一种大功率开关电路的制作方法

本发明涉及电子电路技术领域，具体涉及一种开关电路，尤其涉及一种大功率开关电路。

背景技术：

大功率开关电路是指在大电流回路中具有“接通”和“断开”两种状态的控制电路。随着整个电子行业的蓬勃发展以及电子技术的不断进步，大功率开关电路的应用也越来越广泛。

在现有技术的大功率开关电路中，由于设计缺陷或驱动不合理等原因，引起现有技术的大功率开关电路耐压低、功耗大、易发热、开关响应速度缓慢，从而导致开关电路输出效率低、功率小、压降大，体积大、工作不稳定、甚至烧毁电路元件。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足和上述问题，提供一种大功率开关电路,采用电压驱动型元件，其耐压高、元件载流大、压降可忽略不计、输出功率高、自身功耗微小且温升极低、开关速度极快且适合模块化生产。本发明提供的一种大功率开关电路包括:

输入电源(100)，向所述开关电路持续地提供电源，包括第一输入电源和第二输入电源，所述第一输入电源提供第一输入电压，所述第二输入电源提供第二输入电压，所述第一输入电压和所述第二输入电压的电压值不相等；

多谐振荡器(101)，所述第一输入电压提供至所述多谐振荡器(101)，使得所述多谐振荡器(101)输出方波，所述方波输出至倍压电路(102)，所述方波的幅值等于所述第一输入电压的电压值；

倍压电路(102)，在所述方波及所述第一输入电压的作用下，向所述开关控制电路(103)输出倍压电压，所述倍压电压的电压值为所述第一输入电压值的一倍；

开关控制电路(103)，开关k1闭合后，向功率开关(104)输出所述倍压电压；

功率开关(104)，在所述倍压电压、所述第一输入电压及所述第二输入电压的作用下，输出所述第一工作电压和所述第二工作电压,其中，所述第一工作电压与所述第一输入电压具有相等的电压值，所述第二工作电压与所述第二输入电压具有相等的电压值。

作为优选，所述多谐振荡器(101)包括时基电路u1、电阻r1、r2、电容c1、c2，其中，所述时基电路u1的第1引脚gnd电连接至电源地，第2引脚trigger、第6引脚thresh、电容c1的一端和电阻r2的一端并联连接，电容c1的另一端电连接至电源地，电阻r2的另一端、所述时基电路u1的第7引脚disch和电阻r1的一端并联连接，电阻r1的另一端、所述时基电路u1的第8引脚vcc、第4引脚reset、电阻r3的一端和电容c6的一端并联连接，电阻r3的另一端电连接至所述第一输入电源的正极，电容c6的另一端电连接至电源地，所述时基电路u1的第3引脚out作为所述多谐振荡器(101)的输出端并电连接至所述倍压电路(102)的电容c3的负极，所述时基电路u1的第5引脚ctrl电连接至电容c2的一端，电容c2的另一端电连接至电源地。

作为优选，所述倍压电路(102)包括电阻r4、电容c3、c4、二极管d1、d2，其中，电容c3的正极、二极管d1的负极和二极管d2的正极并联连接，二极管d1的正极和电容c4的负极与所述第一输入电源的正极电连接，电容c4的正极、二极管d2的负极和电阻r4的一端并联连接，电阻r4的另一端电连接至电源地。

作为优选，所述开关控制电路(103)包括三极管q1、电阻r5、r6、r7、电容c5及开关k1，其中，三极管q1的发射极、电容c4的正极和电阻r5的一端并联连接，电阻r5的另一端、电阻r6的一端、电阻r7的一端和电容c5的一端并联连接，电阻r6的另一端电连接至三极管q1的基极，电阻r7的另一端电连接至开关k1的一端，开关k1的另一端及电容c5的另一端电连接至电源地，三极管q1的集电极电连接至所述功率开关(104)。

作为优选，所述功率开关(104)包括第一n沟道mos晶体管q2、第二n沟道mos晶体管q3、二极管d4、d6、稳压二极管d3、d5、电阻r8、r9及r10，其中，电阻r8的一端、电阻r9的一端、电阻r10的一端和三极管q1的集电极并联连接，电阻r8的另一端、第一n沟道mos晶体管q2的栅极和稳压二极管d3的负极并联连接，稳压二极管d3的正极电连接至二极管d4的正极，二极管d4的负极和第一n沟道mos晶体管q2的源极并联连接后电连接至所述第一工作电压的输出端，第一n沟道mos晶体管q2的漏极电连接至所述第一输入电源的正极；

电阻r10的另一端电连接至电源地；

电阻r9的另一端、第二n沟道mos晶体管q3的栅极和稳压二极管d5的负极并联连接，稳压二极管d5的正极电连接至二极管d6的正极，二极管d6的负极和第二n沟道mos晶体管q3的源极并联连接后电连接至所述第二工作电压的输出端，第二n沟道mos晶体管q3的漏极电连接至所述第二输入电源的正极。

作为优选，配置电阻r3和电容c6分别作为所述时基电路u1的滤波电阻和滤波电容。

作为优选，配置电阻r11、r12分别作为电容c11、c12的放电电阻，以保护所述第一n沟道mos晶体管q2不被静电击穿，配置电容c11、c12分别作为所述第一输入电源输入端和所述第一工作电压输出端的滤波电容以抑制纹波所用；配置电阻r13、r14分别作为电容c13、c14的放电电阻，以保护所述第二n沟道mos晶体管q3不被静电击穿，配置电容c13、c14分别作为所述第二输入电源输入端和所述第二工作电压输出端的滤波电容以抑制纹波所用。

作为优选，配置电阻r10作为所述第一n沟道mos晶体管q2的栅极及所述第二n沟道mos晶体管q3的栅极的下拉电阻，当所述开关k1断开时，使得所述功率开关(104)能够快速关闭所述第一工作电压及所述第二工作电压的输出，此外，电阻r10与电阻r8组成所述第一n沟道mos晶体管q2的栅极的防静电回路，同时，电阻r10还与电阻r9组成所述第二n沟道mos晶体管q3的栅极的防静电回路。

作为优选，配置稳压二极管d3、d5分别对所述第一n沟道mos晶体管q2的栅极及所述第二n沟道mos晶体管q3的栅极进行限压，避免所述栅极被高压击穿；

配置二极管d4、d6，当所述开关k1断开时，利用二极管d4、d6的单向特性，阻断所述第一n沟道mos晶体管q2源极及所述第二n沟道mos晶体管q3源极的输出电压分别回流至所述第一n沟道mos晶体管q2的栅极及所述第二n沟道mos晶体管q3的栅极,使得所述功率开关(104)能够快速关闭所述第一工作电压及所述第二工作电压的输出。

与现有技术相比，本发明采用电压驱动型元件，具有耐压高、元件载流大、输出功率高、重载荷时压降小、自身功耗微小且温升极低、开关速度极快且适合模块化生产等有益效果。

附图说明

图1示出了本发明的大功率开关电路的结构框图。

图2示出了本发明实施例的大功率开关电路的电路图。

具体实施方式

提供参照附图的以下描述，以帮助全面理解由权利要求及其等同物限定的本发明的实施例及各种特定细节，但这些细节仅被视为是示例性的。因此，本领域的普通技术人员将认识到，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，可对描述于此的实施例进行各种改变和修改。此外，为了清楚和简洁，省略对公知的功能和结构的描述。下面结合附图和实施例对本发明作进一步阐述。

图1示出了本发明的大功率开关电路的结构框图。如图1所示，一种大功率开关电路，包括:

输入电源(100)，向开关电路持续地提供电源，包括第一输入电源和第二输入电源，第一输入电源提供第一输入电压，第二输入电源提供第二输入电压，第一输入电压和第二输入电压的电压值不相等。

多谐振荡器(101)，第一输入电压提供至多谐振荡器(101)，使得多谐振荡器(101)输出方波，该方波输出至倍压电路(102)，该方波的幅值等于第一输入电压的电压值；

倍压电路(102)，在该方波及第一输入电压的作用下，向开关控制电路(103)输出倍压电压，倍压电压的电压值为第一输入电压值的一倍；

开关控制电路(103)，开关k1闭合后，向功率开关(104)输出倍压电压；

功率开关(104)，在倍压电压、第一输入电压及第二输入电压的作用下，输出第一工作电压和第二工作电压。

图2示出了本发明实施例的大功率开关电路的电路图，如图2所示，本实施例采用ne555集成电路作为时基电路u1，输入电源中的第一输入电源提供第一输入电压+12vdc至ne555时基电路u1的第8引脚vcc后，第3引脚out输出频率为10khz的方波，该方波的幅值等于第一输入电压的电压值+12v；电阻r3和电容c6分别是ne555时基电路u1的滤波电阻和滤波电容。

如图2所示，第一输入电源提供的+12vdc通过二极管d1向电容c3充电，使得电容c3两端电压接近于+12vdc；另外，当ne555时基电路u1的第3引脚out输出方波的上升沿时，也对电容c3充电。根据叠加原理，第一输入电源提供的+12vdc叠加方波的峰值电压+12vdc，使得电容c3正极对地的电压持续升高并达到+24vdc。所叠加的+24vdc通过二极管d2向电容c4充电，使得电容c4正极对地的电压达到电容c3对地的电压+24vdc，即第一输入电压的电压值+12vdc的一倍，如图2所示，此时a点的电压为+24vdc。当ne555时基电路u1第3引脚out输出方波下降沿时，+12vdc再次通过二极管d1向电容c3充电，此过程重复不断，可以始终保持a点为+24vdc。此外，电阻r4是倍压电路(102)的负载电阻和放电回路。

如图2所示，电阻r5对开关控制电路(103)的三极管q1提供偏置电压,电阻r6对三极管q1的基极进行限流，电阻r6和电容c5组成开关k1的抗干扰电路和消噪电路。

如图2所示，当开关k1闭合时，b点电压降低为零，三极管q1导通，+24vdc电压通过三极管q1发射极和集电极提供至电阻r8、r9和r10；其中，+24vdc电压经过电阻r8提供至第一n沟道mos晶体管q2的栅极，并使得该晶体管q2导通，此时，该晶体管q2的源极电压为+12vdc，因此，与该晶体管q2源极等电位的第一工作电压的输出端也为+12vdc，至此，实现向负载提供+12vdc的第一工作电压。

同理，+24vdc电压经过电阻r9提供至第二n沟道mos晶体管q3的栅极，并使得该晶体管q3导通，此时，该晶体管q3的源极电压为+5vdc，因此，与该晶体管q3源极等电位的第二工作电压的输出端也为+5vdc，至此，实现向负载提供+5vdc的第二工作电压。

如图2所示，电阻r11、r12分别作为电容c11、c12的放电电阻，以保护第一n沟道mos晶体管q2不被静电击穿，电容c11、c12分别作为第一输入电源输入端和第一工作电压输出端的滤波电容以抑制纹波所用；同理，电阻r13、r14分别作为电容c13、c14的放电电阻，以保护第二n沟道mos晶体管q3不被静电击穿，电容c13、c14分别作为第二输入电源输入端和第二工作电压输出端的滤波电容以抑制纹波所用。

如图2所示，电阻r10作为第一n沟道mos晶体管q2的栅极及第二n沟道mos晶体管q3的栅极的下拉电阻，当开关k1断开时，使得功率开关(104)能够快速关闭第一工作电压及第二工作电压的输出，此外，电阻r10与电阻r8组成第一n沟道mos晶体管q2的栅极的防静电回路，同时，电阻r10还与电阻r9组成第二n沟道mos晶体管q3的栅极的防静电回路；此外，电阻r8、r9对第一n沟道mos晶体管q2、第二n沟道mos晶体管q3以及二极管d3、d5的电压回路进行限流，避免电流分流不均。

如图2所示，稳压二极管d3、d5分别对第一n沟道mos晶体管q2的栅极及第二n沟道mos晶体管q3的栅极进行限压，避免栅极被高压击穿；当开关k1断开时，利用二极管d4、d6的单向特性，阻断第一n沟道mos晶体管q2源极及第二n沟道mos晶体管q3源极的输出电压分别回流至第一n沟道mos晶体管q2的栅极及第二n沟道mos晶体管q3的栅极,使得功率开关(104)能够快速关闭第一工作电压及所述第二工作电压的输出。

应当理解的是，本发明不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。