CN210958322U

CN210958322U - 一种电容式压控开关

Info

Publication number: CN210958322U
Application number: CN201922480030.8U
Authority: CN
Inventors: 邓宁芳; 沈震
Original assignee: Wuxi Guige Electronic Technology Co ltd
Current assignee: Wuxi Guige Electronic Technology Co ltd
Priority date: 2019-12-31
Filing date: 2019-12-31
Publication date: 2020-07-07
Anticipated expiration: 2029-12-31

Abstract

本实用新型提供了一种电容式压控开关，包括：控制器电路、分压电路、接口电路以及开关电路。控制器电路包括多个AD采样端；分压电路包括第一总电阻、第二总电阻、多个分电阻和直流稳压电源，在控制器电路和分压电路之间设置有多个分压电路电容；每一分压电路电容的一端同时连接一个AD采样端和一个分电阻，每一分压电路电容的另一端接地；第一总电阻的一端与接口电路的第一输入端连接，另一端分别与多个分电阻连接；第二总电阻的一端与接口电路的第二输入端连接，另一端与直流稳压电源连接；接口电路为差动式电容电路；接口电路的输出端与开关电路连接。本实用新型利用差动式电容的高灵敏度特性，提高了压控开关的灵敏度和稳定性。

Description

一种电容式压控开关

技术领域

本实用新型涉及开关技术领域，特别是涉及一种电容式压控开关。

背景技术

压力开关利用精确度高和稳定性好的压力传感器进行操作的。压力开关不仅利用了压力传感器，还运用了变送电路和对CPU模块化信号进行处理的技术，从而对压力进行检测、显示压力大小、警报以及控制压力信号的输出。

由于压力开关高精确度和稳定性能，压力开关被广泛地应用在石油化工行业、冶金行业、电力行业以及供水行业，从而对不同的液体和其他的表面压力和绝压进行测量、警报和控制。由压力开关制成的仪表是一种被广泛应用在工业现场的智能化的检测控制仪表。不仅如此，压力开关还被广泛应用在阿波罗飞船、波音747、空客A320、M1A1等航空领域和军工领域的产品里。

压力开关主要有两种类型，一种是常开式的，另一种是常闭式的。压力开关主要有四个特点：一、管螺纹接头式的安装结构以及焊接铜管的安装结构十分灵活，并且在使用方面也是极其方便的，不需要额外的安装设备来固定结构。二、压力开关具有插片式的连接方式和导线式的连接方式，以供客户进行选择。三、压力开关具有安全可靠的密封式的不锈钢感应器，客户可以放心地使用。四、在一定压力范围内，客户可以任意选择一个压力值让压力开关运行。

压力开关的工作原理是：如果压力开关系统里面的压力高于或者是低于初始设定的安全的压力值，压力开关感应器内的碟片可以及时地感应到，并发生警报，同时发生移动，和导杆相互连接，使得压力开关的接头接通电源或者是和电源相互断开。当压力开关系统里面的压力恢复到初始设定的安全压力值时，碟片又可以及时地感应到，然后在一瞬间恢复到原位，开关也会自动恢复到原初始位置和状态。这样的压力开关用在普通场景下绰绰有余，但如果用在对灵敏度要求高的场景下时，就显得有些不足了。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是要提供一种电容式压控开关，利用差动式电容的高灵敏度特性，提高了压控开关的灵敏度和稳定性。

特别地，本实用新型提供了一种电容式压控开关，包括：控制器电路、分压电路、接口电路以及开关电路；

所述控制器电路包括多个AD采样端；

所述分压电路包括第一总电阻、第二总电阻、多个分电阻和直流稳压电源，在所述控制器电路和所述分压电路之间设置有多个分压电路电容；每一分压电路电容的一端同时连接一个AD采样端和一个分电阻，每一分压电路电容的另一端接地；所述第一总电阻的一端与所述接口电路的第一输入端连接，另一端分别与所述多个分电阻连接；所述第二总电阻的一端与所述接口电路的第二输入端连接，另一端与所述直流稳压电源连接；

所述接口电路为差动式电容电路；所述接口电路的输出端与所述开关电路连接。

优选的，所述开关电路包括四个开关和一个开关电路电容，第一开关的一端和第二开关的一端以并联的方式同时连接于开关电路电容的一侧，第三开关的一端和第四开关的一端以并联的方式同时连接于开关电路电容的另一侧。

优选的，所述第一开关的另一端与所述接口电路的第一输出端连接，所述第二开关的另一端与所述接口电路的第二输出端连接，所述第三开关的另一端与直流电源连接，所述第四开关的另一端接地。

优选的，在所述接口电路每一个相对应的输入端与输出端之间：运算放大器的输出端连接于所述接口电路的输入端，运算放大器的一个输入端连接于接口电路电容的一端，运算放大器的另一个输入端接地；接口电路电容的一端连接于所述接口电路的输出端，接口电路电容的另一端接地；一个电阻以并联的方式连接于所述运算放大器的输出端和一个输入端；一个电容以并联的方式连接于所述运算放大器的输出端和一个输入端。

优选的，所述运算放大器为三态缓冲器。

本设计增加了差动式电容，电路结构引起的寄生电容两端没有电势差，从原理上消除了寄生电容的影响。采用差分输出设计，从结构上消除了部分电荷注入效应引起的直流偏移，加上合理的CMOS开关设计，可以使得直流偏移大大降低。该电路结构简单，成本低廉，不需交流测量电路中的解调器和滤波器，从而使测量速度高于交流电路。因此，大大提高了电路的响应时间，从而降低延迟提高灵敏度。

根据下文结合附图对本实用新型具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本实用新型的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本实用新型的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本实用新型一个实施例的电容式压控开关示意图；

图2是根据本实用新型一个实施例的接口电路和开关电路的连接示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型设计了一种电容式压控开关，主要包括：控制器电路4、分压电路14、接口电路15以及开关电路18。其中，在控制器电路4 和分压电路14之间设置有分压电路电容，由于本实施例中采集端有三个，因此，分压电路电容有三个：电容一5、电容二6、电容三7。

控制器电路4由AD采样端一1、AD采样端二2、AD采样端三3组成。分压电路14中具有三个分电阻，电阻一8、电阻二9、电阻三10。AD采样端一1的输出端与电容一5的一端连接，与此同时电容一5的这一端再与电阻一 8的一端连接。AD采样端二2的输出端与电容二6的一端连接，与此同时电容二6的这一端再与电阻二9的一端连接。AD采样端三3的输出端与电容三 7的一端连接，与此同时电容三7的这一端再与电阻三10的一端相接。每一分压电路电容的另一端都接地。

分压电路14还包括第一总电阻11、第二总电阻12。

第一总电阻11的一端与接口电路15的第一输入端连接。第一总电阻11 的另一端分别与多个分电阻连接。具体的连接方式为：电阻一8的一端与电阻二9相连，电阻一8与电阻三10连接，电阻一8与第一总电阻11连接。电阻二9与电阻一8连接，电阻二9与电阻三10连接，电阻二9与第一总电阻11 连接。电阻三10与电阻一8相连，电阻三10与电阻二9相连，电阻三10与第一总电阻11相连。

第二总电阻12的一端与接口电路15的第二输入端连接。第二总电阻12 的另一端与直流稳压电源13连接。

开关电路18由第一开关16、第二开关17、第四开关19、第五开关20、电容四19(即开关电路电容)组成。接口电路15的输出端与开关电路18连接，具体的连接方式如下：接口电路15的第一输出端与第一开关16的一端连接，第一开关16的另一端与电容四19的一端连接。接口电路15的第二输出端与第二开关17的一端连接，第一开关17的另一端与电容四19的一端连接。因此，第一开关16和第二开关17形成并联的关系。第三开关20的一端与电容四19的另一端连接，第三开关20的另一端与直流电源连接。第四开关21的一端也与电容四19的另一端连接，第四开关21的另一端接地。因此，第二开关20和第二开关21形成并联的关系。

如图2所示，在接口电路15中有运算放大器一22、运算放大器二23、电容五24(即接口电路电容)、电容六25、电容七26(即接口电路电容)、电容八27、电阻六28、电阻七29。其中，运算放大器为三态缓冲器。在接口电路15每一个相对应的输入端与输出端之间，在本实施例中，是在接口电路15 的第一输入端和第一输出端之间，在接口电路15的第二输入端和第二输出端之间，设置有如下电路。

以接口电路15的第一输入端和第一输出端之间的电路为例。接口电路15 的第一输入端连接于运算放大器一22的输出端，运算放大器22的一个输入端连接于电容五24的一端，运算放大器22的另一个输入端接地。电容五24一端连接于接口电路的输出端，电容五24的另一端接地。电阻六28以并联的方式连接于运算放大器22的输出端和一个输入端。电容六25同样以并联的方式连接于所述运算放大器的输出端和一个输入端。同理可得接口电路15的第二输入端和第二输出端之间电路。

本实用新型独特的一点是在电路中加入了差动式电容，来提高整个开关的灵敏度。但是这样的设计要想实现则必须要通过特定的电容测量方法来确定所需的值和相关的数据，其中的难点在于对所用的微小电容的测量，一些电路中出现的问题例如电路漂移、引线电容、分布电容、信号泄露、电磁干扰等因素都会严重影响最终此电路设计的实现。因此电容传感器的应用会极大的受接口电路和寄生电容的限制，而寄生电容往往比被测电容值高出几个数量级。

图2所示的接口电路，在电路结构引起的寄生电容两端没有电势差，从原理上消除了寄生电容的影响。电容四为待测电容，三个开关为CMOS开关，它们的通断受频率厂的时钟信号控制。电阻六28和电容六25分别为反馈电阻和反馈电容。电容五24保证了CD1与CD2输入端的地电位在高速的充放电过程中保持稳定，具体连接方式详见图2。测量过程中，源极一直与一个低阻输入相连，而测量极一直与地电位相连。当开关四21、开关二17接通时，开关三20、开关一16断开，此时对电容四19反向充电。当开关四21、开关一16 接通时，开关三20、开关二17断开，此时直流电源对电容四19正向充电。

我们可以得出

V1＝一fVcR1C1+e1；

V2＝fVcR1C1+e2；

V2-V1＝2fVcR1C1+e2-e1

其中，f为开关开断频率，e1,e2为与开关电荷注入效应等效的偏移电压。

通过以上公式我们可以得到输出电压V2-V1正比于被测电容四19。电路中被测电容四19左端接地或接直流电源，右端接虚地端，电路结构引起的寄生电容两端没有电势差，从原理上消除了寄生电容的影响。采用差分输出设计， Vo＝V2-V1从结构上消除了部分电荷注入效应引起的直流偏移，加上合理的 CMOS开关设计，可以使得直流偏移大大降低。该电路结构简单，成本低廉，不需交流测量电路中的解调器和滤波器，从而使测量速度高于交流电路。

综上，将图2的接口电路应用于图1，能有效提高电路的相应时间，改善压控开关的灵敏度问题。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本实用新型的多个示例性实施例，但是，在不脱离本实用新型精神和范围的情况下，仍可根据本实用新型公开的内容直接确定或推导出符合本实用新型原理的许多其他变型或修改。因此，本实用新型的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims

1.一种电容式压控开关，其特征在于，包括：控制器电路、分压电路、接口电路以及开关电路；

所述控制器电路包括多个AD采样端；

2.根据权利要求1所述的电容式压控开关，其特征在于，所述开关电路包括四个开关和一个开关电路电容，第一开关的一端和第二开关的一端以并联的方式同时连接于开关电路电容的一侧，第三开关的一端和第四开关的一端以并联的方式同时连接于开关电路电容的另一侧。

3.根据权利要求2所述的电容式压控开关，其特征在于，所述第一开关的另一端与所述接口电路的第一输出端连接，所述第二开关的另一端与所述接口电路的第二输出端连接，所述第三开关的另一端与直流电源连接，所述第四开关的另一端接地。

4.根据权利要求1或3所述的电容式压控开关，其特征在于，在所述接口电路每一个相对应的输入端与输出端之间：运算放大器的输出端连接于所述接口电路的输入端，运算放大器的一个输入端连接于接口电路电容的一端，运算放大器的另一个输入端接地；接口电路电容的一端连接于所述接口电路的输出端，接口电路电容的另一端接地；一个电阻以并联的方式连接于所述运算放大器的输出端和一个输入端；一个电容以并联的方式连接于所述运算放大器的输出端和一个输入端。

5.根据权利要求4所述的电容式压控开关，其特征在于，所述运算放大器为三态缓冲器。