電路可以配置具有用于控制電氣操作，例如啟用或禁用電氣負(fù)載的開關(guān)。例如，開關(guān)可以可控制成在第一操作模式與第二操作模式之間切換，在第一操作模式中，開關(guān)是“閉合的”，并且電流從開關(guān)輸入傳輸至開關(guān)輸出，在第二操作模式中，開關(guān)是“打開的”，并且阻止電流在開關(guān)輸入與開關(guān)輸出之間傳輸。

在諸如開關(guān)的一些電氣裝置中，在由于開關(guān)的電氣特性或物理限制而導(dǎo)致在開關(guān)是打開的時(shí)，電流可能在開關(guān)輸入與開關(guān)輸出之間泄漏。在某些環(huán)境下，可期望對(duì)于泄漏電流而計(jì)劃并且對(duì)泄漏電流進(jìn)行控制，這可以包含用于傳輸泄漏電流的特定的泄漏電流路徑。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在一個(gè)方面中，本發(fā)明涉及對(duì)于開關(guān)泄漏電流的被動(dòng)泄漏管理電路，該電路包括：開關(guān)，具有開關(guān)輸入和與電氣負(fù)載電耦合的開關(guān)輸出，并且，可在第一操作模式和第二操作模式中操作，在第一操作模式中，開關(guān)輸出供應(yīng)提供給輸入并且具有第一預(yù)定的電壓的輸出電流，在第二操作模式中，開關(guān)輸出供應(yīng)來自輸入并且具有比第一電壓更低的第二電壓的泄漏電流；第一電流路徑，包含至少第一晶體管，其中，第一晶體管基于開關(guān)輸出而沿著第一電流路徑傳導(dǎo)電流；以及泄漏電流路徑，包含至少第二晶體管，其中，第二晶體管基于傳導(dǎo)電流的第一晶體管而沿著泄漏電流路徑傳導(dǎo)電流。第一電流路徑或泄漏電流路徑中的至少一個(gè)獨(dú)立于開關(guān)的狀態(tài)而基于開關(guān)輸出而自動(dòng)地傳導(dǎo)電流。

附圖說明

在附圖中：

圖1是具有泄漏電流路徑的電路的現(xiàn)有技術(shù)的簡圖。

圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的被動(dòng)泄漏管理電路的簡圖。

具體實(shí)施方式

如本文中所使用的，開關(guān)是可以可控制成切換和/或處于第一操作模式與第二操作模式之間的電氣裝置，在第一操作模式中，開關(guān)是“閉合的”并且電流從開關(guān)輸入傳輸至開關(guān)輸出，在第二操作模式中，開關(guān)是“打開的”并且阻止電流在開關(guān)輸入與開關(guān)輸出之間傳輸。可以在具有開關(guān)的任何電路環(huán)境中實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，其中，在開關(guān)處于打開狀態(tài)中時(shí)，存在泄漏電流。可以包括本發(fā)明的實(shí)施例的電路環(huán)境的非限制的示例可以包括飛行器功率系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，其實(shí)現(xiàn)從渦輪機(jī)引擎，優(yōu)選地，燃?xì)鉁u輪機(jī)引擎的至少一個(gè)卷軸產(chǎn)生電功率，并且，經(jīng)由至少一個(gè)諸如固態(tài)功率控制器（SSPC）切換裝置的固態(tài)開關(guān)而將電功率輸送至多個(gè)電氣負(fù)載。

另外，雖然可以在本文中使用諸如“電壓”、“電流”以及“功率”的術(shù)語，但對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的是，在描述電路或電路操作的方面時(shí)，這些術(shù)語可以是可互換的。

圖1圖示泄漏管理電路10的現(xiàn)有技術(shù)的簡圖。泄漏管理電路10包括與切換組件14（在下文中，稱為“開關(guān)”）串聯(lián)的電壓源12，切換組件14具有與電壓源12耦合的開關(guān)輸入16和進(jìn)一步與泄漏電阻器20耦合的開關(guān)輸出18。泄漏電阻器20可以與電壓輸出22并聯(lián)配置，電壓輸出22可以例如與示為單個(gè)負(fù)載24的一個(gè)或更多個(gè)電氣負(fù)載電耦合。在該示例中，開關(guān)14控制電路10和/或負(fù)載24的“接通”和“關(guān)閉”操作，但在開關(guān)14是打開的時(shí)，將供應(yīng)泄漏電流。

電路10被配置，使得在開關(guān)14是閉合的時(shí)，電流從電壓源12通過開關(guān)14而行進(jìn)至電氣負(fù)載24。當(dāng)開關(guān)14是閉合的時(shí)，一部分的電流還可以跨泄漏電阻器20而行進(jìn)，然而，選擇泄漏電阻器20，使得電路10中的大量的功率供應(yīng)至電氣負(fù)載24。電路10還被配置，使得在開關(guān)14如圖所示地那樣是打開的時(shí)，將跨電阻器20而耗散由開關(guān)14所供應(yīng)的大量的泄漏電流26，并且因而將跨電阻器20而耗散大量的泄漏功率。在這個(gè)意義上，即使電路10是“關(guān)閉的”，也供應(yīng)少量的泄漏電流26，并且必須在電路10中被計(jì)及(account for)。

然而，在開關(guān)14是閉合的時(shí)，該配置還將通過電阻器20而傳導(dǎo)大量的電流，并且因而，耗散大量的功率。為了計(jì)及這個(gè)另外浪費(fèi)的功率耗散，備選的現(xiàn)有技術(shù)的實(shí)施例已知為包括第二開關(guān)，該第二開關(guān)可控制成啟用或禁用泄漏電流26的路徑，以便分別與打開或閉合的開關(guān)14相對(duì)應(yīng)。然而，這些現(xiàn)有技術(shù)的實(shí)施例要求開關(guān)14的狀態(tài)，即，開關(guān)是打開還是閉合的“意識(shí)”或“認(rèn)識(shí)”。在這個(gè)意義上，這類實(shí)施例基于開關(guān)14的狀態(tài)而主動(dòng)地控制。

圖2圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的被動(dòng)泄漏管理電路40。泄漏管理電路40包含電壓源，例如，與示為SSPC 44的固態(tài)開關(guān)和非線性電壓控制的電流吸收器（VCCS）46串聯(lián)的270伏的直流（DC）電壓源42。VCCS 46可以與電壓輸出47并聯(lián)配置，電壓輸出47可以例如與示為單個(gè)負(fù)載24的一個(gè)或更多個(gè)電氣負(fù)載電耦合。

SSPC 44可以進(jìn)一步包含切換組件48，切換組件48經(jīng)由SSPC輸入50而與電壓源42電耦合，并且，經(jīng)由SSPC輸出52而與VCCS 46電耦合。切換組件48可在第一操作模式和第二操作模式中操作，在第一操作模式中，切換組件48是閉合的，并且SSPC輸出52將由電壓源42提供的輸出電流供應(yīng)至SSPC輸入50（“閉合狀態(tài)”），在第二操作模式中，切換組件48是打開的， SSPC輸出52仍然供應(yīng)來自SSPC輸入50的泄漏電流（“打開狀態(tài)”）。SSPC 44 可以進(jìn)一步包括控制器54，控制器54配置成將控制信號(hào)56提供給切換組件48，以使開關(guān)在打開狀態(tài)和閉合狀態(tài)中操作。

處于閉合狀態(tài)中的切換組件48配置成將諸如270 VDC的來自電壓源42的預(yù)定的電壓供應(yīng)至VCCS 46，然而，處于打開狀態(tài)中的切換組件48將供應(yīng)泄漏電流，從而具有比預(yù)定的電壓更低或更小的泄漏電壓。泄漏電壓的一個(gè)非限制的示例可以包括25 VDC。SSPC 44的一個(gè)非限制的示例可以包括基于碳化硅（SiC）或氮化鎵（GaN）的高功率開關(guān)。SiC或GaN可以基于它們的固態(tài)材料構(gòu)造、它們用來以較小并且較輕的形狀因數(shù)處理高電壓和大功率電平的能力以及它們用來非常迅速地執(zhí)行電氣操作的高速切換能力來選擇。可以包括附加的切換裝置和附加的硅基的功率開關(guān)。

VCCS 46進(jìn)一步包含電壓控制電路部分58和電流吸收器電路部分60，這兩個(gè)部分彼此并聯(lián)并且與電氣負(fù)載24并聯(lián)配置。電壓控制電路部分58可以包含示為2兆歐姆的電阻器的第一電阻器62、示為15千歐姆的電阻器的第二電阻器64以及第一晶體管，例如具有柵極端子68、源極端子70以及漏極端子72的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（MOSFET）66。第一電阻器62和第二電阻器64串聯(lián)配置，在電壓輸出47與公共接地74之間運(yùn)行，其中第一節(jié)點(diǎn)76位于電阻器62、64之間，并且，與MOSFET 66的柵極端子68電耦合。MOSFET 66的漏極端子72進(jìn)一步與電壓控制電路輸出78電耦合，并且MOSFET 66的源極端子70與公共接地74電耦合。

VCCS 46的電流吸收器電路部分60包含示為1兆歐姆的電阻器的第三電阻器80、示為同樣的雙二極管82的至少一個(gè)二極管、諸如具有基極端子86、集電極端子88以及發(fā)射極端子90的雙極晶體管84的第二晶體管以及示為680歐姆的電阻器的泄漏電阻器92。第三電阻器80與每個(gè)二極管82串聯(lián)配置，在電壓輸出47與公共接地74之間運(yùn)行，其中二極管82向前面向公共接地74。第二節(jié)點(diǎn)94位于第三電阻器80與二極管82之間，并且，與雙極晶體管84的基極端子86和電壓控制電路輸出78兩者電耦合。雙極晶體管84的集電極端子88進(jìn)一步與電壓輸出47耦合，并且，雙極晶體管84的發(fā)射極端子90進(jìn)一步經(jīng)由泄漏電阻器92而與公共接地74耦合。雖然描述泄漏電阻器92，但泄漏電阻器92可以進(jìn)一步包含例如一個(gè)或更多個(gè)分流電阻器、可變電阻器或齊納二極管?？梢园ǜ郊拥男孤╇娮杵?2。

電壓控制電路部分58的第一電阻器62和第二電阻器64選擇為給第一節(jié)點(diǎn)76提供足以使MOSFET 66的柵極端子68在不同的SSPC輸出52的期間操作的電壓和電流。另外地和/或備選地， MOSFET 66可以選擇成操作在特定的配置中，例如選擇具有特定的柵極閾值電壓的MOSFET 66，以便允許源極端子70和漏極端子72傳導(dǎo)電流。本發(fā)明的實(shí)施例可以包括配置第一電阻器62、第二電阻器64和/或MOSFET 66，使得在SSPC輸出52提供某一電流,從而具有指示切換組件48是閉合的預(yù)定的電壓時(shí)，第一節(jié)點(diǎn)76將提供足以啟用或“導(dǎo)通”MOSFET 66的電壓，使得MOSFET 66將在源極端子70與漏極端子72之間傳導(dǎo)電流，從而有效地給電壓控制電路輸出78提供“低”電壓信號(hào)（例如零伏）。

另外，本發(fā)明的實(shí)施例可以包括配置第一電阻器62、第二電阻器64和/或MOSFET 66，使得在SSPC輸出52提供某一泄漏電流,從而具有指示切換組件48是打開的泄漏電壓時(shí)，第一節(jié)點(diǎn)76將提供不足以使MOSFET 66導(dǎo)通（即，MOSFET 66“關(guān)斷”）的電壓，使得MOSFET 66將不在源極端子70與漏極端子72之間傳導(dǎo)電流，從而有效地給電壓控制電路輸出78提供“高”電壓信號(hào)（例如，大于1.2 V）。

VCCS 46的電流吸收器電路部分60被操作，使得響應(yīng)于與電壓控制電路輸出78電耦合的基極端子86上的“低”電壓信號(hào)，將雙極晶體管84禁用或“關(guān)斷”，使得晶體管84不在集電極端子88與發(fā)射極端子90之間傳導(dǎo)電流。相反地，VCCS 46的電流吸收器電路部分60被操作，使得響應(yīng)于基極端子86上的“高”電壓信號(hào)，將雙極晶體管84啟用或“導(dǎo)通”，使得晶體管84在集電極端子88與發(fā)射極端子90之間傳導(dǎo)電流?？梢赃x擇第三電阻器80和/或雙極晶體管84,從而與二極管82和/或MOSFET 66組合以便基于雙極晶體管84的閾值電壓和/或第二節(jié)點(diǎn)處的預(yù)期的電壓而提供充分的接通/關(guān)閉操作。

因而，泄漏管理電路40在兩個(gè)截然不同的模式中操作。在第一閉合模式中，具有閉合的切換組件48，使得SSPC輸出52供應(yīng)提供給SSPC輸入50的輸出電流，具有諸如270 VDC的預(yù)定的電壓，以便給電氣負(fù)載24供電和/或使電氣負(fù)載24操作。在該閉合模式期間，電壓控制電路部分58、第一電阻器62、第二電阻器64和/或MOSFET 66的選擇和/或配置將MOSFET 66導(dǎo)通，使得它經(jīng)由電壓控制電路輸出78而將“低”電壓信號(hào)提供給電流吸收器電路部分60的第三端子94。響應(yīng)于來自電壓控制電路輸出78的“低”電壓信號(hào)，VCCS 46的電流吸收器電路部分60將雙極晶體管84關(guān)斷。該操作轉(zhuǎn)而限定第一電流路徑，該第一電流路徑起源于SSPC輸出52，并且經(jīng)過至少通過第三電阻器80、第二節(jié)點(diǎn)94以及MOSFET 66的源極端子70與漏極端子72之間，到達(dá)公共接地74。

泄漏管理電路40進(jìn)一步在第二泄漏模式中操作，從而具有打開的切換組件48，使得SSPC輸出供應(yīng)某一泄漏電流，從而具有諸如25 VDC的最大泄漏電壓，其中，經(jīng)由將通過開關(guān)48的泄漏電流乘以泄漏電阻器92的電阻而根據(jù)歐姆定律來確定泄漏電壓。雖然作為非限制的示例，給定25 VDC，但理解到，泄漏電阻器92的選擇不是泄漏本身的參數(shù)，而是由選擇為影響受控制的泄漏電流量的電阻器92確定。在該泄漏模式期間，電壓控制電路部分58、第一電阻器62、第二電阻器64和/或MOSFET 66的選擇和/或配置將MOSFET 66關(guān)斷，使得它經(jīng)由電壓控制電路輸出78而將“高”電壓信號(hào)提供給電流吸收器電路部分60的第三端子94。響應(yīng)于來自電壓控制電路輸出78的“高”電壓信號(hào)，VCCS 46的電流吸收器電路部分60將雙極晶體管84導(dǎo)通。該操作轉(zhuǎn)而限定泄漏電流路徑，該泄漏電流路徑起源于SSPC輸出52，并且經(jīng)過至少雙極晶體管84的集電極端子88與發(fā)射極端子90之間,通過泄漏電阻器92，到達(dá)公共接地74。本發(fā)明的實(shí)施例可以在任何給定的時(shí)刻啟用第一電流路徑或泄漏電流路徑中的唯一路徑。

在這個(gè)意義上，泄漏管理電路40基于SSPC輸出52而沿著第一電流路徑傳導(dǎo)電流，并且，電路40基于傳導(dǎo)電流的MOSFET 66而沿著泄漏電流路徑傳導(dǎo)電流。因而，泄漏管理電路40為被動(dòng)的或不受管理的，并且，將基于SSPC輸出52而單獨(dú)地、獨(dú)立地和/或在未意識(shí)到切換組件48的狀態(tài)的情況下操作。

因此，可以選擇第三電阻器80，以便在SSPC輸出52給電氣負(fù)載24供電時(shí)，沿著第一電流路徑提供低功率耗散，并且，可以選擇泄漏電阻器92，以便在SSPC輸出52提供泄漏電流時(shí)，沿著泄漏電流路徑提供不同的低功率耗散。可以進(jìn)一步選擇泄漏電阻器92，以便當(dāng)切換組件48是打開的時(shí)，為了給定的泄漏電流量而提供給定的泄漏電壓。在具有示例的電阻器62、64、80、92以及所示的組件的情況下，在切換組件48是閉合的時(shí)，通過第一及第二電流路徑的組合的電流可以為大約0.4 mA，而在隨后切換組件48是打開的時(shí)，通過泄漏電流路徑的電流可以為大約0.6 mA。這分別等同于大約109 mW和 23 mW的泄漏管理電路40的功率耗散，并且因此，與基本的單個(gè)泄漏電阻器20相比較，在切換組件48是閉合的時(shí)比在切換組件48是打開的時(shí)浪費(fèi)更少的功率。該示例假定泄漏電阻器92為680歐姆，并且，兩個(gè)二極管的正向電壓和雙極晶體管84的基極-發(fā)射極電壓各自為0.6 V。

通過本公開預(yù)期除了上面的附圖中所示的實(shí)施例和配置之外的許多其他可能的實(shí)施例和配置。例如，雖然MOSFET 66示為第一晶體管，并且，雙極晶體管84示為第二晶體管，但將對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，這些裝置可以與備選的晶體管類型和/或配置是可互換的，以響應(yīng)于所選擇的電路操作而提供受控制的操作。此外，雖然示例，例如，MOSFET 66和/或雙極晶體管84生成“低”或“高”電壓信號(hào)，并且對(duì)應(yīng)地，“接通”或“關(guān)閉”操作，但對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的是，備選的晶體管和/或電路配置可以使高/低或接通/關(guān)閉操作反轉(zhuǎn)，仍然提供用于基本上類似的泄漏管理電路40的操作。另外，本發(fā)明的實(shí)施例可以包括可以不一定以嚴(yán)格的“接通”或“關(guān)閉”操作模式操作，而是可以根據(jù)一個(gè)或更多個(gè)非線性的操作模式而操作的晶體管。在這些實(shí)施例中，非線性的操作模式可以生成電路40上的過渡的電氣特性，直到它們習(xí)慣于穩(wěn)態(tài)操作模式，其可以被認(rèn)為是如上所述的“接通”或“關(guān)閉”操作模式。

在本發(fā)明的甚至又一實(shí)施例中，泄漏電流可由除了僅僅切換組件48之外的組件引起。例如，SSPC 44中或SSPC 44周圍的輸入和/或輸出電壓監(jiān)測(cè)器可以有助于總體泄漏電流?？梢园ǜ郊拥男孤╇娏髟?。在本發(fā)明的又一實(shí)施例中，通過提供第二或更多的冗余泄漏電流電路40，以避免VCCS 46中的可能的組件失效，從而可以進(jìn)一步改進(jìn)泄漏電流耗散。另外，可以重新布置各種組件的設(shè)計(jì)和放置，使得能夠?qū)崿F(xiàn)許多不同的串聯(lián)(in-line)配置。

本文中所公開的實(shí)施例通過獨(dú)立于開關(guān)狀態(tài)或在未意識(shí)到開關(guān)狀態(tài)的情況下啟用泄漏電流路徑，從而提供用于泄漏開關(guān)的泄漏管理電路?？梢栽谏鲜龅膶?shí)施例中實(shí)現(xiàn)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，上述的實(shí)施例提供用于泄漏電流路徑(其用于耗散泄漏功率),降低危險(xiǎn)電壓或不受管理的電流將對(duì)電路有包括造成短路、電壓尖峰、電擊危險(xiǎn)的諸如火災(zāi)的熱的后果的未預(yù)計(jì)的后果的可能性。此外，通過包括冗余泄漏管理電路，從而在組件失效的場景下，進(jìn)一步降低未預(yù)計(jì)的后果的可能性。降低未預(yù)計(jì)的后果的可能性提高電氣系統(tǒng)的總體安全。

可以在上述的實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)的另一優(yōu)點(diǎn)是，啟用不同的電流路徑提供用于泄漏管理電路,其通過當(dāng)開關(guān)是閉合的時(shí)，提供第一電流路徑用于低功率耗散，并且，當(dāng)開關(guān)是打開的時(shí)，提供泄漏電流路徑用于低功率耗散，從而避免不必要的功率耗散。低功率耗散導(dǎo)致在電路中更少的浪費(fèi)的功率。

可以在上述的實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)的又一優(yōu)點(diǎn)是，泄漏管理電路有效地操作而不需要意識(shí)或認(rèn)識(shí)到開關(guān)狀態(tài)以便維持泄漏管理功能性。這消除對(duì)于監(jiān)測(cè)開關(guān)狀態(tài)用于泄漏管理的需要，并且，可以進(jìn)一步消除對(duì)于與基于狀態(tài)的泄漏管理電路相關(guān)聯(lián)的任何附加的控制器、第二開關(guān)以及附加的功率和/或電路要求的需要。減少的組件導(dǎo)致總體泄漏管理電路的改進(jìn)的可靠性。

在尚未描述的程度上，按照需要可以將各種實(shí)施例的不同的特征和結(jié)構(gòu)彼此組合而使用。一個(gè)特征可以未在所有的實(shí)施例中圖示,這不意味著被解釋為它可能不是本發(fā)明的特征，而是為了描述的簡潔而進(jìn)行。因而，按照需要可以使不同的實(shí)施例的各種特征混合并匹配，以便無論是否清楚地描述新的實(shí)施例，都形成新的實(shí)施例。通過本公開涵蓋本文中所描述的特征的所有的組合或排列。

本書面描述使用包括最佳模式的示例來公開本發(fā)明，并且，還使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明，包括制作并使用任何裝置或系統(tǒng)和執(zhí)行任何合并的方法。本發(fā)明的可取得的專利范圍由權(quán)利要求書定義，并且，可包括本領(lǐng)域的技術(shù)人員想到的其他示例。如果這類其他示例具有沒有不同于權(quán)利要求的文字語言的結(jié)構(gòu)元件，或者如果它們包括具有與權(quán)利要求的文字語言的無實(shí)質(zhì)差異的等效結(jié)構(gòu)元件，則它們意圖處于權(quán)利要求書的范圍之內(nèi)。