CN1688090A - 多路直流信号开关电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多路直流信号开关电路，包括第一多路开关芯片，第一多路开关芯片的输入端接有限压电路，还包括滤波电路和过流保护电路，第一多路开关芯片的输出脚通过过流保护电路与滤波电路相连。还公开一种多路直流信号开关电路，包括至少两个多路开关芯片，还包括过流保护电路，多路开关芯片的输出脚与过流保护电路相连。本发明将多路开关芯片的输出通过过流保护电路后再接滤波电路，过流保护电路会增大多路开关芯片的导通电阻，从而减小冲击电流，达到从根本上消除多路开关芯片在开关切换时冲击电流造成的损坏，大大提高了多路直流信号开关电路的稳定性和安全性，增加了多路直流信号开关电路的使用寿命。

Description

多路直流信号开关电路

技术领域

本发明涉及数据采集领域，尤其涉及多路直流信号开关电路。

背景技术

现有的多路直流信号一般都是通过多路开关芯片接入，但是往往会出现多路开关芯片被烧坏的情况。

发明内容

本发明的目的就是为了解决多路开关芯片损坏的问题，提供多路直流信号开关电路。

为实现上述目的，本发明提出一种多路直流信号开关电路，包括第一多路开关芯片，第一多路开关芯片的输入端接有限压电路，还包括滤波电路和过流保护电路，第一多路开关芯片的输出脚通过过流保护电路与滤波电路相连。

所述滤波电路包括并联的滤波电容和泄放电阻，所述并联支路一端接所述过流保护电路的输出端，另一端接地。

至少还包括一个第二多路开关芯片，各多路开关芯片的输出脚通过过流保护电路与滤波电路相连。

所述过流保护电路包括至少两个过流保护单元，各多路开关芯片的输出脚与过流保护单元的输入端一一对应的相连，各过流保护单元的输出端相连。

所述第二多路开关芯片的输入端还接有限压电路。

所述各过流保护单元为电阻。

所述各过流保护单元为电感。

进一步的，提出一种多路直流信号开关电路，包括至少两个多路开关芯片，还包括过流保护电路，多路开关芯片的输出脚与过流保护电路相连。

至少一个多路开关芯片的输入端接有限压电路。

所述过流保护电路包括至少两个过流保护单元，多路开关芯片的输出脚与过流保护单元的输入端一一对应的相连，过流保护单元的输出端相连。

所述各过流保护单元为电阻。

所述各过流保护单元为电感。

多路直流信号通过两个或两个以上多路开关芯片接入时，由于多路开关芯片在瞬间会出现多个通道同时选通而产生冲击电流；在多路直流信号通过一个多路开关芯片接入时，由于各通路电压不同在通路切换时也会造成冲击电流，上述冲击电流的出现可能会损坏多路开关芯片。

由于冲击电流的出现在通道切换时才可能出现，而且是两通道之间电压差比较大时才会出现，表现得时有时无，在不知道冲击电流出现的原因之前，要复现故障很困难，因为从常态分析，电路连接不会有任何问题，而且对于数字电路，都认为没有什么瞬态影响，因此忽略了对电路的瞬态分析，人们往往将此故障误判为器件不良，而忽视了出现此问题的真正原因。该问题虽然出现的概率小，但是却会持续不断的出现，最终造成多路开关芯片的永久损坏，进而导致整个单板失效。本发明的发明人在出现个别单板失效时，先是定位到多路开关芯片损坏，进而用显微镜对多路开关芯片进行了器件分析，发现有明显的过电流烧毁的现象，才找到了正确解决多路开关芯片损坏问题的方向，进而解决该问题。

由于采用了以上的方案：

1、本发明将多路开关芯片的输出通过过流保护电路后再接滤波电路，滤波电路可以稳定多路直流信号开关电路输出的被测电压，但是因为在开关切换时，多路开关芯片输入脚接的限压电路中的电容会对滤波电路中的电容充电，从而带来冲击电流，可能会对多路开关芯片造成损坏；本发明将多路开关芯片的输出通过过流保护电路后再接滤波电路，过流保护电路会增大多路开关芯片的导通电阻，从而减小冲击电流，达到从根本上消除多路开关芯片在开关切换时冲击电流造成的损坏，大大提高了多路直流信号开关电路的稳定性和安全性，增加了多路直流信号开关电路的使用寿命。

另外，减小冲击电流主要是通过减小冲击电压或者增大导通电阻值两种方案来解决，由于本发明中的电路中的冲击电压和被测量电压有关，因此，无法采用减小冲击电压的方案，所以只能采用过流保护电路增大导通电阻的方案。

由于本发明的多路直流信号开关电路采用的是测电压的方式来测量电压或电流，测量电流时是将电流通过一个电阻，然后测量这个电阻上的电压，从而得到电流值，所以在正常工作时多路直流信号开关电路的电流可以忽略不计，因此，增大导通电阻后对信号带来的衰减也可以忽略不计，在消除冲击电流的同时也保证了多路直流信号开关电路的正常工作。

2、采用电阻作为过流保护电路，能达到增大多路开关芯片的导通电阻的目的，而且最经济，成本最低。

3、采用滤波电容具有滤波的作用，可以消除多路开关输出端的干扰信号，采用滤波电容滤波后一定要采用泄放电阻，当多路直流信号开关电路输入发生变化的时候，特别是从高电压降为低电压时，滤波电容上的电压才可以快速泄放掉，多路直流信号开关电路的输出电压才能快速跟随被测信号。

4、两个多路开关芯片的输出脚接有过流保护电路，通过过流保护电路增大各多路开关芯片的导通电阻，避免多路开关芯片中多个通道同时选通时的冲击电流对各多路开关芯片的损坏，大大提高了多路直流信号开关电路的稳定性和安全性，增加了多路直流信号开关电路的使用寿命。

5、现有技术的多路直流信号开关电路，在多个多路开关芯片并联时，会由于多路开关芯片中多个通道同时选通而产生冲击电流，从而造成对各多路开关芯片的损坏，为了消除多路开关芯片在通道同时选通时冲击电流造成的损坏，各多路开关芯片的输出分别先串联过流保护电路后再并联，通过过流保护电路增大各多路开关芯片的导通电阻，进而减小冲击电流，大大提高了多路直流信号开关电路的稳定性和安全性，增加了多路直流信号开关电路的使用寿命。

6、在多个多路开关芯片前对开关芯片进行限压，可以进一步防止芯片的损坏。

附图说明

图1是本发明实施例一的电路图。

图2是本发明实施例二的电路图。

图3是冲击电流计算的电路模型。

图4是本发明实施例三的电路图。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图对本发明作进一步详细的描述。

实施例一，如图1所示，一种多路直流信号开关电路，包括

第一多路开关芯片21，所述第一多路开关芯片21各输入脚分别接一个限压电路，例如，第一输入脚IN1接第一限压电路1，依次类推；

第一限压电路1用于对多路开关芯片进行限压，在本实施例中，第一限压电路1包括跳线J1、第一滤波电路和箝位电路，第一滤波电路包括第一滤波电容C1、第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3，箝位电路包括第一箝位二极管D1和第二箝位二极管D2，其中直流信号从跳线J1的输入脚2和第三电阻R3的一端输入，跳线J1的第一输出脚1与第二电阻R2相连，跳线J1的第二输出脚3与第一电阻R1相连，第三电阻R3的另一端与第一滤波电容C1、第一箝位二极管D1的负极、第二箝位二极管D2的正极相连，第二电阻R2的另一端、第一电阻R1的另一端与第一滤波电容C1的另一端、第一箝位二极管D1的正极相连，第二箝位二极管D2的负极接电源。第一多路开关芯片21的其他输入脚也可以通过限压电路接入直流信号。

一般直流输入通道都是0～5Vdc或者是0～20mA。本实施例中，通过跳线J1来选择电压输入还是电流输入，当跳线J1接通输入脚2与第一输出脚1时，选择的电流输入，0～20mA电流都流入第二电阻R2支路，折算成0～4.4Vdc供测量；当跳线J1接通输入脚2和第二输出脚3时，选择电压输入。

第一箝位二极管D1和第二箝位二极管D2保证第一输入脚IN1处的电压在箝位电压范围内，第一输入脚IN1电压的具体值取决于第一箝位二极管D1和第二箝位二极管D2的箝位电压。

第一过流保护单元用于增大第一多路开关芯片21的导通电阻，在本实施例中，第一过流保护单元即为过流保护电路，所述第一过流保护单元采用电阻R4实现，成本最低。第一过流保护单元还可以采用电感，也能起到抑制冲击电流的作用，不过，电感的费用较高，而且由于冲击电流是由电容上的电压在充放电造成的，因此，采用电阻作为过流保护单元的效果更好。

滤波电路3包括并联的滤波电容C2和泄放电阻R8，滤波电路3的一端接地，另一端通过过流保护电路4接第一多路开关芯片21的输出端。滤波电容C2用于对多路开关芯片21输出的电压进行滤波，泄放电阻R8的作用是在没有输入时，滤波电容C2上的电压可以泄放掉，保证通道上的电压为0，否则会有干扰进入到悬空通道中。

工作原理：

如果多路直流信号开关电路中没有第一过流保护单元，当外接量接入时，会对第一滤波电容C1充电，第一滤波电容C1上的电压等于输入电压，在第一多路开关芯片21从第一输入脚IN1切换到其他的输入脚时，如果两个输入脚输入的直流信号有电压差，则在选通的瞬间，第一滤波电容C1会对滤波电容C2有一个充电的过程，这个冲击电流最大等于第一滤波电容C1上的最大电压除以第一多路开关芯片21的导通电阻，为了减小该冲击电流，则需要或者减小冲击电压，或者增大第一多路开关芯片21的导通电阻，而减小冲击电压将会影响到测量电压的大小，因此是不可能的，所以只能增大第一多路开关芯片21的导通电阻，因此在第一多路开关芯片21的输出处接第一过流保护单元。

第一过流保护单元的取值，取决于滤波电容C2的最大充电值，也就是多路直流开关电路外接通道的电压值Vi和多路开关最大输入电流I，即第一过流保护单元的阻值＝Vi/I，还可以考虑留一些余量，第一过流保护单元的阻值适当取大一些。

实施例二，如图2所示，一种多路直流信号开关电路，与实施例一的不同之处在于，增加了第二多路开关芯片22；由于第一多路开关芯片21和第二多路开关芯片22并联，由于选通脚的关系，导致在很短时间内，可能在第一多路开关芯片21和第二多路开关芯片22各有一个通道被选通，此时，两个多路开关芯片之间也会有冲击电流，此冲击电流等于两个多路开关芯片输出脚的电压差除以第一多路开关芯片21和第二多路开关芯片22导通电阻之和，这个冲击电流可能会损坏多路开关；因此，相应的在第二多路开关芯片22的输出脚串联第二过流保护单元，第二过流保护单元用于增大第二多路开关芯片22的导通电阻，在本实施例中，第二过流保护单元和第一过流保护单元共同组成过流保护电路，第一过流保护单元用电阻R4实现、第二过流保护单元用电阻R6实现，成本上最低。

为了进一步防止损坏第二多路开关芯片22，将第二多路开关芯片22的输入各管脚分别通过限压电路接直流输入。

实施例三，一种多路直流信号开关电路，与实施例二的不用之处在于，增加了若干多路开关芯片，每个多路开关芯片的输出脚分别与一个过流保护单元串联后再与滤波电路相连。各过流保护单元都用于增大相应多路开关芯片的导通电阻，各过流保护单元共同组成过流保护电路。

为了进一步防止损坏多路开关芯片，每个多路开关芯片的各输入脚分别通过限压电路接入直流信号。

当各多路开关芯片的输出脚没有接过流保护单元时，由于选通脚的关系，导致在很短的时间内，可能有若干多路开关芯片中各有一个通道被选通，这时，各多路开关芯片之间也会有冲击电流，冲击电流的计算方法如下：

如图3所示，是冲击电流的计算模型，分别用U1、U2、、、Un表示各多路开关芯片的输入电压，R1′、R2′、、、Rn′表示各多路开关芯片的导通电阻，I1、I2、、、In表示各多路开关芯片的冲击电流，则以上各项构成以下方程组：

$\left\{\begin{array}{c}I1+I2+,,,+\mathrm{In}=0\\ U1+I1\mathrm{xR}{1}^{\′}=U2+I2\mathrm{xR}{2}^{\′}=,,,=\mathrm{Un}+\mathrm{InxR}{n}^{\′}\end{array}\right.$

解以上方程组，可得到冲击电流In的值。

为了消除多路开关芯片在通道切换及同时有若干通道被选通时冲击电流造成的损坏，在各多路开关芯片的输出脚分别串联一个过流保护单元，在本实施例中，各过流保护单元都由电阻实现。为了安全起见，两个及多个多路开关芯片都是先在输出脚串联上过流保护单元后相连。

实施例四，一种多路直流信号开关电路，如图4所示，包括

第一多路开关芯片21的输出端接有第一过流保护单元，第二多路开关芯片22的输出端接有第二过流保护单元。

第一过流保护单元用于增大第一多路开关芯片21的导通电阻，在本实施例中，第一过流保护单元用电阻R4实现。

第一多路开关芯片21和第二多路开关芯片22并联，由于选通脚的关系，导致在很短时间内，可能在第一多路开关芯片21和第二多路开关芯片22各有一个通道被选通，此时，两个多路开关芯片之间会有冲击电流，此冲击电流等于两个多路开关芯片输出脚的电压差除以第一多路开关芯片21和第二多路开关芯片22导通电阻之和，这个冲击电流可能会损坏多路开关；因此，相应的在第二多路开关芯片22的输出脚串联第二过流保护单元，第二过流保护单元用于增大第二多路开关芯片22的导通电阻，在本实施例中，第二过流保护单元用电阻R6实现，第一过流保护单元和第二过流保护单元共同组成过流保护电路4。

为了防止损坏第一多路开关芯片21，可以在第一多路开关芯片21的输入端接有第一限压电路1。

第一限压电路1包括跳线J1、第一滤波电路和箝位电路，第一滤波电路与箝位电路并联，第一滤波电路包括并联的第一滤波电容C1、第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3，箝位电路包括并联的第一箝位二极管D1和第二箝位二极管D2，跳线J1的输入端接直流信号，跳线J1的输出端接第一滤波电路和箝位电路的输入端，第一滤波电路和箝位电路的输出端接第一多路开关芯片21的第一输入脚IN1。同理，第一多路开关芯片21的其他输入脚也通过限压电路接入直流信号。一般直流输入通道都是0～5Vdc或者是0～20mA。本实施例中，通过跳线J1来选择电压输入还是电流输入，当J1是1、2短接时，是选择的电流输入，0～20mA电流都流入第二电阻R2支路，折算成0～4.4Vdc供测量；当J1是2、3短接时，是电压输入，而且第一滤波电容C1上的电压也可以通过第一电阻R1、第二电阻R3的回路泄放第一箝位二极管D1和第二箝位二极管D2保证第一输入脚IN1处的电压在箝位电压范围内，第一输入脚IN1电压的具体值取决于第一箝位二极管D1和第二箝位二极管D2的箝位电压。

Claims (12)

1、一种多路直流信号开关电路，包括第一多路开关芯片(21)，第一多路开关芯片(21)的输入端接有限压电路(1)，其特征在于：还包括滤波电路(3)和过流保护电路(4)，第一多路开关芯片(21)的输出脚通过过流保护电路(4)与滤波电路(3)相连。

2、根据权利要求1所述的一种多路直流信号开关电路，其特征在于：所述滤波电路(3)包括并联的滤波电容(C2)和泄放电阻(R8)，所述并联支路一端接所述过流保护电路(4)的输出端，另一端接地。

3、根据权利要求1所述的一种多路直流信号开关电路，其特征在于：至少还包括一个第二多路开关芯片(22)，各多路开关芯片的输出脚通过过流保护电路与滤波电路(3)相连。

4、根据权利要求3所述的一种多路直流信号开关电路，其特征在于：所述过流保护电路包括至少两个过流保护单元，各多路开关芯片的输出脚与过流保护单元的输入端一一对应的相连，各过流保护单元的输出端相连。

5、根据权利要求3或4所述的一种多路直流信号开关电路，其特征在于：所述第二多路开关芯片(22)的输入端还接有限压电路。

6、根据权利要求4所述的一种多路直流信号开关电路，其特征在于：所述各过流保护单元为电阻。

7、根据权利要求4所述的一种多路直流信号开关电路，其特征在于：所述各过流保护单元为电感。

8、一种多路直流信号开关电路，包括至少两个多路开关芯片，其特征在于：还包括过流保护电路，多路开关芯片的输出脚与过流保护电路相连。

9、根据权利要求8所述的一种多路直流信号开关电路，其特征在于：至少一个多路开关芯片的输入端接有限压电路。

10、根据权利要求8所述的一种多路直流信号开关电路，其特征在于：所述过流保护电路包括至少两个过流保护单元，多路开关芯片的输出脚与过流保护单元的输入端一一对应的相连，过流保护单元的输出端相连。

11、根据权利要求10所述的一种多路直流信号开关电路，其特征在于：所述各过流保护单元为电阻。

12、根据权利要求10所述的一种多路直流信号开关电路，其特征在于：所述各过流保护单元为电感。

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