CN115765708A - 一种可工作于宽电压范围的开关量输入采集电路 - Google Patents
一种可工作于宽电压范围的开关量输入采集电路 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115765708A CN115765708A CN202211498352.5A CN202211498352A CN115765708A CN 115765708 A CN115765708 A CN 115765708A CN 202211498352 A CN202211498352 A CN 202211498352A CN 115765708 A CN115765708 A CN 115765708A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- resistor
- diode
- switching value
- type mosfet
- acquisition circuit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
- Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes
Landscapes
- Electronic Switches (AREA)
Abstract
本发明公开了一种可工作于宽电压范围的开关量输入采集电路，包括由电阻R1、N沟道耗尽型MOSFET管V4、电阻R4、光电耦合器D1和稳压二极管V5串联组成的第一开关量输入采集电路，以及由防反接二极管V1、电阻R3、电阻R4与光电耦合器D1和稳压二极管V5串联组成的第二开关量输入采集电路；本发明具有输入电压电源范围宽、驱动电流稳定、消耗功率低、体积小的特点，特别适用于开关电器控制设备。
Description
技术领域
本发明属于开关电器控制设备技术领域，涉及一种可工作于宽电压范围的开关量输入采集电路，特别适用于开关电器类设备开关量输入信号的采集。
背景技术
开关电器类控制设备需要采集开关电器各种状态信号，这些信号都是以开关量输入至控制设备。
在大多数应用场合中，开关类设备的控制电源电压幅值范围很宽，可能导致部分开关量输入采集电路无法在全电压范围内正常采集开关电器的状态信号。
因此需要设计一种开关量输入隔离采集电路，以满足开关电器产品幅压供电电源工况下实现开关电器状态信号隔离采集的要求。
发明内容
本发明的目的是是提供一种可工作于宽电压范围的开关量输入采集电路，能够在电源电压为DC24V～110V电压等级内可靠采集开关量状态，在该电压范围内以相对稳定的电流驱动光电耦合器D1，实现宽电压范围内的开关量输入信号隔离采集。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种可工作于宽电压范围的开关量输入采集电路，包括由电阻R1、N沟道耗尽型MOSFET管V4、电阻R4、光电耦合器D1和稳压二极管V5串联组成的第一开关量输入采集电路，以及由防反接二极管V1、电阻R3、电阻R4与光电耦合器D1和稳压二极管V5串联组成的第二开关量输入采集电路；所述电阻R1一端连接防反接二极管V1的阴极，另一端同时接N沟道耗尽型MOSFET管V4的漏极和P沟道增强型MOSFET管V3的栅极，电阻R2一端连接防反接二极管V1的阴极，另一端连接P沟道增强型MOSFET管V3的源极，电阻R3一端连接至防反接二极管V1的阴极，另一端连接电阻R4和N沟道耗尽型MOSFET管V4的源极，N沟道耗尽型MOSFET管V4的栅极和电阻R4另一端连接于光电耦合器D1输入级二极管的阳极，即电阻R4连接于N沟道耗尽型MOSFET管V4的栅极与源极之间，光电耦合器D1输入二极管的阴极连接稳压二极管V5的阴极，稳压二极管V5的阳极和P沟道增强型MOSFET管V3的漏极分别连接至电源负极VCC-，光电耦合器D1输出端正极连接电阻R5，电阻R5另一端连接至隔离侧电源正极VDD，光电耦合器D1的输出级并联电容C1，输出开关量信号DIN。
所述的一种可工作于宽电压范围的开关量输入采集电路，还包括由瞬态抑制二极管V2组成的浪涌抑制电路，所述的瞬态抑制二极管V2阴极与防反接二极管V1的阳极通过开关SW1连接电源正极VCC+，瞬态抑制二极管V2阳极连接至电源负极VCC-。
所述的一种可工作于宽电压范围的开关量输入采集电路，电压升高过程中，N沟道耗尽型MOSFET管V4由饱和区进入可变电阻区最终进入截至区，电流经防反接二极管V1、电阻R1、MOSFET管V4、电阻R4流入光电耦合器D1输入端，并流经稳压二极管V5，电流同时流经电阻R3、电阻R4，共同驱动光电耦合器D1导通；电压较低时，N沟道耗尽型MOSFET管V4工作在饱和区，电流也可流经电阻R3、N沟道耗尽型MOSFET管V4、电阻R4流入光电耦合器D1输入端，并流经稳压二极管V5，驱动光电耦合器D1导通。
本发明的有益效果是：使用P沟道增强型MOSFET管V3代替传统电阻作为N沟道耗尽型MOSFET管V4的负载形成完整的MOSFET放大电路，利用P沟道增强型MOSFET管V3的导通特性，使其工作在可变电阻区和截止区，动态调整电阻值，避免使用大功率电阻，降低负载电路功耗，利用N沟道耗尽型MOSFET管在未施加驱动电压时处于导通状态，并随着电压升高逐渐转移至可变电阻区和截止区的特性，在较宽电压范围内实现回路电阻的动态调节，动态调整开关量采集电路电流，使回路电流始终保持在光电耦合器D1输入级推荐工作电流范围内。
本发明具有输入电压电源范围宽、驱动电流稳定、消耗功率低、体积小的特点，特别适用于开关电器控制设备。
附图说明
图1为本发明实施例的电路原理图。
具体实施方式
为进一步说明本发明的目的和技术方案，下面将结合附图的具体实施例对本发明作进一步详细说明。
参照图1所示，本发明公开的一个实施例，一种可工作于宽电压范围的开关量输入采集电路，包括电源正极引出端VCC+和电源负极引出端VCC-，以及瞬态抑制二极管V2组成的浪涌抑制电路，以及二极管V1组成的防电源反接电路。
电阻R1、N沟道耗尽型MOSFET管V4、电阻R4、光电耦合器D1和稳压二极管V5串联组成第一开关量输入采集电路，防反接二极管V1、电阻R3、电阻R4与光电耦合器D1和稳压二极管V5串联组成第二开关量输入采集电路。开关量无源节点串接于开关量采集电路中。
所述电阻R1一端连接防反接二极管V1的阴极，另一端同时接N沟道耗尽型MOSFET管V4的漏极和P沟道增强型MOSFET管V3的栅极，电阻R2一端连接防反接二极管V1的阴极，另一端连接P沟道增强型MOSFET管V3的源极，电阻R3一端连接防反接二极管V1的阴极，另一端连接电阻R4和N沟道耗尽型MOSFET管V4的源极，N沟道耗尽型MOSFET管V4的栅极和电阻R4另一端连接于光电耦合器D1输入级二极管的阳极，即电阻R4连接于N沟道耗尽型MOSFET管V4的栅极与源极之间，光电耦合器D1输入二极管的阴极连接稳压二极管V5的阴极，稳压二极管V5的阳极和P沟道增强型MOSFET管V3的漏极分别连接至电源负极VCC-，光电耦合器D1输出端正极连接电阻R5，电阻R5另一端连接至隔离侧电源正极VDD，光电耦合器D1的输出级并联电容C1，输出开关量信号DIN。
上述器件的功能如下：开关SW1提供开关量输入干接点信号。以下分析开关SW1闭合时电路的工作状况。
当电源VCC电压很低时，稳压二极管V5不导通，开关量输入采集电路不工作。稳压二极管V5提高了电路工作电压阈值，起到防误触发的功能。稳压二极管V5的稳压值须比电路最低工作电压低3V左右。
工作过程中N沟道耗尽型MOSFET管V4工作于可变电阻区，工作于可变电阻区的P沟道增强型MOSFET管V3作为MOSFET管V4的负载，电阻R2作为P沟道增强型MOSFET管V3的负载；电压升高过程中，N沟道耗尽型MOSFET管V4由饱和区进入可变电阻区，电流经防反接二极管V1、电阻R1、N沟道耗尽型MOSFET管V4、电阻R4流入光电耦合器D1输入端，并流经稳压二极管V5，电流同时流经电阻R1、电阻R2，共同驱动光电耦合器D1导通。当电压继续升高到使N沟道耗尽型MOSFET管V4截止时，N沟道耗尽型MOSFET管V4进入截止区，无法导通电流。电流经V1、电阻R3、电阻R4流入光电耦合器D1输入端，并流经稳压二极管V5，驱动D1导通。
电压较低时，N沟道耗尽型MOSFET管V4工作在饱和区，此时V4导通电阻很低，电流流经电阻R3、N沟道耗尽型MOSFET管V4、电阻R4流入光电耦合器D1输入端，并流经稳压二极管V5，驱动光电耦合器D1导通。稳压二极管V5提高电路的导通阈值，提高电路抗干扰能力。
电源VCC电压升高至最低工作电压以上时，由于此时电源VCC电压值仍较低，而电阻R3阻值很大，流经防反接二极管V1、电阻R3、电阻R4、光电耦合器D1、稳压二极管V5回路的电流很小，远小于光电耦合器D1的输入端最小工作电流，不足以驱动光电耦合器D1导通。由于N沟道耗尽型MOSFET管V4的特性，MOSFET管在此时导通，且N沟道耗尽型MOSFET管V4此时导通电阻很小，电阻R1、电阻R4阻值也较小，故此时流经R1、V4、R4、光电耦合器D1、V5的电流达到驱动D1导通的条件，第一开关量采集电路驱动光电耦合器D1输出开关量信号。此时，电流流经电阻R1，形成P沟道增强型MOSFET管V3的栅极驱动电压，P沟道增强型MOSFET管V3工作在可变电阻区，作为N沟道耗尽型MOSFET管V4的可变负载。电阻R2作为P沟道增强型MOSFET管V3的负载，为V3的漏极电流提供通路。
电源电压继续升高时，流经R1、V4、R4、D1、V5的电流增加，电阻R4两端电压升高，N沟道耗尽型MOSFET管V4栅源驱动电压值反向增加，N沟道耗尽型MOSFET管V4工作在可变电阻区的导通电阻增大，第一开关量采集电路电流逐渐降低；由于电压逐渐上升，电阻R3、R4的阻值固定，故流经R3、R4、D1、V5的第二开关量采集电路电流逐渐上升。第一开关量采集电路和第二开关量采集电路电流共同流入光电耦合器D1,驱动光电耦合器D1导通，输出开关量信号。随着电阻R4两端电压继续升高，N沟道耗尽型MOSFET管V4截止，R1、V4、R4、D1、V5电流通路截止。此时流经R1的电流截止，V3驱动电压基本为0，V3截止。
电源电压继续升高，此时第一开关量采集电路电流截止，防反接二极管V1、电阻R3、电阻R4、光电耦合器D1、稳压二极管V5组成的第二开关量采集电路电流已达到单独驱动D1导通的条件，驱动D1输出开关量信号。
本发明电路中器件参数满足以下关系：电源VCC电压高时，（VCCH-VV1- VV5）/（R3+R4）＞ID1F，即电源流经V1、R3、R4、V5形成的电流能够驱动D1导通；电源VCC电压低时，（VCCL-VV1- VV5）/（R1+R4）＞ID1F，即电源流经V1、R1、V4、R4、V5形成的电流能够驱动D1导通；当D1导通时，流经电阻R4的电流应能产生V4栅极驱动电压导通阈值的电压值，即R4×ID1F≈VVGS4th；流经电阻R1的电流应能产生V3栅极驱动电压导通阈值的电压值，即R1×ID1F≈VVGS3th。
电路具体描述如下：N沟道耗尽型MOSFET管V4作为可变电阻在不同电压等级调节第一开关量采集电路电流，使元件始终工作在低功耗工况下，方便元件选型。N沟道耗尽型MOSFET作为可变电阻在无驱动电压且漏源极之间有电压时呈导通状态。在SW1开关导通瞬间时刻，N沟道耗尽型MOSFET管V4导通。
所述的P沟道耗尽型MOSFET管V3工作在可变电阻区，作为V4的可变电阻负载。第一开关量采集电路导通时有电流流经R1，在P沟道增强型MOSFET管V3栅源极之间形成驱动电压，驱动P沟道增强型MOSFET管V3导通并工作于可变电阻区。P沟道增强型MOSFET管V3作为N沟道耗尽型MOSFET管V4的负载，形成完整的MOSFET放大电路。
电源电压VCC仍不够高时，R1两端电压未达到N沟道耗尽型MOSFET管V4的夹断电压，V4此时仍工作于可变电阻区。VCC电压升高，则R4两端电压升高，V4栅极驱动电压反向增大，V4导通电阻逐渐增大。回路电压升高伴随着回路电阻增大，因此流经光电耦合器D1的电流逐渐减小。此时电阻R1两端电压之间减小，导致V3导通电阻逐渐增大，流经V3的电流降低，降低V3管的功耗。
当电源电压上升至电阻R4两端电压接近N沟道耗尽型MOSFET管V4的夹断电压时，V4导通电阻迅速增大，此时流经第一开关量采集电路的电流较小，不足以单独驱动光电耦合器D1。此时流经第二开关量采集电路的电流逐渐增大，第一开关量采集电路和第二开关量采集电路的电流共同驱动光电耦合器D1导通，输出开关量信号。
如果此时电源电压VCC过高，则流经电阻R4产生的电压升高，V4的栅极驱动电压达到V4的夹断电压，V4工作状态由可变电阻区转移至截止区，此时V4截止，第一开关量采集电路无电流通路。同时R1与R2两端均无电流回路，V3栅极与源极之间电位相等，V3无法达到导通条件，V3也处于截止状态。电源电压VCC施加于第二开关量采集电路，并产生足以驱动光电耦合器D1导通的电流，输出开关量信号。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (4)
1.一种可工作于宽电压范围的开关量输入采集电路，其特征在于：包括由电阻R1、N沟道耗尽型MOSFET管V4、电阻R4、光电耦合器D1和稳压二极管V5串联组成的第一开关量输入采集电路，以及由防反接二极管V1、电阻R3、电阻R4与光电耦合器D1和稳压二极管V5串联组成的第二开关量输入采集电路；所述电阻R1一端连接防反接二极管V1的阴极，另一端同时接N沟道耗尽型MOSFET管V4的漏极和P沟道增强型MOSFET管V3的栅极，电阻R2一端连接防反接二极管V1的阴极，另一端连接P沟道增强型MOSFET管V3的源极，电阻R3一端连接至防反接二极管V1的阴极，另一端连接电阻R4和N沟道耗尽型MOSFET管V4的源极，N沟道耗尽型MOSFET管V4的栅极和电阻R4另一端连接于光电耦合器D1输入级二极管的阳极，光电耦合器D1输入二极管的阴极连接稳压二极管V5的阴极，稳压二极管V5的阳极和P沟道增强型MOSFET管V3的漏极分别连接至电源负极VCC-，光电耦合器D1输出端正极连接电阻R5，电阻R5另一端连接至隔离侧电源正极VDD，光电耦合器D1的输出级并联电容C1，输出开关量信号DIN。
2.根据权利要求1所述的一种可工作于宽电压范围的开关量输入采集电路，其特征在于，还包括由瞬态抑制二极管V2组成的浪涌抑制电路，所述的瞬态抑制二极管V2阴极与防反接二极管V1的阳极通过开关SW1连接电源正极VCC+，瞬态抑制二极管V2阳极连接至电源负极VCC-。
3.根据权利要求2所述的一种可工作于宽电压范围的开关量输入采集电路，其特征在于，电压较低时，N沟道耗尽型MOSFET管V4工作在饱和区，电流流经电阻R1、N沟道耗尽型MOSFET管V4、电阻R4流入光电耦合器D1输入端，并流经稳压二极管V5，驱动光电耦合器D1导通。
4.根据权利要求2所述的一种可工作于宽电压范围的开关量输入采集电路，其特征在于，电压升高过程中，N沟道耗尽型MOSFET管V4由饱和区进入可变电阻区最终进入截至区，电流经防反接二极管V1、电阻R1、N沟道耗尽型MOSFET管V4、电阻R4流入光电耦合器D1输入端，并流经稳压二极管V5，电流同时流经电阻R3、电阻R4，共同驱动光电耦合器D1导通。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211498352.5A CN115765708A (zh) | 2022-11-28 | 2022-11-28 | 一种可工作于宽电压范围的开关量输入采集电路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211498352.5A CN115765708A (zh) | 2022-11-28 | 2022-11-28 | 一种可工作于宽电压范围的开关量输入采集电路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115765708A true CN115765708A (zh) | 2023-03-07 |
Family
ID=85338911
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211498352.5A Pending CN115765708A (zh) | 2022-11-28 | 2022-11-28 | 一种可工作于宽电压范围的开关量输入采集电路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115765708A (zh) |
-
2022
- 2022-11-28 CN CN202211498352.5A patent/CN115765708A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR900006538B1 (ko) | 전계효과 트랜지스터용 무변압기 구동회로 | |
| US6236122B1 (en) | Load drive device | |
| JP6419649B2 (ja) | ゲート駆動回路 | |
| EP2427964A2 (en) | High temperature gate drivers for wide bandgap semiconductor power jfets and integrated circuits including the same | |
| US5635867A (en) | High performance drive structure for MOSFET power switches | |
| US6909620B2 (en) | Inverter configurations with shoot-through immunity | |
| US5457419A (en) | MOSFET with temperature protection | |
| CN110971224B (zh) | 一种控制电路及无触点开关 | |
| CN113437858A (zh) | 智能功率模块驱动电路、智能功率模块及家电设备 | |
| US6466060B2 (en) | Switching device with separated driving signal input and driving circuit of the same | |
| JP2022051278A (ja) | 半導体装置 | |
| US20030179021A1 (en) | Drive control circuit for a junction field-effect transistor | |
| CN115765708A (zh) | 一种可工作于宽电压范围的开关量输入采集电路 | |
| US5952870A (en) | Circuit with hysteresis and method using same | |
| CN208285214U (zh) | 一种低功耗滞环驱动装置 | |
| CN101552598A (zh) | 切换式功率晶体管的栅极驱动电路 | |
| CN113261201A (zh) | 用于优化共栅共源放大器关闭的装置 | |
| CN110798199A (zh) | Mos管驱动电路 | |
| CN115314038A (zh) | 基于SiC功率器件的门级缓冲电路 | |
| CN114421946A (zh) | 一种低反向导通压降的耗尽型功率器件的直驱电路 | |
| CN111725978A (zh) | 具有负压关断和串扰抑制功能的SiC MOSFET栅极驱动电路 | |
| US4571501A (en) | Electronic control circuit | |
| CN216873068U (zh) | 一种易于集成的D-Mode氮化镓功率管的驱动及电流检测电路 | |
| JP6102394B2 (ja) | 負荷駆動回路 | |
| TWI816218B (zh) | 閘極驅動設備及控制方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |