CN108538536A - 一种基于双向tvs的加速释放电路及方法 - Google Patents

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马兵兵
张红霞
方磊
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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

一种基于双向TVS的加速释放电路及方法
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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