一种消反峰电路和具有消反峰电路的总线开关耦合器的制作方法

1.本实用新型涉及控制系统技术领域，尤其涉及一种消反峰电路和具有消反峰电路的总线开关耦合器。


背景技术：

2.在航天产品设计过程中，相当一部分的控制输出是通过固体继电器驱动负载。在这些输出电路中，感性负载占了较大的比重，而感性负载在关断时将产生反向电压尖峰——反峰电压，当此电压超出前端固体继电器额定输出电压后，可能会造成固体继电器损坏。因此，需设计消反峰电路，以抑制反峰电压，实现对固体继电器的保护。
3.目前常用的消反峰电路有两种，一种是将二极管与感性负载(例如电感线圈)并联构成续流回路，由感性负载的等效电阻消耗反峰能量、抑制反峰电压(如图1所示)；一种是将二极管与电阻串联后再与感性负载并联构成续流回路，由串联电阻和感性负载的等效电阻共同消耗反峰能量、抑制反峰电压(如图2所示)。
4.上述两种方法虽然都能抑制反峰电压，保护前端固体继电器，减小其受到冲击的反峰电压。但是在特殊环境下，由于静电作用可能造成二极管反向击穿，则以上两种方法无法完成消反峰功能，甚至会对电路功能造成严重的影响。


技术实现要素：

5.鉴于上述的分析，本实用新型实施例旨在提供一种消反峰电路和具有消反峰电路的总线开关耦合器，用以解决现有消反峰电路由于静电作用可能造成二极管反向击穿，会导致消反峰功能失效的问题。
6.一方面，本实用新型实施例提供了一种消反峰电路，包括：感性负载，用于控制连接在主总线中的开关的闭合或断开；以及第一消峰电阻器和第二消峰电阻器，所述第一消峰电阻器和所述第二消峰电阻器串联连接，并且所述感性负载与串联连接的所述第一消峰电阻器和所述第二消峰电阻器并联连接，其中，所述第一消峰电阻器和所述第二消峰电阻器构成所述感性负载在控制电路供电电源断开条件下的续流回路。
7.上述技术方案的有益效果如下：在本实用新型的实施例中，通过第一消峰电阻器和第二消峰电阻器替换二极管(即，克服了技术偏见)，不仅能够避免了由于静电作用而造成的二极管反向击穿；而且采用两个消峰电阻器串联形成反峰能量消耗回路，提高消反峰电路可靠性，以及选用两个消峰电阻分担消耗功率，实现电路小型化设计。
8.基于上述方案的进一步改进，所述第一消峰电阻器和所述第二消峰电阻器具有相同的规格参数。
9.基于上述方案的进一步改进，所述规格参数包括电阻值和封装件尺寸等
10.上述技术方案的有益效果如下：通过第一消峰电阻器和第二消峰电阻器的电阻器相同，能够减少了电阻器的种类，规格减少；设计简单，参数选取简单；电路板设计时，占位面积相同，易于进行电路板的布局。
11.基于上述方案的进一步改进，所述第一消峰电阻器和所述第二消峰电阻器设置在总线开关耦合器的电路板，其中，所述第一消峰电阻器的封装件长度和所述第二消峰电阻器的封装件长度均小于所述总线开关耦合器的电路板宽度。
12.基于上述方案的进一步改进，消反峰电路还包括电源开关，所述电源开关的一接线端连接至所述供电电源的正极端，另一接线端电连接至所述感性负载的第一端和所述第一消峰电阻器的第一端，其中，所述供电电源的负极端电连接至所述感性负载的第二端和所述第二消峰电阻器的第二端，以及所述第一消峰电阻器的第二端电连接至所述第二消峰电阻器的第一端。
13.基于上述方案的进一步改进，所述感性负载包括电感器和等效电阻器，其中，所述电感器与所述等效电阻器串联连接。
14.另一方面，本实用新型实施例提供了一种具有消反峰电路的总线开关耦合器，包括壳体和设置在所述壳体内的电路板，其中，所述电路板包括：常开触点，连接在主总线上，并用于控制主总线的接通或断开；继电器线圈，用于控制所述常开触点的闭合或断开；以及消反峰电路，包括第一消峰电阻器和第二消峰电阻器，所述第一消峰电阻器和所述第二消峰电阻器串联连接，并且所述继电器线圈与串联连接的所述第一消峰电阻器和所述第二消峰电阻器并联连接，其中，所述第一消峰电阻器和所述第二消峰电阻器构成所述继电器线圈在供电电源从供电状态转换为停止供电状态的条件下的续流回路。
15.基于上述方案的进一步改进，所述第一消峰电阻器和所述第二消峰电阻器具有相同的规格参数。
16.基于上述方案的进一步改进，所述规格参数包括电阻值和封装件尺寸。
17.基于上述方案的进一步改进，所述第一消峰电阻器的封装件的长度和所述第二消峰电阻器的封装件的长度均小于所述总线开关耦合器的壳体宽度。
18.与现有技术相比，本实用新型至少可实现如下有益效果之一：
19.1、通过第一消峰电阻器和第二消峰电阻器替二极管，能够避免了由于静电作用而造成的二极管反向击穿；而且，以及
20.2、采用两个消峰电阻器串联形成反峰能量消耗回路，使得在一个电阻器失效短路的情况下，另一电阻仍然可以工作，所以提高消反峰电路可靠性。
21.3、选用两个消峰电阻分担消耗功率，实现电路小型化设计。
22.4、通过第一消峰电阻器和第二消峰电阻器的电阻器相同，能够减少了电阻器的种类，规格减少；设计简单，参数选取简单；电路板设计时，占位面积相同，易于进行电路板的布局。
23.本实用新型中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本实用新型的其他特征和优点将在随后的内容中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过文字以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
24.附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本实用新型的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
25.图1为现有的电感线圈消反峰电路及(并联二极管)其等效电路。
26.图2为现有的电感线圈消反峰电路(并联二极管+电阻)及其等效电路。
27.图3为根据本实用新型实施例的消反峰电路的原理图。
28.图4为根据本实用新型实施例的总线开关耦合器的外形图。
29.图5为根据本实用新型实施例的新型总线切换电路功能示意图(不加电)。
30.图6为根据本实用新型实施例的总线切换电路感性负载工作状态图。
31.图7为根据本实用新型实施例的总线切换电路感性负载反峰能量消耗回路示意图。
具体实施方式
32.下面结合附图来具体描述本实用新型的优选实施例，其中，附图构成本技术一部分，并与本实用新型的实施例一起用于阐释本实用新型的原理，并非用于限定本实用新型的范围。
33.本实用新型的一个具体实施例，公开了一种消反峰电路，包括感性负载、第一消峰电阻器r4、第二消峰电阻器r5、电源开关vout和供电电源。下文中，将参考图3对根据本实用新型实施例的消反峰电路进行详细描述。
34.供电电源是控制电路的电源，该供电电源根据控制电路中的连接的各个器件进行选择。例如，在本实用新型的实施例中，供电电源可以选择串联电池组，电池组的电压为28v。
35.感性负载用于控制连接在主总线中的开关的闭合或断开。参考图3，感性负载包括电感器l和等效电阻r0，其中，电感器与等效电阻器串联连接。
36.第一消峰电阻器r4和第二消峰电阻器r5串联连接，并且感性负载与串联连接的第一消峰电阻器r4和第二消峰电阻器r5并联连接。第一消峰电阻器r4和第二消峰电阻器r5构成感性负载在控制电路供电电源断开条件下的续流回路。第一消峰电阻器r4和第二消峰电阻器r5具有相同规格参数，该规格参数包括电阻值和封装件尺寸等。第一消峰电阻器和第二消峰电阻器设置在总线开关耦合器的电路板上，其中，第一消峰电阻器r4的封装件长度和第二消峰电阻器r5的封装件长度均小于总线开关耦合器的电路板宽度，例如，12mm。
37.电源开关vout的一接线端连接至供电电源的正极端，另一接线端电连接至感性负载的第一端和第一消峰电阻器r4的第一端。供电电源的负极端电连接至感性负载的第二端和第二消峰电阻器r5的第二端，以及第一消峰电阻器r4的第二端电连接至第二消峰电阻器r5的第一端。
38.与现有技术相比，本实施例提供的消反峰电路通过第一消峰电阻器和第二消峰电阻器替换二极管，不仅能够避免了由于静电作用而造成的二极管反向击穿；而且采用两个消峰电阻器串联形成反峰能量消耗回路，提高消反峰电路可靠性，以及选用两个消峰电阻分担消耗功率，实现电路小型化设计。
39.本实用新型的另一个具体实施例，公开了一种具有消反峰电路的总线开关耦合器。参考图4，具有消反峰电路的总线开关耦合器包括壳体402和设置在壳体402内的电路板。参考图5中的虚线右侧为总线开关耦合器的原理图。电路板包括：常开触点、继电器线圈、第一消峰电阻器r4、第二消峰电阻器r5、第一电阻器r1、第二电阻器r2和第三电阻器r3。
下文中，参考图4和图5，对根据本实用新型实施例的具有消反峰电路的总线开关耦合器进行详细描述。
40.常开触点连接在主总线上，并用于控制主总线的接通或断开；继电器线圈，用于控制常开触点的闭合或断开。
41.消反峰电路，包括第一消峰电阻器和第二消峰电阻器，第一消峰电阻器和第二消峰电阻器串联连接，并且继电器线圈与串联连接的第一消峰电阻器和第二消峰电阻器并联连接，其中，第一消峰电阻器和第二消峰电阻器构成继电器线圈在供电电源从供电状态转换为停止供电状态的条件下的续流回路。第一消峰电阻器和第二消峰电阻器具有相同的规格参数，规格参数包括电阻值和封装件尺寸等。第一消峰电阻器的封装件的长度和第二消峰电阻器的封装件的长度均小于总线开关耦合器的壳体宽度，例如，大约12mm。
42.具有消反峰电路的总线开关耦合器还包括第二电阻器r2和第三电阻器r3。具体地，第二电阻器r2的第一端电连接至第一常开触点的第一接线端，即总线b1和第三电阻器r3的第一端电连接至第二常开触点的第一接线端，即总线b2。变压器原边连接在第二电阻器r2的第二端和第三电阻器r3的第二端之间。变压器副边开路或者连接端接线。第一常开触点的第二接线端和第二常开触点的第二接线端均电连接至第一总线。具体地，第一常开触点的第二接线端电连接至第一总线a1以及第二常开触点的第二接线端电连接至第一总线a2。
43.此外，具有消反峰电路的总线开关耦合器还包括第一电阻器r1。具体地，电阻器r1的一端电连接至第一常开触点的第三接线端，另一端电连接至第二常开触点的第三接线端，其中，在第一常开触点和第二常开触点断开的条件下电连接电阻器并断开第二总线与第一总线之间的连接。
44.本实用新型的又一个具体实施例，公开了一种总线切换电路。参考图5，总线切换电路包括：控制驱动电路(如图5中的虚线左侧)和根据以上实施例所述的总线开关耦合器(如图5中的虚线右侧)。下文中，将参考图5，对根据本实用新型实施例的总线切换电路进行详细描述。
45.控制驱动电路包括供电电源(例如，28v电源电压)和固体继电器的常开触点。固体继电器的常开触点设置在总线开关耦合器的壳体外部。常开触点的一接线端连接至供电电源的正极端，另一接线端d1电连接至感性负载的第一端和第五电阻器r5(即，第一消峰电阻器)的第一端，以及供电电源的负极端d2电连接至感性负载的第二端和第四电阻器r4(即，第二消峰电阻器)的第二端，以及第一消峰电阻器r5的第二端电连接至第二消峰电阻器r4的第一端。
46.总线开关耦合器包括电磁继电器、第一总线a1、a2、第二总线b1、b2、第一电阻器r1、第二电阻器r2和第三电阻器r3、第四电阻器r4和第五电阻器r5。
47.电磁继电器包括常开触点，例如，第一常开触点和第二常开触点。第一常开触点电连接在总线a1和总线b1之间，第二常开触点电连接在总线a2和总线b2之间，以控制主总线的接通或断开；继电器线圈，用于控制常开触点的闭合或断开。
48.第一消峰电阻器和第二消峰电阻器串联连接，并且继电器线圈与串联连接的第一消峰电阻器和第二消峰电阻器并联连接。第一消峰电阻器和第二消峰电阻器构成继电器线圈在供电电源从供电状态转换为停止供电状态的条件下的续流回路。第一消峰电阻器和第
二消峰电阻器具有相同的电阻值。第一消峰电阻器的封装件的长度和第二消峰电阻器的封装件的长度均小于总线开关耦合器的壳体宽度。
49.具体地，第一常开触点的第二接线端和第二常开触点的第二接线端均电连接至第一总线。具体地，第一常开触点的第二接线端电连接至第一总线a1，第二常开触点的第二接线端均电连接至第一总线a2。第一常开触点的第一接线端和第二常开触点的第一接线端均电连接至第二总线。具体地，第一常开触点的第一接线端电连接至第二总线b1，以及第二常开触点的第一接线端电连接至第二总线b2。在第一常开触点和第二常开触点闭合的条件下连接第二总线与第一总线。
50.总线开关耦合器还包括第一电阻器r1，其中，电阻器的一端电连接至第一常开触点的第三接线端，另一端电连接至第二常开触点的第三接线端。在第一常开触点和第二常开触点断开的条件下电连接电阻器并断开第二总线与第一总线之间的连接。
51.下文中，参考图4至图7，以具体实例的方式，对根据本实用新型实施例的总线切换电路进行详细描述。
52.以1553b总线开关耦合器(图4)为例，针对其包含的总线切换电路说明静电对消反峰电路的影响。由于受产品微小型结构包络限制，总线开关耦合器可用布板空间十分狭小。
53.由图5可知，总线开关耦合器是通过电磁继电器实现总线的切换功能。当外部通过固体继电器施加28v电压时，电磁继电器工作(线圈正常通电)，总线切换到接通终端电阻r1；当固体继电器断开28v输出，电磁继电器断电瞬间会在其内部线圈上产生反峰电压，出于对固体继电器输出端的保护，在总线切换电路的控制线路中增加消反峰电阻器r4和r5以替换消反峰二极管，与继电器线圈并联构成续流回路，抑制线圈断电瞬间产生的反峰电压。现有技术中消峰二极管因静电作用造成反向击穿时，则针对控制线施加28v电压时，电流不再流过电磁继电器线圈，而是通过二极管反向路径形成回路，使得总线切换功能失效。现有的总线开关耦合器中使用的二极管为4级敏感元器件，防静电能力为4000v，可满足一般工况下的静电防护要求。
54.本实用新型为适应航天领域高可靠工作要求，需进一步提高静电防护能力。为适应航天设备全寿命周期中复杂的静电环境，提高电路的静电防护能力，兼顾电路小型化和可靠性需求，将两个消峰电阻串联后、再并联在感性负载两端；当感性负载控制电路断开时，由感性负载和消峰电阻形成续流回路，消耗反峰能量，抑制反峰电压。
55.在满足感性负载(电磁继电器线圈)的反峰能量消耗、提高电路静电防护能力的同时，实现了电路小型化，避免了产品结构更改，具体实现方案如图5所示。
56.基于图5提炼出总线切换电路中感性负载(继电器线圈)等效工作电路，如图6所示。当电路中的开关(vout)接通时，电路中形成两条回路，一条依次经过电源正极、开关(vout)、消峰电阻(r4)、消峰电阻(r5)、电源负极。一条依次经过电源正极、开关(vout)、感性负载(l+r0)、电源负极。此状态下不存在反峰电压。
57.基于图5提炼出总线切换电路中感性负载(继电器线圈)反峰能量等效消耗电路，如图7所示，当电路中的开关(vout)断开时，由于之前流经继电器线圈的电流不能突变，线圈中的能量仍要通过箭头方向流动进行释放，从而出现反峰电压，此时由电路中的感性负载(l+r0)、消峰电阻(r4)、消峰电阻(r4)构成消反峰回路。
58.参数选取：
59.假定固体继电器的额定输出电压为vk，实际承受的反峰电压为uk；感性负载工作电压为u0，等效内阻为r0；通过降低电阻的功率，控制电阻封装大小，选取两个参数相同的消峰电阻，单个阻值为r，功率为wr。一般要求：
[0060][0061][0062]
在满足上述要求的同时，考虑一个消峰电阻失效短路下消反峰电路依然能够正常工作，消峰电阻实际功率应满足：
[0063][0064]
与现有技术相比，本实用新型至少可实现如下有益效果之一：
[0065]
1、将四级静电敏感器件二极管替换为五级静电敏感器件电阻，防静电能力由4000v提升至8000v，提高了消反峰电路对静电环境的适应性；
[0066]
2、采用两个电阻串联形成反峰能量消耗回路，一个电阻失效短路的情况下，另一电阻仍然可以工作，所以提高消反峰电路可靠性；
[0067]
3、选用两个消峰电阻分担消耗功率，实现电路小型化设计，能够避免了电阻封装件的长度超过总线开关耦合器的宽度，因此，即能够将两个消峰电阻器集成在总线开关耦合器的封装件中，又没有改变总线开关耦合器的封装件尺寸。
[0068]
4、两个消峰电阻器相同电阻值，能够减少了电阻的种类，减少规格；设计简单，参数选取简单；电路板设计时，两个消峰电阻器占位面积相同，易于进行电路板的布局等。
[0069]
本实用新型仅需要将各个具有相应功能的装置通过本实用新型实施例所给出的连接关系进行连接即可，其中并不涉及任何程序软件方面的改进。而至于各个相应功能的硬件装置之间的连接方式，均是本领域技术人员可以采用现有技术实现的，在此不做详细说明。
[0070]
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。