专利名称：用于低功率负载的智能电子开关的制作方法
技术领域：
本发明涉及负载控制装置，其用于控制从交流(AC)电源传送至电负载的功率，且更具体地涉及具有控制器、闩锁继电器、以及电源的“智能”双线电子开关，其将AC电源的基本上所有的线电压都提供至负载，并以不会导致负载的不适当运行的方式使电流流过负载。
背景技术：
典型的负载控制装置可操作用于控制从交流(AC)电源传送至电负载(例如照明负载或电机负载)的功率量。壁装式负载控制装置适于安装至标准电暗线箱。调光开关包括可控导电装置(诸如三端双向可控硅开关之类的双向半导体开关)，其串联在电源和负载之间。在AC电源的半周期部分中，控制可控导电装置的导电和不导电，由此控制传送至负载的功率量(例如利用相位控制调光技术)。“智能”调光开关(即数字调光开关)包括用于控制半导体开关的微处理器(或类似控制器)，以及用于为微处理器供电的电源。此外，智能调光开关可包括全部由电源供电的存储器、通信电路、以及多个发光二极管(LED)。电子开关(即数字开关)包括可控导电装置(例如继电器或双向半导体开关)、微处理器、和电源。与智能调光开关相反，不利用相位控制调光技术来控制电子开关的可控导电装置，而是在AC电源的每半个周期期间控制其导电或不导电，由此触发电负载的导通和断开。通常，壁装式电子开关不需要AC电源的中性点侧的接头(即，电子开关是“双线”装置)。这在电子开关以改型安装方式(即，取代其中没有中性点接头的电暗线箱中的现有开关或负载控制装置)安装时特别有用。为了充电，双线电子开关的电源必须产生电源两端的电压量。因此，不是所有的AC 电源的AC线电压都适于为电负载供电，且电负载可能不会适当运行。例如，如果电负载是照明负载，则照明负载不会按最大可能强度来进行照明。此外，电源必须使电流流过受控电负载以便充电，这会使某些类型的电负载产生问题。例如，当电负载是照明负载时，电源电流的幅度不能大到致使照明负载照明或闪烁的程度。而且，对于某些负载，例如紧凑型荧光灯来说，不能传导正弦电流，且因此电流不能在AC电源的线周期的某些部分期间传导通过这些电负载。因此，需要具有用于导通和断开负载的控制器以及单电源的电子开关，该单电源以不会导致负载的不适当运行的方式操作。
发明内容
根据本发明的实施例，双线电子开关适于连接在AC电源和电负载之间，以用于导通和断开电负载，该双线电子开关包括可控导电装置，其适于串联连接在电源和负载之间；控制器，其可操作连接可控导电装置，用以控制可控传导；输出电容，其可操作以产生用于为控制器供电的DC电源电压；以及内嵌(in-line)电源，其在输出电容相对于AC电源的频率异步充电时进行控制，以致内嵌电源可操作用于在每半个周期期间的任意时刻开始和停止充电。可控导电装置适于在可控导电装置导电时将负载电流传导通过负载。控制器使可控导电装置导电和不导电，以分别导通和断开负载。内嵌电源与可控导电装置串联连接，且还连接至输出电容以在输出电容充电时进行控制，以便在可控导电装置导电时在输出电容上产生DC电源电压。在输出电容充电时，在内嵌电源上产生的电压的幅度基本上比 AC电源的AC线电压的峰值电压小。输出电容在可控导电装置导电时适于传导负载电流达 AC电源的线周期的至少一部分时间。电源在AC电源的每半个周期期间至少对输出电容开始和停止充电一次。此外，本文还说明了包括适于连接在AC电源和电负载之间的用以导通和断开电负载的可控导电装置的用于电子开关的电源。电子开关包括输出电容，其可操作用于产生 DC电源电压；双向半导体开关，其适于与可控导电装置串联连接且与输出电容并联连接； 以及控制电路，其连接至双向半导体开关，以使双向半导体开关导电和不导电。输出电容在双向半导体开关不导电时操作以用于充电。控制电路响应于DC电源电压的幅度，以使双向半导体开关在DC电源电压幅度达到最大DC电源电压阈值时导电，而在DC电源电压降至最小DC电源电压阈值时不导电。在输出电容充电时在电源上产生的电压基本上小于在输出电容充电时的AC电源的AC线电压的峰值电压。电源在输出电容相对于AC电源的频率异步充电时进行控制，以使得内嵌电源在每半个周期期间的任意时刻都能开始和停止充电。电源在AC电源的每半个周期期间至少对输出电容开始和停止充电一次。根据本发明的另一实施例，用于控制从AC电源传送至电负载的功率的双线电子开关包括闩锁继电器，其适于串联连接在电源和负载之间；控制器；输出电容，其可操作用于产生用于为控制器供电的DC电源电压；以及内嵌电源，其与继电器串连连接，并还连接至输出电容，以在继电器导电时在输出电容上产生DC电源电压。闩锁继电器在继电器导电时将负载电流传导通过负载。控制器可操作连接至继电器，以控制继电器的导电和不导电，从而分别导通和断开负载。输出电容适于在继电器导电时传导负载电流达AC电源的线周期的至少一部分时间。响应于电子开关(例如在电源中)中的过热温度情况，使继电器不导电。根据本发明的另一实施例，用于控制从AC电源传送至电负载的功率的双线电子开关包括闩锁继电器，其适于串联地电连接在电源和负载之间，以导通和断开负载；第一双向半导体开关，其与继电器并联连接；以及控制器，其可操作连接至继电器和第一双向半导体开关的控制输入端。控制器通过首先使第一双向半导体开关导电且随后使继电器导电而导通负载，且通过首先使继电器不导电且随后使第一双向半导体开关不导电而断开负载。电子开关还包括输出电容，其可操作用于生成为控制器供电的DC电源电压；以及内嵌电源，其与继电器串连连接，以致第一双向半导体开关与继电器和电源的串联组合并联连接。内嵌电源还连接至输出电容，以在继电器导电时在输出电容上生成DC电源电压。输出电容适于在继电器导电时传导负载电流达AC电源的线周期的至少一部分时间。第一双向半导体开关响应于电源的输出电容中的过电流情况而导电。此外，电源还包括第二双向半导体开关，其与继电器串连连接并与输出电容并联连接，以致输出电容在继电器导电且第二双向半导体开关不导电时可操作用于充电。根据本发明的另一实施例，用于控制从AC电源传送至电负载的功率的双线电子开关包括(1)闩锁继电器，其适于串联地电连接在电源和负载之间，以导通和断开负载；
(2)第一双向半导体开关，其与继电器并联连接，第一双向半导体开关包括控制输入端；
(3)控制器，其可操作地连接至继电器和第一双向半导体开关的控制输入端，控制器可操作用于通过首先使第一双向半导体开关导电且随后使继电器导电而导通负载，控制器可操作用于通过首先使继电器不导电且随后使第一双向半导体开关不导电而断开负载；(4)输出电容，其可操作用于产生DC电源电压，以为控制器供电；以及(5)内嵌电源，其与继电器串联连接，以致第一双向半导体开关与继电器和电源的串联组合并联连接。内嵌电源还连接至输出电容，用以在继电器导电时在输出电容上产生DC电源电压。电源包括第二双向半导体开关，其与继电器串联连接并与输出电容并联连接，以致输出电容在继电器导电且第二双向半导体开关不导电时可操作用于充电。第一双向半导体开关响应于电源的输出电容中的过电流情况而导电，且继电器响应于电源中的过热情况而不导电。根据本发明的另一方面，用于控制从AC电源传送至电负载的功率的双线电子开关包括闩锁继电器，其适于串联地电连接在电源和负载之间，以导通和断开负载；输出电容，其可操作用于产生DC电源电压；内嵌电源；以及控制器，其可操作用于测量对输出电容充电所需的充电时间，且如果充电时间长度小于预定充电时间阈值则确定是否发生过载情况。内嵌电源与继电器串联地电连接且还连接至输出电容，以在继电器导电时在输出电容上产生DC电源电压。电源包括与继电器串联连接并与输出电容并联连接的双向半导体开关，以致输出电容在继电器导电且双向半导体开关不导电时可操作用于充电。双向半导体开关在DC电源电压幅度达到最大DC电源电压阈值时导电，且在DC电源电压幅度降至最小 DC电源电压阈值时不导电。输出电容适于在继电器导电时传导负载电流达AC电源的线周期的至少一部分的时间。参考附图对本发明进行的下述说明将使本发明的其他特征和优点变得显而易见。
以下将参考附图更详细说明本发明，在附图中图1是根据本发明第一实施例的射频(RF)照明控制系统的简图，其包括双向电子开关以及两个远程空位传感器；图2是图1的双线电子开关的简化框图；图3是图2的双线电子开关的内嵌通态电源的简化示意图；图4A是说明图3的电源的操作的简化波形图，其示出传导通过电源的输出电容的异步充电电流；图4B是说明图3的电源的操作的简化波形图，其示出传导通过电源的输出电容的同步充电电流；图5是图2的双线电子开关的闩锁继电器、双向半导体开关、驱动电路、以及内嵌通态电源的简化示意图；图6是通过图2的电子开关的控制器执行按钮过程的简化流程图；图7是通过图2的电子开关的控制器执行接收的信息过程的简化流程图；图8是通过图2的电子开关的控制器执行继电器计时器过程的简化流程图；图9是通过图2的电子开关的控制器执行双向半导体开关(BSS)计时器过程的简化流程图；以及图10是通过图2的电子开关的控制器执行过载检测过程的简化流程图。
具体实施例方式在结合附图阅读时将更好地理解优选实施例的上述概述以及下述详细说明。出于说明本发明的目的，附图中所示实施例是优选实施例，其中附图中某些图示中的相同附图标记表示类似部分，但应当理解的是，本发明并不限于所公开的特定方法和手段。图1是根据本发明第一实施例的射频(RF)照明控制系统100的简图，其包括双线电子开关110、小键盘120以及两个远程占用传感器130。电子开关110和小键盘120适于壁式安装于标准电暗线箱中。或者，电子开关110和小键盘120可被实施作为桌面控制装置。此外，电子开关110可包括可控插入模块或者可控旋入模块，其中，可控插入模块适于插入到电卡口中，所述可控旋入模块适于旋入灯的电插座中(例如，螺口(爱迪生)插座)。电子开关110包括热端子H以及可开关的热端子SH，并且其适于串联电连接在AC 电源102(例如120Vac@60Hz或M0Vac@60HZ)和照明负载104之间，用以控制传送至照明负载的功率。电子开关110在可开关的热端子SH处产生可开关的热电压VSH。电子开关110 包括控制致动器112(即控制按钮)，其用于触发(即导通和关断)照明负载104;以及可视指示器114，其用于提供照明负载是导通还是关断的反馈。电子开关110还可操作用于响应于从小键盘120以及通过RF信号106从占用传感器130接收的数字消息来关断照明负载 104。小键盘120分别通过热端子H’和中性点端子N连接至AC电源102的热和中性点接头。小键盘120包括导通按钮122和关断按钮124，其分别用于导通和关断照明负载104。 小键盘120可操作用于响应于导通按钮122的动作将包括“导通”指令的数字消息发送至电子开关110，且响应于关断按钮IM的动作将包括“关断”指令的数字消息发送至电子开关 110。小键盘120还包括提供在按钮122、124上的可视指示器126，用以提供照明系统104 是否导通的反馈。占用传感器130可拆卸地安装至天花板或墙壁，例如由电子开关110控制的照明系统104附近(即围绕其的空间)。占用传感器130可操作用于检测空间中的占用(即占用情况)的存在，以及照明系统104附近的占用的不存在(即空位情况)。占用传感器130 可间隔设置，以检测照明负载104附近的不同区域的占用情况。占用传感器130和电子开关110在占用传感器中的一个检测到空间中发生占用(即，至少一个传感器检测到占用情况)时进行操作，以导通照明系统，且随后在所有占用传感器都检测到用户已经离开该空间(即所有传感器都检测到空位情况)时，关断照明负载。或者，占用传感器130可被实施为空位传感器。空位传感器仅仅在空位传感器检测到空间中产生空位时进行操作，以关断照明负载104。因此，当使用空位传感器时，照明负载104必须被手动导通(例如响应于控制致动器112的手动动作)。无线电池供电占用传感器的实例详细公开于2008年9月3日提交的题为“电池供电占用传感器(BATTERY-POWERED OCCUPANCY SENSOR)，，的美国专利申请No. 12/203, 500中，将其全部公开内容通过参考并入本文。每个占用传感器130都可包括内部探测器(未示出)，例如热电红外(PIR)探测器。内部探测器安装在外壳132中，外壳132具有透镜134，其用于将红外能量从空间中的占用者处导向至用于传感空间中的占用情况的内部探测器。占用传感器130可操作为用于处理内部探测器的输出，从而通过将MR探测器的输出与预定占用电压阈值比较而确定空间中是正在发生占用情况或者正在发生空位情况。或者，内部探测器可包括超声波探测器、微波探测器、或MR探测器、超声波探测器和微波探测器的任意组合。每个占用传感器 130都分别响应于空间中的占用或空位情况的探测而以“占用”状态或“空位”状态来进行操作。如果其中一个占用传感器130处于空位状态，且占用传感器确定空间被占用，则占用传感器变为占用状态。类似地，如果占用传感器处于占用状态且占用传感器确定空间未被占用，则占用传感器130变为空位状态。在RF照明控制系统100设置过程中，电子开关110和小键盘120可分配给占用传感器130(即，与其关联)。包括占用传感器的照明系统的设置和构造详细公开于2009 年2月13日提交的题为“用于构建无线传感器的方法和设备(METHOD AND APPARATUS FOR CONFIGURING A WIRELESS SENSOR) ”的美国专利申请No. 12/371，027中，将其公开内容整体通过参考并入本文。占用传感器130响应于占用传感器的当前状态(即，是已经探测到占用情况或者是已经探测到空位情况)通过RF信号106而无线地传送数字消息。电子开关110响应于通过RF信号106接收的数字消息而导通和关断照明系统104。通过远程占用传感器130传送的数字消息可包括指令和识别信息，例如与传送占用传感器有关的序列号。电子开关110 对包含分配有电子开关的远程占用传感器130的序列号的消息进行响应。RF照明控制系统100的操作详细公开于2008年9月3日提交的题为“具有占用传感的射频照明控制系统 (RADIO-FREQUENCY LIGHTING CONTROL SYSTEM WITH OCCUPANCY SENSING) ” 的美国专利申请No. 12/203,518中，在此通过参考并入其整个公开内容。包括在通过占用传感器130传送的数字消息中的指令可包括占用指令(例如，占用运行指令或占用非运行指令)或空位指令。当照明系统104关断时，电子开关110可操作为响应于从任一占用传感器130接收第一占用运行指令而导通照明负载。电子开关110 可操作为响应于从那些占用传感器130(其中，占用传感器从其中接收占用运行或占用非运行指令)接收的最后的空位指令，而关断照明负载104。例如，如果占用传感器130都将占用运行指令传送至电子开关110，则电子开关将不会关断照明负载104，直至从两个占用传感器都接收到后续的空位指令。每个占用传感器130都还包括内部环境光探测器(未示出)，例如光电管，用于探测占用传感器周围的环境光水平。占用传感器130在首先探测到占用情况时测量环境光水平，并将环境光水平与预定环境光水平阈值比较。如果在占用情况首先被其中一个占用传感器130探测到时所测量的环境光水平小于预定水平，则占用传感器将占用运行指令传送至电子开关110。另一方面，如果在首先探测到占用情况时环境光水平大于预定水平，则占用传感器130将占用非运行指令传送至电子开关110。因此，电子开关110不会在空间中的环境光水平充足时导通照明负载104。每个占用传感器130的特征在于预定占用传感器暂停周期Ttimeott,其在占用传感器的状态调整中提供某些延迟，具体而言，在从占用状态变化为空位状态时。预定占用传感器暂停周期Ttimeott是指最后探测到的占用情况和占用传感器130从占用状态到空位状态的转变之间的时间。预定占用传感器暂停(timeout)周期Ttimeot可以是用户可选择的，例如从约五至三十分钟。每个占用传感器130将不会传送空位指令，直至占用传感器暂停周期 Ττι_υτ期满。每个占用传感器130都具有占用计数器，以记录从最后探测到的占用情况开始已经过去的时间。占用传感器130响应于探测连续的占用情况而周期性重启占用计时器。 因此，响应于空间中占用者未移动的短暂周期，占用传感器130不会变至空位状态，且照明负载104不被关断。如果占用传感器130不能连续探测占用情况，则占用传感器利用占用定时器等待占用传感器暂停周期Ttimott的时长，该时长后，占用传感器变为空位状态且将空位指令传送至电子开关110。图2是电子开关110的简化框图。电子开关110包括可控传导装置(例如，闩锁继电器210)，其串联连接在热端子H和可开关的热端子SH之间。继电器210在继电器闭合(即，导电)时将负载电流込从AC电源102传导至照明负载104。负载电流込例如可具有约五安培的幅度，这取决于照明负载104的类型。电子开关110还包括双向半导体开关212，其与继电器210并联电连接，用以在照明负载104首先导通时最小化传导通过继电器210的浪涌电流(并由此限制可能产生在继电器触点处的任何电弧放电)。具体而言，双向半导体开关212在电子开关110导通照明负载104时并在继电器210导电之前被控制为导电，且在电子开关断开照明负载时并在继电器不导电之后被控制为不导电。双向半导体开关212例如可包括三端双向可控硅开关、整流器桥接中的场效应晶体管(FET)、反串联的两个FET、一个或多个硅控整流器(SCR)、一个或多个绝缘栅双极结晶体管(IGBT)、或双向半导体开关的任意其他合适类型。通过控制器214独立控制继电器210和双向半导体开关212。例如，控制器214可为微控制器，但也可为任意适合的处理装置，例如可编程逻辑装置(PLD)、微处理器、专用集成电路(ASIC)、或现场可编程门阵列(FPGA)。控制器214连接至继电器210的设定和复位端子(例如，设定和复位线圈)，用以分别致使继电器导电和不导电。具体而言，控制器214 产生用于驱动设定线圈的继电器设定控制信号VK _SET以及用于驱动复位线圈的继电器复位控制信号Vra_KESET。控制器214还通过门驱动电路216将BSS驱动控制信号VBSS_DKIVE提供至双向半导体开关212的控制输入端，用以使双向半导体开关导电。电子开关110包括两个电源通态(内嵌)电源220和开态电源222。电源220、 222两者均进行操作，以在输出电容Cqut (例如具有约680 μ F的电容量)上产生DC电源电压Vcc (例如具有约五伏的平均幅度)。控制器214和电子开关110的其他低压电路从DC 电源电压Vcc供电。双向半导体开关212与继电器210和通态的电源220的并联组合串联地电连接。通态电源220操作为在继电器210闭合，且照明负载104导通时，产生DC电源电压Vcc，如下文详细说明。开态电源222与继电器210和双向半导体开关212并联电连接， 并进行操作以在继电器210断开，且照明负载104关断时产生DC电源电压Vcc。因为输出电容Qm参考通态电源220的电路公共端，所以开态电源222可以包括隔离电源。控制器214从瞬态感触(S卩，机械型)开关S2M接收输入，开关S2M响应于电子开关Iio的控制致动器112的动作临时闭合。开关S2M和电阻(例如具有约MkQ 的阻值)的串联组合连接在DC电源电压Vcc和电路公共端之间。当控制致动器112被致动且开关S2M临时闭合时，朝电路公共端下拉控制器214的输入端口，因此向控制器214 传送开关S2M已被致动的信号。因此，控制器214可操作为控制继电器210和双向半导体开关212，从而响应于开关S2M的动作触发照明负载104的导通和关断。控制器214还可操作为在照明负载104导通时点亮可视指示器114，且在照明负载关断时熄灭可视指示器 104。控制器214还连接至用于存储小键盘120的序列号的存储器228，以及向其分配电子开关110的占用传感器130。存储器2 可实现为外部集成电路(IC)或作为控制器214 的内部电路。电子开关110还包括RF收发器230以及天线232，其用于利用小键盘120和占用传感器130来发送和接收RF信号106。控制器214被操作为响应于通过RF信号106接收的数字消息来控制继电器210和双向半导体开关212。用于壁式安装负载控制装置(例如电子开关110)的天线232的实例详细公开于1999年11月9日公布的题为“紧凑型射频发送和接收天线以及使用其的控制装置(COMACT RADIO FREQUENCY TRANSMITTING AND RECEIVING ANTENNA AND CONTROL DEVICE EMPLOYING SAiffi) ” 的美国专利 No. 5，982，103 以及2006年6月21日提交的题为“紧凑型射频发送和接收天线以及使用其的控制装置 (COMACT RADIO FREQUENCY TRANSMITTING AND RECEIVING ANTENNA AND CONTROL DEVICE EMPLOYING SAME) ”的美国专利申请No. 10/873，033中，将其整体公开内容通过参考并入本文。或者，电子开关110可简单地包括RF接收器，其仅用于通过RF信号106，从小键盘 120和占用传感器130接收数字消息。此外，电子开关110也可包括用于接收红外(IR)信号的顶接收器、用于连接到有线通信线路的有线通信电路、电力线载体(PLC)通信电路、或另一类型的通信电路。包括了其他类型通信电路的照明控制系统的实例详细公开于2003年 4月8日公布的题为“多态预设照明控制器(MULTI-SCENE PRESET LIGHTING CONTROLLER)” 的美国专利No. 6，545, 434 ；2009年9月8日公布的题为“用于负载控制装置的电源(SYSTEM FOR CONTROL OF LIGHTS AND MOTORS)，，的美国专利 No. 7，423，413 以及 2006 年 6 月 6 日提交的题为“用于电灯和电机的控制的系统(SYSTEM FOR CONTROL OF LIGHTS AND MOTORS)” 的美国专利申请No. 11/447,431中，将其全部公开内容通过参考并入本文。通态电源220在照明负载导通时产生DC电源电压Vcc，同时允许电子开关110将基本上所有的AC线电压提供给照明负载104。当通过通态电源220为输出电容Cqut充电时 (在继电器210导电时)，通态电源上产生的电压的幅度(例如约为DC电源电压Vcc，S卩，约五伏)基本上小于AC电源102的AC线电压的峰值电压。换言之，通态电源220施加了基本上低于AC电源102的AC线电压的峰值电压的低电压降，以致在输出电容Cott充电时提供给照明负载104的电压(即，可开关的热电压Vsh)略低。例如，当AC电源102的RMS电压是MOVac时，AC线电压的峰值电压约为340伏，而产生在通态电源220上的电压约等于 DC电源电压Vcc (即，约五伏)并仅达AC电源102的每半个周期的一部分时间。通态电源220将充电电流I·(图3)传导通过输出电容Cqut，用以为输出电容充电。输出电容Qm适于在继电器导电时传导负载电流込达AC电源102的线周期的至少一部分时间。因此，充电电流I·在继电器导电时等于负载电流込达AC电源102的线周期的至少一部分时间。通态电源220能在照明负载104是低功率负载即，额定功率降至约25W(且额定电压为MOVJ时适当地进行运行。换言之，通态电源220操作为适当为输出电容Cqut 充电，从而在负载电流l·的幅度低至约IOOmA时保持对控制器214的供电。因为照明负载104会导致通态电源220的负载电流込成为非正弦电流(例如，如果照明系统是紧凑型荧光灯时)，所以输出电容Qm不能在AC电源102的线周期的某些部分期间将充电电流I·传导通过照明负载。因此，通态电源220在输出电容Cott能相对于 AC电源102的AC线电压的频率以异步的方式充电时进行控制，以致电源被操作为在每半个周期的任意时刻(半周期的开始和结束之间的任意时刻)都能开始和停止充电。具体而言，通态电源220被操作为在DC电源电压Vcc的幅度降至最小电源电压Vee_MIN(例如，约五伏)时开始为输出电容Qm充电。但是，输出电容Cott不会开始充电直至输出电容Cott能够将负载电流l·传导通过照明负载104(即，如果负载电流L是非正弦的)。通态电源220在 DC电源电压升至最大电源电压Vrc_MX(例如，约六伏)时通常停止充电。当照明负载104是电阻性负载(例如白炽灯)时(即，负载电流Il是正弦的)，通态电源220的充电电流I· 可相对于AC线电压的频率异步(如图4A中所示)。或者，如果照明负载104传导非正弦负载电流l·则充电电流I·可相对于线电压频率同步(如图4B中所示)。为了最小化照明负载104的可见闪烁，通态电源220在AC电源102的每个半周期中至少从AC电源102引出电流一次。因此，任何两个充电电流Iaffit；的连续脉冲之间的时间周期都小于半周期的时段TTC(例如，对于50Hz电源来说约为十毫秒)，且因此充电电流 Icheg的脉冲频率大于线电压频率的两倍(例如，约为100Hz)，以便避免照明负载104的可见闪烁。如果充电电流Iaffie相对于线电压频率同步(如图4B中所示)，则任何两个充电电流 Icheg的连续脉冲之间的时间周期可约等于半周期的时段THC。控制器214可操作于监视通态电源220的运行，以便确定适当的时间来执行需要从输出电容Qm引出较大量的电流的动作，例如激励继电器210的线圈。通态电源220将反馈控制信号Vfb提供给控制器214，该信号表示输出电容Cott是否被充电，其将在下文详细说明。控制器214可操作为在输出电容Qm停止充电后(即，当DC电源电压Vcc的值等于最大电源电压V^max且电压的最大值可用于激励线圈时)立即激励继电器210的设定和复位线圈。图3是根据本发明第一实施例的内嵌电源220的简化示意图。通态电源220包括双向半导体开关310，其例如包括反串联的两个FETQ312、Q314。通态电源220还包括全波整流器桥，其包括除两个二极管D316，D318之外的两个FET Q312、Q314的体二极管，他们都连接至输出电容CQUT，以使输出电容从AC电源102通过照明负载104充电。整流器桥具有串联连接在可开关的热端子SH和继电器210之间的AC端子，以及用于提供整流电压Vkect 的DC端子。输出电容Cqut串联连接在整流器桥的DC端子之间，以致输出电容能从AC电源 102通过整流器桥和照明负载104充电。反串联的FET Q312，Q314与整流器桥的AC端子并联地电连接，以致FET可操作为在FET导电时将负载电流込从AC电源102传导至照明负载104，且输出电容Cqut可操作为在FET不导电时传导负载电流込。输出电容Cqut还与过电流探测电阻R320(例如具有约0. 1Ω的电阻值)和正温度系数(PTC)热敏电阻R322串联连接，它们用于故障状态(例如电子开关110中的过电流或过热情况)的探测，其将在下文参考图5详细说明。例如，PTC热敏电阻R322包括由EPC0S， Inc.制造的零件号为859807々009(^062的电阻，其具有约400 0的最大标称阻值。故障电压Vfauu产生在PTC热敏电阻R322和输出电容Cott的串联组合两端，且其幅度在正常运行情况(即未出现故障情况)下具有约等于DC电源电压Vcc的幅度。通态电源220包括控制电路330，其在正常运行期间操作为使FETQ312，Q314不导电，从而临时并短暂地阻挡负载电流l·。这使得输出电容Qm在继电器210导电时传导负载电流込并因此充电达AC电源102的线周期的至少一部分的时间。因此，DC电源电压Vcc的值在双向半导体开关310不导电时增大，且在双向半导体开关导电时减小。具体而言，控制电路330使FET Q312，Q314在DC电源电压Vcc降至最小电源电压VCC_MIN时(S卩，约五伏) 不导电，且使FET在DC电源电压Vcc升至最大电源电压Vee_MX时(S卩，约六伏)导电。通态电源沈0的控制电路330例如包括具有比较器U332的模拟电路，用于在FET Q312，Q314响应于DC电源电压Vcc的幅度导电时进行控制。包括两个电阻R334，R336的电阻分压器连接在DC电源电压Vcc和电路公共端之间，并将代表DC电源电压Vcc的幅度的成比例的电压提供给比较器U332的正端子。电阻R334，R336例如分别具有约40.业Ω 和IlkQ的电阻值。控制电路330包括分流调节器D338 (例如，由Texas Instruments制造且零件号为TLV431)，其阴极通过电阻R340(例如，具有约IlkQ的电阻值)连接至DC电源电压Vcc。 分流调节器D338的阴极连接至分流调节器的基准端子和比较器U332的负端子，以致在负端子处提供固定的参考电压(例如约1. MV)。电阻1 342(例如具有约4作0的电阻值)连接在正端子和比较器U332的输出端子之间，用以在通态电源220的运行中提供某些滞后作用。比较器U332的输出通过电阻R344(例如，具有约IlkQ的电阻值)被拉升至DC电源电压Vcc。当比较器U332的正端子处的成比例的电压小于比较器的负端子处的固定的参考电压(S卩，1.MV)时，比较器U332的输出端子被驱动至低电位，以使FET Q312，Q314不导电(将在下文说明)。或者，通态电源220的控制电路330可包括数字电路，其例如包括微处理器、PLD、ASIC、FPGA或其他合适类型的集成电路。比较器U332可包括由National Semiconductor Corporation制造且零件号为UC903的器件。比较器U332的输出通过电阻R346(例如，具有约22k Ω的电阻值)连接至NPN双极结晶体管Q345的基极。晶体管Q345的集电极通过两个电阻Q348，Q350(例如分别具有 IOOkQ和MkQ的电阻值)连接至DC电源电压Vcc。PNP双极结晶体管Q352的基极连接至两个电阻Q348，Q350的结点。晶体管Q352的集电极通过两个相应的栅电阻R3M，R356 (例如都具有约8. Ω的电阻值)连接至FET Q312，Q314的栅极。当比较器U332的输出端子向DC电源电压Vcc拉高时，晶体管Q345，Q352都导电。因此，DC电源电压Vcc通过相应的栅电阻R3M，R356连接至FET Q312，Q314的栅极，因此使FET导电。当比较器U332的输出端子被驱动至低电位(即，约在电路公共端处)且晶体管Q345，Q352不导电时，FET的栅极的栅极电容通过电阻R358(例如具有约8. Ω的电阻值)放电，且FET不导电。
图4A是说明在照明负载104是电阻性负载(例如白炽灯)且充电电流I·相对于 AC电源102的频率异步时，通态电源220的运行的波形实例的简图。虽然FET Q312，Q314 不导电，但DC电源电压Vcc的幅度在充电时间T·期间增大(从最小电源电压Vee_MIN增至最大电源电压。在充电时间T·期间，比较器U332的正端子处的成比例的电压(其代表DC电源电压Vcc的幅度)小于负端子处的分流调节器D338的参考电压。当DC电源电压Vcc的幅度超过最大电源电压Vrc_mx时，比较器U332的输出朝向DC电源电压Vcc被拉高，且FET Q312，Q314导电(如图4A中的栅极电压Ve所示)。此时，比较器U332的正端子处的电压朝向DC电源电压Vcc被拉高。因为FETQ312，Q314导电，所以随着控制器214和电子开关110的其他低压电路从输出电容Cqut引出电流，DC电源电压Vcc的幅度和比较器 U332的负端子处的成比例的电压的幅度开始增大。当DC电源电压Vcc的值降至小于最小电源电压Vrc_MIN时，比较器U332的正端子处的成比例的电压变得小于负端子处的分流调节器D338的参考电压。比较器U332的输出朝电路公共端被拉低，且FETQ312，Q314不导电，因此使得输出电容Cqut充电且DC电源电压 Vcc的幅度在充电时间T·期间增大。由于电源220的运行，仅较低的压降(S卩，约五伏) 产生在电源上，且可开关的热电压Vsh在输出电容Cott充电时仅仅具有较小“凹陷”(S卩，值的小变化)，如图4A所示。注意到如果输出电容Qm充电和放电使得DC电源电压Vcc的幅度不超过最大电源电压，则最坏的情况是充电时间Taffie约等于AC电源102的半周期的时段THC。图4B是说明在负载电流Il是非正弦(例如，照明负载104是紧凑型荧光灯)且充电电流I·相对于AC电源102的频率同步时，通态电源220的运行的波形实例的简图。如图4B中所示，充电电流Iaiffi；在DC电源电压的幅度降至最小电源电压Vee_MIN以下时不会立即开始流动，即使栅极电压Ve处于低电位且FET Q312，Q314不导电。在照明负载104开始传导负载电流l·时，充电电流Iaffie开始流动，这发生在每半个周期中大致相同的时间处，以致充电电流I·相对于AC电源102的频率对称。并且，仅较低的压降产生在电源220上， 且可开关的热电压Vsh在输出电容Cott充电时仅具有较小凹陷，如图4B所示。再次参考图3，提供至控制器214的反馈控制信号Vfb产生在晶体管Q345的集电极处。因此，反馈控制信号Vfb是图4A和4B中所示的栅极电压Ve的反相。当晶体管Q345 导电时(S卩，FET Q312，Q314导电且输出电容Cott放电)，反馈控制信号Vfb朝电路公共端被 (即逻辑低电平)拉低。当晶体管Q345不导电时(S卩，FET Q312，Q314不导电且输出电容 Qm充电)，反馈控制信号Vfb朝DC电源电压Vcc (即逻辑高电平)被拉高。当控制器214 准备使继电器210导电或不导电时，控制器会在激励继电器的设定线圈或复位线圈之前， 等待直至反馈控制信号Vfb从高转变到低(S卩，DC电源电压Vcc的幅度等于最大电源电压
Vcc-MAX)。控制器214可操作用于响应于为输出电容Qm充电所需的充电时间Taffie确定电子开关110是否过载(S卩，是否发生过载情况)。例如，如果照明负载104导致传导通过继电器210的负载电流L的幅度约等于八安培，则电子开关110可能过载。具体而言，控制器 214可操作用于测量反馈控制信号Vfb的低到高和高到低的转换之间的时间周期长度(即， 当输出电容Qm充电时，充电时间Taffie的时长)。随着负载电流込的幅度增大，为输出电容 Qm充电所需的充电时间Taffie减少。因此，控制器214可操作用于将反馈控制信号Vfb的低到高和高到低的转换之间的时间周期与预定充电时间阈值Τ·_ΤΗ(例如约85 μ秒)比较， 从而确定是否发生过载情况。具体而言，控制器214响应于探测到充电时间Taffie的百分比 (例如10%)小于预定充电时间阈值(例如，如果反馈控制信号Vfb的低到高和高到低的转换之间的时间周期的百分之十小于约85 μ秒)而确定发生过载情况。控制器214在探测到过载情况时断开继电器210。此外，控制器214响应于探测的过载情况使可视指示器114 闪烁。图5是示出连接至用于双向半导体开关212的闩锁继电器210和驱动电路216的内嵌通态电源220如何提供故障探测和电子开关110的保护的简化示意图。继电器210的设定线圈连接在继电器设定控制信号和DC电源电压Vcc之间。当控制器214将继电器设定控制信号VK _SET拉低至约为电路公共端时，继电器210的机械开关导电。继电器 210的复位线圈连接在继电器复位控制信号Vklmeset和故障电压Vfauu之间，该故障电压在正常运行情况下(即，未处于过热情况)具有约等于DC电源电压Vcc的幅度。继电器复位控制信号VK _KESET还通过二极管D305连接至DC电源电压Vcc。当控制器214在正常运行情况下将复位控制信号VK _KESET拉低至约为电路公共端时，继电器210的机械开关不导电。如果输出电容Cqut在继电器210导电时发生短路故障，则通态电源220的FET Q312，Q314的温度会升高到不希望的水平。根据本发明的一个方面，当在通态电源220的 FET Q312，Q314中探测到过热情况时，电子开关110控制闩锁继电器210(例如，断开继电器)以便消除过热情况。具体而言，PTC热敏电阻R322热连接至FET Q312，Q314，以致PTC 热敏电阻的电阻值在过热情况期间随FET的组合温度升高而升高，因此致使故障电压Vfauu 的幅度增大。因为二极管D305和继电器210的复位线圈的串联组合连接在故障电压Vfauu 和DC电源电压Vcc之间(S卩，与输出PTC热敏电阻R322并联)，所以随着PTC热敏电阻的阻值增大和故障电压Vfauu的幅度增大，电流开始流过复位线圈。继电器210在FET Q312， Q314的组合温度增大超过预定温度阈值Tfauu(例如约90下)时，继电器210不导电。换言之，继电器210在故障电压Vfauu增大时不导电，以致复位线圈上的电压使继电器210不导电。因此，将流过FET Q312，Q314的电流控制为零安培，并消除故障情况(即，FET的温度将降低到不希望的水平以下)。继电器210响应于独立于继电器复位控制信号VK _KESET的幅度的过热情况而导电。此外，继电器210可响应于电子开关110的其他电路的过热情况而导电。如图5中所示，双向半导体开关212实现为三端双向可控硅开关。驱动电路216 包括光耦合器U380，其具有输出光三端双向可控硅开关，其与双向半导体开关212的栅极串联连接。当光耦合器U380的输出光三端双向可控硅开关导电时，输出光三端双向可控硅开关在AC电源102的每半个周期内将栅极电流传导通过两个电阻R382，R384，因此使双向半导体开关216在每半个周期内导电。电阻R382，R384例如可都具有约100Ω的电阻值。光耦合器U380还具有输入光二极管，其具有连接至通态电源220的整流电压Vkect 的阳极。NPN双极结晶体管Q385与光耦合器U380的输入光二极管串联连接。控制器214 通过电阻R386(例如具有约IkQ的电阻值)连接至晶体管Q385的基极。当晶体管Q385 导电时，晶体管将驱动电流传导通过光耦合器U380的输入光二极管，以及电阻R388(例如， 具有约330 Ω的电阻值)，因此使输出光三端双向可控硅开关和双向半导体开关212导电。根据本发明的另一方面，当在内嵌通态电源220中探测到过电流情况时，电子开关110利用双向半导体开关212消除过电流情况。过电流情况例如在照明负载104是电容性负载(例如旋入式紧凑型荧光灯或电子低压(ELV)照明负载)时，可由传导通过继电器 210的浪涌电流导致。例如，浪涌电流的幅度大于约三百安培，且会持续约两毫秒(由国际电气制造业协会(NEMA)出版的NEMA 410标准规定)。为了保护通态电源220免受过电流情况影响，双向半导体开关212在流过通态电源220的过电流探测电阻R320的电流超过预定电流阈值Ifauu(例如约40安培)时导电。此时，通态电源220上的电压降至约等于双向半导体开关212的通态电压(例如约IV)，这使得电源停止为输出电容0^充电，并消除过电流情况。再次参考图5，通态电源220的过电流探测电阻R320与光耦合器U380的输入光二极管、二极管0390以及电阻1 392(例如具有约47 0的阻值)的串联组合并联连接。当流过过电流探测电阻R320的电流超过预定电流阈值Ifauu时，在光耦合器U380的输入光二极管、二极管D390、以及电阻R392的串联组合两端上产生的电压致使光耦合器的输出光三端双向可控硅开关导电。因此，双向半导体开关212导电，并消除过电流情况。因为双向半导体开关212是三端双向可控硅开关，所以双向半导体开关在流过双向半导体开关的电流降至约零安培时，在半周期终点处不导电。如果依然存在过电流情况，则双向半导体开关212 将在下一半周期期间再次导电。图6是响应于在步骤410处开关S2M的动作的、由电子开关110的控制器214执行的按钮流程400的简化流程图。控制器214在继电器210和双向半导体开关212变成导电和不导电时，使用两个计时器(例如，继电器计时器和双向半导体开关(BSS)计时器)来进行控制。当继电器计时器期满时，如果照明负载104关断，则控制器214执行继电器计时器流程600，从而使继电器210导电，且如果照明负载导通，则使继电器不导电(将参考图 8在下文详细说明)。当BSS计时器期满时，控制器214执行BSS计时器流程700，使得如果照明负载104关断，则控制双向半导体开关212变成导电，且如果照明负载导通，则其变成不导电(将参考图9在下文详细说明)。控制器214响应于接收导通指令(当导通按钮 122致动时)以及关断指令(当关断按钮IM致动时)执行接收的小键盘信息流程(未示出)，其类似于按钮流程400。参考图6，如果照明负载104在步骤412关断，则控制器214将BSS计时器初始化为BSS导通时间tBss,，并启动BSS定时器使其值相对于步骤414的时间而减小。随后，在按钮流程400退出前，控制器214将继电器定时器初始化为继电器导通时间TK _W，并启动继电器定时器使其值相对于步骤416的时间而减小。例如，BSS导通时间tBss_w可约为零毫秒，且继电器导通时间可约为三十毫秒，以致双向半导体开关212在继电器210导电之前导电。如果照明负载104在步骤412导通，则控制器214在步骤418立即使双向半导体开关212导电。随后，控制器214将继电器定时器初始化为继电器关断时间Tkl^ff,并启动继电器定时器使得其值相对于步骤420的时间而减小。最后，在按钮流程400退出前， 控制器214将BSS计时器初始化为BSS关断时间tBss_WF，并启动BSS定时器使得其值相对于步骤422的时间而减小。例如，继电器关断时间可约为三十毫秒，且BSS关断时间 tBss_0FF可约为六十毫秒，以致继电器210在双向半导体开关212变成不导电之前不导电。图7是由电子开关110的控制器214执行的接收的占用信息流程500的简化流程图，其在步骤510经由RF信号106响应于从占用传感器130中的一个接收的数字消息。控制器214响应于从占用传感器接收的数字消息来记录占用传感器130(为其分配了电子开关110)的状态。具体而言，如果控制器214从占用传感器130接收占用运行指令或占用非运行指令，则控制器在存储器228中将该占用传感器的序列号标记为“占用”。如果控制器 214从该占用传感器130接收空位指令，则控制器在存储器2 中将该占用传感器的序列号标记为“空位”。控制器在关断照明负载104之前等待来自所有占用传感器(为其分配了电子开关110)的空位指令。参考图7，在步骤510处接收数字消息后，控制器214首先确定所接收的数字消息中提供的序列号是否在步骤512处被存储到存储器228。如果没有，则控制器214不会处理所接收的数字消息，并且接收占用信息流程500退出。如果所接收的数字信号的序列号在步骤512处已经存储进存储器228中，且在步骤514处的所接收的数字消息是占用运行指令，则控制器214确定存储进存储器2 中的任意序列号是否在步骤516被标记为占用， 以确定空间是被占用还是空位。如果在步骤516中没有序列号被标记为占用(S卩，空间刚被占用)，则控制器214在步骤518中通过初始化并开启BSS定时器(利用BSS导通时间 tBss_0N)并在步骤520中初始化并开启继电器定时器(利用电器导通时间Tra,)，从而导通照明负载104。控制器214随后在步骤522中将所接收的数字消息的序列号标记为占用，并且接收信息流程510退出。如果在步骤516中有序列号被标记为占用(即，空间被占用)， 则控制器214在接收占用信息流程500退出之前，在步骤522中将所接收的数字消息的序列号标记为占用。如果在步骤524中所接收的数字消息是占用非运行指令，则控制器214不会调整传送至照明负载104的功率量。控制器214在步骤522中将序列号简单地标记为占用，且接收占用信息流程500退出。如果所接收的数字消息在步骤526中是空位指令，则控制器 214在步骤528中将序列号标记为空位。如果在步骤530中有任意的序列号仍然被标记为占用(即，空间仍被占用)，则简单地退出接收占用信息流程500。但是，如果所有序列号在步骤530中都被标记为空位(即，当前空间为空位)，则控制器214在接收占用信息流程 500退出之前，通过在步骤532中立即使双向半导体开关212导电、在步骤534中初始化并启动继电器计时器(利用继电器关断时间、 __)、并在步骤536中初始化并启动BSS计时器(利用BSS关断时间tBSS_WF)而控制照明负载104关断。图8是在继电器计时器在步骤610中期满时，通过控制器214执行的继电器计时器流程600的简化流程图。首先，控制器214等待直至反馈控制信号Vfb在步骤612中(其表示DC电源电压Vcc的幅度等于最大电源电压V。。_MX)从高转变到低。当控制器214在步骤612中探测到反馈控制信号Vfb从高转变到低时，则控制器根据照明负载104的现有状态立即使继电器210导电或不导电。如果照明负载104在步骤614中关断，则控制器214在步骤616中通过使电流传导通过继电器的设定线圈而使继电器210导电，并且退出继电器计时器流程600。如果照明负载104在步骤614中关断，则控制器214在步骤618中通过使电流传导通过复位线圈而使继电器210不导电，并且退出继电器计时器流程600。图9是在步骤710中的BSS计时器期满时，通过控制器214执行的BSS计时器流程700的简化流程图。如果照明负载104在步骤712中关断，则控制器214在BSS计时器流程700退出之前，在步骤714中控制驱动电路216以使双向半导体开关212导电，并在步骤716中点亮可视指示器214。如果照明负载104在步骤712中关断，则控制器214控制驱动电路216以致双向半导体开关212在步骤718中变成不导电。控制器214随后在步骤 720中控制可视指示器214使其关断，并退出BSS计时器流程700。图10是在反馈控制信号Vfb在步骤810中从高转变至低或从低转变至高时，通过控制器214执行的过载探测流程800的简化流程图。如果在步骤812中探测到反馈控制信号Vfb是低到高的转变，则控制器214在过载探测流程800退出之前，初始化计时器(例如初始至零μ秒)并启动计时器使得其值相对于步骤814中的时间而增加。如果在步骤 812中探测到反馈控制信号Vfb是高到低的转变，则控制器214在步骤816中存储计时器的当前值。如果步骤818中的计时器值大于预定充电时间阈值S卩，约85μ秒)，则简单地退出过载探测流程800。但是，如果步骤818中的计时器值小于或约等于预定充电时间阈值Taffie,，则控制器214在步骤820中确定是否发生过载情况。具体而言，在步骤820 中，控制器214确定最新存储的计时器值(从步骤816得到)的百分比(例如10%)是否小于预定充电时间阈值(例如，最后的计时器值的百分之十是否小于约85μ秒)。如果控制器214没有在步骤820中探测到过载情况，则简单地退出过载探测流程800。另外，如果控制器214在步骤820中探测到过载情况，则控制器214在过载探测流程800退出之前，在步骤822中使继电器210不导电，并在步骤824中使可视指示器114闪烁。虽然已经参考对传送至连接的照明负载的功率进行控制的电子开关110说明了本发明，但是本发明的概念可应用于负载控制系统的任何类型的控制装置，例如用于调整照明负载(例如白炽灯、磁低压照明负载、电子低压照明负载、以及旋入式紧凑型荧光灯) 强度的调光开关、远程控制、小键盘装置、可视显示装置、适于插入电卡口的可控插入模块、 适于旋入灯的电插座(螺口插座)的可控旋入式模块、用于荧光负载的电子调光镇流器、 以及用于发光二极管(LED)光源的驱动器、电机速度控制装置、机械化窗加工、温度控制装置、听觉/视觉控制装置、或用于其他类型的照明负载(例如磁低压照明负载、电子低压照明负载、和旋入式紧凑型荧光灯)的调光电路。虽然已经参考本发明的特定实施例说明了本发明，但对于本领域技术人员来说显而易见的是本发明还具有许多其他变型和改进以及其他应用。因此本发明优选不受本文所公开的特定实施例的限制而仅受所附权利要求的限制。
权利要求
1.一种适于连接在AC电源和电负载之间用于导通和关断电负载的双线电子开关，所述电子开关包括可控传导装置，其适于串联地电连接在所述电源和所述负载之间，所述可控传导装置适于在所述可控传导装置导电时将负载电流传导通过所述负载；控制器，其可操作地连接所述可控传导装置，用以控制所述可控传导装置的导电和不导电，从而分别导通和关断所述负载；输出电容，其可操作为产生DC电源电压，用以为所述控制器供电；以及内嵌电源，其与所述可控传导装置串联连接，所述内嵌电源还连接至输出电容，以在对所述输出电容充电时进行控制，其中对所述输出电容充电以便在所述可控传导装置导电时在所述输出电容上生成DC电源电压，当所述输出电容正在充电时，在所述内嵌电源上产生的电压的幅度基本上小于AC电源的AC线电压的峰值电压，所述输出电容适于在所述可控传导装置导电时传导负载电流达所述AC电源的线周期的至少一部分时间；其中，在所述输出电容相对于AC电源的频率异步充电时，所述内嵌电源进行控制，以致所述内嵌电源可操作为在每半个周期期间的任意时刻启动和停止充电，所述电源可操作为在所述AC电源的每半个周期期间启动和停止对所述输出电容充电至少一次。
2.根据权利要求1所述的电子开关，其中，所述可控传导装置包括继电器。
3.根据权利要求2所述的电子开关，其中，所述电源包括第一双向半导体开关，所述第一双向半导体开关与所述继电器串联连接、并与所述输出电容并联连接，以致在所述继电器导电且所述第一双向半导体开关不导电时所述输出电容可操作为进行充电。
4.根据权利要求3所述的电子开关，还包括第二双向半导体开关，其与所述继电器和所述电源的串联组合并联连接，所述控制器可操作连接至所述第一双向半导体开关的控制输入端，所述控制器可操作为通过首先使所述第二双向半导体开关导电且随后使所述继电器导电而导通所述负载，所述控制器可操作为通过首先使所述继电器不导电且随后使所述第二双向半导体开关不导电而关断所述负载；其中，使所述第二双向半导体开关响应于所述电源的输出电容中的过电流情况而导H1^ ο
5.根据权利要求4所述的电子开关，还包括驱动电路，其连接在所述控制器和所述第一双向半导体开关的控制输入端之间，所述驱动电路可操作为响应于由所述控制器提供的控制信号而使所述第一双向半导体开关导 H1^ ο
6.根据权利要求5所述的电子开关，其中所述电源包括电阻，其与所述输出电容串联连接，所述电阻连接至所述驱动电路，以致所述驱动电路可操作为响应于流过所述电阻并超过预定电流阈值的电流而使所述第一双向半导体开关导电。
7.根据权利要求5所述的电子开关，其中，所述第一双向半导体开关包括三端双向可控硅开关。
8.根据权利要求3所述的电子开关，其中，所述继电器响应于所述电源中的过热情况而不导电。
9.根据权利要求8所述的电子开关，其中，所述控制器将继电器设定控制信号提供给所述继电器的设定线圈，用以使所述继电器导电，并将继电器复位控制信号提供给所述继电器的复位线圈，用以使所述继电器不导电，所述电源还包括对所述电源的温度响应的热敏电阻，所述热敏电阻电连接所述继电器的复位线圈，用以响应于所述电源中的过热情况使所述继电器不导电。
10.根据权利要求9所述的电子开关，其中，所述热敏电阻包括PTC热敏电阻，所述PTC 热敏电阻热连接至所述电源的所述第一双向半导体开关。
11.根据权利要求10所述的电子开关，其中，所述PTC热敏电阻与所述电源的输出电容串联地电连接，所述输出电容和所述PTC热敏电阻的串联组合两端的电压电连接至所述继电器的复位线圈，所述控制器可操作为将所述继电器复位控制信号控制到约为电路公共端，以使所述电源中未出现过热情况时使所述继电器不导电；以及其中，所述输出电容和所述PTC热敏电阻的串联组合两端的电压在所述电源中的过热情况期间增大，以使所述继电器独立于所述继电器复位控制信号的幅度而导电。
12.根据权利要求3所述的电子开关，其中，所述电源还包括控制电路，所述控制电路连接至所述第一双向半导体开关，用以使所述第一双向半导体开关导电和不导电，所述控制电路响应于所述DC电源电压的幅度以使所述第一双向半导体开关在所述DC电源电压的幅度达到最大DC电源电压阈值时导电。
13.根据权利要求12所述的电子开关，其中，所述电源的控制电路可操作为使所述第一双向半导体开关在所述DC电源电压的幅度降至最小DC电源电压阈值时不导电。
14.根据权利要求13所述的电子开关，其中，所述控制器可操作为测量为所述输出电容充电所需的充电时间，且如果所述充电时间的长度小于预定充电时间阈值时确定是否正发生过载情况。
15.根据权利要求12所述的电子开关，其中，所述控制器可操作为确定所述DC电源电压的幅度何时达到最大DC电源电压阈值，并使所述继电器在DC电源电压达到所述最大DC 电源电压阈值后立即导电和不导电。
16.根据权利要求1所述的电子开关，还包括开态电源，其与所述继电器和所述内嵌电源的串联组合并联连接，所述开态电源连接至所述输出电容，用于在照明负载关断时、对所述输出电容充电以在所述输出电容上产生 DC电源电压时进行控制。
17.根据权利要求16所述的电子开关，还包括连接至所述控制器的通信电路，以致所述控制器可操作为响应于通过所述通信电路接收的数字消息，而导通和关断所述照明负载。
18.根据权利要求17所述的电子开关，其中，所述通信电路包括RF收发器。
19.根据权利要求16所述的电子开关，其中，所述开态电源包括隔离电源。
20.根据权利要求1所述的电子开关，还包括连接至所述控制器的通信电路，以致所述控制器可操作为接收数字消息。
21.根据权利要求20所述的电子开关，其中，所述通信电路包括RF收发器。
22.根据权利要求20所述的电子开关，其中，所述通信电路包括RF接收器。
23.根据权利要求20所述的电子开关，其中，所述通信电路包括顶接收器。
24.根据权利要求1所述的电子开关，还包括占用探测电路，其用于探测所述电子开关周围的空间中是否存在占用者；其中，所述控制器可操作为响应于所述占用探测电路探测到存在占用者而导通照明负载。
25.根据权利要求1所述的电子开关，其中，所述输出电容在所述DC电源电压的幅度降至最小DC电源电压阈值时开始充电，而在所述DC电源电压的幅度升至最大DC电源电压阈值时停止充电。
26.根据权利要求1所述的电子开关，其中，所述内嵌电源不包括变压器。
27.一种用于对从AC电源传送至电负载的功率进行控制的双线电子开关，所述电子开关包括闩锁继电器，其适于串联地电连接在所述电源和所述负载之间，所述闩锁继电器适于在继电器导电时将负载电流传导通过所述负载；控制器，其可操作连接至所述继电器，用以控制所述继电器的导电和不导电，以分别使所述负载导通和关断；输出电容，其可操作为产生DC电源电压，用以为所述控制器供电；以及内嵌电源，其与所述继电器串联连接，所述内嵌电源还连接至输出电容，以在所述继电器导电时在所述输出电容上产生DC电源电压，所述输出电容适于在所述继电器导电时传导负载电流达AC电源的线周期的至少一部分时间；其中，所述继电器响应于所述电子开关中的过热情况而不导电。
28.根据权利要求27所述的电子开关，其中，所述电源包括双向半导体开关，所述双向半导体开关与所述继电器串联连接并与所述输出电容并联连接，以致所述输出电容可操作为在所述继电器导电而所述双向半导体开关不导电时进行充电。
29.根据权利要求观所述的电子开关，其中，所述控制器将继电器设定控制信号提供给所述继电器的设定线圈，用以使所述继电器导电，并将继电器复位控制信号提供给所述继电器的复位线圈，用以使所述继电器不导电，所述电源还包括对所述电源的温度作出响应的热敏电阻，所述热敏电阻电连接所述继电器的复位线圈，用以响应于所述电源中的过热情况使所述继电器不导电。
30.根据权利要求四所述的电子开关，其中，所述热敏电阻包括PTC热敏电阻，所述 PTC热敏电阻热连接至所述电源的双向半导体开关。
31.根据权利要求30所述的电子开关，其中，所述PTC热敏电阻与所述电源的输出电容串联地电连接，所述输出电容和所述PTC热敏电阻的串联组合两端上的电压电连接至所 述继电器的复位线圈，所述控制器可操作为将所述继电器复位控制信号控制到约为电路公共端，以使所述电源中未出现过热情况时使所述继电器不导电；以及其中，所述输出电容和所述PTC热敏电阻的串联组合两端上的电压在所述电源中的过热情况期间增大，以使所述继电器独立于所述继电器复位控制信号的幅度而导电。
32.根据权利要求观所述的电子开关，其中，所述电源还包括控制电路，所述控制电路连接至双向半导体开关，用以使所述双向半导体开关导电和不导电，所述控制电路响应于 DC电源电压的幅度而使所述双向半导体开关在DC电源电压的幅度达到最大DC电源电压阈值时导电。
33.根据权利要求32所述的电子开关，其中，所述电源的控制电路可操作为使所述双向半导体开关在DC电源电压的幅度降至最小DC电源电压阈值时不导电。
34.根据权利要求观所述的电子开关，还包括开态电源，其与所述继电器和所述内嵌电源的串联组合并联连接，所述开态电源连接至所述输出电容，用于当对所述输出电容充电以在所述继电器不导电时在所述输出电容上生成DC电源电压时进行控制。
35.根据权利要求34所述的电子开关，还包括连接至所述控制器的通信电路，以致所述控制器可操作为响应于通过所述通信电路接收的数字消息来导通和关断所述负载。
36.根据权利要求27所述的电子开关，其中，所述电源的所述双向半导体开关包括两个反串联的FET。
37.根据权利要求27所述的电子开关，其中，在所述输出电容正在充电时产生在所述电源上的电压的幅度基本上小于AC电源的AC线电压的峰值电压。
38.根据权利要求37所述的电子开关，其中，在所述电源上产生的电压约等于所述输出电容正在充电时的DC电源电压的幅度。
39.根据权利要求27所述的电子开关，还包括连接至所述控制器的通信电路，以致所述控制器可操作为接收数字消息。
40.根据权利要求39所述的电子开关，其中，所述通信电路包括RF收发器、RF接收器、 和顶接收器中之一。
41.根据权利要求27所述的电子开关，还包括三端双向可控硅开关，其与所述继电器和所述电源的串联组合并联连接，所述控制器可操作地连接至所述三端双向可控硅开关的控制输入端，所述控制器可操作为通过首先使所述三端双向可控硅开关导电且随后使所述继电器导电而导通所述负载，所述控制器可操为通过首先使所述继电器不导电且随后使所述三端双向可控硅开关不导电而关断所述负载；其中，所述三端双向可控硅开关响应于所述电源的输出电容中的过电流情况而导电。
42.一种用于对从AC电源传送至电负载的功率进行控制的双线电子开关，所述电子开关包括闩锁继电器，其适于串联地电连接在所述电源和所述负载之间，用以导通和关断所述负载；第一双向半导体开关，其与所述继电器并联地电连接，所述第一双向半导体开关包括控制输入端；控制器，其可操作地连接至所述继电器和所述第一双向半导体开关的所述控制输入端，所述控制器可操作为通过首先使所述第一双向半导体开关导电且随后使所述继电器导电而导通所述负载，所述控制器可操为通过首先使所述继电器不导电且随后使所述第一双向半导体开关不导电而关断所述负载；输出电容，其可操作为产生DC电源电压，用以为所述控制器供电；以及内嵌电源，其与所述继电器串联地电连接，以致所述第一双向半导体开关与所述继电器和所述电源的串联组合并联连接，所述内嵌电源还连接至所述输出电容，以在所述继电器导电时在所述输出电容上生成DC电源电压，所述输出电容适于在所述继电器导电时传导负载电流达AC电源的线周期的至少一部分时间；其中，所述第一双向半导体开关响应于所述电源的输出电容中的过电流情况而导电。
43.根据权利要求42所述的电子开关，其中，所述电源包括第二双向半导体开关，所述第二双向半导体开关与所述继电器串联连接且与所述输出电容并联连接，以致所述输出电容可操作为在所述继电器导电而所述第二双向半导体开关不导电时进行充电。
44.根据权利要求43所述的电子开关，还包括驱动电路，其连接在所述控制器和所述第一双向半导体开关的所述控制输入端之间， 所述驱动电路可操作为响应于由所述控制器提供的控制信号使所述第一双向半导体开关导电。
45.根据权利要求44所述的电子开关，其中，所述电源包括与所述输出电容串联连接的电阻，所述电阻连接至驱动电路，以致所述驱动电路可操作为响应于流过所述电阻并超过预定电流阈值的电流而使所述第一双向半导体开关导电。
46.根据权利要求44所述的电子开关，其中，所述第一双向半导体开关包括三端双向可控硅开关。
47.根据权利要求43所述的电子开关，其中，所述闩锁继电器连接至所述电源，以致所述继电器响应于所述电源中的过热情况而不导电。
48.根据权利要求47所述的电子开关，其中，所述控制器将继电器设定控制信号提供给所述继电器的设定线圈，用以使所述继电器导电，并将继电器复位控制信号提供给所述继电器的复位线圈，用以使所述继电器不导电，所述电源还包括热连接至所述电源的所述第二双向半导体开关的PTC热敏电阻，所述PTC热敏电阻与所述电源的输出电容串联地电连接，所述输出电容和所述PTC热敏电阻的串联组合两端上的电压电连接至所述继电器的复位线圈，所述控制器可操作为将继电器复位控制信号控制到约为电路公共端，以使所述继电器在所述电源中未出现过热情况时不导电；以及其中，所述输出电容和所述PTC热敏电阻的串联组合两端上的电压在所述电源的过热情况期间增大，以致所述继电器独立于所述继电器复位控制信号的幅度而导电。
49.根据权利要求43所述的电子开关，其中，所述电源还包括控制电路，所述控制电路连接至所述第二双向半导体开关，用以使所述第二双向半导体开关导电和不导电，所述控制电路响应于所述DC电源电压的幅度以使所述第二双向半导体开关在所述DC电源电压的幅度达到最大DC电源电压阈值时导电。
50.根据权利要求49所述的电子开关，其中，所述电源的控制电路可操作为使所述第二双向半导体开关在DC电源电压的幅度降至最小DC电源电压阈值时不导电。
51.根据权利要求42所述的电子开关，其中，在所述输出电容正在充电时产生在所述电源上的电压的幅度基本上小于AC电源的AC线电压的峰值电压。
52.根据权利要求51所述的电子开关，其中，在所述电源上产生的电压约等于所述输出电容正在充电时的DC电源电压的幅度。
53.一种用于对从AC电源传送至电负载的功率进行控制的双线电子开关，所述电子开关包括闩锁继电器，其适于串联地电连接在所述电源和所述负载之间，用以导通和关断所述负载；第一双向半导体开关，其与继电器并联地电连接，所述第一双向半导体开关包括控制输入端；控制器，其可操作地连接至所述继电器和所述第一双向半导体开关的所述控制输入端，所述控制器可操作为通过首先使所述第一双向半导体开关导电且随后使所述继电器导电而导通所述负载，所述控制器可操为通过首先使所述继电器不导电且随后使所述第一双向半导体开关不导电而关断所述负载；输出电容，其可操作为产生DC电源电压，用以为所述控制器供电；以及内嵌电源，其与所述继电器串联地电连接，以致所述第一双向半导体开关与所述继电器和所述电源的串联组合并联连接，所述内嵌电源还连接至所述输出电容，以在所述继电器导电时在所述输出电容上生成DC电源电压，所述电源包括第二双向半导体开关，所述第二双向半导体开关与所述继电器串联连接并与所述输出电容并联连接，以致所述输出电容可操作为在所述继电器导电而所述第二双向半导体开关不导电时进行充电；其中，使所述第一双向半导体开关响应于所述电源的输出电容中的过电流情况而导电，且使所述继电器响应于所述电源中的过热情况而不导电。
54.一种用于对从AC电源传送至电负载的功率进行控制的双线电子开关，所述电子开关包括闩锁继电器，其适于串联地电连接在所述电源和所述负载之间，用以导通和关断所述负载；控制器，其可操作地连接至继电器，用以导通和关断所述负载； 输出电容，其可操作为产生DC电源电压，用以为所述控制器供电；以及内嵌电源，其与所述继电器串联地电连接，所述内嵌电源还连接至所述输出电容，以在所述继电器导电时在所述输出电容上生成DC电源电压，所述电源包括双向半导体开关，所述双向半导体开关与所述继电器串联连接并与所述输出电容并联连接，以致所述输出电容可操作为在所述继电器导电而所述双向半导体开关不导电时进行充电，所述双向半导体开关在DC电源电压的幅度达到最大DC电源电压阈值时导电，且在DC电源电压的幅度降至最小DC电源电压阈值时不导电，所述输出电容适于在所述继电器导电时传导负载电流达AC 电源的线周期的至少一部分时间；其中，所述控制器可操作为测量对所述输出电容充电所需的充电时间，且如果充电时间长度小于预定充电时间阈值，则确定是否发生过载情况。
55.一种用于电子开关的电源，所述电子开关包括可控传导装置，所述可控传导装置适于连接在AC电源和电负载之间，用以导通和关断所述电负载，所述电源包括输出电容，其可操作为产生DC电源电压；双向半导体开关，其适于与所述可控传导装置串联连接并与所述输出电容并联连接， 以致所述输出电容可操作为在所述双向半导体开关不导电时进行充电；以及控制电路，其连接至所述双向半导体开关，用以使所述双向半导体开关导电和不导电， 所述控制电路响应于DC电源电压的幅度以使所述双向半导体开关在所述DC电源电压的幅度达到最大DC电源电压阈值时导电，且使所述双向半导体开关在所述DC电源电压的幅度降至最小DC电源电压阈值时不导电，在所述输出电容正在充电时，在所述电源上产生的电压的幅度基本上小于AC电源的AC线电压的峰值电压；其中，所述内嵌电源在所述输出电容相对于AC电源的频率异步充电时进行控制，以致所述内嵌电源在每半个周期期间的任意时刻启动和停止充电，所述电源可操作为在AC电源的每半个周期期间启动和停止对所述输出电容充电至少一次。
56.根据权利要求55所述的电源，其中，在所述电源上产生的电压约等于所述输出电容正在充电时的DC电源电压的幅度。
57.根据权利要求55所述的电源，其中，所述双向半导体开关包括两个反串联的FET。
全文摘要
一种用于对从电源传送至电负载的功率进行控制的，诸如电子开关的双线智能负载控制装置，包括继电器，用于将负载电流传导通过负载；以及内嵌电源，与继电器串联连接，用以在继电器导电时在电容上产生电源电压。电源在电容相对于电源的频率异步充电时进行控制。电容在继电器导电时传导负载电流达电源的线周期的至少一部分的时间。负载控制装置还包括双向半导体开关，其进行控制以最小化传导通过继电器的浪涌电流。双向半导体开关响应于电源的电容中的过电流情况而导电，且继电器响应于电源中的过热情况而不导电。
文档编号H03K17/725GK102414974SQ201080018204
公开日2012年4月11日 申请日期2010年4月22日 优先权日2009年4月24日
发明者克里斯托弗·詹姆士·萨尔韦斯特里尼, 唐纳多·F·豪斯曼, 杨秉锐, 米格尔·阿瓜多·佩莱斯 申请人:卢特龙电子公司