具有低导通电阻和线性操作的光学隔离锁存固态继电器制造技术

锁存继电器包括供电端子、负载端子、第一耦合电路和第二耦合电路、锁存电路、第一晶体管和第二晶体管、以及耦接到电容器的本地供电节点。在一个示例中，供电端子与供电节点耦接，并且负载端子与负载耦接。第一晶体管和第二晶体管控制耦接到负载的驱动晶体管的导通性。微控制器控制锁存继电器导通和断开负载。为了启用负载，微控制器汇流来自供电端子的电流并将其汇流通过第一耦合电路。当负载启用时，电容器放电。锁存继电器可在刷新模式下操作，其中电流搏动通过第一耦合电路，使电容器自供电端子重新充电。为了禁用负载，微控制器将电流汇流通过第二耦合电路。

Optical isolation latch solid state relay with low on resistance and linear operation

【技术实现步骤摘要】
具有低导通电阻和线性操作的光学隔离锁存固态继电器
本专利技术总体涉及封装的电子设备，尤其涉及开关继电器。
技术介绍
锁存继电器通常用于开关应用以导通和断开负载。导通后，锁存继电器保持锁存在导通状态，并保持负载导通直到锁存继电器断开为止。一种常见类型的锁存继电器使用电磁铁来机械操作开关。这些机械类型的继电器往往易受损坏。例如，由于掉落引起的冲击可能损坏继电器的内部机械部件，使继电器不能工作。另一种常见类型的开关继电器是固态继电器。传统的固态继电器使用可控硅整流器(SCR)来使负载导通并保持导通状态。这些传统的固态继电器通常需要单独的电源以保持锁存在导通状态。另外，传统的固态继电器往往具有不希望的工作特性。需要一种克服这些挑战的解决方案。
技术实现思路
锁存继电器包括供电端子、负载端子、第一耦合电路和第二耦合电路、锁存电路、第一晶体管和第二晶体管、以及耦接到电容器的本地供电节点。锁存继电器是一种具有封装端子的分立封装的电力半导体设备。供电端子和负载端子是锁存继电器的封装端子。锁存继电器由例如微控制器的外部信令机构控制，以使负载导通，将负载保持在导通状态，然后使负载断开。供电端子耦接到供电节点，并且负载端子耦接到负载。第一晶体管和第二晶体管控制耦接到负载的驱动晶体管的导通性。在一个实施例中，驱动晶体管在锁存继电器的封装内，并且在另一实施例中，驱动晶体管在锁存继电器的封装的外部。第一耦合电路和第二耦合电路涉及任何电磁能量耦合方法，该方法包括光学的、电感的或电容的方法。在一个示例中，第一耦合电路和第二耦合电路是使用光学耦合技术的光耦合器电路。第一光耦合器包括发光二极管(LED)以及光伏堆叠和光电二极管(PVSPD)电路。PVSPD电路包括光伏堆叠和光电二极管。PVSPD电路的光伏堆叠用于启用锁存继电器的刷新模式。PVSPD电路的光电二极管用于接通锁存继电器。第二光耦合器电路包括LED和光电二极管电路。第二光耦合器的光电二极管电路用于禁用锁存继电器并断开负载。第一光耦合器电路和第二光耦合器电路确保控制侧的地与负载侧的地隔离。为了启用负载，微控制器汇流来自供电端子的电流并将其汇流通过第一光耦合器电路。将电流汇流通过第一光耦合器电路使第一光耦合器电路的LED辐射由光电二极管检测到的能量。启用光电二极管，使锁存电路切换由锁存电路输出的数字逻辑电平。锁存电路的输出转而导致晶体管的导通，从而控制驱动晶体管导通。一旦驱动晶体管导通，则电流从负载电源的正端子经由负载、经由驱动晶体管流到负载的负端子。与使用SCR实现的传统锁存继电器不同，该锁存继电器表现出线性工作特性。在一个示例中，锁存继电器包括：MOSFET晶体管，与SCR相比，MOSFET晶体管表现出更期望的线性工作特性。根据一个新颖方面，本地供电节点对锁存继电器内的电路系统供电。该电路系统包括第一光耦合器电路和第二光耦合器电路、锁存电路和晶体管。本地供电节点由电容器供电。当锁存继电器锁存在导通状态时，本地供电节点在不消耗来自负载侧的能量的情况下对锁存继电器电路系统供电以保持导通状态，这是因为当驱动晶体管处于导通状态时没有可用的电压。在启用负载时，存储在电容器中的能量被锁存继电器电路系统消耗，锁存继电器电路系统包括保持负载导通的驱动晶体管的栅极。随着存储在电容器中的能量减少，本地供电节点上的电压开始降低。如果本地供电节点上的电压降低到最低工作电压以下，则将不再保持驱动晶体管的栅极，从而断开驱动晶体管。为了避免本地供电节点上的电压不期望地降低到最低工作电压电平以下，锁存继电器在刷新模式下操作以刷新电容器并将本地供电节点上的电压保持在最低工作电压电平之上。在刷新模式下，电流搏动(pulse)通过第一光耦合器电路的LED。这导致在第一光耦合器电路中的PVSPD电路的光伏堆叠两端产生电压。该电压用于对电容器充电。在一个实施例中，电容器在锁存继电器的封装外部，并且锁存继电器具有耦接到电容器的引线的贮存端子。在另一实施例中，电容器位于锁存继电器的封装内部，并且不包括贮存端子。在又一实施例中，附加的负载供电端子包括在封装的锁存继电器中。如果通过负载供电端子可访问负载电源，则不需要电容器或刷新模式，这是因为负载电源用于将本地供电节点保持在最低工作电压电平之上。为了禁用负载，微控制器使电流汇流通过第二光耦合器电路。将电流汇流通过第二光耦合器电路使第二光耦合器电路的LED辐射由光电二极管电路检测到的能量。启用光电二极管电路，使锁存电路复位并使锁存电路的输出切换数字逻辑状态。这转而导致晶体管的导通性改变，从而将驱动晶体管的栅极拉到地并使驱动晶体管断开。一旦驱动晶体管断开，则电流停止流过负载，并且负载断开。在下面的详细描述中描述了进一步的细节和实施例。本
技术实现思路
并非旨在限制本专利技术。本专利技术由权利要求限定。附图说明附图示出了本专利技术的实施例，在附图中，相同的数字表示相同的组件。图1是系统10的图，该系统包括新颖的光学隔离锁存固态继电器开关继电器11。图2是光隔离锁存固态继电器开关继电器11的详细电路图。图3是示出锁存继电器11与负载13和微控制器12的初始连接的电路图。图4是示出电容器21如何用于对本地供电节点63供电的电路图。图5是示出锁存继电器如何用于启用负载13的电路图。图6是示出在刷新模式下如何通过控制锁存继电器11对电容器21进行重新充电的电路图。图7是示出锁存继电器如何将负载13从启用状态切换到禁用状态的电路图。图8是在锁存继电器11的操作期间沿系统10的各个节点的电压和电流的波形图。图9是根据一个新颖方面的方法100的流程图。图10是锁存继电器11的另一配置的电路图，其中负载电源15直接耦接到负载供电端子36，从而避免了对电容器21或对刷新模式操作的需要。图11是封装的锁存继电器200的另一实施例的电路图，其中驱动晶体管201位于锁存继电器的外部。具体实施方式现在将详细地描述本专利技术的一些实施例，它们的示例被图示在附图中。图1是系统10的图，该系统包括新颖的光学隔离锁存固态继电器开关继电器11。光隔离锁存固态开关继电器11也称为“开关继电器”。系统10包括开关继电器11、微控制器12、负载13、电压电源14、负载电源15、微控制器电源16、电阻器17和18、第一地19、第二地20和电容器21。开关继电器11包括第一耦合电路22、第二耦合电路23、锁存器24(“锁存电路”)、调节器电路25、二极管26-28、反相器29、增强模式n沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)30和31、增强模式p沟道MOSFET32、输入电压端子33、置位/刷新控制端子34、复位控制端子35、负载供电端子36、负载端子37、接地(或返回)端子38和贮存端子39。MOSFET30也称为“驱动晶体管”。在该示例中，电容器在锁存继电器11的外部，调节器电路22是电压调节器，负载13是火警警报器，电压电源14是3.3-5.0V电池，并且负载电源15是24V电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种封装电子设备，包括：/n供电端子；/n负载端子；/n第一耦合电路；/n第二耦合电路；/n第一晶体管，具有第一端子、第二端子和第三端子；/n第二晶体管，具有第一端子、第二端子和第三端子，其中，所述第一晶体管的第三端子耦接到所述第二晶体管的第二端子；以及/n锁存电路，具有第一端子和第二端子，其中，所述锁存电路的第一端子耦接到所述第一耦合电路，并且其中，所述锁存电路的第二端子耦接到所述第二耦合电路，其中，所述第一耦合电路可操作以将所述锁存电路配置为使得对所述第一晶体管和所述第二晶体管的导电性进行切换，从而使电流流过与所述负载端子相耦接的负载，并且其中，所述第二耦合电路可操作以将所述锁存电路配置为使得对所述第一晶体管和所述第二晶体管的导电性进行切换，从而使电流停止流过所述负载。/n

【技术特征摘要】
20180819 US 16/104,9201.一种封装电子设备，包括：
供电端子；
负载端子；
第一耦合电路；
第二耦合电路；
第一晶体管，具有第一端子、第二端子和第三端子；
第二晶体管，具有第一端子、第二端子和第三端子，其中，所述第一晶体管的第三端子耦接到所述第二晶体管的第二端子；以及
锁存电路，具有第一端子和第二端子，其中，所述锁存电路的第一端子耦接到所述第一耦合电路，并且其中，所述锁存电路的第二端子耦接到所述第二耦合电路，其中，所述第一耦合电路可操作以将所述锁存电路配置为使得对所述第一晶体管和所述第二晶体管的导电性进行切换，从而使电流流过与所述负载端子相耦接的负载，并且其中，所述第二耦合电路可操作以将所述锁存电路配置为使得对所述第一晶体管和所述第二晶体管的导电性进行切换，从而使电流停止流过所述负载。


2.根据权利要求1所述的封装电子设备，还包括：
本地供电节点，所述本地供电接点对所述锁存电路、所述第一耦合电路和所述第二耦合电路供电，其中，所述第一晶体管的第二端子耦接至所述本地供电节点，其中，所述本地供电节点由电容器供电，并且其中，所述封装电子设备可操作在刷新模式下，使得当通过使电流搏动通过所述第一耦合电路来启用所述负载时所述电容器被充电。


3.根据权利要求1所述的封装电子设备，其中，所述封装电子设备不包括任何硅控整流器SCR设备或任何机械继电器，并且其中，所述锁存电路经由光耦合、电感耦合或电容耦合来耦接到所述第一耦合电路。


4.根据权利要求1所述的封装电子设备，还包括：
贮存端子，其中，所述封装电子设备可配置为使得电容器耦接到所述贮存端子；
第一二极管，具有第一端子和第二端子，其中，所述第一二极管的第一端子耦接到所述第一耦合电路，并且其中，所述第一二极管的第二端子耦接到所述贮存端子；
第二二极管，具有第一端子和第二端子，其中，所述第二二极管的第一端子耦接到所述负载端子；以及
调节器电路，具有第一端子、第二端子和第三端子，其中，所述调节器电路的第一端子耦接到所述贮存端子，其中，所述调节器电路的第一端子耦接到所述第一二极管的第二端子，其中，所述调节器电路的第二端子耦接到所述第二二极管的第二端子，并且其中，所述调节器电路的第三端子耦接到所述封装电子设备的接地端子。


5.根据权利要求1所述的封装电子设备，还包括：
第三晶体管，具有第一端子、第二端子和第三端子，其中，所述第三晶体管的第一端子耦接到所述第一晶体管的第三端子，其中，所述第三晶体管的第一端子耦接到所述第二晶体管的第二端子，并且其中，所述第三晶体管的第二端子耦接到所述负载端子。


6.根据权利要求1所述的封装电子设备，其中，所述封装电子设备是封装光学隔离的锁存继电器，并且其中，所述供电端子和所述负载端子是所述封装光学隔离的锁存继电器的封装端子。


7.根据权利要求1所述的封装电子设备，其中，所述锁存电路还具有第三端子和第四端子，其中，所述锁存电路的第三端子经由反相器耦接到所述第一晶体管的第一端子，并且其中，所述锁存电路的第四端子耦接到所述第二晶体管的第一端子。


8.根据权利要求1所述的封装电子设备，其中，所述第一光耦合器电路包括：
发光二极管，具有第一端子和第二端子，其中，所述发光二极管的第一端子耦接到所述供电端子，并且其中，所述发光二极管的第二端子耦接到所述封装电子设备的控制端子；以及
光伏堆叠和光电二极管电路。

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·J·甘布扎，埃里克·L·古德，
申请(专利权)人：力特有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US