CN111367338B - 一种基于反馈控制的自复式开关电路及控制方法 - Google Patents
一种基于反馈控制的自复式开关电路及控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于反馈控制的自复式开关电路，其包括有PMOS管、输入光耦、输出光耦、自复位开关和控制器，PMOS管的源极与栅极之间通过依次串联的第一分压电阻和第一限流电阻连接，第一分压电阻和第一限流电阻的连接点通过第二分压电阻连接于输入光耦的输出端集电极，输入光耦的输入端阳极连接高电位，输入光耦的输入端阴极连接于控制器，输出光耦的输入端阳极连接于电源输出端，自复位开关串接于输出光耦的输入端阴极与输入光耦的输出端发射极之间，输出光耦的输出端集电极还连接于控制器，输出光耦的输出端发射极接地。本发明可应用于大电流环境、有助于减小开关电路的体积、能够在异常通断电时减少浪涌冲击、能防止负载设备非自主上下电。
Description
技术领域
本发明涉及开关控制电路，尤其涉及一种基于反馈控制的自复式开关电路及控制方法。
背景技术
现有技术中，常见的自锁式电源开关电路，多数通过两个触点的常开或常闭来实现电源的关断或接入，这种通断控制方式存在如下三个主要缺点：
首先，当电流过大时，考虑限流要求，致使电路体积非常大，不方便安装和使用；其次，在电源出现停电、跳闸等异常现象时会发生掉电的情况，当电路上电恢复后，处于导通状态的自锁式开关会使负载设备立刻上电，此时供电线路上的浪涌会对设备产生较大的不良影响，特别是当异常情况反复出现时，将使得负载设备频繁地非自主上下电，严重影响设备寿命；此外，现有的自锁式电源开关无法实现程控关机，难以满足应用需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种可应用于大电流环境、有助于减小开关电路的体积、能够在异常通断电时减少浪涌冲击、能防止负载设备非自主上下电的基于反馈控制的自复式开关电路及控制方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。
一种基于反馈控制的自复式开关电路，其包括有PMOS管、输入光耦、输出光耦、自复位开关和控制器，所述PMOS管的源极作为电源输入端，所述PMOS管的漏极作为电源输出端，所述PMOS管的源极与栅极之间通过依次串联的第一分压电阻和第一限流电阻连接，所述第一分压电阻和第一限流电阻的连接点通过第二分压电阻连接于所述输入光耦的输出端集电极，所述输入光耦的输出端发射极接地，所述输入光耦的输入端阳极连接高电位，所述输入光耦的输入端阴极连接于控制器，所述输出光耦的输入端阳极连接于电源输出端，所述自复位开关串接于所述输出光耦的输入端阴极与所述输入光耦的输出端发射极之间，所述输出光耦的输出端集电极通过上拉电阻连接于高电位，所述输出光耦的输出端集电极还连接于控制器，所述输出光耦的输出端发射极接地，当所述电源输入端上电且所述自复位开关按下时，所述输出光耦导通以令所述控制器获取上电指令，所述控制器向所述输入光耦的输入端阴极加载低电平信号，所述输入光耦随之导通以令所述电源输出端持续输出电压。
优选地，所述第二分压电阻与所述输入光耦的输出端集电极之间连接有第一二极管，所述第一二极管的阳极连接于所述第二分压电阻，所述第一二极管的阴极连接于所述输入光耦的输出端集电极。
优选地，所述输入光耦的输入端阳极通过第二限流电阻连接于高电位。
优选地，所述输出光耦的输入端阴极与所述自复位开关之间连接有第二二极管，所述第二二极管的阳极连接于所述输出光耦的输入端阴极，所述第二二极管的阴极连接于所述自复位开关。
优选地，所述输出光耦的输入端阳极通过第三限流电阻连接于电源输出端。
优选地，所述控制器的电源端连接于高电位。
优选地，所述电源输出端输出的电压经过一LDO稳压器处理后形成高电位。
优选地，所述控制器包括MCU及其外围电路。
一种基于反馈控制的自复式开关电路控制方法，所述自复式开关电路包括有PMOS管、输入光耦、输出光耦、自复位开关和控制器，所述PMOS管的源极作为电源输入端，所述PMOS管的漏极作为电源输出端，所述PMOS管的源极与栅极之间通过依次串联的第一分压电阻和第一限流电阻连接，所述第一分压电阻和第一限流电阻的连接点通过第二分压电阻连接于所述输入光耦的输出端集电极，所述输入光耦的输出端发射极接地，所述输入光耦的输入端阳极连接高电位，所述输入光耦的输入端阴极连接于控制器，所述输出光耦的输入端阳极连接于电源输出端，所述自复位开关串接于所述输出光耦的输入端阴极与所述输入光耦的输出端发射极之间，所述输出光耦的输出端集电极通过上拉电阻连接于高电位，所述输出光耦的输出端集电极还连接于控制器，所述输出光耦的输出端发射极接地，所述方法包括：当所述电源输入端上电且所述自复位开关断开时，所述PMOS管、所述输入光耦和输出光耦均关断，所述电源输出端无电压输出；当所述电源输入端上电且所述自复位开关按下时，所述电源输入端通过PMOS管、输出光耦的输入侧和自复位开关对地构成回路，并通过所述第一分压电阻和第一限流电阻驱使所述PMOS管导通，所述输出光耦随之导通，所述控制器获取到上电指令并向所述输入光耦的输入端阴极加载低电平信号，所述输入光耦导通以令所述电源输出端输出电压；当所述自复位开关再次断开时，所述电源输入端通过所述第一分压电阻、第二分压电阻和输入光耦的输出侧对地构成回路，所述PMOS管保持导通，所述控制器保持上电状态并持续向所述输入光耦的输入端阴极加载低电平信号，以令所述电源输出端持续输出电压。
优选地，所述控制器包括MCU及其外围电路，通过对所述MCU进行编程处理，以令所述MCU在获取到所述输出光耦输出的上电指令后，持续向所述输入光耦的输入端阴极加载低电平信号。
本发明公开的基于反馈控制的自复式开关电路，在上电初始需要手动闭合所述自复位开关，并在所述控制器的控制作用下，使得所述电源输出端有持续的电压输出，特别是当电源输入端异常掉电时，所述自复式开关电路停止输出电压，当电源输入端再次上电时，仍需用户手动闭合所述自复位开关才能实现电压输出，从而防止负载设备非自主上下电，有效减少了异常上、掉电时的浪涌冲击，以避免影响负载设备的使用寿命，同时，相比现有技术中采用常开、常闭触点的开关电路而言，本发明无需克服较大浪涌的限流部件，致使本发明具有较小的电路体积，适合应用于电源开关控制等电路环境中。
附图说明
图1为本发明自复式开关电路的原理图；
图2为本发明自复式开关电路的信号流向示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作更加详细的描述。
本发明公开了一种基于反馈控制的自复式开关电路，结合图1和图2所示，其包括有PMOS管Q1、输入光耦U2、输出光耦U1、自复位开关S1和控制器，所述PMOS管Q1的源极作为电源输入端VCCIN，所述PMOS管Q1的漏极作为电源输出端VCC，所述PMOS管Q1的源极与栅极之间通过依次串联的第一分压电阻R2和第一限流电阻R1连接，所述第一分压电阻R2和第一限流电阻R1的连接点通过第二分压电阻R3连接于所述输入光耦U2的输出端集电极，所述输入光耦U2的输出端发射极接地，所述输入光耦U2的输入端阳极连接高电位3.3V，所述输入光耦U2的输入端阴极连接于控制器，所述输出光耦U1的输入端阳极连接于电源输出端VCC，所述自复位开关S1串接于所述输出光耦U1的输入端阴极与所述输入光耦U2的输出端发射极之间，所述输出光耦U1的输出端集电极通过上拉电阻R6连接于高电位3.3V，所述输出光耦U1的输出端集电极还连接于控制器，所述输出光耦U1的输出端发射极接地，当所述电源输入端VCCIN上电且所述自复位开关S1按下时，所述输出光耦U1导通以令所述控制器获取上电指令，所述控制器向所述输入光耦U2的输入端阴极加载低电平信号，所述输入光耦U2随之导通以令所述电源输出端VCC持续输出电压。
上述自复式开关电路，其适合应用于电源输入端VCCIN经常上电、掉电的电路环境，其工作原理为：当所述电源输入端VCCIN上电，同时所述自复位开关S1断开时，所述PMOS管Q1、所述输入光耦U2和输出光耦U1均关断，此时，所述电源输出端VCC无电压输出；当所述电源输入端VCCIN上电，同时所述自复位开关S1按下时，所述电源输入端VCCIN通过PMOS管Q1、输出光耦U1的输入侧和自复位开关S1对地构成回路，再通过所述第一分压电阻R2和第一限流电阻R1为所述PMOS管Q1的栅极加载导通电压，使得PMOS管Q1和所述输出光耦U1随之导通，此时，所述控制器获取到上电指令，并向所述输入光耦U2的输入端阴极加载低电平信号，以驱使所述输入光耦U2导通，此时所述电源输出端VCC有电压输出；电路启动后，当所述自复位开关S1再次断开时，所述电源输入端VCCIN通过所述第一分压电阻R2、第二分压电阻R3和输入光耦U2的输出侧对地构成回路，此时，所述PMOS管Q1保持导通，所述控制器保持上电状态，并持续向所述输入光耦U2的输入端阴极加载低电平信号，使得所述电源输出端VCC持续输出电压。
基于上述原理可以得出，本发明自复式开关电路在上电初始需要手动闭合所述自复位开关S1，并在所述控制器的控制作用下，使得所述电源输出端VCC有持续的电压输出，特别是当电源输入端VCCIN异常掉电时，所述自复式开关电路停止输出电压，当电源输入端VCCIN再次上电时，仍需用户手动闭合所述自复位开关S1才能实现电压输出，从而防止负载设备非自主上下电，有效减少了异常上、掉电时的浪涌冲击，以避免影响负载设备的使用寿命，同时，相比现有技术中采用常开、常闭触点的开关电路而言，本发明无需克服较大浪涌的限流部件，致使本发明具有较小的电路体积，适合应用于电源开关控制等电路环境中。
本实施例中，所述第一分压电阻R2、第一限流电阻R1和第二分压电阻R3的作用在于，通过所述第一分压电阻R2和第二分压电阻R3进行分压处理，可以为所述PMOS管Q1设置一个合理的开启电压VGS；所述第一限流电阻R1起到限流作用，用于为所述PMOS管Q1的开关动作设置短暂延时，具体过程为，经过所述第一限流电阻R1的电流到达所述PMOS管Q1的栅极，为其内部的电容充电，直到电压只达到开启电压VGS，所述PMOS管Q1才能将源级和漏极导通，其中，所述第一限流电阻R1的阻值越大，则充电电流越小，所述PMOS管Q1导通的延时就越长、导通速度越慢，反之亦然。
为了抑制所述输入光耦U2输出侧的反向电流，本实施例中，所述第二分压电阻R3与所述输入光耦U2的输出端集电极之间连接有第一二极管D1，所述第一二极管D1的阳极连接于所述第二分压电阻R3，所述第一二极管D1的阴极连接于所述输入光耦U2的输出端集电极。
为了对输入光耦U2的输入侧起到限流保护作用，本实施例中，所述输入光耦U2的输入端阳极通过第二限流电阻R4连接于高电位3.3V。
为了抑制所述输出光耦U1的输入侧的反向电流，本实施例中，所述输出光耦U1的输入端阴极与所述自复位开关S1之间连接有第二二极管D2，所述第二二极管D2的阳极连接于所述输出光耦U1的输入端阴极，所述第二二极管D2的阴极连接于所述自复位开关S1。
为了对输出光耦U1的输入侧起到限流保护作用，本实施例中，所述输出光耦U1的输入端阳极通过第三限流电阻R5连接于电源输出端VCC。
作为一种优选方式，所述控制器的电源端连接于高电位3.3V。进一步地所述电源输出端VCC输出的电压经过一LDO稳压器处理后形成高电位3.3V。
本实施例中，所述控制器包括MCU及其外围电路。
为了更好地描述本发明的技术方案，本发明还公开了一种基于反馈控制的自复式开关电路控制方法，其特征在于，所述自复式开关电路包括有PMOS管Q1、输入光耦U2、输出光耦U1、自复位开关S1和控制器，所述PMOS管Q1的源极作为电源输入端VCCIN，所述PMOS管Q1的漏极作为电源输出端VCC，所述PMOS管Q1的源极与栅极之间通过依次串联的第一分压电阻R2和第一限流电阻R1连接，所述第一分压电阻R2和第一限流电阻R1的连接点通过第二分压电阻R3连接于所述输入光耦U2的输出端集电极，所述输入光耦U2的输出端发射极接地，所述输入光耦U2的输入端阳极连接高电位3.3V，所述输入光耦U2的输入端阴极连接于控制器，所述输出光耦U1的输入端阳极连接于电源输出端VCC，所述自复位开关S1串接于所述输出光耦U1的输入端阴极与所述输入光耦U2的输出端发射极之间，所述输出光耦U1的输出端集电极通过上拉电阻R6连接于高电位3.3V，所述输出光耦U1的输出端集电极还连接于控制器，所述输出光耦U1的输出端发射极接地，所述方法包括：
当所述电源输入端VCCIN上电且所述自复位开关S1断开时，所述PMOS管Q1、所述输入光耦U2和输出光耦U1均关断，所述电源输出端VCC无电压输出；
当所述电源输入端VCCIN上电且所述自复位开关S1按下时，所述电源输入端VCCIN通过PMOS管Q1、输出光耦U1的输入侧和自复位开关S1对地构成回路，并通过所述第一分压电阻R2和第一限流电阻R1驱使所述PMOS管Q1导通，所述输出光耦U1随之导通，所述控制器获取到上电指令并向所述输入光耦U2的输入端阴极加载低电平信号，所述输入光耦U2导通以令所述电源输出端VCC输出电压；
当所述自复位开关S1再次断开时，所述电源输入端VCCIN通过所述第一分压电阻R2、第二分压电阻R3和输入光耦U2的输出侧对地构成回路，所述PMOS管Q1保持导通，所述控制器保持上电状态并持续向所述输入光耦U2的输入端阴极加载低电平信号，以令所述电源输出端VCC持续输出电压。
上述方法中，所述控制器包括MCU及其外围电路，通过对所述MCU进行编程处理，以令所述MCU在获取到所述输出光耦U1输出的上电指令后，持续向所述输入光耦U2的输入端阴极加载低电平信号。其中，因所述MCU为可编程控制器件，致使本发明可容易地实现程控关机，进而满足安全控制、人工介入的应用要求。
本发明公开的基于反馈控制的自复式开关电路及控制方法，其相比现有技术而言的有益效果在于，本发明降低了对开关电路体积、限流的要求，仅采用普通自复式开关即可实现，对开关电路的实际应用进行了较大改善；同时，当电源出现停电、跳闸等异常现象恢复后，电路在第一次关闭后需要人工按动自复位开关才可恢复上电，供电线路恢复瞬间的浪涌不会对负载设备产生影响，如若供电异常反复出现，也不会使负载设备频繁地非自主上下电，避免了影响设备的使用寿命；此外，本发明可以实现程控关机，当设备运行一段时间或者监测到设备工作异常时，能够实现程控关机，及时切断包括MCU在内的所有电源，从而起到保护作用。
以上所述只是本发明较佳的实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的技术范围内所做的修改、等同替换或者改进等，均应包含在本发明所保护的范围内。
Claims (10)
1.一种基于反馈控制的自复式开关电路，其特征在于，包括有PMOS管(Q1)、输入光耦(U2)、输出光耦(U1)、自复位开关(S1)和控制器，所述PMOS管(Q1)的源极作为电源输入端(VCCIN)，所述PMOS管(Q1)的漏极作为电源输出端(VCC)，所述PMOS管(Q1)的源极与栅极之间通过依次串联的第一分压电阻(R2)和第一限流电阻(R1)连接，所述第一分压电阻(R2)和第一限流电阻(R1)的连接点通过第二分压电阻(R3)连接于所述输入光耦(U2)的输出端集电极，所述输入光耦(U2)的输出端发射极接地，所述输入光耦(U2)的输入端阳极连接高电位，所述输入光耦(U2)的输入端阴极连接于控制器，所述输出光耦(U1)的输入端阳极连接于电源输出端(VCC)，所述自复位开关(S1)串接于所述输出光耦(U1)的输入端阴极与所述输入光耦(U2)的输出端发射极之间，所述输出光耦(U1)的输出端集电极通过上拉电阻(R6)连接于高电位，所述输出光耦(U1)的输出端集电极还连接于控制器，所述输出光耦(U1)的输出端发射极接地，当所述电源输入端(VCCIN)上电且所述自复位开关(S1)按下时，所述输出光耦(U1)导通以令所述控制器获取上电指令，所述控制器向所述输入光耦(U2)的输入端阴极加载低电平信号，所述输入光耦(U2)随之导通以令所述电源输出端(VCC)持续输出电压。
2.如权利要求1所述的基于反馈控制的自复式开关电路，其特征在于，所述第二分压电阻(R3)与所述输入光耦(U2)的输出端集电极之间连接有第一二极管(D1)，所述第一二极管(D1)的阳极连接于所述第二分压电阻(R3)，所述第一二极管(D1)的阴极连接于所述输入光耦(U2)的输出端集电极。
3.如权利要求1所述的基于反馈控制的自复式开关电路，其特征在于，所述输入光耦(U2)的输入端阳极通过第二限流电阻(R4)连接于高电位。
4.如权利要求1所述的基于反馈控制的自复式开关电路，其特征在于，所述输出光耦(U1)的输入端阴极与所述自复位开关(S1)之间连接有第二二极管(D2)，所述第二二极管(D2)的阳极连接于所述输出光耦(U1)的输入端阴极，所述第二二极管(D2)的阴极连接于所述自复位开关(S1)。
5.如权利要求1所述的基于反馈控制的自复式开关电路，其特征在于，所述输出光耦(U1)的输入端阳极通过第三限流电阻(R5)连接于电源输出端(VCC)。
6.如权利要求1所述的基于反馈控制的自复式开关电路，其特征在于，所述控制器的电源端连接于高电位。
7.如权利要求1所述的基于反馈控制的自复式开关电路，其特征在于，所述电源输出端(VCC)输出的电压经过一LDO稳压器处理后形成高电位。
8.如权利要求1所述的基于反馈控制的自复式开关电路，其特征在于，所述控制器包括MCU及其外围电路。
9.一种基于反馈控制的自复式开关电路控制方法，其特征在于，所述自复式开关电路包括有PMOS管(Q1)、输入光耦(U2)、输出光耦(U1)、自复位开关(S1)和控制器，所述PMOS管(Q1)的源极作为电源输入端(VCCIN)，所述PMOS管(Q1)的漏极作为电源输出端(VCC)，所述PMOS管(Q1)的源极与栅极之间通过依次串联的第一分压电阻(R2)和第一限流电阻(R1)连接，所述第一分压电阻(R2)和第一限流电阻(R1)的连接点通过第二分压电阻(R3)连接于所述输入光耦(U2)的输出端集电极，所述输入光耦(U2)的输出端发射极接地，所述输入光耦(U2)的输入端阳极连接高电位，所述输入光耦(U2)的输入端阴极连接于控制器，所述输出光耦(U1)的输入端阳极连接于电源输出端(VCC)，所述自复位开关(S1)串接于所述输出光耦(U1)的输入端阴极与所述输入光耦(U2)的输出端发射极之间，所述输出光耦(U1)的输出端集电极通过上拉电阻(R6)连接于高电位，所述输出光耦(U1)的输出端集电极还连接于控制器，所述输出光耦(U1)的输出端发射极接地，所述方法包括：
当所述电源输入端(VCCIN)上电且所述自复位开关(S1)断开时，所述PMOS管(Q1)、所述输入光耦(U2)和输出光耦(U1)均关断，所述电源输出端(VCC)无电压输出；
当所述电源输入端(VCCIN)上电且所述自复位开关(S1)按下时，所述电源输入端(VCCIN)通过PMOS管(Q1)、输出光耦(U1)的输入侧和自复位开关(S1)对地构成回路，并通过所述第一分压电阻(R2)和第一限流电阻(R1)驱使所述PMOS管(Q1)导通，所述输出光耦(U1)随之导通，所述控制器获取到上电指令并向所述输入光耦(U2)的输入端阴极加载低电平信号，所述输入光耦(U2)导通以令所述电源输出端(VCC)输出电压；
当所述自复位开关(S1)再次断开时，所述电源输入端(VCCIN)通过所述第一分压电阻(R2)、第二分压电阻(R3)和输入光耦(U2)的输出侧对地构成回路，所述PMOS管(Q1)保持导通，所述控制器保持上电状态并持续向所述输入光耦(U2)的输入端阴极加载低电平信号，以令所述电源输出端(VCC)持续输出电压。
10.如权利要求9所述的基于反馈控制的自复式开关电路控制方法，其特征在于，所述控制器包括MCU及其外围电路，通过对所述MCU进行编程处理，以令所述MCU在获取到所述输出光耦(U1)输出的上电指令后，持续向所述输入光耦(U2)的输入端阴极加载低电平信号。
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