一種微功耗單向導通電路的製作方法
2023-05-17 10:15:06
專利名稱：一種微功耗單向導通電路的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種微功耗單向導通電路，特別涉及一種適用於大電流、超高可靠性的單向導通應用電路結構。
背景技術：
目前單向導通電路方法都是通過二極體的方式來實現，在大電流或者大功率的應用中採用多個二極體並聯的方式來實現，但這種方式仍然存在如下幾個問題無法解決(I)由於二極體的正嚮導通壓降隨著其反向截止電壓的不同而不同，對於高壓二極體，很多高壓二極體的正嚮導通電壓高達1. 3V或者更高，如果通過較大的電流，在二極體上將會產生較大的功耗；(2)高壓二極體的成本較高，如果通過並聯的方式來降低每個二極體上的功耗將會帶來成本的升高；(3)當流過較大電流時，即便是有多個二極體並聯，其二極體的發熱問題仍然嚴重，依然需要增加散熱器為二極體散熱，這將會導致成本的上升。基於此，本發明人對現有採用二極體方式實現的單向導通電路進行改進，本案由此產生。
實用新型內容本實用新型的目的，在於提供一種微功耗單向導通電路，其可大幅降低由於二極體的正向壓降而導致的較大功率問題。為了達成上述目的，本實用新型的解決方案是一種微功耗單向導通電路，包括單向導通二極體、開關、控制器和採樣電路，其中，開關的功率端子與單向導通二極體並聯，而開關的控制極連接控制器；採樣電路採樣單向導通二極體的導通電流方向，並將結果送入控制器；控制器根據單向導通二極體的導通電流方向，通過控制極對開關進行開通與否及佔空比的控制，當單向導通二極體正嚮導通時，控制器為開關提供開通信號，開關導通；當單向導通二極體反嚮導通時，控制器為開關提供關斷指令，開關斷開，從而使單向導通二極體反向截止。上述開關為機械開關、單獨的半導體器件或由半導體器件組成的電子開關電路。上述半導體器件包括三極體、JFET、M0SFET、IGBT或可控矽。上述單向導通二極體是與半導體器件並聯的獨立二極體或半導體器件體內寄生
二極體。上述採樣電路採用採樣電阻、電流互感器、霍爾元件或半導體採樣元件。上述與單向導通二極體並聯的開關工作在如下三種工作狀態開關狀態、閉環調節特定佔空比狀態或線性調節狀態。採用上述方案後，本實用新型徹底改變了傳統單向導通電路中採用二極體方式對二極體本身的正向壓降的依賴，使本應流過二極體的電流通過開關給負載供電，從根本上解決了當流過二極體電流過大時造成的二極體功耗過大而損壞的頑疾，開關導通時正向阻抗非常小，使每個單向導通電路工作在微功耗狀態，從而可以大幅降低由於二極體的正向壓降而導致的較大功耗問題，提高了系統可靠性和利用效率的提升。
圖1是本實用新型第一實施例的示意圖；圖2是本實用新型第二實施例的示意圖；圖3是本實用新型第三實施例的示意圖；圖4是本實用新型第四實施例的示意圖。
具體實施方式
本實用新型提供一種微功耗單向導通電路，包括單向導通二極體、開關、控制器和採樣電路，其中，開關的功率端子與單向導通二極體並聯，而開關的控制極連接控制器；採樣電路採樣單向導通二極體的導通電流方向，並將結果送入控制器；控制器根據單向導通二極體的導通電流方向，通過控制極對開關進行開通與否及佔空比的控制，具體來說，當單向導通二極體正嚮導通時，控制器為開關提供開通信號，開關導通；當單向導通二極體反嚮導通時，控制器為開關提供關斷指令，開關斷開，從而使單向導通二極體反向截止。在現有結構中，由於二極體的正嚮導通壓降較高，當較大電流通過二極體時，二極體因功率較大而發熱，導致系統的效率和可靠性較低，前述電路結構則可很好地解決這個問題，從而提高系統的效率和工作壽命。需要補充說明的是，在前述結構中，開關可以採用機械開關，也可以採用由三極體、JFET、MOSFET、IGBT、可控矽或由前述半導體器件混合組成的電子開關電路，所述開關既可以工作在直接導通狀態，也可以工作在由控制器進行控制的閉環調整佔空比狀態；單向導通二極體可以是單獨的二極體，當開關採用電子開關電路時，也可以將開關中半導體器件自身的體內寄生二極體作為本實用新型中的單向導通二極體；採樣電路可以利用採樣電阻、電流互感器、霍爾元件或半導體採樣元件進行電流採樣。基於本實用新型提供的技術方案，以下將給出幾種不同的實現電路，其中的單向導通二極體均採用單獨的二極體。如圖1所示，是本實用新型的第一實施例，其中，D4為單向導通二極體，SI為開關，Ul為控制器，採樣電路由兩個三極體Ql、Q2、三個二極體Dl、D2、D3和兩個電阻Rl、R2組成；二極體D4的陽極、陰極分別連接系統的陽極端子(Anode)和陰極端子(Cathode)，所述開關SI與二極體D4並聯，且開關SI的負極端子連接二極體D4的陽極端子，SI的正極端子連接D4的陰極端子，開關SI的控制極負極與其負極端子短接；採樣電路為對稱形式，三極體Ql的基極與集電極短接，集電極還經由電阻Rl連接電源VCC，發射極連接二極體D2的陽極，二極體D2的陰極連接二極體D4的陽極；三極體Q2的基極連接三極體Ql的基極，三極體Q2的集電極經由電阻R2連接電源VCC，發射極連接二極體D3的陽極，二極體D3的陰極連接二極體D4的陰極；二極體Dl的陽極連接三極體Q2的基極，也即同時連接三極體Ql的基極和集電極，二極體Dl的陰極連接三極體Q2的集電極；控制器Ul的輸入端連接二極體Dl的陰極，也即三極體Q2的集電極，而控制器Ul的輸出端連接開關SI的控制極正極。[0024]當二極體D4正嚮導通時，三極體Q2導通，控制器Ul的輸入端為低電平，同控制器Ul的反向輸入，給開關SI提供一個開通信號，開關SI導通，流經二極體D4的電流通過開關SI從陽極到陰極，從而可以規避由於二極體D4正嚮導通壓降問題而產生的功耗；當二極體D4的陰極電壓高於陽極電壓時，流經開關SI的電流反向，三極體Ql導通，控制器Ul的輸入端為高電平，從而控制器Ul向開關SI輸出關斷信號，開關SI截止，二極體D4呈現電壓反向截止狀態。如圖2所示，是本實用新型的第二實施例，在本實施例中，採樣電路採用電流採樣器H1，其為半導體採樣元件，該元件能夠根據流過被採樣對象的電流大小輸出特定的驅動電壓，結合三極體Q6、電阻R8共同實現對開關S2的控制；當電流採樣器Hl採樣的電流是從陽極流向陰極時，其輸出信號為低，開關S2開通，從而使流過二極體D7的電流通過開關S2 ;當陰極電壓高於陽極電壓時，電流從陰極通過開關S2流向陽極，電流採樣器Hl檢測到反向電流信號，將輸出高電壓信號驅動三極體Q6，從而開關S2關斷，二極體D7反向截止。如圖3所示，是本實用新型的第三實施例，在本實施例中，採樣電路主要採用電流互感器Tl，電流互感器Tl的原邊繞組一端連接系統的陽極端子，另一端連接二極體D8的陽極；採樣電阻R11、R13並聯在電流互感器Tl的副邊引線端子，當陽極電壓高於陰極電壓時，米樣電阻Rll上的電壓信號為瞬間的高脈衝，電壓信號通過二極體D5給電容Cl充電，當電壓超過三極體Q4的基極電壓門檻，三極體Q4導通，三極體Q3的基極電壓為低信號，三極體Q3導通，從而鎖定三極體Q4 —直在導通狀態，從而三極體Q7關斷，開關S3 —直工作在導通狀態；當陰極的電壓高於陽極電壓時，電流通過電流互感器TI，採樣電阻R13上的電壓信號為瞬間的高脈衝，電壓信號通過二極體D6給電容C2充電，三極體Q5導通，三極體Q4的基極一直為低電壓信號，從而三極體Q7導通，為開關S3輸出關斷信號，開關S3 —直工作在關斷狀態。如圖4所示，是本實用新型的第四實施例，在本實施例中，採用採樣電阻的形式進行電流方向採樣，通過放大器R9把採樣出來的電流信號進行放大，然後與基準電壓比較，當二極體D9的正向電流高於基準電壓的設定值時，控制器Xl輸出低電平信號，三極體Q8關斷，開關S4導通，從而流過二極體D9的電流通過開關S4從陽極到陰極；當陰極電壓高於陽極電壓時，電流通過開關S4瞬間反向，在採樣電阻上的電壓為負，三極體Q8導通，從而開關S4的控制極給出關斷信號，開關S4關斷，二極體D9處於反向關斷狀態。以上實施例僅為說明本實用新型的技術思想，不能以此限定本實用新型的保護範圍，凡是按照本實用新型提出的技術思想，在技術方案基礎上所做的任何改動，均落入本實用新型保護範圍之內。
權利要求1.一種微功耗單向導通電路，其特徵在於包括單向導通二極體、開關、控制器和採樣電路，其中，開關的功率端子與單向導通二極體並聯，而開關的控制極連接控制器；採樣電路採樣單向導通二極體的導通電流方向，並將結果送入控制器；控制器根據單向導通二極體的導通電流方向，通過控制極對開關進行開通與否及佔空比的控制，當單向導通二極體正嚮導通時，控制器為開關提供開通信號，開關導通；當單向導通二極體反嚮導通時，控制器為開關提供關斷指令，開關斷開，從而使單向導通二極體反向截止。
2.如權利要求1所述的一種微功耗單向導通電路，其特徵在於所述開關為機械開關、單獨的半導體器件或由半導體器件組成的電子開關電路。
3.如權利要求2所述的一種微功耗單向導通電路，其特徵在於所述半導體器件為三極體、JFET、MOSFET、IGBT或可控矽。
4.如權利要求3所述的一種微功耗單向導通電路，其特徵在於所述單向導通二極體是與半導體器件並聯的獨立二極體或半導體器件體內寄生二極體。
5.如權利要求1所述的一種微功耗單向導通電路，其特徵在於所述採樣電路採用採樣電阻、電流互感器、霍爾元件或半導體採樣元件。
6.如權利要求1所述的一種微功耗單向導通電路，其特徵在於所述與單向導通二極體並聯的開關工作在如下三種工作狀態開關狀態、閉環調節特定佔空比狀態或線性調節狀態。
專利摘要本實用新型公開一種微功耗單向導通電路，包括單向導通二極體、開關、控制器和採樣電路，其中，開關的功率端子與單向導通二極體並聯，而開關的控制極連接控制器；採樣電路採樣單向導通二極體的導通電流方向，並將結果送入控制器；控制器根據單向導通二極體的導通電流方向，通過控制極對開關進行開通與否及佔空比的控制，當單向導通二極體正嚮導通時，控制器為開關提供開通信號，開關導通；當單向導通二極體反嚮導通時，控制器為開關提供關斷指令，開關斷開，從而使單向導通二極體反向截止。此種電路結構可大幅降低由於二極體的正向壓降而導致的較大功率問題。
文檔編號G05B19/04GK202837881SQ20122052633
公開日2013年3月27日 申請日期2012年10月15日 優先權日2012年10月15日
發明者張從峰 申請人:張從峰