背景技術(shù)：

電氣系統(tǒng)和機(jī)械裝置可以使用交流(ac)功率或直流(dc)功率進(jìn)行操作。功率控制器可以用于將電氣負(fù)載連接到ac或dc輸入功率并且將電氣負(fù)載從ac或dc輸入功率斷開(kāi)連接。功率控制器經(jīng)常使用連接在輸入功率源和負(fù)載之間的開(kāi)關(guān)，諸如繼電器或固態(tài)開(kāi)關(guān)。處理器控制開(kāi)關(guān)的操作，以在負(fù)載要被操作時(shí)將負(fù)載連接到輸入功率，以及在某些條件下斷開(kāi)負(fù)載。例如，當(dāng)輸入功率處于可能損壞負(fù)載的水平時(shí)，功率控制器可以斷開(kāi)負(fù)載。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

功率控制器監(jiān)測(cè)和控制至負(fù)載的ac功率的供應(yīng)，該功率控制器包括：功率供應(yīng)器，用于從輸入ac功率獲得第一供應(yīng)電壓和第二供應(yīng)電壓；開(kāi)關(guān)，用于將負(fù)載連接到輸入ac功率；電壓感測(cè)電路，提供作為輸入ac功率的電壓的函數(shù)的電壓感測(cè)信號(hào)；以及數(shù)字處理器，基于電壓感測(cè)信號(hào)來(lái)控制開(kāi)關(guān)。功率供應(yīng)器包括電壓限制器、整流橋、第一和第二電壓調(diào)節(jié)器、以及功率耗散電路。第一電壓調(diào)節(jié)器基于已經(jīng)被電壓限制和整流的功率來(lái)產(chǎn)生第一供應(yīng)電壓。第二電壓調(diào)節(jié)器從第一供應(yīng)電壓獲得第二供應(yīng)電壓。功率耗散電路根據(jù)第一供應(yīng)電壓耗散功率。

附圖說(shuō)明

圖1是前端保護(hù)功率控制器的電氣原理圖，前端保護(hù)功率控制器具有功率耗散電路以保護(hù)供應(yīng)用于操作功率控制器的電壓的功率供應(yīng)器。

具體實(shí)施方式

圖1是前端保護(hù)功率控制器10的電氣原理圖，前端保護(hù)功率控制器10控制到負(fù)載12輸入的ac功率的供應(yīng)。功率控制器10包括輸入端子14和16，其接收輸入ac功率，諸如來(lái)自功率公用事業(yè)分配系統(tǒng)的電功率。功率控制器10還包括連接到負(fù)載12的輸出端子18和20。功率控制器10監(jiān)測(cè)在端子14和16處接收到的ac功率，并且確定何時(shí)可以將輸出端子18和20處的ac功率安全地供應(yīng)至負(fù)載12。

供應(yīng)至負(fù)載12的功率是在端子14和16處接收的ac線(xiàn)路電壓。供應(yīng)至負(fù)載12的ac功率的調(diào)節(jié)通過(guò)連接在端子14和16之間的金屬氧化物變阻器(mov)22以及連接在輸出端子18和20之間的mov24提供。mov22和mov24去除ac功率中存在的尖峰，但不改變波形或逐步降低或逐步提高供應(yīng)至負(fù)載12的ac電壓。

功率控制器10包括電壓感測(cè)電路26、功率供應(yīng)電路28(其包括電壓限制器電路30、整流橋32、穩(wěn)壓二極管34、電壓調(diào)節(jié)器36和功率耗散電路38)、數(shù)字處理器40、eeprom42、通信接口44、指示器電路裝置46、電阻性負(fù)載電路48、繼電器50和繼電器驅(qū)動(dòng)電路52。電壓感測(cè)電路26產(chǎn)生電壓感測(cè)信號(hào)(vsense)，其是輸入端14處ac電壓的函數(shù)。電壓感測(cè)電路26包括二極管54，電阻器56、58、60和62，以及穩(wěn)壓二極管64。二極管54半波整流端子14處的ac電壓。經(jīng)整流的電壓被電阻器56、58、60和62形成的電阻器鏈分壓。vsense是電阻器60和62的接合點(diǎn)與接地端之間的電壓。穩(wěn)壓二極管64限制vsense，使得由處理器42接收的電壓處于能夠被處理器40所感測(cè)并且轉(zhuǎn)換成數(shù)字值的范圍內(nèi)。

功率供應(yīng)電路28獲得供應(yīng)電壓v1和v2，以及由處理器40、eeprom42、指示器電路裝置46、電阻性負(fù)載電路48和繼電器驅(qū)動(dòng)器52使用的電氣接地端。電壓v1被繼電器驅(qū)動(dòng)電路50使用。供應(yīng)電壓v2被功率耗散電路38以及處理器40、eeprom42、通信接口44、指示器電路裝置46和電阻性負(fù)載電路48的電子電路裝置使用。

電壓限制器電路30是電容性限制器，其包括電容器66和電阻器68、70和72。電壓限制器電路30連接在輸入端子14和整流橋32之間。電容器66的電抗限制施加到整流橋32的電壓。

整流橋32是由二極管74、76、78和80形成的全波整流橋。二極管74的陽(yáng)極和二極管76的陰極在電阻器72處連接到電壓限制器30的輸出端。二極管76的陽(yáng)極和二極管80的陽(yáng)極共同連接到電氣接地。二極管80的陰極和二極管78的陽(yáng)極連接到輸入端子16。二極管74的陰極連接到供應(yīng)電壓端子81a。

穩(wěn)壓二極管34的陽(yáng)極連接到接地端，穩(wěn)壓二極管34的陰極連接到第一供應(yīng)端子81a。穩(wěn)壓二極管34的擊穿特性確定供應(yīng)電壓v1的最大電壓電平。在一個(gè)實(shí)施例中，v1具有約27伏特的最大電壓。

電壓調(diào)節(jié)器36在供應(yīng)電壓端子81b處產(chǎn)生第二供應(yīng)電壓v2。電壓調(diào)節(jié)器36連接在二極管34的陽(yáng)極和陰極殼體之間，并且包括集成電路線(xiàn)性電壓調(diào)節(jié)器82，電阻器84以及電容器86、88、90、92和94。電阻器84和線(xiàn)性電壓調(diào)節(jié)器82提供在端子81a和81b之間的電壓降，其與電壓v1和v2之間的差值相等。

功率耗散電路38連接到第一供應(yīng)電壓端子81a，并且由第二功率電壓v2供電。功率耗散電路38包括運(yùn)算放大器(opamp)96，電阻器98、100、102、104、106、108和110，以及電容器112。運(yùn)算放大器96的非反相(+)輸入端接收來(lái)自由電阻器104和106形成的分壓器的參考電壓。運(yùn)算放大器96的反相輸入端接收作為電壓v1的函數(shù)的信號(hào)。電阻器98和100在端子81a和接地端之間形成分壓器。來(lái)自電阻器98和100的電壓被供應(yīng)至電阻器102，至運(yùn)算放大器96的反相輸入端。反饋電阻器108將運(yùn)算放大器96的輸出端連接到反相輸入端。功率耗散電阻110連接在運(yùn)算放大器96的輸出端和供應(yīng)電壓v2之間。

處理器40是可編程數(shù)字處理器。在一個(gè)實(shí)施例中，處理器40是微芯片pic微控制器。在其他實(shí)施例中，處理器40可以是微處理器、可編程邏輯控制器、可編程門(mén)陣列、數(shù)字信號(hào)控制器、專(zhuān)用集成電路(asic)或其它可編程數(shù)字器件。處理器40接收vsense信號(hào)作為輸入，并且確定在輸入端子14和16處出現(xiàn)的ac功率的電壓是否處于針對(duì)供應(yīng)至負(fù)載12是安全的范圍內(nèi)。如果vsense指示電壓處于安全范圍內(nèi)，處理器40提供輸出至繼電器驅(qū)動(dòng)電路52以為繼電器50通電，使得ac可以通過(guò)通過(guò)輸出端子18和20向負(fù)載12供應(yīng)ac功率。

與處理器40相關(guān)聯(lián)的是eeprom42。eeprom42可以存儲(chǔ)由處理器40使用過(guò)的數(shù)字編程。此外，它可以被用于存儲(chǔ)操作數(shù)據(jù)。例如，每當(dāng)出現(xiàn)過(guò)電壓事件時(shí)，eeprom42可被用于記錄。它可以記錄過(guò)電壓事件的持續(xù)時(shí)間，記錄最高電壓，已經(jīng)向負(fù)載12接通了多少個(gè)周期的功率，等等。

通信接口44提供處理器40和其它數(shù)字設(shè)備之間的通信。例如，通信接口44可以被計(jì)算機(jī)或其他編程設(shè)備使用以向處理器40提供編程指令。端口44也可以被使用，例如，用于獲得已經(jīng)存儲(chǔ)在eeprom42中的操作數(shù)據(jù)。

指示器電路46包括用于指示功率控制器10的操作條件的發(fā)光二極管(led)。在圖1所示的實(shí)施例中，指示器電路46包括紅色發(fā)光二極管114r、琥珀色發(fā)光二極管114a和綠色發(fā)光二極管114g，連同電阻器116、118和120。處理器40可以控制發(fā)光二極管114r、114a和114g來(lái)指示處理器40(或功率控制器10)的操作狀態(tài)。

電阻性負(fù)載電路48包括兩個(gè)負(fù)載電阻器122和124，其可以被處理器40使用以提供額外的功率耗散。當(dāng)處理器40確定vsense接近其最大值，這指示輸入端子14和16處的ac電壓正在增加，處理器40可以驅(qū)動(dòng)電流通過(guò)電阻器122和124，以耗散由功率供應(yīng)電路28遇到的額外功率。

繼電器50包括繼電器線(xiàn)圈126和繼電器觸點(diǎn)128。來(lái)自端子14的線(xiàn)路輸入功率當(dāng)它們閉合時(shí)通過(guò)觸點(diǎn)128連接到輸出端子18。該輸出電壓作為線(xiàn)路輸出電壓lout出現(xiàn)。

在圖1中，繼電器50的觸點(diǎn)128被示為常開(kāi)觸點(diǎn)。當(dāng)線(xiàn)圈126被通電時(shí)，它們將閉合，當(dāng)線(xiàn)圈126被斷電時(shí)，它們將打開(kāi)。

繼電器驅(qū)動(dòng)電路52控制是否通過(guò)線(xiàn)圈126供應(yīng)電流。繼電器驅(qū)動(dòng)電路52包括達(dá)靈頓晶體管130、二極管132、電阻器134、136和138，以及電容器140。電路52使用供應(yīng)電壓v1以便提供線(xiàn)圈126關(guān)閉觸點(diǎn)128所需的電流水平。

功率控制器10包括可變功率耗散特征，其允許其在較大范圍的ac輸入電壓下操作而不損壞功率供應(yīng)電路28?？勺児β屎纳⑼ㄟ^(guò)功率耗散電路38結(jié)合第二功率供應(yīng)電路36而提供。此外，處理器40還可以通過(guò)電阻性負(fù)載電路48提供進(jìn)一步的功率耗散。由處理器40和電阻性負(fù)載電路48消耗的功率減少了否則將會(huì)由穩(wěn)壓二極管34耗散的功率，因?yàn)樘幚砥?0基于從供給端子81b獲得的第二供應(yīng)電壓v2進(jìn)行操作。

功率供應(yīng)電路28中功率耗散的需求是為了保護(hù)穩(wěn)壓二極管34，其連接到全波整流橋32。隨著輸入端子14和16處的ac電壓的增加，供應(yīng)端子81a和接地端之間的電壓將增加，直到穩(wěn)壓二極管34達(dá)到其擊穿電壓。如果通過(guò)整流器32供應(yīng)的電壓繼續(xù)增加，則穩(wěn)壓二極管34將限制端子81a處的電壓，并且將傳導(dǎo)越來(lái)越多的電流。在某一時(shí)刻，流經(jīng)穩(wěn)壓二極管34的電流可以增加到穩(wěn)壓二極管34被損壞或損毀的點(diǎn)。

通過(guò)監(jiān)測(cè)供應(yīng)端子81a處的電壓v1，功率耗散電路38有助于減少流經(jīng)穩(wěn)壓二極管34的電流量。形成分壓器的電阻器98和100與在端子81a和接地端之間的穩(wěn)壓二極管34并聯(lián)連接。來(lái)自分壓器的電壓被供應(yīng)至運(yùn)算放大器96的反相輸入端。在正常情況下，運(yùn)算放大器96的反相輸入端處的電壓將小于通過(guò)由電阻器104和106形成的分壓器在非反相輸入端處建立的參考電壓，使得運(yùn)算放大器96飽和。結(jié)果，運(yùn)算放大器96的輸出將為高(等于v2)，并且電流將不會(huì)流經(jīng)電阻器110。隨著線(xiàn)路電壓的增加，以及穩(wěn)壓二極管34兩端的電壓增加到接近其穩(wěn)壓擊穿電壓，運(yùn)算放大器96的輸出端電壓從v2降低，電流開(kāi)始流經(jīng)電阻器110。由于運(yùn)算放大器96的反相輸入端處的電壓隨著端子81a的上升電壓而上升，運(yùn)算放大器96的輸出電壓向著接地端降低，并且從電壓v2(供應(yīng)端子81b)流經(jīng)電阻器110的電流量增加。電壓調(diào)節(jié)器電路36汲取更多的電流以將供應(yīng)電壓v2維持在其調(diào)節(jié)值。通過(guò)電阻84和線(xiàn)性電壓調(diào)節(jié)器82從端子81a汲取額外的電流。因此，通過(guò)電流流經(jīng)電阻器110產(chǎn)生的電路38的功率耗散也導(dǎo)致在線(xiàn)性電壓調(diào)節(jié)器82和電壓調(diào)節(jié)器36的電阻器84內(nèi)的額外功率耗散。這導(dǎo)致電流被遠(yuǎn)離穩(wěn)壓二極管34的陰極而被汲取，并且減少了在穩(wěn)壓二極管34中耗散的功率量。因此，由電路38、36和48提供的功率耗散共同協(xié)作定義了功率供應(yīng)電路28(特別是穩(wěn)壓二極管34)可以承受的線(xiàn)路電壓的電平。

功率控制器10通過(guò)使用取決于功率耗散的電壓而提供較寬范圍的有用輸入電壓。這是通過(guò)提供隨著線(xiàn)路電壓的增加而保持針對(duì)遠(yuǎn)離穩(wěn)壓二極管34的功率耗散的增加需求而得以實(shí)現(xiàn)。

雖然已經(jīng)參考示例性的實(shí)施例描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是，可以做出各種改變，并且可以對(duì)其元件進(jìn)行等價(jià)替換，而不偏離本發(fā)明的范圍。另外，可以做出許多修改來(lái)使特定情形或材料適合于本發(fā)明的教導(dǎo)，而不偏離其實(shí)質(zhì)范圍。因此，目的在于本發(fā)明不限于所公開(kāi)的特定實(shí)施例，而是本發(fā)明將包含落入隨附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有實(shí)施例。