开关控制电路及应用该电路的中央控制盒的制作方法

本实用新型属于中央电器控制技术领域，具体地说，尤其涉及一种工作电流小、安全性高、低功耗环保节能、无打火现象、产品使用寿命长的开关控制电路、控制方法及应用该电路的中央控制盒。

背景技术：

中央控制盒被广泛应用于拖拉机、汽车等电器中，主要作用是减少回路线速的数量和对电器进行集中控制。传统中央控制盒电气部分主要包括继电器开关电路、闪光器电路、保险丝等等。也即是传统中央控制盒是利用继电器开关电路实现用电设备的开关功能，利用保险丝实现过载保护功能。但中央控制盒存在以下不足：1.继电器电路设计存在工作电流大，在吸合过程中易产生电弧打火现象，一方面安全性能差，另一方面严重影响产品使用寿命；2.一个中央控制盒上会有很多个继电器，占用空间大，不利于电路板的集成和小型化。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对现有技术存在的不足，提供了一种工作电流小、安全性高、低功耗环保节能、无打火现象、产品使用寿命长的开关控制电路、控制方法及应用该电路的中央控制盒。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种开关控制电路，包括输入电源，还包括负载信号输入端、mos管开关控制电路模块、负载；所述输入电源为所述mos管开关控制电路模块提供工作电源；所述mos管开关控制电路模块输出端电气连接所述负载，其根据所述负载信号输入端的输入信号控制负载回路的导通与关断。

优选地，所述mos管开关控制电路模块包括负载信号输入端、nmos管、pmos管、子开关电路；所述负载信号输入端经子开关电路与所述pmos管电气连接，所述子开关电路控制所述pmos管导通与关断；所述pmos管与所述nmos管电气连接，用于控制所述nmos管的导通与关断；所述输入电源、所述nmos管、所述负载构成所述负载回路，nmos管的导通与关断决定所述负载回路的通与断。

优选地，所述子开关电路包括三极管q13，所述三极管q13的b极经电阻r51与所述负载信号输入端电气连接；所述三极管q13的e极接地；所述三极管q13的c极经电阻r49与pmos管的g极、电阻r47的一端电气连接，所述电阻r47的另一端与pmos管的s极电气连接，所述pmos管的s极还与电源端电气连接；所述pmos管的d极与电阻r44一端电气连接，所述电阻r44的另一端接地，且与所述nmos管的g端电气连接；所述nmos管s端接所述负载4，所述nmos管s端与其g端电气连接稳压管d9；所述nmos管的d端电气连接所述输入电源1。

优选地，所述电阻r44与接地之间电气连接起滤波作用的电容c10，所述电容c10的两端并联起分压作用的电阻r46。

优选地，所述开关控制电路还包括主控模块，所述主控模块包括状态跟踪电路单元、保护执行电路单元；所述状态跟踪电路单元采集所述mos管开关控制电路模块上的取样电压，其输入端与所述mos管开关控制电路模块电气连接，其输出端与所述保护执行电路单元电气连接，由所述保护执行电路单元关断所述mos管开关控制电路模块，并控制所述mos管开关控制电路模块处于保持关断的状态。

优选地，所述状态跟踪电路单元以通用运放为核心，所述保护执行电路单元以逻辑与门为核心；所述通用运放的正端和负端分别采集所述mos管开关控制电路模块上的取样电阻两端的电压；所述通用运放的输出端与逻辑与门的其中一输入端电气连接，所述逻辑与门的另一输入端与所述负载信号输入端电气连接；所述逻辑与门的输出端与所述mos管开关控制电路模块电气连接，控制所述mos管开关控制电路模块的关断；所述逻辑与门的输出端还经反馈电路将电信号反馈至所述状态跟踪电路单元，通过所述状态跟踪电路单元、所述保护执行电路单元保持所述mos管开关控制电路模块一直处于关断状态。

优选地，所述开关控制电路还包括报警单元，所述报警单元由所述保护执行电路单元控制。

优选地，所述报警单元包括报警子开关电路和发光二极管，所述报警子开关电路与所述逻辑与门的输出端电气连接。

一种中央控制盒，所述中央控制盒内应用了上述所述的开关控制电路。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型巧妙利用mos管实现负载回路的通断，电路设计简洁不冗长，电路稳定性高，工作电流小，弱电环境，安全性能高，低功耗，环保节能；无电弧打火现象困恼，产品使用寿命长；

2.本实用新型所涉及的电子器件体积小、集成程度高，占用空间很小，实现了中央控制盒的小型化需求；

3.本实用新型功能强大，在负载做功过程中实时监控回路状态，若过载异常则自动切断回路，并在维修前使回路处于保持切断状态；且实现该功能的电路设计巧妙简洁，以最少的元器件既实现了产品的功能又保证了电路的稳定性；

4.本实用新型还具备报警功能，哪边出现故障一目了然，且该报警电路仅用很少数量的元器件即可实现；

5.本实用新型整体元器件数量少、对型号无特别要求，均为市场常见芯片，有效控制了生产成本；

6.本实用新型改变传统中央控制盒设计思维，在中央电器控制技术领域具有极其重要的意义。

附图说明

图1是本实用新型实施例1系统框图；

图2是本实用新型实施例1电路原理图；

图3是本实用新型实施例2电路原理图；

图4是本实用新型实施例3系统框图；

图5是本实用新型实施例3电路原理图一；

图6是本实用新型实施例3电路原理图二；

图7是本实用新型实施例4电路原理图一；

图8是本实用新型实施例4电路原理图二。

图中：1.输入电源；2.负载信号输入端；3.mos管开关控制电路模块；4.负载；5.主控模块；6.状态跟踪电路单元；7.保护执行电路单元。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进一步说明：

一种开关控制电路，包括输入电源1，还包括负载信号输入端2、mos管开关控制电路模块3、负载4；所述输入电源1为所述mos管开关控制电路模块3提供工作电源；所述mos管开关控制电路模块3输出端电气连接所述负载4，其根据所述负载信号输入端2的输入信号控制负载回路的导通与关断。

优选地，所述mos管开关控制电路模块3包括负载信号输入端2、nmos管、pmos管、子开关电路；所述负载信号输入端2经子开关电路与所述pmos管电气连接，所述子开关电路控制所述pmos管导通与关断；所述pmos管与所述nmos管电气连接，用于控制所述nmos管的导通与关断；所述输入电源1、所述nmos管、所述负载4构成所述负载回路，nmos管的导通与关断决定所述负载回路的通与断。巧妙利用mos管实现负载回路的通断，电路设计简洁不冗长，电路稳定性高，工作电流小，弱电环境，安全性能高，低功耗，环保节能；无电弧打火现象困恼，产品使用寿命长。

优选地，所述子开关电路包括三极管q13，所述三极管q13的b极经电阻r51与所述负载信号输入端2电气连接；所述三极管q13的e极接地；所述三极管q13的c极经电阻r49与pmos管的g极、电阻r47的一端电气连接，所述电阻r47的另一端与pmos管的s极电气连接，所述pmos管的s极还与电源端电气连接；所述pmos管的d极与电阻r44一端电气连接，所述电阻r44的另一端接地，且与所述nmos管的g端电气连接；所述nmos管s端接所述负载4，所述nmos管s端与其g端电气连接稳压管d9；所述nmos管的d端电气连接所述输入电源1。电路设计简洁不冗长，电路稳定性高，环保节能，所涉及的电子器件体积小、集成程度高，占用空间很小，实现了中央控制盒的小型化需求。

优选地，所述电阻r44与接地之间电气连接起滤波作用的电容c10，所述电容c10的两端并联起分压作用的电阻r46。该电路设计能够提高电路精度、电路的稳定性能，电容c10具有滤波作用。通过r46、r44的分压确保nmos管g与s之间的电压差不超过12v，保证导通nmos管在有效电平下满足导通条件。

优选地，所述开关控制电路还包括主控模块5，所述主控模块5包括状态跟踪电路单元6、保护执行电路单元7；所述状态跟踪电路单元6采集所述mos管开关控制电路模块3上的取样电压，其输入端与所述mos管开关控制电路模块3电气连接，其输出端与所述保护执行电路单元7电气连接，由所述保护执行电路单元7关断所述mos管开关控制电路模块3，并控制所述mos管开关控制电路模块3处于保持关断的状态。在基础开关功能的基础上，设计主控模块实现整个电路的过载保护功能。功能强大，在负载做功过程中实时监控回路状态，若过载异常则自动切断回路，并在维修前使回路处于保持切断状态；且该电路设计巧妙简洁，以最少的元器件既实现了产品的功能又保证了电路的稳定性。

优选地，所述状态跟踪电路单元6以通用运放u1b为核心，所述保护执行电路单元7以逻辑与门为核心；所述通用运放u1b的正端和负端分别采集所述mos管开关控制电路模块3上的取样电阻两端的电压；所述通用运放u1b的输出端与逻辑与门的其中一输入端电气连接，所述逻辑与门的另一输入端与所述负载信号输入端2电气连接；所述逻辑与门的输出端与所述mos管开关控制电路模块3电气连接，控制所述mos管开关控制电路模块3的关断；所述逻辑与门的输出端还经反馈电路将电信号反馈至所述状态跟踪电路单元6，通过所述状态跟踪电路单元6、所述保护执行电路单元7保持所述mos管开关控制电路模块3一直处于关断状态。以通用运放u1b、逻辑与门为核心芯片，整个电路设计巧妙简洁，以最少的元器件既实现了产品的功能又保证了电路的稳定性；且对元器件的型号没有太多要求，通用运放u1b、普通逻辑与门电路即可；所以，本申请案电路设计还具备成本低，生产容易的优点。

优选地，所述开关控制电路还包括报警单元，所述报警单元由所述保护执行电路单元7控制。本实用新型还具备报警功能，哪边出现故障一目了然，且该报警电路仅用很少数量的元器件即可实现，成本低；

优选地，所述报警单元包括报警子开关电路和发光二极管，所述报警子开关电路与所述逻辑与门的输出端电气连接。

一种上述所述的开关控制电路的控制方法，所述方法包括：

负载信号输入端2输入有效电平，子开关电路导通，pmos管因满足导通条件而导通，pmos管导通后使nmos管因满足导通条件而导通，nmos管导通使负载回路导通，负载4正常做功；

在负载回路上电气连接取样电阻，通用运放u1b的正、负两输入端分别采集所述取样电阻两端的电压；根据采集的电压值进行判断，通用运放u1b负端采集的电压值大于通用运放u1b正端采集的电压值，通用运放u1b输出端输出无效电平；与所述通用运放u1b输出端电气连接的逻辑与门因不满足开启条件而处于关断状态；此时，负载回路上的负载4处于正常做功状态；

负载回路因故障出现过载情况时，取样电阻两端电压异常，通用运放u1b负端采集的电压值小于通用运放u1b正端采集的电压值，此时，通用运放u1b输出端输出有效电平。逻辑与门两输入端，其中一输入端与通用运放u1b的输出端电气连接处于有效电平，另一输入端与负载信号输入端2电气连接，本身也处于有效电平，此时逻辑与门输出有效电平；逻辑与门输出的有效电平使子开关电路关断，pmos管因不满足导通条件而关断，pmos管关断后使nmos管因不满足导通条件而关断，nmos管关断使负载回路关断；同时逻辑与门输出的有效电平还反馈至所述通用运放u1b的负端，使通用运放u1b的负端电压值保持小于通用运放u1b正端电压值的状态，使通用运放u1b的输出端保持输出有效电平，从而使负载回路保持关断状态。

本实用新型电路控制方法新颖，利用取样电阻、通用运放u1b、逻辑与门实时监控负载回路，检测到异常时能够切断负载回路，并保持回路在维修前一直处于切断状态。

一种中央控制盒，所述中央控制盒内应用了上述所述的开关控制电路。本申请案开关控制电路所涉及的电子器件体积小、集成程度高，占用空间很小，实现了中央控制盒的小型化需求；且元器件为市面常见元器件，有效控制了中央控制盒的成本。

实施例1：

如说明书附图图1和图2所示，本实施例包括输入电源1、负载信号输入端2、mos管开关控制电路模块3、负载4；输入电源1为mos管开关控制电路模块3提供工作电源；mos管开关控制电路模块3包括负载信号输入端2、nmos管、pmos管、子开关电路；负载信号输入端2经子开关电路与pmos管电气连接，子开关电路控制pmos管导通与关断；pmos管与nmos管电气连接，用于控制nmos管的导通与关断；输入电源1、nmos管、负载4构成负载回路，nmos管的导通与关断决定负载回路的通与断；mos管开关控制电路模块3输出端电气连接负载4，其根据负载信号输入端2的输入信号控制负载回路的导通与关断。

进一步地，输入电源1由电器电平进行供电，比如拖拉机供电电平。子开关电路包括电阻r51、电阻r49、三极管q13。负载回路包括输入电源1、nmos管、负载，nmos管的开与断决定着负载是否做功。负载是指电器上的用电设备，比如远光灯、调节器、仪表电源、雨刮器等等。

本实施例电路的具体连接关系为：三极管q13的b极经电阻r51与负载信号输入端2电气连接；三极管q13的e极接地；三极管q13的c极经电阻r49与pmos管的g极、电阻r47的一端电气连接，电阻r47的另一端与pmos管的s极电气连接，pmos管的s极还与电源端电气连接；pmos管的d极与电阻r44一端电气连接，电阻r44的另一端接地，且与nmos管的g端电气连接；nmos管s端接负载4，nmos管s端与其g端电气连接稳压管d9；nmos管的d端电气连接输入电源1。

该电路工作原理如下：当需要负载做功时，信号输入端输入有效电平，为表述简便，三极管q13选用npn型三极管，即此时有效电平为高电平。信号输入端输入高电平，三极管q13导通，pmos管的s与g两端产生导通电压，pmos管导通，将电源端的电压传输至nmos管，nmos管g与s两端产生导通电压，nmos管导通，负载回路导通，负载得电做功；稳压管d9将电压稳压在12v，使nmos管工作稳定。

本实施例巧妙利用mos管实现负载回路的通断，电路设计简洁不冗长，电路稳定性高，工作电流小，弱电环境，安全性能高，低功耗，环保节能；无电弧打火现象困恼，产品使用寿命长；电路设计简洁不冗长，电路稳定性高，环保节能，所涉及的电子器件体积小、集成程度高，占用空间很小，实现了中央控制盒的小型化需求。

实施例2：

如说明书附图图3所示，本实施例在实施例1的基础上在在电阻r44与接地之间电气连接起滤波作用的电容c10，电容c10的两端并联起分压作用的电阻r46。该电路设计能够提高电路精度、电路的稳定性能，电容c10具有滤波作用。通过r46、r44的分压确保nmos管g与s之间的电压差不超过12v，保证导通nmos管在有效电平下顺利导通。

实施例3：

如说明书附图图4至图6所示，本实施例在实施例1、实施例2的基础上还包括主控模块5，主控模块5包括状态跟踪电路单元6、保护执行电路单元7；状态跟踪电路单元6采集mos管开关控制电路模块3上的取样电压，其输入端与mos管开关控制电路模块3电气连接，其输出端与保护执行电路单元7电气连接，由保护执行电路单元7关断mos管开关控制电路模块3，并控制mos管开关控制电路模块3处于保持关断的状态。在基础开关功能的基础上，设计主控模块实现整个电路的过载保护功能。功能强大，在负载做功过程中实时监控回路状态，若过载异常则自动切断回路，并在维修前使回路处于保持切断状态；且该电路设计巧妙简洁，以最少的元器件既实现了产品的功能又保证了电路的稳定性。

状态跟踪电路单元6以通用运放u1b为核心，保护执行电路单元7以逻辑与门为核心；通用运放u1b的正端和负端分别采集mos管开关控制电路模块3上的取样电阻两端的电压；通用运放u1b的输出端与逻辑与门的其中一输入端电气连接，逻辑与门的另一输入端与负载信号输入端2电气连接；逻辑与门的输出端与mos管开关控制电路模块3电气连接，控制mos管开关控制电路模块3的关断；逻辑与门的输出端还经反馈电路将电信号反馈至状态跟踪电路单元6，通过状态跟踪电路单元6、保护执行电路单元7保持mos管开关控制电路模块3一直处于关断状态。以通用运放u1b、逻辑与门为核心芯片，整个电路设计巧妙简洁，以最少的元器件既实现了产品的功能又保证了电路的稳定性；且对元器件的型号没有太多要求，通用运放u1b、普通逻辑与门电路即可；所以，本申请案电路设计还具备成本低，生产容易的优点。

负载信号输入端2输入有效电平，子开关电路导通，pmos管因满足导通条件而导通，pmos管导通后使nmos管因满足导通条件而导通，nmos管导通使负载回路导通，负载4正常做功；

在负载回路上电气连接取样电阻，通用运放u1b的正、负两输入端分别采集取样电阻两端的电压；根据采集的电压值进行判断，通用运放u1b负端采集的电压值大于通用运放u1b正端采集的电压值，通用运放u1b输出端输出无效电平；与通用运放u1b输出端电气连接的逻辑与门因不满足开启条件而处于关断状态；此时，负载回路上的负载4处于正常做功状态；

负载回路因故障出现过载情况时，取样电阻两端电压异常，通用运放u1b负端采集的电压值小于通用运放u1b正端采集的电压值，此时，通用运放u1b输出端输出有效电平。逻辑与门两输入端，其中一输入端与通用运放u1b的输出端电气连接处于有效电平，另一输入端与负载信号输入端2电气连接，本身也处于有效电平，此时逻辑与门输出有效电平；逻辑与门输出的有效电平使子开关电路关断，pmos管因不满足导通条件而关断，pmos管关断后使nmos管因不满足导通条件而关断，nmos管关断使负载回路关断；同时逻辑与门输出的有效电平还反馈至通用运放u1b的负端，使通用运放u1b的负端电压值保持小于通用运放u1b正端电压值的状态，使通用运放u1b的输出端保持输出有效电平，从而使负载回路保持关断状态。本实施例电路控制方法新颖，利用取样电阻、通用运放u1b、逻辑与门实时监控负载回路，检测到异常时能够切断负载回路，并保持回路在维修前一直处于切断状态。

本实施例具体电路连接关系为：三极管q13的b极经电阻r51与负载信号输入端2电气连接；三极管q13的e极接地；三极管q13的c极经电阻r49与pmos管的g极、电阻r47的一端电气连接，电阻r47的另一端与pmos管的s极电气连接，pmos管的s极还与电源端电气连接；pmos管的d极与电阻r44一端电气连接，电阻r44的另一端接地，且与nmos管的g端电气连接；nmos管s端接负载4，nmos管s端与其g端电气连接稳压管d9；nmos管的d端经取样电阻r27电气连接输入电源1。通用运放u1b、电阻r34、电阻r35、取样电阻r27、电阻r31、电阻r39构成状态跟踪电路单元6；通用运放u1b的正极输入端经电阻r34、电阻r35与取样电阻r27的一端电气连接，正极输入端还经电阻r31接地；通用运放u1b的负极输入端经电阻r39与取样电阻r27的另一端电气连接，且负极输入端还经电阻r42接地；通用运放u1b的输出端经电阻r35与逻辑与门的1管脚输入端电气连接，逻辑与门的2管脚输入端经电阻r50与负载信号输入端2电气连接；稳压管d10、稳压管d12、电容c7以及5v电源为逻辑与门提供工作条件，逻辑与门的输出端经电阻r37、三极管q10与三极管q13的b极电气连接，由此控制子开关电路的关断；逻辑与门的输出端还经电阻r34、三级管q11、电阻r41与通用运放u1b的负极输入端电气连接，此部分实现将逻辑与门的输出端的信号反馈至通用运放u1b的功能；逻辑与门及其外围电路构成保护执行电路单元7。

本实施例的电路工作原理为：当需要负载做功时，信号输入端输入有效电平，为表述简便，三极管q13选用npn型三极管，即此时有效电平为高电平。信号输入端输入高电平，三极管q13导通，pmos管的s与g两端产生导通电压，pmos管导通，将电源端的电压传输至nmos管，nmos管g与s两端产生导通电压，nmos管导通，负载回路导通，负载得电做功；

负载做功过程中，通用运放u1b实时跟踪负载回路状态，通用运放u1b的正、负两输入端分别采集取样电阻两端的电压；通过设置电阻r33、电阻r34、电阻r39的阻值大小，使通用运放u1b在负载回路正常状态下负极输入端采集的电压值大于通用运放u1b正极输入端采集的电压值，此时通用运放u1b输入低电平；该低电平输入至逻辑与门的1管脚输入端，逻辑与门的2管脚输入端与负载信号输入端电气连接的，此时处于高电平状态，两输入端一高一低不满足逻辑与门的导通条件，逻辑与门处于关断状态。

当负载回路因故障出现过载情况时，取样电阻r27分压过大，通用运放u1b负极输入端采集到的电压值低于正极输入端采集的电压值，此时通用运放u1b输出端输出高电平；逻辑与门的两输入端均为高电平，逻辑与门满足导通条件输出高电平，该高电平传输至三极管q10的b极，三极管q10导通，三极管q10的e极是接地的，三极管q10导通后将三极管q13的b极拉为低电平，三极管q13不满足导通条件而关断，子开关电路的断开使pmos管、nmos管依次关断，相应的，负载回路被关断；

同步，逻辑与门输出高电平还传输至三极管q11，三极管q11导通将通用运放u1b的负极输入端拉低，使通用运放u1b负极输入端采集到的电压值一直低于正极输入端采集的电压值，所以通用运放u1b的输出端会保持输出高电平状态，相应地起到保持负载回路处于关断状态。从而实现过载保护作用。

本实施例巧妙利用mos管实现负载回路的通断，电路设计简洁不冗长，电路稳定性高，工作电流小，弱电环境，安全性能高，低功耗，环保节能；无电弧打火现象困恼，产品使用寿命长；所涉及的电子器件均为市场常见芯片，有效控制了生产成本，且集成程度高，占用空间很小，实现了中央控制盒的小型化需求；本实施例功能强大，在负载做功过程中实时监控回路状态，若过载异常则自动切断回路，并在维修前使回路处于保持切断状态；且实现该功能的电路设计巧妙简洁，以最少的元器件既实现了产品的功能又保证了电路的稳定性；本实施例打破传统基于继电器设计中央控制盒的设计思维，在中央电器控制技术领域具有极其重要的意义。

实施例4：

如说明书附图图7至图8所示，在实施例3的基础上，本实施例还设计有报警单元，报警单元由保护执行电路单元7控制。报警单元包括报警子开关电路和发光二极管，报警子开关电路与逻辑与门的输出端电气连接。

本实施例具体电路为：包括发光二极管d7、电阻r28、三极管q9、电阻30，逻辑与门的输出端经电阻30与三极管q9的b极电气连接，三级管q9的e极接地，三级管q9的c极经电阻r28与发光二极管d7的阴极电气连接，发光二极管d7的阳极接工作电源。

当负载回路出现过载情况时，逻辑与门输出端输出的高电平传输至三极管q9的b极，三极管q9导通，发光二极管d7、电阻r28构成导通回路，发光二极管d7发光起报警作用。

本实施例具备报警功能，哪边出现故障一目了然，且该报警电路仅用很少数量的元器件即可实现，成本低；

实施例5：

一种中央控制盒，该中央控制盒可用于拖拉机、汽车等电器设备中。本实施例的中央控制盒应用了本申请案的开关控制电路。本申请案开关控制电路所涉及的电子器件体积小、集成程度高，占用空间很小，实现了中央控制盒的小型化需求；且元器件为市面常见元器件，有效控制了中央控制盒的成本。本实施例整体元器件数量少、对型号无特别要求，均为市场常见芯片，有效控制了生产成本；改变传统中央控制盒设计思维，在中央电器控制技术领域具有极其重要的意义。

综上，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用来限定本实用新型实施的范围，凡依本实用新型权利要求范围的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本实用新型的权利要求范围内。