一种多通道集成开关电路及电机触发电路的制作方法

本实用新型涉及控制电路领域，尤其涉及一种多通道集成开关电路。

背景技术：

在控制电路领域，电子开关是使用得较多的一种电子器件，在对感性负载的控制时，一般会出现以下几个问题：1、开关过程产生的尖峰电压容易损坏电子开关；2、开关频率较高时，连接感性负载的电子开关发热严重，并使得电子开关容易损坏；3、当功率器件连续工作时间长且散热环境存在问题时，即使低频切换也可能损坏电子开关；4、对于一般功率较大的负载会采用分离的元器件实现电子开关，分离的元器件连线复杂，pcb板尺寸无法做小，产品生产成本难以降低。因此，为解决以上问题，有必要进行深入研究。

技术实现要素：

针对现有技术中所存在的不足，本实用新型提供了一种具有开关保护的多通模块道集成开关电路。

为实现上述目的，本实用新型采用了如下的技术方案：

本实用新型提供了一种多通道集成开关电路，包含本体，本体上设有电源引脚，接地引脚，还设有若干信号输入端与若干触发输出端；本体内集成有至少三个相同结构的开关电路，任一所述开关电路均包括nmos功率开关管、保护二极管与加速二极管；任一所述开关电路中，所述nmos功率开关管的漏极与保护二极管的阳极相连，保护二极管的阴极与电源引脚相连，加速二极管的阴极与nmos功率开关管的栅极相连，nmos功率开关管的源极与加速二极管的阳极、接地引脚相连；任一所述信号输入端唯一对应连接一个nmos功率开关管的栅极，任一所述触发输出端唯一对应连接一个nmos功率开关管的漏极。

进一步，本体内还集成有防冲击电容，所述防冲击电容的两端分别与电源引脚、接地引脚电性连接。

进一步的，本体内还集成有栅极电阻；所述栅极电阻与加速二极管并联相接。

进一步的，所述开关电路还包含触发控制保护电路；所述信号输入端经触发控制保护电路与nmos功率开关管的栅极相连。

进一步的，所述触发控制保护电路包含触发器单元与比例积分电路单元，其中，触发器单元的输入、比例积分电路单元的输入均与信号输入端相连，比例积分电路单元的输出信号用于控制触发器单元的工作使能，触发器单元的输出对应连接至nmos功率开关管的栅极；所述比例积分电路单元的比例放大倍数小于1。

进一步的，至少一路开关电路中，触发控制保护电路还包含电阻r2与电容c2；电阻r2的一端与信号输入端相连，电阻r2的另一端与电容c2、触发器单元的输入相连；电容c2的另一端与接地引脚电性相连。

本实用新型还提供了一种电机触发电路，包含电机，还包含如上所述的一种多通道集成开关电路；所述电机包含有第一触发绕组与第二触发绕组；第一触发绕组与第二触发绕组均设有中心抽头；多通道集成开关电路集成有四个相同结构的开关电路，其中两个开关电路的触发输出端分别与第一触发绕组的两端对应相连，另外两个开关电路的触发输出端分别与第二触发绕组的两端对应相连；所述电源引脚、第一绕组的中心抽头、第二绕组的中心抽头均与外部电源连接。

在上述开关电路中，信号输入端与工作电源是物理隔离的，输入信号电压高于或者低于工作电源电压，开关电路均能正常工作，适应性较大，而集成的nmos功率开关管使得开关电路能够适应较大功率的负载控制，集成的保护二极管能够确保开关电路控制感性负载时nmos功率开关管的安全。由于nmos功率开关管在功率设计较大时，源极与栅极的极间等效电容随之增加，从而会影响功率开关管的开关速度，加速二极管的设计能够提供通道，更快的将等效电容上的电荷消耗掉，从而使得开关电路能够工作在更高的频率范围。通过集成设计，简化了用户的外围电路与连线布局，且能够用于步进电机、电磁阀或继电器等不同感性器件的开关控制，满足多种应用场合。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1所示为实施例1中单路开关电路的电路结构示意图；

图2所示为实施例1中多通道集成开关电路的电机连接示意图；

图3所示为实施例2中单路开关电路的电路结构示意图。

图4为实施例2中比例积分电路单元的电路结构示意图。

图5为实施例3中单路开关电路的电路结构示意图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员可以更好地理解本实用新型，下面结合附图和实施例对本实用新型技术方案进一步说明。

实施例1

本实施例提供了一种多通道集成开关电路，包含本体，本体上设有电源引脚(vcc)，接地引脚(gnd)，还设有若干信号输入端与若干触发输出端；本体内集成有四个相同结构的开关电路，如图1所示，其中一路开关电路包括nmos功率开关管q1、保护二极管d2、加速二极管d1与栅极电阻r1；所述nmos功率开关管q1的漏极与保护二极管d2的阳极相连，保护二极管d2的阴极与电源引脚vcc相连，加速二极管d1的阴极与nmos功率开关管q1的栅极相连，nmos功率开关管q1的源极与加速二极管d1的阳极、接地引脚gnd相连；任一所述信号输入端唯一对应连接一个nmos功率开关管的栅极，任一所述触发输出端唯一对应连接一个nmos功率开关管的漏极；所述栅极电阻与加速二极管并联相接。较小的输入电流有助于降低功耗，减少散热，也能够确保nmos功率开关管的正常触发，本实施例中，电阻r1采用100kω的下拉电阻，同时，电阻r1也能够将输入电流转化为电压，使得开关电路能够通过电流触发控制，具备了电流驱动控制能力。

显而易见，信号输入端与电源引脚vcc是物理隔离的，输入信号电压高于或者低于工作电源电压，开关电路均能正常工作，而集成的nmos功率开关管q1使得开关电路能够适应较大功率的负载控制，集成的保护二极管d1能够确保开关电路控制感性负载时nmos功率开关管的安全,当感性负载较重时，也可在电源引脚与触发输出端外接二极管以与保护二极管并联相接，从而使得在开关控制感性负载时能够有足够的通道通过保护二极管与外接二极管导流释放。由于nmos功率开关管在功率设计较大时，源极与栅极的极间等效电容随之增加，影响功率开关管的开关速度，加速二极管的设计能够提供通道，更快的将等效电容上的电荷消耗掉，从而使得开关电路能够工作在更高的频率范围，适用于阻性负载连接多路开关电路也能够使得集成电路可用于感性负载与阻性负载混合运用的场合，应用更灵活。通过集成设计，简化了用户的外围电路与连线布局，且能够用于步进电机、电磁阀或继电器等不同感性器件的开关控制，也能够适用于阻性器件的开关控制，满足多种应用场合。作为一种特殊实施例，本体内还集成有防冲击电容，所述防冲击电容的两端分别与电源引脚、接地引脚电性连接，以用于改善续流阶段感性负载在电源引脚vcc端口产生的电压尖峰，有助于提高电路可靠性，当感性负载较重时，还可外部并接电容(参见图2)。

本实施例还提供了一种电机触发电路，如图2所示，包含电机与上述多通道集成开关电路；所述电机包含有第一触发绕组与第二触发绕组；第一触发绕组与第二触发绕组均设有中心抽头；多通道集成开关电路其中两个开关电路的触发输出端分别与第一触发绕组的两端对应相连，另外两个开关电路的触发输出端分别与第二触发绕组的两端对应相连；所述电源引脚、第一绕组的中心抽头、第二绕组的中心抽头均与外部电源连接。本实施例中，所述电机为混合式步进电机，由图2可见，当其中一个开关电路被触发后，触发输出端如out1所连接的线圈对应导通，当以一定顺序使不同开关电路被触发时，则电机能够实现正反转的切换，并且多绕组或多相电机控制，电机的精度更高，且绕组电感变化较小，控制-执行的精度、稳定度与灵活度都更好，且整体结构围绕集成电路设置，布线简单，体积更小。

实施例2

如图3所示，本实施例中，所述开关电路还包含触发控制保护电路；所述信号输入端经触发控制保护电路与nmos功率开关管的栅极相连。所述触发控制保护电路包含触发器单元、比例积分电路单元，其中，触发器单元的输入与比例积分电路单元的输入均与信号输入端相连，比例积分电路单元的输出信号用于控制触发器单元的工作使能，触发器单元的输出对应连接至nmos功率开关管的栅极；所述比例积分电路单元的比例放大倍数小于1；通过小于1的放大倍数设计，使得持续输入高电平的情况下，比例积分电路电路单元达到电路电压限制或电源限制的时间更长，在实际作业中，可设计较小的比例放大倍数，适当加大电容、电阻参数，使得延长积分至上限的时间，从而能够与控制的时间相对应，无论是电平输入触发或脉冲输入触发，比例积分的方法都能够实现电压-触发时间的转换，当上述开关电路连续工作的时间较长时，则比例积分电路单元的输出电压越高，通过参数设置，即可实现预设连续工作时间限制，比例积分电路单元的输出电压达到触发器单元的控制电压阈值，并使得触发器单元输出低电平，由此关闭nmos功率开关管的控制触发。当信号输入端的控制信号撤销，且比例积分电路单元的电压因电容放电下降至控制电压阈值以下，则触发器单元能够再次被信号输入端的控制信号触发，同时使得nmos功率开关管开启。通过比例积分电路单元与触发器单元的组合，避免了功率负载过长时间的连续工作造成芯片过热而损坏。作为一种特例，如图3所示，至少一路开关电路中，触发控制保护电路还包含电阻r2与电容c2；电阻r2的一端与信号输入端相连，电阻r2的另一端与电容c2、触发器单元的输入相连；电容c2的另一端与接地引脚电性相连。电阻r2与电容c2构成低通滤波器，信号输入端传输的高频控制信号被导入接地引脚，从而使得触发器单元的输入端对于高频信号不敏感，从而避免了开关频率较高时，连接感性负载的电子开关发热严重，并使得芯片损坏。其中，比例积分电路单元的电路结构示意图如图4所示，仅作示意，实际也可设置比例放大电路与积分电路。本实施例中，触发器单元使用传输门控d触发器，该触发器为电平触发，由于该触发器的使能端的有效电平期间输出状态始终跟输入状态变化，设置触发逻辑为低电平有效，则在比例积分电路单元输出低电平时，该触发器的输出状态即为传输信号输入端的控制信号输入，当比例积分电路单元输出高电平时，则该触发器无法响应信号输入端的控制信号，以实现保护功能。作另一实施例，触发控制保护电路还包含逻辑电路，逻辑电路包含与逻辑电路以及非逻辑电路；与逻辑电路的其中一个输入与触发器单元的输出相连，比例积分电路单元的输出经非逻辑电路连接至与逻辑电路的另一输入，与逻辑电路的输出与nmos功率开关管的栅极相连，通过与逻辑电路一定程度上具有一定时延与缓冲，并且能够确保nmos功率开关管的正常控制逻辑，保护效果更好，也更稳定。

实施例3

如图5所示，触发控制保护电路包含电阻r2、电容c2、电阻r3、二极管d1，其中，电阻r2与电容c2构成低通滤波器，且电阻r2避免瞬态信号加载到信号输入端时，电容等效短接形成大电流破坏电容c2，电阻r3与电阻r1进一步使得电容c2放电电流减小，有助于进一步限制信号输入端传输的高频控制信号，从而实现对nmos功率开关管q1在大感性负载工作场景下的保护。本实施例相比实施例2较为简洁，且更为节能。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的实用新型后，将容易想到本实用新型的其它实施方案。本实用新型旨在涵盖本实用新型的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本实用新型的一般性原理并包括本实用新型未公开的本技术领域中的公知常识或者惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本实用新型的真正范围和精神由权利要求指出。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而己，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型保护的范围之内。