专利名称：具有电流缓冲、带开/关功能的直流联锁开关控制电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及电子电路技术领域，具体指一种具有电流缓冲、带开/关 功能的24V直流联锁开关控制电路。
技术背景在直流电路中(如附图1所示)，当24V联锁开关接通、或者24V输出 受控开的瞬间，由于存在大容量的电容负载，直接接通联锁开关，充电时 间仅为0. 2毫秒，但其产生的负载浪涌冲击电流峰值可达160. 8安培。其 中(如附图l一l所示)，Chl:负载电流波形，IL峰值达160.8安培，波 形宽度约0.2毫秒。Ch2:负载电容器两端的电压波形。由于一个大浪涌 冲击电流的作用，使得相关导线、连接器上的电压降变得非常大，尤其是 该24V电源回路上的压降会导致与其共地的其它低电压电源的异常波动， 从而干扰相关控制电路的逻辑状态。如何消除这种大浪涌冲击电流的负面 影响，也是在带电容负载的整机联锁开关电路设计中要解决的重要课题之发明内容本发明的目的是为了有效地抑制上述现有技术存在的大浪涌电流冲 击及其危害影响，提出具有电流缓冲、带开/关功能的直流联锁开关控制电路。电路包括采用具有驱动功率小特点的P沟道金属氧化物半导体场 效应管和一个电容器构成"主开关电路"；用三个电阻器、 一个电容器和一个三极管构成"缓慢导通控制电路"，配合P沟道金属氧化物半导体场 效应功率管的特征，达到缓慢导通的功能要求；用二个三极管、 一个稳压 管和四个电阻构成"电荷快速释放电路"，及用一个三极管构成的"开/ 关功能电路"组成。当24V联锁开关S1接通、或者24V受控开时，该电 路可以有效地防止负载电容器中浪涌冲击电流的发生；当24V联锁开关断 开、或24V受控关时，该电路可以快速释放场效应管的延缓开启电容器上 的电荷，使24V输出迅速、可靠地关断。本发明电路工作原理(结合附图2)简述如下I区电源(额定电压24.5伏)II区输出24V的开/关控制电路1、 设S1为接通状态；2、 关当Q1-BW时，Ql导通，Q2截止，Q3导通，使得Cl被快速 放电，Q4截止，Q5截止，负载电流=0安培；3、 开当Ql-B=L时，Ql截止，Q2导通，Q3截止，24V通过R5向 Cl充电，Q4缓慢导通，Q5缓慢导通，向负载电容缓慢充电，使得输出负 载上电压逐步上升到额定值。III区缓慢启动电容器C1的放电电路1、 在Q1-B二L即Ql截止，对应于24V受控开指令条件下，当Sl断开， CR1-1的电位开始下降，Q2截止、Q3导通、Cl放电，直至C2端电压降至 0伏特，Q5截止。其中R4为放电限流电阻。不管负载电容器上的端电压 下降至几伏特，该放电电路始终维持Q5是截止的。2、 在S1为接通状态下，当Q1_B=H即Ql导通，对应于24V受控关指令，Q2截止、Q3导通、Cl放电，直至C2端电压降至0伏特，Q5截止， 其中R4为放电限流电阻。不管负载电容器上的电压下降至几伏特，该放 电电路始终维持Q5是截止的。 IV区缓慢导通控制电路当Q3由导通变为截止时即对应24V受控开指令，或者Sl接通，24. 5 伏特电压通过R5向C1充电，使得C1的端电压成指数上升，Q4、 R7构成 一射极跟随电路，随着UC1-1电位缓慢上升，R6与R7的端电压亦缓慢上 升，Q5则从截止一一线性导通— 一到饱和导通，完成一个缓慢的导通(向 负载电容器缓慢充电)过程，这样避免了因负载电容器CL的端电压从O 伏特开始的低内阻充电过程而引起的极大的浪涌冲击电流。V区主开关电路用P沟道金属氧化物半导体场效应管Q5作为主开关元件； 当S1接通的瞬间，由于Q5的输入、输出(寄生)电容的存在会引起 Q5的瞬间导通；C2用于防止这种瞬间失控的发生。VI区试验等效负载综上所述，本发明具有当24V联锁开关Sl接通、或者24V受控开 时，该电路可以有效地防止负载电容器中浪涌冲击电流的发生；当24V 联锁开关S1断开、或24V受控关时，该电路可以快速释放场效应管的延 缓开启电容器C1上的电荷，使24V输出迅速、可靠地关断。
图1为一种现有技术的电路原理图；图1 — 1为一种现有技术电路的开关接通瞬间的波形图；图2为本发明的工作原理电路图； 图3为本发明的一个实施例电路图3-1至3-7为本发明一个实施例中不同工作状态下的波形图。
附图标记号说明
BT1:直流电源，电压24.5伏
Sl:联锁开关
CL:负载电容器，电容量1000微法 RL:负载电阻器，电阻值l千欧 CR1:稳压二极管，稳压值20伏 Ql-4: NPN三极管
Q5: P沟道金属氧化物半导体场效应管，型号一HAT1127H Cl:电容器，电容量2.2微法
C2:电容器，电容量O. l微法
IU-2、 6:电阻器，电阻值10千欧 R3、 7:电阻器，电阻值15千欧 R4:电阻器，电阻值220欧 R5:电阻器，电阻值470千欧
具体实施例方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的描述 本发明的一个实施例(如附图3所示)是一种具有电流缓冲、带开/
关功能的直流联锁开关控制电路，包括采用具有驱动功率小特点的P 沟道金属氧化物半导体场效应管作为主开关元件和一个电容器构成"主开关电路"1;用三个电阻器、 一个电容器和一个三极管构成"缓慢导通控 制电路"2，配合P沟道金属氧化物半导体场效应功率管的特征，达到缓 慢导通的功能要求；用二个三极管、 一个稳压管和四个电阻构成"电荷快 速释放电路"3及用一个三极管构成"开/关功能电路"4以电连接组成。
本发明所述的"主开关电路"1由一个P沟道金属氧化物半导体场效 应管和一个电容器构成；
其中场效应管Q5的型号是HAT1127H
其主要参数
漏极-源极击穿电压30伏 漏极-源极静态导通电阻:小于4. 5毫欧 额定源极电流:40安培 输入电容:5600皮法 输出电容1800皮法
所述的"缓慢导通控制电路"2，由三个电阻器、 一个电容器和一个 三极管构成；
所述的"电荷快速释放电路"3，由二个三极管、 一个稳压管和四个 电阻器构成；
所述的"开/关功能电路"4,由一个三极管构成； 本试验的等效负载IOOO微法电容性负载、l千欧姆电阻性负载。 电路连接关系
电压源BT1-1连接联锁开关Sl-l;电压源BT1-2连接电阻器R1-2、 NPN三极管Q1-E、 NPN三极管Q2-E、 NPN三极管Q3-E、电容器C1-2、电阻器R7-2、负载电容器CL-2、负载电 阻器RL-2;
联锁开关S1-2连接稳压二极管CR1-1、电阻器R3-1、电阻器R5-1、 电阻器R6-1、电容器C2-1、 P沟道场效应管Q5-S;
稳压二极管CR1-2连接电阻器R1-1、电阻器R2-1; 电阻器R2-2连接NPN三极管Ql-C、 NPN三极管Q2-B; NPN三极管Q2-C连接NPN三极管Q3-B、电阻器R3-2; NPN三极管Q3-C连接电阻器R4-1;
电阻器R4-2连接电阻器R5-2、电容器C1-1、 NPN三极管Q4-B; NPN三极管Q4-E连接电阻器R7-l;
NPN三极管Q4-C连接电阻器R6-2、电容器C2-2、P沟道场效应管Q5-G; P沟道场效应管Q5-D连接负载电容器CL-1、负载电阻器RL-1; NPN三极管Ql-B连接开/关输入控制端。 结合本发明 一个实施例的波形图分析
附图3-1记录了一个完整的由联锁开关Sl接通引起的Q5的导通过
程
Chh负载电流波形；IL峰值约3.2安培；波形宽度约25毫秒 Ch2:输入电压波形；UQ5-S = 24.5伏特
Ch3: Q5-G电压波形；当Sl刚接通的瞬间UQ5-G 二 24. 5伏特；当 UQ5-G < 23伏特时Q5开始进入线性导通区，向CL缓慢充电；当UQ5-G 继续下降到15 / (10+15) X 24. 5二 14. 7伏特后会维持在稳定值上。此时R6上的9. 8伏特电压可以维持Q5深度饱和导通。
Ch4:输出电压波形；UQ5-D 二 24. 5 - VS-D (0N) " 24.5伏特； UQ5-D的上升时间约25毫秒。
附图3-2记录了一个完整的由联锁开关Sl的接通引起的Q5的导通过
程
Chl:负载电流波形； Ch2:输入电压波形； Ch3: Q5-G电位波形；
Ch4: Cl-l电位波形；当UC1-1 = 2.5伏特时，Q5开始进入导通区。 附图3-3记录了一个完整的由联锁开关S1的断开引起的C1的快速放 电、Q5截止的过程
Chl:负载电流波形； Ch2:输入电压波形； Ch3: Q5-G电位波形；
Ch4: C1-1电位波形；Cl放电时间约1. 6毫秒。
附图3-4记录了一个完整的由联锁开关Sl接通引起的Cl的充电、Q5
的导通过程
Chl:负载电流波形； Ch2:输入电压波形； Ch3: Q5-G电位波形； Ch4: Cl-l电位波形；
Tl时刻Sl接通，输入电压=24. 5伏特，UQ5-G电位=24. 5伏特，UC1-1电位开始按照R5-C1时间常数上升；
T2时刻，UC1-1电位上升至2.5伏特左右，UQ4-E电位上升，UQ5-G 电位下降，Q5导通，负载电流上升，完成对CL的缓慢充电；
T3时刻，UC1-1 〉 UQ5-G，即Q4的基极电位高于集电极电位，说明 Q4已经饱和导通。此时，Q5的栅-源电压VG-S = R6 / (R6+R7) * 24. 5 二 9.8伏特，该电压维持Q5饱和导通。
附图3-5记录了联锁开关S1的断开、接通、断开过程
Chl:负载电流波形； Ch2:输入电压波形； Ch3: Q5-G电位波形； Ch4: C1-1电位波形； Tl时刻，Sl断开；
T2时刻，Cl放电，UC1-1=0，为S1再次接通做好准备； T3时刻，Sl接通，Cl充电，Q5导通，负载电流上升，输出电压上升 至额定值24.5伏特； T4时刻，Sl断开；
T5时刻，Cl放电，UC1-1=0， Q5截至，输出电压被关断。 附图3-6记录了由开/关端控制的"关一开一关"过程
Chl:负载电流波形； Ch2:输入电压波形； Ch3: Q5-G电位波形； Ch4:输出电压波形；Tl时刻，开/关=关，Cl放电，UQ5-G电位上升至24. 5伏特，Q5截 止，负载电流二 0安培，输出电压开始下降；
T2时刻，开/关=开，Cl充电，UQ5-G电位开始下降，Q5开始导通， 负载电流上升。输出电压上升至额定值24.5伏特；
T3时刻，开/关=关，Cl放电，UQ5-G电位上升至24.5伏特，Q5截 止，输出电压开始下降。
附图3-7记录了联锁开关Sl快速接通、断开过程
Chl:负载电流波形；
Ch2:输入电压波形；
Ch3: Q5-G电位波形；
Ch4:输出电压波形；
Tl时刻开始，联锁开关S1快速、重复接通-断开5次，由于接通时 间均小于100毫秒，Cl充电，但是不足以使Q5导通；
T2时刻，联锁开关Sl第6次接通，延迟约100毫秒后，Q5开始导通， 输出电压上升至额定值24. 5伏特。
综上所述,本发明解决了在直流联锁开关电路中消除由大容量电容负 载(本案中使用1000微法)引起的大浪涌冲击电流危害影响的课题。
本发明主要特点当24V联锁开关S1接通、或者24V受控开时，该 电路可以有效地防止负载电容器中浪涌冲击电流的发生；当24V联锁开关 Sl断开、或24V受控关时，该电路可以快速释放场效应管的延缓开启电 容器C1上的电荷，使24V输出迅速、可靠地关断。
权利要求
1.一种具有电流缓冲、带开/关功能的直流联锁开关控制电路，其特征是该电路包括“主开关电路”(1)，“缓慢导通控制电路”(2)，“电荷快速释放电路”(3)及“开/关功能电路”(4)以电路连接组成。
2. 如权利要求1所述的具有电流缓冲、带开/关功能的直流联锁开关 控制电路，其特征是所述的"主开关电路"(1)，由一个P沟道金属氧化物半导体场效应管和一个电容器构成；所述的"缓慢导通控制电路"(2),由三个电阻器、 一个电容器和一 个三极管构成；所述的"电荷快速释放电路"(3)，由二个三极管、 一个稳压管和四 个电阻器构成；所述的"开/关功能电路"(4),由一个三极管构成； 电路连接关系电压源(BT1-1)连接联锁开关(Sl-l);电压源(BT1-2)连接电阻器(Rl-2)、 NPN三极管(Q1-E)、 NPN三极 管(Q2-E)、 NPN三极管(Q3-E)、电容器(C1-2)、电阻器(R7-2)、负载 电容器(CL-2)、负载电阻器(RL-2);联锁开关(S卜2)连接稳压二极管(CR1-1)、电阻器(R3-1)、电阻 器(R5-l)、电阻器(R6-1)、电容器(C2-l)、 P沟道场效应管(Q5-S);稳压二极管(CR1-2)连接电阻器(R1-1)、电阻器(R2-l);电阻器(R2-2)连接NPN三极管(Q1-C)、 NPN三极管(Q2-B);NPN三极管(Q2-C)连接NPN三极管(Q3-B)、电阻器(R3-2); NPN三极管(Q3-C)连接电阻器(R4-l);电阻器(R4-2)连接电阻器(R5-2)、电容器(C1-1)、NPN三极管(Q4-B); NPN三极管(Q4-E)连接电阻器(R7-l);NPN三极管(Q4-C)连接电阻器(R6-2)、电容器(C2-2)、 P沟道场 效应管(Q5-G);P沟道场效应管(Q5-D)连接负载电容器(CL-1 )、负载电阻器(RL-1); NPN三极管(Q1-B)连接开/关输入控制端。
全文摘要
本发明为一种具有电流缓冲、带开/关功能的直流联锁开关控制电路，涉及电子电路技术领域，具体指一种具有电流缓冲、带开/关功能的24V直流联锁开关控制电路。电路包括“主开关电路”1，“缓慢导通控制电路”2，“电荷快速释放电路”3及“开/关功能电路”4以电路连接组成。本发明解决了因大容量电容负载引起的大浪涌冲击电流的负面影响，当24V联锁开关S1接通、或者24V受控开时，该电路可以有效地防止负载电容器中浪涌冲击电流的发生；当24V联锁开关断开、或24V受控关时，该电路可以快速释放场效应管的延缓开启电容器C1上的电荷，使24V输出迅速、可靠地关断。
文档编号H02M3/16GK101630912SQ200910054789
公开日2010年1月20日 申请日期2009年7月14日 优先权日2009年7月14日
发明者张金荣, 陈耀华 申请人:上海富士施乐有限公司