具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本申请将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。

所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有这些特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方式、组元、材料、装置或等。在这些情况下，将不详细示出或描述公知结构、方法、装置、实现、材料或者操作。

附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

本领域技术人员可以理解，附图只是示例实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本申请所必须的，因此不能用于限制本申请的保护范围。

本申请提出一种新的适用于多总线的无极性电子总线隔离开关，可以解决现有总线隔离开关存在的性能稳定差，可靠性低，功耗大，无法实现无极性连接，现场安装维护复杂的性能要求。

下面将参照附图，对根据本申请实施例的无极性电子总线隔离开关进行详细说明。

图1示出根据一示例性实施例的一种无极性总线隔离开关的原理图。

参见图1，根据本申请实施例的无极性总线隔离开关包括开关单元11a和11b、总线检测电路17、开关控制电路13及电压生成电路15。

如图1所示，总线隔离开关至少包括两个开关单元11a和11b，分别串联于总线线路上；总线检测电路17检测开关单元11a和11b所在的总线线路的状态，并基于检测结果输出开关控制信号，与至少开关单元11a和11b均并联；电压生成电路15，与总线检测电路17耦接，输出控制电压；开关控制电路13，与总线检测电路17和电压生成电路15耦接，与至少开关单元11a和11b均电连接，基于所述开关控制信号向至少两个开关单元11a和11b输出所述控制电压，从而控制至少两个开关单元11a和11b导通或关断。

开关单元11a和11b分别串联于总线上，开关控制电路13与每个开关单元11a和11b相连，总线检测电路17与开关单元11a和11b均并联，开关控制电路13，电压生成电路15，总线检测电路17三个电路串联，形成一个回路。

根据一些实施例，开关单元11a和11b为两个晶闸管串联，每个晶闸管拥有自己的寄生体二极管。一条总线上串联两个晶闸管可以使总线在出现故障时，完全隔离故障，使总线上无电流。

根据一些实施例，晶闸管为P-MOS管或N-MOS管。

根据一些实施例，晶闸管为N-MOS管时，电压生成电路15产生高于总线任一线路的最高电压；或晶闸管为P-MOS管时，电压生成电路15产生低于总线任一线路的最低电压。生成电压可以控制晶闸管的开通。

根据一些实施例，电压生成电路15包括负电压生成电路或高电压生成电路。

根据一些实施例，电压生成电路15包括PWM电路或电荷泵电路，或通过开关电源芯片产生。

根据一些实施例，开关控制电路13包括P-MOS开关控制电路13或N-MOS开关控制电路13。

根据一些实施例，总线检测电路17的功能，可以通过分离硬件实现自动控制；或通过编程器件实现自动控制，包括MCU。

根据一些实施例，总线检测电路17检测总线线路情况，若总线线路任意一侧短路，则所述总线检测电路17输出信号使开关控制电路13工作，开关控制电路13使开关单元11a和11b关断。

根据一些实施例，总线检测电路17检测总线线路情况，若总线线路两侧正常，则所述总线检测电路17输出信号使开关控制电路13工作，开关控制电路13使开关单元11a和11b导通。

根据一些实施例，若晶闸管为P-MOS管时，则电压生成电路15为负电压生成电路，开关控制电路13为P-MOS开关控制电路13。

根据一些实施例，若晶闸管为N-MOS管时，则电压生成电路15为高电压生成电路，开关控制电路13为N-MOS开关控制电路13。

图2示出本申请提供的一种无极性总线隔离开关的总线检测电路的电路图。

参见图2，总线检测电路包括电源输出电路25、第一整流桥电路21a、第二整流桥电路21b、第一总线检测电路23a及第二总线检测电路23b。

如图2所示，第一总线检测电路23a包括第一输入节点T11、第一总线检测信号输出节点T61、第一输出节点T21及第五电压输入节点T35；第一输入节点T11用于接收经过第一整流桥后的总线电压信号以使得第一输入节点T11控制第一总线检测信号输出节点T61的关断或导通；第一总线检测信号输出节点T61电连接开关控制单元的控制信号输入节点。

如图2所示，第一整流桥电路21a包括第一电压输入节点T31、第一电压输出节点T41及第二输出节点T22；第二输出节点T22电连接第一输入节点T11。第一整流桥电路21a交流端连接于总线同侧，即至少两个开关单元同侧,规定为一侧。

如图2所示，第二总线检测电路23b包括第二输入节点T12及第三输入节点T13；第二输入节点T12用于接收经过第二整流桥后的总线电压信号以使得第二输入节点T12控制第三输入节点T13的关断或导通；第三输入节点T13电连接第一输出节点T21。

如图2所示，第二整流桥电路21b包括第二电压输入节点T32、第二电压输出节点T42及第三输出节点T23；第三输出节点T23电连接第二输入节点T12。第一整流桥电路21b交流端连接于总线同侧，即至少两个开关单元同侧，规定为另一侧。

如图2所示，电源输出电路25包括第三电压输入节点T33、第四电压输入节点T34、第三电压输出节点T43及第四电压输出节点T44；第一电压输出节点T41电连接第三电压输入节点T33；第二电压输出节点T42电连接第四电压输入节点T34。

如图2所示，第一整流桥电路21a包括第一整流桥UR1。第二整流桥电路21b包括第二整流桥UR2。

电源输出电路25包括第九二极管D9、第十二极管D12、第十一电容C11、第十四电容C14及低压差线性稳压器LDO。

第一总线检测电路23a包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第一电容C1、第二电容C2、第一开关管N1及第二开关管N2。

第二总线检测电路23b包括第二十四电阻R24、第二十五电阻R25、第二十六电阻R26、第二十七电阻R27、第十二电容C12、第十三电容C13、第九开关管N9及第十开关管N10。

如图2所示，第一开关管为PNP型，第二开关管为NPN型；第一电阻R1一端电连接第一整流桥UR1直流输出正端，第一电阻R1另一端与第二电阻R2一端串联，第二电阻R2另一端接地，第一整流桥UR1直流输出负端接地，第九二极管D9正极电连接第一电阻R1一端，负极电连接第三电压输出节点T43；第一电容C1与第一电阻R1并联；第一电阻R1一端电连接第一开关管N1基极，另一端电连接第一开关管N1发射极；第三电阻R3一端电连接第一开关管N1集电极，另一端电连接第二开关管N2基极；第二电容C2一端电连接第二开关管N2基极，另一端接地；第四电阻R4一端电连接第二开关管N2基极，另一端接地；第五电阻R5一端电连接第二开关管N2集电极，另一端电连接第五电压输入节点T35；第二开关管N2集电极电连接第一总线检测信号输出节点T61。

如图2所示，第一整流桥UR1交流输入端接总线同侧。

如图2所示，第九开关管N9为PNP型，第十开关管N10为NPN型；第二十四电阻R24一端电连接第二整流桥UR2直流输出正端，第二十四电阻R24另一端与第二十五电阻R25一端串联，第二十五电阻R25另一端接地，第二整流桥UR2直流输出负端接地，第十二极管D12正极电连接第二十四电阻R24一端，负极电连接第三电压输出节点T43；第十二电容C12与第二十四电阻R24并联；第二十四电阻R24一端电连接第九开关管N9基极，另一端电连接第九开关管N9发射极；第二十六电阻R26一端电连接第九开关管N9集电极，另一端电连接第十开关管N10基极；第十三电容C13一端电连接第十开关管N10基极，另一端接地；第二十七电阻R27一端电连接第十开关管N10基极，另一端接地；第十开关管N10发射极接地，集电极电连接第二开关管N2发射极。

如图2所示，第二整流桥UR2交流输入端接总线同侧。

如图2所示，低压差线性稳压器LDO一端电连接第三电压输出节点T43，一端电连接第四电压输出节点T44，一端接地；第十一电容C11一端电连接第九二极管D9负极，另一端接地；第十四电容C14一端电连接第四电压输出节点T44，另一端接地。

根据一些实施例，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第二十四电阻R24、第二十五电阻R25、第二十六电阻R26、第二十七电阻R27可以设置短路检测门限。

根据一些实施例，第一电容C1、第二电容C2、第十二电容C12、第十三电容C13可以过滤掉总线上的通讯信号，避免对短路检测产生影响。

根据一些实施例，总线检测电路检测总线线路情况，若总线线路一侧短路，即a侧短路，则第一输入节点T11不输入信号，第一开关管N1关断，第二开关管N2关断，此时第一总线检测信号输出节点T61输出高电平。

根据一些实施例，若总线线路另一侧短路，即b侧短路，则第二输入节点T12不输入信号，则第九开关管N9关断，则第十开关管N10关断,第二开关管N2与第十开关管N10所在支路不导通，则第一总线检测信号输出节点T61输出高电平。

根据一些实施例，若总线线路两侧正常，则第一输入节点T11输入信号，第一开关管N1在第一电阻R1两侧电压下导通，第一开关管N1集电极输出，第二开关管N2导通；第二输入节点T12输入信号，第九开关管N9在第二十四电阻R24两侧电压下导通，第九开关管N9集电极输出，第十开关管N10导通，第二开关管N2和第十开关管N10所在支路导通，则第一总线检测信号输出节点T61输出低电平。

图3示出根据一示例性实施例的一种无极性总线隔离开关的电压生成电路的原理图。

根据一些实施例，电压生成电路包括负电压生成电路或高电压生成电路。图3示出负电压生成电路。

参见图3，负电压生成电路包括：第六电阻R6、第七电阻R7、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3及第四二极管D4。

如图3所示，第六电阻R6一端电连接第四输入节点T14，另一端电连接第三电容C3一端，第三电容C3另一端电连接第一二极管D1正极、第二二极管D2负极；第七电阻R7一端电连接第二二极管D2负极，另一端电连接第四电容C4一端，第四电容C4另一端电连接第三二极管D3正极；第一二极管D1负极接地；第二二极管D2正极电连接第五电压输出节点T45；第三二极管D3负极电连接第五电压输出节点T45；第四二极管D4负极电连接第三二极管D3正极，第四二极管D4正极电连接第六电压输出节点T46；第五电容C5一端电连接第五电压输出节点T45，另一端接地；第六电容C6一端电连接第六电压输出节点T46，另一端接地。

根据一些实施例，第四输入节点T14可输入PWM波。

根据示例实施例，第五电压输出节点及第六电压输出节点的输出电压可以根据经验公式获得。

VOUT(N)＝2*N*Vf-N*VIN

其中，N为需要的电荷泵级数，Vf为二极管的前向电压，VIN为输入信号的幅值。

根据示例实施例，第六电阻R6、第七电阻R7可以抑制电路中的过冲电压。

图4示出根据一示例的一种无极性总线隔离开关的电压生成电路的原理图的又一实施例。

根据一些实施例，电压生成电路包括负电压生成电路或高电压生成电路。图4示出高电压生成电路。

如图4所示，高电压生成电路包括：第八电阻R8、第九电阻R9、第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7、第八二极管D8、第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9及第十电容C10。

参见图4，第八电阻R8一端电连接第五输入节点T15，另一端电连接第七电容C7一端，第七电容C7另一端电连接第五二极管D5负极、第六二极管D6正极；第九电阻R9一端电连接第五二极管D5负极，另一端电连接第八电容C8一端，第八电容C8另一端电连接第七二极管D7负极，第八二极管D8正极；第五二极管D5正极电连接基准电压输入节点T71；基准电压输入节点T71电连接第三电压输出节点T43；第六二极管D6负极电连接第七电压输出节点T47；第七二极管D7正极电连接第七电压输出节点T47；第八二极管D8负极电连接第八电压输出节点T48；第九电容C9一端电连接第七电压输出节点T47，另一端接地；第十电容C10一端电连接第八电压输出节点T48，另一端接地。

根据一些实施例，第五输入节点T15可输入PWM波。

根据示例实施例，第七电压输出节点T47及第八电压输出节点T48的输出电压可以根据经验公式获得。

VOUT(N)＝V₊+N*VIN-2*N*Vf

其中，V₊为总线检测电路17中的T43节点处的参考电压，N为需要的电荷泵级数，Vf为二极管的前向电压，VIN为输入信号的幅值。

根据示例实施例，第八电阻R8、第九电阻R9可以抑制电路中的过冲电压。

根据一些实施例，基准电压输入节点T71的输入电压为总线电压经整流桥后产生的基准电压。

图5示出根据一示例性实施例的一种无极性总线隔离开关的开关控制电路的原理图。

根据一些实施例，开关控制电路包括P-MOS开关控制电路或N-MOS开关控制电路。图5示出P-MOS开关控制电路。

如图5所示，P-MOS开关控制电路包括第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第三开关管N3、第四开关管N4、第五开关管N5、第一稳压管D71及第二稳压管D72。

参见图5，第三开关管N3为PNP型，第四开关管N4及第五开关管N5为NPN型；第十电阻R10一端电连接第一控制信号输入节点T51，另一端电连接第三开关管N3基极；第一控制信号输入节点T51电连接第一总线检测信号T61输出节点；第十一电阻R11与第三开关管N3的基极及发射极并联；第三开关管N3发射极电连接第一电压输出节点T41；第十二电阻R12一端电连接第三开关管N3集电极，另一端电连接第四开关管N4基极；第十三电阻R13一端电连接第三开关管N3集电极，另一端电连接第五开关管N5基极；第十四电阻R14一端电连接第四开关管N4基极，另一端电连接负电压输入节点T81；第十五电阻R15一端电连接第五开关管N5基极，另一端电连接负电压输入节点T81；第四开关管N4发射极、第五开关管N5发射极电连接负电压输入节点T81；第十六电阻R16一端电连接第四开关管N4集电极，另一端电连接第一稳压管D71正极；第十七电阻R17一端电连接第五开关管N5集电极，另一端电连接第二稳压管D72正极；第一稳压管D71正极接第一场效应管Q1及第二场效应管Q2栅极，第一稳压管D71负极接第一场效应管Q1及第二场效应管Q2源极；第二稳压管D72正极接第三场效应管Q3及第四场效应管Q4栅极，第二稳压管D72负极接第三场效应管Q3及第四场效应管Q4源极。

根据一些实施例，第一控制信号输入节点T51电连接第一总线检测信号输出节点T61，获取来自总线检测电路的信号使得开关控制电路工作。

根据一些实施例，晶闸管为P-MOS管时，若总线线路短路，第一控制信号输入节点T61输入高电平，第三开关管N3关断，第四开关管N4关断，第五开关管N5关断，则场效应管Q1、Q2、Q3、Q4的栅极和源极之间没有电压差，场效应管Q1、Q2、Q3、Q4关断，总线隔离开关处于关断状态。

根据一些实施例，在一条总线上串联两个晶闸管可以使得电路故障时，完全隔离故障。

根据一些实施例，晶闸管为P-MOS管时，若总线线路正常，第一控制信号输入节点T61输入低电平，第三开关管N3导通，第三开关管N3集电极输出高电平，第四开关管N4导通，第五开关管N5导通，场效应管Q1、Q2、Q3、Q4栅极为低电压，场效应管Q1、Q2、Q3、Q4导通，总线隔离开关处于导通状态。

根据一些实施例，稳压管D71、D72用来保证晶闸管的VGS电压不会超过容许的限制。

图6示出根据一示例性的一种无极性总线隔离开关的开关控制电路的原理图的又一实施例。

根据一些实施例，开关控制电路包括P-MOS开关控制电路或N-MOS开关控制电路。图6示出N-MOS开关控制电路。

如图6所示，N-MOS开关控制电路包括第十八电阻R18、第十九电阻R19、第二十电阻R20、第二十一电阻R21、第二十二电阻R22、第二十三电阻R23、第六开关管N6、第七开关管N7、第三稳压管D73及第四稳压管D74。

参见图6，第六开关管N6、第七开关管N7为NPN型；第十八电阻R18一端及第二十一电阻R21一端电连接高电压输入节点T82，第十八电阻R18另一端电连接第六开关管N6集电极，第二十一电阻R21另一端电连接第七开关管N7集电极；第十九电阻R19一端电连接第六开关管N6集电极，另一端电连接第三稳压管D73负极；第二十二电阻R22一端电连接第七开关管集N7电极，另一端电连接第四稳压管D74负极；第二十电阻R20一端及第二十三电阻R23一端电连接第二控制信号输入节点T52，第二十电阻R20另一端电连接第六开关管N6基极，第二十三电阻R23另一端电连接第七开关管N7基极；第二控制信号输入节点T52电连接第一总线检测信号T61输出节点；第六开关管N6发射极及第七开关管N7发射极接地；第三稳压管D73正极接第一场效应管Q1及第二场效应管Q2源极，第三稳压管D73负极接第一场效应管Q1及第二场效应管Q2栅极；第四稳压管D74正极接第三场效应管Q3及第四场效应管Q4源极，第四稳压管D74负极接第三场效应管Q3及第四场效应管Q4栅极。

根据一些实施例，晶闸管为N-MOS管时，若总线线路短路，第二控制信号输入节点T52输入高电平，第六开关管N6、第七开关管N7导通，则场效应管Q1、Q2、Q3、Q4栅极为低电平，场效应管Q1、Q2、Q3、Q4关断，总线隔离开关处于关断状态。

根据一些实施例，在一条总线上串联两个晶闸管可以使得电路故障时，完全隔离故障。

根据一些实施例，总线线路正常，第二控制信号输入节点T52输入低电平，第六开关管N6、第七开关管N7关断，高电压输入节点T82输入，场效应管Q1、Q2、Q3、Q4栅极为高电压，场效应管Q1、Q2、Q3、Q4导通，总线隔离开关处于导通状态。

根据一些实施例，稳压管D73、D74用来保证晶闸管的VGS电压不会超过容许的限制。

图7示出根据一示例性实施例的一种无极性总线隔离开关的示意图。

如图7所示，总线隔离开关的每个开关单元包括两组P-MOS管串联，每个P-MOS管拥有自身的寄生体二极管；电压生成电路为负电压生成电路；开关控制电路为P-MOS管开关控制电路。

根据示例实施例，电压生成电路生成负电压，该负电压低于所述总线任一线路的最低电压，并将负电压输入至开关控制电路。

根据示例实施例，隔离开关单元为P-MOS管。

根据示例实施例，若总线线路一侧短路，如图2所示，第一输入节点T11不输入信号，第一总线检测信号T61输出节点输出高电平。如图5所示，第一控制信号输入节点T51输入高电平，第三开关管关断，第四开关管关断，第五开关管关断，场效应管关断，总线隔离开关处于关断状态。

根据示例实施例，若总线线路另一侧短路，如图2所示，则第二输入节点T12不输入信号，第一总线检测信号T61输出节点输出高电平。如图5所示，第一控制信号输入节点T51输入高电平，第三开关管关断，第四开关管关断，第五开关管关断，场效应管关断，总线隔离开关处于关断状态。

根据示例实施例，若总线线路两侧正常，如图3所示，则第一输入节点T11输入信号，第一输出节点T21处导通，第二输入节点T12输入信号，第三输入节点T13处导通，第一总线检测信号T61输出节点输出低电平。如图5所示，第一控制信号输入节点T51输入低电平，第三开关管导通，第三开关管集电极输出高电平，第四开关管导通，第五开关管导通，场效应管栅极为低电压，场效应管导通，总线隔离开关处于导通状态。

图8示出根据一示例性的一种无极性总线隔离开关的示意图的又一实施例。

如图8所示，总线隔离开关的每个开关单元包括两组N-MOS管串联，给个N-MOS管拥有自身的寄生体二极管；电压生成电路为高电压生成电路；开关控制电路为N-MOS管开关控制电路。

根据示例实施例，电压生成电路生成高电压，该高于总线任一线路的最高电压，并将高电压输入至开关控制电路。

根据示例实施例，隔离开关单元为N-MOS管。

根据示例实施例，若总线线路一侧短路，如图2所示，第一输入节点T11不输入信号，第一总线检测信号T61输出节点输出高电平。如图6所示，第二控制信号输入节点T52输入高电平，第六开关管、第七开关管导通，场效应管栅极为低电平，场效应管关断，总线隔离开关处于关断状态。

根据示例实施例，若总线线路另一侧短路，如图2所示，则第二输入节点T12不输入信号，第一总线检测信号T61输出节点输出高电平。如图6所示，第二控制信号输入节点T52输入高电平，第六开关管、第七开关管导通，场效应管栅极为低电压，场效应管关断，总线隔离开关处于关断状态。

根据示例实施例，若总线线路两侧正常，如图2所示，则第一输入节点T11输入信号，第一输出节点T21处导通，第二输入节点T12输入信号，第三输入节点T13处导通，第一总线检测信号T61输出节点输出低电平。如图6所示，第二控制信号输入节点T52输入低电平，第六开关管、第七开关管关闭，场效应管栅极为高电压，场效应管导通，总线隔离开关处于导通状态。根据本申请的无极性总线隔离开关，可以实现性能稳定，可靠性高，功耗低，无极性连接，现场安装维护简单的性能要求。

应清楚地理解，本申请描述了如何形成和使用特定示例，但本申请不限于这些示例的任何细节。相反，基于本申请公开的内容的教导，这些原理能够应用于许多其它实施例。

此外，需要注意的是，上述附图仅是根据本申请示例性实施例的方法所包括的处理的示意性说明，而不是限制目的。易于理解，上述附图所示的处理并不表明或限制这些处理的时间顺序。另外，也易于理解，这些处理可以是例如在多个模块中同步或异步执行的。

以上具体地示出和描述了本申请的示例性实施例。应可理解的是，本申请不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本申请意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。