CN102904558B - 一种微功耗单向导通电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种微功耗单向导通电路，包括单向导通二极管、开关、控制器和采样电路，其中，开关的功率端子与单向导通二极管并联，而开关的控制极连接控制器；采样电路采样单向导通二极管的导通电流方向，并将结果送入控制器；控制器根据单向导通二极管的导通电流方向，通过控制极对开关进行开通与否及占空比的控制，当单向导通二极管正向导通时，控制器为开关提供开通信号，开关导通；当单向导通二极管反向导通时，控制器为开关提供关断指令，开关断开，从而使单向导通二极管反向截止。此种电路结构可大幅降低由于二极管的正向压降而导致的较大功率问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种微功耗单向导通电路，特别涉及一种适用于大电流、超高可靠性的单向导通应用电路结构。
背景技术
目前单向导通电路方法都是通过二极管的方式来实现，在大电流或者大功率的应用中采用多个二极管并联的方式来实现，但这种方式仍然存在如下几个问题无法解决：
（1）由于二极管的正向导通压降随着其反向截止电压的不同而不同，对于高压二极管，很多高压二极管的正向导通电压高达1.3V或者更高，如果通过较大的电流，在二极管上将会产生较大的功耗；
（2）高压二极管的成本较高，如果通过并联的方式来降低每个二极管上的功耗将会带来成本的升高；
（3）当流过较大电流时，即便是有多个二极管并联，其二极管的发热问题仍然严重，依然需要增加散热器为二极管散热，这将会导致成本的上升。
基于此，本发明人对现有采用二极管方式实现的单向导通电路进行改进，本案由此产生。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种微功耗单向导通电路，其可大幅降低由于二极管的正向压降而导致的较大功率问题。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种微功耗单向导通电路，包括单向导通二极管、开关、控制器和采样电路，其中，开关的功率端子与单向导通二极管并联，而开关的控制极连接控制器；采样电路采样单向导通二极管的导通电流方向，并将结果送入控制器；控制器根据单向导通二极管的导通电流方向，通过控制极对开关进行开通与否及占空比的控制，当单向导通二极管正向导通时，控制器为开关提供开通信号，开关导通；当单向导通二极管反向导通时，控制器为开关提供关断指令，开关断开，从而使单向导通二极管反向截止。
上述开关为机械开关、单独的半导体器件或由半导体器件组成的电子开关电路。
上述半导体器件包括三极管、JFET、MOSFET、IGBT或可控硅。
上述单向导通二极管是与半导体器件并联的独立二极管或半导体器件体内寄生二极管。
上述采样电路采用采样电阻、电流互感器、霍尔元件或半导体采样元件。
上述与单向导通二极管并联的开关工作在如下三种工作状态：开关状态、闭环调节特定占空比状态或线性调节状态。
采用上述方案后，本发明彻底改变了传统单向导通电路中采用二极管方式对二极管本身的正向压降的依赖，使本应流过二极管的电流通过开关给负载供电，从根本上解决了当流过二极管电流过大时造成的二极管功耗过大而损坏的顽疾，开关导通时正向阻抗非常小，使每个单向导通电路工作在微功耗状态，从而可以大幅降低由于二极管的正向压降而导致的较大功耗问题，提高了系统可靠性和利用效率的提升。
附图说明
图1是本发明第一实施例的示意图；
图2是本发明第二实施例的示意图；
图3是本发明第三实施例的示意图；
图4是本发明第四实施例的示意图。
具体实施方式
本发明提供一种微功耗单向导通电路，包括单向导通二极管、开关、控制器和采样电路，其中，开关的功率端子与单向导通二极管并联，而开关的控制极连接控制器；采样电路采样单向导通二极管的导通电流方向，并将结果送入控制器；控制器根据单向导通二极管的导通电流方向，通过控制极对开关进行开通与否及占空比的控制，具体来说，当单向导通二极管正向导通时，控制器为开关提供开通信号，开关导通；当单向导通二极管反向导通时，控制器为开关提供关断指令，开关断开，从而使单向导通二极管反向截止。在现有结构中，由于二极管的正向导通压降较高，当较大电流通过二极管时，二极管因功率较大而发热，导致系统的效率和可靠性较低，前述电路结构则可很好地解决这个问题，从而提高系统的效率和工作寿命。
需要补充说明的是，在前述结构中，开关可以采用机械开关，也可以采用由三极管、JFET、MOSFET、IGBT、可控硅或由前述半导体器件混合组成的电子开关电路，所述开关既可以工作在直接导通状态，也可以工作在由控制器进行控制的闭环调整占空比状态；单向导通二极管可以是单独的二极管，当开关采用电子开关电路时，也可以将开关中半导体器件自身的体内寄生二极管作为本发明中的单向导通二极管；采样电路可以利用采样电阻、电流互感器、霍尔元件或半导体采样元件进行电流采样。
基于本发明提供的技术方案，以下将给出几种不同的实现电路，其中的单向导通二极管均采用单独的二极管。
如图1所示，是本发明的第一实施例，其中，D4为单向导通二极管，S1为开关，U1为控制器，采样电路由两个三极管Q1、Q2、三个二极管D1、D2、D3和两个电阻R1、R2组成；二极管D4的阳极、阴极分别连接系统的阳极端子（Anode）和阴极端子（Cathode），所述开关S1与二极管D4并联，且开关S1的负极端子连接二极管D4的阳极端子，S1的正极端子连接D4的阴极端子，开关S1的控制极负极与其负极端子短接；采样电路为对称形式，三极管Q1的基极与集电极短接，集电极还经由电阻R1连接电源VCC，发射极连接二极管D2的阳极，二极管D2的阴极连接二极管D4的阳极；三极管Q2的基极连接三极管Q1的基极，三极管Q2的集电极经由电阻R2连接电源VCC，发射极连接二极管D3的阳极，二极管D3的阴极连接二极管D4的阴极；二极管D1的阳极连接三极管Q2的基极，也即同时连接三极管Q1的基极和集电极，二极管D1的阴极连接三极管Q2的集电极；控制器U1的输入端连接二极管D1的阴极，也即三极管Q2的集电极，而控制器U1的输出端连接开关S1的控制极正极。
当二极管D4正向导通时，三极管Q2导通，控制器U1的输入端为低电平，同控制器U1的反向输入，给开关S1提供一个开通信号，开关S1导通，流经二极管D4的电流通过开关S1从阳极到阴极，从而可以规避由于二极管D4正向导通压降问题而产生的功耗；当二极管D4的阴极电压高于阳极电压时，流经开关S1的电流反向，三极管Q1导通，控制器U1的输入端为高电平，从而控制器U1向开关S1输出关断信号，开关S1截止，二极管D4呈现电压反向截止状态。
如图2所示，是本发明的第二实施例，在本实施例中,采样电路采用电流采样器H1，其为半导体采样元件，该元件能够根据流过被采样对象的电流大小输出特定的驱动电压，结合三极管Q6、电阻R8共同实现对开关S2的控制；当电流采样器H1采样的电流是从阳极流向阴极时，其输出信号为低，开关S2开通，从而使流过二极管D7的电流通过开关S2；当阴极电压高于阳极电压时，电流从阴极通过开关S2流向阳极，电流采样器H1检测到反向电流信号，将输出高电压信号驱动三极管Q6，从而开关S2关断，二极管D7反向截止。
如图3所示，是本发明的第三实施例，在本实施例中，采样电路主要采用电流互感器T1，电流互感器T1的原边绕组一端连接系统的阳极端子，另一端连接二极管D8的阳极；采样电阻R11、R13并联在电流互感器T1的副边引线端子，当阳极电压高于阴极电压时，采样电阻R11上的电压信号为瞬间的高脉冲，电压信号通过二极管D5给电容C1充电，当电压超过三极管Q4的基极电压门槛，三极管Q4导通，三极管Q3的基极电压为低信号，三极管Q3导通，从而锁定三极管Q4一直在导通状态，从而三极管Q7关断，开关S3一直工作在导通状态；当阴极的电压高于阳极电压时，电流通过电流互感器TI，采样电阻R13上的电压信号为瞬间的高脉冲，电压信号通过二极管D6给电容C2充电，三极管Q5导通，三极管Q4的基极一直为低电压信号，从而三极管Q7导通，为开关S3输出关断信号，开关S3一直工作在关断状态。
如图4所示，是本发明的第四实施例，在本实施例中，采用采样电阻的形式进行电流方向采样，通过放大器R9把采样出来的电流信号进行放大，然后与基准电压比较，当二极管D9的正向电流高于基准电压的设定值时，控制器X1输出低电平信号，三极管Q8关断，开关S4导通，从而流过二极管D9的电流通过开关S4从阳极到阴极；当阴极电压高于阳极电压时，电流通过开关S4瞬间反向，在采样电阻上的电压为负，三极管Q8导通，从而开关S4的控制极给出关断信号，开关S4关断，二极管D9处于反向关断状态。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。
Claims (6)
1.一种微功耗单向导通电路，其特征在于：包括单向导通二极管、开关、控制器和采样电路，其中，开关的功率端子与单向导通二极管并联，而开关的控制极连接控制器；采样电路采样单向导通二极管的导通电流方向，并将结果送入控制器；控制器根据单向导通二极管的导通电流方向，通过控制极对开关进行开通与否及占空比的控制，当单向导通二极管正向导通时，控制器为开关提供开通信号，开关导通；当单向导通二极管反向导通时，控制器为开关提供关断指令，开关断开，从而使单向导通二极管反向截止。
2.如权利要求1所述的一种微功耗单向导通电路，其特征在于：所述开关为机械开关、单独的半导体器件或由半导体器件组成的电子开关电路。
3.如权利要求2所述的一种微功耗单向导通电路，其特征在于：所述半导体器件为三极管、JFET、MOSFET、IGBT或可控硅。
4.如权利要求3所述的一种微功耗单向导通电路，其特征在于：所述单向导通二极管是与半导体器件并联的独立二极管或半导体器件体内寄生二极管。
5.如权利要求1所述的一种微功耗单向导通电路，其特征在于：所述采样电路采用采样电阻、电流互感器、霍尔元件或半导体采样元件。
6.如权利要求1所述的一种微功耗单向导通电路，其特征在于：所述与单向导通二极管并联的开关工作在如下三种工作状态：开关状态、闭环调节特定占空比状态或线性调节状态。
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