CN115913204B - 一种电子开关及自动控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电子开关及自动控制电路。该电子开关应用于自动控制电路的负载开关，所述电子开关包括：MOS管开关电路，包括输入端、输出端和控制端；所述MOS管开关电路的通断用于控制负载电路的通断；栅极驱动电路，包括感测端、输入端、输出端、使能端和驱动信号输出端；所述栅极驱动电路用于根据其使能端的信号生成控制所述MOS管开关电路通断的驱动信号；电平转换电路，包括输入端和输出端；所述电平转换电路用于对所述开关控制信号进行电平转换。本发明实施提供的电子开关可以避免自动控制电路在工作中产生拉弧，进而避免对自动控制电路的影响。

Description

一种电子开关及自动控制电路

技术领域

本发明涉及自动控制技术领域，尤其涉及一种电子开关及自动控制电路。

背景技术

随着时代与技术的发展，自动控制开始大规模取代人工控制，自动控制与人工控制相比有具有反应迅速、判断准确等优势。

然而，在现有技术中，自动控制电路的负载开关大多是继电器。继电器在大电流负载的情况下容易发生拉弧的现象，对自动控制电路造成影响。

发明内容

本发明提供了一种电子开关及自动控制电路，以解决继电器在在大电流负载的情况下容易发生拉弧的现象，对自动控制电路造成影响的问题。

根据本发明的一方面，提供了一种电子开关，应用于自动控制电路的负载开关，所述电子开关包括：

MOS管开关电路，包括输入端、输出端和控制端，所述MOS管开关电路的输入端作为所述电子开关的输入端，所述MOS管开关电路的输出端作为所述电子开关的输出端；所述MOS管开关电路的通断用于控制负载电路的通断；

栅极驱动电路，包括感测端、输入端、输出端、使能端和驱动信号输出端，所述栅极驱动电路的驱动信号输出端与所述MOS管开关电路的控制端电连接；所述栅极驱动电路的感测端与所述MOS管开关电路的输入端电连接；所述栅极驱动电路的输入端与所述MOS管开关电路的输入端电连接；所述栅极驱动电路的输出端与所述MOS管开关电路的输出端电连接；所述栅极驱动电路用于根据其使能端的信号生成控制所述MOS管开关电路通断的驱动信号；

电平转换电路，包括输入端和输出端，所述电平转换电路的输入端作为所述电子开关的控制端，接入开关控制信号；所述电平转换电路的输出端与所述栅极驱动电路的使能端电连接；所述电平转换电路用于对所述开关控制信号进行电平转换。

可选地，所述MOS管开关电路包括：MOS管；

所述MOS管的栅极与所述MOS管开关电路的控制端电连接，所述MOS管的第一极与所述MOS管开关电路的输入端电连接，所述MOS管的第二极与所述MOS管开关电路的输出端电连接。

可选地，所述MOS管为NMOS管；所述MOS的第一极为漏极，所述MOS管的第二极为源极。

可选地，所述栅极驱动电路还包括驱动芯片、第一电阻和第二电阻，所述驱动芯片包括感测引脚、输入引脚、输出引脚、使能引脚和驱动信号输出引脚；所述第一电阻串联于所述驱动芯片的感测引脚和所述栅极驱动电路的感测端之间；所述驱动芯片的输入引脚与所述栅极驱动电路的输入端电连接；所述第二电阻串联于所述驱动芯片的输出引脚和所述栅极驱动电路的输出端之间；所述驱动芯片的使能引脚与所述栅极驱动电路的使能端电连接；所述驱动芯片的驱动信号输出引脚与所述栅极驱动电路的驱动信号输出端电连接。

可选地，所述栅极驱动电路还包括：过压保护端、欠压锁定端和定时端；所述栅极驱动电路的过压保护端和欠压锁定端均与所述MOS管开关电路的输入端电连接；所述栅极驱动电路的定时端接地。

可选地，所述驱动芯片还包括过压保护引脚、欠压锁定引脚和定时引脚；所述栅极驱动电路还包括：第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻和第一电容；

所述第三电阻的第一端与所述驱动芯片的过压保护引脚电连接，所述第三电阻的第二端接地；所述第四电阻的第一端与所述第三电阻的第一端电连接，所述第四电阻的第二端与所述栅极驱动电路的过压保护端电连接；

所述第五电阻的第一端与所述驱动芯片的欠压锁定引脚电连接，所述第五电阻的第二端接地；所述第六电阻的第一端与所述第五电阻的第一端电连接，所述第六电阻的第二端与所述栅极驱动电路的欠压锁定端电连接；所述第一电容的第一端与所述驱动芯片的定时引脚电连接，所述第一电容的第二端接地。

可选地，所述电平转换电路包括：反相器芯片和第七电阻；所述反相器芯片包括输入引脚和输出引脚；

所述第七电阻的第一端接入第一电源电压，所述第七电阻的第二端与所述反相器芯片的输入引脚电连接，所述反相器芯片的输入引脚还与所述电平转换电路的输入端电连接；所述反相器芯片的输出引脚与所述栅极驱动电路的使能端电连接。

可选地，该电子开关还包括电路板、输入端子、输出端子、控制端子和接地端子；所述MOS管开关电路、所述栅极驱动电路、所述电平转换电路、所述输入端子、所述输出端子、所述控制端子和所述接地端子均设置于所述电路板上；其中，所述输入端子作为所述电子开关的输入端，所述输出端子作为所述电子开关的输出端，所述控制端子作为所述电子开关的控制端，所述接地端子作为所述电子开关的接地端。

根据本发明的另一方面，提供了一种自动控制电路，包括以上任一实施例所述的电子开关。

本发明实施例的技术方案通过MOS管开关电路、栅极驱动电路以及电平转换电路间的配合工作实现电子开关的导通与关断。电平转换电路、MOS管开关电路均与栅极驱动电路连接。电平转换电路对接收的电平信号进行转换处理并将处理后的电平信号发送至栅极驱动电路。栅极驱动电路接收到电平转换电路发送的反向电平信号时，生成驱动信号并发送至MOS管开关电路。MOS管开关电路依据该驱动信号导通电子开关。本发明实施例的电子开关可以避免自动控制电路在工作中产生拉弧，进而避免对自动控制电路的影响。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种电子开关的电路结构示意图；

图2是本发明实施例提供的另一种电子开关的电路结构示意图；

图3是本发明实施例提供的又一种电子开关的电路结构示意图；

图4是本发明实施例提供的又一种电子开关的电路结构示意图；

图5是本发明实施例提供的又一种电子开关的电路结构示意图；

图6是本发明实施例提供的又一种电子开关的电路结构示意图；

图7是本发明实施例提供的一种电子开关的电路原理图；

图8是本发明实施例提供的一种电子开关的PCB的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

图1是本发明实施例提供的一种电子开关的电路结构示意图。本实施例可应用于自动控制电路的负载开关。参照图1，该电子开关100包括：

MOS管开关电路110，包括输入端111、输出端112和控制端113，MOS管开关电路110的输入端111作为电子开关的输入端101，MOS管开关电路110的输出端112作为电子开关100的输出端102；MOS管开关电路110的通断用于控制负载电路的通断。

栅极驱动电路120，包括感测端121、输入端122、输出端125、使能端123和驱动信号输出端124，栅极驱动电路120的驱动信号输出端124与MOS管开关电路110的控制端113电连接；栅极驱动电路120的感测端121与MOS管开关电路110的输入端111电连接；栅极驱动电路120的输入端122与MOS管开关电路110的输入端111电连接；栅极驱动电路120的输出端125与MOS管开关电路110的输出端112电连接；栅极驱动电路120用于根据其使能端123的信号生成控制MOS管开关电路110通断的驱动信号。

电平转换电路130，包括输入端131和输出端132，电平转换电路130的输入端131作为电子开关的控制端103，接入开关控制信号；电平转换电路130的输出端132与栅极驱动电路120的使能端123电连接；电平转换电路130用于对开关控制信号进行电平转换。

具体地，电子开关100是指利用电子电路以及电力电子器件实现电路通断的运行单元，至少包括一个可控的电子驱动器件。当电子开关100的控制端103接收到上级电路的电平信号时，电子开关100中的电平转换电路130对该电平信号进行转换处理，以使电平信号的电压与栅极驱动电路120的电压匹配。当栅极驱动电路120的使能端123接收到电平转换电路130发送的电平信号时，栅极驱动电路120随即生成驱动信号，并将该驱动信号发送至MOS管开关电路110。除此以外，栅极驱动电路120还可以对输入以及输出的电压进行检测。当MOS管开关电路110接收到栅极驱动电路120发送的驱动信号时，MOS管开关电路110的输入端111与输出端112间的连接导通。此时，电子开关100的输入端101与输出端102间的连接也随之导通。当电子开关100的控制端103没有接收到上级电路的电平信号时，极驱动电路120不在生成驱动信号，MOS管开关电路110也随即关断输入端111与输出端112间的连接。此时，电子开关100的输入端101与输出端102间的连接也随之关断。由于电子开关100并非实体开关，因此它在导通与关断时不会产生拉弧现象。

本发明实施例通过MOS管开关电路110、栅极驱动电路120以及电平转换电路130间的配合工作实现电子开关100的导通与关断。电平转换电路、MOS管开关电路均与栅极驱动电路连接。电平转换电路130对接收的电平信号进行转换处理并将处理后的电平信号发送至栅极驱动电路120。栅极驱动电路120接收到电平转换电路130发送的反向电平信号时，生成驱动信号并发送至MOS管开关电路110。MOS管开关电路110依据该驱动信号导通电子开关100。本发明实施例的电子开关可以避免自动控制电路在工作中产生拉弧，进而避免对自动控制电路的影响。

图2是本发明实施例提供的另一种电子开关的电路结构示意图。可选地，参照图2，MOS管开关电路110包括：MOS管；

MOS管的栅极与MOS管开关电路110的控制端113电连接，MOS管的第一极与MOS管开关电路110的输入端111电连接，MOS管的第二极与MOS管开关电路110的输出端112电连接。

具体地，当电子开关100的控制端103接收到上级电路的电平信号时，电子开关100中的电平转换电路130对该电平信号进行转换处理，以使电平信号的电压与栅极驱动电路120的电压匹配。当栅极驱动电路120的使能端123接收到电平转换电路130发送的反向电平信号时，栅极驱动电路120随即生成驱动信号，并将该驱动信号发送至MOS管开关电路110。除此以外，栅极驱动电路120还可以对输入以及输出的电压进行检测。当MOS管开关电路110接收到栅极驱动电路120发送的驱动信号时，MOS管地栅极接收到电压信号，MOS管的第一极与第二极间的连接导通。此时，电子开关100的输入端101与输出端102间的连接也随之导通。

可选地，MOS管为NMOS管；MOS的第一极为漏极，MOS管的第二极为源极。

图3是本发明实施例提供的又一种电子开关的电路结构示意图。可选地，参照图3，栅极驱动电路120还包括驱动芯片140、第一电阻R1和第二电阻R2，驱动芯片140包括感测引脚141、输入引脚142、输出引脚145、使能引脚143和驱动信号输出引脚144；第一电阻R1串联于驱动芯片140的感测引脚141和栅极驱动电路120的感测端121之间；驱动芯片140的输入引脚142与栅极驱动电路120的输入端122电连接；第二电阻R2串联于驱动芯片140的输出引脚152和栅极驱动电路120的输出端125之间；驱动芯片140的使能引脚143与栅极驱动电路120的使能端123电连接；驱动芯片140的驱动信号输出引脚144与栅极驱动电路120的驱动信号输出端124电连接。

具体地，当驱动芯片140的使能引脚143接收到电平转换电路130发送的反向电平信号时，驱动芯片140随即生成驱动信号，并将该驱动信号发送至MOS管开关电路110。驱动芯片140的感测引脚141对开关电路100的输入端101的输入电压进行检测；驱动芯片140的输出引脚145对开关电路100的输出端102的输出电压进行检测，第一电阻R1和第二电阻R2为限流电阻，当驱动芯片140被击穿时感测引脚141和/或输出引脚145直接接地，此时，上级电路的正负两极直接连接，造成短路。第一电阻R1和第二电阻R2可以避免驱动芯片140被击穿时上级电路发生短路的情况。

图4是本发明实施例提供的又一种电子开关的电路结构示意图。可选地，参照图4，栅极驱动电路120还包括：过压保护端126、欠压锁定端127和定时端128；栅极驱动电路120的过压保护端126和欠压锁定端127均与MOS管开关电路110的输入端111电连接；栅极驱动电路120的定时端128接地。

具体地，栅极驱动电路120的过压保护端126用于在栅极驱动电路120的输入端122的输入电压超过预定的最大值时断开输入端122与电子开关100的输入端101间的连接。栅极驱动电路120的欠压锁定端127用于在栅极驱动电路120的输入端122的输入电压低于预定的最小值时断开输入端122与电子开关100的输入端101间的连接。

图5是本发明实施例提供的又一种电子开关的电路结构示意图。可选地，参照图5，驱动芯片140还包括过压保护引脚146、欠压锁定引脚147和定时引脚148；栅极驱动电路120还包括：第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6和第一电容C1；

第三电阻R3的第一端与驱动芯片140的过压保护引脚147电连接，第三电阻R3的第二端接地；第四电阻R4的第一端与第三电阻R3的第一端电连接，第四电阻R4的第二端与栅极驱动电路120的过压保护端127电连接；

第五电阻R5的第一端与驱动芯片140的欠压锁定引脚148电连接，第五电阻R5的第二端接地；第六电阻R6的第一端与第五电阻R5的第一端电连接，第六电阻R6的第二端与栅极驱动电路120的欠压锁定端128电连接；第一电容C1的第一端与驱动芯片140的定时引脚148电连接，第一电容C1的第二端接地。

具体地，第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6均为分压电阻。由于电子开关100输入的电压高于驱动芯片140所需的工作电压，因此设置分压电阻以降低输入的电压，使驱动芯片140工作在安全电压范围内。电容C1为滤波电容，电容C1可以将外界的干扰信号滤除。

图6是本发明实施例提供的又一种电子开关的电路结构示意图。可选地，参照图6，电平转换电路130包括：反相器芯片150和第七电阻R7；反相器芯片150包括输入引脚151和输出引脚152；

第七电阻R7的第一端接入第一电源电压160，第七电阻R7的第二端与反相器芯片150的输入引脚151电连接，反相器芯片150的输入引脚151还与电平转换电路130的输入端131电连接；反相器芯片150的输出引脚152与栅极驱动电路120的使能端123电连接。

具体地，当反相器芯片150的输入引脚151接收到上级电路的电平信号时，反相器芯片150对该电平信号进行转换处理，并将处理后的电平信号发送至栅极驱动电路120的使能端123。第七电阻R7为上拉电阻，第七电阻R7将输入的上级电路的电平信号钳位在高电平。

图7是本发明实施例提供的一种电子开关的电路原理图。参照图7，该电子开关100还包括：第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4，电子开关100的工作过程如下：

示例性地，电子开关100的输入端101的电压为12V，电子开关100的输出端102的电压为12V；电子开关100中的反向器芯片150的工作电压为5V。当反相器芯片150的输入引脚151接收到上级电路的电平信号时，反相器芯片150对该电平信号进行转换处理，并将处理后的电平信号发送至驱动芯片140的使能引脚143。当驱动芯片140的使能引脚143接收到反相器芯片150发送的反向电平信号时，驱动芯片140随即生成驱动信号，并将该驱动信号发送至MOS管的栅极。除此以外，驱动芯片140还可以对输入以及输出的电压进行检测。当MOS管的栅极接收到驱动芯片140发送的驱动信号时，MOS管的漏极与源极间的连接导通。此时，电子开关100的输入端101与输出端102间的连接也随之导通。需要说明的是，电子开关100的最大负载电压为12V，最大负载电流为30A。

图8是本发明实施例提供的一种电子开关的PCB的结构示意图。可选地，参照图1和图8，该电子开关100还包括电路板200、输入端子210、输出端子220、控制端子230和接地端子240；MOS管开关电路110、栅极驱动电路120、电平转换电路130、输入端子210、输出端子220、控制端子230和接地端子240均设置于电路板200上；其中，输入端子210作为电子开关100的输入端101，输出端子220作为电子开关100的输出端102，控制端子230作为电子开关100的控制端103，接地端子240作为电子开关100的接地端。

具体地，由于MOS管开关电路110、栅极驱动电路120、电平转换电路130、输入端子210、输出端子220、控制端子230和接地端子240均设置于电路板200上，这样的设置可以有效减小电子开关100的大小。示例性的，该电子开关100的PCB板的长宽均可以设置为15mm。需要说明的是，电子开关100的封装形式可以为PCB板封装，也可以为其它形式的封装，本实施例对此不作限制。

本发明实施例还提供了一种自动控制电路，该自动控制电路包括以上任意实施例提供的电子开关100。本实施例提供的自动控制电路具有以上任意实施例提供的电子开关100的有益效果，在此不再赘述。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电子开关，其特征在于，应用于自动控制电路的负载开关，所述电子开关包括：

MOS管开关电路，包括输入端、输出端和控制端，所述MOS管开关电路的输入端作为所述电子开关的输入端，所述MOS管开关电路的输出端作为所述电子开关的输出端；所述MOS管开关电路的通断用于控制负载电路的通断；

栅极驱动电路，包括感测端、输入端、输出端、使能端和驱动信号输出端，所述栅极驱动电路的驱动信号输出端与所述MOS管开关电路的控制端电连接；所述栅极驱动电路的感测端与所述MOS管开关电路的输入端电连接；所述栅极驱动电路的输入端与所述MOS管开关电路的输入端电连接；所述栅极驱动电路的输出端与所述MOS管开关电路的输出端电连接；所述栅极驱动电路用于根据其使能端的信号生成控制所述MOS管开关电路通断的驱动信号；

电平转换电路，包括输入端和输出端，所述电平转换电路的输入端作为所述电子开关的控制端，接入开关控制信号；所述电平转换电路的输出端与所述栅极驱动电路的使能端电连接；所述电平转换电路用于对所述开关控制信号进行电平转换。

2.根据权利要求1所述的电子开关，其特征在于，所述MOS管开关电路包括：MOS管；

所述MOS管的栅极与所述MOS管开关电路的控制端电连接，所述MOS管的第一极与所述MOS管开关电路的输入端电连接，所述MOS管的第二极与所述MOS管开关电路的输出端电连接。

3.根据权利要求2所述的电子开关，其特征在于，所述MOS管为NMOS管；所述MOS的第一极为漏极，所述MOS管的第二极为源极。

4.根据权利要求1所述的电子开关，其特征在于，所述栅极驱动电路还包括驱动芯片、第一电阻和第二电阻，所述驱动芯片包括感测引脚、输入引脚、输出引脚、使能引脚和驱动信号输出引脚；所述第一电阻串联于所述驱动芯片的感测引脚和所述栅极驱动电路的感测端之间；所述驱动芯片的输入引脚与所述栅极驱动电路的输入端电连接；所述第二电阻串联于所述驱动芯片的输出引脚和所述栅极驱动电路的输出端之间；所述驱动芯片的使能引脚与所述栅极驱动电路的使能端电连接；所述驱动芯片的驱动信号输出引脚与所述栅极驱动电路的驱动信号输出端电连接。

5.根据权利要求4所述的电子开关，其特征在于，所述栅极驱动电路还包括：过压保护端、欠压锁定端和定时端；所述栅极驱动电路的过压保护端和欠压锁定端均与所述MOS管开关电路的输入端电连接；所述栅极驱动电路的定时端接地。

6.根据权利要求5所述的电子开关，其特征在于，所述驱动芯片还包括过压保护引脚、欠压锁定引脚和定时引脚；所述栅极驱动电路还包括：第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻和第一电容；

所述第三电阻的第一端与所述驱动芯片的过压保护引脚电连接，所述第三电阻的第二端接地；所述第四电阻的第一端与所述第三电阻的第一端电连接，所述第四电阻的第二端与所述栅极驱动电路的过压保护端电连接；

所述第五电阻的第一端与所述驱动芯片的欠压锁定引脚电连接，所述第五电阻的第二端接地；所述第六电阻的第一端与所述第五电阻的第一端电连接，所述第六电阻的第二端与所述栅极驱动电路的欠压锁定端电连接；所述第一电容的第一端与所述驱动芯片的定时引脚电连接，所述第一电容的第二端接地。

7.根据权利要求1所述的电子开关，其特征在于，所述电平转换电路包括：反相器芯片和第七电阻；所述反相器芯片包括输入引脚和输出引脚；

所述第七电阻的第一端接入第一电源电压，所述第七电阻的第二端与所述反相器芯片的输入引脚电连接，所述反相器芯片的输入引脚还与所述电平转换电路的输入端电连接；所述反相器芯片的输出引脚与所述栅极驱动电路的使能端电连接。

8.根据权利要求1所述的电子开关，其特征在于，还包括电路板、输入端子、输出端子、控制端子和接地端子；所述MOS管开关电路、所述栅极驱动电路、所述电平转换电路、所述输入端子、所述输出端子、所述控制端子和所述接地端子均设置于所述电路板上；其中，所述输入端子作为所述电子开关的输入端，所述输出端子作为所述电子开关的输出端，所述控制端子作为所述电子开关的控制端，所述接地端子作为所述电子开关的接地端。

9.一种自动控制电路，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的电子开关。

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