CN110971224B - 一种控制电路及无触点开关 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种控制电路及无触点开关，所述控制电路包括模拟开关芯片、控制元件和电压偏置电路，其中所述模拟开关芯片U1用以接收数字输入控制端输入的高电平或者低电平信号；所述控制元件接收所述模拟开关芯片U1的断开或者导通的状态信号以控制无触点开关的导通或关断状态；所述电压偏置电路用以使所述控制元件处于饱和导通状态，该控制电路实现了采用MOS管作开关元件时，在MOS管导通瞬间提供一个大脉冲电流，降低电路损耗，提高电路的稳定性。

Description

一种控制电路及无触点开关
技术领域
本发明涉及开关技术领域，尤其涉及一种控制电路及无触点开关。
背景技术
无触点开关，是一种由微控制器和电力电子器件组成的新型开关器件，依靠改变电路阻抗值，阶跃地改变负荷电流，从而完成电路的通断，由于无触点开关没有可运动的触头部件，所以导通或者关断时不会出现电弧或者火花，且动作迅速、使用寿命长、可靠性高。
随着无触点开关的广泛使用，传统无触点开关采用SCR(可控硅)作为开关元件，而SCR开关电路是电流控制电路，容易受噪声电流的影响且控制电路的能量损耗较大；使用MOS管作为开关元件时，MOS管输入阻抗大从而不易受噪声电流的影响，MOS管开关电路为电压控制电路且MOS管的导通压降很低从而控制电路的能量损耗较小，但是MOS管在导通的瞬间需要控制电路提供一个比较大的脉冲电流，但是传统的控制电路无法满足在开通的瞬间提供一个较大脉冲电流的条件。
发明内容
本发明提供的一种控制电路及无触点开关，解决了采用MOS管作为开关元件时，控制电路无法提供较大脉冲电流的问题，实现了采用MOS管作为开关元件时，在MOS管导通瞬间提供一个比较大脉冲电流，有效地降低了电路损耗，提高了电路的稳定性。
为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：
本发明提供一种控制电路，包括模拟开关芯片U1、控制元件和电压偏置电路，其中，通过所述模拟开关芯片U1的断开或者导通状态控制无触点开关的导通或关断状态；控制元件接收所述模拟开关芯片U1的信号以控制无触点开关的导通或关断状态；所述电压偏置电路用以使所述控制元件处于饱和导通状态。
进一步地，控制电路还包括限流电阻R2和限流电阻R3，用以限制流过所述控制元件的电流的大小。
进一步地，所述控制元件为第一三极管T1和第二三极管T2。
进一步地，所述第一三极管T1为PNP型三极管，所述第二三极管T2为NPN型三极管。
进一步地，所述电压偏置电路由第一稳压二极管D1、第一电阻R1和第二稳压二极管D2构成。
优选地，所述第一三极管T1的基极与第一电阻R1的第一端相连，同时所述第一三极管T1的基极与第一稳压二极管D1的阳极相连，所述第一三极管T1的发射极和第二电阻R2相连，所述第一三级管T1的集电极与模拟开关芯片U1的第三引脚相连；所述第二三极管T2的基极与电阻R1的第二端相连，同时所述第二三级管 T2的基极与第二稳压二极管D2的阴极相连，所述第二三极管T2的发射极与第三电阻R3相连，所述第二三极管T2的集电极与模拟开关芯片U1的第二引脚相连。
本发明另一方面提供一种无触点开关，包括所述的控制电路。
进一步地，所述电子开关电路为N-MOS场效应管开关电路。
进一步地，所述电子开关电路中，第一N-MOS管Q1的栅极连接所述模拟开关芯片U1的第三引脚，同时所述第一N-MOS管Q1的栅极连接所述第一三极管 T1的集电极，第一N-MOS管的漏极连接电源，第一N-MOS管Q1的源极与第二 N-MOS管Q2的源极相连；第二N-MOS管Q2的栅极与所述第一N-MOS管的栅极相连，所述第二N-MOS管Q2的源极与所述第一N-MOS管的源极相连，所述第二N-MOS管Q2的漏极连接负载。
有益技术效果：
1、本发明中提供一种控制电路，包括模拟开关芯片U1、控制元件和电压偏置电路，其中，通过所述模拟开关芯片U1的断开或者导通状态控制无触点开关的导通或关断状态；控制元件接收所述模拟开关芯片U1的信号以控制无触点开关的导通或关断状态；所述电压偏置电路用以使所述控制元件处于饱和导通状态，解决了传统控制电路无法在电子开关元件导通瞬间提供较大脉冲电流的问题，实现能够在电子元件导通瞬间提供较大脉冲电流，且能够有效降低电路损耗，提高电路稳定性。
2、本发明中，电子开关电路为N-MOS场效应管开关电路，所述N-MOS场效应管开关电路为电压控制电路，MOS管输入阻抗很大进而不易受噪声电流的影响，且MOS管的导通压降很低从而控制电路的能量损耗较小。
3、本发明中，无触点开关还包括电子开关电路，所述电子开关电路为双向导通电路，具有开关迅速、无放电和拉弧现象。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明实施例所述的一种无触点开关具体电路结构图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面结合附图对本发明的实施方式进行详细说明。
本发明提供一种控制电路，包括第一三极管T1、第二三极管T2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、稳压二极管D1、稳压二极管D2和模拟开关芯片U1，其中，第一稳压二极管D1、第一电阻R1和第二稳压二极管D2构成电压偏置电路，使得控制元件第一三极管T1和第二三极管T2处于饱和导通状态，具体地，第一三极管T1 的基极与第一电阻R1的第一端相连，同时第一三极管T1的基极与第一稳压二极管 D1的阳极相连，第一三极管T1的发射极和第二电阻R2相连，第一三级管T1的集电极与模拟开关芯片U1的第三引脚相连；
作为本发明的一个实施例，第二三极管T2的基极与电阻R1的第二端相连，同时第二三级管T2的基极与第二稳压二极管D2的阴极相连，第二三极管T2的发射极与第三电阻R3相连，第二三极管T2的集电极与模拟开关芯片U1的第二引脚相连。
作为本实施例的优选技术方案，第一三极管T1为PNP型三极管，PNP型三极管，是由2块P型半导体中间夹着1块N型半导体所组成的三极管，PNP型三极管是由空穴在基区运动并放大信号，PNP型三极管管的发射结要正偏，基区的电压要比发射区的电压要低，而集电极要使多数载流子空穴通过，集电区的电压要比基区的要低；第二三极管T2为NPN型三极管，NPN型三极管由三块半导体构成，其中两块N型和一块P型半导体组成，P型半导体在中间，两块N型半导体在两侧。
本发明另一方面还提供一种无触点开关，包括如前面的控制电路。
作为本发明的一个实施例，无触点开关还包括电子开关电路，电子开关电路为双向导通电路，电子开关电路为N-MOS场效应管开关电路，N-MOS场效应管开关电路为电压控制电路，利用N-MOS管作为电子开关元件，N-MOS管输入阻抗很大从而不易受噪声电流的影响，且N-MOS管的导通压降很低从而控制电路的能量损耗较小。
作为本实施例的优选技术方案，电子开关电路中第一N-MOS管Q1的栅极连接模拟开关芯片U1的第三引脚，同时第一N-MOS管Q1的栅极连接第一三极管 T1的集电极，第一N-MOS管的漏极连接电源，第一N-MOS管Q1的源极与第二 N-MOS管Q2的源极相连；第二N-MOS管Q2的栅极与所述第一N-MOS管的栅极相连，所述第二N-MOS管Q2的源极与所述第一N-MOS管的源极相连，第二 N-MOS管Q2的漏极连接负载，优选地，负载为数字源表。
作为本发明的一个实施例，模拟开关芯片U1的型号为ADG413，模拟开关主要是完成信号链路中的信号切换功能，采用MOS管的开关方式实现对信号链路关断或者打开，模拟开关是一种三稳态电路，可以根据选通端的电平，决定输入端与输出端的状态，当选通端处在选通状态时，输出端的状态取决于输入端的状态，当选通端处于截止状态时，则不管输入端电平如何，输出端都呈现高阻状态。
本发明的一个实施例一种无触点开关的工作原理为：第一稳压二极管D1、第一电阻R1和第二稳压二极管D2构成电压偏置电路，使得第一三极管T1和第二三极管T2处于饱和导通状态，当数字控制输入端Vin输入高电平“1”时，模拟开关芯片U1处于断开状态，而第一三极管T1的集电极处于高电压状态(设计大于10V)则控制N-MOS管栅极电压为高电压，第一N-MOS管Q1处于导通状态，第二N-MOS管也处于导通状态，这样开关电路就处于导通状态；当数字控制输入端Vin输入低电平时，模拟开关芯片U1处于导通状态，而第一三极管 T1的集电极处于低电压状态(设计小于-10V)，则第一N-MOS管Q1的栅极和第二N-MOS管Q2的栅极电压为负电压，则第一N-MOS管Q1和第二N-MOS管 Q2处于关断状态，则开关电路就处于关断状态。
以上的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种控制电路，其特征在于，包括：
模拟开关芯片U1，用以接收数字输入控制端输入的高或者低电平信号；
控制元件，接收所述模拟开关芯片U1的断开或者导通的状态信号以控制无触点开关的导通或关断状态；
电压偏置电路，所述电压偏置电路用以使所述控制元件处于饱和导通状态；所述电压偏置电路由第一稳压二极管D1、第一电阻R1和第二稳压二极管D2构成；
控制电路还包括第一电阻R2和第一电阻R3，用以限制流过所述控制元件的电流的大小；所述控制元件为第一三极管T1和第二三极管T2；
所述第一三极管T1的基极与第一电阻R1的第一端相连，同时所述第一三极管T1的基极与第一稳压二极管D1的阳极相连，所述第一三极管T1的发射极和第二电阻R2的一端相连，第一稳压二极管D1的阴极以及第二电阻R2的另一端连接电源端正极+Vcc，所述第一三极管T1的集电极与模拟开关芯片U1的第三引脚相连；所述第二三极管T2的基极与电阻R1的第二端相连，同时所述第二三极管T2的基极与第二稳压二极管D2的阴极相连，所述第二三极管T2的发射极与第三电阻R3的一端相连，第二稳压二极管D2的阳极以及第三电阻R3的另一端连接电源端负极-Vcc，所述第二三极管T2的集电极与模拟开关芯片U1的第二引脚相连；所述模拟开关芯片U1的第一引脚为选通端，第二引脚为输入端，第三引脚为输出端。
2.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述第一三极管T1为PNP型三极管，所述第二三极管T2为NPN型三极管。
3.一种无触点开关，其特征在于，包括电子开关电路以及如权利要求1或2所述的控制电路。
4.根据权利要求3所述的无触点开关，其特征在于，所述电子开关电路为N-MOS场效应管开关电路。
5.根据权利要求4所述的无触点开关，其特征在于，所述电子开关电路中，第一N-MOS管Q1的栅极连接所述模拟开关芯片U1的第三引脚，同时所述第一N-MOS管Q1的栅极连接所述第一三极管T1的集电极，第一N-MOS管的漏极连接电源，第一N-MOS管Q1的源极与第二N-MOS管Q2的源极相连；第二N-MOS管Q2的栅极与所述第一N-MOS管的栅极相连，所述第二N-MOS管Q2的漏极连接负载。
6.根据权利要求5所述的无触点开关，其特征在于，所述电子开关电路为双向导通电路。
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