一种用于控制提供给功率接收负载的功率的控制系统是在分立 元件的基础上以传统方法生产和使用的。对于具体的应用或接收负载 来选择和组合分立元件。
图1表示由各种分立元件组成的典型的示例性功率控制装置。这 些分立元件包括具有相关的控制传感器104的控制系统102、用于从 电源108接收功率的输入装置106、用于从电源108接收功率的接触 器110、具有相关联的限制传感器114的限制器112、熔丝116、功率 开关118(被表示为固态继电器)以及功率负载120(被表示为加热元 件)。如所表示的，组合和硬线连接每个不同的分立元件，以满足特 定用户构成功率控制系统100的处理控制应用的需要。参照图1所示， 对于这种典型的热回路功率控制应用，用于单个功率环的分立元件的 组合需要7个分立元件102、104、110、112、114、116以及118，16 条线路122A-H 以及24个导线接头，两个导线接头用于16条导线 122A-H中的一个并被标记为，例如124A和124B，其用于两条导线 122A。然而，也可以包括其它的分立元件，例如定时器、压力感测元 件、功率监测器等等(这些都没有表示在图1中)。添加这些元件中 的每一个通常都需要2条导线122和可能4个接头124，以终止每条 导线的两端，并且还需要重新连接前面的导线以重新配置各个元件之 间的连线。
图2表示用于控制用于热环路应用的功率的典型的功率控制装置 200的另一个例子。如所表示的，控制装置102可以包括用户接口202 和控制器204，并且具有耦接到6条导线122上的6个接头124。限制 接触器(limit contactor)110可以位于连接到电源108(在图2中未 示出)的电源总线206之间并被导线连接到如快速熔丝(fast blow fuse)的半导体熔丝116上。熔丝116提供到功率开关118的熔丝接 头(fusible connection)，其中功率开关118可以是任何类型的功率 开关，但是一般为基于半导体的开关，例如固态继电器(SSR)、TRIAC， 或可控硅整流器(SCR)。功率开关118为例如加热器的功率负载120 提供功率，其中加热器用于在用户的应用中进行加热。在用户应用中， 过程或应用传感器104感测加热器120的温度，并将反馈提供给控制 器204以反馈控制如加热器的功率负载120的供电。此外，如上所述， 限制接触器110从包括限制传感器114的限制元件112接收输入。限 制传感器114也位于加热器120的附近。由限制接触器110、限制元 件112以及限制传感器114组成的限制系统监视加热器120的操作， 以保护加热器120的加热元件不会被破坏、发生故障或受到损坏。限 制元件112通过一组设备熔丝208从功率总线206接收功率。限制元 件112确定限制传感器114何时检测到加热器状态，并通过分离的导 线向限制接触器110发送信号，以启动限制接触器110中的限制动作， 从而防止将功率传递到功率开关118并因此传递到加热器120。还如 图2所示，功率控制系统200中的每个分立元件需要分离导线122和 许多接头124。此外，这种导线122和分立元件的安装通常使安装人 员感到迷惑，也就通常会导致配线错误。在安装过程中一般出现的错 误包括引线到端子的错误终止，这就导致电路短路或断开，较差地将 端子挤压到引线上，这就导致端子处可能的高温，与其它元件之间的 电磁干扰，或电磁辐射。
参照图3所示，其它一般的分立元件还包括电流互感器302或传 感器或用于测量功率控制的用户应用的一个或多个特征的其它测量设 备。参照图3A和3B所示，可以将一个或多个电流互感器302定位在 从功率开关118到加热器功率负载120的电源线304上，以感测施加 到加热元件上的电流。每个电流互感器302测量被配置到电流互感器 控制器(未示出)的电源线304中的电流306，其中电流互感器控制 器是需要安装的另一个分立元件，其需要导线和接头以安装到用户应 用系统中。在一些应用中，这种导线要求切断电源线304以引入电流 互感器302，这就会导致其它配线错误的可能。
类似地，图4表示另一种分立元件控制系统400，该系统具有作 为继电器的控制开关118，其被电气地放置在电源负载120和接触器 110之间。控制继电器118通过独立配线的控制引线404从控制器102 接收控制信号402。控制继电器118响应来自控制器102的控制信号 402进行操作，以将功率提供给接触器110，并从而提供给功率负载 120。而且，对于其它的用户应用来说，一般需要附加的分立元件和专 用的配线。
通常，一般的功率控制安装需要专门选择分立元件、定制安装和 用于每个元件和特性的配线以及很多接头。此外，任何改变、添加、 修改以及替换都需要断开和重新连接各种引线，这就再次增加了配线 错误的可能。
同样地，现有的功率控制系统的实现和安装通常比较复杂并且安 装费用较高。这种复杂度和费用限制了功率控制系统的应用或者限制 了在特定用户应用中的功能。例如，由于需要增加复杂度和/或安装费 用，因此当规定不需要时，在许多应用中不包括用于过电压的限制控 制或功率监测元件。

本发明一般涉及包括集成操作设计的功率控制系统。下面的描述 给出了根据本发明的一些实施例的功率控制系统的概述，以提供对本 发明一个或多个方面的基本理解。该概述不是详尽的论述，不旨在于 确定本发明的关键或重要方面，也不描述本发明的范围。而是，该概 述的主要目的在于以简化的形式给出本发明的一些方面，作为后面给 出的详细描述的前序。
本发明的一个实施例是具有功率控制单元的功率控制系统，所述 系统包括多个功率控制单元。所述系统包括单元集成耦接机构，用于 将多个元件机械和电耦接到功率控制单元中。所述系统还包括被配置 为利用所述耦接机构在多个功率控制系统各元件中提供通信的通信链 路。所述系统还包括适于通过所述单元集成耦接机构耦接的功率开关 元件。所述功率开关元件将电能选择性地提供给功率负载。所述功率 开关包括用于从电源接收功率的电源接口、用于将接收到的输入功率 的至少一部分提供给所述功率负载的功率负载接口。所述系统还包括 被配置为通过所述通信链路进行通信的功率开关通信接口。所述功率 开关元件适用于进行机械、电以及通信耦接的耦接机构。所述系统还 包括用于控制所述功率开关元件的功率控制元件。所述功率控制元件 具有用于通过所述通信链路与所述功率开关元件进行通信的控制器通 信接口。
本发明的另一个实施例包括具有多个元件的功率控制系统，所述 系统包括用于提供控制信号的系统控制元件。所述系统还包括被配置 为在所述多个功率控制系统元件中的两个元件之间提供通信的通信链 路。所述系统还包括具有多个功率控制元件的功率控制单元，和用于 机械和电耦接所述功率控制单元的元件的单元集成耦接机构。所述功 率控制单元包括用于从电源接收功率的电源接口以及用于将所接收的 输入功率的至少一部分提供给功率负载的功率负载接口。功率开关元 件响应所述控制信号，将电能选择性地提供给负载并适用于所述耦接 机构。所述功率开关元件包括被配置为与所述通信链路进行通信的功 率开关通信接口以及用于控制所述输入功率到所述功率开关元件的传 输的限制元件。所述限制元件包括用于感测限制操作特征的限制传感 器。输入功率到所述功率开关元件的传输是响应所感测的限制操作特 征的。
在又一个实施例中，本发明包括一种功率控制系统，所述功率控 制系统包括系统集成耦接机构，用于将多个元件机械、电以及通信耦 接到所述功率控制系统中。所述系统还包括多个自识别元件以及多个 自配置元件。每个元件的自配置是响应接收到的多个元件中的另一个 元件的自识别信息进行的。
在又一个实施例中，本发明包括一种功率控制系统，所述功率控 制系统包括具有多个第一元件形式的第一控制元件和具有多个第二元 件形式的第二控制元件。所述系统还包括系统集成耦接机构，用于机 械、电以及通信耦接所述第一元件和所述第二元件，其中当每个所述 第一元件形式的元件与所述系统集成耦接机构耦接时，可以与每个所 述第二元件形式的元件进行操作。
本发明的另一个实施例包括一种功率控制系统，所述功率控制系 统包括接触器功率开关，用于将功率选择性地从电源提供给功率负载。 所述系统还包括具有用于提供限制开关功能的阈值限制的限制元件， 所述限制开关功能是所述阈值限制的功能。所述限制元件和所述接触 器功率开关被配置为所述功率控制系统的集成开关和限制元件。所述 系统还包括系统集成耦接机构，用于将所述集成接触器开关和限制元 件机械、电以及通信耦接到所述功率控制系统中。所述系统还包括控 制元件，用于将控制信号提供给所述开关和限制元件，以控制所述开 关和限制元件的操作。
在又一个实施例中，本发明是一种在具有多个功率控制元件的功 率控制系统中控制功率的方法。所述方法包括在功率控制系统中生成 每个元件的自识别消息。所述方法还包括将自识别的每个元件的标识 与至少一个预定的配置和简档进行比较以及响应所述比较重新配置一 个或多个元件的特征。
在本发明的又一个方面，一种功率控制系统包括基座，所述基座 具有被配置为可释放地容纳控制单元的外壳和处于所述外壳中用于容 纳功率开关的腔室。所述基座包括用于耦接到输入功率源的输入功率 端，用于耦接到功率接收负载的输出功率端，以及用于固定地和电耦 接到输入和输出功率端和所容纳的功率开关的控制端的耦接固定装 置。控制单元被配置为控制功率开关以选择性地将至少一部分在所述 输入功率端接收的功率提供给所述输出功率端。所述控制单元具有适 于被可释放地耦接到基座外壳的外壳，在被耦接到基座的控制单元的 作用下，控制单元和基座中的每一个都被配置为将控制单元电耦接到 所容纳的功率开关的控制端。
在本发明的另一个方面，一种功率控制系统包括基座，所述基座 具有用于可释放地容纳控制单元并限定用于容纳功率开关的第一腔室 的外壳、用于容纳限制开关的第二腔室、输入功率端，被耦接的输出 功率端以从所容纳的功率开关的输出端接收转换的功率、用于耦接到 所容纳的功率开关的输入和输出控制端的控制耦接器以及多个电连 接。限制开关位于第二腔室内并通过一部分电连接与输入功率端、容 纳在第一腔室内的所容纳的功率开关的输入端以及输出功率端串联连 接。控制单元被配置为生成到所述限制开关的接触器控制信号和到所 述功率开关的开关控制信号，以将至少一部分在所述输入功率端接收 的功率选择性地提供给输出功率端。所述控制单元具有适于被可释放 地耦接到基座的外壳，在被可释放地耦接到所述基座的所述控制单元 的作用下，控制单元和基座被配置为将所述控制单元电耦接到所容纳 的功率开关的控制端。所述控制单元包括具有阈值限制功能的限制元 件，其中所述接触器控制信号是所述阈值限制功能的函数。
在本发明的另一个方面，一种用在集成功率控制系统中的控制组 件，所述功率控制系统具有包括外壳并在所述外壳中限定容纳功率开 关的腔室的基座。所述控制组件包括被配置为生成控制信号的控制模 块，以控制所述功率开关选择性地将功率提供给负载。控制箱容纳所 述控制模块并适于可释放地耦接到所述基座外壳上，并且所述控制箱 被配置为电耦接到所述基座外壳上的控制耦接器，以在将所述控制箱 耦接到所述基座外壳后，向外壳的腔室中的功率开关提供所生成的控 制信号。
在本发明的另一个方面，一种装配功率控制单元的方法包括将功 率开关插入到由具有外壳的基座限定的腔室中，将输入功率端耦接到 所述功率开关的输入端，将输出功率端耦接到所述功率开关的输出端， 将第一控制附加固定装置耦接到功率开关的第一控制端，将第二控制 附加固定装置耦接到功率开关的第二控制端。所述方法还包括将具有 控制箱的控制单元插入到基座外壳中，控制箱和基座外壳中的每一个 被配置为将所插入的控制单元可释放地耦接到基座上。所述方法提出 所述插入控制单元的步骤包括将所述控制单元压紧连接到第一控制附 加固定装置和第二控制附加固定装置，并实现控制单元和功率开关的 每个控制端之间的电连接。
在本发明的一个方面，一种功率控制系统包括基座，所述基座具 有被配置为可释放地容纳控制单元的外壳和处于所述外壳中用于容纳 具有“hockey puck”结构的固态继电器的腔室。所述基座包括用于耦接 到输入功率源的输入功率端，用于耦接到功率接收负载的输出功率端 以及用于固定地和电耦接到输入和输出功率端和所容纳的固态继电器 的控制端的耦接固定装置。控制单元被配置为控制所述固态继电器以 选择性地将至少一部分在输入功率端接收的功率提供给输出功率端。 所述控制单元具有适于被可释放地耦接到基座外壳的外壳。根据被连 接到基座的控制单元，控制单元和基座中的每一个都被配置为将所述 控制单元电耦接到所容纳的固态继电器的控制端。
在本发明的另一个方面，一种功率控制系统包括基座，所述基座 具有用于可释放地容纳控制单元的外壳。所述基座限定用于容纳功率 开关的第一腔室、用于容纳限制开关、输入功率端的第二腔室。所述 基座包括被耦接的输出功率端，以从功率开关的输出端接收转换的功 率。所述基座还具有用于耦接到所容纳的功率开关的输入和输出控制 端和多个电连接的控制耦接器。限制开关位于第二腔室内并通过一部 分电连接与输入功率端、容纳在第一腔室内的功率开关的输入端以及 输出功率端串联连接。控制单元被配置为将控制信号提供给限制开关 并将控制信号提供给所容纳的功率开关，以将至少一部分在输入功率 端接收的功率选择性地提供给输出功率端。所述控制单元具有适于被 可释放地耦接到基座外壳的外壳。在被可释放地耦接到基座的控制单 元的作用下，控制单元和基座被配置为将所述控制单元电耦接到所容 纳的功率开关的控制端。所述控制单元包括具有阈值限制功能的限制 元件，其中所述限制开关控制信号是阈值限制功能的函数。
在本发明的另一个方面，一种用在集成功率控制系统中的控制组 件，所述功率控制系统具有包括外壳并在所述外壳中限定容纳功率开 关的腔室的基座。所述控制组件包括被配置为生成控制信号以控制所 述功率开关选择性地将功率提供给功率负载的控制模块。控制箱被配 置为容纳控制模块并适于可释放地耦接到基座外壳上，并且所述控制 箱被配置为电耦接到所述基座外壳上的控制耦接器，以在将所述控制 箱耦接到所述基座外壳后，向所述外壳的腔室中的功率开关提供所生 成的控制信号。
在本发明的又一个方面，一种装配功率控制单元的方法包括将具 有“hockey puck”结构的固态继电器插入到基座外壳限定的腔室中，将 输入功率端耦接到固态继电器的输入端，将输出功率端耦接到固态继 电器的输出端。所述方法还包括将第一控制附加固定装置耦接到固态 继电器的第一控制端，将第二控制附加固定装置耦接到固态继电器的 第二控制端，以及将具有控制箱的控制单元插入到基座外壳中。所述 控制箱和基座外壳被配置为将所插入的控制单元可释放地耦接到基座 上，所述插入控制单元的步骤包括将控制单元压紧耦接到第一控制附 加固定装置和所述第二控制附加固定装置，并实现控制单元和固态继 电器的每个所述控制端之间的电连接。
下面将部分地表明和指出本发明的其它方面。应该理解可以单独 地或彼此结合地实现本发明的各个方面。还应该理解尽管表示了本发 明的某些示例性实施例，但是详细的描述和附图仅是示例性的，而不 应该被看作对本发明范围的限制。

根据详细描述和附图，将更全面地理解本发明。
图1是表示用于热环路的一个典型的分立元件功率控制系统的模 块图；
图2A是用于调节功率开关的另一个典型的分立元件控制器的电 路图；
图2B是典型的功率控制器的功能元件的模块图；
图3A和3B是表示用于向加热器提供功率的功率控制系统的电 路图，所述系统包括用于测量向加热器提供功率的电流的电流互感器；
图4是典型的分立元件加热器功率控制系统的配线图；
图5A是典型的功率控制系统的模块配线图；
图5B是根据本发明的一个示例性实施例的功率控制系统的模块 配线图；
图6是根据本发明的一个示例性实施例的功率控制系统的模块配 线图，其中功率控制系统具有控制多个功率控制组件的单个控制模块；
图7是根据本发明的另一个示例性实施例的功率控制系统的模块 图；
图8是根据本发明的另一个示例性实施例的另一个功率控制系统 的模块配线图；
图9是根据本发明的另一个示例性实施例的热功率控制系统的分 解图，表示功率控制系统中的集成控制元件；
图10是根据本发明的另一个实施例的功率控制系统的模块图， 表示在功率控制系统的元件中集成的通信系统；
图11是根据本发明的不同示例性实施例的用于可扩展地控制功 率控制系统的多个可扩展的用户接口的视图；
图12表示根据本发明的不同示例性实施例的不同用户接口和可 扩展的控制系统的模块图；
图13A和13B是表示根据本发明的一个示例性实施例的用于功 率控制系统的压紧耦接机构的模块图；
图14A和14B是根据本发明的另一个示例性实施例的用于压紧 耦接到固态继电器的集成和耦接系统的侧面透视图，所述固态继电器 具有“Hockey Puck”结构；
图15是根据本发明的一个示例性实施例的“Hockey Puck”固态 继电器接触器的模块图；
图16是根据本发明的另一个示例性实施例的功率控制系统的模 块配线块图，所述功率控制系统具有用于提供单相或DC功率的功率 总线和通信总线；
图17是根据本发明的另一个示例性实施例的功率控制系统的模 块配线图，所述功率控制系统具有用于提供两相功率的功率总线和通 信总线；
图18是根据本发明的一个示例性实施例的功率控制模块的分解 侧面透视图；
图19是根据本发明的另一个示例性实施例的图18的功率控制组 件的侧面透视图，其被配置为耦接到基座外壳上；
图20A是根据本发明的另一个示例性实施例的适于容纳“Hockey Puck”结构的固态继电器的基座外壳的分解侧面透视图；
图20B是根据本发明的一个示例性实施例的图20A的基座外壳 的顶视图；
图21是根据本发明的另一个示例性实施例的图18的控制单元的 侧面透视图，所述控制单元耦接到配置有接触器和“Hockey Puck”固 态继电器的基座外壳上；
图22是根据本发明的一个示例性实施例的图18中所示的基座外 壳的分解图；
图23是根据本发明的一个示例性实施例的用于功率控制系统的 控制通信方案的模块图；
图24是表示根据本发明的一个示例性实施例的通信过程流程的 顺序表，所述通信过程流程适用于功率控制系统的即插即用能力；
图25是根据本发明的另一个示例性实施例的用于功率控制系统 的输入/输出数据表的模块图。
在几个附图的视图中，相应的附图标记表示相应的部件。

下面的描述在本质上仅是示例性的，并不旨在限制本发明、本发 明的应用或用途。
本发明的一个实施例是具有包括多个功率控制元件的功率控制 单元的功率控制系统。所述系统包括用于将多个元件机械和电耦接到 功率控制单元的单元集成耦接机构。所述系统还包括被配置为利用所 述耦接机构在多个功率控制系统元件中提供通信的通信链路。所述系 统还包括适于通过单元集成耦接机构耦接的功率开关元件。功率开关 元件选择性地向功率负载提供电能。功率开关包括用于从电源接收功 率的电源接口、用于向功率负载提供至少一部分接收的输入功率的功 率负载接口。功率开关还包括被配置为通过通信链路进行通信的功率 开关通信接口。功率开关元件适用于进行机械、电和通信耦接的耦接 机构。所述系统还包括用于控制功率开关元件的功率控制器元件。功 率控制器元件具有用于通过通信链路与功率开关元件进行通信的控制 器通信接口。
本发明的另一个实施例包括具有多个元件的功率控制系统，包括 用于提供控制信号的系统控制元件。所述系统还包括被配置为在多个 功率控制系统元件的至少两个元件之间提供通信的通信链路。所述系 统还包括具有多个功率控制元件的功率控制单元和单元集成耦接机 构，其中单元集成耦接机构用于机械和电耦接功率控制单元的元件。 功率控制单元包括用于从电源接收功率的电源接口和用于向功率负载 提供至少一部分接收的输入功率的功率负载接口。功率开关元件响应 控制信号，选择性地向功率负载提供电能，并适用于所述耦接机构。 功率开关元件包括被配置为通过通信链路进行通信的功率开关通信接 口和用于控制传输到功率开关元件的输入功率的限制元件。所述限制 元件包括用于感测限制工作特征的限制传感器。将输入功率传输到功 率开关元件响应所感测的限制工作特征进行的。
在又一个实施例中，本发明包括具有系统集成耦接机构的功率控 制系统，所述系统集成耦接机构用于将多个元件机械、电以及通信耦 接到功率控制系统中。所述系统还包括多个自识别元件和多个自配置 元件。每个元件的自配置响应于接收到的多个元件中另一个元件的自 识别信息。
在又一个实施例中，本发明包括至少包括第一控制元件和第二控 制元件的功率控制系统，第一控制元件具有多个第一元件形式，第二 控制元件具有多个第二元件形式。所述系统还包括用于机械、电以及 通信耦接第一元件和第二元件的系统集成耦接机构，其中当每个所述 第一元件形式与所述系统集成耦接机构相连接时，可以与每个所述第 二元件形式进行操作。
本发明的另一个实施例包括一种功率控制系统，所述功率控制系 统包括用于选择性地将来自电源的功率提供给功率负载的接触器功率 开关。所述系统还包括具有阈值限制的限制元件，所述阈值限制的功 能是根据阈值限制提供限制开关功能。限制元件和接触器功率开关被 配置为功率控制系统的集成开关和限制元件。所述系统还包括用于将 集成接触器开关和限制元件机械、电以及通信耦接到功率控制系统中 的系统集成耦接机构。所述系统还包括向所述开关和限制元件提供控 制信号的控制元件，用于控制开关和限制元件的操作。
在又一个实施例中，本发明是在功率控制系统中控制功率的方 法，所述功率控制系统具有多个功率控制元件。所述方法包括在功率 控制系统中生成每个元件的自识别信息。所述方法还包括将自识别的 每个元件的标识与预定的配置和简档中的至少之一相比较，并响应所 述比较重新配置一个或多个元件的特征。
现在参照附图所示，图5A和5B表示典型的功率控制系统与根 据本发明的一个示例性实施例的功率控制系统的比较。类似于图1的 功率控制系统100，图5A的功率控制系统500A包括通过电源输入装 置106A从电源108A接收输入功率109A的第一分立功率控制组件 501A，和从电源108B接收输入功率109B的第二分立功率控制组件 501B。熔丝116A和116B(或任何类似的熔丝，例如断路开关)分别 接收输入功率109A和109B，并将接收到的功率提供给耦接的功率开 关118A和118B。功率开关118A和118B分离地耦接到控制器102， 控制器102配置有控制元件，例如比例-积分-微分(PID)控制算法。 控制器102将控制信号511A和511B分别提供给功率开关118A和 118B，以选择性地控制其开关操作。控制器102耦接到传感器104A 和104B，并从传感器104A和104B接收传感器信号(未示出)作为 输入，以生成控制信号511A和511B。第一功率负载120A和第二功 率负载120B耦接到其相关的功率开关118A和118B，以选择性地从 相关的功率开关118A和118B接收所提供的功率。由于每个元件都是 分离的元件，因此必须分别地配线或连接每个元件。功率控制系统 500A具有两组分离的功率控制组件501A和501B，以向两个功率负 载120A和120B提供功率，功率控制系统500A至少需要28个接线 端124，每个接线端都需要初始的安装和持续的维护。
相反，图5B表示根据本发明的一些实施例的功率控制系统500B， 所述系统包括控制器501和两个集成功率控制组件502A和502B，其 用于分别向功率负载120A和120B提供功率。每个功率控制组件502 包括用于将不同元件机械和电耦接到集成功率控制组件502中的单元 集成耦接机构。这种单元集成耦接机构可以采取多种形式。例如，在 一个实施例中，单元集成耦接机构可以包括一个或多个配置有互锁特 性和耦接器的外壳，以机械地接合各种元件并建立和维护必须的电连 通性，并且如果需要，则建立和维护必须的通信连接。在其它实施例 中，通过自动联接器(snap coupler)、压紧接触等将这种耦接和连通 性配置为可插入或可释放的耦接。在其它实施例中，用于集成功率控 制组件502的单元集成耦接机构可以是多个配置有互锁装置和互连装 置的外壳，所述互锁装置和互连装置用于例如轨道或更具体地DIN轨 道安装系统的共同安装。在各种实施例中，至少部分地由于集成耦接 机构具有集成和匹配的电连接，因此集成功率控制组件将包括垂直地 和/或水平地进行耦接的组件，但是处于减少的覆盖区(footprint)内， 并具有更少的外部连接或所需的导线接头。
如图所示，功率控制组件502A和502B具有一个通过控制链路 或通信总线507连接到远程控制器501的接口。每个功率控制组件具 有用于与通信总线507和控制器501接口的控制总线接口505A和 505B。每个功率控制组件502A和502B包括集成功率开关控制器504A 和504B，其被表示为包括例如比例-积分-微分(PID)控制元件。功 率开关控制功能可以是PID控制，但是在任何方法和系统中可以用于 控制功率开关的操作，包括但不限于，例如自适应PID控制、比例控 制、比例/积分控制、比例-积分-二次微分(第二次微分用于加速) (PIDD)控制、前馈、反馈。在功率控制组件502中，通过内部集成 接口506A和506B耦接每个功率开关控制器504A和504B。内部集成 控制器与功率开关的接口506可以提供功率开关控制器504到位于功 率控制组件502中的功率开关118的机械和电耦接。类似地，熔丝516A 和516B，例如熔丝或断路开关可以处于功率控制组件502中，在这种 情况下到功率开关接口508A和508B的熔丝可以提供熔丝516到相关 的功率开关118的机械和/或电耦接。此外，功率控制组件502B也可 以通过集成内部接口512包括集成传感器104B。在其它实施例中，可 以通过传感器接口510将外部传感器104A耦接到集成功率开关控制 器504A。
一般地，集成功率控制组件502可以具有一个或多个元件，例如 功率开关控制器504、熔丝516、功率开关118、传感器104以及相关 的内部接口506、508和512，所有这些元件都被集成到功率控制组件 502中，其提供了减少的覆盖区和更少的导线接头。尽管未在图5B中 示出，但是一个或多个集成功率控制组件也可以包括其它集成元件， 例如第二功率开关(例如接触器或机械继电器)、功率测量元件、限 制元件、电流感测元件等。也可以以与所述的功率开关控制器504、 功率开关118(被表示为固态继电器(SSR))以及熔丝516类似的 方式，将这些元件包括进入和包括在组合的或单个操作单元中，以控 制和提供功率到一个或多个功率负载120。
此外，一个或多个功率控制组件502，如502A和502B所示，可 以包括内部集成比例-积分-微分(PID)控制功能，用于进行内部操作 控制和与控制器501进行通信或通过共同的通信总线507彼此进行通 信。控制器501可以与两个功率控制组件502A和502B或其元件的一 个或多个进行通信，而不需要在每个功率控制组件502的元件之间采 用分离的或专用的接头或导线端子。同样地，对于每个控制组件来说， 功率控制系统500B需要13个接线端124，对于图5A的功率控制系 统500A中所需要的每个分立的控制装置，有利地从28个接线端降低 到13个接线端。
如将要讨论的，控制器501和/或控制元件504可以包括用户接 口(UI)模块、输入/输出模块以及通信模块(在图5B中未示出)。 此外，功率控制组件502或集成功率控制系统500中的一个或多个模 块可以包括用于其一个或多个操作的处理器或处理模块(未示出)。 这些处理模块中的一个或多个可以包括处理器、存储器、固件、硬件 和/或软件。处理模块也可以包括算法、神经网络、经验数据、数字数 据、模糊逻辑、神经模糊电路、剩余寿命算法、人工智能模块、建模 模块以及统计功能。
每个存储器可以是用于存储数据和/或软件的任何类型的存储 器，包括EPROM、EEPROM、网络上的虚拟存储位置、存储器设备、 计算机可读介质、计算机盘以及可传输信息的存储设备。
由于一个或多个元件配置有包括存储器的处理模块，因此在功率 控制系统和其它操作或控制系统的每个元件内和元件之间，这些元件 提供新的和改进的功能，如下面将进一步讨论的，并且在所属领域技 术人员理解这里描述的发明后将变得可行。例如，每个元件存储器能 够存储元件配置、系统简档或配置、诊断数据、诊断操作以及其它操 作数据。此外，例如，可以存储关于元件、模块，或功率控制系统中 的其它元件的一项或多项操作的操作特征、事件、状态、故障、模式 以及状况。仅作为一个例子，多个存储的配置使元件能够进行重新配 置，以适应功率控制系统内新的或发生变化的元件。在一个实施例中， 元件能够启动或激活组件内的另一个元件以前不支持但是由于功率操 作系统内的变化现在可用的特征。这种变化可以包括软件升级或元件 的删除或添加。
现在参照图6所示，功率控制系统600包括许多相同的元件和功 率控制组件的特征和功能，这里将不再重复描述。然而功率控制系统 600还表示本发明的这种实施例，其中连接到通信总线507并因此耦 接到功率控制组件502A和502B的控制器501，可以包括用于从用户 接收信息和输入或将信息和输出提供给用户的用户接口602。这种用 户接口可以是任何类型的用户接口，包括但是不限于，键盘、鼠标、 控制面板、一个或多个按钮、触摸屏以及语音输入。通信模块604通 过远程网络或操作系统606提供互连性和互操作性，以为了协调控制 一个或多个处理或操作来控制报告、输入和互操作性。输入/输出模块 610也可以提供具体的用户应用所希望的或需要的直接连接的输入装 置或输出装置。这些装置可以包括用于控制功率开关的接口，所述功 率开关不与通信总线507，或如这里所述的一个或多个传感器兼容或 耦接。
扩展的总线模块608提供与通信总线507进行耦接的互连性，以 及提供用于与一个或多个集成功率控制组件502以及可能的其它元 件，例如可以耦接到通信总线507上的传感器的通信。扩展总线元件 608的通信协议可以适于与功率控制系统600内的任何类型的通信总 线507，或功率控制系统600的功率控制组件502中的模块兼容。如 上所述，通信总线507或链路也可以在两个或多个功率控制组件502 之间，或功率控制组件502A和功率控制组件502B之间，或其元件和 模块之间提供通信。通信链路和接口可以是任何通信系统，包括硬连 线的、光的和无线设备。通信链路和元件的通信接口可以与例如 WatBusTM、Dallas半导体单线路协议(Dallas Semiconductor one-wire protocol)、Seriplex、传感器总线、DeviceNetTM总线、FMS、Lon Works、 控制局域网、Interbus S、SDLC、AS-接口(AS-i)、局域互连网总 线(LIN-bus)、IEEE-1118总线、Profibus、Modbus RTU、包括以 太网TCP/IP的企业通信总线、互联网、令牌环LAN、以太网LAN、 FDDI网络、专用数据网、ISDN以及VPN兼容。
通信总线507可以是双向通信设备，其提供增加的集成和集中的 控制以及功率控制系统中元件的配置。传递的信息可以包括与功率控 制系统的一个或多个元件或模块的操作、控制、感测、或诊断功能相 关的状态、指令、报警、指示、消息、软件、系统简档、配置、参数 以及特征。通过举例和如下面将讨论的，通信总线507提供对存储的 简档或元件配置进行的软件下载、存储、改变和重新调用的传输。在 一些实施例中，通信总线507与包括在功率控制组件502的一个或多 个元件中的处理系统相连，以可操作地集成和组合功率控制环的特征、 参数、数据和变量，并且能够实现改进的管理和从功率环到控制器到 远程管理和处理系统的可操作的数据传输。此外，具有集成耦接机构 和集成通信总线507的功率控制组件502提供专用的控制方案、方法、 简档、配置以及操作，从而可以定制功率控制系统600并使其适用于 一个或多个用户应用。
如下面将讨论的，集成功率控制组件502是包括多个功率控制系 统元件的公共的集成结构或组件。在许多实施例中，一个或多个功率 控制元件并没有集成在处于或接近用户应用的功率控制组件502中， 而是被远距离地定位，以使用户易于接近。然而，在许多实施例中， 多数功率控制系统元件都是包含在功率控制系统600或一个功率控制 组件502中，或与功率控制系统600或一个功率控制组件502相关联。
如上所述，在各种用户应用中，功率控制组件502可以包括与向 功率负载提供功率相关的任何元件。作为向加热器应用提供功率的功 率控制组件502或系统600的一个例子，功率控制组件502可以包括 热控制环中的多个元件。这些元件可以包括用于过程传感器，温度/ 过温控制器、电流传感器或互感器、开关/继电器/接触器、熔丝、限 制器、限制传感器以及功率负载的元件。如通过图6的例子所述，功 率控制组件502A包括可以是固态继电器的功率开关612(类似于上面 的118)、可控硅整流器、机械继电器，或接触器(例如)以及塔状 集成功率控制组件502A和/或502B中的限制元件614。图6中的功率 控制组件502A包括用于连接到通信总线507的接口505A和连接到限 制元件614以与电源108A连接的功率接收接口106A。可替换地或另 外地，如功率控制组件502B，可以包括熔丝516。熔丝516可以是例 如快速熔线或断路开关，用于保护功率控制开关612B。功率控制组件 502A还包括被表示为包括集成PID控制功能的功率开关612A。在替 换方案中，通过例如外壳的集成耦接机构可以包括或组合分离的控制 元件504和功率开关612。在功率开关控制组件502A中，功率开关控 制功能被表示为用于控制功率开关612A并从而向功率负载120A(被 表示为电阻加热器)提供功率的PID控制。在该例子中，功率开关612A 还可以包括用于与传感器104A(被表示为温度传感器)连接的过程传 感器接口510A。类似的特征、接口和耦接也用于第二功率控制组件 502B。其它功率控制组件502也可以耦接到通信总线507上并被控制 器501控制。
参照图7所示，在一些实施例中，可以通过通信总线507将控制 器501互通地耦接到一个或多个集成功率控制组件701A、701B以及 701C。如所示，集成功率控制组件701A不包括集成功率开关控制组 件，但是包括具有两个功率开关控制端119A和119B的功率开关 118A。控制器501的输入/输出模块610提供用于控制功率开关118A 的功率开关控制信号706。输入/输出模块610还包括用于从与加热器 或功率负载120A相关联的传感器104A接收传感器信号708的接口。 功率控制组件701A还包括用于测量提供到功率控制组件502A/来自 功率控制组件502A的功率的功率测量元件702A。如所属领域技术人 员已知的，功率测量元件702A可以包括一个或多个与功率控制组件 701A的内部功率总线相关的传感器或变换器704A，并且可以测量各 种电气特性，以确定功率的测量值。还包括限制开关或限制元件的组 合614A，并使其响应限制传感器114A，以提供功率控制系统中已知 的可操作的限制。
在图7的功率控制组件701B和701C中，集成功率开关控制元 件或模块710B和710C被分别耦接到功率开关118B和118C，用于控 制相关的功率开关。功率控制组件701B包括具有一个或多个功率测 量变换器704B的功率测量元件702B。此外，功率控制元件710B包 括用于从传感器104B接收输入以控制功率开关118B的接口510。功 率控制组件701C的不同之处在于其包括熔丝516C但是不包括功率测 量元件702或限制元件614。然而，功率控制元件710C被配置为包括 集成温度测量元件712，温度测量元件712可以被配置为通过测量功 率开关118C输出端的功率的一个或多个电气特征来确定功率负载 120C的温度。
如功率控制系统700所示，功率控制系统700具有三个示例性功 率开关组件701A、701B以及701C，每个功率开关组件可以包括各种 元件，但是至少以一些方式包括集成组件，这些组件以最少的用户交 互，例如硬连线接头124(被表示为带有直线的小圆环)来提供互连 性和互操作性。如下面更详细地描述，功率控制组件的机械和电耦接 机构将每个功率控制组件701的每个元件与接口可操作地和物理地耦 接。同时，通信总线507被配置为在每个功率控制组件701和功率控 制器501之间进行通信，在其它功率控制组件701和耦接到通信总线 507的其它耦接的元件714之间进行通信。
图8表示功率控制系统800的另一个实施例，功率控制系统800 具有连接到三个功率控制组件801A、801B以及801C(被表示为功能 模块)的控制器501。功率控制系统800的元件类似于图5B的功率控 制系统500B、图6的功率控制系统600以及图7的功率控制系统700 中所示的许多相同和相似标记的系统元件，因此这里将不重复描述每 个这些元件。然而，功率控制系统800表示其它的实施例，这些实施 例包括作为功率控制组件801A中的功率开关的机械继电器802，作为 功率控制组件801B的节能元件的电流变换器806B。电流变换器806B 可以提供对从电源接收的功率的监测。
此外，在每个功率控制组件801A、801B以及801C中提供内部 控制总线804(表示为804A、804B以及804C)。在这些配置中，通 信总线507分别通过通信接口505A、505B以及505C与控制模块 504A、504B以及504C连接，以提供和接收例如控制数据和信息的通 信信息。然而，如所表示的，每个功率控制组件801A、801B以及801C 配置有用于在功率控制组件801的各种元件内和之间进行通信的内部 通信总线804。当装配功率控制组件801时，可以例如通过外壳内的 连接器和接头或者通过电耦接在一起的接触器将内部通信总线804集 成到集成耦接机构中。例如，当可释放地耦接包含机械继电器802的 外壳和功率控制组件801A的功率开关控制组件504A时，可以自动地 连接内部通信总线804的连通性。在这种方式中，在控制器501和/ 或每个功率控制组件之间提供的集成操作特征和功能还可以集成为一 个功率控制组件801内的元件之间或一个或多个功率控制组件801之 间的内部通信和控制设备。在功率控制系统和功率控制组件的这种实 施例中，在功率控制组件801中可以在内部传播和传输功率开关控制 模块504接收的任何信息。
从这里可以看出可以容易地添加和移除每个功率控制组件801内 的其它功率控制元件，并仍然保证连通性和互操作性。根据希望的用 户应用，在集成功率控制组件801中可以按照需要添加一个或多个功 率开关控制元件502、功率开关118、传感器104和114、功率负载120、 报警器(未示出)、事件(未示出)以及辅助功能(未示出)，而不 需要大量的重新布线或手动操作各个元件。
现在参照图9所示，在一些实施例中通过集成匹配接触器902也 可以将控制器501集成或至少匹配到功率控制组件801中。匹配的接 触器902可以使得当相邻于功率控制组件801安装控制器501时，实 现匹配和耦接，而不需要用户手动的连接动作。在图9所示的例子中， 装有DIN轨道的温度控制器501通过匹配的接触器902可操作地与功 率控制组件801匹配，以形成集成功率控制系统901。在一些实施例 中，匹配的接触器902可以是一个或多个可插入的连接器。
图10是根据本发明的一些实施例的具有集成通信系统的功率控 制系统1000的模块图。功率控制系统1000包括一个或多个在各个类 似的和不同的元件与功率控制组件502之间提供通信互通性的通信总 线507，功率控制系统1000包括用于在功率控制操作中，例如处理操 作中控制功率的系统。这种示例性实施例并不旨在表示功率控制系统 的元件或模块的特殊布局或配置。参照图10所示，通信链路或总线 507可以是任何形式的通信设施，在一个例子中是WatBusTM。可以包 括用户接口(UI)602并且可以通过通信总线507进行通信或者可以 通过现场总线通信设施(未示出)进行通信。通过这个例子，用户接 口602A被表示为触摸屏1002，但是可以是接收用户指令或输入的任 何形式的接口。其它的例子包括键盘、鼠标、触摸板、语音输入以及 数据输入，并且被表示为例如用户接口602B。一个或多个功率开关 118或开关元件也可以被连接到通信总线507，如固态继电器(例如已 知为“Hockey Puck”SSR 118的固态继电器)、装有DIN轨道的功率 控制组件1005，以及DIN-A-MITETM接触器1006或被配置为耦接到 DIN轨道1008的接触器所表示的。通过通信总线507还可以连接例 如DIN控制器1010的控制元件。显示模块可以为用户提供显示的关 于功率控制系统的信息。也可以将一个或多个功率开关元件(被表示 为装有DIN轨道的控制器)和通信模块604连接到通信总线。如所示 的，装有DIN轨道的功率控制组件1005A-N可以是完全集成控制组 件，例如具有集成元件和模块的集成功率控制组件701、801以及901。
对功率控制系统中的每个元件进行配置或使其适用于功率控制 系统中的即插即用操作。此外，元件中的模块也可以被配置为即插即 用型。图11表示一种示例性的可互换的控制模块501A-N的组合，其 中每个控制模块包括具有不同功能的用户接口，或者如工厂编程单元 的情况不包括任何用户接口。元件的功率控制系统族中多个控制元件 中的每个元件可以包括不同的模块或功能。501A-N的每个用户接口适 于可选地被包括在系统的实施例中。如所述的，用户接口可以简单地 是状态信号灯或LED，可以是具有用于用户进行选择和输入的带有旋 转旋钮的七段显示器，可以包括输入键，或者可以包括LCD显示器。 由于这些实施例的每一个都是与功率控制系统中的每个其它模块和元 件兼容的，因此每一个的具体选择都是由用户根据应用需求判断的。 如所述的，每个接口可以具有不同的尺寸并需要不同数量的连接器； 然而，它们仍然以即插即用的方式在功率控制系统中兼容。
然而，每个控制元件都与每个其它的元件和功率控制系统中元件 族的每个其它成员兼容。同样地，参照图11所示，本发明的实施例提 供了控制模块501的可扩展配置，以适用于用户环境。此外，每个元 件可以被另一个元件代替，从而用户可以提供每种变化和修改。
本发明的各种示例性实施例的其它方面在于可扩展性。例如，通 信模块604可以包括多个通信接口和多个通信总线507或者环路配置。 同样地，控制元件501是可扩展的，以满足具体用户应用的需要，而 不需要分离的或不同的控制元件。控制模块，例如具体的通信接口卡 可以适用于具体的设计或应用，而不需要替换或代替控制元件或模块 501。
图12A-E表示根据本发明的不同实施例的功率控制系统的不同 布置。在一个示例性实施例中，功率控制系统1202是预定的或最低配 置(MC)。这种最低配置1202也可以与简单的用户接口602(如1204 中所示的)、功率开关控制器504结合使用，并且可以包括报警指示 器，例如信号灯或标记(未示出)。如在图12C中，系统1206具有 两个或多个最低配置1202，其用共同的用户接口实现。在图12D中， 最低配置1202与用户接口602和通信模块604组合，以构成系统1208。 在图12E中，多个最低配置1202与单个用户接口602和单个通信模 块604组合。
如上所述，本发明的不同实施例包括功率控制组件集成机构，例 如用于将系统元件耦接为集成组件的外壳。同时如上所述，在一些实 施例中功率系统或功率控制组件的元件或模块被配置为与焊针式 (snap in)或可插入连接器机械地连接，或者与适于将元件机械和电 耦接到单个集成组件中的外壳连接。在一些实施例中，功率控制组件 中的每个元件可以包括分离的层，或一部分层，从而这一部分可以与 其它部分进行配置，一个或多个部分的组合基本包括多层中的一层。 当然，实际上这些层可以是垂直的或水平的，并且在一个实施例中可 以组合起来。现在将描述和说明用于操作性地将这些元件组合到集成 功率控制组件中的系统和方法。
在一些实施例中，单元集成耦接机构机械、电以及通信耦接功率 控制组件中的每个元件。单元集成耦接机构可以在两个或多个元件之 间提供机械连通性，其以固定的或偏压方式将两个单元耦接在一起。 在一个实施例中，凸轮锁紧系统或装置可以提供偏压耦接，在图13A 和13B中表示其一个示例性实施例。参照图13A所示，四个元件组成 的功率控制组件1300具有三个层1302A、1302B以及1302C，第一层 1302A具有元件1304，第二层1302B具有两个元件1306和1308，第 三层1302C具有单个元件1310。如所示出的，定位两个锁紧机构1314A 和1314B，以一层堆一层地通过底部或单元安装板1311耦接功率控制 组件的所有三个层的顶端和底部。两个凸轮装置1312A和1312B在顶 端连接到两个锁紧机构1314A和1314B。在这种布置中，当解锁凸轮 装置1312A和1312B时，可以从功率控制组件1300上移去四个元件。
图13B表示关于锁紧机构1314A和1314B处于锁紧位置的每个 凸轮1312A和1312B。在这种布置中，位于顶端的两个锁紧凸轮1312A 和1312B被旋转到锁紧位置。当两个锁紧机构1314A和1314B处于锁 紧位置时，四个元件1304、1306、1308以及1310作为单个功率控制 组件1300机械地和可操作地耦接。在该示例性实施例中，锁紧机构 1314A和1314B和/或凸轮装置1312A和1312B可以由坚固构造的材 料构成，或者可以由弹性材料构成。当使用弹性材料时，锁紧机构1314 提供偏压或压力，从而四个元件1304、1306、1308以及1310被挤压 在一起。在操作和减少的操作者维护中，压力提供连续的耦接，而不 需要用户的介入或调节。
另一种类型的功率控制组件集成耦接机构包括偏压或压紧耦接 (未示出)。例如，具有限制带螺纹装置插入的肩部和弹簧的带螺纹 装置。在操作中，一个或多个带螺纹装置可以被用作单元集成耦接机 构，以向功率控制组件的元件提供连续的偏压或压力。配置每个带螺 纹装置，从而该装置被插入到肩部并且不能被更深地插入，从而在安 装过程中由用户限制过紧连接。可以配置这种装置，从而当该装置被 插入到肩部时，至少部分地挤压弹簧。在一个实施例中，仅部分地挤 压弹簧。同样地，弹簧施加压力以可操作地耦接功率控制组件中的元 件。连续的压力消除了通常由接头阻抗或松动的接头引起的端子或接 头的加热现象。
如所述的，尽管将单元集成耦接机构描述为机械耦接，但是其还 在功率控制组件的两个或多个元件之间提供电耦接。电耦接可以由机 械耦接和单元集成耦接机构施加的偏压产生。在每个单元元件中配置 的元件间的耦接器提供电源、功率负载、通信链路和单元操作功率元 件之间的电耦接，从而当启动耦接时，就实现了需要的电连接。此外， 在利用压力或偏压的单元集成耦接机构的实施例中，向接头施加偏压， 以保证这些接头的连续连通。在其它实施例中，分别地进行电连接， 但是由机械耦接实现电连接。例如，在一个实施例中，功率控制组件 中元件之间的电端子组件或机构可以包括表面的压紧接触，这种接触 可以由具有弹簧的弹夹接收器作用在合适的连接器的叶片部分上实 现。在安装过程中，这种布置也可以提供各个元件的机械自对准。
如上所述，在具体的实施例中，两个或多个外壳可以适于提供功 率控制组件集成耦接中的机械耦接。此外，可以配置外壳使其包括两 个或多个外壳机械耦接时，被匹配或连接的电连接。
在图14A和14B中表示这种加偏压的元件间连接的一个例子。 在该示例性实施例中，配置功率控制组件1400包括固态继电器(SSR) 1402，例如熟知的具有“Hockey Puck”结构的固态继电器。在图14A 中表示熟知的具有“Hockey Puck”结构的固态继电器SSR，其具有2.3 平方英寸的大小。“Hockey Puck”SSR 1402具有四个用于容纳螺钉和 导线夹紧设备(未示出)的螺钉座。两个螺钉座1404用于控制接收控 制信号的引线，以使SSR作为开关操作，两个螺钉座1404用于接收 和提供输入功率。定位四个球柱1408以耦接到SSR 1402的四个螺钉 座1404上。球柱1408可以耦接到向SSR 1408提供限制开关功能的 限制元件1406上。PID控制器元件1410耦接到限制元件1406上，从 而为SSR 1402的操作提供控制功能。如所表示的，所示的SSR功率 控制组件1400中的PID控制器1410和限制元件1406的尺寸成比例， 并被配置为可堆放地接合和耦接到“Hockey Puck”SSR 1402上，而不 需要改变SSR的配置或设计。此外，除了使用互连(inter-couping) 布置提供的压力将三个元件耦接在一起外，功率控制组件1400的SSR 1402和其它元件不需要其它的连接或导线。
为了实现这个目的，移去了螺钉和线夹(如图14所示)，并且 向限制元件1406的球端柱1408加偏压，以接合螺钉座1404。如所示 的，功率控制组件1400的限制元件1406和/或开关控制元件1410配 备有球柱1408，当球柱1408作为单元集成耦接机构的一部分被加偏 压时，就被挤压进入SSR 1402的螺钉座1404中，从而实现了与SSR 1402的电力或电控制连接。功率控制组件1400提供压力，以将压紧 电耦接施加到SSR 1402上，这与标准的SSR压力设置、布置以及规 范一致。这些可以仅连接到SSR 1402的控制输入端，或者连接到SSR 1402的电力输入和输出引线上。
图14表示功率控制组件1400，其中限制元件1408可操作地耦接 到并位于SSR 1402和开关控制器1410之间。在该示例性实施例中， 限制元件1406包括用于从电源接收输入功率的电源连接器。开关控制 器1410包括例如用于将SSR 1402作为电源开关进行控制的PID算法。 开关控制器1410可操作地耦接到SSR 1402的两条控制引线上，在该 实施例中通过限制元件1406进行连接。在另一个实施例中，开关控制 器1410和限制控制器1406的配置可以使限制元件1406直接连接到 SSR 1402的两个输入功率螺钉座1404上，开关控制器1410可以直接 连接到SSR 1402的两个控制螺钉座1404上。
具体地，例如SSR 1402的功率开关热耦接到散热片1412上。定 位具有PID算法的开关控制器1410并将其耦接到SSR 1402上，从而 两个控制器螺钉座1404电耦接到开关控制器1410，以控制SSR 1402 开关。一个或多个印刷电路或线路板(PCB)连接到SSR 1402的输入 功率螺钉座1404和可插入的笼式紧固连接器上，以将输入功率提供给 功率负载(未示出)。组合的限制和专用接触器(DPC)元件(未示 出)能够从电源接收输入功率并将功率提供给SSR的输入功率连接。 可以配置开关控制元件以允许以互锁布置将开关控制器1410和限制 -DPC元件直接耦接到SSR 1402。例如可以布置具有WatBusTM配置 的通信模块插入到开关控制器1410和限制-DPC元件中的一个或两个 上。通信模块可以插入到开关控制器1410和限制-DPC元件中的一个 或两个上，并且包括到通信总线507的接口。此外，对于所示的功率 控制组件1400，在一个或多个元件中可以包括一个或多个传感器接口 (未示出)。
根据本发明的一些实施例，功率控制组件1400的这些实施例提 供了改进的现场安装，其中SSR元件位于面板上，用户安装控制元件 和限制元件以形成功率控制组件或系统。这种连接组件也可以提供工 厂装配，其中在运输之前将SSR连接到控制元件和/或限制元件上。
在其它实施例中，一个或多个电连接也可以处于一个或多个元件 的模块之间，或者处于功率控制组件的元件之间。可以通过管脚和插 座或偏压连接来实现电源、负载以及功率元件之间的连接，上面已经 讨论了一个例子。也可以采用金属或光互连，例如通过管脚和插座布 置或偏压板(bias plate)和接触器布置，来实现用于元件间或模块间 通信的连接。
在一些实施例中，从功率控制组件到外部元件或设备的接头包括 仅需要最少的用户交互和输入的接头，并且在安装后提供连续的偏压。 尽管在工业上通常利用简单的螺钉和夹具装置来连接电源和功率负载 引线，但是这种连接通常会随时间松动，而导致不断增加的热量、电 弧和故障。同样地，这些接头通常是日常维护的重点，需要用户重新 拧紧螺钉，例如每个维护周期旋转1/4或1/2圈。此外，到功率控制 组件的外部连接也可以利用自-偏压或压紧接头，从而可以连接不同尺 寸或直径的导线，并且可以持续地对接头施加偏压，以随时间保证安 全的连接性。与上面的讨论相类似的，这些外部接头可以是凸轮操作 的机械接头，可以是加偏压的或弹性机构，或者可以包括弹簧加偏压 的、带螺纹的装置，例如弹簧偏压锁销。在这种实施例中，在整个接 头寿命期间将弹簧-偏压或弹性材料-偏压力施加到接头上，从而向连 接的导线提供持续的压力，即使出现导线的老化和移动时也是如此。
图15表示用户应用1500中功率控制组件系统1502的一个示例 性实施例。如所示的，工业标准配置中的标准的固态继电器(SSR) 被称为“Hockey Puck”。尽管下面描述了用在一些实施例中的功率控 制系统，但是应该理解其只是本发明不同方面的一个示例性实施例和 应用。
参照图15所示，功率控制开关SSR 1402与AC电源输入1504 和AC功率负载1506串联耦接。SSR 1402从逻辑控制器或其它DC 电源1510接收DC电源1508形式的控制输入。功率开关控制模块1512 耦接到SSR 1402上。功率开关控制模块1512包括用于控制传感器 1514的接头，对其进行定位和配置以用于AC功率负载1506。此外， 电场传感器1518感测SSR 1402产生的电磁场输出。
图16和17表示SSR功率控制组件的其它实施例。图16表示采 用“Hockey Puck”结构的SSR 1402作为一个功率开关的单相AC功 率控制组件。图27表示采用SSR 1402切换两相AC电流的两相AC 功率控制装置。在图16中，如在工业中已知的，功率控制组件包括热 耦接到散热片1602的SSR功率开关元件1402。然而，SSR 1402机械 地和可操作地耦接到功率控制组件1600的一个或多个其它元件。如所 表示的，通信总线507，例如WatBusTM，提供元件之间的通信，因此 用于控制功率控制组件1600中各元件的操作。在该例子中，通信总线 507连接到限制元件1604、功率开关控制器504(例如被表示为PID) 以及SSR 1402。此外，通信总线507还连接到监测提供给功率负载 120的功率的功率测量元件702。温度传感器(未示出)可以感测功率 负载120的温度并将温度传感器信号(未示出)提供给功率开关控制 器504。电源109将单相AC功率提供给限制接触器614。限制接触器 614从限制接触器控制器1604接收控制信号(未示出)。限制接触器 614连接到熔丝516，其可以是用于保护SSR的快速半导体熔丝或者 断路开关。当功率开关控制器504激励SSR 1402时，SSR 1402至少 向功率负载120提供一部分输入功率109。参照图16和17所示，将 功率控制组件1600的每个元件集成到共同集成组件中，例如集成到在 “Hockey Puck”SSR 1402上构建的“塔”中。利用如上所述的向每个元 件提供机械和电耦接的集成单元耦接机构耦接功率控制组件1600的 各个元件。
类似地，图17表示用于切换两相AC电源108提供的两相AC 功率的功率控制组件1700。功率控制组件1700的其它元件类似于上 述关于功率控制组件1600所述的元件，因此为了简洁起见，这里不再 重复描述。
在本发明的一些实施例中，在集成功率控制系统中使用的控制组 件具有包含外壳的基座，并在该外壳中界定了用于容纳功率开关的腔 室。所述控制组件包括被配置为生成控制信号的控制模块，所述控制 信号用于控制功率开关选择性地向功率负载提供功率。控制箱被配置 为容纳控制模块并适于可释放地耦接到基座外壳上，并且被配置为电 耦接到基座外壳上的控制耦接器，以在将控制箱耦接到基座外壳后， 向外壳的腔室中的功率开关提供生成的控制信号。
现在参照图18所示，以分解的和未装配的视图表示控制模块 1800。控制模块1800包括具有一个或多个在控制箱1802的外部形成 的柔性配合件1804的控制箱1802。一对柔性配合件1804A位于控制 箱1802的相对侧，一对柔性配合件1804B位于控制箱1802的不同的 相对侧。如图所示，控制箱1802限定了下部1806，通过键或其它形 式，下部1806也适于耦接到或位于基座外壳的容纳或耦接部分中。
控制箱1802、其下部1806以及一组或多组柔性配合件1804A和 1804B被配置为通过与柔性配合件1804的互连被容纳或可释放地耦接 到功率控制组件的基座外壳。在所示的实施例中，表示了两对柔性配 合件。在这种实施例中，控制箱1802可以适用于配合多个基座外壳， 以使控制箱1802安装在多个方向上，例如，或者与柔性元件1804A 接合或者与配合件1804B接合。在其它实施例中，单个配合件1804 可以适于耦接到基座外壳上。此外，下部1806可以包括一个或多个被 配置为与基座外壳接合的键结构或者固定装置1826，所述基座外壳适 于选择性地容纳这种键固定装置1826。
控制箱1802包括用于覆盖一个或多个控制模块1810的腔室 1808，所述控制模块1810可以是包括如上所述的例如PID开关控制 元件，或限制元件的一个或多个电子元件的PCB板。控制模块1810 可以被水平地1810A或垂直地1810B保持在腔室1808中。盖1814可 以被配置为可释放地耦接到控制箱1802上。如所示的，盖1814可以 包括一个或多个用于将控制模块1810B耦接到外部导线、传感器，或 通信总线507(未示出)的电连接器1816。如所示的，盖1814可以包 括一个或多个连接器容纳腔室1818，其用于容纳至少一部分电连接器 1816并使电连接器连接到位于腔室1808中的PCB板1810B的PCB 板连接器或管脚上。如所示的，电连接器1816可以是被配置为容纳 PCB板连接器的插头管脚(male pin)1812的插座(female connector)。 在一些实施例中，连接器容纳腔室1818可以包括穿过其中的用于各自 容纳一个插头管脚1812的独立的孔。控制箱1802和/或盖1814也可 以包括被配置为一旦连接器1816被插入到连接器容纳腔室1818中， 就固定地保持连接器1816的柔性连接器固定器1820。在一些实施例 中，每个PCB 1810B可以包括集成F端子插头管脚组1812，插头管 脚组1812可以被分别地安装到PCB板上，从而PCB板1810B和连 接器插头管脚1812产生两面不同的PCB板。这就与许多被配置为单 纯的右向或左向定位的PCB接头不同。在这种方式中，一个或多个放 置在腔室1808内的控制印刷电路板(PCB)可以通过连接器容纳腔室 1818通用地连接。此外，在一些实施例中，连接器容纳腔室1818可 以包括键耦接，以选择性地容纳相应配置的插座1816。在这种方式中， 连接器容纳腔室1818在其中提供预定方向的内插头，并因此连接到两 面不同的PCB 1810B和板上的F端子插头管脚1812。这些特征相结 合就为功率控制单元和其中的控制模块1810B提供了增强的可操作性 和设计灵活性。控制箱1802和或盖1814可以包括多个通风口1822， 以当需要时实现热通风。
在一些实施例中，水平安装的控制模块1810A或类似的设备可以 通过开口1823或采用沿下部1806，例如在底部(在图18中未示出， 但是由箭头1824示意性地放置)放置的电接触器1824，来提供电连 通性。这种开口1823或电接触器1824被配置为当控制单元1800耦接 到基座时与基座外壳的相应部分进行电接触。此外，水平安装的控制 模块1810A可以包括一个或多个沿下部1806配置和放置的传感器(未 示出)，以感测与控制组件或在其上放置控制单元1800的基座的操作 相关的特征。
在本发明的一些实施例中，功率控制系统包括具有被配置为可释 放地容纳控制单元的外壳和处于该外壳中用于接收具有“Hockey Puck”结构的固态继电器的腔室的基座。所述基座包括用于耦接到输 入电源的输入功率端、用于耦接到功率接收负载的输出功率端以及用 于固定地和电耦接到输入和输出功率端以及所容纳的固态继电器的控 制端的耦接固定装置。控制单元被配置为控制固态继电器以选择性地 将至少一部分在输入功率端接收的功率提供给输出功率端。控制单元 具有适于被可释放地耦接到基座外壳的外壳。在被连接到基座的控制 单元的作用下，控制单元和基座中的每一个都被配置为将控制单元电 耦接到所容纳的固态继电器的控制端。
在本发明的一些实施例中，用在集成功率控制系统中的控制组件 具有包括外壳的基座，并且在所述外壳中限定了用于容纳功率开关的 腔室。控制组件包括被配置为生成控制信号的控制模块，所述控制信 号控制功率开关将功率选择性地提供给功率负载。控制箱被配置为容 纳控制模块并适于可释放地耦接到基座外壳上，并且控制箱被配置为 电耦接到基座外壳上的控制耦接器，以当将控制箱耦接到基座外壳上 时，将生成的控制信号提供给外壳腔室内的功率开关。
参照图19所示，表示装配好的上面关于图18所述的控制单元 1800，其中盖1814连接到控制箱1802上，多个连接器1816A、1816B 以及1816C位于连接器容纳腔(未示出)内并被连接器保持器1820 保持。放置装配好的控制单元1800以耦接到具有外壳1902的基座 1901上。基座外壳1902包括适于容纳控制箱1802的下部1806的控 制单元腔室1904。定位一个或多个基座固定装置1908，固定装置1908 适于耦接到一个或多个柔性配合件1804A上，以将控制单元1800可 释放地耦接到基座外壳1902上。如上所述，基座外壳1902和控制箱 1802适于将控制单元机械和电耦接到基座外壳的各个元件上。参照图 20A和20B将更好地理解这种耦接布置。
参照图20A所示，基座外壳1902包括固态继电器或用于容纳SSR  1402的功率开关腔室2002。在该实施例中，基座外壳1902和功率开 关腔室2002被形成需要的尺寸以使其适于完全容纳SSR 1402，并具 有与SSR 1402基本相同的覆盖区。如上所述，所属技术领域已知SSR 1402具有“Hockey Puck”结构。SSR 1402包括用于连接到功率和控制 引线的螺钉座1404。同时，SSR 1402包括热传导基座2004和一个或 多个连接固定装置2006，其中连接固定装置2006用于将SSR 1402和 其热传导基座2004固定地耦接到散热片1602上。基座外壳1902被配 置为当SSR 1402附加到散热片1602上时，环绕和包围SSR 1402。基 座外壳被配置为容纳多个SSR 1402，其中每个SSR 1402具有从电端 子到热传导基座2004的不同的高度，同时仍然保证热传导基座2004 与散热片1602的适当接触和要求的到螺钉座1404的电连通性。这可 以通过功率开关腔室2002实现，确定基座外壳的尺寸以具有用于最高 的SSR 1402的电连通性的标准数据，同时还提供SSR的腔室深度以 使高度最小的SSR 1402能够延伸到与散热片1602相接触的地方。
现在参照图20B所示，基座外壳1902的顶视图表示控制腔1904 及其电结构以及基座外壳1902提供的相关耦接的详细情况。定位一对 开关控制端2008以耦接到功率开关腔2002中容纳的SSR开关1402 的控制器螺钉座1404。在该实施例中，一对螺钉2009耦接到螺钉座 1404上。可以配置一对开关控制端2008不仅电和机械耦接到螺钉座 1404上，而且可以将基座外壳1902固定地耦接到SSR 1402上。参照 图20A所示，每个开关控制端2008可以包括被配置为电耦接到控制 单元电耦接器1824上的柔性或弹簧电耦接器2024以及被配置为当开 关控制端被螺钉固定到螺钉座1404上时，则耦接到基座外壳1904的 一部分上的一个或多个外壳耦接固定装置2026。
配置和定位一对功率端2010A和2010B以通过一对螺钉耦接到 SSR开关1402的功率端螺钉座1404上。基座外壳1902包括用于将功 率端2010A耦接到外部功率端2014的汇流条2012。如将讨论的，可 以将汇流条2012配置为不仅提供电连通性，而且提供基座外壳1902 到SSR 1402的固定耦接。第二汇流条2016将功率端2010B耦接到第 二外部功率端2018。也可以将第二汇流条2016配置为将基座外壳1902 固定地耦接到SSR 1402上。第二汇流条2016还可以包括电流感测部 分2020，并对其进行配置和定位以当控制箱1802与控制腔室1904放 置在一起时，提供与控制单元1800相关的电流传感器感测的电流。功 率端的盖2022可以用于覆盖外部功率端2014和2018，以对不安全的 功率负载提供附加的安全性。参照图20A所示，第一和第二外部功率 端2014和2018可以包括用于固定地耦接到导线或电传导器的耦接固 定装置。此外，基座外壳1902还可以包括外部连接腔室2028，关于 外部功率端2014和2018配置所述外部连接腔室2028，以容纳耦接到 外部功率端2014和2018的导线导体中的一条。
在本发明的其它方面，功率控制系统包括基座，所述基座包括用 于可释放地容纳控制单元的外壳并限定用于容纳功率开关的第一腔 室，用于容纳专用接触器的第二腔室、输入功率端，被耦接的输出功 率端以从所容纳的功率开关的输出端接收转换的功率。基座还具有用 于耦接到所容纳的功率开关的输入和输出控制端和多个电连接的控制 连接器。专用接触器位于第二腔室内并通过一部分电连接与输入功率 端、容纳在第一腔室内的功率开关的输入端以及输出功率端串联连接。 控制单元被配置为将控制信号提供给专用接触器并将控制信号提供给 所容纳的功率开关，以将至少一部分在输入功率端接收的功率选择性 地提供给输出功率端。控制单元具有适于被可释放地耦接到基座外壳 的外壳。在被可释放地耦接到基座的控制单元的作用下，控制单元和 基座被配置为将控制单元电耦接到所容纳的功率开关的控制端。控制 单元包括具有限制功能特性的限制元件，其中专用接触器控制信号是 限制功能特性的函数。
现在参照图21和22所示，表示类似于图19和20的功率控制组 件的功率控制组件2100。然而，功率控制组件2100包括在基座外壳 中作为附加的功率开关功能的接触器。基座外壳2102被配置为可释放 地耦接到控制腔室2103中的相同的功率控制单元1800，并且通常如 上所述具有键控、耦接以及互操作性。然而，在该配置中，功率控制 单元1800和基座外壳2102被配置为使功率控制箱1800关于基座外壳 2102内容纳的SSR 1402和功率开关腔室成90度定向。在一些实施例 中，控制箱1802和基座外壳2102之间的耦接利用一组不同的相对的 柔性件1804B(与图19的柔性件1804A相比)。此外，在功率控制 组件2100中，集成散热片2104和基座外壳2102被配置为具有基本相 同的覆盖区。此外，应该知道可以确定基座外壳和散热片2104的宽度 的尺寸，以基本与基座外壳2102的功率开关腔室中容纳的SSR 1402 的宽度相同。而且，例如用于将功率控制组件2100拧紧耦接到安装表 面(未示出)的安装板2106可以被附加到散热片2104的下侧。在一 些配置中，安装板2106也可以适于耦接到DIN轨道上。
图22提供了功率控制组件2100的分解透视图。可以配置接地连 接器2202以将地耦接到散热片2104上。散热片2104被配置为固定地 耦接到SSR 1404功率开关上，并与SSR 1404的热表面2004热匹配。 在该视图中，将SSR 1404定向为跨过散热片2104的宽度。同样地， 基座外壳2102包括位于基座外壳2102下面并横跨其宽度的功率开关 腔室2204(尽管在图22中没有示出，但是通过箭头2204表示功率开 关腔室)，从而如前所述SSR 1402的控制功率螺钉座1404被定向为 偏离基座1902 90度。基座外壳2102包括耦接到SSR 1404和耦接到 基座外壳2102的类似的开关控制端2008，开关控制端2008包括用于 电耦接到控制单元1800的电连接1824的弹簧或柔性连接器2024。
然而，由于第二功率开关腔室2210被配置为容纳第二功率开关， 例如接触器2212，因此功率控制组件2100中的功率控制端不同。第 二功率开关腔室2210的顶部或底部可以是开放的，以容纳接触器 2212。如所表示的，第二功率开关腔室2210的顶部是开放的并包括多 个被配置为与接触器2212的接合部分2216耦接和接合的柔性闭锁元 件2214。基座外壳2102包括功率接收部分2218，对其进行对准和配 置以容纳来自电源的配线连接，从而耦接到接触器2212的功率输入端 2220。功率控制组件2100包括至少一个配置在接触器2212的输出部 分以直接地建立与输出端2014的电连接的一个管脚的汇流条2222。 第二汇流条2224耦接到接触器2212的另一个输出管脚，以将接触器 耦接到SSR 1402的输入功率端。在接触器2212的输出端还可以配置 辅助抽头2226，以实现对接触器2212转换的一部分功率进行分流， 并将分出的功率提供给另一个外部功率负载或开关。辅助抽头2226 可以是分离的元件或者可以被集成到所示的汇流条2222和2224中。
配置接触器控制引线2228以包括用于耦接到控制端2232以操作 接触器2212的接触器耦接固定装置2230。也可以配置柔性控制单元 耦接器2234并将其定位在基座外壳2102中，从而当将控制箱1802 插入在基座外壳2102的控制腔2103中时，与控制单元1800的相关控 制导线进行压紧耦接。功率端的盖2022可以用于覆盖功率端2014和 2018。此外，接触器盖2234可以被配置为覆盖包括容纳在其中的接触 器2212的第二开关腔室2210。而且，接触器盖2234可以包括用于向 输入功率端2220提供保护的集成输入功率端的盖2236。而且，接触 器盖2234可以包括被配置为允许接入辅助抽头2226而不移去接触器 盖2234的辅助抽头端口2238。
同样地，功率控制组件2100被配置为通过可以串联连接的SSR 1402和接触器2212提供完全集成功率控制。此外，功率控制单元1800 可以包括用于通过控制端2008控制SSR 1402的控制模块1810，和用 于通过接触器控制耦接器2234控制接触器2212的限制或接触器控制 模块1810。在该实施例中，功率控制组件2100是完全集成在用于操 作SSR 1402和接触器2212的具有最佳的覆盖区的平台中的，同时提 供了必须的热消散。然而，在功率控制组件2100中，一旦将SSR 1404 耦接到散热片2104和基座外壳2102上，就不需要手动导线连接。
与上述相类似，基座外壳2102和功率开关腔室2204被配置为容 纳多种高度的SSR 1402。然而，在该配置中，基座外壳2102还包括 基座外壳枢转部分2240，以当通过耦接器2242在外壳2102的接触器 端(即，远离SSR 1402的一端)进行二级耦接并耦接到散热片2104 时，使基座外壳2102枢转。
在图22所示的一个实施例中，电流传感器1824能够感测SSR  1402提供给输出功率端2014和/或2018的电流。作为感测电流的函数， 接收感测的与功率负载120相关的限制特性的限制控制模块也能够控 制接触器2212。由于SSR 1402一般在闭合或导通状态会发生故障， 这就能够为功率控制组件2100提供附加的安全性。向SSR 1402提供 控制信号的开关控制模块能够确定其控制状态是打开的模式并且确定 SSR 1402继续提供电流。同样地，开关控制模块能够确定SSR 1402 已经发生故障并且提供报警或错误信号或消息。限制或接触器控制模 块能够接收SSR故障信号或消息，并且打开接触器以停止将输入功率 提供给SSR 1402或提供给功率负载120。这种互操作性仅是通过集成 功率控制组件2100获得的特性和功能所实现的一个特性和功能。
参照图18-22所示，在本发明的其它实施例中，本发明包括装配 功率控制组件的方法，所述方法包括将具有“Hockey Puck”结构的固 态继电器1402插入到由具有外壳1902或2102的基座所限定的腔室 1904或2103中，将输入功率端耦接到固态继电器1402的输入端以及 将输出功率端耦接到固态继电器1402的输出端。所述方法还包括将第 一控制附加固定装置2008A耦接到固态继电器1402的第一控制端 1404，将第二控制附加固定装置2008B耦接到固态继电器1402的第 二控制端1404以及将具有控制箱1802的控制单元1800插入到基座外 壳1902或2102中。控制箱1802和基座外壳1902或2102被配置为将 插入的控制单元1800可释放地耦接到基座上，从而插入控制单元1800 的步骤包括将控制单元1800压紧耦接到第一控制附加固定装置 2008A和第二控制附加固定装置200B，并实现控制单元1800和固态 继电器1402的每个控制端1404之间的电连接。
根据本发明的不同实施例，如这种装配所属领域的技术人员已知 的，在上面通过图18-22描述了装配功率控制组件，例如功率控制组 件1900和2100的类似过程和步骤。
在一些实施例中，至少部分地由于上述的系统集成和元件处理功 能，因此功率控制组件的元件和模块包括各种特性。在另一些实施例 中，功率控制组件包括传感器多路复用器，其包括多个通道开关以将 多个传感器输入合并到单个模/数(A/D)通道。在一种配置中，第一 多路复用器与第二多路复用器并联耦接。这些多路复用器从独立的通 信选择电路接收控制信号。这些多路复用器的输入用于确定限制元件 的限制动作。当以这种配置连接和控制两个多路复用器时，限制元件 确定通道选择电路是否正确地执行操作。如果通道选择电路正确地执 行操作，则产生的到A/D通道的输入将产生OPEN传感器状态。根据 该信号，限制控制元件可以应用限制功能。
如所讨论的，部分地由于减少接头或连接点的数量而减少用户交 互以及改进剩余接头的可靠性，功率控制组件的以及功率控制组件内 的元件或模块之间的集成机械和电连通性提供了改进的连通性。元件 间的连通性提供了改进的通信，这就实现了例如，内部系统诊断、配 置管理、系统和元件管理、先进的功能、机械调整以及客户定制设计。 此外，在元件内包括元件或模块处理系统为每个元件并在单元或系统 中提供了更高级的功能。在其它的特征中，这些功能包括数据建模、 系统建模以及系统配置管理。
在另一个实施例中，用于连接到外部设备，例如传感器的接头或 端子可以利用组接头(gang connection)。组接头以最少的用户参与 和最小的空间提供了多个设备的连接。在这种配置中，将例如传感器 的设备成组接头到共同的端子或连接点上就减少了连接点和可能的接 点故障的总数。
在另一个实施例中，可以在功率控制组件的一个或多个实施例中 利用和配置定制的或专用的SSR配置或连接方法。在SSR功率控制 组件的实施例中，一个或多个元件能够提供电气接地，或者接地可以 是悬浮的。在所述的SSR实施例中，功率控制组件在连续的挤压下提 供多个元件耦接，从而对于它们之间的不同连接不需要每个模块或每 个元件的用户交互或输入。
在另一个实施例中，可以布置功率开关和限制接触器的组合，从 而在并联电路中将限制开关和功率开关组合到功率负载上。在这种实 施例中，在接通或断开电源到功率负载的连接期间，功率开关作为主 要的负载开关。该实施例可以提供无弧特性。除了无弧的好处外，该 实施例包括相同的减少导线和配线错误的特点。
功率控制组件的元件和模块可以包括一个或多个设备，例如需要 设备供电的电路或处理系统。在这种情况下，用于内部系统操作的设 备供电可以派生地从来自电源接收的输入功率得到，可以从专用的电 源输入接收，或者可以从例如WatBusTM的通信链路获得能量。在许 多实施例中，这些设备通常对功率要求非常低并且需要非常少的电流。 在另一个实施例中，用于操作或激励功率开关继电器以驱动大电流接 触器的相同的低电流可以用于设备供电。
在一些实施例中，一个或多个这些内部和外部连接可以包括传感 器、监测或反馈机制，以为功率控制组件或系统、远程监测系统，或 组件的操作者提供关于属于预定标准或特征(例如扭矩)的连接完整 性的反馈。一个或多个连接特征可以是相同的，例如报警指示的一个 或多个操作可以是响应连接特征而被启动的。在另一个实施例中，系 统或元件的诊断操作或处理利用一个或多个特征在功率控制组件内部 提供连接诊断，以进行解决问题、隔离故障、管理配置以及进行维护。
一个或多个元件具有可操作的或通信接口，以与功率控制组件和 系统中的其它元件进行通信。每个元件可以具有多种形式或模型，这 些形式或模型具有不同的特征、功能以及模块的组合。然而，在功率 控制组件内，每个元件的每个模型或形式将与任何其它元件的任何和 所有模型和形式联系并可操作地耦接。同样地，每个元件的每种形式 或模型可以用在功率控制组件中并以灵活的方式进行组合，以满足用 户应用对于功率控制组件的要求。此外，结合元件间的连通性和元件 的自识别性，功率控制组件中的所有或更少的元件既可以是向前兼容 又可以是向后兼容的。
在一些实施例中，如这里所述的功率控制组件将使得用户能够容 易地识别功率控制组件中的各个元件和模块。
在另一个实施例中，集成组合的功率控制组件包括集成热传输管 理。功率控制组件的每个元件包括热传输组件，当所述热传输组件与 其它元件装配在一起时则将热传导到一个或多个散热片中。在一个实 施例中，由于功率开关元件可以包括与功率开关元件的安装相结合的 集成散热片或构造，因此一个单元可以利用功率开关元件作为单元的 散热片。在另一个实施例中，单元中的一个或多个元件可以包括或由 下述组成：可以作为单元或元件的散热片的热导向材料。这种材料的 热操作类似于二极管的电操作，在一个方向上屏蔽热传输而在另一个 方向上允许进行热传输。在一个实施例中，热导向材料可以作为通道， 将热量从单元内的元件传输到具有更大表面、更好进行热传输的元件 上，从而改进热传输的效果并将整个单元内聚集的热量降低到最小。
在一些实施例中，功率控制组件中的元件间和/或模块间的连接 包括作为整体用于每个元件和功率控制组件的集成电磁力(EMF)、 电磁干扰(EMI)以及热屏蔽。在一个这种实施例中，功率控制组件 外壳或盖可以被集成到每个元件中，从而当对其进行组合时，集成外 壳提供这些屏蔽功能中的一种或多种。此外，外壳还可以防止操作者 的干涉或与导线、接头，或关键元件的接触。在一个实施例中，用于 将互连的导线接合到单元或元件的外壳或装置可以防止变得与功率控 制组件或其元件的连接器相脱离的导线引线的物理移动。
例如，在集成功率控制组件的一些实施例中，一个或多个外壳提 供了各个元件的机械和电连通性。这种外壳可以由模制的或机械加工 的材料，例如塑料构成，其提供了功率开关(表示为SSR或接触器)、 控制器和限制元件的几何结构之间的联系并且包括适于传导气流的气 管的几何结构。当装配这些组合的外壳时，就能够提供这种气管，即 将会在功率开关元件的上表面上垂直地传导气流。气流来自垂直地位 于功率开关的热量生成点之下的入口。这种气流还会通过在塑料部分 的几何结构中形成的气流栅格几何结构垂直地通过功率控制组件流 出。由于直接(垂直地)处于功率开关热量生成区域之上的导管区域 的体积更加膨胀，因此定向栅格和相应的入口和出口通风口就促进了 气流速度的增加。元件的几何结构增强了自然传导，并且当空气从功 率开关的收缩区域经过向上到达更加开放的区域(栅格区域)并到达 出口的通风点时，这种自然传导就促进了空气速度的增加。采用塑料 的实施例和相邻的功率开关模块提供了实现这种热管理机制所必需的 导管几何结构。与传统的组件相比，这种具体的实施例实现了改进的 功率开关冷却的目的。
在一个实施例中，功率开关元件可以是具有集成积分谱线电压和 /或负载电流感测模块和功能的接触器模块。在另一个实施例中，功率 开关元件可以包括集成限制开关模块。在一个或多个实施例中，功率 开关或接触器元件使得选择性地从电源向功率负载提供功率。作为预 定义的阈值限制的函数，具有限制模块的接触器元件还提供限制开关 的功能。这种限制模块可以包括温度感测功能，或者可以是电压或电 流传感器。仅作为一个例子，限制模块可以利用电流监测器，如工业 上已知的，所述电流监测器包括电流互感器、霍尔效应传感器或GMS 设备-非电路断路器型。
一些实施例包括一个或多个用于与外部传感器进行通信的传感 器接口，所述外部传感器用于感测与用户应用或操作相关的外部操作。 在另一个实施例中，可以至少部分地将传感器集成到功率控制组件中。 在一些情况下，传感器可以提供或者功率控制组件可以确定与功率控 制组件接口的传感器的类型。在这种情况下，作为传感器类型函数， 功率控制组件可以调整或重新配置一个或多个操作参数、简档，或配 置。仅作为一个例子，功率控制组件可以确定传感器的类型并优化一 个或多个温度测量或范围的函数或接口，以最优化与温度测量输入相 关的温度测量函数或功率控制函数的性能。
功率控制组件的每个元件为互连的元件提供进行自识别的元件 数据，从而为互连的元件提供与所有互连的元件相关的元件识别数据。 可以通过通信链路，通过邻近的开关或识别设备，或者通过包括用户 输入接口的另一种接口传输这种元件数据。
元件数据可以包括元件的类型、模块数量、制造商、软件版本、 特征、函数、序列号、简档、配置数据、元件模块数据、客户应用数 据。此外，功率控制组件的一个或多个元件可以将元件数据和与其自 己和所有互连的元件相关的数据提供给第三方元件，从而在功率控制 组件的所有元件中分布元件数据。同样地，每个元件检测和识别功率 控制组件内的每个其它元件。这种信息可以被存储在每个元件的存储 器中并且可以用于更新功率控制组件的简档或配置。此外，为进行比 较、参考、选择或作为默认操作，也可以存储以前的或预先确定的元 件数据、配置数据，或系统简档。
在一些实施例中，功率控制组件和/或系统包括自识别能力和其 集成功能。参照图23和24所示，具有CPU 2302的功率控制组件2300 可操作地连接到输入/输出模块2304A-C，输入/输出模块2304A-C具 有与包括功率控制组件2300的多个元件相关的连通门2306A-C。在为 功率控制组件上电之前，元件中的每个连通门2306打开。当上电时， 功率控制器2302通过通信总线507向每个I/O模块2304广播消息。 一个这种消息可以是“下一个模式“消息。第一物理连接的I/O模块 2304A接收该消息并从消息中提取其节点地址。作为响应，I/O模块 2304关闭其相关的门2306A，从而将第二模块2304B连接到通信总线 507和连接到控制器2302。I/O模块2304A响应下一个模式消息将“识 别消息”发送到控制器2302。接着I/O模块2304A能够根据将来的广 播对其进行关闭。重复每个操作步骤，直到关闭所有门2306，并且控 制器2302没有接收到任何响应，从而指示没有其它的元件2304连接 到通信总线507上。
在功率控制组件中具有用于每个元件的元件数据的功率控制组 件或元件可以存取数据并确定响应中的可操作的或诊断操作。这种操 作可以包括提供反馈、启动指令、启动诊断、启动维护、启动报警或 与最佳准则、最佳简档或优选配置或设置一致的消息。
根据本发明的一些实施例，在功率控制组件启动过程中，集成功 率控制组件能够生成输入/输出配置列表。可以生成输入/输出报头， 并且在表1中可以得到用于第一元件的I/O数据，在表2中可以得到 用于第二元件的I/O数据。图25表示这种输入/输出数据表2500的一 些实施例。如所示的，元件数据表2502包括在通信总线507上用于每 个元件的数据地址。其它的数据项可以包括例如，具有输入和输出的 相关设备数量的标识、输入属性以及输出属性。对于每个输出2504 A-N和每个输入2506 A-N，属性可以包括类型、支持类型的列表、数 据以及用于每个输入的数据单元。这些可以与初始的或默认值相关联 或者与具体的用户应用相关联。
在这种方式中，当元件接收互连的元件数据时，能够对其操作和 功率控制组件的操作进行分析，以保证包括功率控制组件的元件组合 能够提供有效的和高效率的操作和接口。此外，元件能够触发或禁止 总体上与互连元件或功率控制组件的能力一致的特征和功能。在这种 方式中，功率控制组件能够进行重新配置，以根据每个元件的能力将 功率控制组件的功能发挥到最佳。作为接收到的互连元件数据的函数， 一个或多个元件能够调整参数、操作或接口。
而且，利用通信总线507和接口，两个互连的元件能够彼此进行 协商，以建立优化的或预定的互连。这种协商可以是算法、表格，或 判定流程或图表的函数。
由于功率控制组件中的每个元件都可以得到所有的元件数据，因 此作为可得到的元件数据的函数，每个元件和功率控制组件或功率控 制系统(具有多个功率控制组件)可以作为整体进行自配置。可以在 最初的系统设置时、安装附加的或替换元件时、发生例如故障的事件 时、或者重新启动时，或者根据从用户或远程系统接收重配置输入， 来启动这种自配置。例如，第二元件可以被具有附加功能的新版本的 第二元件代替。同样地，当插入替换的第二元件时，功率控制组件内 的其它元件能够识别进行替换的第二元件具有新的能力，并且因此在 其自己的元件中激活潜在的能力。
而且，由于功率控制组件中的每个元件可以了解互连的元件，因 此元件就可以包括与这些互连元件相关的操作数据，从而就能够总体 上确定、估计，或推测在互连的元件中或功率控制组件中产生的状态 或动作，而不需要实际地接收指示或消息。通过利用这些元件数据， 一个或多个元件能够生成高级的诊断、分析、参数以及特征，从而对 系统级诊断和操作提供改进的高级控制。
在自识别的一个示例性实施例中，使功率控制组件或系统中的一 个元件物理地接近另一个元件就能够自激励特征和功能。例如物理接 近的开关可以是磁性开关。例如，第一元件可以包括磁性操作的开关， 对其进行定位以识别与第二元件相关的磁铁，从而当在功率控制组件 中组合第一和第二元件时，就完成了第一元件中的电路，因此在第一 元件中提供邻近指示，即第二元件耦接到其上。当出现这种邻近指示 时，可以触发或禁止第一模块中的一个或多个特征。
作为这种实施例的一个例子，功率控制组件中的限制控制器可以 对受控的具体加热器类型设置限制响应。作为响应，功率控制组件内 的控制器设置一个高的起点限制。作为一个实施例的另一个例子，PID 控制器调节起点和限制设置之间的变化，以最小化或消除可以产生或 导致限制动作的过调节。
在又一个实施例中，当功率控制组件、系统或元件不能进行自配 置或者出现错误时，元件就可以将存储的数据用于具有存储的元件数 据的一个或多个元件，来进行重新配置。在这种情况下，一个或多个 元件能够存取一个或多个默认的或现有配置、信息或简档，以通过用 默认的或现有的简档或配置替换当前的配置、信息或简档，来恢复元 件。
在另一个实施例中，功率控制组件能够识别加热器的类型或加热 器的操作，并且为操作者或其它元件、系统或功率控制组件推荐或确 定优选的或希望的启动或操作特征，例如推荐软启动或更慢的升温速 率(ramp rate)，或者启动如除湿(bake out)的另一个操作。作为 另一个例子，根据传感器类型，可以确定温度范围或功率水平，以提 供改进的控制。
在另一个实施例中，功率控制组件能够自动地进行重新配置以根 据传感器类型或操作、或根据用于传感器或传感器类型的具体的温度 测量或范围，来优化性能。作为一个这样的例子，功率控制组件可以 具有多个与其相关的传感器。在一个配置中，多个传感器可以包括不 同的传感器类型，例如K型传感器和E型传感器。可平行地布置K 型传感器和E型传感器。为了控制功率控制组件或其元件的一个或多 个操作，系统可以在全部操作范围内利用来自K型传感器的信号，但 是在受控的范围内利用来自E型传感器的信号，以提供改进的温度识 别和分辨率。
作为加热器元件负载应用的一个例子，可以利用热电偶来控制温 度。然而，功率控制组件能够利用或转换到另一个传感器或另一种传 感器类型，以在关键的控制点或范围改进系统测量。例如，在功率控 制组件操作或控制的关键点处，系统能够利用压力或流量传感器，而 不是温度传感器。
在另一个例子中，功率控制组件可以包括多个传感器和传感器类 型。可以利用控制方法，例如比例分配方法或算法，来控制一种传感 器类型到另一种传感器类型的转换，以管理、减少、减轻或消除传感 器和转换干扰。例如，在从0到100％的范围内以不同的增量，斜变 地或可变地控制从100％的传感器A到100％的传感器B的转换。
在又一个实施例中，控制元件被配置为监测独立的温度传感器， 限制元件被配置为监测第二独立的温度传感器。限制元件将其传感器 的温度信息与控制元件的传感器的温度信息相比较。如果确定两者的 差别变化大于预定的量，则限制元件启动例如对准或通知的动作。该 实施例提供了一种保证热系统保持在安全的温度状态下的冗余方法。
在另一个实施例中，功率控制组件中的元件可以包括导线自动对 准的能力。该元件可以具有一个或多个在用户安装期间被导线连接的 导线接头。然而，一些导线接头可能需要特殊的连线顺序或极性。在 这种情况下，元件可以测试或检测导线接头，并识别一个或多个导线 端是错误的。元件或系统能够向用户提供例如指示灯或消息的指示。 在其它实施例中，元件可以重新配置接口或内部连接或逻辑路径，例 如交换、调换，或颠倒错误连线的导线接头，而不需要用户的参与。 作为一个例子，传感器可能具有带极性的引线。当传感器的引线被连 接到功率控制组件或元件的接头端上时，该元件可以检测到错误的极 性并自动地交换引线，以纠正错误的连线和提供连续的操作，而不需 要用户的参与。
如所讨论的，功率组件或功率控制系统中的每个元件可以包括处 理器、存储器，和/或通信接口。在一些实施例中，一个元件不仅可以 监测或识别其自身操作中的发生事件，而且可以了解包括功率控制组 件的一个或多个其它元件的现在和过去发生的事件。这些事件可以包 括诊断参数发生的事件，例如状态的改变、模式的改变、情况的改变、 发生故障、现场参数的改变、现场操作特征的改变、越过阈值的现场 参数的值、报警、警报以及越过阈值的现场操作特征的值。
同样地，功率控制组件的元件可以包括用于对系统或元件的操作 或状态进行诊断的一个或多个系统或元件诊断模块。在一个示例性实 施例中，这种诊断结果可以包括与校准、简档、配置、系统管理以及 系统操作相关的参数。
诊断模块可以包括例如算法、程序、人工智能模块、建模模块、 映射、图形分析、规则、比较器以及查找表，以对系统或元件进行诊 断。在一个这种实施例中，诊断模块可以包括神经网络、经验数据、 数字数据、模糊逻辑电路、神经模糊电路、多项式算法、剩余寿命算 法、人工智能模块、建模模块以及统计功能。
在另一个实施例中，功率控制组件或元件可以类似地提供其它的 内部功能，包括：问题解决方法、故障检测、故障隔离、根本原因、 设置、限制、阈值、校准、失效预测、维护过程、确认、检验、可追 溯性、自动配置、体系结构对准、指纹、标识、理论建模、自管理以 及自调整规则。
作为功率控制组件诊断的一些实施例的另一个例子，控制组件可 以包括一个或多个温度测量装置，其用于测量从功率开关传输到相关 的散热片的热量、导线接头的温度，或接口温度。
在另一个实施例中，功率控制组件或其一个或多个元件可以临时 地重新配置接口、参数，或程序，以将模块、元件或功率控制组件布 置为测试或诊断布置。例如，可以串联布置一个或多个元件以通过排 除处理来隔离故障。作为一个例子，在功率控制组件实施例中，可以 与电源电压串联布置熔丝、功率开关、限制开关以及保护设备，并且 测试每个元件之间的互连点以识别哪个元件发生了故障。
功率控制组件的一个实施例提供了元件的连接或装配，其包括指 示正确地和完整地装配组件并且已完成所有要求的端子和连接并适于 进行操作的信号或指示。所示指示可以是电信号、消息、信号音，或 可听见的指示，信号灯或标记。
在一些实施例中，功率控制组件可以包括初始的和继续的功率环 系统检验，例如当对加热元件供电时，对热环路进行检验。
在装配了功率控制组件的元件和/或其元件后，功率控制组件可 以自动地或当用户启动时，在激活应用功率或将功率提供给功率负载 之前，自检验元件耦接和适当的功能。例如，当首先装配功率控制组 件时，每个元件自检验适当的内部操作和配置，并且同时检验与其它 元件一致的适当的连接和特征，从而这些元件的组合能够提供需要的 系统级简档和特征。每个元件、功率控制组件，或功率控制系统也可 以检验每个连接，包括电源和功率负载的连接，是否安全并且处于预 定义的规范内。在完成这些检验之后，对限制模块和/或功率开关进行 授权或者使其启动供电模块，以将输入功率提供给功率控制组件所服 务的功率负载，或功率控制组件所服务的负载。这种检验可以在系统 安装、系统供电、其它预定的事件和时间、当出现报警或故障时，以 周期的间隔或连续地进行。此外，在一些实施例中，功率控制组件可 以包括指示器，例如标记或指示灯或信号，如采用绿色信号灯指示适 当的连接和安装，和/或采用闪烁的绿色信号灯指示在具体的连接中如 果需要已经实现适当的极性。
而且，当在检验过程中要求对检验的问题进行识别时，功率控制 组件、其元件或功率控制或操作系统能够启动元件级或系统级的诊断 或维护例程，以通过自启动的问题解决程序确定问题来源。在一些实 施例中，如果可能，组件还可以进行重新配置，以消除或隔离问题。
作为一个实施例的例子，功率控制组件可以检验所有的功率连接 都被固定到适当的接头上。控制器可以将最近的读数与以前的读数相 比较，并识别接头的退化，这种退化可以由温度的增加、接头两端电 压差的增加指示，或者可以检测到电源线或功率负载线的偏转或应力 的增加。当识别了一个问题时，系统就能够在发生故障之前诊断出可 能的功率引线故障，并启动预防性的维护操作或例行程序，或者能够 提供警报、指示、或消息，以防止导致失效状况的故障。
在一些实施例中，功率控制组件可以利用功率控制组件的集成性 质来提供新的功率控制功能。作为一个例子，功率控制系统的功率控 制组件能够提供仅对温度进行功率限制的设备以前没有提供的新的限 制功能。通过在功率控制组件中补充功率控制元件的集成性质，除了 温度之外，还可以感测或确定功率控制操作特征或操作事件。限制模 块的限制功能可以至少部分地基于一个或多个这些功率控制操作特征 和/或操作事件。
与限制模块相关的温度传感器可以是被配置为感测温度的任何 传感器，包括热电偶、电阻温度检测器(RTD)、二极管、半导体传 感器、谐振式温度传感器、红外传感器、热敏电阻以及晶体管。
功率控制组件还可以包括测量其它特征或识别事件的发生的传 感器，包括压力传感器、流量传感器、应力传感器、运动传感器、位 置传感器、电压传感器、电流传感器、霍尔效应传感器、磁强度传感 器、气体传感器以及化学特性传感器。
功率控制操作特征可以包括阻抗、电流、电压、霍尔效应电压、 能量、质量、功率(其中包括电功率)、电容、电感、磁阻、相位、 定时、频率、时间、模式、状态、失效、报警、警报、状况、磁强度、 数据以及参数。
功率控制组件或系统操作事件可以包括状态的改变、模式的改 变、情况的改变、失效、现场参数的改变、现场操作特征的改变、超 过阈值的现场参数的值、报警、警报以及超过阈值的现场操作特征的 值。
而且，利用功率控制组件的通信总线507，限制功能可以从现场 设备接收操作特征或发生事件的指示，所述现场设备处于功率控制组 件的外部，但是可以与功率控制组件的用户应用相关联。可以直接地 或间接地从驱动装置、加速器、阀门定位器、包括压力计的测量装置、 电磁线圈、电源、加热器、包括电磁阀的阀门、测量仪、电动机、泵、 包括热控开关的开关、熔丝以及存储器设备接收信息。此外，可以从 制造系统、生产系统、装配系统、处理系统、操作控制系统、资产管 理系统、包括预测维护系统的维护系统以及监控和数据获取(SCADA) 系统接收信息。在这种实施例中，限制功能可以至少部分地是接收的 信息的函数。
与基于温度的限制系统相同，可以将这些特征、参数，或事件中 的一项或多项组合在表格、算法，或其它规定中，以保证功率控制组 件的完整性、应用操作的完整性以及提供改进的效率和安全性。
在一个实施例中，限制功能通过模块间的连接和通信，向输入功 率提供操作上的限制。当操作特征或操作事件指示限制发生、状态， 或状况时，对将功率提供给功率负载的限制保持断开，从而防止将功 率提供给功率负载。系统对功率控制组件进行监测，并且仅当没有出 现限制状况时才解除限制功能。这种操作可以当所有的功率控制组件 的元件和功率控制系统的单元或组件都可以进行操作时，或者当清除 了预定的限制条件时进行。
功率控制组件可以检测数据并提供反馈以将实际值与期望值进 行比较。在这种情况下，与组件相关的组件或控制元件能够确定它们 之间的差别，并且作为确定的差别的函数采用适当的或已确定的操作。 这就可能包括确定在限制传感器或控制传感器上发生材料累积，这种 材料累积可能削弱传感器的能力。
在一些实施例中，元件或元件或系统的操作也可以利用元件状态 数据和信息，来改进一项或多项操作。例如，如果在例如PID的控制 器的控制作用中，在限制元件中产生限制操作，则控制器元件能够中 断积分终结(integral windup)状态或另一项操作，直到限制元件中 的限制操作结束为止。在这种方式中，功率控制组件中的一个元件的 状态可以改进另一个元件中的操作，从而改进整个功率控制组件的整 体性能或操作。
作为例如事件、状态、报警、操作、处理、错误、电流，或电压 的函数，这些操作可以包括禁止或防止一个元件或子元件或模块的或 一个元件或子元件或模块进行的操作。在一个这种应用中，在控制元 件处于操作过程期间，控制器能够禁止解冻模式或操作。
在又一个实施例中，用户应用可能要求功率控制组件向多个相关 的功率负载提供功率。在这种情况下，可以在功率控制系统中布置多 个功率控制组件，以具有与多个功率负载相关联的关系。可以配置功 率控制组件，以确保每个功率控制负载以预定的方式操作。功率控制 系统与多个功率控制组件进行互操作，监测功率控制组件，以确保满 足用户应用的需要。
作为实施例的一个例子，在用户的热应用中，可以配置功率控制 系统的多个功率控制组件向一系列或一组加热元件提供功率。用户应 用可能要求应用加热是稳定的和均匀的，从而不会出现热点。然而， 由于加热元件的老化或安装布置，每个加热元件可能会有不同的热传 输特性。然而，与每个功率控制组件相关的传感器可以监测每个加热 元件产生的热量，并将温度数据提供给功率控制系统。功率控制系统 可以确定需要向上或向下调整传输到一个或多个加热元件的功率，以 确保均匀的和平稳的加热。
在另一个实施例中，用户应用可以具有分级的负载，以作为效率 或优化确定的函数来最小化峰值功率和负载。在这种实施例中，功率 控制组件可以包括程序或算法，以对功率负载设备的供电进行适当的 分级。
在一个实施例中，可以配置功率控制组件的两个元件或模块共享 规定配置或条件的资源，以提供增强的系统特性和功能和可靠性。例 如，在功率控制系统中的功率控制组件的一个实施例中，单元可以包 括限制传感器和控制传感器。在操作中系统能够确定控制传感器已经 发生故障或者没有适当地进行操作。在这种实施例中，系统能够断开 或忽略控制传感器的输出，并将限制传感器用作为控制传感器。作为 另一个例子，当控制传感器发生故障手动控制功率期间，可以将功率 传感器用作控制输入。在这种实施例中，功率控制组件或其单元或元 件能够继续进行操作，并提供功率控制功能，即使当功率控制环中其 它重要的元件发生故障时也是如此。所述系统还能够提供指示故障以 及故障操作模式的指示、警报或消息。
在另一个实施例中，功率控制组件可以包括多个功率控制组件。 在一些实施例中，多个功率控制组件可以具有共同的控制模块，例如， 一个功率控制模块向多个功率控制组件中的每一个提供控制功能。在 这种情况下，共同的功率控制模块提供包括功率控制系统的功率控制 组件之间的互操作性和管理。这就可以包括单元到单元的通信和通信 管理、简档共享、配置共享、一个或多个简档的存储、配置、特征， 和/或参数。这还可以包括应用简档或用户简档。控制器还可以实现单 元到单元的配置管理和系统配置管理。
在一些实施例中，多个功率控制组件可以具有共同的用户接口， 例如一个用户接口提供用户输入和反馈，以控制多个功率控制组件中 的每一个。
在一些实施例中，多个功率控制组件中的一个或多个可以与用户 应用的不同和/或相关部分相关联。此外，多个功率控制组件可以与多 个用户应用相关联，所述多个用户应用中的一些应用可以是相关联的 用户应用。
例如，第一功率控制组件向第一区域提供功率控制，第二功率控 制组件向第二区域提供功率控制，以及第三功率控制组件向第三区域 提供功率控制。在用户应用中，一个或多个区域可以是相关联的或者 具有某种关系。
定义用户应用简档或配置包括一个或多个功率控制组件简档和 配置。所述用户应用简档定义了一种用户应用简档；然而，如所确定 的，在操作中一个或多个功率控制组件简档可以是可配置的，以确保 不断地满足用户应用简档。每个功率控制组件不仅监测其自身内部的 功率控制组件、模块和接口，而且还监测与一个或多个其它功率控制 组件相关联的一个或多个功能、模块，或接口，其中所述其它功率控 制组件包括用户应用并被包括在用户应用简档中。通过利用与用户应 用简档相关联的信息，第一功率控制组件可以与发生延迟或其它问题 的第一过程相关联。在这种情况下，第二和第三组件中的一个和两个 可以自配置操作、其简档，或者其配置，以响应第一功率控制组件的 操作，从而确保实现一个或多个用户应用的全部简档或配置，并且确 保说明各区域之间的关系。
在一个示例性的实施例中，作为各区域之间关系的函数或者多个 功率控制组件的相关联的用户应用的函数，来调节一个功率控制组件 的操作。关于这种关系的信息提供了对其它区域中或功率控制组件中 偏差的检测，并且对一个功率控制组件的调节可以是响应与另一个功 率控制组件相关联的一个或多个其它的功率控制组件或用户应用(例 如区域)的偏差。
可以进行这种功率控制组件的调节或重新配置，而不需要直接感 测或监测另一个功率控制组件的一个或多个参数或特征。这就可以包 括用户应用中的故障，但是并不是必须包括相关的功率负载设备或相 关的功率控制组件。
如上所述，本发明的一个或多个方面和特征提供了功率控制开关 的操作和能力的改进。本发明的一些实施例包括监测功率控制组件的 各元件之间以及功率控制组件的元件和外部应用元件之间的接口的热 传输特征或电特性。在一个这种实施例中，对例如功率开关模块或元 件的固态设备的结温进行测量，以确保实现操作规范和操作性能中的 适当性能。在其它实施例中，散热片的温度可以提供相对温度，所述 相对温度可以指示固态设备的温度和散热片连接处的温度。根据例如 内在数据、查找表、匹配，或算法，由散热片的温度确定固态设备温 度的测量值。而且，可以将固态设备到散热片的热结合(thermal bonding)模制或确定为一个差值。如果所述差值大于预定值，则表示 在热结合中产生故障，因此就存在可能的故障源。
在另一个实施例中，控制组件包括温度监测传感器，所述温度监 测传感器用于监测功率开关(例如SCR或SSR)和与功率开关相关的 散热片之间的连接处的温度。在这种实施例中，可以布置传感器直接 测量散热片连接处或该连接处的元件(例如功率开关或SSR的后板)， 或散热片的表面或主体的特征。尽管散热片连接处的特征可以是温度， 但是也可以是作为热传输特性的函数而进行变化的特征。这种特征可 以包括阻抗、电压或电流。
在可选的实施例中，通过感测元件的特征或温度来间接地测量散 热片连接处传感器的温度，这种温度可以指示散热片连接处的温度。 例如，传感器可以感测与连接处温度相关的散热片的温度。在这种情 况下，系统可以根据模型、算法以及查找表或以其它的方式，估计出 SSR和散热片之间连接处的温度。
通过确定散热片连接处的温度，功率控制组件能够确定由于功率 开关和散热片之间的热结合或连接处的损坏而导致的可能的或将要发 生的功率开关的故障。例如，当例如温度的测量特征大于预定阈值时， 可以确定SSR与相关的散热片之间的热结合的损坏。
在另一个实施例中，控制组件可以包括监测功率开关和地面之间 的接口的电特性的电子监测设备或传感器。这种电子监测设备可以提 供指示功率控制组件中的一个或多个元件的故障或将要发生的故障的 指示。在其它实施例中，作为数字公共点、模拟公共点，或其它点的 参考，可以提供到散热片的电连接和到其它系统元件的电连接。模块 或元件可以从这些连接接收电信号和测量值，并且确定各连接点之间 的电压。接着控制模块可以将测量值与预定值进行比较，其中所述预 定值可以为零，从而确定到地的泄漏电流值。这种确定使得元件能够 自识别导致到地的泄漏电流的故障。
例如，功率控制组件可以包括具有至少一个电子接触-中断器 (kiss-off)和一个或多个其它功率系统元件的故障指示模块。这种接 触-中断器可以是挤压在系统的两个元件之间的接触器，或者可以包括 当将具有弹簧突出物的第二元件压在第一元件的传导部件上时，朝第 一元件偏置的传导性弹簧突出物。提供电子接触-中断器的元件可以是 功率控制组件内的任何元件，功率控制组件包括控制器或监测模块。 被接触的第一元件可以是控制组件的任何元件，在一些实施例中被接 触的元件可以是散热片。在一些实施例中，接触的传感器可以包括例 如电连接，以感测参考地的电压。参考地的电压可以表示通过发生故 障的功率负载，例如加热器元件或电动机的泄漏电流。感测到的电特 性也可以指示功率控制组件的另一个元件的损坏或故障。例如，这就 可以包括接地的传感器，例如热电偶的指示。
如所讨论的，功率控制组件的一个或多个元件可以包括含有处理 系统的操作环境，所述处理系统包括至少一个微处理器和存储器。一 般地这些元件通过至少一个总线结构进行互连。处理器可以采用熟悉 的设计并且包括用于执行计算的算术逻辑单元(ALU)、用于临时存 储数据和指令的寄存器集合以及用于控制系统的操作的控制单元。各 种处理器中的任何一种，至少包括来自数字设备公司(Digital Equipemnt)、Sun、MIPS、模拟设备公司(Analog Devices)、芯科 实验室有限公司(Silicon Laboratories)、NEC、Intel、德州仪器、 Cyrix、AMD、HP以及Nexgen的处理器，都同样地适用。本发明的 实施例可以在被设计为可移植到任何这些处理平台的操作系统上进 行，或者属于一个或多个处理平台。
存储器通常包括介质形式的高速主存，例如随机存取存储器 (RAM)和只读存储器(ROM)半导体器件。在一些元件中还可以 包括其它存储器或数据存储器，包括长期存储介质形式的第二存储器， 例如软盘、硬盘、磁带、CD-ROM、闪存以及利用电、磁、光或其它 记录介质存储数据的其它设备。用户接口的存储器也可以包括用于通 过显示设备或接口显示图像的显示存储器。所述领域的技术人员应该 知道存储器可以包括具有各种存储能力的各种可替换的元件。
用户接口元件可以包括，例如，键盘、按钮、开关、指轮、触摸 板、鼠标、物理变换器(例如，麦克风)、生物测定测量设备、条形 码扫描仪，或与这些用户输入设备的任何一个相关的接口。此外，用 户接口设备还可以包括用于接收数据接口，例如利用硬连线连接或无 线连接的通信网络接口。
如所属领域技术人员所熟悉的，一个元件处理系统还可以包括操 作系统和至少一个应用程序。所述应用程序可以执行上述的监测、确 定，和控制功能中的一个和多个。操作系统是控制处理系统的操作和 资源分配的一组软件。应用程序是通过利用通过操作系统得到的处理 系统资源，来执行上面描述或实现的任务或特征中的一个和多个的一 组软件。一般地操作系统和应用程序都存在于所述的存储器中。
根据计算机编程领域的技术人员的实践，可以通过处理系统来实 现上述参考象征性的操作表示的功率控制组件或其元件的实施例。有 时这种操作被称为计算机执行的或计算机可执行的指令。应该知道象 征性表示的操作包括处理系统处理表示数据位的电信号，将数据位存 储在存储器系统中的存储位置以及其它的信号处理。存储数据位的存 储器位置是物理位置，其具有相应于数据位的特定的电、磁，或光特 性。可以在一个程序或多个程序中执行本发明的实施例，所述的程序 包括存储在计算机可读介质上的一段指令。计算机可读介质可以是上 述与存储器系统相连的任何设备，或设备的组合。
尽管在具体的实施例中将几个功率控制组件和元件以及操作方 法表示为具有“Hockey Puck”结构的固态继电器(SSR)，但是这种表 示只是示例性的表示，而不是旨在受限于这些实施例。与本发明的各 个方面和实施例一致的其它系统和方法也被看作处于本发明的环境和 情况之中。
这里所描述的功率控制组件的一个或多个实施例提供数量减少 的导线端子，这就减少了导线接头的数量，减少了布线错误的可能性、 减少了可能的故障点的数量，以及减少了安装和维护功率控制系统和 其元件所需要的人力。
而且，一些实施例的集成特性还提供了数量减少的一个或多个功 率控制应用所需要的元件。
在一些实施例中，这些减少可以改进可靠性、增加安装的容易性、 降低安装费用、降低维护需求和费用、增加元件或系统替换和更新的 容易性。
而且，功率控制组件的一些实施例为功率控制系统的安装提供了 改进的粒度和可扩展性。这种改进的粒度和可扩展性将为用户提供降 低的功率控制应用的费用。
当介绍本发明和其实施例的各个方面时，冠词“一”、“一个”、“所 述”、以及“所述的”旨在表示存在一个或多个元件。术语“包含”、“包 括”以及“具体”旨在表示包括并且意味可能存在除列举出的元件之外 的其它元件。
由于上面的描述，应该知道已经实现了多种优点并且获得了其它 有利的效果。由于在上面的示例性结构和方法中可以进行各种变化， 而不脱离本发明的范围，因此本发明的意图是包含在上面的描述中或 表示在附图中的所有内容都被看作示例性的，而不是限制性的。
还应该理解的是，除非另有说明，这里所描述的过程和方法不应 该被看作必须要求以讨论的和说明的具体顺序来执行本发明。还应该 理解可以采用其它的和可替换的过程或方法步骤，并且仍然处于本发 明的范围之内。