具有電流緩衝、帶開/關功能的直流聯鎖開關控制電路的製作方法

2024-02-11 12:34:15 1

專利名稱：具有電流緩衝、帶開/關功能的直流聯鎖開關控制電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及電子電路技術領域，具體指一種具有電流緩衝、帶開/關 功能的24V直流聯鎖開關控制電路。
技術背景在直流電路中(如附圖1所示)，當24V聯鎖開關接通、或者24V輸出 受控開的瞬間，由於存在大容量的電容負載，直接接通聯鎖開關，充電時 間僅為0. 2毫秒，但其產生的負載浪湧衝擊電流峰值可達160. 8安培。其 中(如附圖l一l所示)，Chl:負載電流波形，IL峰值達160.8安培，波 形寬度約0.2毫秒。Ch2:負載電容器兩端的電壓波形。由於一個大浪湧 衝擊電流的作用，使得相關導線、連接器上的電壓降變得非常大，尤其是 該24V電源迴路上的壓降會導致與其共地的其它低電壓電源的異常波動， 從而幹擾相關控制電路的邏輯狀態。如何消除這種大浪湧衝擊電流的負面 影響，也是在帶電容負載的整機聯鎖開關電路設計中要解決的重要課題之發明內容本發明的目的是為了有效地抑制上述現有技術存在的大浪湧電流衝 擊及其危害影響，提出具有電流緩衝、帶開/關功能的直流聯鎖開關控制電路。電路包括採用具有驅動功率小特點的P溝道金屬氧化物半導體場 效應管和一個電容器構成"主開關電路"；用三個電阻器、 一個電容器和一個三極體構成"緩慢導通控制電路"，配合P溝道金屬氧化物半導體場 效應功率管的特徵，達到緩慢導通的功能要求；用二個三極體、 一個穩壓 管和四個電阻構成"電荷快速釋放電路"，及用一個三極體構成的"開/ 關功能電路"組成。當24V聯鎖開關S1接通、或者24V受控開時，該電 路可以有效地防止負載電容器中浪湧衝擊電流的發生；當24V聯鎖開關斷 開、或24V受控關時，該電路可以快速釋放場效應管的延緩開啟電容器上 的電荷，使24V輸出迅速、可靠地關斷。本發明電路工作原理(結合附圖2)簡述如下I區電源(額定電壓24.5伏)II區輸出24V的開/關控制電路1、 設S1為接通狀態；2、 關當Q1-BW時，Ql導通，Q2截止，Q3導通，使得Cl被快速 放電，Q4截止，Q5截止，負載電流=0安培；3、 開當Ql-B=L時，Ql截止，Q2導通，Q3截止，24V通過R5向 Cl充電，Q4緩慢導通，Q5緩慢導通，向負載電容緩慢充電，使得輸出負 載上電壓逐步上升到額定值。III區緩慢啟動電容器C1的放電電路1、 在Q1-B二L即Ql截止，對應於24V受控開指令條件下，當Sl斷開， CR1-1的電位開始下降，Q2截止、Q3導通、Cl放電，直至C2端電壓降至 0伏特，Q5截止。其中R4為放電限流電阻。不管負載電容器上的端電壓 下降至幾伏特，該放電電路始終維持Q5是截止的。2、 在S1為接通狀態下，當Q1_B=H即Ql導通，對應於24V受控關指令，Q2截止、Q3導通、Cl放電，直至C2端電壓降至0伏特，Q5截止， 其中R4為放電限流電阻。不管負載電容器上的電壓下降至幾伏特，該放 電電路始終維持Q5是截止的。 IV區緩慢導通控制電路當Q3由導通變為截止時即對應24V受控開指令，或者Sl接通，24. 5 伏特電壓通過R5向C1充電，使得C1的端電壓成指數上升，Q4、 R7構成 一射極跟隨電路，隨著UC1-1電位緩慢上升，R6與R7的端電壓亦緩慢上 升，Q5則從截止一一線性導通— 一到飽和導通，完成一個緩慢的導通(向 負載電容器緩慢充電)過程，這樣避免了因負載電容器CL的端電壓從O 伏特開始的低內阻充電過程而引起的極大的浪湧衝擊電流。V區主開關電路用P溝道金屬氧化物半導體場效應管Q5作為主開關元件； 當S1接通的瞬間，由於Q5的輸入、輸出(寄生)電容的存在會引起 Q5的瞬間導通；C2用於防止這種瞬間失控的發生。VI區試驗等效負載綜上所述，本發明具有當24V聯鎖開關Sl接通、或者24V受控開 時，該電路可以有效地防止負載電容器中浪湧衝擊電流的發生；當24V 聯鎖開關S1斷開、或24V受控關時，該電路可以快速釋放場效應管的延 緩開啟電容器C1上的電荷，使24V輸出迅速、可靠地關斷。


圖1為一種現有技術的電路原理圖；圖1 — 1為一種現有技術電路的開關接通瞬間的波形圖；圖2為本發明的工作原理電路圖； 圖3為本發明的一個實施例電路圖3-1至3-7為本發明一個實施例中不同工作狀態下的波形圖。
附圖標記號說明
BT1:直流電源，電壓24.5伏
Sl:聯鎖開關
CL:負載電容器，電容量1000微法 RL:負載電阻器，電阻值l千歐 CR1:穩壓二極體，穩壓值20伏 Ql-4: NPN三極體
Q5: P溝道金屬氧化物半導體場效應管，型號一HAT1127H Cl:電容器，電容量2.2微法
C2:電容器，電容量O. l微法
IU-2、 6:電阻器，電阻值10千歐 R3、 7:電阻器，電阻值15千歐 R4:電阻器，電阻值220歐 R5:電阻器，電阻值470千歐
具體實施例方式
以下結合附圖和實施例對本發明作進一步的描述 本發明的一個實施例(如附圖3所示)是一種具有電流緩衝、帶開/
關功能的直流聯鎖開關控制電路，包括採用具有驅動功率小特點的P 溝道金屬氧化物半導體場效應管作為主開關元件和一個電容器構成"主開關電路"1;用三個電阻器、 一個電容器和一個三極體構成"緩慢導通控 制電路"2，配合P溝道金屬氧化物半導體場效應功率管的特徵，達到緩 慢導通的功能要求；用二個三極體、 一個穩壓管和四個電阻構成"電荷快 速釋放電路"3及用一個三極體構成"開/關功能電路"4以電連接組成。
本發明所述的"主開關電路"1由一個P溝道金屬氧化物半導體場效 應管和一個電容器構成；
其中場效應管Q5的型號是HAT1127H
其主要參數
漏極-源極擊穿電壓30伏 漏極-源極靜態導通電阻:小於4. 5毫歐 額定源極電流:40安培 輸入電容:5600皮法 輸出電容1800皮法
所述的"緩慢導通控制電路"2，由三個電阻器、 一個電容器和一個 三極體構成；
所述的"電荷快速釋放電路"3，由二個三極體、 一個穩壓管和四個 電阻器構成；
所述的"開/關功能電路"4,由一個三極體構成； 本試驗的等效負載IOOO微法電容性負載、l千歐姆電阻性負載。 電路連接關係
電壓源BT1-1連接聯鎖開關Sl-l;電壓源BT1-2連接電阻器R1-2、 NPN三極體Q1-E、 NPN三極體Q2-E、 NPN三極體Q3-E、電容器C1-2、電阻器R7-2、負載電容器CL-2、負載電 阻器RL-2;
聯鎖開關S1-2連接穩壓二極體CR1-1、電阻器R3-1、電阻器R5-1、 電阻器R6-1、電容器C2-1、 P溝道場效應管Q5-S;
穩壓二極體CR1-2連接電阻器R1-1、電阻器R2-1; 電阻器R2-2連接NPN三極體Ql-C、 NPN三極體Q2-B; NPN三極體Q2-C連接NPN三極體Q3-B、電阻器R3-2; NPN三極體Q3-C連接電阻器R4-1;
電阻器R4-2連接電阻器R5-2、電容器C1-1、 NPN三極體Q4-B; NPN三極體Q4-E連接電阻器R7-l;
NPN三極體Q4-C連接電阻器R6-2、電容器C2-2、P溝道場效應管Q5-G; P溝道場效應管Q5-D連接負載電容器CL-1、負載電阻器RL-1; NPN三極體Ql-B連接開/關輸入控制端。 結合本發明 一個實施例的波形圖分析
附圖3-1記錄了一個完整的由聯鎖開關Sl接通引起的Q5的導通過
程
Chh負載電流波形；IL峰值約3.2安培；波形寬度約25毫秒 Ch2:輸入電壓波形；UQ5-S = 24.5伏特
Ch3: Q5-G電壓波形；當Sl剛接通的瞬間UQ5-G 二 24. 5伏特；當 UQ5-G < 23伏特時Q5開始進入線性導通區，向CL緩慢充電；當UQ5-G 繼續下降到15 / (10+15) X 24. 5二 14. 7伏特後會維持在穩定值上。此時R6上的9. 8伏特電壓可以維持Q5深度飽和導通。
Ch4:輸出電壓波形；UQ5-D 二 24. 5 - VS-D (0N) " 24.5伏特； UQ5-D的上升時間約25毫秒。
附圖3-2記錄了一個完整的由聯鎖開關Sl的接通引起的Q5的導通過
程
Chl:負載電流波形； Ch2:輸入電壓波形； Ch3: Q5-G電位波形；
Ch4: Cl-l電位波形；當UC1-1 = 2.5伏特時，Q5開始進入導通區。 附圖3-3記錄了一個完整的由聯鎖開關S1的斷開引起的C1的快速放 電、Q5截止的過程
Chl:負載電流波形； Ch2:輸入電壓波形； Ch3: Q5-G電位波形；
Ch4: C1-1電位波形；Cl放電時間約1. 6毫秒。
附圖3-4記錄了一個完整的由聯鎖開關Sl接通引起的Cl的充電、Q5
的導通過程
Chl:負載電流波形； Ch2:輸入電壓波形； Ch3: Q5-G電位波形； Ch4: Cl-l電位波形；
Tl時刻Sl接通，輸入電壓=24. 5伏特，UQ5-G電位=24. 5伏特，UC1-1電位開始按照R5-C1時間常數上升；
T2時刻，UC1-1電位上升至2.5伏特左右，UQ4-E電位上升，UQ5-G 電位下降，Q5導通，負載電流上升，完成對CL的緩慢充電；
T3時刻，UC1-1 〉 UQ5-G，即Q4的基極電位高於集電極電位，說明 Q4已經飽和導通。此時，Q5的柵-源電壓VG-S = R6 / (R6+R7) * 24. 5 二 9.8伏特，該電壓維持Q5飽和導通。
附圖3-5記錄了聯鎖開關S1的斷開、接通、斷開過程
Chl:負載電流波形； Ch2:輸入電壓波形； Ch3: Q5-G電位波形； Ch4: C1-1電位波形； Tl時刻，Sl斷開；
T2時刻，Cl放電，UC1-1=0，為S1再次接通做好準備； T3時刻，Sl接通，Cl充電，Q5導通，負載電流上升，輸出電壓上升 至額定值24.5伏特； T4時刻，Sl斷開；
T5時刻，Cl放電，UC1-1=0， Q5截至，輸出電壓被關斷。 附圖3-6記錄了由開/關端控制的"關一開一關"過程
Chl:負載電流波形； Ch2:輸入電壓波形； Ch3: Q5-G電位波形； Ch4:輸出電壓波形；Tl時刻，開/關=關，Cl放電，UQ5-G電位上升至24. 5伏特，Q5截 止，負載電流二 0安培，輸出電壓開始下降；
T2時刻，開/關=開，Cl充電，UQ5-G電位開始下降，Q5開始導通， 負載電流上升。輸出電壓上升至額定值24.5伏特；
T3時刻，開/關=關，Cl放電，UQ5-G電位上升至24.5伏特，Q5截 止，輸出電壓開始下降。
附圖3-7記錄了聯鎖開關Sl快速接通、斷開過程
Chl:負載電流波形；
Ch2:輸入電壓波形；
Ch3: Q5-G電位波形；
Ch4:輸出電壓波形；
Tl時刻開始，聯鎖開關S1快速、重複接通-斷開5次，由於接通時 間均小於100毫秒，Cl充電，但是不足以使Q5導通；
T2時刻，聯鎖開關Sl第6次接通，延遲約100毫秒後，Q5開始導通， 輸出電壓上升至額定值24. 5伏特。
綜上所述,本發明解決了在直流聯鎖開關電路中消除由大容量電容負 載(本案中使用1000微法)引起的大浪湧衝擊電流危害影響的課題。
本發明主要特點當24V聯鎖開關S1接通、或者24V受控開時，該 電路可以有效地防止負載電容器中浪湧衝擊電流的發生；當24V聯鎖開關 Sl斷開、或24V受控關時，該電路可以快速釋放場效應管的延緩開啟電 容器C1上的電荷，使24V輸出迅速、可靠地關斷。
權利要求
1.一種具有電流緩衝、帶開/關功能的直流聯鎖開關控制電路，其特徵是該電路包括「主開關電路」(1)，「緩慢導通控制電路」(2)，「電荷快速釋放電路」(3)及「開/關功能電路」(4)以電路連接組成。
2. 如權利要求1所述的具有電流緩衝、帶開/關功能的直流聯鎖開關 控制電路，其特徵是所述的"主開關電路"(1)，由一個P溝道金屬氧化物半導體場效應管和一個電容器構成；所述的"緩慢導通控制電路"(2),由三個電阻器、 一個電容器和一 個三極體構成；所述的"電荷快速釋放電路"(3)，由二個三極體、 一個穩壓管和四 個電阻器構成；所述的"開/關功能電路"(4),由一個三極體構成； 電路連接關係電壓源(BT1-1)連接聯鎖開關(Sl-l);電壓源(BT1-2)連接電阻器(Rl-2)、 NPN三極體(Q1-E)、 NPN三極 管(Q2-E)、 NPN三極體(Q3-E)、電容器(C1-2)、電阻器(R7-2)、負載 電容器(CL-2)、負載電阻器(RL-2);聯鎖開關(S卜2)連接穩壓二極體(CR1-1)、電阻器(R3-1)、電阻 器(R5-l)、電阻器(R6-1)、電容器(C2-l)、 P溝道場效應管(Q5-S);穩壓二極體(CR1-2)連接電阻器(R1-1)、電阻器(R2-l);電阻器(R2-2)連接NPN三極體(Q1-C)、 NPN三極體(Q2-B);NPN三極體(Q2-C)連接NPN三極體(Q3-B)、電阻器(R3-2); NPN三極體(Q3-C)連接電阻器(R4-l);電阻器(R4-2)連接電阻器(R5-2)、電容器(C1-1)、NPN三極體(Q4-B); NPN三極體(Q4-E)連接電阻器(R7-l);NPN三極體(Q4-C)連接電阻器(R6-2)、電容器(C2-2)、 P溝道場 效應管(Q5-G);P溝道場效應管(Q5-D)連接負載電容器(CL-1 )、負載電阻器(RL-1); NPN三極體(Q1-B)連接開/關輸入控制端。
全文摘要
本發明為一種具有電流緩衝、帶開/關功能的直流聯鎖開關控制電路，涉及電子電路技術領域，具體指一種具有電流緩衝、帶開/關功能的24V直流聯鎖開關控制電路。電路包括「主開關電路」1，「緩慢導通控制電路」2，「電荷快速釋放電路」3及「開/關功能電路」4以電路連接組成。本發明解決了因大容量電容負載引起的大浪湧衝擊電流的負面影響，當24V聯鎖開關S1接通、或者24V受控開時，該電路可以有效地防止負載電容器中浪湧衝擊電流的發生；當24V聯鎖開關斷開、或24V受控關時，該電路可以快速釋放場效應管的延緩開啟電容器C1上的電荷，使24V輸出迅速、可靠地關斷。
文檔編號H02M3/16GK101630912SQ200910054789
公開日2010年1月20日 申請日期2009年7月14日 優先權日2009年7月14日
發明者張金榮, 陳耀華 申請人:上海富士施樂有限公司