CN102412807A - 一种抑制温漂、具有施密特特性的二端口输入控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型的具有抑制温度漂移特性和施密特特性的二端口输入控制电路，由温度漂移抑制电路和窗口电路组成，可应用于变压器隔离或光隔离的固体继电器的内部或外部，作为其前一级的控制驱动。该控制电路通过三极管的相互抑制，利用电流反馈作用实现抗温度漂移功能，保证固体继电器接通、关断阈值电压的相对稳定；同时利用三极管的倒向作用，实现输出电压的翻转；利用电阻形成的负反馈实现固体继电器接通电压和关断电压的窗口特性，即施密特特性。该控制电路较传统温度抑制电路，增加了施密特特性输入功能，解决输入控制器件PN结电压随环境温度变化而改变的问题，保证了固体继电器在全温度工作范围内的输入稳定、应用的可靠性。

Description

一种抑制温漂、具有施密特特性的二端口输入控制电路

技术领域

本发明涉及一种控制电路，更具体的，涉及一种抑制温漂、具有施密特特性的二端口输入控制电路，其可用于固体继电器的控制电路。

背景技术

通常二端口输入、变压器隔离类的固体继电器都是使用晶体三极管作为输入控制器件。这种器件的不足之处是在于它对环境温度很敏感，在较宽的工作温度范围内(如-55℃～125℃)，可能会导致器件控制失效、严重时会导致其毁坏。于是，现有技术中已经研制出多种抑制温度漂移的电路，用于补偿或抑制这种漂移，保证在全工作温度范围内控制有效。

目前已得到应用的抑制温度漂移电路中，有些采用温敏器件或温度补偿器件，有些采用集成电路(多数采用镜像电流源)，可起到较好的抑制作用，但仍然存在一定的缺陷：

1.温敏器件或温度补偿器件往往需要额外增加较多器件，造成电路的复杂化，从而降低了产品的可靠性，同时电路体积较大，不易于小型化和集成化；

2.采用镜像电流源的集成电路均为三端输入，需要偏置电压先供电，再由控制电压控制器件的开关，难以直接满足二端口输入要求。

还有一些电路将控制端高、低电平几乎设置到一个点，回避这种温度漂移现象，但需要使用时回避该变化区间。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明提供一种新型的抑制温度漂移、具有施密特特性的二端口输入控制电路，该控制电路仅仅采用NPN三极管、PNP三极管和电阻来构成温度抑制电路，可以解决二端口输入要求高、不易于小型化和集成化、温度漂移、无施密特输入特性等问题。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

本发明提供一种具有抑制温度漂移特性和施密特特性的二端口输入控制电路，该控制电路包括第一输入端11、第二输入端12、第一输出端24、第二输出端25、温度漂移抑制电路和窗口电路，其中，所述温度漂移抑制电路仅由NPN三极管和与上述NPN三极管相连接的分压电阻、限流电阻组成，保证第一输入端11与第二输入端12之间的接通、关断阈值电压的相对稳定；所述窗口电路由一个PNP三极管和与其连接的分压电阻、限流电阻组成，使得第一输入端11与第二输入端12间的关断电压不同于接通电压，形成具有施密特特性的控制窗口。

进一步的，所述包含NPN型的第一三极管20、NPN型的第二三极管21、NPN型的第三三极管22、第一分压电阻13、第二分压电阻14、第三分压电阻17和第一限流电阻15，该温度漂移抑制电路抑制第一输入端11和第二输入端12之间接通电压、关断电压由于输入控制器件的电压随环境温度变化而带来的改变，并调整第一输出端24对第二输出端25的电平翻转阈值。

进一步的，所述输入控制器件的电压随温度的变化是第三三极管22的PN结电压随温度的变化。

进一步的，第二三极管21的集电极接第三三极管22的基极，第三分压电阻17连接在第二三极管21的射极和第二输入端12之间，第三三极管22的射极直接接第二输入端12，环境温度改变时，第一三极管20、第二三极管21、第三三极管22的PN结电压均改变，第三分压电阻17则抑制这种变化。

进一步的，第一输入端11连接第一分压电阻13的第一端、第二分压电阻14的第一端、第二限流电阻19的第一端；第二输入端12直接接第二输出端25，并连接第一三极管20的射极、第三分压电阻17的第二端、NPN型的第三三极管22的射极、第二限流电阻19的第二端。

进一步的，所述窗口电路包含PNP型的第四三极管23、第四分压电阻16、第五分压电阻18和第二限流电阻19，形成具有施密特特性的控制窗口。

进一步的，其中PNP型的第四三极管23的发射极、集电极分别接第一输入端11和第一输出端24之间，其基极通过第四分压电阻16接入温度漂移电路中；第二限流电阻19接在第一输出端24和第二输出端25之间；第五分压电阻18一端直接接第一输出端24，另一端接入温度抑制电路中，与第二分压电阻14串连在第一输入端11和第一输出端24之间。

进一步的，该窗口电路利用第四三极管23的开关作用来改变第五分压电阻18在电路中的并联关系来实现其负反馈作用。

进一步的，其特征在于，该控制电路用于变压器隔离类固体继电器和光隔离类固体继电器的内部或外部，作为前一级的控制驱动。

本发明中的新型的抗温漂、具有施密特特性的二端口输入控制电路与传统温度抑制电路相比，具有如下特点：

1.具有二端口输入特性；

2.通过电阻的合理设置，形成了施密特特性；

3.具有温度漂移率低特点；

4.输入输出高低电平全温度范围内无交叉特性；

5.具有较小的体积、较好的可集成性和较高的可靠性。

附图说明

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。需要说明的是，以下实施例仅仅为体现本发明主旨的优选实施方式，而非对本发明进行的限制。

图1是本发明的电路原理图。

图中的附图标记所分别指代的技术特征为：

11、第一输入端；12、第二输入端；13、第一分压电阻；14、第二分压电阻；15、第一限流电阻；16、第四分压电阻；17、第三分压电阻；18、第五分压电阻；19、第二限流电阻；20、NPN型的第一三极管；21、NPN型的第二三极管；22、NPN型的第三三极管；23、PNP型的第四三极管；24、第一输出端；25、第二输出端。

具体实施方式

如本发明中的抗温度漂移的二端口输入控制电路是一个具有反馈的温度抑制电路。该控制电路的原理图参见图1。

该二端口输入控制电路包括一对输入端和一对输出端，分别为第一输入端11和第二输入端12，以及第一输出端24和第二输出端25。

该二端口输入控制电路的连接关系如下：

第一输入端11连接第一分压电阻13的第一端、第二分压电阻14的第一端、第二限流电阻19的第一端和PNP型的第四三极管23的射极。

第二输入端12直接接第二输出端25(两者同电位)，并连接NPN型的第一三极管20的射极、第三分压电阻17的第二端、NPN型的第三三极管22的射极、第二限流电阻19的第二端。

第一输出端24接第五分压电阻18的第一端、第四三极管23的集电极、第二限流电阻19的第一端。

第一分压电阻13的第二端同时连接NPN型的第一三极管20的集电极和基极以及NPN型的第二三极管21的基极。

第二三极管21的集电极连接第二分压电阻14的第二端、第五分压电阻18的第二端和NPN型的第三三极管22的基极，该第二三极管21的射极接第三分压电阻17的第一端。

第一限流电阻15的第二端和第三三极管22的集电极接第四分压电阻16的第一端，第四三极管23的基极接第四分压电阻16的第二端。

该二端口输入控制电路的具体工作原理如下：

在第一输入端11和第二输入端12间施加电源电压，在输入电压值未达到设定值时，NPN型的第三三极管22不接通，该第三三极管22的集电极电位为高电平，第四三极管23处于截止状态，第一输出端24对第二输出端25为低电平，电路的输出为低电平；

当输入电压值达到设定值时，NPN型的第三三极管22接通，并处于饱和状态，该第三三极管22的集电极电位为低电平，PNP型的三极管23处于饱和状态，第一输出端24对第二输出端25为高电平，电路的输出为高电平。

其中该二端口输入控制电路中具有三个NPN三极管和一个PNP三极管，分别为NPN型的第一三极管20、NPN型的第二三极管21、NPN型的第三三极管22，PNP型的以及第四三极管23；该控制电路中还包括七个电阻13、14、15、16、17、18、19，电路接通阈值可通过改变第二分压电阻14和第三分压电阻17的阻值进行调整，窗口大小可由第五分压电阻18的阻值进行调整，第一输出端24的输出电流能力受第四分压电阻16的电阻阻值和PNP型的第四三极管23的放大倍数控制，第一限流电阻15和第二限流电阻19则起到限流的作用。

该控制电路包括温度抑制电路和窗口电路两部分。

其中，三个NPN型的三极管20、21、22和五个电阻13、14、15、17构成了温度抑制电路。

当环境温度上升时，三个NPN型的三极管20、21、22的PN结电压均降低，第三分压电阻17则抑制这种变化，即虽然NPN型的第三三极管22的PN结电压降低，但NPN型的第二三极管21的集电极电压等效分压也随着降低，这样就抑制了第一输入端11和第二输入端12之间的输入接通、关断电压随NPN型的第三三极管22PN结的降低而降低，保持了相对稳定。

同样，当环境温度降低时，三个NPN型的三极管20、21、22的PN结电压均升高，第三分压电阻17则抑制这种变化，即虽然NPN型的第三三极管22的PN结电压升高，但NPN型的第二三极管21的集电极电压等效分压也随着升高，这样就抑制了第一输入端11和第二输入端12之间的输入接通、关断电压随第三NPN三极管22的PN结的升高而升高，保持了相对稳定。

这样，通过三极管的相互抑制，利用电流反馈作用实现了抗温度漂移的功能，保证固体继电器的接通、关断阈值电压的相对稳定。可实现全工作温度范围内，输入输出高电平变化率不大于±10％，低电平变化率不大于±5％。

至于窗口电路，则是由PNP型的第四三极管23与电阻16、18、19的组合实现了施密特特性窗口特性。

在NPN型的第三三极管22接通前，PNP型的第四三极管23处于截止状态，第一输出端24对第二输出端25为低电平，第五分压电阻18、第二限流电阻19相当于并联在NPN型的第三三极管22的be结上，此时接通电压主要受第二分压电阻14和第三分压电阻17的分压影响；

在NPN型的第三三极管22接通后，PNP型的第四三极管23处于饱和状态，第一输出端24对第二输出端25(或第二输入端12)为高电平，电压值约等于第一输入端11对第二输入端12的电压，因此相当于第五分压电阻18和第二分压电阻14产生并联关系，改变了第二分压电阻14和第三分压电阻17的分压关系，因此关断电压低于接通电压，形成具有施密特特性的控制窗口，即实现了施密特特性。

如上所述的新型的能够抑制温漂的、具有施密特特性的二端口输入控制电路，可用于变压器隔离类固体继电器和光隔离类固体继电器的内部或外部，作为前一级的控制驱动，实现固体继电器输入参数稳定、可靠。相对于传统温度抑制电路，实现了具有二端口输入特性、施密特特性、温度漂移率低、输入输出高低电平全温度范围内无交叉等优点，并且具有较小的体积、较好的可集成性和较高的可靠性。

以上仅是针对本发明的优选实施例及其技术原理所做的说明，而并非对本发明的技术内容所进行的限制，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明所公开的技术范围内，所容易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种具有抑制温度漂移特性和施密特特性的二端口输入控制电路，该控制电路包括第一输入端(11)、第二输入端(12)、第一输出端(24)、第二输出端(25)、温度漂移抑制电路和窗口电路，其特征在于：所述温度漂移抑制电路由NPN三极管和与上述NPN三极管相连接的分压电阻、限流电阻组成，保证第一输入端(11)与第二输入端(12)之间的接通、关断阈值电压的相对稳定；所述窗口电路由一个PNP三极管和与其连接的分压电阻、限流电阻组成，使得第一输入端(11)与第二输入端(12)间的关断电压不同于接通电压，形成具有施密特特性的控制窗口。

2.如权利要求1所述的二端口输入控制电路，其特征在于：所述温度漂移抑制电路包含NPN型的第一三极管(20)、NPN型的第二三极管(21)、NPN型的第三三极管(22)、第一分压电阻(13)、第二分压电阻(14)、第三分压电阻(17)和第一限流电阻(15)，抑制第一输入端(11)和第二输入端(12)之间接通电压、关断电压由于输入控制器件的电压随环境温度变化而带来的改变，并调整第一输出端(24)对第二输出端(25)的电平翻转阈值。

3.如权利要求2所述的二端口输入控制电路，其特征在于：所述输入控制器件的电压随温度的变化是NPN型的第三三极管(22)的PN结电压随温度的变化。

4.如权利要求3所述的二端口输入控制电路，其特征在于：第二三极管(21)的集电极接第三三极管(22)的基极，第三分压电阻(17)连接在第二三极管(21)的射极和第二输入端(12)之间，第三三极管(22)的射极直接接第二输入端(12)，环境温度改变时，第一三极管(20)、第二三极管(21)、第三三极管(22)的PN结电压均改变，第三分压电阻(17)则抑制这种变化。

5.如权利要求4所述的二端口输入控制电路，其特征在于：第一输入端(11)连接第一分压电阻(13)的第一端、第二分压电阻(14)的第一端、第二限流电阻(19)的第一端；第二输入端(12)直接接第二输出端(25)，并连接第一三极管(20)的射极、第三分压电阻(17)的第二端、第三三极管(22)的射极、第二限流电阻(19)的第二端。

6.如权利要求1所述的二端口输入控制电路，其特征在于：所述窗口电路包含PNP型的第四三极管(23)、第四分压电阻(16)、第五分压电阻(18)和第二限流电阻(19)，形成具有施密特特性的控制窗口。

7.如权利要求6所述的二端口输入控制电路，其特征在于：其中PNP型的第四三极管(23)的发射极、集电极分别接第一输入端(11)和第一输出端(24)之间，其基极通过第四分压电阻(16)接入温度漂移电路中；第二限流电阻(19)接在第一输出端(24)和第二输出端(25)之间；第五分压电阻(18)一端直接接第一输出端(24)，另一端接入温度抑制电路中，与第二分压电阻(14)串连在第一输入端(11)和第一输出端(24)之间。

8.如权利要求7所述的二端口输入控制电路，其特征在于：该窗口电路利用第四三极管(23)的开关作用来改变第五分压电阻(18)在电路中的并联关系来实现负反馈作用。

9.如前述任一权利要求中所述的二端口输入控制电路，其特征在于，该控制电路用于变压器隔离类固体继电器和光隔离类固体继电器的内部或外部，作为前一级的控制驱动。

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