用于在故障时停用电元件的设置和方法.pdf

本发明提供一种设置(1)，所述设置包括：电元件(11，21)，其用于在馈电模式下接收馈电信号并且在非馈电模式下不接收所述馈电信号；以及电路(12，22)，其用于在所述馈电模式下检测所述电元件(11，21)的故障。所述电路(12，22)包括有源开关(13，23)，其响应于检测结果在全部两种模式下停用所述电元件(11，21)，换句话说是在所述馈电模式以及所述非馈电模式下停用所述电元件。所述电元件(11，21)例如包括发光二极管、白炽灯或扬声器等等。所述有源开关(13，23)例如包括双稳态微继电器或半导体开关，比如一次性可编程闪速功率MOSFET等的非易失性功率半导体开关。优选地，所述设置(1)是集成设置。

1、  一种设置(1)，其包括：
电元件(11)，其用于在馈电模式下接收馈电信号并且在非馈电模式下不接收所述馈电信号；以及
电路(12)，其用于在所述馈电模式下检测所述电元件(11)的故障，该电路(12)包括响应于检测结果在全部两种模式下停用所述电元件(11)的有源开关(13)。

2、  如权利要求1所述的设置(1)，所述故障包括在所述馈电模式下与所述电元件(11)的正常阻抗和/或电压值的偏差。

3、  如权利要求2所述的设置(1)，所述电元件(11)的阻抗和/或电压值大于上阈值，并且所述有源开关(13)并联耦合到所述电元件(11)，从而响应于所述检测结果桥接所述电元件(11)以用于所述停用。

4、  如权利要求3所述的设置(1)，所述有源开关(13)包括半导体开关，所述半导体开关的主电极耦合到所述电元件(11)的各端子。

5、  如权利要求4所述的设置(1)，所述电路(12)还包括耦合到所述电元件(11)的其中一个端子的电压相关元件(14)以及耦合到所述电元件(11)的另一个端子的电压无关元件(15)，所述电压相关元件(14)和电压无关元件(15)还彼此耦合并且耦合到所述半导体开关的控制电极。

6、  如权利要求5所述的设置(1)，所述电压相关元件(14)是齐纳二极管，所述电压无关元件(15)是电阻器。

7、  如权利要求2所述的设置(1)，所述电元件(11)的阻抗和/或电压值小于下阈值，并且所述有源开关(13)串联耦合到所述电元件(11)，从而响应于所述检测结果中断经过所述电元件(11)的路径以用于所述停用。

8、  如权利要求1所述的设置(1)，还包括：
另外的电元件(21)，其用于在馈电模式下接收另外的馈电信号，并且在非馈电模式下不接收所述另外的馈电信号，该另外的电元件(21)耦合到所述电元件(11)；以及
另外的电路(22)，其用于在所述馈电模式下检测所述另外的电元件(21)的故障，该另外的电路(22)包括响应于另外的检测结果在全部两种模式下停用所述另外的电元件(21)的另外的有源开关(23)。

9、  一种包括如权利要求1所述的设置(1)的设备(2)。

10、  一种用于停用电元件(11)的方法，所述电元件(11)在馈电模式下接收馈电信号并且在非馈电模式下不接收所述馈电信号，所述方法包括以下步骤：在所述馈电模式下检测所述电元件(11)的故障；以及响应于检测结果通过有源开关(13)在全部两种模式下停用所述电元件(11)。

用于在故障时停用电元件的设置和方法
技术领域
本发明涉及一种包括电元件的设置，并且还涉及一种包括所述设置的设备以及一种方法。
所述电元件的例子包括发光二极管，所述设备的例子包括消费产品以及非消费产品。
背景技术
WO 01/33912 A1公开了一种发光二极管阵列，其具有与所述发光二极管并联连接的有源旁路、用于感测所述发光二极管的故障的感测装置以及用于激活已经感测到其故障的每一个发光二极管的所述有源旁路的控制装置。
正如在WO 01/33912 A1的第6页第30行到第7页第2行所公开的那样，所述远程感测和数字控制逻辑优选地被设计成存储发生故障的发光二极管的身份，从而不再需要在每次启动主机设备时都重复顺序轮询处理。在所述远程感测和数字控制逻辑中对所述故障的发光二极管的身份进行存储是相对复杂的。此外，需要有激活的电压源来保活所述逻辑。当所述电压源被停用(deactivate)时，所述有源旁路通常再次返回其初始状态。
发明内容
本发明的一个目的特别是提供一种相对简单的设置。
本发明的其他目的特别是提供一种相对简单的设备和方法。
根据本发明的设置包括：
用于在馈电模式下接收馈电信号并且在非馈电模式下不接收所述馈电信号的电元件；以及
用于在所述馈电模式下检测电元件的故障的电路，所述电路包括响应于检测结果在全部两种模式下停用所述电元件的有源开关。
在所述馈电模式下，诸如发光二极管、白炽灯或扬声器之类的所述电元件处于操作中，并且接收所述馈电信号。在所述非馈电模式下，所述电元件不处于操作中，并且不接收所述馈电信号。在所述馈电模式下，所述电路检测所述电元件的故障或故障状况或故障状态。响应于检测结果，诸如微继电器或半导体开关之类的所述有源开关对于全部两种模式停用所述电元件。换句话说，所述有源开关对于所述馈电模式停用所述电元件，并且对于所述非馈电模式也停用所述电元件。
因此，在停用所述电元件之后，不管所述馈电信号是否被提供，所述有源开关都保持所述电元件被停用。结果不再需要把故障的发光二极管的身份存储在一个中心位置处，因此根据本发明的设置相对简单。此外，不需要辅助电源电压来把所述有源开关保持在其适当状态下。
权利要求2限定了所述设置的一个实施例。一般来说，所述故障包括在所述馈电模式下与所述电元件的正常阻抗和/或电压值的偏差(deviation)。更具体来说，所述故障包括在所述馈电模式下与所述电元件的标称阻抗和/或电压值的最小偏差。在串联耦合的多个电元件的情况下，一个电元件的阻抗值的过高值将会妨碍其他电元件的适当工作。在并联耦合的多个电元件的情况下，一个电元件的阻抗值的过低值将会妨碍其他电元件的适当工作。
权利要求3限定了所述设置的一个实施例。在串联耦合的多个电元件的情况下，一个电元件的大于其上阈值的阻抗和/或电压值将妨碍其他电元件的适当工作。通过把所述有源开关并联耦合到所述电元件，所述电元件被桥接以用于所述停用。换句话说，所述停用包括桥接所述电元件。随后，其他的电元件可以适当地工作。
权利要求4限定了所述设置的一个实施例。所述有源开关包括半导体开关，比如一次性可编程闪速功率MOSFET之类的非易失性功率半导体开关。
权利要求5限定了所述设置的一个实施例。所述电路还包括彼此串联耦合的电压相关元件和电压无关元件，以便把所述电路保持得较为简单。
权利要求6限定了所述设置的一个实施例。所述电压相关元件是简单的齐纳二极管，并且所述电压无关元件是简单的电阻器。
权利要求7限定了所述设置的一个实施例。在并联耦合的多个电元件的情况下，一个电元件的小于其下阈值的阻抗和/或电压值将会妨碍其他电元件的适当工作。通过把所述有源开关与所述电元件串联耦合，经过所述电元件的路径被中断以用于所述停用。换句话说，所述停用包括中断经过所述电元件的路径。随后，其他的电元件可以适当地工作。
优选地，所述电元件包括越来越常被用在越来越多的应用中的发光二极管，并且所述设置是可以在低成本下简单生产的集成设置。
权利要求8限定了所述设置的一个实施例。通常来说，所述设置还包括一个或多个另外的电元件。所述另外的电元件在所述馈电模式下接收另外的馈电信号，并且在所述非馈电模式下不接收所述另外的馈电信号。在所述另外的电元件与所述电元件串联耦合的情况下，所述馈电信号和所述另外的馈电信号可以是主馈电电压的不同部分，或者可以是相对完全相同的馈电电流。在所述另外的电元件与所述电元件并联耦合的情况下，所述馈电信号和所述另外的馈电信号可以主馈电电流的不同部分，或者可以是相对完全相同的馈电电压。另外的电路在所述馈电模式下检测所述另外的电元件的故障。该另外的电路可以与用来检测所述另外的电元件的故障的电路完全分开。可替换地，所述另外的电路可以与所述电路部分地重合，该电路在后面的情况下例如按照时间多路复用的方式检测多于一个电元件的故障。所述另外的电路包括另外的有源开关，其响应于另外的检测结果在全部两种模式下停用所述另外的电元件。为了能够单独地停用所述电元件，可能需要单独的有源开关。
根据本发明的设备以及根据本发明的方法的实施例对应于根据本发明的设置的实施例。
本发明的一种认识特别在于，把故障的发光二极管的身份存储在一个中心位置处是相对复杂的。
本发明的一个基本想法特别可以是将有源开关用于在全部两种模式下停用所述电元件。
本发明特别解决了提供一种相对简单的设置、设备和方法的问题。
本发明的另外的优点特别在于，由于更为简单因此可能导致所述设置的紧致程度提高，并且可能导致所述设置内部的各电元件的无关性得到提高。
参照下面描述的(多个)实施例，本发明的上述和其他方面将变得显而易见。
附图说明
在附图中：
图1示出了根据本发明的设备，其包括根据本发明的设置的；以及
图2示出了有源开关。
具体实施方式
图1中示出的根据本发明的设备2包括根据本发明的设置1。所述设置1包括电元件11，其用于在馈电模式下接收来自馈电源3的馈电信号，并且在非馈电模式下不接收所述馈电信号。所述设置1还包括电路12，其用于在所述馈电模式下检测所述电元件11的故障。所述电路12包括响应于检测结果在全部两种模式下停用所述电元件11的有源开关13。
所述设置1还包括另外的电元件21，其用于在所述馈电模式下接收来自所述馈电源3的另外的馈电信号，并且在所述非馈电模式下不接收所述另外的馈电信号，该另外的电元件21串联耦合到所述电元件11。所述设置1还包括另外的电路22，其用于在所述馈电模式下检测所述另外的电元件21的故障。所述另外的电路22包括响应于另外的检测结果在全部两种模式下停用所述另外的电元件21的另外的有源开关23。
所述有源开关13例如包括诸如MOSFET之类的半导体开关。其主电极耦合到所述电元件11的各端子。所述另外的有源开关23例如包括诸如另外的MOSFET的另外的半导体开关。其主电极耦合到所述另外的电元件21的各端子。有源开关可以是电压控制的开关和/或放大的开关和/或由控制信号驱动的开关。
所述电路12例如包括电压相关元件14和电压无关元件15，所述电压相关元件14比如是耦合到所述电元件11的其中一个端子的齐纳二极管，所述电压无关元件15比如是耦合到所述电元件11的另一个端子的电阻器，所述电压相关元件14和电压无关元件15还彼此耦合并且耦合到所述半导体开关的控制电极。所述电路22例如包括另外的电压相关元件24和另外的电压无关元件25，所述另外的电压相关元件24比如是耦合到所述另外的电元件21的其中一个端子的另外的齐纳二极管，所述另外的电压无关元件25比如是耦合到所述电元件21的另一个端子的另外的电阻器，所述另外的电压相关元件24和另外的电压无关元件25还彼此耦合并且耦合到所述另外的半导体开关的控制电极。
通常来说，电元件11、21的故障包括在所述馈电模式下与所述电元件11、21的正常阻抗和/或电压值的偏差。更具体来说，故障的电元件11、21可能具有低于通常情况的阻抗和/或电压值(并且变为“短路”)，或者可能具有高于通常情况的阻抗和/或电压值(并且变为开路)。
在图1中示出的串联实施例中，如果所述电元件11、21的其中之一变为“短路”，另一个电元件仍然可以适当地工作。但是如果所述电元件11、21的其中之一变为“开路”，则不再有电流流过，并且另一个电元件不再能够适当工作。
为了避免这种情况，所述有源开关13、23与所述电元件11、21并联耦合。如果所述电元件11、21的其中之一的阻抗值变得大于上阈值，则具有主馈电电压的形式的所述馈电信号的较大部分将存在于该电元件11、21的两端以及包括齐纳二极管和电阻器的相应的分压器的两端。结果，相应的电路12、22检测到该电元件11、21的故障，并且响应于该检测结果对相应的有源开关13、23进行开关，从而桥接该电元件11、21以用于所述停用。因此，在这种情况下，通过切换到“短路”状态下的所述有源开关13、23否决(overrule)了所述故障的电元件11、21变为“开路”的事实。
如果所述馈电信号是馈电电流，则所述电元件11、21的其中之一的阻抗值变得大于上阈值这一事实仍将导致一个较大的电压存在于该电元件11、21的两端以及包括齐纳二极管和电阻器等等的相应的分压器的两端。
在未示出的并联实施例中，如果其中一个并联电元件变为“开路”，另一个电元件仍然可以适当地工作。但是如果其中一个并联电元件变为“短路”，所述并联电元件两端的电压就变为零，并且所述另一个电元件不再能够适当地工作。
为了避免这种情况，将所述有源开关串联耦合到所述电元件并且将所述另外的有源开关串联耦合到所述另外的电元件，从而产生将彼此并联耦合的两条串联分支。如果其中一个所述电元件的阻抗和/或电压值变得小于下阈值，则具有主馈电电流的形式的所述馈电信号的较大部分将流经该电元件，并且例如流经该电元件与其有源开关之间的串联阻抗。流经所述串联阻抗的较大电流将在该串联阻抗两端引入较大电压。结果，相应的电路检测到该电元件的故障，并且响应于该检测结果对相应的有源开关进行开关，从而中断经过该电元件的路径以用于所述停用。因此，在这种情况下，通过切换到“开路”状态下的所述有源开关而否决了所述故障的电元件变为“短路”的事实。
如果所述馈电信号是馈电电压，则所述电元件的其中之一的阻抗和/或电压值变得小于下阈值这一事实仍将导致较大的电流流经该电元件等等。
所述有源开关可以是一次性可编程开关，这意味着一旦所述有源开关被切换到某一状态之后，该有源开关就保持在该状态下，即使在馈电源被关断的情况下也是如此。这种有源开关例如是双稳态微继电器。如图2中所示，另一种有源开关是非易失性功率半导体开关，比如闪速功率MOSFET。
在图2的上半部分中示出了对应于MOSFET的经由热电子注入的编程。源极SRC连接到0伏特，漏极DRN连接到12伏特，栅极连接到12伏特，并且浮动栅极FLG与漏极DRN相距大约200。在图2的下半部分中示出了对应于MOSFET的经由隧道化的擦除。源极SRC开路(由OP表示)，漏极DRN连接到12伏特，栅极连接到0伏特，并且浮动栅极FLG与漏极DRN相距大约200。
内部浮动栅极FLG的目的可能是建立锁存功能。取决于外部栅极处的电压，电子被移动(“注入”)到该栅极上或者被从该栅极移除(“擦除”)(这可能需要漏极DRN与浮动栅极FLG之间的相对较短的距离，比如200)。这可以被视为“热电子注入”以及“经由隧道化的擦除”。由于浮动栅极FLG的良好绝缘，所述电荷将保持在该处达许多年。为此，所述MOSFET可以保持接通而无需外部电压源。
在图1中示出了标准MOSFET。可以通过选择栅极电阻器R的相对较高的阻抗来延长在不涉及外部电压源的情况下的接通时间。所述在不涉及外部电压源的情况下的接通时间于是由RC时间常数决定，其中C是所述MOSFET(压控开关)的输入栅极电容。
因此，如果在图1中将要延长所述接通时间，例如从几秒或几分钟延长到几年或几十年，一种概念可以是引入图2中示出的浮动栅极FLG。
所述电元件11、21例如分别包括一个或多个发光二极管。可替换地，电元件可以包括白炽灯或扬声器等等。当然，如果所述馈电信号不是DC馈电信号而是AC馈电信号，则可能需要向所述电路12、22添加二极管和/或整流器，并且/或者可能需要把半导体开关并联耦合到已经存在的所述半导体开关等等。
优选地，所述设置1是一种集成设置。这种集成设置简单、成本低且稳健，并且可以与所述设备分开生产和/或销售。一个设备可以包括串联和/或并联连接的多于一个设置。
所述设置的优点可能包括：由于容错性提高而提高了可靠性、易于集成、低成本实现方式、不需要附加端子、不需要附加(局部)电压源、传导损失可能非常低以及使用了有利的非易失性技术。
并不排除其他替换实施例。例如，可以存在多于两个串联和/或并联的电元件，并且每一个电元件可以包括串联和/或并联连接的多于一个二极管或灯泡或扬声器。分压器仅仅是一个实施例，并不排除例如包括一个或多个电压相关元件以及/或者一个或多个电压无关元件的其他实施例。所述馈电源可以形成所述设备2的一部分，或者可以形成所述设置1的一部分，或者可以位于所述设备2的外部。
并不排除其他的和/或另外的模式，比如操作模式和非操作模式等等。在所述操作模式下，所述设置处在使用中并且/或者所述设备处在使用中，而在所述非操作模式下，所述设置不在使用中并且/或者所述设备不在使用中。在所述操作模式下，所述电元件可以在所述馈电模式下被馈电，并且不能在所述非馈电模式下被馈电。因此，所述操作模式包括所述馈电模式和非馈电模式，所述非操作模式是不同于所述馈电模式和非馈电模式等的另外的模式。
总而言之，本发明提供了设置1，所述设置具有：电元件11、21，其用于在馈电模式下接收馈电信号并且在非馈电模式下不接收所述馈电信号；以及电路12、22，其用于在所述馈电模式下检测所述电元件11、21的故障。所述电路12、22包括(基本想法)有源开关13、23，其响应于检测结果在全部两种模式下(换句话说就是在所述馈电模式以及非馈电模式下)停用所述电元件11、21。所述设置1相对简单。所述电元件11、21例如包括发光二极管、白炽灯或扬声器等等。所述有源开关13、23例如包括双稳态微继电器或半导体开关(比如一次性可编程闪速功率MOSFET等非易失性功率半导体开关)。优选地，所述设置1是集成设置。
虽然在附图和前述说明中详细图示并描述了本发明，但是这种图示和描述应当被视为说明性或示例性而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。通过研究附图、公开内容和所附权利要求书，本领域技术人员在实践本发明时可以想到所公开的实施例的其他变型。在所附权利要求书中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，“一个”不排除多个。单一处理器或其他单元可以实现在所附权利要求书中所引述的几项的功能。在互不相同的从属权利要求中引述某些措施并不表示不能使用这些措施的组合来获益。所附权利要求书中的任何附图标记都不应当被解释为限制其范围。