穩壓式電子功率開關的製作方法

2023-12-03 16:43:31

專利名稱：穩壓式電子功率開關的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電子開關，具體地說是一種由場效應管構成的電子功率開關，主要用於電動車輛充放電的控制。
背景技術：
常規電子功率開關電路由場效應開關電晶體構成，通過對其控制柵極的控制使得開關電晶體處於導通和關斷狀態。在一般的應用狀況下這種電子功率開關使用比較可靠，然而，在柵極控制電壓不穩定，即電壓達不到額定值的時候，開關電晶體就不能導通或者不能完全導通，使得開關控制失靈或導通效率降低。例如在可自充電的電動自行車上，車輛滑行或推車行走時，充電發電機產生的充電電流較小不能推動電子開關管導通或不能完全導通，因而不能向蓄電池充電，也就是說這部分能量不能有效回收利用。因此將常規電子功率開關用於自充電型電動車輛的充電控制，能量的回收利用效率很低。在上述使用狀態下如果採用繼電器作為開關器件，其驅動電路和繼電器耗電都會大大高於電子開關，使得整車的充電效率也會降低。

發明內容
本實用新型的目的就是為了克服現有技術的缺陷，提供一種穩壓式電子功率開關，用於驅動電壓不穩定的使用環境。
本實用新型的目的是由以下技術方案實現的。
穩壓式電子功率開關，由電子功率開關電路1，開關驅動電路2構成，其特徵在於由開關電晶體構成的開關電路串連在電源電路中，開關電晶體的控制極連接驅動電路2；驅動電路2的輸入端與開關控制電路3連接，其輸出端連接有穩壓電路4；所述開關控制電路3由觸發集成電路構成，其工作電源VDD1與主電源VDD3為不同的電源供給。
前述的穩壓式電子功率開關，其特徵在於所述開關電晶體為兩隻場效應電晶體並聯構成，其控制極連接到驅動電路；所述驅動電路由晶體三極體以及偏置電阻構成，驅動電路的輸出端連接的所述穩壓電路由穩壓二極體串連於晶體三極體的發射極構成，穩壓電路的穩壓值高於場效應電晶體的柵極電壓；所述開關控制電路由集成電路觸發器構成，其輸出端提供偏置電阻與所述驅動電路的晶體三極體的基極連接，開關控制電路的兩個信號輸入端接電子功率開關的開啟和關閉的控制信號。
前述任一項穩壓式電子功率開關，其特徵還在於所述電子功率開關還包括有短路保護電路，所述短路保護電路由並聯在主電源電路和開關電晶體控制極之間的晶體三極體及偏置電阻構成。
本實用新型的優點是，由於本實用新型的穩壓式電子功率開關採用了電子穩壓電路，場效應電晶體的柵極能夠獲得穩定的驅動電壓，保證了場效應三極體可靠開啟，使得電動車輛在不使用電源驅動行駛中的任何運動狀態都能向車輛的蓄電池充電，大大提高了能量的回收效率；同樣，由於發動機產生的電壓不穩定也會造成開關控制電路的工作不可靠，因而開關控制電路採用與主電源電路不同的電源，從而保證控制的可靠性。為了電子功率開關的安全可靠工作，在本設計的開關電路中設置了短路保護電路，在短路情況下開關電路自動處於關閉狀態，電路的安全性得到保障。


圖1為本實用新型的穩壓式電子功率開關的電路方框圖。
圖2為本實用新型的穩壓式電子功率開關的實施例的電路原理圖。
具體實施方式
電子功率開關電路1一般採用電子開關器件構成，例如由場效應管或開關三極體等電晶體，根據電源VDD3電路電流的大小電晶體可以選用一隻或多隻。電子功率開關驅動電路2用來推動電子功率開關電路，使得電子開關開啟或關閉，驅動電路由電源VDD3提供的電壓及開關三極體驅動控制向電子開關電路的控制電極提供驅動電壓。由於主電源VDD3電路提供的電壓不穩定，因此在驅動電路中設置了穩壓電路4，以保證驅動電路導通時向開關電路控制電極提供穩定的推動電壓。電子開關控制電路3是由獨立電源VDD1供電的觸發器電子線路，以保證對功率開關驅動電路2的可靠驅動。
本實用新型的穩壓式電子功率開關，在設計上考慮到可靠性設計由短路保護電路5，它並接於控制極兩端，當輸出短路接地時保護短路導通短接控制極，使得功率開關電路瞬間截止關斷開關，保護電子線路的安全。
根據實用新型的設計思路，本實用新型的技術方案可以有多種實現形式，在本申請中提供以下具體實施例。
開關電路由場效應電晶體VT1和VT2並聯構成，並串連在主電源VDD3電路中，其柵極連接驅動電路。驅動電路由開關三極體BG1和偏置電阻器構成，三極體BG1的輸出端分別連接場效應電晶體的柵極。在主電源電路的正極和驅動電路中的開關三極體的發射極之間連接有穩壓二極體D1，當三極體BG1導通時穩壓電路提供給場效應管的柵極穩定的電壓，顯然這個穩壓值一定時高於柵極的啟動電壓。
在本實施例中開關控制電路為專用集成電路IC1構成的觸發電路，該觸發電路集成有觸發器和外圍電路，其工作電源為獨立的電源VDD1供給，該電源不受主電源VDD3的影響，因此觸發器輸出的控制信號可以可靠地啟動或關閉開關三極體BG1。
在場效應管柵極上並聯有由三極體BG2和偏置電阻構成的短路保護電路，三極體的基極與功率開關的輸出連接，一旦輸出端短路，保護電路立即導通使場效應電晶體VT1和VT2截止，以達到保護電子線路的目的。
穩壓式電子功率開關由兩個電壓電源VDD1和VDD3供給，VDD1電源、IC1和BG1等組成控制和驅動電路，二極體D1和電阻R3、R4、R5、R6、R7、R8、三極體BG1組成一個穩壓電路，為VT1和VT2電源控制開啟與關斷提供一個穩定的電壓及驅動電流，R9、R10和BG2組成為一個電子開關輸出的短路保護電路。開機時IC1的VD2與VS1導通，當VD2提供正電壓電流通過VS1的輸出通過R1、R2產生壓降，使BG1導通，電流經R3、D1構成一個穩定的電壓，通過R4、R5、R6、R7、R8分流給VT1和VT2的柵極，使場效應管處於導通狀態，實現VDD3電源開啟。當IC1的IN輸入一個脈衝信號時，VS1輸出端無電壓輸出BG1處於截止狀態，VT1、VT2的柵極無偏壓，兩個功率MOSFET管子處於截止狀態，關閉電源實現功率電子開啟和關閉的功能。短路保護電路，在一般情況下電路中的電流處於規定的範圍內時不工作，當電流大於額定值時，BG2開始工作處於導通狀態，使推動電流直接短路，在VT1和VT2的柵極無偏壓，兩個管子處於截止狀態無電流輸出，實現短路保護。穩壓電路，功率MOSFET管子VT1和VT2是電壓控制型的，若柵極得到穩定的電壓，它的導通電阻也隨之增加，從而降低開關的效率，為VDD3電源在實際應用中電壓下降到50％時，電子開關也能達到理想的狀態，所以在BG1的集電極上裝有一個高於柵極電壓的穩壓管，再通過電阻的分流分壓得到需要的偏流電壓，使VT1和VT2良好的導通，不管VDD3電壓高低在柵極都能保證穩定的偏流電壓，從而實現穩定的功率電子開與關的狀態。
以上只是對本實用新型技術方案和實施例的描述，而不是對本申請技術方案的限定，顯然實現本發明創造有多種形式，本領域的技術人員可以根據本申請權利要求所限定的內容和精神作出各種改進。
權利要求1.穩壓式電子功率開關，由電子功率開關電路(1)，開關驅動電路(2)構成，其特徵在於由開關電晶體構成的開關電路串連在電源電路中，開關電晶體的控制極連接驅動電路(2)；驅動電路(2)的輸入端與開關控制電路(3)連接，其輸出端連接有穩壓電路(4)；所述開關控制電路(3)由觸發集成電路構成，其工作電源(VDD1)與主電源(VDD3)為不同的電源供給。
2.根據權利要求1所述的穩壓式電子功率開關，其特徵在於所述開關電晶體為兩隻場效應電晶體(VT1、VT2)並聯構成，其控制極連接到驅動電路；所述驅動電路由晶體三極體(BG1)以及偏置電阻構成，驅動電路的輸出端連接的所述穩壓電路由穩壓二極體(D1)串連於晶體三極體(BG1)的發射極構成，穩壓管的穩壓值高於場效應電晶體的柵極電壓；所述開關控制電路由集成電路觸發器(IC1)構成，其輸出端提供偏置電阻(R1、R2)與所述驅動電路的晶體三極體(BG1)的基極連接，開關控制電路的兩個信號輸入端(VD2、IN)接電子功率開關的導通和關閉的控制信號。
3.根據權利要求1、2所述的穩壓式電子功率開關，其特徵在於所述電子功率開關還包括有短路保護電路(5)，所述短路保護電路由並聯在主電源電路和開關電晶體控制極之間的晶體三極體(BG2)及偏置電阻構成。
專利摘要本實用新型涉及一種穩壓型電子功率開關，具體地說是一種由場效應管構成的電子功率開關，主要用於電動車輛充放電的控制。它由電子功率開關電路(1)，開關驅動電路(2)構成，由開關電晶體構成的開關電路串連在主電源電路中，開關電晶體的控制極連接驅動電路(2)；驅動電路(2)的輸入端與開關控制電路(3)連接，其輸出端連接有穩壓電路(4)；所述開關控制電路(3)由R－S觸發器構成，其工作電源(V
文檔編號H02J7/14GK2790035SQ200520016199
公開日2006年6月21日 申請日期2005年4月18日 優先權日2005年4月18日
發明者項青松 申請人:項青松