CN108599747B

CN108599747B - 双信号通断控制电路及系统

Info

Publication number: CN108599747B
Application number: CN201810311270.2A
Authority: CN
Inventors: 闫军政
Original assignee: BEIJING KEYTONE ELECTRONIC RELAY CORP
Current assignee: BEIJING KEYTONE ELECTRONIC RELAY CORP
Priority date: 2018-04-09
Filing date: 2018-04-09
Publication date: 2022-06-28
Anticipated expiration: 2038-04-09
Also published as: CN108599747A

Abstract

本发明实施例公开了一种双信号通断控制电路。所述电路包括：通断控制器件、常闭型控制开关、以及第一电阻；所述第一电阻的第一端与第一控制信号输入端相连，所述第一电阻的第二端分别与所述常闭型控制开关的信号输入端和所述通断控制器件的控制端相连；所述常闭型控制开关的控制端与第二控制信号输入端相连，所述常闭型控制开关的信号输出端与所述通断控制器件的信号输出端相连；其中，所述第一控制信号以及所述第二控制信号用于共同配合控制所述通断控制器件的导通或者截止。本发明实施例优化了现有的通断控制电路，降低误触发通断控制器件的风险，提高通断控制电路的抗干扰性。

Description

双信号通断控制电路及系统

技术领域

本发明实施例涉及通断控制器件保护技术，尤其涉及一种双信号通断控制电路及系统。

背景技术

随着电力电子技术的发展，固态继电器、固态功率控制器或者开关类器件由于其小型化、易于普及等特点，广泛应用于控制电路中。

通常来说，固态继电器、固态功率控制器或者开关类器件均采用两端控制方式或三端方式(偏置端、控制端、接地端)，并采用单一控制信号来实现开关的切换功能。但这类控制器件往往在使用时由于误触发控制信号而产生安全隐患，因此在应用中需要对该类控制器件进行抗干扰设计。

目前，已广泛应用的抗干扰技术有控制端悬空，控制端短路和串、并联冗余设计等方式，可起到一定的防护作用，但是仍然存在一定的缺陷，主要表现在：1、控制端无论悬空还是短路，由于器件都是单一信号控制，如果存在空间干扰或强电磁脉冲干扰，仍有可能导致产品误触发；2、串、并联冗余设计的方式有较好的抗干扰性能，但是会造成增加设计复杂度，增加尺寸、重量以及成本，并且在强电磁脉冲情况下仍有的误触发风险。

发明内容

本发明实施例提供了一种双信号通断控制电路及系统，以优化现有的通断控制电路，降低误触发通断控制器件的风险，提高通断控制电路的抗干扰性。

第一方面，本发明实施例提供了一种双信号通断控制电路，包括：

通断控制器件、常闭型控制开关、以及第一电阻；

所述第一电阻的第一端与第一控制信号输入端相连，所述第一电阻的第二端分别与所述常闭型控制开关的信号输入端和所述通断控制器件的控制端相连；

所述常闭型控制开关的控制端与第二控制信号输入端相连，所述常闭型控制开关的信号输出端与所述通断控制器件的信号输出端相连；

其中，所述第一控制信号以及所述第二控制信号用于共同配合控制所述通断控制器件的导通或者截止；所述通断控制器件的信号输入端，用于作为所述双信号通断控制电路的输入端，所述通断控制器件的信号输出端，用于作为所述双信号通断控制电路的输出端。

第二方面，本发明实施例还提供了一种双信号通断控制系统，包括：至少两个串联连接的，如本发明实施例任一所述的双信号通断控制电路；

其中，在相邻串联连接的两个所述双信号通断控制电路中，前一双信号通断控制电路中的通断控制器件的信号输出端，与后一双信号通断控制电路中的通断控制器件的信号输入端相连；

首位串联的通断控制器件的信号输入端，用于作为所述双信号通断控制系统的输入端，末位串联的通断控制器件的信号输出端，用于作为所述双信号通断控制系统的输出端。

本发明实施例通过设置两个控制信号输入端，并采用两个控制信号配合控制切换通断控制器件的通断，解决了现有技术中单一信号控制切换控制器件的通断导致误触发的问题，并通过不同电平信号、不同时序组合触发通断控制器件导通，实现加密控制通断控制器件，从而减少误触发的情况，提高通断控制电路的抗干扰能力，同时通过仅采用常闭型开关器件和电阻实现，简化电路的复杂度，降低成本。

附图说明

图1是本发明实施例一中的一种双信号通断控制电路的结构示意图；

图2是本发明实施例一中的一种双信号通断控制电路的结构示意图；

图3是本发明实施例二中的一种双信号通断控制系统的结构示意图；

图4是本发明实施例二中的一种双信号通断控制系统的结构示意图；

图5是本发明实施例二中的一种双信号通断控制系统的结构示意图；

图6是本发明实施例二中的一种双信号通断控制系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的一种双信号通断控制电路的结构示意图，本实施例可适用于使用通断控制器件切换负载通断的情况。如图1所示，本实施例中的双信号通断控制电路具体包括：

通断控制器件V1、常闭型控制开关K1、以及第一电阻R1；

其中，第一电阻R1的第一端与第一控制信号输入端Ic1相连，第一电阻R1的第二端分别与常闭型控制开关K1的信号输入端和通断控制器件V1的控制端相连；常闭型控制开关K1的控制端与第二控制信号输入端Ic2相连，常闭型控制开关K1的信号输出端与通断控制器件V1的信号输出端相连；

其中，第一控制信号输入端Ic1用于接收第一控制信号，第二控制信号输入端Ic2用于接收第二控制信号，第一控制信号以及第二控制信号用于共同配合控制通断控制器件V1的导通或者截止；通断控制器件V1的信号输入端，用于作为双信号通断控制电路的输入端IN1，通断控制器件V1的信号输出端，用于作为双信号通断控制电路的输出端OUT1。

具体的，通断控制器件V1可以是固态继电器、固态功率控制器或者开关类器件。更详细的是，开关类器件可以是增强型N型金属氧化物半导体场效应晶体管、NPN型三极管或者绝缘栅双极型晶体管。可选的，通断控制器件V1可以是增强型N型金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal Oxide Semiconductor Filed Effect Transistor，MOSFET)，通断控制器件V1的控制端即N沟道增强型MOSFET的栅极，通断控制器件V1的信号输入端即N沟道增强型MOSFET的漏极，通断控制器件V1的信号输出端即N沟道增强型MOSFET的源极。

常闭型控制开关K1的信号输入端与通断控制器件V1的控制端相连，常闭型控制开关K1的信号输出端与通断控制器件V1的信号输出端相连，能够在通断控制器件V1的控制端被误触发时，避免通断控制器件V1进入导通状态，也即通断控制器件V1仅在单一控制信号被误触发时，不会导通，从而实现提高通断控制电路的抗干扰能力。

具体的，常闭型控制开关K1可以是耗尽型N型金属氧化物半导体场效应晶体管，还可以是常闭型热敏电阻开关，甚至还可以是常闭型刀闸开关。可选的，常闭型控制开关K1是耗尽型N型金属氧化物半导体场效应晶体管，则常闭型控制开关K1的控制端即N沟道耗尽型MOSFET的栅极，常闭型控制开关K1的信号输入端即N沟道耗尽型MOSFET的漏极，常闭型控制开关K1的信号输出端即N沟道耗尽型MOSFET的源极。

需要说明的是，通断控制器件和常闭型控制开关可以根据实际需要选择，本发明实施例不做具体限制。

其中，控制信号可以是电信号，也可以是温度信号，或者可以是磁信号。具体的，控制信号的类型与接收该控制信号的控制端所连接的器件有关。如第一控制信号与通断控制器件V1匹配，当通断控制器件V1是N沟道增强型MOSFET时，第一控制信号是电压信号，更详细的是，当第一控制信号的电压值大于该N沟道增强型MOSFET的启动电压阈值时，该MOSFET才会导通，即通断控制器件V1导通。第二控制信号与常闭型控制开关K1匹配，若常闭型控制开关K1是N沟道耗尽型MOSFET，第二控制信号是电压信号，并当第二控制信号的电压值小于夹断电压时，该N沟道耗尽型MOSFET截止，即常闭型控制开关K1断开。

第一电阻R1串联连接在第一控制信号接收端Ic1与常闭型控制开关K1之间，能够在第一控制信号接收端Ic1接收到误触发的第一控制信号时，限制流向常闭型控制开关K1的电流，防止由于第一控制信号过大(如第一控制信号的电压值大于常闭型控制开关K1的击穿电压)导致常闭型控制开关K1被击穿，甚至毁坏，从而实现对常闭型控制开关K1的保护。

图1所示的双信号通断控制电路的工作过程具体是：双信号通断控制电路的输入端IN1连接电源，双信号通断控制电路的输出端OUT1连接负载，当第一控制信号输入端Ic1接收第一控制信号，且第二控制信号输入端Ic2接收第二控制信号时，通断控制器件V1导通，电源为负载供电，负载正常工作；当仅有第一控制信号输入端Ic1接收到第一控制信号时，使得通断控制器件V1的控制端接收到大于启动电压阈值的电压信号，但由于常闭型控制开关K1处于闭合状态，短接通断控制器件V1，通断控制器件V1仍处于截止状态，从而，有效避免了由于误触输入第一控制信号而导致第一控制信号输入端Ic1导通；当仅有第二控制信号输入端Ic2接收到第二控制信号时，常闭型控制开关K1断开，但由于通断控制器件V1的控制端没有信号输入，从而通断控制器件V1无法导通。其中，第一控制信号和第二控制信号的类型、时序等参数可以根据需要设置，本发明实施例不做具体限制。

需要说明的是，在电路中存在击穿电压的同时，相应的，电路中存在的电流被称为击穿电流。

一般来说，通断控制器件往往容易受到过电压、静电放电等外部因素而导致被击穿，其中，过电压可以是指通断控制器件所在的电路装配(即输入端接电源，输出端接负载)后，该电路存在的尖峰电压；而静电电压可以是指通断控制器件所在的电路装配(即输入端接电源，输出端接负载)前，该电路存在的尖峰电压。现有技术中可以采用并联瞬态抑制器件、压敏电阻、静电放电管等方式来防止控制器件的被击穿，但是仍然存在缺陷，具体表现为：会受到最大功率限制，当过压能量较大或者过压的情况较为频繁时，瞬态抑制器件可能会先损伤，逐渐失去保护作用，从而导致可靠性下降；而且会受到工艺影响，在温度循环、机械冲击或振动的混合应力下容易出现分层、短路等失效现象；同时在应用时，需要匹配用户的负载电压，即为了能够同时兼顾最大功率往往会将防护器件设计成体积过大的器件，不利于普及使用。

由此，在上述双信号通断控制电路的基础上，增加保护电路，提高双信号通断控制电路的可靠性，具体的，双信号通断控制电路还包括：稳压电路；

稳压电路的输入端与通断控制器件的信号输入端相连，稳压电路的输出端与通断控制器件的控制端相连；其中，稳压电路用于保持通断控制器件的信号输入端与通断控制器件的信号输出端之间的电压小于通断控制器件的击穿电压。

其中，稳压电路的主要功能是保持通断控制器件的信号输入端与通断控制器件的信号输出端之间的电压稳定，并稳定在小于通断控制器件的击穿电压的范围内，保证通断控制器件的导通和截止。因此，能够起到稳压作用的电路结构或电路元器件都可以作为稳压电路。具体的，稳压电路可以是稳压器，也可以是稳压管，或者还可以是由电容、二极管和电阻等多个器件构成的稳压电路。

图2是本发明实施例一中的一种双信号通断控制电路的结构示意图，在本发明的另一个可选的实施例中，如图2所示，稳压电路包括：第二电阻R2以及第一稳压管N2；第二电阻R2的第一端与通断控制器件V1的控制端相连，第二电阻R2的第二端与第一稳压管N2的正极端相连，第一稳压管N2的负极端与通断控制器件V1的信号输入端相连。

具体的，当第一稳压管N2在反向击穿时，即当电流从第一稳压管N2的负极端流向第一稳压管N2的正极端，且第一稳压管N2的负极端与第一稳压管N2的正极端的端电压的大小超过第一稳压管N2的击穿电压时，第一稳压管N2稳定电压等于击穿电压，同时，该击穿电压远远大于双信号通断控制电路的输入端IN1接收到的电源电压，且小于通断控制器件V1的击穿电压。也就是说，在有电源电压输入且误触发了第一控制信号的情况下，由于电源电压的电压值不足以击穿第一稳压管N2，即第一稳压管N2处于截止状态，从而，电源电压无法通过第一稳压管N2、第二电阻R2和常闭型控制开关K1向负载供电，从而能够在通断控制器件V1误触发时，防止电源在负载不需要供电时，向负载供电而引起安全问题；而且，当双信号通断控制电路中存在系统过压或静电电压的现象(此时通断控制器件V1是不工作状态)时，第一稳压管N2被击穿且电压稳定在击穿电压，而且第一稳压管N2和第二电阻R2并联在通断控制器件V1的信号输入端和信号输出端，从而，通断控制器件V1的信号输入端和信号输出端之间的电压，会稳定在远小于通断控制器件V1的击穿电压的电压范围内，从而，避免了通断控制器件V1被瞬时高压击穿的情况。

可选的，第一稳压管N2可以是单向稳压管也可以是双向稳压管。

其中，第二电阻R2是串联连接在第一稳压管N2与常闭型控制开关K1之间，能够在双信号通断控制电路中存在系统过压或静电电压的情况下，限制流向常闭型控制开关K1的电流，防止由于第一控制信号过大导致常闭型控制开关K1被击穿，从而实现对常闭型控制开关K1的保护。

通过设置稳压电路，保证通断控制器件的信号输入端与通断控制器件的信号输出端之间的电压小于通断控制器件的击穿电压，解决了现有技术中通断控制器件的防护器件可靠性低的问题，有效防止浪涌过压或静电放电等尖峰电压对通断控制器件和负载电路的损伤，保护通断控制器件不被瞬时高压击穿，同时仅通过稳压管和电阻实现保护通断控制器件，简化电路的复杂度，降低成本。

实施例二

在上述实施例一的基础上，本发明实施例二提供了一种双信号通断控制系统，如图3所示为一种双信号通断控制系统的结构示意图。如图3所示，一种双信号通断控制系统，具体包括：至少两个串联连接的，如本发明实施例一任一项的双信号通断控制电路；

其中，在相邻串联连接的两个双信号通断控制电路中，前一双信号通断控制电路中的通断控制器件的信号输出端，与后一双信号通断控制电路中的通断控制器件的信号输入端相连；

首位串联的通断控制器件的信号输入端，用于作为双信号通断控制系统的输入端IN1，末位串联的通断控制器件的信号输出端，用于作为双信号通断控制系统的输出端OUT1。

在本发明实施例中，通过串联多个双信号通断控制电路，实现通过多个通断控制器件控制电源向负载供电，同时通过针对每个通断控制器件，均采用两个控制信号控制切换通断控制器件的导通和截止，大大降低误触发引起危险的概率，大幅度提高通断控制电路的抗干扰性。

需要说明的是，前一双信号通断控制电路可以是除首位双信号通断控制电路和末位双信号通断控制电路以外的双信号通断控制电路；同时，后一双信号通断控制电路可以是除首位双信号通断控制电路和末位双信号通断控制电路以外的双信号通断控制电路。

图4是本发明实施例二提供的一种双信号通断控制系统，在本发明另一个可选的实施例中，如图4所示，双信号通断控制系统可以仅包括两个双信号通断控制电路。具体的，首位双信号通断控制电路中的通断控制器件的信号输出端OUT11，与末位双信号通断控制电路中的通断控制器件的信号输入端IN12相连；首位串联的通断控制器件的信号输入端IN11，作为双信号通断控制系统的输入端，末位串联的通断控制器件的信号输出端OUT12，作为双信号通断控制系统的输出端，且首位双信号通断控制电路和末位双信号通断控制电路采用的元器件可以相同(如通断控制器件V1的型号与通断控制器件V2的型号相同)。同时首位双信号通断控制电路由第一控制信号输入端Ic1和第二控制信号输入端Ic2配合控制通断控制器件V1的通断；末位双信号通断控制电路由第三控制信号输入端Ic3和第四控制信号输入端Ic4配合控制通断控制器件V2的通断。

通过串联两个双信号通断控制电路，实现两级控制电路、四个控制信号切换通断控制器件的通断，即仅在四个控制信号均起导通作用时，电源才可以为负载供电，从而降低误触发的风险，提高通断控制电路的抗干扰性。

图5是本发明实施例二提供的一种双信号通断控制系统，在本发明另一个可选的实施例中，如图5所示，双信号通断控制系统还包括：设置于相邻串联连接的双信号通断控制电路之间的双向保护电路；双向保护电路，用于与相邻串联连接的双信号通断控制电路形成双向导通电路，并保持相邻串联连接的双信号通断控制电路中的通断控制器件的信号输入端与通断控制器件的信号输出端之间的电压稳定。

具体的，双向保护电路的输入端用于分别与前一双信号通断控制电路的输出端、和后一双信号通断控制电路的输入端相连；双向保护电路的输出端OUT22用于作为接地端。

其中，双向保护电路的主要功能是保持双信号通断控制系统的输入端IN11与双向保护电路的输出端OUT22之间的电压稳定，同时保持双信号通断控制系统的输出端OUT12与双向保护电路的输出端OUT22之间的电压稳定。因此，能够在任意电流流向的情况下，均起到稳压作用的电路结构或电路元器件都可以作为双向保护电路。具体的，双向保护电路可以是双向稳压管。

图6是本发明实施例二提供的一种双信号通断控制系统，在本发明另一个可选的实施例中，如图6所示，双向保护电路，包括：第二稳压管N3第三稳压管N4、第四稳压管N5、第三电阻R5和电容C1；

其中，第二稳压管N3的负极端分别与第三电阻R5的第一端、和电容C1的第一端相连，第二稳压管N3的正极端与第三稳压管N4的正极端相连；第四稳压管N5的负极端分别与第三稳压管N4的负极端、和电容C1的第二端相连，第四稳压管N5的正极端与第三电阻R5的第二端相连；其中，第二稳压管N3的负极端，用于作为双向保护电路的输入端，第三稳压管N4的负极端，用于作为双向保护电路的输出端。

具体的，第二稳压管N3和第三稳压管N4串联连接，用于稳定第二稳压管N3的负极端与第三稳压管N4的负极端之间的电压，由于第二稳压管N3和第三稳压管N4是反向串联连接，当电路中存在击穿电流时，从而无论电流是从第二稳压管N3的负极端流向第三稳压管N4的负极端，还是从第三稳压管N4的负极端流向第二稳压管N3的负极端，都会使一个稳压管被击穿，使得第二稳压管N3的负极端与第三稳压管N4的负极端之间的电压稳定在击穿电压。

具体的，第四稳压管N5与第三电阻R5串联连接，用于限制第四稳压管N5与第三电阻R5所在支路的电流。

电容C1用于吸收电荷，即减少流过电容C1的电流，并当电路中存在瞬时高压时，能够平缓和抑制流过电容C1的电流的突变，从而减缓电容C1两端的电压的突变。

第二稳压管N3所在支路、第四稳压管N5所在支路和电容C1所在支路并联，共同配合平缓电路中存在的瞬时高压，以保护电路中的元器件。

其中，第二稳压管N3第三稳压管N4、第四稳压管N5可以是单向稳压管，也可以是双向稳压管，双向保护电路的输出端可以接地。

一般来说，当双信号通断控制系统的输入端和输出端均未连接电路元件时，即当双信号通断控制系统的输入端和输出端均悬空时，双信号通断控制系统的回路中可能会产生静电电压，例如，静电电压引起的电流的流向可能是从端口IN11流向端口OUT22，也有可能是从端口OUT22流向端口IN11；同时还可能是从端口OUT12流向端口OUT22，也有可能是从端口OUT22流向端口OUT12。从而针对上述情况中任意一种电流的流向，设置双向保护电路，实现双向保护电路均可以抑制前一双信号通断控制电路或后一双信号通断控制电路中的电流(电压)突变，从而保护双信号通断控制系统中各级双信号通断控制电路中的通断控制器件。

通过设置三条支路，针对存在的瞬时高压，采用多重防护来防止通断控制器件的被击穿，减少通断控制器件的被击穿的概率，同时仅由常闭型开关、稳压二极管、电阻和电容构成，结构简单、可靠性高、易于高度集成和批量生产。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims

1.一种双信号通断控制电路，其特征在于，包括：通断控制器件、常闭型控制开关、以及第一电阻；

其中，所述第一控制信号以及所述第二控制信号用于共同配合控制所述通断控制器件的导通或者截止；所述通断控制器件的信号输入端，用于作为所述双信号通断控制电路的输入端，所述通断控制器件的信号输出端，用于作为所述双信号通断控制电路的输出端；

所述第一电阻串联连接在所述第一控制信号接收端与所述常闭型控制开关之间；

所述双信号通断控制电路，还包括：稳压电路；

所述稳压电路的输入端与所述通断控制器件的信号输入端相连，所述稳压电路的输出端与所述通断控制器件的控制端相连；

其中，所述稳压电路用于保持所述通断控制器件的信号输入端与所述通断控制器件的信号输出端之间的电压小于所述通断控制器件的击穿电压；

所述稳压电路包括：第二电阻以及第一稳压管；

所述第二电阻的第一端与所述通断控制器件的控制端相连，所述第二电阻的第二端与所述第一稳压管的正极端相连，所述第一稳压管的负极端与所述通断控制器件的信号输入端相连；

所述第二电阻串联在所述第一稳压管与所述常闭型控制开关之间。

2.根据权利要求1所述的双信号通断控制电路，其特征在于，所述通断控制器件包括：固态继电器、固态功率控制器或者开关类器件。

3.根据权利要求2所述的双信号通断控制电路，其特征在于，所述开关类器件包括：增强型N型金属氧化物半导体场效应晶体管、NPN型三极管或者绝缘栅双极型晶体管。

4.根据权利要求3所述的双信号通断控制电路，其特征在于，所述常闭型控制开关包括：耗尽型N型金属氧化物半导体场效应晶体管。

5.一种双信号通断控制系统，其特征在于，包括：至少两个串联连接的，如权利要求1-4任一项所述的双信号通断控制电路；

6.根据权利要求5所述的双信号通断控制系统，其特征在于，还包括：设置于相邻串联连接的双信号通断控制电路之间的双向保护电路；

所述双向保护电路，用于与相邻串联连接的双信号通断控制电路形成双向导通电路，并保持相邻串联连接的双信号通断控制电路中的通断控制器件的信号输入端与所述通断控制器件的信号输出端之间的电压稳定。

7.根据权利要求6所述的双信号通断控制系统，其特征在于，所述双向保护电路，包括：第二稳压管、第三稳压管、第四稳压管、第三电阻和电容；

所述第二稳压管的负极端分别与所述第三电阻的第一端、和所述电容的第一端相连，所述第二稳压管的正极端与所述第三稳压管的正极端相连；

所述第四稳压管的负极端分别与所述第三稳压管的负极端、和所述电容的第二端相连，所述第四稳压管的正极端与所述第三电阻的第二端相连；

其中，所述第二稳压管的负极端，用于作为双向保护电路的输入端，所述第三稳压管的负极端，用于作为双向保护电路的输出端。

8.根据权利要求7所述的双信号通断控制系统，其特征在于，所述双向保护电路的输入端用于分别与前一双信号通断控制电路的输出端、和后一双信号通断控制电路的输入端相连；所述双向保护电路的输出端用于作为接地端。