CN105074857A - 高电压和高电流电源插座 - Google Patents

Abstract

根据一个方面，本文的实施方式提供包含电源插座的配电设备，电源插座包括：插孔，插孔包含内部导体，内部导体被配置成被耦合到电源并被耦合到***插孔内的外部导体；开关，开关被配置成提供外部导体是否已经充分***插孔内的指示；继电器，其被配置成形成在外部导体和电源之间的第一连接；晶体管，其被配置成与继电器并联耦合以形成在外部导体和电源之间的第二连接；以及控制器，其被配置成基于开关来确定外部导体被移除，响应于外部导体被移除，控制继电器切断第一连接，以及响应于断开继电器，控制晶体管在预定延迟之后切断第二连接。

Description

高电压和高电流电源插座

发明背景

1.发明领域

本文描述的至少一些实施方式总体上涉及电源插座。

2.相关技术的讨论

电器(例如办公室或家用装置、测量仪器、医疗设备、诸如路由器和服务器数据中心装置等)可被配置成接收并操作来自AC或DC源的AC或DC电力。这种电器通常包含被配置成将电器(例如，直接地或经由诸如不间断电源(UPS)的另一个设备)耦合到AC或DC电源插座的电源线，AC或DC电源插座从AC或DC源向电器提供AC或DC电力。

典型的电源线在一端上包含导体，导体被配置成当电源线被耦合到电源插座时与电源插座的导体耦合(即形成与电源插座的导体的电连接)。一旦将电源线和电源插座耦合在一起，来自电源插座的AC或DC电力就经由插座和电源线被提供到电器。从电源插座接收的AC或DC电力可被直接提供到电器或可首先转换成AC电力和/或经由被耦合在电源插座和电器之间的UPS被调节。

发明概述

本发明的至少一个方面涉及包含至少一个电源插座的配电设备，至少一个电源插座包括：壳体；在壳体内的至少一个插孔，至少一个插孔包含内部导体，内部导体被配置成被耦合到电源并被耦合到***至少一个插孔内的外部导体；在壳体内的开关，开关被配置成提供外部导体是否至少已经被***到在至少一个插孔内的预定点的指示；继电器，其被配置成选择性地耦合在外部导体和电源之间，以形成在外部导体和电源之间的第一连接；晶体管，其被配置成被耦合在外部导体和电源之间，与继电器并联，以形成在外部导体和电源之间的第二连接；以及控制器，其被耦合到继电器、晶体管和开关，其中，控制器被配置成基于来自开关的指示确定将外部导体从至少一个插孔移除，响应于对将外部导体从至少一个插孔移除的确定，将继电器控制为断开并切断第一连接，以及响应于断开继电器，将晶体管控制为在预定晶体管延迟之后关断并切断第二连接。

根据一个实施方式，控制器还被配置成基于来自开关的指示确定外部导体被***至少一个插孔内，响应于对外部导体被***至少一个插孔内的确定，将晶体管控制为接通并经由第二连接将电力从电源提供到外部导体，以及响应于接通晶体管，将继电器控制为在预定继电器延迟之后闭合并经由第一连接将电力从电源提供到外部导体。

根据一个实施方式，开关包含具有第一位置和第二位置的机械开关，第一位置向控制器指示外部导体至少已被***到在至少一个插孔内的预定点，第二位置向控制器指示外部导体还没有至少被***到在至少一个插孔内的预定点。在一个实施方式中，机械开关是球式开关(ballswitch)和柱塞转换开关的其中一种。在另一个实施方式中，开关包含光耦合器对，光耦合器对包含被耦合到壳体的光耦合器发射机和位于壳体外部的光耦合器接收机。

根据另一个实施方式，继电器是机械继电器，其包含经由继电器控制线被耦合到控制器的线圈和被配置成选择性地耦合在第二连接中的外部导体和电源之间的触点，以及响应于接通晶体管，控制器被配置成在预定继电器延迟之后经由继电器控制线将继电器控制信号传输到线圈，导致触点被耦合在第一连接中的外部导体和电源之间。在一个实施方式中，响应于对将外部导体从至少一个插孔移除的确定，控制器还被配置成结束继电器控制信号到线圈的传输，导致继电器触点的断开和第一连接的切断。

根据一个实施方式，至少一个电源插座还包含被耦合在控制器和晶体管的栅极之间的晶体管控制线，以及响应于断开继电器，控制器被配置成在预定晶体管延迟之后经由晶体管控制线将第一晶体管控制信号传输到晶体管的栅极，第一晶体管控制信号将晶体管操作为关断并切断第二连接。在一个实施方式中，响应于对外部导体被***至少一个插孔内的确定，控制器还被配置成经由晶体管控制线将第二晶体管控制信号传输到晶体管的栅极，以接通晶体管并经由第二连接将电力从电源提供到外部导体。

根据另一个实施方式，配电设备是包含多个至少一个电源插座的电源板。在一个实施方式中，电源是DC电源。

本发明的另一方面涉及用于控制电源插座的方法，电源插座包含壳体；在壳体内的至少一个插孔，至少一个插孔具有内部导体，内部导体被配置成被耦合到电源并被耦合到被***至少一个插孔内的外部导体；在壳体内的开关；继电器，其被配置成选择性地耦合在外部导体和电源之间；晶体管，其被配置成被耦合在外部导体和电源之间，与继电器并联，该方法包括将外部导体***至少一个插孔内，以将外部导体耦合到内部导体，使用开关提供外部导体被***至少一个插孔内的指示，响应于使用开关的外部导体被***至少一个插孔内的指示，将晶体管控制为接通并经由晶体管将电力从电源提供到外部导体，以及响应于接通晶体管，将继电器控制为在预定继电器延迟之后闭合并经由继电器将电力从电源提供到外部导体。

根据一个实施方式，该方法还包括从至少一个导体移除外部导体，使用开关提供将外部导体从至少一个插孔移除的指示，响应于使用开关的将外部导体从至少一个插孔移除的指示，将继电器控制为断开并切断经由继电器从电源到外部导体的连接，以及响应于断开继电器，将晶体管控制为在预定晶体管延迟之后关断并切断经由晶体管从电源到外部导体的连接。

根据另一个实施方式，开关包含具有第一状态和第二状态的机械开关，第一状态指示外部导体被***至少一个插孔内，以及第二状态指示将外部导体从至少一个插孔移除，其中，将外部导体***至少一个插孔内包含将机械开关配置成处于第一状态，并且其中从至少一个插孔移除外部导体包含将机械开关配置成处于第二状态。

根据一个实施方式，继电器包含经由继电器控制线被耦合到控制器的线圈和被配置成选择性地耦合在电源和外部导体之间的触点，以及其中，将继电器控制为闭合包含将信号传输到继电器，以使触点将电源耦合到外部导体。在一个实施方式中，将继电器控制断开包含结束继电器控制信号到继电器的传输，以切断在电源和外部导体之间经由继电器的连接。

根据另一个实施方式，电源插座还包括被耦合在控制器和晶体管的栅极之间的晶体管控制线，以及其中，将晶体管控制为接通包含将第一信号传输到晶体管的栅极，第一信号操作以接通晶体管并经由晶体管将电源耦合到外部导体。在一个实施方式中，将晶体管控制为关断包含将第二信号传输到晶体管的栅极，第二信号操作以关断晶体管并切断在电源和外部导体之间经由晶体管的连接。

本发明的一个方面涉及包含至少一个电源插座的配电设备和用于使用晶体管切换至少一个电源插座并用于使用继电器将从电源提供的电力传送到外部导体的装置，至少一个电源插座包括：壳体；在壳体内的至少一个插孔，至少一个插孔包括内部导体，内部导体被配置成被耦合到电源并被耦合到被***至少一个插孔内的外部导体。

根据一个实施方式，至少一个电源插座还包括用于确定外部导体是否已经被充分***至少一个电源插座的至少一个插孔内的装置。

附图简述

附图并不旨在按比例绘制。在附图中，在不同的图中示出的每个相同或几乎相同的部件由相似的数字表示。出于清楚的目的，不是在每个附图中都可标出每个部件。在附图中：

图1示出根据本发明的方面的电源插座；

图2示出根据本发明的方面的电源插座的控制电路的方框图；

图3A示出根据本发明的方面的包含球式开关的电源插座；

图3B示出根据本发明的方面的包含光耦合器的电源插座；

图4示出根据本发明的方面的电源插座控制器的示意图；

图5是根据本发明的方面示出用于将插头耦合到的电源插座的过程的流程图；

图6是根据本发明的方面示出用于将插头从电源插座去耦的过程的流程图；以及

图7示出根据本发明的方面的电源板。

详细描述

现在将参考附图详细讨论各种实施方式及其方面。应认识到，本发明在其应用中并不限于在下面的描述中提出或在附图中示出的结构细节和组件布置。本发明能够有其它实施方式并能够以各种方式被实施或被执行。此外，在本文使用的短语和术语是出于描述的目的，且不应被视为是限制性的。在本文中对“包含”、“包括”或“具有”、“含有”、“涉及”及其变形的使用旨在包括在其后列出的项目及其等效形式以及额外的项目。

如上面讨论的，电器可被配置成经由被耦合到电源插座的电源线接收来自AC或DC源的电力。这种公共电源线也可被配置成容易耦合到电源插座并从电源插座去耦(即插到电源插座/从电源插座拔去)。

在AC***中，且更具体地在DC***中，突然将电源线的导体耦合到有源电源插座的导体和突然将电源线的导体从有源电源插座的导体去耦(将电源线突然耦合到电源插座或突然从电源插座去耦)可引起电弧放电和/或***损坏，特别是在高电压或电流下。例如，用户突然将电源线的导体从有源电源插座的导体(向电源线提供高电压)去耦可导致在电源线和电源插座之间的电弧放电，导致使用户受伤或对***的损坏。对于使用DC电力的***，这个问题可能更大。

为了避免这种电弧放电和***损坏问题，一种方法是将继电器合并到电源插座内，以控制来自在电源插座处的电源的电力何时被提供到电源线的导体(即到电器或负载)，其中电源线的导体被耦合到电源插座或从电源插座去耦。在这种***中，继电器被配置成切换电源插座(即确定电力何时被提供到负载)并传送被提供到负载(经由电源线)的电力。这种方法可能在一些高电压AC***中且更具体地在高DC电压和/或高电流***中是不可行的，因为继电器的接通或断开可能仍然导致在插座的导体和电源线的导体之间的电弧放电。这种电弧放电可使继电器变热或继电器的触点退化。

另一方法是包含电源插座内的晶体管，晶体管充当开关，以控制来自在电源插座处的电源的电力何时被提供到电源线的导体(即到电器或负载)，其中电源线的导体被耦合到电源插座或从电源插座去耦。在这种实施方式中，晶体管被配置成切换电源插座(即控制电力何时被提供到负载)并传送被提供到负载(经由电源线)的电力。该方法可能在高DC或AC电压和/或高电流环境中不是合乎需要的，因为晶体管具有内在***损耗(即电压降)，内在***损耗随着时间可导致晶体管过热。

本文所述的至少一些实施方式提供了电源插座，电源插座包含继电器和晶体管，继电器和晶体管被并联耦合，从而使得晶体管控制电源插座的切换并使得继电器传送被提供到被耦合到电源插座的负载的电力。通过使用晶体管切换电源插座并使用继电器传送负载，可减少上面所识别的电弧放电和损坏问题。

图1示出根据本发明的一个方面的DC电源插座100。根据一个实施方式，DC电源插座100是被配置成与DC电力一起使用的AC型电源插座；然而，在其它实施方式中，可使用另一类型的DC或AC电源插座。此外，虽然示出了DC电源插座，其它实施方式可使用AC电源插座。DC电源插座100包含壳体101。壳体101包含外部区域102、中心柱110、多个插孔106、开口104和多个外部导体108。外部区域102含有开口104和中心柱110。开口104位于外部区域102和中心柱110之间。中心柱110包含多个插孔106。多个插孔106中的每一个包含在其中的内部导体。多个外部导体108从外部区域102向外延伸。多个外部导体108中的每一个也延伸到壳体101内并被耦合到插孔106的内部导体。

DC电源插座100被配置成耦合到电器的电源线。根据一个实施方式，电源线包含在一端处被配置成与DC电源插座100耦合的连接器。例如，在一个实施方式中，电源线的连接器(例如插头)被配置成被***开口104内并含有中心柱110。在被***开口104内并含有中心柱110之后，电源线连接器的外部导体被***多个插孔106中的每一个内。电源线连接器的每一个外部导体延伸到其相应插孔106内并与插孔106内的内部导体接触。在被连接到插孔106内的内部导体之后，电源线连接器的导体也被电耦合到多个外部导体108的其中一个。

多个外部导体108被配置成耦合到外部DC电源。在一个实施方式中，多个插座100可被包含在配电单元(例如电源板)内，其中每个外部导体108被耦合到配电单元中的内部导体。在另一个实施方式中，多个外部导体108可替代地位于被耦合到外部区域102的软线的端部，而不是从外部区域102延伸。在这种实施方式中，位于软线的端部的多个外部导体108可被***另一个插座(例如墙壁插座或DC配电单元)内，其中另一个插座被耦合到DC电源。在另一个实施方式中，多个外部导体108被移除，且在插孔106的每一个内的内部导体被直接耦合到DC电源(例如，经由软线(cord)或电线(wire))。

根据一个实施方式，DC电源插座100是国际电工技术委员会(IEC)320C13母型耦合器，其被配置成连接到IEC320C14公型入口(例如，在被耦合到电器的电源线的端部处)。然而，在其它实施方式中，DC电源插座100可以是被配置成被连接到其相应的IEC320或60320标准入口的任何类型的IEC320或60320标准耦合器。

一旦DC电源被耦合到负载(例如，经由外部导体108、在插孔106内的内部导体和电源线的导体)，DC电源就能够向负载提供DC电力。然而，如上所述，电源线的导体到插孔106的***和电源线的导体从插孔106的移除(即导体到DC插座100的内部导体的耦合和导体从DC插座100的内部导体的去耦)可导致电弧放电或***损坏问题。因此，在DC插座100内或附近的控制电路操作以控制来自DC电源的DC电力何时被提供到负载，以减少潜在的电弧放电和损坏问题。

图2是根据本文所述的一个实施方式的DC电源插座100内的控制电路200的方框图。图2示出与负载220和DC电源218有关的控制电路200，DC电源插座100耦合到负载220和DC电源218。例如，负载220可以是如上所述经由电源线耦合到DC电源插座100的电器，而DC源218也可如上所述耦合到外部导体108(或直接到DC电源插座100)。

控制电路200包含控制器202、继电器204和晶体管210。继电器204包含线圈206和触点208。根据一个实施方式，晶体管210是绝缘栅双极晶体管(IGBT)；然而，在其它实施方式中，可使用诸如场效应晶体管(FET)或双极结晶体管(BJT)的任何类型的晶体管。

控制器202经由继电器控制线215被耦合到继电器204的线圈206并经由晶体管控制线216被耦合到晶体管210的栅极212。继电器204的触点208耦合在电源218的负侧221和负载220之间。晶体管210与继电器204的触点208并联耦合，使得晶体管210的源214被耦合到DC源218的负侧221，且晶体管210的漏极217被耦合到负载220。DC源218的正侧219也被耦合到负载220。

控制器202被配置成感测被耦合到负载220的电源线的连接器(例如，插头)何时被耦合到DC电源插座100。例如，在一个实施方式中，控制器202被配置成确定电源线连接器的导体何时被充分***DC电源插座100的插孔106内(即至少插到插孔106内的特定点处)。根据一个实施方式，控制器202监控开关的状态，开关的状态提供电源线连接器的导体是否被充分***插孔106内的指示。例如，在一个实施方式中，当电源线连接器的导体未被充分***插孔106内(即，未被至少插到插孔106内的特定点)时，开关断开，并当电源线连接器的导体被充分***插孔106内(即至少***到插孔106内的特定点)时，开关闭合。根据一个实施方式，开关是机械开关，当电源线连接器的导体被部分地***DC电源插座100的插孔106内(或根本未被***)时，机械开关被断开，并当电源线连接器的导体充分***DC电源插座100的插孔106内时，机械开关闭合。

图3A示出根据本文所述的一个实施方式的DC电源插座100，DC电源插座100包含机械开关320。如图3A所示，机械开关320是球式开关；然而，在其它实施方式中，可使用诸如柱塞转换开关的不同类型的机械开关。DC电源插座100还包含壳体101，壳体101包含如上所述的外部区域102、开口104、中心柱110和多个插孔106。机械开关320位于外部区域102内在靠近开口104的底部区域321的位置处。根据一个实施方式，机械开关320包含球(或椭球)304、弹簧306和按钮308。机械开关320穿过外部区域102延伸，使得球304的一部分延伸到开口104内。弹簧位于球304和按钮308之间。按钮308可被耦合到控制器202(如在图2中看到的)。

如上所述，DC电源插座100被配置成被耦合到负载(例如，电器)的电源线连接器300(例如，插头)。连接器300包含壳体301、开口303和多个外部导体302。壳体301含有开口303，其包含多个导体302。多个导体302经由电源线(或直接)被耦合到负载，并被配置成将电力从电源插座100提供到负载。

当插头300和DC电源插座100被去耦时，机械开关320的按钮308延伸(即，机械开关320断开)且控制器202感测到插头300未被充分***DC电源插座100内(即，因为插头300没有被足够远地插到插座100内以改变开关320的配置)。当用户希望将插头300耦合到DC电源插座100时，用户将插头300的壳体301***开口104内。当插头300的壳体301被***开口104内时，多个导体中的每一个也被***插孔106内。

如上面讨论的，一旦外部导体302***在插孔106内(即使插头300未被充分***插座100的开口104内)，它就可被耦合到在插孔106内的内部导体316，其也被耦合到DC电源(例如，经由外部导体、直接地或经由电源线)。因此，一旦外部导体302被耦合到插孔106内的内部导体316，被耦合到导体302的负载能够从被耦合到内部导体316的DC电源向其提供DC电力。当导体302被耦合到插孔106内的内部导体316但插头300还没有被充分***插座100的开口104内时，机械开关320的按钮308保持延伸(即，当插头300还未到达机械开关320时，机械开关320保持断开)，且控制器202继续感测插头300没有被充分***DC电源插座100内。

当插头300的壳体301被充分***插座100的开口104内(即，插头300的壳体301***到机械开关320的点)时，将壳体301压住球304。球304在外部区域102内在垂直于开口301的移动的方向上移动，并被推压弹簧306。将弹簧306压缩并推压按钮308。由球304和弹簧306推的按钮308被压下(即，机械开关320闭合)且控制器202感测到插头300已被充分***DC电源插座100内。

当用户希望将插头300从插座100去耦时，用户用力拉插头300的壳体301并开始将壳体301从插座100的开口104移除。当将壳体301从开口104移除时，导体302也从插孔106被移除。一旦壳体301不再与开关320的球304接触，弹簧306就解压缩，将球304推回到开口104内并允许按钮308延伸(即，机械开口320断开)。一旦被延伸，按钮308就向控制器202提供插头300从DC电源插座100被移除(即，当插头300不再延伸到在插座100内的开关320时)的指示。然而，即使机械开关320断开(指示插头300只被部分地耦合到插座100)，导体仍可保持耦合到插孔106的内部导体316。用户继续用力拉壳体301，直到将壳体310完全从开口104移除并将导体302完全从插孔106的内部导体316去耦。

根据其它实施方式，DC电源插座可包含能够向控制器202提供插头300是否被充分耦合到插座100的指示的其他类型的开关。例如，在一个实施方式中，开关是光耦合器对。图3B示出根据本文所述的一个实施方式的包含光耦合器对310、314的DC电源插座330。除了由光耦合器对310、314代替图3A的机械开关320以外，图3B所示的DC电源插座330实质上与图3A所示的DC电源插座100相同。

如在图3B中所示的，光耦合器对的光耦合器发射机314被耦合到插座330的中心柱110，且光耦合器对的光耦合器接收机310位于在插座330外部的位置。光耦合器接收机310也被耦合到控制器202。当将插头300和DC电源插座330去耦时，由发射机314发射的信号被接收机310接收，向控制器202指示插头300没有被充分***DC电源插座330内。当用户将插头300的壳体301***插座330的开口104内时，如上所述，壳体301阻挡由发射机314发射的信号且接收机310不再接收信号，向控制器202指示插头300已被***插座330内。

根据一个实施方式，光耦合器对310、314可被配置成使得在发射机314和接收机310之间的传输只有当插头300的壳体304被充分***插座330的开口104内时才被阻挡。因此，在这种实施方式中，当将插头300***插座330内时，在光耦合器对310、314向控制器202指示插头300充分***插座330内之前，插头300的导体302可被耦合到插孔106的内部导体316。类似地，当将插头300从插座330移除时，插头300的导体302可保持耦合到插孔106的内部导体316，即使在光耦合器对310、314已经向控制器202指示插头300从插座330被移除之后。

返回参考图2，现在将进一步描述插座100的操作。插座330使用光学开关代替插座100的机械开关以类似的方式操作。控制器202如上所述基于在插座100内的开关(例如，机械开关320、光耦合器对310或其它类型的开关)的状态来确定电源线(被耦合到负载220)的插头300何时被充分***DC电源插座100内。一旦控制器202感测到插头300被充分***插座100内(例如，因为机械开关320闭合或光耦合器传输被阻挡)，控制器202就操作控制电路200以向负载220提供电力。

在从开关320接收到插头300被充分***插座100内的指示之后，控制器202经由晶体管控制线216将信号发送到晶体管210的栅极212，以接通晶体管210，从而将负载220耦合到DC源218的负侧221。被接通之后，晶体管210将电力从DC源218传送到负载220。

在预定继电器延迟(例如，由在控制器202内的电路或控制器202的编程确定)之后，控制器202经由继电器控制线215将信号传输到继电器204的线圈206。穿过线圈206的信号感应出迫使继电器204的触点208闭合的磁场，从而将负载220耦合到DC源218的负侧221。根据一个实施方式，预定继电器延迟在10到100ms的范围内；然而，在其它实施方式中，继电器延迟可被定义为任何适当的值。

当在负载220和DC源218之间经由继电器204的连接的电阻小于在负载220的DC源218之间经由晶体管210的连接的电阻时，一旦继电器204闭合，从DC源218提供到负载220的电力就由继电器204传送。根据一个实施方式，当将电力经由继电器204从DC源218提供到负载220时，晶体管210的接通或断开状态与被提供到负载220的电力无关。控制器202可通过经由晶体管控制线216到栅极212的信号来保持晶体管210接通或使晶体管210断开，且晶体管210的当前状态将不影响经由继电器204被提供到负载220的电力。从DC源218提供到负载220的电力可由继电器204传送，直到用户希望将电源线的插头300从电源插座100去耦为止。

一旦用户开始从插座100移除插头300，在插座100内的开关(例如，机械开关320、光耦合器对310、314或另一类型的开关)就向控制器202提供插头300从插座100被移除的指示。在确定插头300从插座100被移除(例如，基于机械开关320的断开状态或光耦合器传输被阻挡)之后，但在DC插座100和插头300之间的电连接完全被切断之前(当插头300的导体302仍然被耦合到插孔106内的内部导体316时)，控制器202确认晶体管210接通并结束穿过先前产生磁场的线圈206的信号的传输。因此，继电器204的触点208断开，从而切断在负载220和DC电源218之间经由继电器204的连接。

一旦在负载220和DC电源218之间经由继电器204的连接被切断，电力就再次经由晶体管210(根据一些实施方式，当将电力经由继电器204提供到负载220时，其可保持持续接通，或在继电器204的断开之前，恢复接通)从DC源218被提供到负载220。在预定继电器延迟(例如，由在控制器202内的电路或控制器202的编程确定)之后，控制器202经由晶体管控制线216将信号传输到晶体管210的栅极212，以关断晶体管210，从而将负载220从DC源218的负侧221完全去耦并停止将电力从DC电源插座100提供到负载220。然后可由用户完成电源线从电源插座100的完全分离。根据一个实施方式，预定继电器延迟在10到100ms的范围内；然而，在其它实施方式中，继电器延迟可被定义为任何适当的值。

晶体管210(而不是继电器204或内部导体)被配置成从插座100提供到负载220的电力换向。相应地，通过使用晶体管210切换电源插座100(即，确定何时将电力从插座100提供到负载220)并使用继电器204将电力传送到负载220，可减少上面识别的电弧放电和损坏问题。

图4是根据本文所述的一个实施方式的控制器202的更详细的示意图。控制器202包含第一或门404、第二或门410、第一电容器(具有电容C1)408、第二电容器(具有电容C2)416、第一电阻器(具有电阻R1)406、第二电阻器(具有电阻R2)412、第三电阻器(具有电阻R3)414、接地418、晶体管控制线216和继电器控制线215。

根据一个实施方式，机械开关320选择性地耦合在控制器电源402(例如，5V电源)和第一或门404的第一输入端子401之间。第一或门404的第一输入端子401也经由第二电阻器412被耦合到第二或门410的第一输入端子407并经由第三电阻器414被耦合到接地418。第二或门410的第二输入端子409被耦合到第二或门410的第一输入端子407并经由第二电容器416被耦合到接地418。继电器控制线215被耦合到第二或门410的输出端411。第一或门404的第二输入端子403经由第一电阻器406被耦合到继电器控制线215并经由第一电容器408被耦合到接地。晶体管控制线216被耦合到第一或门404的输出端405。

现在关于图5和6描述控制器202的操作。图5是示出用于将插头300耦合到DC电源插座100的过程的流程图。在框502处，将插头300从DC电源插座100断开连接，开关320断开(向控制器202提供插头300未被充分耦合到DC电源插座100的指示)，且控制器202不向晶体管210或继电器204提供控制信号。

在框504处，当将插头300从插座100断开连接时，控制器202持续监控由开关320提供的插头300已被充分***插座100内(即，插头300已至少***到在插座100内的开关320的位置)的指示。在框506处，做出开关320是否断开或闭合的确定。响应于开关320断开(因为插头300未被充分***插座100内)，未将电源电压402提供到控制电路202且控制器202不向晶体管210或继电器204提供控制信号。

在框508处，响应于开关320闭合，将电源电压402提供到或门404的第一输入端子403，从而将或门404的输出端405驱动到高。在第一或门404的输出端405处的高信号作为晶体管控制信号经由晶体管控制线216被提供到晶体管210的栅极212。在晶体管控制线216上的高晶体管控制信号使晶体管210接通，从而将负载220耦合到DC源218。在框510处，来自DC源218的电力经由晶体管210被提供到负载220。

一旦响应于插头300被充分***插座100内而闭合开关320，就也经由第二电阻器412将电源电压402提供到第二或门410的第一输入端子407和第二输入端子409。在框514处，在由时间常数R2/C2定义的预定继电器延迟512之后，被提供到第二或门410的电压将第二或门410的输出端411驱动到高。在第二或门410的输出端411处的高信号作为继电器控制信号经由继电器控制线215被提供到继电器204的线圈206。穿过线圈206的高继电器控制信号感应出迫使继电器204的触点208闭合的磁场，从而将负载220耦合到DC源218。根据一个实施方式，一旦继电器闭合，晶体管210就可保持接通或可被关断。

在框516处，由于如与晶体管210比较的继电器触点208的相对低的电阻，来自DC源218的电力经由继电器204被提供到负载220。根据一个实施方式，R2具有1kohm的值，而C2具有1μF的值；然而，在其它实施方式中，R2和C2的值可被定义为任何适当的值。

通过首先使用晶体管210接通插座100并接着随后使用继电器204将电力传送到负载220，可避免与使用晶体管210传送电力有关的***损耗问题和与使用继电器204接通插座100有关的接触退化问题。

图6是示出用于将插头300从DC电源插座100去耦的过程的流程图。在框602处，插头300被充分耦合到DC电源插座100，开关320闭合，且控制器202向继电器204提供控制信号，以使继电器204的触点208闭合，从而经由继电器204将负载220耦合到DC电源218。

在框604处，当将插头300充分连接到插座100时，控制器202持续监控由开关320提供的插头300从插座100被移除(即，插头300不再至少在开关320的位置处***插座100内)的指示。在框606处，做出开关320断开或闭合的确定。响应于开关320保持闭合(因为插头300被充分***插座100内)，电源电压402继续被提供到控制器202的第二或门410，从而将继电器控制信号驱动到高。如在图4中可看到的，在继电器控制线215上的高继电器控制信号也被提供到第一或门404的第二端子403，从而将在晶体管控制线216上的晶体管控制信号驱动到高。

在框608处，响应于开关320断开(例如，响应于开始将插头300从插座100移除)，将电源电压402从第一或门404的第一端子401以及第二或门410的第一和第二端子407、409断开连接。因此，在第二或门410的输出端411上的继电器控制信号变低。在继电器控制线215上的低继电器控制信号(被提供到线圈206)导致继电器204的触点208断开，从而切断在负载220和DC源218之间经由继电器204的连接。随后，在框610处，当晶体管通过在晶体管控制线216上的高晶体管控制信号保持接通(由在第二端子403处的高信号驱动)时，再次将电力经由晶体管210从DC源218提供到负载220。

一旦继电器204断开且在由时间常数(R1/C1)/(R2/C2)定义的预定继电器延迟612之后，在框614处，在继电器控制线215上的低继电器控制信号就被提供到第二端子403，导致在输出端405处的晶体管控制信号变低。在晶体管控制线216上的低晶体管控制信号被提供到晶体管210，使晶体管断开并从而将负载220从DC电源218去耦。在框616处，当负载220不再被耦合到DC源218时，可将插头300完全从插座100移除(即，可将插头300的导体302从在插孔106内的内部导体316去耦)。根据一个实施方式，R1具有10kohm的值，而C1具有1μF的值；然而，在其它实施方式中，R1和C1的值可被定义为任何适当的值。

通过首先使用继电器204停止传送电力并接着随后使用晶体管断开插座100，可避免与使用晶体管210传送电力有关的***损耗问题和与使用继电器204接通插座100有关的接触退化问题。

如在本文所述的，继电器204和晶体管210被并联耦合在负载220和DC源218的负侧221之间；然而，在其它实施方式中，继电器204和晶体管210可被并联耦合在负载220和DC源218的正侧219之间。

如在本文所述的，DC电源插座100被配置成被耦合到具有三个导体302的插头300；然而，在其它实施方式中，DC电源插座100可被配置成被耦合到具有任何数量的导体的任何类型的插头。

如也在本文所述的，DC电源插座100是单一单元；然而，在其它实施方式中，DC电源插座100可以是DC配电单元(例如，电源板)的多个DC电源插座100的其中一个。例如，图7示出根据本文所述的实施方式的DC电源板700。DC电源板700包含壳体702。在壳体702内的是多个DC电源插座100，如上所述，每一个被配置成被耦合到电源并被耦合到电器的插头。如图7中所示，DC电源板700包含被布置在三个一行的两行中的六个DC电源插座100；然而，在其它实施方式中，DC电源板700可包含被布置在任何类型的配置中的任何数量的DC电源插座100。

此外，如上面讨论的，可与AC和DC电源插座一起使用本文所述的实施方式的一些方面。

因此，本文所述的至少一些实施方式提供包含继电器和晶体管的电源插座，继电器和晶体管被并联耦合以使得晶体管切换电源插座且继电器传送电力，其中将电力提供到被耦合到电源插座的负载。通过使用晶体管切换电源插座并使用继电器传送负载，可减少上面识别的潜在的电弧放电和损坏问题。

在这样描述了本发明的至少一个实施方式的几个方面后，应认识到，本领域中的技术人员将容易想到各种变更、修改和提高。这种变更、修改和提高旨在是本公开的一部分，且旨在本发明的精神和范围内。相应地，前述说明和附图仅仅作为示例。

Claims (20)

1.一种配电设备，其包含至少一个电源插座，所述至少一个电源插座包括：

壳体；

在所述壳体内的至少一个插孔，所述至少一个插孔包含内部导体，所述内部导体被配置成被耦合到电源并被耦合到***到所述至少一个插孔内的外部导体；

在所述壳体内的开关，所述开关被配置成提供所述外部导体是否至少被***到所述至少一个插孔内的预定点的指示；

继电器，所述继电器被配置成选择性地耦合在所述外部导体和所述电源之间以形成在所述外部导体和所述电源之间的第一连接；

晶体管，所述晶体管被配置成被耦合在所述外部导体和所述电源之间，与所述继电器并联，以形成在所述外部导体和所述电源之间的第二连接；以及

控制器，所述控制器被耦合到所述继电器、所述晶体管和所述开关，其中，所述控制器被配置成：

基于来自所述开关的所述指示，确定所述外部导体从所述至少一个插孔被移除；

响应于对所述外部导体从所述至少一个插孔被移除的确定，将所述继电器控制为断开并且切断所述第一连接；以及

响应于断开所述继电器，将所述晶体管控制为在预定晶体管延迟之后关断并切断所述第二连接。

2.如权利要求1所述的配电设备，其中，所述控制器还被配置成：

基于来自所述开关的所述指示，确定所述外部导体被***到所述至少一个插孔内；

响应于对所述外部导体被***到所述至少一个插孔内的确定，将所述晶体管控制为接通，并经由所述第二连接将来自所述电源的电力提供给所述外部导体；以及

响应于接通所述晶体管，将所述继电器控制为在预定继电器延迟之后闭合，并经由所述第一连接将来自所述电源的电力提供给所述外部导体。

3.如权利要求2所述的配电设备，其中，所述开关包含具有第一位置和第二位置的机械开关，所述第一位置向所述控制器指示所述外部导体至少已被***到所述至少一个插孔内的所述预定点，所述第二位置向所述控制器指示所述外部导体还没有至少被***到所述至少一个插孔内的所述预定点。

4.如权利要求3所述的配电设备，其中，所述机械开关是球式开关和柱塞转换开关中的一种。

5.如权利要求2所述的配电设备，其中，所述开关包含光耦合器对，所述光耦合器对包含被耦合到所述壳体的光耦合器发射机和位于所述壳体外部的光耦合器接收机。

6.如权利要求2所述的配电设备，其中，所述继电器是机械继电器，所述机械继电器包含经由继电器控制线被耦合到所述控制器的线圈和被配置成选择性地耦合在处于所述第二连接中的所述外部导体和所述电源之间的触点，以及

其中，响应于接通所述晶体管，所述控制器被配置成在所述预定继电器延迟之后经由所述继电器控制线将继电器控制信号传输到所述线圈，导致所述触点被耦合在处于所述第一连接中的所述外部导体和所述电源之间。

7.如权利要求6所述的配电设备，其中，响应于对所述外部导体从所述至少一个插孔被移除的确定，所述控制器还被配置成结束所述继电器控制信号到所述线圈的传输，导致所述继电器触点的断开和所述第一连接的切断。

8.如权利要求2所述的配电设备，其中，所述至少一个电源插座还包括被耦合在所述控制器和所述晶体管的栅极之间的晶体管控制线，以及

其中，响应于断开所述继电器，所述控制器被配置成在所述预定晶体管延迟之后经由所述晶体管控制线将第一晶体管控制信号传输到所述晶体管的所述栅极，所述第一晶体管控制信号将所述晶体管操作为关断并切断所述第二连接。

9.如权利要求8所述的配电设备，其中，响应于对所述外部导体被***到所述至少一个插孔内的确定，所述控制器还被配置成经由所述晶体管控制线将第二晶体管控制信号传输到所述晶体管的所述栅极，以便接通所述晶体管并经由所述第二连接将来自所述电源的电力提供给所述外部导体。

10.如权利要求2所述的配电设备，其中，所述配电设备是包含多个所述至少一个电源插座的电源板。

11.如权利要求1-10中的任一项所述的配电设备，其中，所述电源是DC电源。

12.一种用于控制电源插座的方法，所述电源插座包含：壳体；在所述壳体内的至少一个插孔，所述至少一个插孔具有内部导体，所述内部导体被配置成被耦合到电源并被耦合到***到所述至少一个插孔内的外部导体；在所述壳体内的开关；继电器，所述继电器被配置成选择性地耦合在所述外部导体和所述电源之间；以及晶体管，所述晶体管被配置成被耦合在所述外部导体和所述电源之间，与所述继电器并联，所述方法包括：

将所述外部导体***到所述至少一个插孔内，以将所述外部导体耦合到所述内部导体；

使用所述开关提供所述外部导体被***到所述至少一个插孔内的指示；

响应于通过所述开关的所述外部导体被***到所述至少一个插孔内的指示，将所述晶体管控制为接通并经由所述晶体管将来自所述电源的电力提供给所述外部导体；以及

响应于接通所述晶体管，在预定继电器延迟之后将所述继电器控制为闭合并经由所述继电器将来自所述电源的电力提供给所述外部导体。

13.如权利要求12所述的方法，还包括：

从所述至少一个导体移除所述外部导体；

使用所述开关提供所述外部导体从所述至少一个插孔被移除的指示；

响应于通过所述开关的所述外部导体从所述至少一个插孔被移除的指示，将所述继电器控制为断开并切断经由所述继电器的从所述电源到所述外部导体的连接；以及

响应于断开所述继电器，在预定晶体管延迟之后将所述晶体管控制为关断并切断经由所述晶体管的从所述电源到所述外部导体的连接。

14.如权利要求13所述的方法，其中所述开关包含具有第一状态和第二状态的机械开关，所述第一状态指示所述外部导体被***到所述至少一个插孔内，以及所述第二状态指示所述外部导体从所述至少一个插孔被移除，

其中，将所述外部导体***到所述至少一个插孔内包含将所述机械开关配置成处于所述第一状态中，并且

其中，从所述至少一个插孔移除所述外部导体包含将所述机械开关配置成处于所述第二状态中。

15.如权利要求13所述的方法，其中，所述继电器包含经由继电器控制线耦合到所述控制器的线圈和被配置成选择性地耦合在所述电源和所述外部导体之间的触点，以及

其中，将所述继电器控制为闭合包含将信号传输到所述继电器，以使所述触点将所述电源耦合到所述外部导体。

16.如权利要求15所述的方法，其中，将所述继电器控制为断开包含结束所述继电器控制信号到所述继电器的传输，以切断在所述电源和所述外部导体之间经由所述继电器的连接。

17.如权利要求13所述的方法，其中，所述电源插座还包括被耦合在所述控制器和所述晶体管的栅极之间的晶体管控制线，以及

其中，将所述晶体管控制为接通包含将第一信号传输到所述晶体管的所述栅极，所述第一信号操作以接通所述晶体管并经由所述晶体管将所述电源耦合到所述外部导体。

18.如权利要求17所述的方法，其中，将所述晶体管控制为关断包含将第二信号传输到所述晶体管的所述栅极，所述第二信号操作以关断所述晶体管并切断在所述电源和所述外部导体之间经由所述晶体管的连接。

19.一种配电设备，其包含至少一个电源插座，所述至少一个电源插座包括：

壳体；

在所述壳体内的至少一个插孔，所述至少一个插孔包含内部导体，所述内部导体被配置成耦合到电源并被耦合到被***到所述至少一个插孔内的外部导体；以及

用于使用所述晶体管切换所述至少一个电源插座并用于使用所述继电器将从所述电源提供的电力传送到所述外部导体的装置。

20.如权利要求19所述的配电设备，其中，所述至少一个电源插座还包括用于确定所述外部导体是否已被充分***到所述至少一个电源插座的所述至少一个插孔内的装置。