CN212726857U - 一种多路负载的供电控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种多路负载的供电控制电路，将各个从开关分别与各自对应的负载串联连接成串联支路，且各个串联支路并联后的一端通过主开关连接第一电源的一极，另一端连接第一电源的另一极；在令负载得电或失电时，均可以由主开关来代替各个从开关承受电压或电流的骤变，从而减少各个从开关的电气寿命损耗。

Description

一种多路负载的供电控制电路

技术领域

本实用新型涉及供电控制电路技术领域，特别涉及一种多路负载的供电控制电路。

背景技术

现代工业控制领域中，存在多路负载分组控制的应用场景，根据实际需要，一段时间内给其中一组或者多组负载供电，不需要时断开其供电；另一段时间再给另外的负载供电。例如，喷水控制应用系统中，控制出水的电磁阀即为负载，对其可采用分组控制策略，如控制第一个电磁阀开启、闭合，第二个电磁阀开启、闭合，依次类推至第N个电磁阀。此外，在不同的应用场景中，负载还可以是电机、照明灯具等。

本领域通常采用开关元件实现以上分组控制策略，而且现有技术中，应用开关元件实现分组控制策略时，通常由各个开关元件直接带载进行开通或者关断操作，而各个开关元件两端在开通之前承受电源电压，且开通瞬间开关元件两端电压迅速下降，电流则迅速上升，以上电压电流极速变化的过程会对各个开关造成严重的电气寿命损耗。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例提供一种多路负载的供电控制电路，以降低各个开关元件的电气寿命损耗。

为实现上述目的，本实用新型实施例提供如下技术方案：

本实用新型提供了一种多路负载的供电控制电路，包括：控制器、主开关以及至少一个从开关；其中：

各个所述从开关分别与各自对应的负载串联连接成串联支路，各个串联支路并联连接；

各个串联支路并联后的一端通过所述主开关连接第一电源的一极；各个串联支路并联后的另一端连接所述第一电源的另一极；

所述主开关与各个所述从开关均受控于所述控制器，且所述从开关先于所述主开关开通。

优选的，所述主开关先于所述从开关断开。

优选的，所述主开关的电气寿命大于各个所述从开关的电气寿命。

优选的，所述从开关为：机械触头式开关元件；

所述主开关为：机械触头式开关元件，或者，电子式开关元件。

优选的，若所述负载为直流负载、所述第一电源为直流电源，则所述主开关为具备正向通断功能的开关。

优选的，若所述负载为直流负载、所述第一电源为交流电源，则所述主开关为具备正向通断功能和反向关断功能的开关。

优选的，所述主开关为具备反向关断功能的单向开关时，所述主开关包括：串联连接的开关管和二极管；

所述主开关为具备反向关断功能的双向开关时，所述主开关包括：反向串联连接的两个开关管。

优选的，若所述负载为交流负载、所述第一电源为交流电源，则所述主开关为具备正向通断功能和反向通断功能的开关。

优选的，所述主开关包括：反向串联连接的两个开关管。

优选的，所述主开关为电子式开关元件时，所述多路负载的供电控制电路还包括：至少一个隔离驱动电路；

所述隔离驱动电路的输入端与第二电源相连；

所述隔离驱动电路的控制端与所述控制器相连；

所述隔离驱动电路的输出端与所述主开关中对应受控器件的控制端相连。

优选的，所述隔离驱动电路包括：电源模块和驱动模块；所述电源模块和所述驱动模块中的至少一个为隔离型模块；

所述电源模块的输入端作为所述隔离驱动电路的输入端；

所述电源模块的输出端与所述驱动模块的输入端相连；

所述驱动模块的控制端为所述隔离驱动电路的控制端；

所述驱动模块的输出端为所述隔离驱动电路的输出端。

优选的，所述第二电源为直流电源，所述电源模块为隔离型DCDC变换器。

优选的，所述驱动模块包括：隔离光耦及设置于所述隔离光耦输入端的上拉/下拉开关模块；所述上拉/下拉开关模块的控制端为所述驱动模块的控制端。

优选的，所述主开关包括反向串联连接的两个开关管时，所述隔离驱动电路的个数为一个或两个。

本实用新型实施例提供的多路负载的供电控制电路，其从开关先于主开关开通，因此，在令负载得电时，可以利用主开关来承受电源电压，而各个从开关不带电导通，避免了负载得电过程中电压电流的迅速变化对各个从开关造成影响，减少了各个从开关的电气寿命损耗。并且，其主开关先于从开关断开，则在令负载失电时，也可以利用主开关来代替各个从开关承受电压或电流的骤变，进而也可以减少各个从开关的电气寿命损耗。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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实用新型的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种多路负载的供电控制电路的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种多路负载的供电控制电路的从开关保护时序图；

图3为本实用新型另一实施例提供的一种多路负载的供电控制电路中主开关为电子式开关元件的结构示意图；

图4为本实用新型另一实施例提供的一种多路负载的供电控制电路中的隔离驱动电路的结构示意图；

图5为本实用新型另一实施例提供的一种多路负载的供电控制电路中的负载为直流负载、且第一电源为直流电源的结构示意图；

图6为本实用新型另一实施例提供的一种多路负载的供电控制电路中的负载为直流负载、而第一电源为交流电源的结构示意图；

图7为本实用新型另一实施例提供的一种多路负载的供电控制电路中的主开关是具备反向关断功能的单向开关的结构示意图；

图8为本实用新型另一实施例提供的一种多路负载的供电控制电路中的主开关是具备反向关断功能的双向开关的结构示意图；

图9为本实用新型另一实施例提供的一种多路负载的供电控制电路中的主开关为反向串联连接的两个开关管时，隔离驱动电路的个数为两个的结构示意图；

图10为本实用新型另一实施例提供的一种多路负载的供电控制电路中的主开关为反向串联连接的两个开关管时，隔离驱动电路的个数为一个的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在本申请中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本实用新型提供一种多路负载的供电控制电路，以降各个开关元件的电气寿命损耗。

该多路负载的供电控制电路的结构示意图如图1所示，包括：控制器110、主开关120以及至少一个从开关130；其中：

各个从开关130分别与各自对应的负载串联连接成串联支路，各个串联支路并联连接。

各个串联支路并联后的一端通过主开关120连接第一电源的一极；各个串联支路并联后的另一端连接所述第一电源的另一极。

需要说明的是，上述第一电源为交流电源或者直流电源，本实施例提供的多路负载的供电控制电路的结构示意图并未具体限定第一电源的类型，具体可见下述实施例的说明。

并且，上述主开关120以及各个从开关130均受控于控制器110，在负载不工作时，主开关120与所有从开关130都处于断开状态。若某个负载或者多个负载需要供电，则该控制器110先控制负载对应的从开关130开通，再控制主开关120开通，避免相应的从开关130两端承受第一电源的电压而导致自身在开通瞬间两端电压迅速下降，电流迅速上升；而若需要令负载失电，则控制器110先控制主开关120关断，再控制相应的从开关130断开，同样避免了从开关130断开瞬间，自身两端的电流电压发生骤变、损耗从开关130的电气寿命。

以上控制主、从开关闭合或断开的时序图可参见图2，以主、从开关信号为高电平时表示控制信号为开通为例进行展示，从开关130在接收到控制器 110发送的开通的控制信号后立即开通，而主开关120则是在接收到控制器110 发送的开通的控制信号后延时时间a再开通，其延时时间a可由技术人员根据实际情况进行设置；同理，导通b时间之后，主开关120在接收到控制器110发送的断开的控制信号后立即断开，而从开关130在接收到控制器110发送的断开的控制信号后延时时间c再断开，延时时间c同样由技术人员根据实际情况进行设置，不做具体限定。

实际应用中，实现分组控制策略的开关元件可以是机械触头式的或者电子式的，具体的，机械触头式的开关元件有继电器、接触器等，电子式的开关元件有MOS(metal-oxide-semiconductor，金属-氧化物-半导体)场效应晶体管、IGBT(Insulated GateBipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)、固态继电器等。本实施的各个从开关130均是机械触头式开关元件；而主开关120可以是机械触头式开关元件，也可以是电子式开关元件。

但是，无论何种开关元件应用在分组控制的场景中，现有技术中的开关元件通常都需要直接带载进行开通或者关断操作，这对于开关元件的电气寿命损耗是特别大的考验。特别是对于机械触头式开关元件来说，带负载关断时，一般会产生电弧，电弧的高温会使触头表面金属材料熔化，并且会因为磁场、气流等原因向周围喷射散失。以上情况在机械触头式开关元件带负载开通时也会发生，触头在闭合过程中发生弹跳，动触头与静触头之间的金属桥和短电弧都有可能造成电磨损，而随着电磨损的逐渐加重，触头的厚度随之逐渐减小，超程以及终压力也会逐渐较小，直至触头之间不能可靠接触时，该机械触头式开关元件则不能再继续工作。

而本实施例提供的多路负载的供电控制电路中，无论主开关120是哪一种形式，只要保证各个从开关130先于主开关120开通、主开关120先于从开关130 断开，即在令负载得电或失电时，均由主开关120两端承受电源电压、代替各个从开关130承受电压或电流的骤变，即可减少各个从开关130的电气寿命损耗。而且，主开关120的电气寿命大于各个从开关130的电气寿命，也可以避免全部负载都无法得电的情况发生。

本实用新型另一实施例还提供了一种多路负载的供电控制电路，该供电控制电路的结构示意图如图3所示，本实施例在上述实施例的基础上，若主开关为电子式开关元件，则多路负载的供电控制电路还包括：至少一个隔离驱动电路310；其中：

隔离驱动电路310的输入端与第二电源相连；

隔离驱动电路310的控制端与控制器110相连；

隔离驱动电路310的输出端与主开关120中对应受控器件的控制端相连。

其中，上述第二电源(未在图中画出)可以为额外设置的直流电源，其电压值不做具体限定。

并且，该隔离驱动电路310包括：电源模块410和驱动模块420，具体可参见图4。其中，电源模块410和驱动模块420中，至少有一个为隔离型模块，以增强弱电系统的耐压能力。具体的：

电源模块410的输入端作为隔离驱动电路310的输入端，与第二电源相连；

电源模块410的输出端与驱动模块420的输入端相连；

驱动模块420的控制端为隔离驱动电路310的控制端；

驱动模块420的输出端为隔离驱动电路310的输出端，与主开关120中对应受控器件的控制端相连。

实际应用中，电源模块410为隔离型DCDC变换器；驱动模块420中包括隔离光耦及设置于该隔离光耦输入端的上拉/下拉开关模块(图中未展示)；该隔离光耦用于实现对输入、输出信号的隔离作用，该上拉/下拉开关模块受控于控制器110、用于实现对于该隔离光耦的输入控制。当然，实际应用中也并不排除驱动模块420仅包括隔离光耦、而由控制器110控制隔离型DCDC变换器的输出来实现对于隔离光耦的控制方案；能够实现对于主开关120的隔离驱动即可，均在本申请的保护范围内。

本实施例提供的多路负载的供电控制电路，各个从开关130为天然具有隔离能力的机械触头式开关元件，比如继电器，而对主开关120采用光耦和隔离电源的驱动方式，因此使得控制器110与主、从开关均实现了隔离，进而能够在遭受雷击等情况时保护控制器，增强了整个系统的防护能力。

其余的原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。

本实用新型所描述的负载可以是直流负载或者交流负载，其中，交流负载能够把电能转换成机械能，如电动机、电灯泡以及扬声器等，直流负载即为接收直流供电的负载。对于不同的负载以及不同的第一电源，本实用新型另一实施例还提供了多种多路负载的供电控制电路，具体的，在上述实施例的基础上：

(1)若负载为直流负载、且第一电源为直流电源，该直流电源的正负极分别为如图5所示的DC(+)和DC(-)，则主开关120具备正向导通和正向关断功能即可，是否具备反向关断或者反向导通功能均可；也即，主开关120应为至少具备正向通断功能的开关，比如不具备反向关断功能的单向开关，该供电控制电路的结构示意图如图5所示。

具体的，不具备反向关断功能的单向开关，如固态继电器、MOS管等不具备反向关断功能的开关，此处不再一一列举，技术人员可根据实际情况进行选取。

本实施例采用直流电源为直流负载供电，根据直流电源能够使电路两端之间维持恒定的电位差，从而在外电路中形成由正极到负极的电流的特性，选择不具备反向关断功能的单向开关作为主开关120即可，当然，也不排除具备反向关断功能的单向开关和双向开关，只是成本有所增加而已。

(2)若负载为直流负载、而第一电源为交流电源，该交流电源的正负极分别为如图6所示的AC(L)和AC(N)，则主开关120具备正向导通、正向关断和反向关断功能即可，是否具备反向导通功能均可；也即，主开关120应为具备正向通断功能和反向关断功能的单向开关或者双向功能，其结构示意图如图6所示。

需要说明的是，由于第一电源是交流电源，则为了配合交流电源的供电方式，本实施例的主开关必须具备反向关断功能，防止电压反灌，而由于负载是直流负载，因此选用单向开关或者双向开关都可以，均在本实用新型的保护范围之内。

具体的，若主开关120是具备反向关断功能的单向开关时，主开关120包括；串联连接的开关管和二极管；其中，本实施例以开关管为MOS管进行说明，但不仅限于此，该主开关的结构示意图如图7所示。实际应用中，二极管的方向应当视负载的正负极而定，图7仅为一种示例。

而主开关120若为具备反向关断功能的双向开关，则主开关120包括：反向串联连接的两个开关管；其中，此开关管亦可以为MOS，该主开关120的结构示意图如图8所示。

(3)若负载为交流负载、第一电源为交流电源时，则主开关120需要具备正向导通、正向关断、反向导通和反向关断功能；也即，主开关120应为双向开关，具体连接关系可参考图6，同样，具有反向关断功能的双向主开关包括：反向串联连接的两个开关管，其结构如图8所示，此处不再赘述。

只要主开关120采用MOS管等电子式开关器件，则该多路负载的供电控制电路还包括至少一个隔离驱动电路310，如图5和图6所示。

其余的原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。

本实用新型另一实施例还提供了一种多路负载的供电控制电路，在上述实施例的基础上，当主开关120为包括反向串联连接的两个开关管时，隔离驱动电路310的个数可以是两个，其结构示意图如图9所示。

或者，隔离驱动电路的个数也可以是一个，其结构示意图如图10所示。

其余的原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所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模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本实用新型的范围。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (14)

1.一种多路负载的供电控制电路，其特征在于，包括：控制器、主开关以及至少一个从开关；其中：

各个所述从开关分别与各自对应的负载串联连接成串联支路，各个串联支路并联连接；

各个串联支路并联后的一端通过所述主开关连接第一电源的一极；各个串联支路并联后的另一端连接所述第一电源的另一极；

所述主开关与各个所述从开关均受控于所述控制器，且所述从开关先于所述主开关开通。

2.根据权利要求1所述的多路负载的供电控制电路，其特征在于，所述主开关先于所述从开关断开。

3.根据权利要求1所述的多路负载的供电控制电路，其特征在于，所述主开关的电气寿命大于各个所述从开关的电气寿命。

4.根据权利要求1-3任一所述的多路负载的供电控制电路，其特征在于，所述从开关为：机械触头式开关元件；

所述主开关为：机械触头式开关元件，或者，电子式开关元件。

5.根据权利要求4所述的多路负载的供电控制电路，其特征在于，若所述负载为直流负载、所述第一电源为直流电源，则所述主开关为具备正向通断功能的开关。

6.根据权利要求4所述的多路负载的供电控制电路，其特征在于，若所述负载为直流负载、所述第一电源为交流电源，则所述主开关为具备正向通断功能和反向关断功能的开关。

7.根据权利要求6所述的多路负载的供电控制电路，其特征在于，所述主开关为具备反向关断功能的单向开关时，所述主开关包括：串联连接的开关管和二极管；

所述主开关为具备反向关断功能的双向开关时，所述主开关包括：反向串联连接的两个开关管。

8.根据权利要求4所述的多路负载的供电控制电路，其特征在于，若所述负载为交流负载、所述第一电源为交流电源，则所述主开关为具备正向通断功能和反向通断功能的开关。

9.根据权利要求8所述的多路负载的供电控制电路，其特征在于，所述主开关包括：反向串联连接的两个开关管。

10.根据权利要求4所述的多路负载的供电控制电路，其特征在于，所述主开关为电子式开关元件时，所述多路负载的供电控制电路还包括：至少一个隔离驱动电路；

所述隔离驱动电路的输入端与第二电源相连；

所述隔离驱动电路的控制端与所述控制器相连；

所述隔离驱动电路的输出端与所述主开关中对应受控器件的控制端相连。

11.根据权利要求10所述的多路负载的供电控制电路，其特征在于，所述隔离驱动电路包括：电源模块和驱动模块；所述电源模块和所述驱动模块中的至少一个为隔离型模块；

所述电源模块的输入端作为所述隔离驱动电路的输入端；

所述电源模块的输出端与所述驱动模块的输入端相连；

所述驱动模块的控制端为所述隔离驱动电路的控制端；

所述驱动模块的输出端为所述隔离驱动电路的输出端。

12.根据权利要求11所述的多路负载的供电控制电路，其特征在于，所述第二电源为直流电源，所述电源模块为隔离型DCDC变换器。

13.根据权利要求11所述的多路负载的供电控制电路，其特征在于，所述驱动模块包括：隔离光耦及设置于所述隔离光耦输入端的上拉/下拉开关模块；所述上拉/下拉开关模块的控制端为所述驱动模块的控制端。

14.根据权利要求10所述的多路负载的供电控制电路，其特征在于，所述主开关包括反向串联连接的两个开关管时，所述隔离驱动电路的个数为一个或两个。

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