双向电子开关以及供电电路的制作方法

本实用新型涉及开关控制技术领域，尤其涉及一种双向电子开关以及供电电路。

背景技术：

直流供电系统需要控制开关以通过控制开关控制其工作。目前大多数使用继电器作为控制开关，利用继电器上的机械触点的动作实现电路的导通与关断。但是继电器的工作频率低，触点的开关动作时间为毫秒数量级，动作时间长，且机械触点还会出现抖动导致开合不稳定的情况，可靠性差。

而且，由于继电器体积大，只能应用于体积较为宽大的产品以及需要长时间开通或关断的供电系统中，对于一些要求开关频率高、体积小的电路，继电器无法满足其要求。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本实用新型提出一种双向电子开关以及供电电路，通过mosfet控制电路的闭合与断开，开关时间短，工作频率高，可靠性好，而且减小了开关的体积，增加了应用范围。

为解决上述问题，本实用新型采用的一个技术方案为：一种双向电子开关，所述双向电子开关包括：第一mosfet、第二mosfet、第三mosfet、第一降压组件、第二降压组件以及第一二极管、第二二极管；所述第一mosfet的源极与直流输入端或直流输出端连接，所述第二mosfet的源极、漏极分别与所述第一mosfet的漏极、直流输出端或直流输入端连接，所述第一二极管的正极与所述第一mosfet的漏极连接，负极与所述第一mosfet的源极连接，所述第二二极管的正极与所述第二mosfet的漏极连接，负极与所述第二mosfet的源极连接；所述第一降压组件的一端与所述第一mosfet的正极连接，另一端分别与所述第三mosfet的漏极、第二mosfet的栅极以及第一晶体管的栅极连接，所述第二降压组件的一端与所述第二mosfet的源极连接，另一端与所述第二mosfet的栅极连接，所述第一降压组件导通时两端的电压差绝对值大于所述第二二极管的正向导通电压，所述第二降压组件导通时两端的电压差绝对值大于所述第一二极管的正向导通电压；所述第三mosfet的源极接地，栅极与驱动信号输入端连接，其中，所述第一mosfet和第二mosfet为p沟道耗尽型mosfet，第三mosfet为n沟道增强型mosfet，所述第三mosfet通过所述驱动信号输入端接收驱动信号，并根据所述驱动信号导通或截止，进而控制所述直流输入端或直流输出端与所述直流输出端或直流输入端之间导通或断开。

进一步地，所述第一降压组件包括第三二极管、第四二极管，所述第三二极管的负极与所述第一mosfet的源极连接，正极与所述第四二极管的正极连接，所述第四二极管的负极与所述第一mosfet的栅极连接。

进一步地，所述第二降压组件包括第五二极管、第六二极管，所述第五二极管的负极与所述第二mosfet的源极连接，正极与所述第六二极管的正极连接，所述第六二极管的负极与所述第二mosfet的栅极连接。

进一步地，所述双向电子开关还包括第一三极管、第二三极管，所述第一三极管的发射极、集电极分别与所述直流输入端或直流输出端、第一mosfet的栅极连接，所述第二三极管的发射极、集电极分别与所述直流输出端或直流输入端、第二mosfet的栅极连接，所述第一三极管的基极与所述第二三极管的基极连接。

进一步地，所述双向电子开关还包括第一电容、第一电阻，所述第一电容与所述第一电阻并联，所述第一电容的一端与所述第一三极管的集电极连接，另一端与所述第一三极管的基极连接。

进一步地，所述双向电子开关还包括第二电阻，所述第二电阻的一端与所述第一三极管的基极连接，另一端与所述第三mosft的漏极连接。

进一步地，所述双向电子开关还包括第三电阻，所述第三电阻的一端与所述第三mosfet的栅极连接，另一端与所述驱动信号输入端连接。

进一步地，所述双向电子开关还包括第四电阻，所述第四电阻的一端与所述驱动信号输入端连接，另一端与所述第三mosft的栅极连接。

基于相同的发明构思，本实用新型还提出一种供电电路，所述供电电路包括第一双向电子开关、第二双向电子开关、负载、电池以及控制电路，第一双向电子开关和/或第二双向电子开关包括如上所述的双向电子开关；所述第一双向电子开关的第一端与电源输入端连接，第二端与所述第二双向电子开关的第一端连接，所述第二双向电子开关的第二端与电池的正极连接，所述负载一端与所述第一双向电子开关的第二端连接，另一端与所述电池的负极、第一双向电子开关的接地端以及第二双向电子开关的接地端连接，所述控制电路分别与所述第一双向电子开关的驱动信号输入端、第二双向电子开关的驱动信号输入端连接，第一双向电子开关、第二双向电子开关根据所述驱动信号输入端输入的驱动信号闭合或断开，以控制电源输入端向所述电池供电或所述电池向所述负载供电。

进一步地，所述供电电路还包括电阻，所述电阻的一端与所述第二双向电子开关的第二端连接，另一端与所述电池的正极连接；所述控制电路与所述第二双向电子开关的第二端连接以检测电池电量、充电电流。

相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：在双向电子开关中设置第一mosfet、第二mosfet、第三mosfet，通过第三mosfet接收的驱动信号控制第一mosfet和第二mosfet的导通与截止，进而电路的闭合与断开，开关时间短，工作频率高，可靠性好，而且减小了开关的体积，增加了应用范围。

附图说明

图1为本实用新型双向电子开关一实施例的结构图；

图2为图1双向电子开关一实施例的简化示意图；

图3为本实用信息供电电路一实施例的结构图。

图中：d1、第一二极管；d2、第二二极管；q1、第一mosfet；q2、第二mosfet；z1、第三二极管；z2、第五二极管；q3、第三mosfet；q4、第一三极管；q5、第二三极管；d3、第四二极管；d4、第六二极管；c1、第一电容；r1、第一电阻；r2、第二电阻；r3、第三电阻；dr、驱动信号输入端；gnd、接地端；r、电阻；s1、第一双向电子开关；s2、第二双向电子开关。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

请参阅图1-2，其中，图1为本实用新型双向电子开关一实施例的结构图；图2为图1双向电子开关一实施例的简化示意图。结合附图1-2对本实用新型双向电子开关作详细说明。

在本实施例中，双向电子开关包括：第一mosfet(metal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管)q1、第二mosfetq2、第三mosfetq3、第一降压组件、第二降压组件以及第一二极管d1、第二二极管d2；第一mosfetq1的源极与直流输入端或直流输出端连接，第二mosfetq2的源极、漏极分别与第一mosfetq1的漏极、直流输出端或直流输入端连接，第一二极管d1的正极与第一mosfetq1的漏极连接，负极与第一mosfetq1的源极连接，第二二极管d2的正极与第二mosfetq2的漏极连接，负极与第二mosfetq2的源极连接；第一降压组件的一端与第一mosfetq1的正极连接，另一端分别与第三mosfetq3的漏极、第二mosfetq2的栅极以及第一晶体管的栅极连接，第二降压组件的一端与第二mosfetq2的源极连接，另一端与第二mosfetq2的栅极连接，第一降压组件导通时两端的电压差绝对值大于第二二极管d2的正向导通电压，第二降压组件导通时两端的电压差绝对值大于第一二极管d1的正向导通电压；第三mosfetq3的源极接地，栅极与驱动信号输入端dr连接，其中，第一mosfetq1和第二mosfetq2为p沟道耗尽型mosfet，第三mosfetq3为n沟道增强型mosfet，第三mosfetq3通过驱动信号输入端dr接收驱动信号，并根据驱动信号导通或截止，进而控制直流输入端或直流输出端与直流输出端或直流输入端之间导通或断开。

在本实施例中，第一mosfetq1或第二mosfetq2与直流电压源的直流输入端连接，直流电电源输出的电流可以由第一mosfetq1输出至第二mosfetq2，也可以由第二mosfetq2输出至第一mosfetq1，具体电流流向可根据用户需求设置在此不做限定。

在本实施例中，第三mosfetq3的源极作为双向电子开关的接地端gnd接地，通过控制第三mosfetq3的导通与截止控制双向电子开关的接地状态，进而控制双向电子开关的闭合与断开。

在本实施例中，第一mosfetq1和第二mosfetq2的漏极和源极之间的最大电压降大于直流输入端的输入电压，漏极电流最大值为1-100a，在其他实施例中，其源漏极最大电压降和漏极电流最大值也可以为其他数值，其可以根据双向电子开关所在电路的电流负载要求设置，在此不做限定。

在本实施例中，第一二极管d1与第二二极管d2均为快速二极管，该快速二极管的反向耐压值大于直流输入端的输入电压，能够承受的最大电流值为1-10a，正向压降为0.5v。

在本实施例中，第一二极管d1与第二二极管d2反向耐压值可以相同，也可以不同，只需该反向耐压值大于直流输入端的输入电压即可，在此不作限定。

在本实施例中，第一降压组件包括第三二极管z1、第四二极管d3，第三二极管z1的负极与第一mosfetq1的源极连接，正极与第四二极管d3的正极连接，第四二极管d3的负极与第一mosfetq1的栅极连接。

在本实施例中，第二降压组件包括第五二极管z2、第六二极管d4，第五二极管z2的负极与第二mosfetq2的源极连接，正极与第六二极管d4的正极连接，第六二极管d4的负极与第二mosfetq2的栅极连接。

在其他实施例中，第一降压组件和第二降压组件还可以由电阻以及其他具有阻值的器件组成，只需能够降低电压，使第一mosfetq1和第二mosfetq2的栅极和源极之间的电压vgs为负值即可。

在本实施例中，第三二极管z1与第五二极管z2均为12v稳压管，能够承受的最大电流大于200-500ma。第四二极管d3与第六二极管d4为快速二极管，能够承受的最大电流为200ma-1a，且该快速二极管的正向压降为0.5v。

在本实施例中，双向电子开关还包括第一三极管q4、第二三极管q5，第一三极管q4的发射极、集电极分别与直流输入端或直流输出端、第一mosfetq1的栅极连接，第二三极管q5的发射极、集电极分别与直流输出端或直流输入端、第二mosfetq2的栅极连接，第一三极管q4的基极与第二三极管q5的基极连接。

双向电子开关还包括第一电容c1、第一电阻r1，第一电容c1与第一电阻r1并联，第一电容c1的一端与第一三极管q4的集电极连接，另一端与第一三极管q4的基极连接。

在本实施例中，第一电容c1为高频陶瓷电容，该高频陶瓷电容的电容值为100pf-0.3uf。

在本实施例中，双向电子开关还包括第二电阻r2、第三电阻r3，第二电阻r2的一端与第一三极管q4的基极连接，另一端与第三mosft的漏极连接，第三电阻r3的一端与第三mosfetq3的栅极连接，另一端与驱动信号输入端dr连接。

在本实施例中，第一电阻r1的阻值为1-10kω，第二电阻r2的阻值为100-500ω，第三电阻r3的阻值为1-2kω。

双向电子开关还包括第四电阻r4，第四电阻r4的一端与驱动信号输入端dr连接，另一端与第三mosft的栅极连接。

在本实施例中，第四电阻r4的阻值为100-1000kω，因第四电阻r4的阻值非常大，通过该第四电阻r4的电流很小，可对其产生的电流忽略不计。

下面通过双向电子开关的工作方式对本实用新型的双向电子开关作进一步说明。

p沟道mosfet的导通的条件是栅源极电压vgs为负电压，关断的条件是栅源极电压vgs为0v或正电压。

双向电子开关连接的端口包括以下2种状态：1：第一mosfetq1与直流输入端连接，第二mosfetq2与直流输出端即负载连接，2：第一mosfetq1与直流输入端连接，第二mosfetq2与直流输出端上的电池连接，且该电池有一定的电压，是小于或等于直流输入端的直流供电电压。

在第1种状态时，当第一mosfetq1的栅源极电压vgs1为0v(或正电压时)，第一mosfetq1截止，第一mosfetq1的漏极、第二mosfetq2的漏极，第二二极管d2的正负极及第二mosfetq2的源极电压均为0v，由于第二mosfetq2的栅极是第一mosfetq1的栅极连在一起的，所以第二mosfetq2的栅源极电压vgs2大于0v，第二mosfetq2也是截止的，当第一mosfetq1的栅源极电压vgs1为负电压(约为-3-20v)时，第一mosfetq1导通，直流输入端的直流正极电压通过第一mosfetq1的源极传输到第一mosfetq1的漏极，通过漏极传输到第二二极管d2的正极，进而传输到直流输出端，此时直流输出端的端口电压为直流输入端通过第二二极管d2输出的电压，所以第二mosfetq2的栅源极电压vgs2也是为负电压，所以第二mosfetq2也快速导通。

在第2种状态时，当第一mosfetq1的栅源极电压vgs1为0v(或正电压时)，第一mosfetq1截止，第二二极管d2的负极与直流输出端相连结，第二mosfetq2也是截止的，当第以mosfet的栅源极电压vgs1为负电压(约为-3-20v)，第一mosfetq1导通，直流输入端的直流正极电压通过第一mosfetq1的源极传输到第一mosfetq1的漏极，再通过第二二极管d2传输到直流输出端，此时直流输出端的端口电压为直流输入端端口的直流供电压，大于第二mosfetq2的栅极电压，所以第二mosfetq2的栅源极电压vgs2也是为负电压，所以第二mosfetq2也快速导通。

在本实施例中，驱动信号输入端dr向第三mosfetq3的栅极输入驱动信号。

下面以图2中的a端口为直流输入端，b端口为直流输出端说明具体的实施过程。

当驱动信号为低电平时，第一mosfetq1截止，直流输入端电压大于直流输出端电压，此时第三二极管z1、第四二极管d3也截止，第三二极管z1、第四二极管d3、第一电阻r1、第二电阻r2、第三mosfetq3的漏极为等电位，即第一mosfetq1的栅极电压等于源极电压，且大于直流输出端电压，第一mosfetq1的栅源极电压vgs1＝0v，第二mosfetq2的栅源极电压vgs2>0v，所以第一mosfetq1和第二mosfetq2均截止，实现直流输入端与直流输出端的端口为断开的状态。

驱动信号为高电平时，第三mosfetq3导通，此时有两种状态。

在第三mosfetq3导通瞬间，由于电容的电压是不能突变的，第一电容c1相当于短路状态，所以双向电子开关所在回路将是如下状态，直流输入端通过第三二极管z1、第四二极管d3、和第二电阻r2、第三mosfetq3接地。此时，第一mosfetq1的栅极电压小于源极电压，第一mosfetq1栅源极电压vgs1为负数，第一mosfetq1导通。直流输入端的电流通过第二二极管d2传输至直流输出端，此时第二mosfetq2的栅极电压小于源极电压，第二mosfetq2的栅源极电压vgs2为负数，第二mosfetq2也导通，此时实现直流输入端与直流输出端闭合连接的状态。此时驱动的损耗是电流流经通过第三二极管z1、第四二极管d3以及第二电阻r2产生的损耗，由于第二电阻r2的电阻阻值小，所以损耗较大。

2)第一电容c1通过第二电阻r2进行充电，由于第二电阻r2的阻值很小，充电电流很大，第一电容c1可以快速充电至电压与第一电阻r1两端电压相同，此时驱动损耗是电流流经第三二极管z1、第四二极管d3、第一电阻r1以及第二电阻r2产生的损耗，因第一电阻r1的阻值比第二电阻r2的阻值大，所以此时的电流小，双向电子开关的驱动损耗很小。

当驱动信号由高电平转换为低电平时，第三mosfetq3截止，此时第三电阻r3、第四电阻r4、第一电阻r1、第二电阻r2、第四电阻r4以及第三mosfetq3的漏极所在电路为开路状态，所以有第三电阻r3、第四电阻r4、第一电阻r1、第二电阻r2与直流输入端均为等电位，由于电容不能突变的特性，所以第一三极管q4的集电极电压为直流输入端的电压值与第一电容c1的电压值之和，所以第一三极管q4的集电极与发射极之间的电压>0v，第一电容c1通过第一电阻r1给第一三极管q4的基极提供驱动电流，第一三极管q4导通，此时第一电容c1的两端通过第一三极管q4的集电极→发射极→直流输入端进行放电，此时直流输入端的电压等第四二极管d3的负极电压，所以第一mosfetq1的栅源极电压vgs＝0v，第一mosfetq1达到快速截止，第一mosfetq1截止后，直流输出端的电压为0v，第二mosfetq2的栅源极电压vgs≧0v，第二mosfetq2也快速截止。

从上述可以看出，第一mosfetq1、第二mosfetq2在高低电平的驱动下能快速地开通和关断，所以可以做到很高的开关频率。

有益效果：本实用新型在双向电子开关中设置第一mosfet、第二mosfet、第三mosfet，通过第三mosfet接收的驱动信号控制第一mosfet和第二mosfet的导通与截止，进而电路的闭合与断开，开关时间短，工作频率高，可靠性好，而且减小了开关的体积，增加了应用范围。

基于相同的发明构思，本申请还提出一种供电电路，图3为本实用新型供电电路一实施例的电路图，结合图3对本实用新型的供电电路作详细说明。

供电电路包括第一双向电子开关s1、第二双向电子开关s2、负载、电池以及控制电路，第一双向电子开关s1和/或第二双向电子开关s2包括如上述实施例所述的双向电子开关；第一双向电子开关s1的第一端与电源输入端连接，第二端与第二双向电子开关s2的第一端连接，第二双向电子开关s2的第二端与电池的正极连接，负载一端与第一双向电子开关s1的第二端连接，另一端与电池的负极、第一双向电子开关s1的接地端gnd以及第二双向电子开关s2的接地端gnd连接，控制电路分别与第一双向电子开关s1的驱动信号输入端dr、第二双向电子开关s2的驱动信号输入端dr连接，第一双向电子开关s1、第二双向电子开关s2根据驱动信号输入端dr输入的驱动信号闭合或断开，以控制电源输入端向电池供电或电池向负载供电。

在本实施例中，供电电路还包括电阻r，电阻r的一端与第二双向电子开关s2的第二端连接，另一端与电池的正极连接；控制电路与第二双向电子开关s2的第二端连接以检测电池电量、充电电流。

在本实施例中，控制电路为单片机控制电路。

在本实施例中，电源输入端为28v直流母线，28v直流母线是来自市电通过开关电源或其它能源转换而来，它一方面通第一双向电子开关s1给负载供电，另一方面，通过第二双向电子开关s2给电池充电，当电池充满后，第二双向电子开关s2断开，当电源输入端终止供电时，第一双向电子开关s1断开，第二双向电子开关s2闭合给负载供电，从而达到不间断工作的目的。

具体实施如下：

当28v直流母线工作时，控制电路输出一个高电平信号给第一双向电子开关s1的驱动信号输入端dr，让第一双向电子开关s1闭合，28v直流母线通过第一双向电子开关s1的第一端到第二端给负载供电，负载工作。

控制电路通过电池的正极检测出电池亏电，需要充电时，控制电路输出一个高电平信号给第二双向电子开关s2的驱动信号输入端dr，驱动第二双向电子开关s2闭合，28v直流母线通第二双向电子开关s2的第一端到第二端及电阻r给电池充电。

控制电路从检测通过电阻r的充电电流，当充电电流过大时，控制电路输出一个低电平信号给第二双向电子开关s2的驱动信号输入端dr，驱动第二双向电子开关s2断开。

通过调整第二双向电子开关s2的闭合和断开的时间大小(也就是开关频率)及闭合的占空比，就可以调节电池充电平均电流的大小，从而达到恒流充电的要求。当电池充满时，控制电路输出一个低电平信号给第二双向电子开关s2的驱动信号输入端dr，让第二双向电子开关s2断开，停止充电。

当28v直流母线断电时，控制电路输出一个高电平信号给第二双向电子开关s2的驱动信号输入端dr，让第二双向电子开关s2闭合，电池通过电阻r、第二双向电子开关s2的第二端到第一端给负载供电，负载工作。同时，通过控制电路输出一个低电平信号给第一双向电子开关s1的驱动信号输入端dr，让第一双向电子开关s1断开，这样电池的电流不会倒灌进28v直流母线中。

有益效果：本实用新型的供电电路在双向电子开关中设置第一mosfet、第二mosfet、第三mosfet，通过第三mosfet接收的驱动信号控制第一mosfet和第二mosfet的导通与截止，进而电路的闭合与断开，开关时间短，工作频率高，可靠性好，而且减小了开关的体积，增加了应用范围。

在本实用新型所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备、模块和单元，可以通过其他的方式实现。例如，以上所描述的装置实施方式仅仅是示意性的，例如，所述模块或的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其他的形式。

所述作为分离部件说明的可以是或者也可以不是物理上分开的，作为显示的部件可以是或者也可以不是物理，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个位置。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部来实现本实施方式方案的目的。

上述实施方式仅为本实用新型的优选实施方式，不能以此来限定本实用新型保护的范围，本领域的技术人员在本实用新型的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本实用新型所要求保护的范围。