CN108538536A - 一种基于双向tvs的加速释放电路及方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于双向TVS的加速释放电路,包括电阻R1、R2,场效应管Q1,双向TVS管D1,电磁阀L;电阻R1一端接控制输入信号,另一端接场效应管G端、电阻R2,场效应管D端、电阻R2另一端接地,双向TVS管D1一端连接电源正端,另一端连接场效应管S端,电磁阀与双向TVS管D1并联。本发明通过在电磁阀驱动回路中增加快速释放电路,提高了电磁阀关闭响应速度,减小了电磁阀关闭响应时间,降低了电磁阀设计难度;只用1个双向TVS管、1个场效应管及一些电阻,具有节省空间和成本低的优点;双向TVS管作为快速释放元器件,具有双向过压保护、瞬时过载能力强、响应速度极快、吸收功耗大、漏电流小、钳位电压稳定等特点。
Description
技术领域
本发明涉及电磁阀驱动技术领域,具体为一种电磁阀快速释放电路。
背景技术
随着电磁阀驱动技术的发展,对电磁阀快响应要求越来越高,尤其在电磁阀关闭时间响应上的要求越来越高。一种方法是在电磁阀线圈设计时采用特殊结构,加速关闭电磁阀,这种方法工艺复杂、研制难度大、成本高。另一种方法采用特殊功能的加速电路,快速释放电磁阀线圈感性负载中残留的能量,同时抑制线圈反向电动势,快速关闭电磁阀,这种方法简单可靠,成本低。
发明内容
本发明解决的技术问题是:克服现有技术的不足,提供了一种基于双向TVS 的加速释放电路,解决现有技术工艺复杂、研发难度大、成本高的问题,可以提高电磁阀的关闭响应速度,减小电磁阀的关闭响应时间,具有结构简单、通用性强、节省成本,能够有效地抑制电磁阀关断时产生的反向电动势,对驱动电路具有良好的保护作用。
本发明的技术解决方案是:一种基于双向TVS的加速释放电路,包括电阻 R1、R2,场效应管Q1,双向TVS管D1,电磁阀L;电阻R1一端接控制输入信号,另一端接场效应管G端、电阻R2,场效应管D端、电阻R2另一端接地,双向TVS管D1一端连接电源正端,另一端连接场效应管S端,电磁阀与双向TVS管D1并联;
场效应管Q1打开,电磁阀L通电,场效应管Q1关闭,电磁阀L断电并产生反向电动势,TVS管D1为高阻态,提升反向电动势;当反向电动势大于 TVS管击穿电压时,TVS管导通,电磁阀电感L内能量在反向高电压下释放;当反向电动势小于TVS管D1击穿电压,TVS管D1重新为高阻态,关断电磁阀。
所述的电磁阀线圈为感性负载。
所述的TVS管的击穿电压其中,VRWM为最大反向工作电压,且VRWM≥1.1Vmax,Vmax为驱动电路最高工作电压。
所述的场效应管的漏-源击穿电压V(BR)DSS≥2VC(max)≥2.6V(BR),其中,VC(max)为最大箝位电压。
所述的TVS管击穿电压的范围V(BR)=(1.3~1.5)Vmax,场效应管漏-源击穿电压的范围V(BR)DSS=(3.4~4)Vmax。
一种基于双向TVS的加速释放方法,包括如下步骤:
(1)将电阻R1一端接控制输入信号,另一端接场效应管G端、电阻R2,将场效应管D端、电阻R2另一端接地,将双向TVS管D1一端连接电源正端,另一端连接场效应管S端,将电磁阀与双向TVS管D1并联;
(2)打开场效应管Q1令电磁阀L通电,关闭场效应管Q1,使得电磁阀 L断电并产生反向电动势,TVS管D1为高阻态,进而提升反向电动势;当反向电动势大于TVS管击穿电压时,TVS管导通,电磁阀电感L内能量在反向高电压下释放;
(3)当反向电动势小于TVS管D1击穿电压,使得TVS管D1重新为高阻态,关断电磁阀,完成基于双向TVS的加速释放。
所述的电磁阀线圈为感性负载。
所述的TVS管的击穿电压其中,VRWM为最大反向工作电压,且VRWM≥1.1Vmax,Vmax为驱动电路最高工作电压。
所述的场效应管的漏-源击穿电压V(BR)DSS≥2VC(max)≥2.6V(BR),其中,VC(max)为最大箝位电压。
所述的TVS管击穿电压的范围V(BR)=(1.3~1.5)Vmax,场效应管漏-源击穿电压的范围V(BR)DSS=(3.4~4)Vmax。
本发明与现有技术相比的优点在于:
(1)本发明通过在电磁阀驱动回路中增加快速释放电路,提高了电磁阀关闭响应速度,减小了电磁阀关闭响应时间,降低了电磁阀设计难度;
(2)本发明电路结构简单、成本低,只用1个双向TVS管、1个场效应管及一些电阻,具有节省空间和成本低的优点;
(3)本发明中双向TVS管作为快速释放元器件,具有双向过压保护、瞬时过载能力强、响应速度极快、吸收功耗大、漏电流小、钳位电压稳定等特点;
(4)本发明能够有效地抑制电磁阀关断时产生的反向电动势,对驱动电路具有良好的保护作用,从而省去了复杂的电阻/电容保护网络;
(5)本发明通用性及适用性强,可以通过选择不同的双向TVS,用于不同电磁阀的释放回路。
附图说明
图1为一种基于双向TVS的加速释放电路结构图,其中,R1、R2为电阻,Q1为场效应管,L为电磁阀线圈,D1为双向瞬变电压抑制二极管即双向 TVS管。
具体实施方式
本发明针对现有技术的不足,提出一种基于双向TVS的加速释放电路,包括电阻R1、R2,场效应管Q1,双向TVS管D1,电磁阀L;电阻R1一端接控制输入信号,另一端接场效应管G端、电阻R2,场效应管D端、电阻R2 另一端接地,双向TVS管D1一端连接电源正端,另一端连接场效应管S端,电磁阀与双向TVS管D1并联。
驱动电路控制端打开场效应管Q1,电磁阀L通电,正常打开,控制端关闭场效应管Q1,电磁阀L断电,电磁阀电感L产生反向电动势,TVS管D1 为高阻态,瞬时提升反向电动势;当反向电动势大于TVS管击穿电压时,TVS 管导通,电磁阀电感L内能量在反向高电压下快速释放;当大部分能量释放完后,反向电动势小于TVS管D1击穿电压,TVS管D1重新为高阻态,迅速降低电磁阀内剩余电流,快速关断电磁阀。下面结合附图对本发明提供的技术方案进一步说明:
a.电磁阀线圈为感性负载,具有很强的电磁惯性,电流变化滞后电压变化,电磁阀释放时间tp为:
其中,I0为电磁阀关断后电磁铁回路中的电流初始值,i0为电磁阀释放触动电流,r为电磁铁内部电阻,R为释放回路外部等效电阻,L为电磁阀的电感;
b.利用TVS管小于击穿电压时表现为高阻态的特性,增大外部释放回路等效电阻,减小释放时间;
c.根据反向电动势公式电流变化越快,反向电动势越大,当反向电动势大于TVS管击穿电压时,TVS管工作阻抗能立即降至很低的导通值,允许大电流通过,并将电压钳制在预定水平,在高电压大电流条件下,快速释放电磁阀线圈内的能量;
d.当电磁阀线圈能量快速消耗后,电流变化速度减慢,反向电动势将小于 TVS击穿电压,TVS管工作阻抗立即变为高阻态,即增大释放回路外部等效电阻R,减少释放时间tp;
e.该释放电路工作时,TVS管将电磁阀反向电动势钳制到预定水平,有效地保护驱动线路中的精密元器件免受损坏;
f.TVS管选型根据击穿电压选用,击穿电压其中,VRWM为最大反向工作电压,VRWM≥1.1Vmax,Vmax为驱动电路最高工作电压;
g.场效应管根据漏-源击穿电压选用,漏-源击穿电压 V(BR)DSS≥2VC(max)≥2.6V(BR),其中VC(max)为最大箝位电压;
h.综合考虑电磁阀关闭响应性能、反向电动势、场效应管击穿电压及电路成本等因素,TVS管击穿电压选用范围V(BR)=(1.3~1.5)Vmax,场效应管漏-源击穿电压选用范围V(BR)DSS=(3.4~4)Vmax。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
Claims (10)
1.一种基于双向TVS的加速释放电路,其特征在于包括电阻R1、R2,场效应管Q1,双向TVS管D1,电磁阀L;电阻R1一端接控制输入信号,另一端接场效应管G端、电阻R2,场效应管D端、电阻R2另一端接地,双向TVS管D1一端连接电源正端,另一端连接场效应管S端,电磁阀与双向TVS管D1并联;
场效应管Q1打开,电磁阀L通电,场效应管Q1关闭,电磁阀L断电并产生反向电动势,TVS管D1为高阻态,提升反向电动势;当反向电动势大于TVS管击穿电压时,TVS管导通,电磁阀电感L内能量在反向高电压下释放;当反向电动势小于TVS管D1击穿电压,TVS管D1重新为高阻态,关断电磁阀。
2.根据权利要求1所述的一种基于双向TVS的加速释放电路,其特征在于:所述的电磁阀线圈为感性负载。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于双向TVS的加速释放电路,其特征在于:所述的TVS管的击穿电压其中,VRWM为最大反向工作电压,且VRWM≥1.1Vmax,Vmax为驱动电路最高工作电压。
4.根据权利要求3所述的一种基于双向TVS的加速释放电路,其特征在于:所述的场效应管的漏-源击穿电压V(BR)DSS≥2VC(max)≥2.6V(BR),其中,VC(max)为最大箝位电压。
5.根据权利要求4所述的一种基于双向TVS的加速释放电路,其特征在于:所述的TVS管击穿电压的范围V(BR)=(1.3~1.5)Vmax,场效应管漏-源击穿电压的范围V(BR)DSS=(3.4~4)Vmax。
6.一种基于双向TVS的加速释放方法,其特征在于包括如下步骤:
(1)将电阻R1一端接控制输入信号,另一端接场效应管G端、电阻R2,将场效应管D端、电阻R2另一端接地,将双向TVS管D1一端连接电源正端,另一端连接场效应管S端,将电磁阀与双向TVS管D1并联;
(2)打开场效应管Q1令电磁阀L通电,关闭场效应管Q1,使得电磁阀L断电并产生反向电动势,TVS管D1为高阻态,进而提升反向电动势;当反向电动势大于TVS管击穿电压时,TVS管导通,电磁阀电感L内能量在反向高电压下释放;
(3)当反向电动势小于TVS管D1击穿电压,使得TVS管D1重新为高阻态,关断电磁阀,完成基于双向TVS的加速释放。
7.根据权利要求6所述的一种基于双向TVS的加速释放电路,其特征在于:所述的电磁阀线圈为感性负载。
8.根据权利要求7所述的一种基于双向TVS的加速释放电路,其特征在于:所述的TVS管的击穿电压其中,VRWM为最大反向工作电压,且VRWM≥1.1Vmax,Vmax为驱动电路最高工作电压。
9.根据权利要求8所述的一种基于双向TVS的加速释放电路,其特征在于:所述的场效应管的漏-源击穿电压V(BR)DSS≥2VC(max)≥2.6V(BR),其中,VC(max)为最大箝位电压。
10.根据权利要求9所述的一种基于双向TVS的加速释放电路,其特征在于:所述的TVS管击穿电压的范围V(BR)=(1.3~1.5)Vmax,场效应管漏-源击穿电压的范围V(BR)DSS=(3.4~4)Vmax。
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