改進(jìn)的繼電控制方法和裝置

背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及用于控制電力輸送到負(fù)載的方法和裝置，更具體地，涉及提高可靠性并且降低電力消耗的電力控制技術(shù)。信息技術(shù)(IT)設(shè)備房間(也稱為數(shù)據(jù)中心)利用數(shù)百甚至數(shù)千的IT設(shè)備單元。每一塊IT設(shè)備通過插入電源分配單元(“PDU”)的出口來接收主電源。PDU同樣是一塊IT設(shè)備，通常包括：(a)用于從其接收電力(通常從配電板)的高功率入口；(b)多個低功率插座；及(c)(可選的)用于保護(hù)插座免于過電流條件(短路等)的斷路器或保險絲。PDU通常設(shè)計成通過通信和/或輸入/輸出接口報告特定的狀態(tài)信息，包括：(a)提供至給定的PDU入口的電壓，(b)電力在入口和每個插座流動的量，及(c)每個斷路器跳閘狀態(tài)(是否存在電壓)。此外，每個PDU可包括響應(yīng)于微控制器的信號，調(diào)節(jié)輸出電壓打開和關(guān)閉的能力。此功能允許一定程度上，對從PDU的每個輸出口至IT設(shè)備的多個——如果不是幾乎全部的——電力進(jìn)行軟件控制。圖1A-1B分別示出了通過微控制器12控制PDU的單個輸出的常規(guī)系統(tǒng)10的方框圖和時序圖。系統(tǒng)10包括微控制器12，機電式繼電器14和驅(qū)動晶體管16。如在本領(lǐng)域中是已知的，微控制器12能夠在通用輸入輸出(GPIO)引腳上產(chǎn)生一個信號，控制輸送到PDU的輸出的電力(120VAC)的狀態(tài)，標(biāo)記為交流負(fù)載。為了簡潔和清晰，本說明書不會進(jìn)入進(jìn)一步的細(xì)節(jié)，如微控制器12的硬件，固件，和/或軟件功能。無須多論，存在有許多條件，在這些條件下均適于微控制器12開啟，關(guān)閉，浮動GPIO引腳上的信號。值得注意的是，雖然可能有數(shù)十，數(shù)百或數(shù)千的GPIO引腳在系統(tǒng)10中，這里的描述關(guān)注的是這樣的一個引腳，對它的描述可延伸到在系統(tǒng)10中的其他GPIO引腳。如圖1B中頂部圖所示，GPIO引腳具有三態(tài)輸出，其中GPIO引腳的狀態(tài)可以為關(guān)(OFF)(例如，0伏)，開(ON)(如1伏)，或浮動(FLOAT)(例如，一個高阻抗輸入)。當(dāng)GPIO引腳為OFF時，電位處于邏輯低(例如，0伏)電平，該引腳能夠吸收電流(到一個相對低的阻抗)。當(dāng)GPIO引腳為ON，則電位處于邏輯高電平(例如，1伏)，引腳能夠產(chǎn)生電流(從一個相對低的阻抗)。當(dāng)GPIO引腳處于FLOAT狀態(tài)時，該引腳操作為一個相對高阻抗輸入，并且呈現(xiàn)一個由微控制器12的外部電路指定的電位。參照圖1A和圖1B的中部和底部的圖，機電式繼電器14包括線圈和至少一組接觸部件。假定繼電器14是“常開”，這意味著，當(dāng)線圈未通電時(沒有電流流過線圈)，接觸部件假設(shè)OFF(斷開)的狀態(tài)，這一組接觸部件之間的路徑是斷開的。在OFF狀態(tài)，不存在從120V交流節(jié)點向交流負(fù)載的電流路徑。當(dāng)線圈通電時，電流流過線圈，由線圈產(chǎn)生的磁場引起接觸部件呈現(xiàn)為ON狀態(tài)，這一組接觸部件之間的路徑是閉合的。在ON狀態(tài)下，從120V交流節(jié)點到交流負(fù)載之間存在電流路徑，負(fù)載是通電的。驅(qū)動晶體管16響應(yīng)于GPIO引腳上的電位，控制電流通過繼電器14的線圈。在圖示的例子中，驅(qū)動晶體管16是n-溝道MOSFET。這樣，當(dāng)GPIO引腳為ON時(放置在柵極約1伏)，驅(qū)動晶體管16導(dǎo)通，因此，提供了電流路徑(從漏極到源極)，引導(dǎo)電流通過線圈。假定，當(dāng)GPIO引腳為ON時，通過線圈和驅(qū)動晶體管16的阻抗的大小，使得通過線圈的電流約為33毫安。正如上面所討論的，流過線圈的電流上拉接觸部件，建立了從120V交流節(jié)點到交流負(fù)載的路徑。當(dāng)GPIO引腳為OFF時，引腳是電流吸收器，電荷從柵極注入，造成驅(qū)動晶體管16上從柵極至源極之間約0伏的偏置。因此，在驅(qū)動晶體管16關(guān)斷時，從漏極到源極的電流路徑被中斷，并且沒有電流流過線圈。如上所述，通過線圈的電流的缺乏允許常開接觸部件分離，并從120V交流節(jié)點至交流負(fù)載的路徑被終止。如上所述，GPIO引腳也可以呈現(xiàn)為FLOAT狀態(tài)，藉此引腳作為相對高阻抗輸入來工作。在這種狀態(tài)下，GPIO引腳將承擔(dān)一定的電壓，其取決于微控制器12的外部電路。這樣的電壓在圖1B中示出為在ON和OFF之間的某處。雖然在圖1A中未示出，驅(qū)動晶體管16將包括一些在柵極和源極之間的并聯(lián)電阻。因此，當(dāng)GPIO引腳為FLOAT狀態(tài)時，盡管引腳表現(xiàn)為高阻抗輸入特性，驅(qū)動晶體管16上的并聯(lián)電阻將釋放柵極電荷，導(dǎo)致驅(qū)動晶體管16上約0伏的偏置。因此，在驅(qū)動晶體管16關(guān)斷時，從漏極到源極的電流路徑被中斷，沒有電流流過線圈，接觸部件分開，從120V交流節(jié)點至交流負(fù)載的路徑被終止。當(dāng)GPIO引腳由ON或OFF轉(zhuǎn)換到FLOAT狀態(tài)時，不希望繼電器14改變狀態(tài)。當(dāng)GPIO引腳從OFF轉(zhuǎn)換為FLOAT狀態(tài)，如果假設(shè)晶體管16的柵極上的電位是不足以上拉電流通過線圈時，常規(guī)系統(tǒng)10不存在問題。事實上，在這樣的轉(zhuǎn)換過程中，繼電器14保持OFF(接觸部件斷開)。不幸的是，當(dāng)GPIO引腳從ON轉(zhuǎn)變?yōu)镕LOAT狀態(tài)時，傳統(tǒng)的系統(tǒng)10存在一個重大的問題，因為在轉(zhuǎn)換過程中，繼電器14從ON(接觸部件閉合)轉(zhuǎn)換為OFF(接觸部件斷開)。雖然GPIO引腳的FLOAT狀態(tài)可以被軟件控制的方式故意設(shè)置和/或避免，但是這樣的狀態(tài)也可能在不經(jīng)意間以任何數(shù)量的方式達(dá)到。例如，通過電磁干擾(EMI)，或微控制器12中某種類型的復(fù)位條件(例如電源周期，新的固件或軟件復(fù)位，和/或用戶手動復(fù)位)。不幸的是，當(dāng)微處理器12復(fù)位，并且GPIO引腳從ON轉(zhuǎn)換到FLOAT狀態(tài)時，現(xiàn)有技術(shù)PDU的系統(tǒng)10不利地關(guān)閉繼電器14，并且將120V交流電源與負(fù)載斷開。這種向負(fù)載中斷供電，可能會由于IT設(shè)備從PDU吸收電力，而導(dǎo)致非常嚴(yán)重的，和不希望的行動。這個問題由于大量分離的IT設(shè)備從PDU的各自繼電器吸收電力，以及潛在的大量的各自的PDU產(chǎn)生電力至更多的IT設(shè)備而變得惡化。在PDU中的功率耗散的背景下，常規(guī)系統(tǒng)10還存在另外一個顯著的問題。考慮一下，有成千上萬的IT設(shè)備單元的IT機房將需要數(shù)千個繼電器14和相關(guān)的驅(qū)動晶體管16。單個負(fù)載在電路中的平均功率耗散是：I*V＝33毫安×12＝396毫瓦。將該功率耗散乘以數(shù)以千計的獨立負(fù)載，可以看到，在現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)10真的是多么的低效。在現(xiàn)有技術(shù)中，通過在接觸部件最初閉合之后改變流向繼電器14的線圈的電流，系統(tǒng)10的功率低效的問題已得到解決。這種技術(shù)識別繼電器14的線圈和接觸部件的物理機電特性。特別是，需要更高水平的線圈中的電流(因此更高的磁場及力)克服常開接觸部件的慣性(這往往是通過某種類型的彈簧保持打開)，并使得接觸部件閉合。此電平被稱為線圈的“導(dǎo)通電流”，由繼電器制造商指定。一旦關(guān)閉，接觸部件需要較低水平的磁力保持關(guān)閉，這是很直觀的，因為一旦關(guān)閉，慣性已經(jīng)被克服。此電平被稱為線圈的“保持電流”，也是由繼電器的制造商指定。一些現(xiàn)有技術(shù)的繼電器驅(qū)動電路采用第一電流將繼電器變?yōu)镺N，采用第二個較低的電流保持繼電器閉合。這種技術(shù)可以大大提高PDU的效率。雖然現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)設(shè)法解決常規(guī)PDU系統(tǒng)的一些固有的缺點，考慮到前述的微控制器復(fù)位造成的負(fù)載的不希望的電力中斷，以及功率耗散低效，已知的解決方案是不能令人滿意的。因此，在本領(lǐng)域中需要新的方法和新的裝置，用于控制將電力傳輸?shù)截?fù)載，解決復(fù)位的問題，效率的問題，和系統(tǒng)可靠性的相關(guān)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本方法和裝置提供：至少一個包括線圈和至少一對接觸部件的機電式繼電器，接觸部件響應(yīng)于通過線圈的電流，在斷電狀態(tài)和通電狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換；微控制器，具有至少一個三狀態(tài)輸出，操作以產(chǎn)生ON，OFF，和FLOAT狀態(tài)；以及驅(qū)動電路，與微控制器的三態(tài)輸出協(xié)同操作，以這樣控制通過繼電器線圈的電流：(i)三狀態(tài)輸出的從OFF到FLOAT的轉(zhuǎn)換過程，在整個轉(zhuǎn)換過程中維持繼電器的接觸部件在其斷電狀態(tài)；并且(ii)三態(tài)狀輸出從ON到FLOAT的轉(zhuǎn)換過程，在整個轉(zhuǎn)換過程中保持繼電器的接觸部件在其通電狀態(tài)。對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，從本文的描述并結(jié)合附圖，本發(fā)明的其它方面，特征和優(yōu)點將是顯而易見的。附圖說明為說明的目的，以優(yōu)選的方式在附圖中示出了一些形式，但是，應(yīng)當(dāng)明了的是，本發(fā)明并不限于所示的精確的安排和手段。圖1A是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，使用微控制器和繼電器電路，用于控制向負(fù)載的功率輸送的系統(tǒng)的方框圖；圖1B是圖1A的系統(tǒng)內(nèi)的一些信號的時序圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施例的，使用微控制器和繼電器電路，用于控制向負(fù)載的功率輸送的系統(tǒng)的方框圖；圖3是圖2中的系統(tǒng)內(nèi)的一些信號的時序圖；圖4是適于實現(xiàn)圖2的系統(tǒng)的電路的方框圖；圖5是圖4的電路內(nèi)的一些信號的時序圖；以及圖6是適于實現(xiàn)圖2的系統(tǒng)的替代的電路的方框圖。具體實施方式雖然本發(fā)明的一個或多個實施例中可以被設(shè)計為用于IT設(shè)備應(yīng)用中的PDU，并且這里示出了在這樣的PDU中的應(yīng)用，但是這不是必須的。本發(fā)明的各個方面，適合于在任何需要通過一個繼電器或者一組繼電器控制到負(fù)載的電力的應(yīng)用中使用?，F(xiàn)在參考圖2，這是根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施例的，使用微控制器102、繼電器電路104和開關(guān)電路106的控制至負(fù)載(標(biāo)有交流負(fù)載)的電力輸送的系統(tǒng)100的方框圖。系統(tǒng)100還包括驅(qū)動電路108，它向系統(tǒng)100提供比現(xiàn)有技術(shù)特的和有利的功能。微控制器102操作以執(zhí)行軟件/固件指示，為了實現(xiàn)繼電器電路104的期望的動作。更具體地，由微控制器102執(zhí)行的軟件/固件可以命令任何數(shù)量的GPIO引腳所具有的狀態(tài)。在一般情況下，可有N個這樣的GPIO引腳在給定的微控制器102上。為了討論的目的，存在有與微控制器102的GPIO引腳相關(guān)的多個特性和定義，最好提前建立，并且在該說明書的下文中參考使用。以定義的方式，給定的GPIO引腳能夠作為三態(tài)輸出來操作，這里GPIO引腳的狀態(tài)可能是OFF，ON，或FLOAT，這取決于微處理器102上執(zhí)行的由軟件/固件所建立的命令。OFF狀態(tài)被定義為邏輯“低”電平，它可以是任何合適的電壓電位(通常約0伏，或接地)，在這樣的狀態(tài)下的GPIO引腳能夠吸收電流(到相對低的阻抗)。ON狀態(tài)被定義為邏輯“高”電平，它也可以是任何合適的電壓電位。在ON狀態(tài)的GPIO引腳上的實際電壓通常由向微處理器102操作直流電源電壓來指定。舉例來說，這樣的邏輯高電壓電平可能是約0.333至約5VDC(參考地)之間的任何電壓，盡管更低和更高的電壓電平也是可能的。在ON狀態(tài)，GPIO引腳能夠在邏輯高電壓電平產(chǎn)生電流(從相對較低的源阻抗)。GPIO引腳的FLOAT狀態(tài)根據(jù)相對高的阻抗輸入來定義，呈現(xiàn)為微控制器102的外部電路指定的電壓電位?？梢岳萌魏我阎募夹g(shù)，如市售的微處理器，數(shù)字信號處理器，任何已知的用于執(zhí)行軟件和/或固件程序的處理器，可編程的數(shù)字設(shè)備或系統(tǒng)，可編程陣列邏輯沒備，或上述設(shè)備的任意組合，包括現(xiàn)在可用的設(shè)備和/或在下文中開發(fā)的設(shè)備，來實現(xiàn)微控制器102。舉例來說，可以通過使用STM32ARMMCU，這是從一家名為STMMicroelectronics的公司獲得，來實現(xiàn)微控制器102。為了討論的目的，也有一些與繼電器線圈的特性相關(guān)的定義，也最好提前建立，并且在該說明書的下文中參考使用。繼電器電路104可以通過至少一個的機電設(shè)備來實現(xiàn)，包括線圈和至少一對接觸部件。線圈產(chǎn)生磁力，其作為通過線圈的電流的函數(shù)，并且接觸部件與線圈磁通信。接觸部件上的足夠高的磁力，產(chǎn)生于通過線圈的足夠高的電流，將導(dǎo)致接觸部件改變狀態(tài)，即，斷開或閉合。在“常開”接觸部件的情況下，斷電狀態(tài)的特征在于接觸部件斷開，接觸部件之間不存在電流路徑。常開接觸部件的斷電狀態(tài)在靜止?fàn)顟B(tài)(無線圈電流)存在，以及當(dāng)存在有不夠大的流過線圈的電流和來自線圈的磁力作用于接觸部件時。與此相反，常開接觸部件的通電狀態(tài)，其特征在于接觸部件閉合，并且接觸部件之間存在電流路徑。當(dāng)有足夠大的流過線圈的電流和來自線圈的磁力將接觸部件從其常開狀態(tài)移動至閉合狀態(tài)時，常開接觸部件的通電狀態(tài)存在。為了示例的目的，本發(fā)明的實施例中假定繼電器104包括常開接觸部件，這對于控制到交流負(fù)載的電力是一個有用的配置。然而，值得注意的是，本發(fā)明也考慮其它的實施例，其中常閉接觸部件可能是有用的。在“常閉”接觸部件的情況下，斷電狀態(tài)的特征在于接觸部件是閉合的，并且接觸部件之間存在電流路徑。常閉接觸部件的斷電狀態(tài)處于靜止?fàn)顟B(tài)(無線圈電流)，以及當(dāng)存在有不夠大的流過線圈的電流和來自線圈的磁力作用于接觸部件時。常閉接觸部件的通電狀態(tài)的特征在于接觸部件斷開，接觸部件之間不存在電流路徑。當(dāng)有足夠大的流過線圈的電流和來自線圈的磁力將接觸部件從常閉狀態(tài)移動至其斷開狀態(tài)時，常開接觸部件的通電狀態(tài)存在。繼電器104的線圈和接觸部件功能的特征在于三個電流水平：無電流，導(dǎo)通電流和保持電流。無電流條件被定義為其中有基本為零的電流流過線圈的狀況，在這種情況下，如上所定義，接觸部件是斷電的。導(dǎo)通電流水平被定義為其中有足夠大的電流流經(jīng)線圈的狀況，因此有足夠的磁力，將接觸部件從它們的斷電狀態(tài)移動到它們的通電狀態(tài)。在常開接觸部件的情況下，導(dǎo)通電流的水平必須足以克服常開接觸部件的慣性(這往往是通過某種類型的彈簧保持打開)，并使得接觸部件閉合。在常閉接觸部件的情況下，導(dǎo)通電流的水平也必須足以克服的常閉接觸部件的慣性，并迫使接觸部件斷開。導(dǎo)通電流水平明顯高于無電流水平，但也高于保持電流的水平。導(dǎo)通電流水平可以被認(rèn)為是足以將接觸部件從斷電狀態(tài)轉(zhuǎn)換到通電狀態(tài)的的最低水平，或者它可以被認(rèn)為是在該最低水平和高于該最低水平的任何合理水平之間的電流范圍。保持電流水平被定義為其中有足夠的電流流過線圈，因此，足夠的磁力，以保持接觸部件位于其通電狀態(tài)(假設(shè)該接觸部件已經(jīng)在它們的通電狀態(tài))的狀況。一旦接觸部件已經(jīng)達(dá)到其通電狀態(tài)(通過施加導(dǎo)通電流的線圈)時，即使較低水平的電流流經(jīng)線圈，產(chǎn)生較小的磁力，接觸部件也將保持通電狀態(tài)。因此，保持電流水平可以被認(rèn)為是足以保持接觸部件在通電狀態(tài)的最低水平(假定它們已經(jīng)被通電)，或者它可被認(rèn)為是在該最低水平至但不等于最低導(dǎo)通電流之間的一個電流范圍。鑒于上面的定義，在驅(qū)動電路108與微控制器102的GPIO引腳的三態(tài)輸出協(xié)同操作，以驅(qū)動開關(guān)電路106和控制通過繼電器104的線圈中的電流，為了實現(xiàn)希望的電路性能?，F(xiàn)在參考圖3，其示出了在系統(tǒng)100內(nèi)的信號的一些圖示。驅(qū)動電路108的性能由下文中討論的一個或多個場景來描繪其特征。當(dāng)三態(tài)輸出的GPIO引腳處于OFF狀態(tài)時，基本上沒有電流流過線圈。如圖3的曲線圖所示，時間0到t1之間；t6到t7之間；以及t8到之后，GPIO引腳處于OFF狀態(tài)，繼電器的線圈的電流為OFF(約0毫安)，并且沒有電力通過繼電器104的接觸部件傳輸給交流負(fù)載(接觸部件是斷電的，斷開)。當(dāng)三態(tài)輸出的GPIO引腳處于ON狀態(tài)時，導(dǎo)通電流通過線圈。如圖3中示出的曲線圖，時間t1到t2之間；t4到t5之間，GPIO引腳處于ON狀態(tài)，繼電器線圈電流等于或高于導(dǎo)通電流水平，電力通過繼電器104的接觸部件傳送到交流負(fù)載(接觸部件是通電的，閉合)。最小的導(dǎo)通電流水平通常表示為水平ion，并且在該示例中，實際的線圈中的電流水平高于ion，大約為33毫安。當(dāng)三態(tài)輸出的GPIO引腳處于FLOAT狀態(tài)時，有保持電流通過線圈。如圖3中的曲線圖所示，當(dāng)時間＝t2到t4；t5到t6；以及t7到]t8，GPIO引腳是在FLOAT狀態(tài)，繼電器線圈中的電流達(dá)到或高于最低保持電流，ihold，但是小于最低導(dǎo)通電流水平ion。在這個例子中，只有在某些條件下，保持電流水平為約15mA，電力通過繼電器104的接觸部件傳送到交流負(fù)載(接觸部件通電，閉合)，這將在下面更詳細(xì)地討論。值得注意的是，驅(qū)動電路108的第三功能特性，當(dāng)三態(tài)輸出的GPIO引腳處于FLOAT狀態(tài)時，有保持電流通過線圈，這導(dǎo)致了一些非常有利的結(jié)果。該微控制器102可以(有意地)命令GPIO引腳至FLOAT狀態(tài)，以減少繼電器104的線圈內(nèi)以及開關(guān)電路106中的功率耗散。例如，微控制器102可操作以命令GPIO引腳在ON的狀態(tài)一個足夠長的時間周期，以允許接觸部件達(dá)到它們的通電狀態(tài)，基本上緊隨其后，命令三態(tài)輸出至FLOAT狀態(tài)，以保持接觸部件在其通電狀態(tài)。再次參考圖3，微控制器102命令GPIO引腳在時間＝t1到t2之間時處于ON狀態(tài)(這是一個足夠長的時間，以允許接觸部件達(dá)到其通電的，閉合的狀態(tài))。在此期間，繼電器104的線圈內(nèi)和開關(guān)電路106中的功率耗散等于12*0.033＝396毫瓦。基本上緊隨其后(例如，足夠快，以便獲得一些節(jié)能的收益)，在時間＝t2，微控制器102命令GPIO引腳從ON狀態(tài)轉(zhuǎn)換為FLOAT狀態(tài)，然后在時間＝t2至t3之間，保持FLOAT狀態(tài)，此時維持繼電器104的接觸部件在通電狀態(tài)。在此期間，繼電器104的線圈內(nèi)和開關(guān)電路106中的功率耗散等于12*0.015＝180毫瓦。因此，通過只要可能時就在繼電器104的線圈上施加保持電流水平，系統(tǒng)100的整體效率可以顯著提高。值得注意的是，三態(tài)輸出的GPIO引腳從ON到FLOAT的轉(zhuǎn)換(在時間＝t2時)沒有中斷至交流負(fù)載的電力輸出。確切而言，驅(qū)動電路108與微控制器102一起，設(shè)置線圈中的電流為保持電流的水平，并因此在整個轉(zhuǎn)換期間保持繼電器的接觸部件在其通電狀態(tài)。此外，由微控制器102發(fā)出的GPIO引腳至FLOAT狀態(tài)的任何意外的命令，如因復(fù)位或類似的操作，在意外情況之前保持接觸部件的狀態(tài)。例如，考慮在系統(tǒng)100的情況，從時間＝t2直到時間＝t3之前。在那段時間里，微控制器102預(yù)期地和故意地命令GPIO引腳至FLOAT狀態(tài)(從而保持繼電器104的接觸部件在通電狀態(tài))。如果在時間＝t3，微控制器102意外地命令GPIO引腳至FLOAT狀態(tài)(如因復(fù)位)，在整個意外的情況過程中，繼電器104的接觸部件保持在通電狀態(tài)(沒有變化)。在意外情況(例如，復(fù)位)清除之后，微控制器102可循環(huán)一個程序，以確保接觸部件處于適當(dāng)狀態(tài)。例如，在時間＝t4時，微控制器102可再次操作，命令GPIO引腳在一個足夠長的時間周期內(nèi)為接通(ON)狀態(tài)，以允許接觸部件實現(xiàn)它們的通電狀態(tài)，并且緊隨其后(例如，時間＝t5)，命令三態(tài)輸出至FLOAT狀態(tài)，在保持電流水平的較低線圈電流下，維持接觸部件在其通電狀態(tài)。當(dāng)GPIO引腳處于OFF狀態(tài)時，來自微控制器102的使GPIO引腳至FLOAT狀態(tài)的另一個意外命令可能發(fā)生。例如，考慮到系統(tǒng)100從時間＝t6到恰在時間＝t7之前的情況。在此期間，微控制器102已經(jīng)命令GPIO引腳到OFF狀態(tài)(沒有電流供應(yīng)通過繼電器104的線圈，而且沒有電力傳送給交流負(fù)載)。如果在時間＝t7時，微控制器102意外地命令GPIO引腳至FLOAT的狀態(tài)(如因復(fù)位)，在整個意外情況下，接觸部件保持在斷電狀態(tài)下(沒有變化)。事實上，由于驅(qū)動電路108與微控制器102一起，向線圈提供保持電流水平(它被定義為小于接觸部件的最低導(dǎo)通電流)，沒有足夠的電流和磁力將接觸部件從斷電狀態(tài)轉(zhuǎn)換為通電狀態(tài)。因此，如圖3所示，從時間＝t7到t8，線圈電流從約0毫安上升到約15mA，接觸部件保持?jǐn)嚯姞顟B(tài)(斷開)，并且沒有電力傳送到AC負(fù)載。意外的情況(例如，復(fù)位)清除之后(在時間＝t8)，微控制器102可以循環(huán)一個程序周期，以確保接觸部件處于適當(dāng)狀態(tài)，在這種情況下是斷電狀態(tài)。因此，在時間＝t8時，微控制器102命令GPIO引腳為OFF狀態(tài)?？梢酝ㄟ^許多不同的方式來實現(xiàn)系統(tǒng)100的上述功能特點，并且所有這樣的實現(xiàn)者被本發(fā)明所涵蓋。圖4中示出的系統(tǒng)100A屬于這樣的實現(xiàn)。該系統(tǒng)100A包括微控制器102和前面所討論的繼電器電路104。使用一個或多個晶體管106A可以實現(xiàn)開關(guān)電路106，其中晶體管可以是任何合適的類型，諸如MOSFET、JFET、BJT，等等。通過舉例的方式，示出一個n-溝道MOSFET，這已被發(fā)現(xiàn)工作良好。該晶體管106A包括控制端(柵極)，與繼電器104的線圈串聯(lián)耦合至地的一對輸出端(漏極和源極)。根據(jù)n-溝道MOSFET的特性，漏極和源極之間的電導(dǎo)響應(yīng)于柵極上的偏置電壓。隨著柵極電壓上升到高于源極電壓，通過晶體管106A的漏極至源極路徑上的電導(dǎo)增加。微控制器102的三態(tài)輸出GPIO引腳耦合至與晶體管106A的柵極。這種耦合可以包括直接連接到柵極，或者通過一些電阻，非直接地連接到柵極(圖中未示出)。該驅(qū)動電路108包括操作以產(chǎn)生脈沖電壓輸出信號的脈沖電路110。脈沖電壓通過串聯(lián)電阻R1耦合至下述的至少一個：微控制器102的三態(tài)輸出的GPIO引腳和晶體管106A的柵極。換言之，R1至晶體管106A的精確的連接可以是直接連接或通過一些其他的阻抗(未示出)。參照圖5，其為圖示出系統(tǒng)100A中某些信號的圖表，脈沖電壓的輸出可以是具有定義的周期性的矩形波。通過示例的方式，脈沖電壓輸出可顯示為33千赫55/45占空比(應(yīng)當(dāng)明了的是，如果需要并且如果合適的話，也可以采用其它的信號特性)?；氐较到y(tǒng)100A的操作，當(dāng)微控制器102的三態(tài)輸出GPIO引腳在OFF狀態(tài)時，是基本上沒有電流流過線圈的。事實上，在OFF狀態(tài)，GPIO引腳作為一個低阻抗的電流吸收器，吸收晶體管106A的柵極的所有電荷，使柵極至源極之間為約0伏電壓。因此，晶體管106A是OFF狀態(tài)，沒有電流流過線圈，接觸部件是斷電的。驅(qū)動電路108，與微控制器102結(jié)合，在時間0到t1之間；t6到t7之間；以及t8和之后，產(chǎn)生圖3的曲線圖中所示的特性。當(dāng)三態(tài)輸出的GPIO引腳是在ON狀態(tài)時，有導(dǎo)通電流通過線圈。事實上，在ON狀態(tài)，GPIO引腳作為一個低阻抗電壓源，并且在晶體管106A的柵極上布置電荷，使從柵極至源極具有一定的正電壓。作為舉例，電壓可能是在0.333至約5伏或更高。因此，晶體管106A為ON時，電流流過線圈，接觸部件是接通的。與上述討論的實施例一致，線圈的阻抗以及晶體管106A的源極至漏極之間的電導(dǎo)是這樣的，當(dāng)GPIO引腳上是在ON狀態(tài)時，穿過線圈的電流為約33毫安。因此，驅(qū)動電路108，與微控制器102相結(jié)合，在時間t1至t2之間；以及t4至t5之間，產(chǎn)生如圖3中的曲線圖中所示的特性。當(dāng)三態(tài)輸出的GPIO引腳是在FLOAT狀態(tài)時，有保持電流通過線圈。當(dāng)在FLOAT狀態(tài)時，GPIO引腳的特征是高阻抗輸入。因此，GPIO上的電壓(因此也是晶體管106A的柵極上的電壓)通過微處理器102外部的電路建立起來。假定適當(dāng)值的R1(就是比GPIO引腳的高阻抗低的足夠多)，晶體管106A的柵極上的電壓就通過脈沖電路110建立了。因此，如圖5中頂部的曲線圖所示，柵極電壓將脈沖至一個正電壓并回到零電壓，依照33kHz的45/55占空比。為了該示例，假定脈沖電壓輸出的高電平在大約15伏特之間。當(dāng)脈沖電壓輸出為高(在大約15伏)，晶體管106A的柵極至源極電壓與之一樣高，并且晶體管106A是導(dǎo)通電流的。在這個過程中，如圖5中底部的曲線圖所示，線圈中的電流傾斜上升。當(dāng)脈沖電壓輸出為低(在大約0伏)時，晶體管106A的柵極至源極電壓也為低，并且晶體管106A是斷開的。在這個過程中，線圈中的電流是傾斜下降的。只要GPIO引腳在FLOAT狀態(tài)，線圈中的電流就連續(xù)地傾斜上升和下降。線圈的阻抗和晶體管106A的源極至漏極電導(dǎo)可以這樣設(shè)置，以使當(dāng)GPIO的引腳在FLOAT狀態(tài)時，穿過線圈的平均電流值在大約15mA?？紤]到來自脈沖電路110的脈沖電壓的占空比是45％高和55％低，穿過線圈的電流為0.45*33mA＝14.8mA(也就是，大約15mA)。因此，平均的繼電器線圈電流是或者高于最小保持電流，ihold，并且小于最小導(dǎo)通電流水平，ion。因此，驅(qū)動電路108，與微處理器102結(jié)合，在時間＝t2到t4之間；t5到t6之間，以及t7到t8之間，產(chǎn)生圖3的曲線圖所示的特征。另外一個系統(tǒng)實施方式示于圖6中。該系統(tǒng)100B包括微控制器102和上文討論的繼電器電路104。開關(guān)電路106可以使用笫一和第二晶體管106A和106B來實現(xiàn)，其中同樣，晶體管可以使用任何合適的類型，如MOSFET、JFET、BJT，等等。作為示例，可以使用n-溝道MOSFET。晶體管106A，106B中的每一個包括控制端(柵極)，以及一對與繼電器104的線圈串聯(lián)耦合至地的輸出端(漏極和源極)。阻抗，R，包括在線圈和第一晶體管106A的漏極之間的串聯(lián)連接中。為了本實施例的目的，假定沒有串聯(lián)阻抗包括在線圈和所述第二晶體管106B的漏極之間，然而，根據(jù)本文的描述，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的，這樣的阻抗可被包括，只要其比R低的足夠多。因此，第一阻抗被定義為線圈的阻抗、阻抗R和第一晶體管106A(當(dāng)晶體管導(dǎo)通時)的電導(dǎo)的串聯(lián)的總和。類似地，第二阻抗被定義為線圈的阻抗和所述笫二晶體管106B(同樣當(dāng)該晶體管導(dǎo)通時)的電導(dǎo)的串聯(lián)的總和。因此，第二阻抗預(yù)期實質(zhì)上低于第一阻抗。該驅(qū)動電路108包括第一和第二比較器電路U1、U2，其可以使用任何已知的和可用的設(shè)備來實現(xiàn)。每個比較器電路U1、U2包括正輸入(+)，負(fù)輸入(-)和輸出。該輸出是響應(yīng)于各自的正、負(fù)輸入之間的電壓差。例如輸出可作為相對較低的阻抗電流吸收器，從而呈現(xiàn)低電壓電位，例如，約0伏。相反，在負(fù)輸入(-)的電壓電位低于正輸入(+)的電壓電位時，輸出作為比較低阻抗電壓源，從而呈現(xiàn)高電壓電位，例如，約1-5伏。在一些實施方式中，比較器電路表現(xiàn)出“集電極開路”輸出，這將需要一些上拉電路(例如一個連接到電壓源的電阻)，在負(fù)輸入(-)的電壓電位低于正輸入(+)的電壓電位時，在輸出產(chǎn)生所需的高電壓電位。第一分壓器包括在電源電壓V(約1伏直流)和地之間串聯(lián)耦合的電阻R3、R4和R5。假設(shè)R3＝R4＝R5＝10千歐，第一參考電壓定義為跨接在電阻器R5上，其被認(rèn)為約0.333VDC，第二參考電壓定義為跨接在電阻R4和R5上，其被認(rèn)為約0.667VDC。第一比較器U1的負(fù)輸入(-)被耦合到第一參考電壓，U1的第一輸出被耦合到第一晶體管106A的柵極。第二比較器U2的負(fù)輸入(-)被耦合到第二參考電壓，U2的第二輸出被耦合到第二晶體管106B的柵極。微控制器102的三態(tài)輸出GPIO引腳被耦合到第一和第二比較器電路U1、U2的正輸入。第二分壓器，由電阻R1和R2組成，當(dāng)GPIO引腳處于FLOAT狀態(tài)時，還在GPIO引腳上建立了第三參考電壓。通過示例的方式，第三參考電壓位于第一和第二參考電壓之間，例如，約0.5伏。轉(zhuǎn)到系統(tǒng)100B的操作，當(dāng)微控制器102的三態(tài)輸出的GPIO引腳在OFF狀態(tài)時，是基本上無電流流過線圈的。事實上，在OFF狀態(tài)，GPIO引腳操作為低阻抗電流吸收器，并且將R1和R2之間的電壓拉至地，使笫一和第二比較器U1、U2的正輸入(+)上約為0伏。這造成了負(fù)輸入(-)上的正的凈電壓(0.333伏)，參考第一和第二比較器U1、U2的正輸入(+)。這會導(dǎo)致第一和第二晶體管106A，106B的柵極至源極電壓為零。晶體管106A和106B是OFF，沒有電流流過線圈，并且接觸部件斷電。因此，驅(qū)動電路108，與微控制器102相結(jié)合，在時間0至t1之間；t6至t7之間；以及t8至之后，產(chǎn)生圖3的曲線圖中所示的特性。當(dāng)三態(tài)輸出的GPIO引腳是在ON狀態(tài)，導(dǎo)通電流通過線圈。事實上，在ON狀態(tài)，GPIO引腳操作為低阻抗電壓源，驅(qū)動R1和R2之間的電壓為高電壓，使笫一和第二比較器U1、U2的正輸入(+)上約為1-5伏。這造成了正輸入(+)上的正的凈電壓(至少0.333伏)，相比與第一和第二比較器U1、U2的負(fù)輸入(-)。這將導(dǎo)致笫一和第二晶體管106A，106B的柵極至源極電壓達(dá)到某一高電壓(例如，1-5伏之間)。因此，晶體管106A和106B為ON，導(dǎo)通電流流過線圈，接觸部件是通電的。與上面所討論的實施例一致，線圈的阻抗和晶體管106A、106B各自的漏極至源極電導(dǎo)的結(jié)合，使得當(dāng)GPIO引腳在ON狀態(tài)時，通過線圈的電流在約33毫安。因此，驅(qū)動電路108，與微控制器102相結(jié)合，在時間t1至t2之間；以及t4至t5之間，產(chǎn)生如圖3的曲線圖中所示的特性。當(dāng)三態(tài)輸出的GPIO引腳處于FLOAT狀態(tài)，有保持電流通過線圈。當(dāng)處于FLOAT狀態(tài)時，GPIO引腳的特點是高阻抗輸入。因此，通過笫一分壓器建立GPIO上的電壓，具體為0.5伏的第一參考電壓。這造成了在負(fù)輸入(-)上的正的凈電壓(至少0.333伏)，參考第二比較器U2的正輸入(+)。因此，第二晶體管106B的柵極至源極電壓為零，晶體管106B為OFF，沒有電流流過線圈進(jìn)入到第二晶體管106B的漏極。與此相反，0.5伏的第一參考電壓造成了正輸入(+)上的正的凈電壓(至少0.333伏)，相比與第一比較器U1的負(fù)輸入(-)。這將導(dǎo)致第一晶體管106A的柵極至源極電壓達(dá)到某一高電壓(例如，1-5伏之間)。因此，晶體管106A為ON，保持電流流過線圈，電阻R，以及第一晶體管106A的漏極至源極。因此，假設(shè)第一阻抗被適當(dāng)?shù)卦O(shè)置，當(dāng)GPIO引腳在FLOAT狀態(tài)時，通過線圈的電流為約15毫安。換句話說，繼電器線圈電流等于或高于最低保持電流，ihold，并且小于的最小導(dǎo)通電流的水平，ion。因此，驅(qū)動電路108與微控制器102結(jié)合，在時間＝t2-t4之間；t5-t6之間；以及t7-t8之間，產(chǎn)生如圖3的曲線圖顯示的特性。雖然參考特定實施例進(jìn)行了描述本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)明了的是，這些實施例僅僅是說明本發(fā)明的原理和應(yīng)用。因此，應(yīng)當(dāng)明了的是可以對說明性的實施例作出許多修改，并且可以設(shè)計出其他安排，而不脫離由所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍。