、控制单元7和副开关单元8。下面，将参考图8详细说明两线开关装置100。如图8所示，开 关装置100具有端子Tl和T2，该端子Tl和T2将要连接到串联的 AC电源(商用电源)AC和要被控制的负载LF (例如，发光器件， 如白炽灯或荧光灯、换气扇等等)的各端。而且，如图8所示，由三端双向晶闸管构成的主开关单元2连接
在端子Tl和T2之间。也就是说，在负载LF连接在端子Tl和T2 之间以使其中一个端子经由AC电源AC连接到负载LF时，负载LF 连接在主开关单元2的两端之间，使得其中的一端经由AC电源AC 连接到负载LF。利用这种方法，AC电源AC、负载LF和主开关单元2形成闭合 电路。在这个闭合电路中，如果主开关单元2导通，AC电源AC给 负载LF提供足以操作负载LF的电功率；而如果主开关单元2截止， AC电源AC不给负载LF提供足以操作负载LF的电功率。下面，将 主开关单元2的连接到端子Tl的一端称为"电源侧端子"，而将连接 到端子T2的另一端称为"负载侧端子"。另外，用作噪声滤波器的浪涌抑制器Z和电容器C1连接在端子 Tl和T2之间，而用作噪声滤波器的电感器L连接在主开关单元2 和端子T2之间。整流单元3例如具有一对输入端子(下面称为"AC输入端子") 和一对输出端子(下面称为"DC输出端子")，并且该整流单元3由 二极管桥构成，用于对从AC电源AC输出的AC电流整流，以输出 整流电流。在整流单元3中， 一个AC输入端子电耦合到与AC电源 AC连接的主开关单元2的电源侧端子(即主开关单元2连接到端子 Tl的一端)；而另一个AC输入端子电耦合到与负载LF连接的主开 关单元2的负载侧端子(即电耦合到端子T2的上述主开关单元2的另一端)和栅极端子。此外，栅极驱动电路连接在整流单元3的另一个AC输入端子和 主开关单元2的负载侧端子之间，该栅极驱动电路由电容器C2和电 阻器R1并联构成，该电容器C2和电阻器R1用于通过向其施加大于 或等于规定阈值的电压来导通主开关单元2。因此，如果整流单元3 的DC输出端子短路，则栅极电压就施加到主开关单元2的栅极端子。第一电源单元4包括电阻器R2，其一端连接到整流单元3的高 电压DC输出端子；晶体管Ql，其集电极连接到电阻器R2的另一端； 电阻器R3，连接在晶体管Q1的集电极和基极之间；齐纳二极管ZD1， 其阴极连接到晶体管Ql的基极，而其阳极连接到地；以及电阻器R4，5 其一端连接到晶体管Q1的发射极。利用第一电源单元4的这种结构， 电流被电阻器R2和R4限制，而电压被齐纳二极管保持和调整，因 而可以基于整流单元3的输出来提供具有规定电压的DC电源。此外，已经通过齐纳二极管ZD1的电流通过地返回到整流单元3 的低电压DC输出端子。然后，该电流从端子T2提供给负载LF。然 而，为了防止负载LF被该电流误操作，将第一电源单元4的阻抗设 置得相对高。此外，尽管所示实例中的第一电源单元4是电缆挂钩型 (dropper type)，但是也可以使用开关型电源装置来代替它。第二电源单元5包括晶体管Q2，其插在整流单元3和稳定单元 6之间，用作半导体开关元件；以及晶体管Q3，其是用作使能单元 (导通/截止转换单元)的半导体开关单元，用于通过控制单元7的 控制来导通和截止晶体管Q2。更具体而言，第二电源电压5包括晶体管Q2，其发射极连接到 整流单元3的高电压DC输出端子；并联的电阻器R5和电容器C3， 连接在晶体管Q2的发射极和基极之间；电阻器R6，其一端连接到晶 体管Q2的基极；晶体管Q3，其集电极连接到电阻器R6的另一端， 而其发射极连接到地；电阻器R7，连接在晶体管Q3的发射极和基极 之间；齐纳二极管ZD2，其阴极连接到晶体管Q2的集电极；以及二 极管D，其阳极连接到一个节点，齐纳二极管ZD2在该节点处连接 到晶体管Q2的集电极，用于抑制反向电流。在第二电源单元5中，如果晶体管Q3导通，则晶体管Q2导通， 以输出规定电压的DC功率给稳定单元6。因此，如果整流单元3的 输出电压变得高于阈值电平(即，如果齐纳二极管ZD2的阴极电压 变得高于或等于击穿电压)，则整流单元3提供的电流通过齐纳二极 管ZD2，然后输出到副开关单元8 (即齐纳二极管ZD2的漏电流输 出到副开关单元8)。利用第二电源单元5的这种结构，电压被齐纳二极管ZD2保持 并调整，使得可以基于整流单元3的输出来提供规定电压的DC电源。稳定单元6用于稳定从第一电源单元4或第二电源单元5提供的 DC电源。稳定后的输出(即稳定单元6已经稳定的输出)用作控制
单元7的操作电源。稳定单元6包括三端调整器RG，其输入端子连接到电阻器R4 的另一端和第二电源单元5中的二极管D的阴极。而且，用作缓冲 器的电解电容器B连接在地和三端调整器RG的输入端子之间；并且 并联的电容器C4与电解电容器C5连接在地和其输出端子之间。电 解电容器B、电容器C4和电解电容器C5用于稳定三端调整器RG的 操作，根据调整来设置它们的电容。此外，用作缓冲器的电解电容器B由第一电源单元4或第二电 源单元5提供的DC电源充电。因此，在不从第一电源单元4也不从 第二电源单元5提供DC电源时，电解电容器B提供DC电源给稳定 单元6。控制单元7由例如CPU等构成。如果控制单元7从外部操作装 置等接收到表示开始从AC电源AC向负载LF供电的信号，则控制 单元输出控制电流到第二电源单元5中的晶体管Q3的基极，从而导 通晶体管Q2。在这种情况下，晶体管Q2导通，以开始第二电源单 元5的操作(即从第二电源单元5提供DC电源)。副开关单元8由晶闸管构成，其中晶闸管的阳极电耦合到整流单 元3的高电压DC输出端子，其阴极电耦合到整流单元3的低电压 DC输出端子，并且其栅极连接到第二电源单元5中的齐纳二极管 ZD2的阳极。此外，电阻器R8连接在副开关单元8的阳极和整流单 元3之间；并且栅极驱动电路连接在副开关单元8的栅极和阴极之间， 其中栅极驱动电路由并联的电容器C6和电阻器R9构成，其将被用 于副开关单元8。在副开关单元8中，电容器C6由齐纳二极管ZD2提供的电流(即 ZD2的漏电流)充电。因此，如果电容器C6的电压变得高于或等于 阈值电平，则副开关单元8导通，使整流单元3的DC输出端子短路。下面，将参考图8和图9说明两线开关装置100的操作。在这里， 假设主幵关器件2、副开关器件8以及晶体管Q2和Q3在初始状态 下是截止的。在初始状态，由于主开关单元2截止，AC电源AC不提供充足
的电流给负载LF，并且负载LF的操作保持停止。因此，AC电源 AC的AC电流由整流单元3整流。第一电源单元4基于整流单元3 的输出产生并输出规定电压的DC电源。第一电源单元4所输出的 DC电源提供给稳定单元6和电解电容器B。然后，稳定单元6通过 利用第一电源单元4提供的DC电源而产生控制单元7的操作电源， 由此给控制单元7提供操作电源。此外，如果控制单元7从外部操作装置等接收到从AC电源AC 向负载LF供电的请求，则控制单元7输出控制电流给第二电源单元 5中的晶体管Q3的基极，从而导通晶体管Q3。晶体管Q3导通后， 晶体管Q2的基极电压就降低，从而使晶体管Q2导通。然后，第二 电源单元5提供规定电压的DC电源。在这里，整流单元3的输出如 此配置，使得其主要输入到第二电源单元5，并且几乎不输入到第一 电源单元4。如上所述，在从第二电源单元5提供DC电源的同时，由该DC 电源对电解电容器B充电(在图9中的时间"tl")。此外，如果第二 电源单元5中的齐纳二极管ZD2的阴极电压变得高于或等于击穿电 压，则整流单元3的输出经由齐纳二极管ZD2输出到副开关单元8。从齐纳二极管ZD2提供的电流(即齐纳二极管ZD2的漏电流) 对副开关单元8的栅极驱动电路中的电容器C6充电。因此，如果电 容器C6的电压变得高于或等于阈值电平，则副开关单元8导通，从 而使整流单元3的DC输出端子短路(在图9的时间"t2")。在整流单元3的DC输出端子短路时，从整流单元3的高电压 DC输出端子提供的电流经由电阻器R8输入低电压DC输出端子。 此后，该电流从整流单元3的另一个AC输入端子输出，从而对主开 关单元2的栅极驱动电路中的电容器C2充电。然后，如果电容器C2的电压变得高于或等于阈值电平，则主开 关单元2导通(在图9的时间"t3")，由此提供充足的电流给负载LF 以启动其操作。在负载LF的操作如上所述启动之后，主开关单元2在AC电源 AC的过零点处从导通转换为截止，从而停止从AC电源向负载LF
供电。然而，如果整流单元3的输出电压升高，使得第二电源单元5 中的齐纳二极管ZD2的阴极电压变得高于或等于击穿电压，则从整 流单元3提供的电流经由齐纳二极管ZD2输出到副开关单元8，从而 通过上述操作导通副开关单元8。此后，通过重复同样的操作给负载 LF供电。此外，如果控制单元7接收到停止从AC电源AC向负载LF供 电的请求，则控制单元停止输出控制电流给晶体管Q3，因而截止晶 体管Q3，该晶体管Q3反过来截止第二电源单元5中的晶体管Q2， 使其回到初始状态。如上所述，在传统的两线开关装置100从AC电源单元AC供电 给负载LF时，通过第二电源单元5确保控制单元7的操作电源，然 后副开关单元8导通，以使整流单元3的DC输出端子短路。然后， 用作主要开关单元的主开关单元2由通过整流单元3的短路电流导 通，因而从AC电源AC供电给负载LF。因此，在主开关单元从截止转换为导通时，开关电压(即端子 Tl和T2之间的电压差)如图9所示经历比较大的(突变的)电压变 化。因此，在两线开关装置100的导通/截止转换过程中，可能发生 噪声变大的问题，和/或提供给负载LF的电流(即负载电流)失真。 而且，根据负载LF的类型，在电压发生上述突变时，涌入电流可能 流入负载LF。为了解决上述问题，提出一种通过利用低压降的肖特基二极管作 为二极管D来降低齐纳二极管ZD2的设定电压(击穿电压)的方法。根据上述方法，可以减小开关电压的最大值。然而，该方法不能 充分地减小开关电压的突变，这是因为在从AC电源AC向负载LF 供电的过程中，两线开关装置100中所发生的开关电压突变取决于半 导体器件的压降(即由晶闸管构成的副开关单元8、由二极管桥构成 的整流单元3和主开关单元2)。关于这一点，可以尝试利用压降更低的其它种类的半导体开关元件作为所述半导体开关元件。然而，由于半导体开关元件一般具有 PN结元件，该PN结元件由具有高耐压的硅材料形成，因此只能将
压降抑制到有限的程度。因此，即使在使用低压降的半导体开关元件 时，也不能充分地抑制开关电压的突变。这样，上面探讨的问题没有 解决。发明内容因此，本发明的目的是提供一种能够减少操作期间的噪声产生的 两线开关装置。根据本发明，提供一种两线开关装置，包括具有三端双向晶闸管 的主开关单元，其两端连接到负载和AC电源；整流单元，其输入端 子连接到主开关单元的栅极端子和一端，用于在整流单元的输出端子 短路时，对栅极端子施加栅极电压；第一电源单元，用于在停止从 AC电源向负载供电时，从整流单元的输出产生DC电源；第二电源 单元，用于在从AC电源向负载供电时，从整流单元的输出产生DC 电源；稳定单元，用于稳定由第一电源单元和第二电源单元产生的 DC电源；控制单元，基于稳定单元的输出进行操作，以用于在从AC 电源向负载供电时启动第二电源单元的操作；副开关单元，用于在第 二电源单元工作时，短路整流单元的输出端子；和至少一个辅助开关 单元，连接在主开关单元的栅极端子和所述一端之间，从而在从整流 单元的输出端子被短路的时间到主开关单元被导通的时间的时间间 隔内导通。在这种结构中，至少一个辅助开关单元电耦合在由三端双向晶闸 管构成的主开关单元的栅极端子和一端之间。在从整流单元的输出端 子被副开关单元短路的时间到主开关单元导通的时间的时间间隔内， 该辅助开关单元导通，从而减小开关电压。因此，可以减轻在从AC 电源AC向负载LF供电期间的开关电压的突变，从而可以减少操作 期间的噪声产生。优选的是，权利要求1的两线开关装置还包括控制电阻器，用于 控制从辅助开关单元提供的电流转换到从主开关单元提供的电流的 时序。利用这种结构，可以利用控制电阻器控制从辅助开关单元提供的 电流转换到从主开关单元提供的电流的时序。因此，主开关单元可以按适合减小操作期间的噪声产生的操作时序来进行操作，因而进一步实现噪声降低。此外，优选的是，辅助开关单元包括三端双向晶闸管。 在这种结构中，三端双向晶闸管用作辅助开关单元。因此，可以减少需要的元件数量。此外，由于三端双向晶闸管的尺寸小并且价格便宜，因此还可以降低生产成本。此外，优选的是，辅助开关单元包括多个半导体开关元件。 利用这种结构，可以使用传统的半导体开关元件来实现辅助开关单元。此外，优选在整流单元的输出端子之间连接平滑电容器。利用这种结构，可以减轻在整流单元的输出端子被副开关单元短 路时的开关电压的突变。由此，可以进一步减少噪声。此外，优选的是，副开关单元包括连接在整流单元的输出端子之 间的场效应晶体管，并且将其如此配置，使得在整流单元的输出端子 短路时逐渐地向场效应晶体管的栅极施加电压。在这种结构中，副开关单元由场效应晶体管构成，并且将电压逐 渐地施加给场效应晶体管的栅极，以导通场效应晶体管。因此，由于 整流单元的输出端子被副开关单元逐渐地短路，因此可以减轻开关电 压的突变，从而实现进一步的噪声降低。此外，优选的是，副开关单元包括设置在整流单元和稳定单元之间的半导体开关元件；以及具有达林顿电路的半导体开关单元，用于 响应控制单元的控制而导通和截止半导体开关元件。在这种结构中，半导体开关单元由达林顿电路构成。因此，用于 控制半导体开关单元所需的电源可以保持较低，同时由第二电源单元 抑制压降。因此，开关电压可以保持较低。
从以下结合附图给出的优选实施例的说明，本发明的上述和其它目的和特点将变得显而易见，其中 图1示出根据本发明第一实施例的两线开关装置的电路图；图2A示出表示根据本发明第一实施例的两线开关装置的开关电压的瞬时变化的曲线图；而图2B示出图2A中用"P"指示的部分的放大图；图3示出根据本发明第一实施例的两线开关装置的修改例的电 路图；图4说明根据本发明第二实施例的两线开关装置的电路图； 图5示出根据本发明第三实施例的两线开关装置的电路图； 图6示出根据本发明第四实施例的两线开关装置的电路图； 图7A和7B提供表示在传统两线开关装置中开关电压的瞬时变化的曲线图，其中图7A和7B分别表示控制单元消耗较少量电流的情况和控制单元消耗较大量电流的另一种情况； 图8示出传统两线开关装置的电路图；以及 图9示出表示传统两线开关装置中开关电压的瞬时变化的曲线图。
具体实施方式
(第一实施例)根据本发明第一实施例的两线开关装置1与图8所示的两线开关 装置100类似，是主要以嵌入在室内墙壁中的状态使用的两线型配线 装置，并且例如通过从室内安装的开关盒延伸的商用电源的两条室内 电线，连接到商用电源和负载。如图1所示，两线开关装置1包括由三端双向晶闸管构成的主开关单元2，其中负载LF和AC电源连接在主开关单元2的两端之 间，使得主开关单元2的一端经由AC电源AC连接到负载LF;以 及整流单元3，其输入端子(AC输入端)分别连接到主开关单元2 的栅极端子和主开关单元2的电源侧端子(即主开关单元2电耦合 AC电源AC的一端)。在这里，整流单元3用于在整流单元3的输出 端子(DC输出端子)短路时向主开关单元2的栅极端子施加栅极电 压。
另外，两线开关装置l还包括第一电源单元4，用于在停止从AC电源AC向负载LF供电时，基于整流单元3的输出产生DC电源; 第二电源单元5，用于在从AC电源AC向负载LF供电时，基于整 流单元3的输出产生DC电源；稳定单元6，用于稳定第一电源单元 4或者第二电源单元5产生的DC电源；由稳定后的输出所操作的控 制单元7，用于在从AC电源AC向负载LF供电时，启动第二电源 单元5的操作；副开关单元8，用于在第二电源单元5操作时，短路 整流单元3的DC输出端子；和辅助开关单元9，连接在主开关单元 2的电源侧端子和栅极端子之间，从而在从主开关单元2的DC输出 端子被短路的时间到主开关单元2被导通的时间的时间间隔内导通。根据本实施例的两线开关装置1不同于传统的两线幵关装置100 主要在于，它还包括辅助开关单元9。然而，除此之外，两线开关装 置1的结构与两线开关装置100的结构相同。因此，相同的部分将用 相同的附图标记表示，并且将省略其说明。辅助开关单元9由例如三端双向晶闸管(TRIAC)构成。如图l 所示，其一端通过电阻器R10连接到主开关单元2的电源侧端子， 而其另一端连接到主开关单元2的栅极端子。此外，由电容器C7和 电阻器Rl 1构成的栅极驱动电路连接在辅助开关单元9的上述另 一端 子和栅极端子之间。另外，在本实施例的两线开关装置1中，整流单 元3的另一个AC输入端子不连接到主开关单元2，而是连接到辅助 开关单元9的栅极端子。此处，电阻器R10用于限制经由辅助开关单元9流到主开关单 元2的栅极驱动电路中的电容器C2的电流。因此，电阻器R10用作 控制电阻器，用于控制从辅助开关单元9被导通的时间到主开关单元 2被导通的时间的时间间隔(即从辅助开关单元9转换电流到主开关 单元2的时刻)。通过使用该电阻器RIO，可以控制从辅助开关单元9转换电流到 主开关单元2的定时。因此，可以按适合减小在操作期间的噪声产生 的定时来操作主开关单元2，从而实现进一步的噪声降低。下面，将参考图l、 2A和2B说明本实施例的两线幵关装置1。 在这里，假设主开关单元2、副开关单元8、辅助开关单元9以及晶 体管Q2和Q3在初始状态下是截止的。在初始状态，由于主开关单元2和辅助开关单元截止，因此AC 电源AC不提供充足的电流给负载LF，并且负载LF的操作保持停止。 因此，AC电源AC的电流由整流单元3整流。第一电源单元4基于 整流单元3的输出产生和输出规定电压的DC电源。从第一电源单元 4输出的DC电源提供给稳定单元6和电解电容器B。然后，稳定单 元6稳定这样提供的DC电流，以产生控制单元7的操作电源，由此 给控制单元7提供操作电源。此外，在给控制单元7提供上述操作电源时，如果控制单元7从 外部操作装置(例如手动开关或遥控器)等等接收到从AC电源AC 向负载LF供电的请求，则控制单元7输出控制电流给第二电源单元 5中的晶体管Q3，从而导通晶体管Q3。 一旦晶体管Q3导通，晶体 管Q2的基极电压降低，从而导通晶体管Q2。然后，第二电源单元5 提供规定电压的DC电源。在这里，整流单元3的输出如此构造，使 得其主要输入到第二电源单元5，并且几乎不输入到第一电源单元4。第二电源单元5产生的DC电源提供给稳定单元6 (和电解电容 器B)，使得用第二电源单元5的DC电源为电解电容器B充电(在 图2B中的时间"U")。此外，如果在第二电源单元5的操作期间， 第二电源单元5中的齐纳二极管ZD2的阴极电压变得高于或等于击 穿电压，则整流单元3的输出经由齐纳二极管ZD2输出到副开关单 元8。此外，齐纳二极管ZD2所提供的电流(即齐纳二极管ZD2的漏 电流)对副开关单元8的栅极驱动电路中的电容器C6充电。这样， 如果电容器C6的电压变得高于或等于副开关单元8的电压，则副开 关单元8就导通，从而使整流单元3的DC输出端子短路(在图2B 中的时间"t2")。在整流单元3的DC输出端子短路时，从整流单元3的高电压 DC输出端子提供的电流经由电阻器R8输入到低电压DC输出端子。 此后，该电流从整流单元3的另一个AC输入端子输出，以对辅助开
关单元9的栅极驱动电路中的电容器C7充电。然后，如果电容器C7的电压变得高于或等于阈值电平，则辅助 开关单元9导通(在图2B中的时间"to")。结果，从AC电源AC 输出的AC电流经由电阻器R10和辅助开关单元9输入到主开关单元 2的栅极驱动电路中的电容器C2，由此对电容器C2充电。此后，如 果电容器C2的电压变得高于或等于阈值电平，则主幵关单元2就导 通(在图2B中的时间"t3")，从而从AC电源AC提供充足的电流 给负载LF以启动负载LF的操作。在负载LF的操作如上所述地启动之后，主开关单元2和辅助开 关单元9在AC电源AC的过零点处从导通转变为截止，从而停止从 AC电源向负载LF供电。然而，如果整流单元3的输出电压升高， 使得第二电源单元5中的齐纳二极管ZD2的阴极电压变得高于或等 于击穿电压，则整流单元3所提供的电流经由齐纳二极管ZD2输出 到副开关单元8，从而通过上述操作导通主开关单元2。此后，通过 重复同样的操作给负载LF供电。此外，如果控制单元7接收到停止从AC电源AC向负载LF供 电的请求，则控制单元停止输出控制电流给晶体管Q3，从而关断晶 体管Q3，该晶体管Q3反过来关断第二电源单元5中的晶体管Q2， 以使其回到初始状态。根据本实施例的两线开关装置1，提供了辅助开关单元9，并且 其电耦合在由三端双向晶闸管构成的主开关单元2的电源侧端子和 栅极端子之间。在从整流单元3的输出端子被副开关单元8短路的时 间到主开关单元2被导通的时间的时间间隔内，辅助开关单元9导通， 从而减小开关电压。因此，可以减轻在从AC电源AC向负载LF供 电时的开关电压的突变，以至于可以减少操作期间的噪声产生。此外，提供电阻器RIO用作控制电阻器，用于控制从辅助开关 单元9被导通的时间到主开关单元2导通的时间的时间间隔。因此， 主开关单元2可以按照适合减小操作期间的噪声产生的操作定时进 行操作，从而实现进一步的噪声降低。此外，三端双向晶闸管用作辅助开关单元9。因此，可以减少所
需要的元件数量。而且，由于三端双向晶闸管的尺寸小，并且价格便 宜，所以还可以减少生产成本。而且，尽管在上述情况下，将三端双向晶闸管用作辅助开关单元9，但是还可以用多个半导体开关元件构成辅助开关单元，例如图3 所示的辅助开关单元90。参考图3，辅助开关装置90包括两个PNP型晶体管90a、两个 NPN型晶体管90b和两个二极管90c。更加具体地，PNP型晶体管 90a的集电极连接到NPN型晶体管卯b的基极，其中PNP型晶体管 90a的集电极也彼此连接。PNP型晶体管90a的基极连接到NPN型 晶体管90b的集电极。此外，PNP型晶体管90a的发射极连接到二极 管90c的阴极。这样，将PNP型晶体管90a、 NPN型晶体管90b和 二极管90c设置为形成两个晶闸管单元90d，起两个晶闸管的作用。此外，反向并联布置由PNP型晶体管90a、 NPN型晶体管90b 和二极管90c所构成的两个晶闸管单元90d，从而实现双向晶闸管。换句话说，辅助开关单元90是由多个半导体开关元件(主要是 晶体管)构成的双向晶闸管。在如上构造的辅助开关单元90中，其中一个二极管90c的阳极 经由电阻器R10连接到AC电源AC,而另一个二极管90c的阳极连 接到主开关单元2的栅极端子。此外，PNP型晶体管90a和NPN型 晶体管90b的基极连接到整流单元3的另一个AC输入端子。利用这 种方式，将辅助开关单元90嵌入在电路中。此外，辅助开关单元不局限于利用三端双向晶闸管构成的结构， 而是可以用传统的半导体开关元件来实现，例如晶体管或者晶闸管。 此外，辅助开关单元也不局限于图l和3所示的例子。也就是说，只要辅助开关单元可以如上所述地操作，就可以用所期望的任何种类的 半导体开关元件构成。在上面，己经将本实施例的两线开关装置1描述成仅包括单个辅 助开关单元9。然而，还可以在其中提供多个辅助开关单元9。在这 种情况下，优选的是将辅助开关单元9设置成不同时导通，而是依次 (以逐步的方式)导通。利用这种结构，可以进一步减轻开关电压的突变。(第二实施例)如图4所示，根据本发明第二实施例的两线开关装置10具有和 第一实施例相同的结构，除了在整流单元3的DC输出端子之间连接 了平滑电容器C8。由于两线开关装置10除了平滑电容器C8之外的 部分和第一实施例相同，因此相同的部分将用相同的附图标记表示， 并且省略其说明。根据第二实施例的两线开关装置10，获得了和第一实施例相同 的性能，并且除此之外，还用平滑电容器C8来平滑整流单元3的输 出。因此，可以减轻在整流单元3的DC输出端子短路时的开关电压 的突变，从而实现进一步的噪声降低。(第三实施例)如图5所示，根据本发明第三实施例的两线开关装置11的结构 与第一实施例的结构的不同之处主要在于，提供了副开关单元80以 代替副开关单元8。由于两线开关装置11除了副开关单元80之外的 大部分都配置为与第一实施例相同，因此相同的部分将用相同的附图 标记表示，并且省略其说明。与设置有由三端双向晶闸管构成的副开关单元8的第一实施例 的两线开关单元1相比，本实施例的两线开关单元11设置有由场效 应晶体管(FET)构成的副开关单元80。此外，在第一实施例的两线开关单元1中，齐纳二极管ZD2的 阳极连接到副开关单元8的栅极端子，并且用齐纳二极管ZD2的漏 电流对副开关单元8的栅极驱动电路中的电容器C6充电，从而导通 副开关单元8 (即使整流单元3的DC输出端子短路)。然而，在图5 所示的第三实施例的两线开关单元11中，第二电源单元5中的齐纳 二极管ZD2的阳极连接到电压检测单元70。电压检测单元70用于基 于齐纳二极管ZD2的漏电流来检测电解电容器B的高电压端的电压 (其基本上等于齐纳二极管ZD2的阴极电压)。
控制单元7基于电压检测单元70的检测结果，判断在电解电容 器B中是否存储了高于或等于阈值量的电能(更具体地，甚至在由于副开关单元短路而不从第二电源单元5提供DC电源时，存储在电 解电容器B中的电能是否足以操作控制单元7)。然后，如果确定在 电解电容器B中存储了高于或等于阈值量的电能，则控制单元7逐 渐向副开关单元80的栅极端子施加电压。如上所述，根据本实施例的两线开关装置11，副开关单元80由 连接在整流单元3的DC输出端子之间的场效应晶体管构成。因此， 在整流单元3的DC输出端子短路时，由于电压逐渐施加到场效应晶 体管的栅极端子，因此整流单元3的DC输出端子不会突然被短路， 而是利用副开关单元80逐渐地被短路(即以逐渐增加短路电流的方 式)。因此，可以减轻开关电压的突变，从而实现进一步的噪声降低。此外，还可以类似于第一实施例来构造本实施例的两线开关装置 11,使得齐纳二极管ZD2的漏电流控制副开关单元80。然而，优选 的是在电解电容器B中存储足够的电能后，由控制单元7逐渐向副 开关单元80的栅极施加电压，因为根据这种结构，可以进一步减轻 开关电压的突变。(第四实施例)在例如两线开关装置等电子开关中，控制单元7中的能耗可能比 较高。如果是这种情况，则在主开关单元导通时消耗大量的电流，使 得对电解电容器B充电的充电电流增加。在这种情况下，除非插在整流单元3和稳定单元6之间的晶体管 Q2在饱和区中工作，否则将在晶体管Q2的两端(发射极和集电极) 之间产生导致开关电压增加的电压差，其中晶体管Q2用作副开关单 元5中的半导体开关元件。为了解决上述问题，以降低开关电压，需要向第二电源单元5中 的晶体管Q2提供足够量的基极电流，以使晶体管Q2在饱和区工作。 为此，同样需要向晶体管Q3提供足够量的电流，以便抑制用于导通 和关断晶体管Q2的晶体管Q3的两端(发射极和集电极)之间的电
压差的增加。同时，鉴于晶体管Q3由控制单元7输出的控制电流(即基极电 流由控制单元7提供)导通和关断，所以需要控制单元7的控制电流 量足够大，从而为晶体管Q3提供足够量的基极电流。然而，如果控 制电流的量增加，则控制单元7消耗的电流量也相应地增加，这反过 来导致充电电流增加(换言之，第二电源单元5的压降增加)。结果， 开关电压增加。图7A是表示在控制单元7消耗较少量电流的情况下、传统两线 开关装置100的开关电压的曲线图，而图7B是表示在控制单元7消 耗较大量电流的情况下、传统两线开关装置100的开关电压的曲线 图。从图7A和7B可以看出，在控制单元7消耗较大量电流的情况 下，开关电压的最大值更高。提出了本实施例的两线开关装置12以解决上述问题，并且其设 置有图6所示的第二电源单元50，以代替第一实施例的第二电源单 元5。在下文，相同的部分用相同的附图标记表示，并且省略其说明。第二电源单元50包括晶体管Q2和半导体开关单元50a，其中晶 体管Q2用作设置在整流单元3和稳定单元6之间的半导体开关元件， 而半导体开关单元50a用作使能单元(导通/截止转换单元)，以用于 通过控制单元7的控制来导通和关断晶体管Q2。具体而言，第二电源单元50包括晶体管Q2，其发射极连接到整 流单元3的高电压DC输出端子；并联连接的电阻器R5和电容器C3， 连接在晶体管Q2的发射极和基极之间；电阻器R6，其一端连接到晶 体管Q2的基极；晶体管Q3，其集电极连接到电阻器R6的另一端， 而其发射极连接到地；晶体管Q4构成的半导体开关单元50a，晶体 管Q4的集电极是电阻器R6的另一端，而其发射极连接到晶体管Q3 的基极；电阻器R7，连接在晶体管Q3的发射极和基极之间；齐纳二 极管ZD2，其阴极连接到晶体管Q2的集电极；和二极管D，其阳极 连接到以下节点，齐纳二极管ZD2在该节点连接到晶体管Q2的集电 极，以抑制反向电流。
也就是说，和其中晶体管Q3用作导通和关断晶体管Q2的半导 体开关单元的第一实施例的两线开关装置1相比，本实施例的两线开 关装置12采用由晶体管Q3和Q4构成的达林顿电路，该晶体管Q3 和Q4互相连接，以形成达林顿对，作为导通和关断晶体管Q2的半 导体开关单元。如上所述，在本实施例的两线开关装置12中，半导体开关单元 50a由达林顿电路构成。因此，可以向半导体开关单元50a中的晶体 管Q3提供足以使晶体管Q3在饱和区工作的基极电流，而不会引起 控制单元7的控制电流增加。结果，可以减小晶体管Q3两端之间的 电压差，同时抑制第二电源单元的压降。因此，由于可以向晶体管 Q2提供足够量的基极电流，因此可以减小晶体管Q2两端之间的电 压差，这反过来又使得可以将开关电压限制为低值。因此，根据本实施例的两线开关装置12，由于半导体开关单元 50a由达林顿电路构成，因此可以抑制第二电源单元的电压降，同时 抑制控制半导体开关单元50a所需的电能。结果，可以将开关电压抑 制在低水平。此外，尽管已经关于半导体开关装置50a采用由两个晶体管构成 的达林顿电路的情况说明了本实施例，但是也可以使用由两个以上晶 体管构成的达林顿电路。尽管已经参考优选实施例示出并说明了本发明，但是本领域技术 人员应该理解，在不脱离下面权利要求所限定的本发明范围的情况 下，可以进行各种改变和修改。
权利要求
1、一种两线开关装置，包括主开关单元，具有三端双向晶闸管，该主开关单元的两端之间连接有负载，该主开关单元的一端经由AC电源连接到所述负载；整流单元，其输入端子连接到所述主开关单元的栅极端子和一端，用于在所述整流单元的输出端子短路时对所述栅极端子施加栅极电压；第一电源单元，用于在停止从所述AC电源向所述负载供电时，利用所述整流单元的输出产生DC电源；第二电源单元，用于在从所述AC电源向所述负载供电时，利用所述整流单元的所述输出产生DC电源；稳定单元，用于稳定由所述第一电源单元和所述第二电源单元产生的所述DC电源；控制单元，基于所述稳定单元的输出进行操作，以用于在从所述AC电源向所述负载供电时启动所述第二电源单元的操作；副开关单元，用于在所述第二电源单元工作时，将所述整流单元的输出端子短路；以及至少一个辅助开关单元，连接在所述主开关单元的所述栅极端子和所述一端之间，以在从所述整流单元的输出端子被短路的时间到所述主开关单元被导通的时间的时间间隔内导通。
2、 权利要求1所述的两线开关装置，还包括控制电阻器，用于控制从所述辅助开关单元提供的电流转换到从 所述主开关单元提供的电流的时序。
3、 权利要求1或2所述的两线开关装置，其中所述辅助开关单元包括三端双向晶闸管。
4、 权利要求1或2所述的两线开关装置，其中所述辅助开关单 元包括多个半导体开关元件。
5、 权利要求1或2所述的两线开关装置，其中在所述整流单元 的所述输出端子之间连接有平滑电容器。
6、 权利要求1或2所述的两线开关装置，其中所述副开关单元 包括场效应晶体管，该场效应晶体管连接在所述整流单元的所述输出 端子之间，并且所述副开关单元如此配置，使得在所述整流单元的所 述输出端子短路时，向该场效应晶体管的栅极逐渐地施加电压。
7、 权利要求1或2所述的两线开关装置，其中所述副开关单元 包括-设置在所述整流单元和所述稳定单元之间的半导体开关元件；以及具有达林顿电路的半导体开关单元，用于响应所述控制单元的控 制来导通和关断所述半导体开关元件。
全文摘要
一种两线开关装置包括主开关单元；整流单元；第一电源单元，用于在停止从AC电源向负载供电时，产生DC电源；第二电源单元，用于在从AC电源向负载供电时，产生DC电源；稳定单元；控制单元，用于在从AC电源向负载供电时启动第二电源单元的操作；副开关单元，用于在第二电源单元工作时，短路整流单元的输出端子；以及至少一个辅助开关单元。在从整流单元的输出端子被短路到主开关单元被导通的时间间隔内，该辅助开关单元导通。
文档编号H03K17/72GK101166025SQ200710085650
公开日2008年4月23日 申请日期2007年3月6日 优先权日2006年10月16日
发明者东浜弘忠, 后藤洁 申请人:松下电工株式会社