CN208316696U - 多路多功能定向磁控电子阵列开关模块 - Google Patents

Abstract

一种多路多功能定向磁控电子阵列开关模块是由：霍尔传感器，分体式磁控触发器，各分级大功率双稳态驱动器及外壳组成，其不但具有记忆功能，而且具有较高的开关速度，较高的灵敏度，较大的开关容量，较高的定位精度，而且可以实现一路控制信号同时控制多路系统的能力可以广泛应用于工业自动化控制和电机控制等领域。

Description

多路多功能定向磁控电子阵列开关模块

技术领域

本实用新型涉及继电器电子开关技术，是一种全新概念的大功率多路多功能定向磁控电子阵列开关，它可以实现一路控制信号同时控制多路系统的能力，尤其涉及工业自动化控制及电机控制等技术领域。

背景技术

继电器作为一种常用电子控制器件，广泛应用与人们的日常生活和工业控制领域，电磁继电器一般有一到四组触点，他们所能控制的系统设备有限，无法满足工业自动化控制的需要，本发明是在本人发明的单路多功能定向磁控电子开关模块的基础上升级演变而来。

发明内容

本实用新型的目的就是研发一种多路多功能定向磁控电子阵列开关模块，使其具有较高的开关速度，较高的灵敏度，较大的开关容量，较好的兼容性，精确的定位控制功能而且具有记忆功能，实现一路控制信号可以同时控制2路、4路、6路、8路、12路系统的能力，本文以2路和4路阵列开关模块为列，加以说明，其余就不重复叙述了其工作原理都是一样的。本阵列开关模块可以和电磁继电器或者干簧管继电器组合成新的电子阵列开关，如本阵列开关模块和电磁继电器组合在一起，可以用于同时控制2路、4路、6路、8路、10路、12路的高压直流或者交流的低频开关控制系统，如本阵列开关模块和干簧管继电器组合在一起，可以用于同时控制2路、4路、6路、8路、10路、12路的需要较高开关频率，较小工作电流的直流控制系统，本阵列开关模块还可以独立运行可以直接控制12伏到24伏的高低频开关的2路、4路、6路、8路、10路、12路的低压大功率直流用电设备，本阵列开关模块还可以组合成H桥阵列驱动模块，可以直接控制12伏到24伏的2路、4路、6路、8路、10路、12路的直流电机的正反转，实现多路电机同时进行电子换向。本实用新型的目的是这样实现的，一种多路多功能定向磁控电子阵列开关模块是由：霍尔传感器，分体式磁控触发器，各分级大功率双稳态驱动器以及外壳组成，通过霍尔传感器接收外部磁场的定向磁极信号S极或者N极的磁场信号后，给分体式磁控触发器提供导通与关断信号来控制各分级大功率双稳态驱动器的两只大功率场效应管的导通与关断，分体式磁控触发器与各分级大功率双稳态驱动器相互并联在一起，从而实现了阵列开关模块的导通与关断，进而实现了一路控制信号同时控制多路系统开关目的，实施的具体技术解决方案如下：一种多路多功能定向磁控电子阵列开关模块是由：霍尔传感器，分体式磁控触发器，各分级大功率双稳态驱动器以及外壳组成，本文以2路和4路阵列开关模块为列其余6路8路10路12路等阵列开关其工作原理都是一样的，在这里就不重复叙述了，分体式磁控触发器是指包括2级、4级、6级、8级、10级、12级分体式磁控触发器，分体式磁控触发器的级数由并联的三极管的个数决定，如并联12只大功率三极管就为12级分体式磁控触发器，图1和图2为2级和4级分体式磁控触发器，本文以2级和4级分体式磁控触发器为列加以说明，2路阵列开关模块其相互位置及装配关系为：霍尔传感器H与大功率P沟道场效应管(Q1)和(Q2)及各相应电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8分别和大功率开关三极管(BG1)、(BG2)、(BG3)、(BG4)连接在一起形成2级单极性分体式磁控触发器总成见图1，2级单极性分体式磁控触发器导通信号输出端接口P1和P3分别与大功率双稳态驱动器导通信号输入端接口P1和P3连接在一起，2级单极性分体式磁控触发器关断信号输出端接口P2和P4分别与大功率双稳态驱动器关断信号输入端接口P2和P4连接在一起见图3和图5，2级单极性分体式磁控触发器与各分级大功率双稳态驱动器共用一个电源相互并联，4路阵列开关模块和2路阵列开关模块原理是一样的其相互位置及装配关系为：霍尔传感器H与大功率P沟道场效应管(Q1)和(Q2) 及各相应电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8分别和大功率开关管(BG1)、(BG21)、(BG31)、(BG41)和(BG2)、(BG22)、(BG32)、(BG42) 连接在一起形成4级单极性分体式磁控触发器见图2，4级单极性分体式磁控触发器导通信号输出端接口P1P3P5P7分别与各分级大功率双稳态驱动器导通信号输入端接口P1P3P5P7相连接，4级分体式磁控触发器关断信号输出端接口P2P4P6P8分别与各分级大功率双稳态驱动器关断信号输入端接口P2P4P6P8相连接见图2和图4和图7，4级分体式磁控触发器与各分级大功率双稳态驱动器共用一个电源相互并联。大功率双稳态驱动器是由四个大功率开关三极管BG1、BG2、BG3、BG4及各相应电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R11、R12和电容C1组成双稳态前级驱动与后级驱动的大功率场效应管Q1和Q2及相应电阻R9、R10、D1、D2连接组成见图3，需要说明的是霍尔传感器分N型霍尔传感器和S型霍尔传感器，N型霍尔传感器和S型霍尔传感器是通过霍尔传感器的正反面转换来实现的。S型霍尔传感器只会被外部磁场的S极所触发，N型霍尔传感器只会被外部磁场的N极所触发，当外部磁场的N极接近S型霍尔传感器的时候，S型霍尔传感器不会被触发，同理当外部磁场的S极接近N型霍尔传感器的时候N型霍尔传感器不会被触发，分体式磁控触发器也分单极性分体式磁控触发器和双极性分体式磁控触发器，单极性分体式磁控触发器主要用于电子阵列开关模块的控制，双极性分体式磁控触发器主要用于H桥阵列驱动模块的控制用于电子换向控制电机的正反转，除特别署名外本阵列开关模块均用单极性分体式磁控触发器，单级性分体式磁控触发器和双极性分体式磁控触发器的区别就是：单级性分体式磁控触发器总成里面只安装有一只单极性的N型或者S型霍尔传感器，双极性分体式磁控触发器总成里面安装有两只霍尔传感器N型霍尔传感器和S型霍尔传感器。

本实用新型与单路多功能定向磁控电子开关模块以及传统的电磁继电器，干簧管继电器，固态继电器相比具有如下优点和有益效果：

（1）开关速度快，开关容量大，灵敏度高，采用磁极定位控制精确，而且具有记忆功能，可以实现一路控制信号同时控制2路，4路，6路，8路，12路的控制系统，采用模块组合应用广泛使用方便。

（2）本阵列开关模块可以和电磁继电器组合在一起，可以用于同时控制2路，4路，6路，8路，12路的高压直流或者交流的低频开关控制系统。

（3）本阵列开关模块可以和干簧管继电器组合在一起，可以用于同时控制2路，4路，6路，8路，12路的需要较高开关频率，较小工作电流的直流控制系统。

（4）本阵列开关模块还可以独立运行可以直接控制12伏到24伏的高低频开关的2路，4路，6路，8路，12路的低压直流大功率用电设备。

（5）本阵列开关模块还可以组合成H桥阵列驱动模块，可以同时直接控制2路，4路，6路，8路，12路的直流电机的正反转，实现一路控制信号同时控制多路电机正反转实现电子换向。

（7）本阵列开关模块装配有运行工作指示灯，出现故障一目了然，经大量实验验证运行稳定工作可靠，各级阵列模块并联安装根据不同场合的需要进行组合选配。

附图说明

下面结合附图和实施列队本实用新型做进一步说明：

图1为2级单极性分体式磁控触发器原理图。

图2为4级单极性分体式磁控触发器原理图。

图3为2级组合2路阵列开关模块与电磁继电器或者干簧管继电器组合原理图。

图4为4级组合4路阵列开关模块与电磁继电器或者干簧管继电器组合原理图。

图5为2级组合2路阵列开关模块独立控制用电设备原理图。

图6为2级组合2路H桥阵列驱动模块原理图。

图7为4级组合4路阵列开关模块独立控制用电设备原理图。

图8为用于驱动2路路H桥的2级双极性分体式磁控触发器原理图。

图9为用于驱动4路H桥的4级双极性分体式磁控触发器原理图。

图10为阵列模块工作原理简图。

图11为阵列模块外形结构简图。

具体实施方式

一种多路多功能定向磁控电子阵列开关模块是由：霍尔传感器，分体式磁控触发器，各分级大功率双稳态驱动器及外壳组成，分体式磁控触发器是指包括2级、4级、6级、8级、10级、12级分体式磁控触发器（单极性分体式磁控触发器和双极性分体式磁控触发器），各分级分体式磁控触发器与相对应的2级、4级、6级、8级、10级、12级大功率双稳态驱动器组合在一起形成阵列开关模块，本文以2路和4路阵列开关模块为列其余6路8路12路等阵列开关其工作原理都是一样的，在这里就不重复叙述了，2路阵列开关模块其相互位置及装配关系为：霍尔传感器H与大功率P沟道场效应管(Q1)和(Q2)及各相应电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8分别和大功率开关三极管(BG1)、(BG2)、(BG3)、(BG4)连接在一起形成2级单极性分体式磁控触发器总成见图1，2级单极性分体式磁控触发器导通信号输出端接口P1和P3分别与大功率双稳态驱动器导通信号输入端接口P1和P3连接在一起，2级分体式磁控触发器关断信号输出端接口P2和P4分别与大功率双稳态驱动器关断信号输入端接口P2和P4连接在一起见图3和图5，2级分体式磁控触发器与各分级大功率双稳态驱动器共用一个电源相互并联。4路阵列开关模块和2路阵列开关模块原理是一样的其相互位置及装配关系为：霍尔传感器H与大功率P沟道场效应管(Q1)和(Q2) 及各相应电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8分别和大功率开关管(BG1)、(BG21)、(BG31)、(BG41)和(BG2)、(BG22)、(BG32)、(BG42) 连接在一起形成4级单极性分体式磁控触发器见图2，4级单极性分体式磁控触发器导通信号输出端接口P1P3P5P7分别与各分级大功率双稳态驱动器导通信号输入端接口P1P3P5P7相连接，4级分体式磁控触发器关断信号输出端接口P2P4P6P8分别与各分级大功率双稳态驱动器关断信号输入端接口P2P4P6P8相连接见图4和图7，4级分体式磁控触发器与各分级大功率双稳态驱动器共用一个电源相互并联。大功率双稳态驱动器是由四个大功率开关三极管BG1、BG2、BG3、BG4及各相应电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R11、R12和电容C1组成双稳态前级驱动与后级驱动的大功率场效应管Q1和Q2及相应电阻R9、R10、D1、D2连接组成见图3，最后所有的电子元件总成都装配在模块外壳里，具体实施的技术解决方案如下：本阵列开关模块可以和电磁继电器或者干簧管继电器组合成新的电子阵列开关，如本阵列开关模块和电磁继电器组合在一起，可以同时控制2路或者4路乃至12路的高压直流或者交流的低频开关控制系统见图（3）和图（4），如本阵列开关模块和干簧管继电器组合在一起，可以同时控制2路或者4路乃至12路的需要较高开关频率，较小工作电流的控制系统中见图（3）和（4），本阵列开关模块还可以独立运行直接控制12伏到24伏的高低频开关的2路或者4路乃至12路的直流控制系统见图（5）和图（7），本阵列开关模块还可以组合成H桥阵列驱动模块，可以同时控制12伏到24伏的2路，4路，6路，8路，12路的直流电机的正反转实现多路电机同时进行电子换向，本文以控制2路H桥驱动模块为列见图（6），在组合H桥驱动模块的时候磁控触发器需要选用双极性分体式磁控触发器，也就是说分体式磁控触发器需要同时装配N型霍尔传感器和S型霍尔传感器，N型霍尔传感器和S型霍尔传感器并列安装在一起，组合形成NS双极性霍尔传感器原理见图（9） ，双极性霍尔传感器由两组传感器组成一组是NS导通信号传感器一组是NS关断信号传感器，这样当外部磁场的磁极N极接近NS霍尔导通信号传感器时，N型导通霍尔传感器就会被触发，驱动大功率双稳态驱动器为电机提供正向电流，使电机正向运转，当外部磁场的磁极N极接近NS霍尔关断信号传感器时，N型关断霍尔传感器就会被触发，从而使大功率双稳态驱动器输出的正向电流关断，使电机停止正向运转，同理当外部磁场的磁极S极接近NS霍尔导通信号传感器时，S型导通霍尔传感器就会被触发，驱动大功率双稳态驱动器为电机提供反向电流，使电机反向运转，当外部磁场的磁极S极接近NS霍尔关断信号传感器时，S型关断霍尔传感器就会被触发，从而使大功率双稳态驱动器输出的反向电流关断，如此循环往复从而实现了电子换向。需要说明的是霍尔传感器分N型霍尔传感器和S型霍尔传感器，N型霍尔传感器和S型霍尔传感器是通过霍尔传感器的正反面转换来实现的。S型霍尔传感器只会被外部磁场的S极所触发，N型霍尔传感器只会被外部磁场的N极所触发，当外部磁场的N极接近S型霍尔传感器的时候，S型霍尔传感器不会被触发，同理当外部磁场的S极接近N型霍尔传感器的时候N型霍尔传感器不会被触发，分体式磁控触发器也分单极性分体式磁控触发器和双极性分体式磁控触发器，单极性分体式磁控触发器主要用于电子阵列开关模块的控制，双极性分体式磁控触发器主要用于H桥阵列驱动模块的控制用于电子换向，除特别署名外本阵列开关模块均用单极性分体式磁控触发器，单级性分体式磁控触发器和双极性分体式磁控触发器的区别就是：单级性分体式磁控触发器总成里面只安装有一只单极性的N型或者S型霍尔传感器，双极性分体式磁控触发器总成里面安装有两只霍尔传感器N型霍尔传感器和S型霍尔传感器。

具体工作原理

多路多功能定向磁控电子阵列开关模块的工作原理如下，首先讲解2路大功率双稳态驱动器工作原理如图5，当电源接通的瞬间BG1最先导通指示灯LED1亮，之所以在任何时候都可以保证BG1最先导通是因为电容C1的存在，电容C1充电需要一个时间电容C1延迟了BG2的导通，同时由于电容C1两端的电压不能变也保证了双稳态驱动器的稳定，在没有外来磁场信号触发的情况下使双稳态驱动器始终保持一种稳定的状态不会受外界干扰轻易翻转换成另外一种状态这就是电路的记忆功能，BG1的导通使BG3也导通，BG3的导通使大功率N沟道场管Q1的G极电位降低而截止Q1关断，BG1的导通还引起BG2因基极处于低电位而截止指示灯LED2不亮，BG2的截止同时又引起BG4因基极处于低电位而截止，BG4的截止又引起大功率P沟道场管Q2因G极处于高电位而截止，Q2也处于关断状态，在没有外来磁场信号触发的情况下Q1和Q2始终处于关断状态，电路始终保持一种稳定的关闭状态。下面进一步讲述2级分体式磁控触发器和大功率双稳态驱动器的工作原理，首先把2级单极性分体式磁控触发器如图1和2级大功率双稳态驱动器如图5连接在一起，把2级单极性分体式磁控触发器的导通信号输出端接口P1和P3分别和2级大功率双稳态驱动器的导通信号输入端接口P1和P3连接在一起，把2级单极性分体式磁控触发器的关断信号输出端P2和P4分别和2级大功率双稳态驱动器的关断信号输入端接口P2和P4连接在一起，具体工作原理如下，当外部磁场的S极接近S型霍尔传感器时如图1的（A），此时大功率P沟道场管Q1的G极处于低电位而导通，BG1和BG2因此而导通见图1（A）BG1和BG2的导通相当于开关P1和P3闭合见图3和图5，P1和P3的闭合使大功率双稳态驱动器BG1迅速截止指示灯LED1熄灭，BG1的截止引起BG3截止使大功率N沟道场管Q1的G极因处于高电位而导通，BG1的截止同时引起BG2因基极处于高电位而导通指示灯LED2亮，BG2的导通又引起BG4因基极电位升高而导通，BG4的导通又引起大功率P沟道场管Q2的G极电位迅速降低Q2因此而导通，Q1和Q2的导通使被控设备得以通电运行。同理当外部磁场的S极接近S型霍尔传感器H时见图1（B）大功率P沟道场管Q2导通的同时使BG3和BG4也导通，BG3和BG4的导通相当于开关P2和P4闭合见图3和图5，P2和P4的闭合使大功率双稳态驱动器BG2迅速截止指示灯LED2迅速熄灭，BG2的截止引起BG4截止，BG4的截止又引起大功率P沟道场管Q2的G极电位迅速升高而截止，Q2因此而关断，图3和图5中BG2截止的同时又引起BG1的基极电位迅速升高BG1因此而导通指示灯LED1亮，BG1的导通同时又引起BG3导通，BG3的导通又引起大功率N沟道场管Q1的G极电位迅速降低而截止，Q1因此而关断，Q1和Q2的同时关断使被控设备运行终止，2路阵列开关模块终止运行电路回到原始关断状态，如此周而复始2路阵列开关模块在外部磁场信号的控制下控制2路被控设备不停的处于一开一关的状态，当磁控触发器被外部磁场信号触发以后模块开关始终可以保持一种稳定的开与关的状态，使被控设备保持一种稳定的开与关的状态，模块一经触发即使外部磁场信号消失也不会改变模块的开与关的状态也就是说具有记忆功能，保证了被控设备的稳定运行，本模块的开关速度取决于外部磁场信号的开关频率，外部磁场信号的开关频率越高，模块的开关速度就越快，霍尔传感器是一种高速高灵敏度的磁性传感器它的工作频率在100HZ以上，同时也是高精度的位置传感器具有精确的定位功能，大功率开关三极管的工作频率在3MHZ，如此高的开关速度是电磁继电器和干簧管继电器望尘莫及的。图1中Q1和Q2为大功率P沟道场管型号为IRF9Z24，大功率开关三极管BG1、BG2、BG3、BG4型号为TIP41C，附图中所有电阻型号均为为大功率碳膜电阻具体阻值根据实际电压而定，霍尔传感器型号为3144.附图中电容C1型号为822JCH1200V，运行工作指示灯LED1和LED2为发光二极管当电路出现故障一目了然为维修提供了便利，附图中大功率开关三极管BG1、BG2、BG3、BG4型号均为TIP41C，二极管D1和D2为大功率肖特基快关二极管，本阵列开关模块工作电压为12伏或者24伏具体根据实际情况而定，本开关模块和电磁继电器，干簧管继电器，组合形成新的阵列开关模块以及组合成多路H桥驱动电路的工作原理和上述工作原理都是一样的，4路、6路、8路、10路、12路阵列开关模块工作原理和2路阵列开关模块工作原理是一样的。

Claims (8)

1.一种多路多功能定向磁控电子阵列开关模块，由：霍尔传感器，分体式磁控触发器，各分级大功率双稳态驱动器及外壳组成，其特征在于分体式磁控触发器是指包括2级、4级、6级、8级、10级、12级分体式磁控触发器。

2.根据权利要求1所述的多路多功能定向磁控电子阵列开关模块，其特征是：所述的分体式磁控触发器分为单极性分体式磁控触发器和双极性分体式磁控触发器。

3.根据权利要求1所述的多路多功能定向磁控电子阵列开关模块，其特征是：所述的多路多功能定向磁控电子阵列开关模块可以和电磁继电器组合在一起形成新的电子阵列开关，可以控制2路至12路的高压直流或交流的低频开关控制系统。

4.根据权利要求1所述的多路多功能定向磁控电子阵列开关模块，其特征是：所述的多路多功能定向磁控电子阵列开关模块可以和干簧管继电器组合在一起形成新的电子阵列开关，可以控制2路至12路的较高开关频率较小工作电流的直流控制系统。

5.根据权利要求1所述的多路多功能定向磁控电子阵列开关模块，其特征是：所述的多路多功能定向磁控电子阵列开关模块，可以独立运行直接控制2路至12路的12伏到24伏的需要较高开关频率的低压大功率直流用电设备。

6.根据权利要求1所述的多路多功能定向磁控电子阵列开关模块，其特征是：所诉的多路多功能定向磁控电子阵列开关模块，可以组合成H桥阵列驱动模块，可以直接控制12伏到24伏的2路至12路的直流电机进行正反转，同时进行电子换向。

7.根据权利要求1所述的多路多功能定向磁控电子阵列开关模块，其特征是：所述的分体式磁控触发器是由霍尔传感器H与大功率P沟道场效应管Q和Q2及各相应电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8分别和各相应的2只到12只大功率开关三极管连接组成。

8.根据权利要求1所述的多路多功能定向磁控电子阵列开关模块，其特征是：所述的各分级大功率双稳态驱动器是由四个大功率开关三极管BG1、BG2、BG3、BG4及各相应电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R11、R12和电容C1组成双稳态前级驱动与后级驱动的大功率场效应管Q1和Q2及相应电阻R9、R10、D1、D2连接组成双稳态驱动器总成。