一種抑制上電脈衝電流的延遲開關電路的製作方法

2023-06-07 16:21:21 1

專利名稱：一種抑制上電脈衝電流的延遲開關電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及開關電路技術領域，特別涉及一種抑制上電脈衝電流的延遲開關電路。
背景技術：
手持設備的電源供電電路中一般都有一定容量的電容，在上電瞬間，電源將對這 些電容充電，從而產生較大的脈衝電流。上電瞬間的脈衝大電流將帶來兩個方面的問題一是當電池極片接觸不穩定時， 這些較大的脈衝電流將在電池極片的接觸部位產生較高的熱量，並將電池極片局部熔化。 同時熔化的電池極片周圍的空氣急劇膨脹產生爆炸，爆炸的氣流把熔化的金屬液體帶向周 圍空氣，產生火花飛濺。二是瞬間充電產生的脈衝大電流給周圍的空間帶來較強的電磁幹 擾。目前，為了降低上電時電池極片產生的火花，一般在電池極片材料、結構以及加工 工藝上做文章，但是這樣將增加電池極片的成本，而且不能有效消除火花現象。易燃易爆環 境使用的防爆手持設備，為了避免電池極片產生火花，用專用結構將電池與手持設備主機 死鎖在一起，以降低電池極片抖動的概率，但是這樣的結構拆裝電池相當不便，而且，當遇 到劇烈撞擊或跌落，電池極片產生火花的隱患依然存在。因此，利用改動機械結構的方法解 決不了上電時產生的電磁幹擾問題。現有技術中提供了一種限流開關電路，參見圖1。B+1是電池的正極，B-I是電池的負極，VB+是手持設備主電路100的正極，VB-是 手持設備主電路100的負極。主供電迴路中串聯電流採樣電阻RD，RD將電路的工作電流轉換為採樣電壓，第二 開關管Q2對採樣電壓進行放大後再控制第一開關管Ql的狀態，從而限制電路的工作電流 超出最大允許電流。由於該電路中要採集電流，然後轉換為採樣電壓，再通過採樣電壓控制第一開關 管，這樣的電流反饋控制過程存在延遲，對上電時突然產生的大脈衝電流的抑制作用不明 顯，並且在主供電迴路中串接電流採樣電阻將帶來損耗，從而降低電池的利用效率。

發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種抑制上電脈衝電流的延遲開關電路，能夠有 效防止電池極片產生火花和減小設備上電瞬間產生的電磁幹擾，同時不會降低電池利用效率。本發明提供一種抑制上電脈衝電流的延遲開關電路，包括第一開關管、第二開關 管、第一電阻、第二電阻、第一電容和第二電容；第一開關管的第一端連接電池的正極，第二端連接手持設備主電路的正極；第一開關管的第一端和第三端之間連接第一電容；
第一開關管的第三端通過第一電阻連接第二開關管的第二端；第二開關管的第三端通過第二電容接地，第二開關管的第一端接地；第二開關管的第三端通過第二電阻連接電池的正極；電池的負極接地，手持設備主電路的負極接地。優選地，還包括第一二極體，第一二極體的正極連接第二開關管的第二端，陰極連
接第一開關管的第三端。優選地，還包括第二二極體，第二二極體的正極連接第二開關管的第三端，陰極連 接電池的正極。優選地，還包括並聯在第一電容兩端的第三電阻。優選地，還包括第四電阻，第二開關管的第三端通過第四電阻接地。優選地，所述第一開關管為場效應管；所述第二開關管為場效應管或晶體三極 管；當第一開關管為場效應管時，第一開關管的第一端為源極，第二端為漏極，第三端 為柵極；當第二開關管為場效應管時，第二開關管的第一端為源極，第二端為漏極，第三端 為柵極；當第二開關管為晶體三極體時，第二開關管的第一端為集電極，第二端為發射極， 第三端為基極。本發明還提供一種抑制上電脈衝電流的延遲開關電路，包括第一開關管、第二開 關管、第一電阻、第二電阻、第一電容和第二電容；第一開關管的第一端連接電池的負極，第二端連接手持設備主電路的負極；第一開關管的第三端通過第一電阻連接電池的正極，電池的正極同時連接手持設 備主電路的正極；第二開關管的第二端連接第一開關管的第三端；第二開關管的第三端通過第二電容連接電池的正極；第一開關管的第三端和第一端之間連接有第一電容；第二開關管的第一端接地，第三端通過第二電阻連接電池的負極；手持設備主電路的負極接地。優選地，還包括並聯於第一電容兩端的第三電阻。優選地，還包括第一二極體，第一二極體的正極連接第一開關管的第三端，陰極連 接電池的正極。優選地，所述第一開關管為場效應管；所述第二開關管為場效應管或晶體三極 管；當第一開關管為場效應管時，第一開關管的第一端為源極，第二端為漏極，第三端 為柵極；當第二開關管為場效應管時，第二開關管的第一端為源極，第二端為漏極，第三端 為柵極；當第二開關管為晶體三極體時，第二開關管的第一端為集電極，第二端為發射極， 第三端為基極。與現有技術相比，本發明具有以下優點本發明提供的抑制上電脈衝電流的延遲開關電路的主供電迴路中沒有電流採樣電阻，因此不存在電阻帶來損耗的問題，不影響電池的利用效率。本延遲開關電路利用第二 電阻和第二電容組成的開關延遲時間定時網絡來延遲第二開關管的導通，當第二開關管導 通以後，第一電容才充電，然後第一開關管才導通，電池才開始為主電路進行供電。利用這 個時間差來保證電池極片接觸穩定後才通電，這樣可以避免電池極片產生火花。並且該延 遲開關電路沒有反饋線路延遲，電流控制速度較快，可以有效限制上電時的脈衝電流。本發 明提供的電路在對主電路加電的瞬間就對充電脈衝電流進行了有效限制，不需要電流的採 樣和判斷過程，因此限流及時快速有效。本發明利用延遲接通和抑制充電電流的雙重作用， 有效地消除了上電時電池極片接觸打火的隱患和上電瞬間產生電磁幹擾的隱患。


圖1是現有技術中提供的一種限流開關電路示意圖；圖2是本發明提供的抑制上電脈衝電流的延遲開關電路實施例一結構圖；圖3是本發明提供的抑制上電脈衝電流的延遲開關電路實施例二結構圖；圖4是本發明提供的第一開關管導通電阻控制曲線；圖5是本發明提供的抑制上電脈衝電流的延遲開關電路實施例三結構圖；圖6是本發明提供的抑制上電脈衝電流的延遲開關電路實施例四結構圖；圖7是現有技術中沒有延遲開關電路時對講機的輸入電壓，延遲輸出電壓和上電 充電電流波形圖；圖8是本發明添加延遲開關電路後對講機的輸入電壓，延遲輸出電壓和上電充電 電流波形圖。
具體實施例方式為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發明 的具體實施方式
做詳細的說明。參見圖2，該圖為本發明提供的抑制上電脈衝電流的延遲開關電路實施例一結構 圖。本實施例提供的抑制上電脈衝電流的延遲開關電路，包括第一開關管Q1、第二 開關管Q2、第一電阻R1、第二電阻R2、第一電容Cl和第二電容C2 ；第一開關管Ql的第一端連接電池的正極B+1，第二端連接手持設備主電路100的 正極VB+ ；第一開關管Ql的第一端和第三端之間連接第一電容Cl ；第一開關管Ql的第三端通過第一電阻Rl連接第二開關管Q2的第二端；第二開關管Q2的第三端通過第二電容C2接地，第二開關管Q2的第一端接地；第二開關管Q2的第三端通過第二電阻R2連接電池的正極B+1 ；電池的負極B-I接地，手持設備主電路100的負極VB-接地。其中，Rl和Cl組成限流積分網絡；R2和C2組成開關延遲時間定時網絡。當C2上的充電電壓達到Q2的導通門限電壓時，Q2導通，Cl開始充電。當Q2導通後，利用Rl和Cl的積分特性，延緩Ql的偏置電壓VGSQl的上升時間。 根據Ql的偏置電壓VGSQl與導通電阻Rds (on)的控制關係，在Cl充電的過程中Ql的導通存在一個由無窮大到完全導通的變阻過程。在Cl開始充電階段，Ql的偏置電壓VGSQl較低，導通電阻較大，這樣可以抑制電 池對手持設備主電路的充電脈衝電流。隨著Cl充電電壓的升高，Ql進入完全導通狀態，此 時導通電阻變為很小的幾十豪歐，這麼小的電阻對電池的利用效率影響很小。Cl和Rl的具體取值，以使Ql的開通變阻過渡時間內，電源已經完成對主電路的充 電過程，這樣就能有效的抑制設備主電路的上電充電電流。R2和C2的具體參數可以根據電池裝入手持設備後電池極片的抖動時間來確定， 目的是當電池極片接觸穩定後才使Ql導通，從而保證電池極片接觸不穩定期間，電池極片 上沒有大電流通過。Ql具體的選擇可以根據手持設備主電路工作電流和電池電壓以及主電路電源端 的輸入總電容量決定，保證Ql導通時給主電路充電期間以及正常期間均有足夠的耐壓和 功率冗餘度。電池極片接觸抖動時間因極片的材料和結構不同以及使用時間不同而有區 別，一般小於200ms。所以，R2和C2的充電時間的確定以在電池電裝入設備超過200ms後， C2的充電電壓才達到Ql的導通門限電壓。本發明實施例提供的延遲開關電路的主供電迴路中沒有電流採樣電阻，因此不存 在電阻帶來損耗的問題，不影響電池的利用效率。本延遲開關電路利用R2和C2組成的開 關延遲時間定時網絡來延遲Q2的導通，當Q2導通以後，Cl才充電，然後Ql才導通，電池才 開始為主電路進行供電。利用這個時間差來保證電池極片接觸穩定後才通電，這樣可以避 免電池極片產生火花。並且該延遲開關電路沒有反饋線路延遲，電流控制速度較快，可以有 效限制上電時的脈衝電流。參見圖3，該圖為發明提供的抑制上電脈衝電流的延遲開關電路實施例二結構圖。圖3所示的電路與圖2的區別是增加了第一二極體D1、第二二極體D2和第三電阻 R3 ；第一二極體Dl的正極連接第二開關管Q2的第三端，陰極連接電池的正極B+1。第二二極體D2的正極連接第二開關管Q2的第二端，陰極連接第一開關管Ql的第
~-丄山
二兄而。第一電容的兩端並聯第三電阻R3。本實施例中各個器件的參數值可以選擇如下數值Cl = 0. 01 μ F ;C2 = 1 μ F ；Rl = IOOkQ ；R2 = 2ΜΩ ；R3 = 1ΜΩ。本實施例中的第一開關管Ql優選為P型場效應管(M0S管)；所述第二開關管Q2 可選為N型場效應管或NPN型晶體三極體；當第一開關管Ql為場效應管時，第一開關管Ql的第一端為源極，第二端為漏極， 第三端為柵極；當第二開關管Q2為場效應管時，第二開關管Q2的第一端為源極，第二端為漏極， 第三端為柵極。當第二開關管Q2為晶體三極體時，第二開關管Q2的第一端為集電極，第二 端為發射極，第三端為基極。D1、D2、R3和R4的作用是在電池與主電路連接中斷時，加速Cl和C2的放電，從而 提高延遲開關電路對電池極片抖動引起的脈衝電壓的響應速度。以保證在電池極片接觸抖 動期間，開關的延遲變阻功能可靠有效。
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圖3所示的延遲開關電路中還可以包括第四電阻R4，第二開關管Q2的第三端通過 第四電阻R4接地。參見圖4，該圖為本發明提供的第一開關管導通電阻控制曲線。從圖4中可以看出，Ql的導通電阻隨著Ql的柵源電壓的變化有一個變阻的過程。以上實施例提供的延遲開關電路中的第一開關管串聯在電池的正極和主電路的 正極之間，下面介紹工作原理相同的另一個實施例，不同的是該第一開關管串聯在電池的 負極和主電路的負極之間，第一開關管Ql改成了 N型場效應管。參見圖5，該圖為本發明提供的抑制上電脈衝電流的延遲開關電路實施例三結構 圖。本實施例提供的抑制上電脈衝電流的延遲開關電路，包括第一開關管Q1、第二 開關管Q2、第一電阻R1、第二電阻R2、第一電容Cl和第二電容C2 ；第一開關管Ql的第一端連接電池的負極B-1，第二端連接手持設備主電路100的 負極VB-；第一開關管Ql的第三端通過第一電阻Rl連接電池的正極B+1，電池的正極B+1同 時連接手持設備主電路100的正極VB+ ；第二開關管Q2的第二端連接第一開關管Ql的第三端；第二開關管Q2的第三端通過第二電容C2連接電池的正極；第一開關管Ql的第三端和第一端之間連接有第一電容Cl ；第二開關管Q2的第一端接地，第三端通過第二電阻Rl連接電池的負極B+1 ；手持設備主電路的負極VB-接地。圖5所示的電路與圖2所示的電路的工作原理基本相同，只是Q2截止，Ql才能導 通。上電瞬間，電池的正極B+1通過C2加到Q2的第三端使Q2導通，Q2導通期間Ql的第 二端和第三端被短接無偏置電壓而截止。隨著C2的充電，Q2第三端的電壓降到導通門限 電壓以下，Q2截止後，Cl才開始充電完成Ql的開通控制過程。對於圖5所示的電路，本發明實施例還提供一種延遲開關電路，參見圖6所示，與 圖5的區別是增加了第一二極體Dl和第三電阻R3。第一二極體Dl和第三電阻R3的作用是為了在電池與主電路連接中斷時，加速Cl 和C2的放電，從而提高延遲開關電路對電池極片抖動引起的脈衝電壓的響應速度。下面以手持設備為發射功率為5W的對講機電路對應的波形圖，對比沒有本發明 提供的延遲開關電路和添加本發明提供的延遲開關電路的波形圖，體現本發明帶來的有益 效果。參見圖7，該圖為現有技術中沒有延遲開關電路時對講機的輸入電壓，延遲輸出電 壓和上電充電電流波形圖。參見圖8，該圖為本發明添加延遲開關電路後對講機的輸入電壓，延遲輸出電壓和 上電充電電流波形圖。從圖7和圖8可以看出，在電池電壓為7.4V時，上電脈衝電流峰值由12A降到 0. ^A，開關延遲導通時間為428ms。由此可見，本發明的延遲開關電路較大幅度降低了脈衝 電流，這樣可以有效防止電池極片產生火花。本發明利用MOS管導通初始階段的大電阻來限制主電路電壓的充電電流，延長MOS導通時的變阻過渡時間以完成電池對主電路的充電過程。 以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明作任何形式上的限制。雖 然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本發明。任何熟悉本領域的技術人 員，在不脫離本發明技術方案範圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術內容對本發明 技術方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離 本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同 變化及修飾，均仍屬於本發明技術方案保護的範圍內。
權利要求
1. 一種抑制上電脈衝電流的延遲開關電路，其特徵在於，包括第一開關管、第二開關 管、第一電阻、第二電阻、第一電容和第二電容；第一開關管的第一端連接電池的正極，第二端連接手持設備主電路的正極；第一開關管的第一端和第三端之間連接第一電容；第一開關管的第三端通過第一電阻連接第二開關管的第二端；第二開關管的第三端通過第二電容接地，第二開關管的第一端接地；第二開關管的第三端通過第二電阻連接電池的正極；電池的負極接地，手持設備主電路的負極接地。
2.根據權利要求1所述的延遲開關電路，其特徵在於，還包括第一二極體，第一二極體 的正極連接第二開關管的第二端，陰極連接第一開關管的第三端。
3.根據權利要求1所述的延遲開關電路，其特徵在於，還包括第二二極體，第二二極體 的正極連接第二開關管的第三端，陰極連接電池的正極。
4.根據權利要求1所述的延遲開關電路，其特徵在於，還包括並聯在第一電容兩端的 第三電阻。
5.根據權利要求1所述的延遲開關電路，其特徵在於，還包括第四電阻，第二開關管的 第三端通過第四電阻接地。
6.根據權利要求1-5任一項所述的延遲開關電路，其特徵在於，所述第一開關管為場 效應管；所述第二開關管為場效應管或晶體三極體；當第一開關管為場效應管時，第一開關管的第一端為源極，第二端為漏極，第三端為柵極；當第二開關管為場效應管時，第二開關管的第一端為源極，第二端為漏極，第三端為柵 極；當第二開關管為晶體三極體時，第二開關管的第一端為集電極，第二端為發射極，第三 端為基極。
7.一種抑制上電脈衝電流的延遲開關電路，其特徵在於，包括第一開關管、第二開關 管、第一電阻、第二電阻、第一電容和第二電容；第一開關管的第一端連接電池的負極，第二端連接手持設備主電路的負極； 第一開關管的第三端通過第一電阻連接電池的正極，電池的正極同時連接手持設備主 電路的正極；第二開關管的第二端連接第一開關管的第三端； 第二開關管的第三端通過第二電容連接電池的正極； 第一開關管的第三端和第一端之間連接有第一電容； 第二開關管的第一端接地，第三端通過第二電阻連接電池的負極； 手持設備主電路的負極接地。
8.根據權利要求7所述的延遲開關電路，其特徵在於，還包括並聯於第一電容兩端的 第三電阻。
9.根據權利要求7所述的延遲開關電路，其特徵在於，還包括第一二極體，第一二極體 的正極連接第一開關管的第三端，陰極連接電池的正極。
10.根據權利要求7-9任一項所述的延遲開關電路，其特徵在於，所述第一開關管為場 效應管；所述第二開關管為場效應管或晶體三極體；當第一開關管為場效應管時，第一開關管的第一端為源極，第二端為漏極，第三端為柵極；當第二開關管為場效應管時，第二開關管的第一端為源極，第二端為漏極，第三端為柵 極；當第二開關管為晶體三極體時，第二開關管的第一端為集電極，第二端為發射極，第三 端為基極。
全文摘要
本發明提供一種抑制上電脈衝電流的延遲開關電路，本延遲開關電路利用第二電阻和第二電容組成的開關延遲時間定時網絡來延遲第二開關管的導通，當第二開關管導通以後，第一電容才充電，然後第一開關管才導通，電池才開始為主電路進行供電。本發明在主供電迴路中接入第一開關管作為延遲開關，上電時，延遲開關將延遲一定時間再把電源與主供電迴路接通，延遲開關的接通，有一個由大電阻到小電阻的變阻過渡時間，通過延遲和變阻接通的雙重作用及時有效的抑制了上電瞬間的脈衝電流，達到消除上電時電池極片打火，同時減小上電瞬間電磁幹擾的目的。
文檔編號H03K17/28GK102098032SQ20111004339
公開日2011年6月15日 申請日期2011年2月23日 優先權日2011年2月23日
發明者馮超, 盧良飛, 潘啟輝, 熊運遠 申請人:海能達通信股份有限公司