一種低溫治療儀智能控制電路的製作方法
2023-05-14 17:45:21 1
一種低溫治療儀智能控制電路的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種低溫治療儀智能控制電路，涉及開關控制電路領域；該電路包括一個由三極體、MOS管、電阻和電容這四類器件組成的開關電路，以及一個控制開關電路工作的MCU；本實用新型的智能控制電路通過選用不同的MOS管可應用於設備中大電流或小電流開關器件的通斷控制；該智能控制電路解決了傳統智能控制電路PCB布線難，佔用空間大，物料採購難度大成本高，編程難度大等問題。
【專利說明】一種低溫治療儀智能控制電路
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種開關控制電路，尤其涉及一種採用分立器件組成的可應用於設備中大電流或小電流開關器件的通斷控制的電路。
【背景技術】
[0002]傳統電路的開關量輸出迴路一般採用MCU輸出一個高低電平控制有觸點繼電器的方法來實現。通常為了提高抗幹擾能力，還要經過光電隔離，典型的一路輸出接線如圖1所示。
[0003]《微計算機信息》2009年17期，發表一篇文章《一種新型的多路開關量輸出控制電路設計》。介紹了基於MOTOROLA公司新的輸出開關晶片MC33291，提出一種應用於微控制器的新型輸出控制電路。通過對MCU發出的命令字和從MC33291反饋回的狀態字進行比較，從而判定出口是否有故障以及故障的類型。MC33291通過串行外圍接口 SPI和MCU相連的。MCU通過外設的SI 口(4腳)發送數據，SO (9腳)接收數據，SCLK 口(3腳)用作輸出時鐘。並行口(ParallelPorts)提供外設從選擇線CSB(10腳)及復位線Reset (22腳)和故障時狀態控制線SFPD(15腳)，見圖2。在MCU寫SPI數據寄存器，通過8位移位寄存器(ShiftRegister)向外部設備傳輸數據；同時從接收緩衝器(ReceiveBuffer)讀取從外部設備反饋回來的信息，用於判定外部設備的狀態並做出相應的處理。MC33291的輸出最大驅動電流為IA。
[0004]由此而見，傳統的繼電器控制方式，電路複雜，佔用電路板空間大，繼電器產生的電磁幹擾大，影響信號完整性。MC33291雖然是集成晶片，佔用空間比傳統的繼電器控制方式小了，但是MC33291的封裝面積仍然較大，圖3是根據MC33291的官方資料搜查到的封裝面積 10.55mm*15.54mm。
[0005]支持輸出的開關信號電流小，最大是IA電流，當開關控制電流需求變大時，無法滿足要求；該器件編程複雜，不利於程序編寫；器件應用單一，無替代廠家，一旦出現供貨緊張，影響產品發貨及供應，不利於產品化應用。
【發明內容】
[0006]本實用新型的目的是為了解決現有技術中繼電器控制電路複雜、佔用電路板空間大的問題以及現在技術中基於MOTOROLA公司新的輸出開關晶片MC33291多路開關量輸出控制電路編程複雜的問題，而提出一種低溫治療儀智能控制電路，該智能控制電路可實現大電流或小電流開關量控制，佔用空間小和方便編程。
[0007]本實用新型的技術方案如下:
[0008]本實用新型的技術方案基於一個MCU來控制一個由三級管、MOS管、電阻和電容組成的開關電路。在本實用新型電路中，電阻Rl被接在MCU的控制輸入10管腳與三極體Ql的基極之間；三級管Ql的發射極接地；三極體Ql的集電極與電阻R2 —端相連，電阻R2的另一端與電源之間接入一個由電阻R3、電容Cl組成的並聯電路；M0S管Q2的源極接電源；一個由電阻R5、電容C2組成的串聯電路被接在MOS管Q2的柵極與漏極之間；M0S管Q2的柵極還連接著電阻R4，電阻R4的另一端與電源之間接入一個由電阻R3、電容Cl組成的並聯電路；保險絲Fl —端與MOS管Q2的漏極相連，另一端經過一個並聯電路與地相連，此並聯電路有三條支路，第一條支路為電容C3，第二條支路為外接負載，第三條支路為一個由電阻R6、電阻R7組成的串聯電路；MCU的故障檢測1管腳與地之間接入電阻R7。
[0009]上述MOS管Q2為P溝道增強型MOS管，型號為A0D4185或A0B2608L，根據本實用新型電路選配的MOS管Q2的型號不同，開關電流的調節範圍為I?50安培。
[0010]上述三級管Ql為NPN管。
[0011]上述智能開關控制電路中，MCU的第一個1管腳發出一個高電平，通過選配各個電阻的阻值，使三級管和MOS管導通，相當於電子開關閉合，從而使負載正常工作，同時，MCU的第二個1管腳檢測開關電路的某點電壓來判斷電路工作狀態是否正常，若檢測到為高電平，則電路正常，若檢測到低電平，則可判斷電路狀態不正常。反之，MCU的第一個1管腳發出一個低電平，使三級管和MOS管不導通，相當於電子開關斷開，從而使負載不工作。
[0012]通過對MCU簡單編程，當檢測到電路正常時，維持原狀，繼續由MCU的1管腳發出高電平；當檢測到電路不正常時，由MCU的1管腳發出低電平，從而使三級管和MOS管不導通，相當於電子開關斷開，起到了保護電路的作用。
[0013]另外，還可以用MCU的兩個1管腳控制多路開關，從而解決MCU的1管腳不足的問題。不妨以三路為例，三路原理一致，並聯在一起，同時開關；三路故障檢測，可以採用與門邏輯器件，所以當有任一路或多路出現故障時，即可檢測到一個低電平，從而判斷出電路異常。
[0014]本實用新型的有益效果:
[0015]有益效果一:本實用新型提供的一種低溫治療儀智能控制電路，對於同樣控制IA的開關量，本實用新型電路成本由市場中電阻、電容、三極體、MOS管和MC33291的價格可知是MC33291的約二十分之一。
[0016]有益效果二:同等級電流控制中，本實用新型電路PCB布線空間比MC33291小，圖4是用PADS軟體，根據本實用新型電路器件的標準封裝計算出來的面積9.99mm。MC33291的官方資料搜查到的封裝面積10.55mm*15.54mm。MC33291還不算上其他外圍電路的面積，已經比本實用新型電路佔用的空間大。採用本實用新型電路，可以在有限的布板空間發揮更大作用。
[0017]有益效果三:上述MCU控制的方式:輸出一個高電平，則開頭電路閉合，負載工作；輸出一個低電平，則開關電路斷開，負載不工作；檢測到一個高電平，說明電路正常，則繼續輸出高電平；檢測到一個低電平，說明電路異常，則輸出一個低電平來斷開電路。由MCU的控制方式可以看出，對MCU的編程十分簡單，並且不需要開發新的程序，現有技術即可輕鬆解決，明顯降低了程序人員的編程量和編程難度。
[0018]
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1為光耦隔離控制繼電器電路；
[0020]圖2為MC33291引腳圖；
[0021]圖3為MC33291官方資料尺寸圖；
[0022]圖4為本實用新型電路布線空間圖；
[0023]圖5為本實用新型的實施例一的電路圖；
[0024]圖6為本實用新型的實施例二的電路圖。
【具體實施方式】
[0025]為了更好的說明本實用新型，現結合實施例與附圖作進一步說明。
[0026]低溫治療儀智能控制電路的組成有四類器件:三極體Q1、M0S管Q2、電阻、電容，見圖5。
[0027]實施例一
[0028]兩個1控制單路開關，如圖5所示:MCU控制輸入1管腳輸出一個高電平到電阻Rl左端，三極體Ql導通，合理配置電阻R2、電阻R3的大小，分配一個低壓到電阻R4左端；這樣MOS管Q2的柵極、源極產生一個-1OV左右的電壓，MOS管Q2的源極、漏極導通，相當於電子開關打開；負載開始工作。此時電阻R6上端電壓基本等於電源電壓，通過合理配置電阻R6、電阻R7的大小，輸出一個3.3V左右電壓到MCU的故障檢測1管腳，MCU通過檢測此管腳是否為高電平，判斷電路的正常與否。反之，MCU控制輸入1管腳輸出一個低電平到電阻Rl左端，三極體Ql關閉，MOS管Q2柵極、源極之間的壓降為0，M0S管Q2不導通，負載不工作，此時，電阻R7上端管腳應該輸出一個低電平。電路設計簡單，只用2個MCU的1管腳，即可做到開關控制與故障狀態檢測，編程應用邏輯也簡單，只需輸出一個高低電平，判斷一個高低電平，即可以解決控制與告警兩不誤，明顯降低程序編寫工作量和難度。
[0029]選取以下參數，試舉一例說明:P0WER= 12V，R1 = IKΩ，三極體Ql選MMBT5551型號三極體，R2 = IK Ω，R3 = 4.7Κ Ω，Cl = 4.7uF, R4 = 33 Ω，R5 = 2K Ω，C2 = 10nF, Fl=1A快熔，MOS管Q2選用美國萬代A03401型號，R6 = 3.3K Ω，R7 = IK Ω ;選用這些參數，可以支持小於IA電流的開關控制。
[0030]性能優勢:具有緩啟動功能，電阻R3、電容Cl、電阻R4、電阻R5和電容C2組成一個緩啟動迴路，擬制時間可以通過修改電容Cl、電阻R5和電容C2的大小來調配；緩啟動時間T = kt = kRC,其中k對於一個電路元件參數都確定的電路來說是一個常數,可通過實際電路測試中推算出來，R是此緩啟動迴路總阻抗，C是此緩啟動迴路總容抗；經過緩啟動控制的MOS管Q2，可以緩慢開啟源極、漏極的導通阻抗，防止容性負載瞬時衝擊電流過大而燒壞前端保險絲Fl或者MOS管Q2本身。並且，在負載過載或者短路時，保險絲Fl可以及時起到保護作用。
[0031]電流大小選配:若負載電流過大，可以通過選配大電流MOS管Q2，或者並聯多個MOS管解決。電路的其他部分不需要修改，設計簡單，通用性強。同樣封裝的MOS管，可以有多個廠家供貨，例如IR、英飛凌、美國萬代等廠家。
[0032]實施例二
[0033]兩個1控制多路開關，不妨以三路為例，如圖6所示:輸入控制端只有一個MCU管腳，控制三路開關狀態，解決MCU接口不足問題。三路原理一致，可以合理分配負載，同時開關，起到均流作用。例如控制30A大電流開關時，一個MOS管可能導致發熱過大而產生高溫告警，這種情況，可以用三路開關，分別分配1A電流，降低風險。三路故障檢測，可以採用與門邏輯器件，當有一路出現故障時，輸出一個低電平告警，這樣可以在一個MCU管腳的有限條件下，監控三路電路的異常狀態。同樣的原理，不管多少路開關，只需要MCU兩個1 口便可以啟動控制與監控作用。編程應用邏輯也簡單，只需輸出一個高低電平，判斷一個高低電平，即可以解決控制與告警兩不誤。電流出現過流，保險絲可以及時切斷負載，保護這個電路板或者設備不受更大的破壞。
[0034]在本實用新型電路的應用場景，即醫用冷療設備中，採用小電流封裝MOS管A0D4185,可以安全穩定地控制小電流泵的運轉,控制小電流風扇的運轉；採用大電流MOS管A0B2608L，可靠控制大電流製冷片的開與關。
【權利要求】
1.一種低溫治療儀智能控制電路，其特徵在於:包括一個由三極體、MOS管、電阻和電容這四類器件組成的開關電路，以及一個控制開關電路工作的MCU ;電阻Rl被接在MCU的控制輸入1管腳與三極體Ql的基極之間；三級管Ql的發射極接地；三極體Ql的集電極與電阻R2 —端相連，電阻R2的另一端與電源之間接入一個由電阻R3、電容Cl組成的並聯電路；M0S管Q2的源極接電源；一個由電阻R5、電容C2組成的串聯電路被接在MOS管Q2的柵極與漏極之間；M0S管Q2的柵極還連接著電阻R4，電阻R4的另一端與電源之間接入一個由電阻R3、電容Cl組成的並聯電路；保險絲Fl —端與MOS管Q2的漏極相連，另一端經過一個並聯電路與地相連，此並聯電路有三條支路，第一條支路為電容C3，第二條支路為外接負載，第三條支路為一個由電阻R6、電阻R7組成的串聯電路；MCU的故障檢測1管腳與地之間接入電阻R7。
2.如權利要求1所述的低溫治療儀智能控制電路，其特徵在於:所述MOS管Q2為P溝道增強型MOS管，型號為A0D4185或A0B2608L。
3.如權利要求1或2所述的低溫治療儀智能控制電路，其特徵在於:根據選配的MOS管Q2的型號不同，開關電流的調節範圍為I?50安培。
4.如權利要求1所述的低溫治療儀智能控制電路，其特徵在於:所述三極體Ql為NPN管。
【文檔編號】G05B19/04GK203950136SQ201420124930
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年3月19日 優先權日:2014年3月19日
【發明者】韋東 申請人:深圳市普潤康生物科技有限公司