CN118281807A - 一种高压直流开关控制电路、方法及设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种高压直流开关控制电路、方法及设备，所述电路包括高压开关单元、供电单元、逻辑控制单元和放电保护单元，其中：高压开关单元包括驱动输入端、使能端、高压直流输入端和高压直流输出端，高压开关单元用于导通高压直流电的输入和输出，供电单元包括接收端、供电端和泄放端，供电单元用于输出电平信号至高压开关单元，逻辑控制单元包括若干个逻辑控制端、使能端和接地端，逻辑控制单元用于与供电单元组合控制所述高压开关单元的导通或断开，所述放电保护单元包括输入端和输出端，放电保护单元用于为供电单元提供泄放电路。本申请具有实现安全高效的高压直流开关控制的有益效果。

Description

一种高压直流开关控制电路、方法及设备

技术领域

本申请涉及开关领域，尤其涉及一种高压直流开关控制电路、方法及设备。

背景技术

高压直流输电相对于高压交流输电有许多优点，比如说直流线路造价低，同时直流输电的功率和能量损耗较小，对通信的干扰也较小。

但高压直流电开断一直是一个棘手的问题，一是因为直流电不像交流电那样有过零点，灭弧比较困难，二是直流回路的电感较大，吸收的能量比较大，三是直流电压过高，PMOS管或NMOS管（源级，栅极，漏级）都无法承受100V以上的高压直流电，无法作为高压直流电的开关使用，因此需要使用合适的器件来实现高压直流开关。

发明内容

本申请的目的是实现安全高效的高压直流开关控制。

本申请的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种高压直流开关控制电路，包括高压开关单元（1）、供电单元（2）、逻辑控制单元（3）和放电保护单元（4），其中：

所述高压开关单元（1）包括一个驱动输入端、一个使能端、一个高压直流输入端和一个高压直流输出端，所述驱动输入端用于接收所述供电单元（2）输出的电平信号，所述使能端连接所述逻辑控制单元（3），所述高压直流输入端用于接收高压直流信号的输入，所述高压直流输出端用于输出高压直流信号，所述高压开关单元（1）用于导通高压直流电的输入和输出；

所述供电单元（2）包括一个接收端、一个供电端和一个泄放端，所述接收端用于接收外部的直流信号源输出的电平信号，所述供电端用于输出所述电平信号至所述高压开关单元（1）的驱动输入端，所述泄放端用于所述电平信号输出至所述放电保护单元（4），所述供电单元（2）用于输出电平信号至所述高压开关单元（1）；

所述逻辑控制单元（3）包括若干个逻辑控制端、一个使能端和一个接地端，所述若干个逻辑控制端用于分别接收外部的不同电源信号输出的逻辑电平信号，所述逻辑控制单元（3）的使能端连接所述高压开关单元（1）的使能端，所述接地端连接地极，所述逻辑控制单元（3）用于与所述供电单元（2）组合控制所述高压开关单元（1）的导通或断开；

所述放电保护单元（4）包括一个输入端和一个输出端，所述输入端连接所述供电单元（2）的泄放端，所述输出端连接地极,所述放电保护单元（4）用于为所述供电单元（2）提供泄放电路。

通过采用上述技术方案，控制电磁阀的开通或断开，从而实现安全高效的高压直流开关控制。

可选的，所述高压开关单元（1）包括电磁阀（UL1），其中：

所述电磁阀（UL1）包括一个驱动输入端（VCC）、一个使能端（EN）、一个高压输入端（IN）和一个高压输出端（OUT），所述驱动输入端（VCC）连接所述供电单元（2）的供电端，所述使能端（EN）连接所述逻辑控制单元（3）的使能端，所述高压输入端（IN）连接高压直流信号，所述高压输出端（OUT）连接外部负载。

通过采用上述技术方案，接收驱动电压，通过电磁感应触发电磁铁，电磁铁通过磁力吸附开通高压输出电路，实现高压直流开关控制。

可选的，所述供电单元（2）包括电阻器（R1），所述电阻器（R1）的一端连接外部的直流信号源，所述电阻器（R1）的另一端分别连接所述电磁阀（UL1）的驱动输入端（VCC）和所述放电保护单元（4）的输入端。

通过采用上述技术方案，当供电电路导通时提供电磁阀开通需要的电压，当供电电路关断时将电压输出至放电保护单元，从而保护电路。

可选的，所述逻辑控制单元（3）包括电阻器（R2）、电阻器（R3）、三极管（Q1）和三极管（Q2），其中：

所述电阻器（R2）的一端连接外部的电源信号（PWR1），所述电阻器（R2）的另一端连接所述三极管（Q1）的基极，所述三极管（Q1）的集电极连接所述电磁阀（UL1）的使能脚（EN），所述三极管（Q1）的发射极连接所述三极管（Q2）的集电极；

所述电阻器（R3）的一端连接外部的电源信号（PWR2），所述电阻器（R2）的另一端连接所述三极管（Q2）的基极，所述三极管（Q2）发射极接地。

通过采用上述技术方案，接收对应的逻辑电平信号，从而控制供电电路的开通或断开。

可选的，所述逻辑控制单元还包括电阻器（R4），所述电阻器（R4）的一端连接所述三极管（Q1）的集电极，所述电阻器（R4）的另一端连接所述三极管（Q1）的发射极。

通过采用上述技术方案，根据实际情况调整开通供电电路所需要的逻辑电平信号。

可选的，所述放电保护单元（4）包括电容器（C1），所述电容器（C1）的一端连接所述电阻器（R2）的另一端，所述电容器（C1）的另一端接地。

通过采用上述技术方案，当当供电电路关断时将电压输出至地极，并通过电容器进行稳压，从而保护电路。

本申请另一方面，公开了一种高压直流开关控制方法，所述方法包括：

逻辑控制单元（3）获取外部的电源信号输出的逻辑电平信号；

所述逻辑控制单元（3）根据所述逻辑电平信号开通供电单元（2）经高压开关单元（1）和所述逻辑控制单元（3）到地的供电电路；

所述供电单元（2）接收外部的直流信号源输出的电平信号，所述电平信号经供电电路驱动所述高压开关单元（1）的电磁阀开启，从而开启高压输出电路；

高压直流电压经所述高压输出电路输出至需要高压直流电压输入的外部器件的供电端。

通过采用上述技术方案，实现安全高效的高压直流开关控制。

可选的，若所述供电电路处于断开状态，所述方法还包括：

所述供电单元（2）接收外部的直流信号源输出的电平信号，所述电平信号经放电保护单元（4）输出至地极。

通过采用上述技术方案，对电路进行保护，从而延长电路寿命。

本申请另一方面，公开了一种设备，包含有能够执行如权利要求7-8任一所述的高压直流开关控制方法的电路结构。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1. 电磁阀可以承受高压直流电压，因此可以作为器件放置于高压直流回路中，起到开关的作用，实现高压直流电回路安全高效的通断。

2. 电磁阀内部区分为两个部位，这样就能够有效隔离开高压直流电回路以及供电电路，防止高压直流电损坏供电回路。

3. 通过逻辑控制单元的设计，可以起到一个密码的功能，只有固定的逻辑才能够实现控制电路的通断，从而实现电磁阀的通断。

附图说明

图1是本申请高压直流开关控制电路的一个实施例的电路单元连接图；

图2是本申请高压直流开关控制电路的一个实施例的电路原理图；

图3是本申请高压直流开关控制方法的一个实施例的流程框图。

具体实施方式

以下结合附图对本申请作进一步详细说明。

参照图1，为本申请高压直流开关控制电路的一个实施例的电路单元连接图包括高压开关单元（1）、供电单元（2）、逻辑控制单元（3）和放电保护单元（4），其中：

所述高压开关单元（1）包括一个驱动输入端、一个使能端、一个高压直流输入端和一个高压直流输出端，所述驱动输入端用于接收所述供电单元（2）输出的电平信号，所述使能端连接所述逻辑控制单元（3），所述高压直流输入端用于接收高压直流信号的输入，所述高压直流输出端用于输出高压直流信号，所述高压开关单元（1）用于导通高压直流电的输入和输出。

关于高压开关单元（1）：高压开关单元（1）包括一个电磁阀，电磁阀内部是密封的腔，内有可移动的磁铁线圈通电阀体，外部设置有电磁铁，当电磁阀的工作部通电，电磁铁便会产生磁性，推动阀体进行运动，在本实施例中，电磁阀内部包括一条供电电路和一条高压输出电路，供电电路由供电单元（2）提供低压驱动，当供电电路导通时，通过法拉第电磁感应产生磁场，从而触发电磁阀的高压直流输出脚上的电磁铁磁力，使得电磁阀的高压直流输入端与高压直流输出端建立连接形成高压输出电路。在本实施例中，高压输出可以为100V以上的高压直流电压。

所述供电单元（2）包括一个接收端、一个供电端和一个泄放端，所述接收端用于接收外部的直流信号源输出的电平信号，所述供电端用于输出所述电平信号至所述高压开关单元（1）的驱动输入端，所述泄放端用于所述电平信号输出至所述放电保护单元（4），所述供电单元（2）用于输出电平信号至所述高压开关单元（1）。

关于供电单元（2）：供电单元（2）包含有电阻器，接收到外部的直流信号源输出的电平信号后电阻器能够进行分压处理，当供电电路导通时，经过电阻器分压后的电平信号会经供电电路输出到地，从而驱动高压开关单元（1）工作。当供电电路未导通时，电平信号经供电单元（2）的泄放端输出至放电保护单元（2），从而保护电路。

所述逻辑控制单元（3）包括若干个逻辑控制端、一个使能端和一个接地端，所述若干个逻辑控制端用于分别接收外部的不同电源信号输出的逻辑电平信号，所述逻辑控制单元（3）的使能端连接所述高压开关单元（1）的使能端，所述接地端连接地极，所述逻辑控制单元（3）用于与所述供电单元（2）组合控制所述高压开关单元（1）的导通或断开。

关于逻辑控制单元（3）：逻辑控制单元（3）包括若干个电阻器和若干个三极管，一个电阻器与一个三极管形成一个逻辑电平接收组件，外部的逻辑电平信号经过电阻器分压后输出至对应三极管的基极，从而开通该三极管的集电极与发射极。在本实施例中，接收到高电平时三极管触发，接收到低电平时则三极管不触发，逻辑控制单元（3）采用与门计算，只有当所有的逻辑电平接收组件均接收到高电平输入时，供电电路才会导通。

所述放电保护单元（4）包括一个输入端和一个输出端，所述输入端连接所述供电单元（2）的泄放端，所述输出端连接地极,所述放电保护单元（4）用于为所述供电单元（2）提供泄放电路。

关于放电保护单元（4）：放电保护单元（4）包含有电容器，电容器接地能够对接收到的电平信号进行稳压输出，提供一个泄放电路，防止电信号积压引起电路损坏，从而保护电路，延长电路的使用寿命。

参照图2，图2是本申请高压直流开关控制电路的一个实施例的电路原理图，所述电路包括高压开关单元（1）、供电单元（2）、逻辑控制单元（3）和放电保护单元（4）。

在一些可能的实施方式中，所述高压开关单元（1）包括电磁阀（UL1），其中：

所述电磁阀（UL1）包括一个驱动输入端（VCC）、一个使能端（EN）、一个高压输入端（IN）和一个高压输出端（OUT），所述驱动输入端（VCC）连接所述供电单元（2）的供电端，所述使能端（EN）连接所述逻辑控制单元（3）的使能端，所述高压输入端（IN）连接高压直流信号，所述高压输出端（OUT）连接外部负载。

具体地，电磁阀（UL1）内部是密封的腔，内有可移动的磁铁线圈通电阀体，外部设置有电磁铁，当电磁阀（UL1）的供电电路通电，由于法拉第电磁感应定论的电生磁，产生了磁场，电磁铁会产生磁性，推动阀体进行运动。在本实施例中，供电电路经电磁阀（UL1）的驱动输入端（VCC）、使能端（EN）输出到地，从而触发电磁阀（UL1）的驱动输出端（OUT）的电磁铁导通高压直流输出电路。

进一步地，在一些可能的实施方式中，所述供电单元（2）包括电阻器（R1），所述电阻器（R1）的一端连接外部的直流信号源，所述电阻器（R1）的另一端分别连接所述电磁阀（UL1）的驱动输入端（VCC）和所述放电保护单元（4）的输入端。

具体地，外部的直流信号源为电磁阀的工作提供了电平信号作为工作电压，在本实施例中，外部的直流信号源可以是12V直流电源，也可以是18V直流电源，实际上，只要是能够在合理范围内产生工作电压的信号产生电路都可以作为供电的信号源，而电阻（R1）则具有分压的作用，接收外部的直流信号源输出的直流电信号，防止电路出现短路使得电流过大损坏元器件。

进一步地，在一些可能的实施方式中，所述逻辑控制单元（3）包括电阻器（R2）、电阻器（R3）、三极管（Q1）和三极管（Q2），其中：

所述电阻器（R2）的一端连接外部的电源信号（PWR1），所述电阻器（R2）的另一端连接所述三极管（Q1）的基极，所述三极管（Q1）的集电极连接所述电磁阀（UL1）的使能脚（EN），所述三极管（Q1）的发射极连接所述三极管（Q2）的集电极；

所述电阻器（R3）的一端连接外部的电源信号（PWR2），所述电阻器（R2）的另一端连接所述三极管（Q2）的基极，所述三极管（Q2）发射极接地。

具体地，本实施例采用与门的控制方式，只有当三极管（Q1）与三极管（Q2）同时导通时供电电路才会导通，在本实施例中，只有当对应的电源信号输出高电平时对应的三极管才会导通，即当电源信号（PWR1）输出高电平时，经过电阻器（R2）分压的高电平信号输出至三极管（Q1）的基极，此时三极管（Q1）的集电极与发射极导通。同理，当电源信号（PWR2）输出高电平时，经过电阻器（R3）分压的高电平信号输出至三极管（Q2）的基极，此时三极管（Q2）的集电极与发射极导通。

更具体地，本实施例中用于触发三极管的高电平的电压值应大于0.7V，而在其他情况下，三极管无法导通。

进一步地，可能存在需要调整逻辑控制单元（3）的逻辑控制方式的情况，因此在一些可能的实施例中，所述逻辑控制单元（3）还包括电阻器（R4），所述电阻器（R4）的一端连接所述三极管（Q1）的集电极，所述电阻器（R4）的另一端连接所述三极管（Q1）的发射极。

具体地，通过将电阻器（R4）并联在三极管（Q1）的集电极、发射极两端，将三极管（Q1）对供电电路的开关作用无效掉，电信号可以绕过三极管（Q1）输出至三极管（Q2）的集电极，在此情况下，只需要电源信号（PWR2）输出高电平即可导通供电电路。本实施例中，也可以将电阻器（R4）并联在二极管（Q2）的集电极、发射极两端，达到相似的效果。

进一步地，在一些可能的实施方式中，所述放电保护单元（4）包括电容器（C1），所述电容器（C1）的一端连接所述电阻器（R2）的另一端，所述电容器（C1）的另一端接地。

具体地，当逻辑控制单元（3）未导通供电电路时，供电单元（2）输出的直流电信号经电容器（C1）到地，电容器（C1）具有稳压的作用，保护人员和电路的安全。

参照图3，在一个实施例中，提供了一种高压直流开关控制方法，所述方法包括如下步骤：

在步骤S1中，逻辑控制单元（3）获取外部的电源信号输出的逻辑电平信号。

具体地，逻辑电平信号可以高电平信号，也可以是低电平信号，在本实施例中三极管的基极在接收到大于0.7V的电平信号时，三极管的集电极和发射极才会导通。

在步骤S2中，所述逻辑控制单元（3）根据所述逻辑电平信号开通供电单元（2）经高压开关单元（1）和所述逻辑控制单元（3）到地的供电电路。

具体地，本实施例中的逻辑控制单元（3）采用与门的逻辑运算控制方式，只有当逻辑控制单元（3）中所有的逻辑电平信号均为高电平时，供电电路才会导通，此时自供电单元（2）接收的直流电信号经电阻器R1、电磁阀的驱动输入端（VCC）、电磁阀的使能端（EN）、三极管（Q1）和三极管（Q2）到地形成供电电路回路，若逻辑电平信号存在低电平输入，此时供电电路不导通，在此情况下还包括步骤S31，具体包括：

在步骤S31中，所述供电单元（2）接收外部的直流信号源输出的电平信号，所述电平信号经放电保护单元（4）输出至地极。

具体地，当供电电路不导通时，直流电信号经电阻器R1、电容器（C1）到地形成的泄放电路回路输出，电容器（C1）具有稳压的作用，防止电流过大引起电路损坏，甚至危及人身安全。

在步骤S32中，所述供电单元（2）接收外部的直流信号源输出的电平信号，所述电平信号经供电电路驱动所述高压开关单元（1）的电磁阀开启，从而开启高压输出电路。

具体地，直流电信号经电阻器R1、电磁阀的驱动输入端（VCC）、电磁阀的使能端（EN）、三极管（Q1）和三极管（Q2）到地形成供电电路回路输出到地，在此过程中提供工作电压给电磁阀（UL1），根据法拉第电磁感应定论，电场产生磁场，磁场可以吸附电磁阀内部的铁磁体，通过电磁阀内部的铁磁体吸附连通电磁阀的高压直流输入端（IN）和高压直流输出端（OUT），从而形成高压直流输出电路。

在步骤S4中，高压直流电压经所述高压输出电路输出至需要高压直流电压输入的外部器件的供电端。

具体地，将电磁阀的高压直流输入端（IN）接收的高压直流电经高压直流输出端（OUT）输出至负载，供负载使用。

应理解，上述实施例中各步骤序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

本申请实施例另一方面还提供了一种设备，包含有能够执行上述高压直流开关控制方法的电路结构，关于该设备的具体限定可以参见上文中对于高压直流开关控制方法的限定，在此不再赘述。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高压直流开关控制电路，其特征在于，包括高压开关单元（1）、供电单元（2）、逻辑控制单元（3）和放电保护单元（4），其中：

所述高压开关单元（1）包括一个驱动输入端、一个使能端、一个高压直流输入端和一个高压直流输出端，所述驱动输入端用于接收所述供电单元（2）输出的电平信号，所述使能端连接所述逻辑控制单元（3），所述高压直流输入端用于接收高压直流信号的输入，所述高压直流输出端用于输出高压直流信号，所述高压开关单元（1）用于导通高压直流电的输入和输出；

所述供电单元（2）包括一个接收端、一个供电端和一个泄放端，所述接收端用于接收外部的直流信号源输出的电平信号，所述供电端用于输出所述电平信号至所述高压开关单元（1）的驱动输入端，所述泄放端用于所述电平信号输出至所述放电保护单元（4），所述供电单元（2）用于输出电平信号至所述高压开关单元（1）；

所述逻辑控制单元（3）包括若干个逻辑控制端、一个使能端和一个接地端，所述若干个逻辑控制端用于分别接收外部的不同电源信号输出的逻辑电平信号，所述逻辑控制单元（3）的使能端连接所述高压开关单元（1）的使能端，所述接地端连接地极，所述逻辑控制单元（3）用于与所述供电单元（2）组合控制所述高压开关单元（1）的导通或断开；

所述放电保护单元（4）包括一个输入端和一个输出端，所述输入端连接所述供电单元（2）的泄放端，所述输出端连接地极,所述放电保护单元（4）用于为所述供电单元（2）提供泄放电路。

2.根据权利要求1所述的高压直流开关控制电路，其特征在于，所述高压开关单元（1）包括电磁阀（UL1），其中：

所述电磁阀（UL1）包括一个驱动输入端（VCC）、一个使能端（EN）、一个高压输入端（IN）和一个高压输出端（OUT），所述驱动输入端（VCC）连接所述供电单元（2）的供电端，所述使能端（EN）连接所述逻辑控制单元（3）的使能端，所述高压输入端（IN）连接高压直流信号，所述高压输出端（OUT）连接外部负载。

3.根据权利要求2所述的高压直流开关控制电路，其特征在于，所述供电单元（2）包括电阻器（R1），所述电阻器（R1）的一端连接外部的直流信号源，所述电阻器（R1）的另一端分别连接所述电磁阀（UL1）的驱动输入端（VCC）和所述放电保护单元（4）的输入端。

4.根据权利要求2所述的高压直流开关控制电路，其特征在于，所述逻辑控制单元（3）包括电阻器（R2）、电阻器（R3）、三极管（Q1）和三极管（Q2），其中：

所述电阻器（R2）的一端连接外部的电源信号（PWR1），所述电阻器（R2）的另一端连接所述三极管（Q1）的基极，所述三极管（Q1）的集电极连接所述电磁阀（UL1）的使能脚（EN），所述三极管（Q1）的发射极连接所述三极管（Q2）的集电极；

所述电阻器（R3）的一端连接外部的电源信号（PWR2），所述电阻器（R2）的另一端连接所述三极管（Q2）的基极，所述三极管（Q2）发射极接地。

5.根据权利要求4所述的高压直流开关控制电路，其特征在于，所述逻辑控制单元（3）还包括电阻器（R4），所述电阻器（R4）的一端连接所述三极管（Q1）的集电极，所述电阻器（R4）的另一端连接所述三极管（Q1）的发射极。

6.根据权利要求4所述的高压直流开关控制电路，其特征在于，所述放电保护单元（4）包括电容器（C1），所述电容器（C1）的一端连接所述电阻器（R2）的另一端，所述电容器（C1）的另一端接地。

7.一种高压直流开关控制方法，其特征在于，所述方法包括：

逻辑控制单元（3）获取外部的电源信号输出的逻辑电平信号；

所述逻辑控制单元（3）根据所述逻辑电平信号开通供电单元（2）经高压开关单元（1）和所述逻辑控制单元（3）到地的供电电路；

所述供电单元（2）接收外部的直流信号源输出的电平信号，所述电平信号经供电电路驱动所述高压开关单元（1）的电磁阀开启，从而开启高压输出电路；

高压直流电压经所述高压输出电路输出至需要高压直流电压输入的外部器件的供电端。

8.根据权利要求7所述的高压直流开关控制方法，其特征在于，若所述供电电路处于断开状态，所述方法还包括：

所述供电单元（2）接收外部的直流信号源输出的电平信号，所述电平信号经放电保护单元（4）输出至地极。

9.一种设备，其特征在于，包含有能够执行如权利要求7-8任一所述的高压直流开关控制方法的电路结构。