CN217037053U - 一种多只串联场效应管等效单只场效应管的电路 - Google Patents

Abstract

一种多只串联场效应管等效单只场效应管的电路，包括高压直流电源、PMW控制设备、稳压直流电源，还具有信号输入电路、转换电路和输出控制电路；所述稳压直流电源、高压直流电源、PMW控制设备、信号输入电路、转换电路和输出控制电路安装在元件盒内并电性连接。本新型在能在使用两只或以上的场效应管作为驱动电路控制负荷场景下，将多只场效应管等效为单只场管的控制方式，且驱动工作电压为多只场管耐压之和，达到了保证负荷工作电压的驱动性能指标同时，还实现了电路相对简单、可靠、易控制的优点。基于上述，所以本实用新型具有好的应用前景。

Description

一种多只串联场效应管等效单只场效应管的电路

技术领域

本实用新型涉及电源技术领域，特别是一种多只串联场效应管等效单只场效应管的电路。

背景技术

场效应管是在电源、工业控制器、电机驱动器等各行业产品中广泛应用的一种驱动功率管，工作时主要受到相关PMW控制设备(也就是调速设备，工作时随使用者操作调速设备的相关可调电阻的不同阻值输出不同的占空比的PMW控制信号)输出的PMW脉冲信号控制作用，进而输出不同大小电流的电源到负载，满足控制需要。场效应管由D(漏极)、G(栅极)、S(源极)三个电极构成，应用中在G-S极之间施加控制电压即可控制D-S极的不同导通电流，但在需要多只场管串联提高负载工作电压的情况下，由于采用的配套控制电路和控制信号过于繁杂(每只场效应管需要配套控制电路及控制信号)，对于电路成本、可靠性、设计难度都成为了不可控的因素，对相关应用场效应管作为驱动的用电设备稳定工作带来了不利影响。

实用新型内容

为了克服现有场效应管应用在驱动电路中，当需要多只场管串联提高工作电压，由于采用的配套控制电路和控制信号过于繁杂，会造成电路成本高、可靠性差、设计难度大，对相关应用场效应管作为驱动的用电设备稳定工作会带来不利影响的弊端，本实用新型提供了在相关电路共同作用下，能在使用两只或以上的场效应管作为驱动电路控制负荷(用电设备)工作时，将多只场效应管等效为单只场管的控制方式，且驱动工作电压为多只场管耐压之和，达到驱动性能指标的同时，实现了电路相对简单、可靠、易控制优点的一种多只串联场效应管等效单只场效应管的电路。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种多只串联场效应管等效单只场效应管的电路，包括高压直流电源、PMW控制设备、稳压直流电源，其特征在于还具有信号输入电路、转换电路和输出控制电路；所述稳压直流电源、高压直流电源、PMW控制设备、信号输入电路、转换电路和输出控制电路安装在元件盒内；所述PMW控制设备的信号输出端和信号输入电路的信号输入端电性连接，信号输入电路的信号输出端和转换电路的信号输入端电性连接，转换电路的信号输出端和输出控制电路的信号输入端电性连接，输出控制电路的电源输出端和负载的电源输入端电性连接，高压直流电源和输出控制电路的电源输入端电性连接；所述信号输入电路的电源输入端和稳压直流电源两极分别电性连接。

进一步地，所述信号输入电路包括电性连接的NPN三极管和电阻、隔离变压器，第一只NPN三极管基极和第二只NPN三极管基极、第一只电阻一端连接，第一只NPN三极管发射极和第二只NPN三极管集电极、隔离变压器初级绕组一端连接，隔离变压器初级绕组另一端和第二只NPN三极管发射极连接。

进一步地，所述转换电路包括电性连接的电阻、电容、PNP型复合管、二极管，第一只电阻一端和第二只电阻一端、电容一端、二极管正极连接，二极管负极和复合管发射极连接，第二只电阻另一端和电容另一端、复合管的基极连接。

进一步地，所述输出控制电路包括电性连接的二极管和电阻、场效应管，第一只场效应管的漏极和第一只电阻一端连接，第一只电阻另一端和第二只电阻一端、第三只电阻一端、第一只场效应管的栅极连接，第二只电阻另一端和二极管负极连接，第三只电阻另一端和第四只电阻一端、第二只场效应管的栅极连接，第一只场效应管的源极和第二只场效应管的漏极连接，第四只电阻另一端和第三只场效应管的源极连接，第二只场效应管的源极和第三只场效应管1的漏极连接。

进一步地，所述输出控制电路的场效应管能是两只以上的多只，每相邻两只场效应管之间配套一只电阻，其中一只场效应管的漏极和另一只场效应管的源极连接，其中一只场效应管的源极和电阻一端连接，电阻另一端和另一只场效应管的栅极连接。

本实用新型有益效果是：本新型在高压直流电源、PMW控制设备、信号输入电路、转换电路和输出控制电路的共同作用下，能在使用两只或以上的场效应管作为驱动电路控制负荷(比如电动车的电机)工作时，将多只场效应管等效为单只场管的控制方式，且驱动工作电压为多只场管耐压之和，达到了保证负荷工作电压的驱动性能指标同时，还实现了电路相对简单、可靠、易控制的优点。克服了现有技术当需要多只场管串联提高工作电压，由于采用的配套控制电路和控制信号过于繁杂，会造成电路成本高、可靠性差、设计难度大，对相关应用场效应管作为驱动的用电设备稳定工作会带来不利影响的弊端。基于上述，所以本实用新型具有好的应用前景。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。

图1是本实用新型结构示意框图。

图2是本实用新型采用三只只场效应管情况下电路图。

图3是本实用新型采用四只场效应管情况下电路图。

具体实施方式

图1、2、3中所示，一种多只串联场效应管等效单只场效应管的电路，包括稳压直流电源6、高压直流电源1、PMW控制设备2，还具有信号输入电路3、转换电路4和输出控制电路5；所述高压直流电源1、PMW控制设备2，还具有信号输入电路3、转换电路4和输出控制电路5、稳压直流电源6安装在元件盒内电路板上。

图1、2中所示，实施例1中，信号输入电路包括经电路板布线连接的NPN三极管Q4及Q5和电阻R5、隔离变压器T1，第一只NPN三极管Q4基极和第二只NPN三极管Q5基极、第一只电阻R5一端连接，第一只NPN三极管Q5发射极和第二只NPN三极管Q5集电极、隔离变压器T1初级绕组一端连接，隔离变压器T1初级绕组另一端和第二只NPN三极管Q5发射极连接。转换电路包括经电路板布线连接的电阻R3及R4、电容C1、PNP型复合管Q6、二极管D2，第一只电阻R3一端和第二只电阻R4一端、电容C1一端、二极管D2正极连接，二极管D2负极和复合管Q6发射极连接，第二只电阻R4另一端和电容C1另一端、复合管Q6的基极连接。输出控制电路包括经电路板布线连接的二极管D1和电阻R1、R2、R11、R10，场效应管Q1、Q2、Q3，第一只场效应管Q3的漏极和第一只电阻R11一端连接，第一只电阻R11另一端和第二只电阻R10一端、第三只电阻R2一端、第一只场效应管Q3的栅极连接，第二只电阻R10另一端和二极管D1负极连接，第三只电阻R2另一端和第四只电阻R1一端、第二只场效应管Q2的栅极连接，第一只场效应管Q3的源极和第二只场效应管Q2的漏极连接，第四只电阻R1另一端和第三只场效应管Q1的源极连接，第二只场效应管Q2的源极和第三只场效应管Q1的漏极连接。

图3所示，实施例2中，输出控制电路的场效应管能是两只以上的多只(比如四只)，每相邻两只场效应管Q4及Q3之间配套一只电阻R3，其中一只场效应管Q4的漏极和另一只场效应管Q3的源极连接，其中一只场效应管Q4的源极和电阻R3一端连接，电阻R3另一端和另一只场效应管Q3的栅极连接。

图1、2所示，PMW控制设备的PMW脉冲信号端和信号输入电路的信号输入端电阻R5另一端经导线连接，信号输入电路的信号输出端隔离变压器T1的次级绕组两端和转换电路的信号输入端电阻R3另一端及复合管Q6的发射极分别经导线连接，转换电路的信号输出端复合管Q6的集电极及发射极和输出控制电路的信号输入端场效应管Q1的源极及栅极分别经导线连接，输出控制电路的电源输出端场效应管Q3的源极和负载RL(比如电机)的电源输入一端经导线连接，高压直流电源V1和输出控制电路的电源输入端场效应管Q3的漏极及负载RL电源输入另一端经导线连接。信号输入电路的电源输入端NPN三极管Q4的集电极、NPN三极管Q5的发射极和12V稳压直流电源两极分别经导线连接。

图1、2所示，本新型工作时，12V电源进入信号输入电路后，信号输入电路得电工作，由PMW控制设备输出的TTL电平PWM信号通过电阻R5限流进入两只NPN三极管Q4、Q5的基极，当PMW控制设备输出的PWM信号为高电平时，NPN三极管Q4导通NPN三极管Q5截止，12V电源输出到Q4的发射极，当PWM信号为低电平时，NPN三极管Q4截止NPN三极管Q5导通，NPN三极管Q5的集电极被拉到地，NPN三极管Q4、NPN三极管Q5组成12V驱动开关电平由NPN三极管Q4的发射极和NPN三极管Q5的集电极输出驱动交流信号进入隔离变压器T1的初级绕组，然后通过隔离变压器T1耦合将信号经隔离变压器T1的次级绕组输出到电阻R3一端。经电阻R3限流后信号高电平的开关信号通过二极管D2的单向导通作用进而就可驱动图2虚线内的电路G(也就是输出控制电路)，虚线内电路D(漏极)-S(源极)导通(多只场效应管串联后的首端场效应管Q3的漏极、末端场效应管Q1的源极导通)。同时，经电阻R3限流后信号高电平的开关信号被电阻R4限流后，进入复合管Q6的基极电位等于二极管D2的正极电位，电容C1在电平变化时主要起到加速信号传输的作用，此时，复合管Q6基极及发射极之间电平为低电平，复合管Q6处于开路的高阻状态。由于，电阻R3限流后信号低电平的开关信号可不通过二极管D2(单向导通作用)的正极驱动虚线内电路G，信号通过电阻R4限流后，此刻复合管Q6的基极电位等于二极管D2的正极电位，电容C1在电平变化起到加速信号的传输作用，此时，复合管的Q6的基极和发射及之间电平为高电平，复合管Q6处于导通的饱和状态，使复合管Q6拉虚线组成的输出控制电路的G端口与S端口为低电平，虚线内电路不导通。由上可知，经PWM信号就可控制虚线内电路D-S导通或开路，即达到直流高压电源V1电源输出导通或开路到模拟负载RL的目的，实现多只串联场管的开关控制电路(PWM设备输出不同占空比控制信号时，输出控制电路输出到负载的电压及电流随之发生变化，信号电压高输出电压及电流高、防止则低)。

图1、2所示，本新型具体工作原理分析如下。假设输出控制电路的多只串联的场效应管D(漏极)-S(源极)之间施加恒定正电压，由于，电阻R1的阻值＝R2的阻值＝R11的阻值，所以电阻R1处的电压＝电阻R2处的电压＝电阻R11处的电压，整个电路多只串联的场效应管G(栅极)-S(源极)施加的正电压增加，相当于首端场效应管Q1的G(栅极)-S(源极)施加正电压增加，场效应管Q1的DS(漏极和源极)电压减小，因为电阻R1的电压不变，第二只场效应管Q2的G(栅极)-S(源极)电压升高，场效应管Q2的D-S(漏极和源极)电压减小，电阻R2的电压不变，场效应管Q3的D-S(漏极和源极)电压减小，等同于整个电路的D-S(漏极和源极)导通阻抗减小，导通电流增大，整个过程与单支场管D-S(漏极和源极)电压增加作用一致。在相同条件下，整个电路的G-S(栅极和源极)施加正电压减小，相当于场效应管Q1的G-S(栅极和源极)施加正电压减小，场效应管Q1的DS(漏极和源极)电压增加，因为电阻R1处的电压不变，场效应管Q2的G-S(栅极和源极)电压减小，场效应管Q2的D-S(漏极和源极)电压增加，电阻R2的电压不变，场效应管Q3的D-S(漏极和源极)电压增加，等同于整个电路的D-S(漏极和源极)导通阻抗增加，导通电流减小，整个过程与单支场管D-S(漏极和源极)电压减小作用一致。电路中接口与单只场管端口不同的地方是增加了V端口，当整个电路的D-S(漏极和源极)施加电压＜级数×12V，该端口需要接入辅助工作电压(直流12V)，因为整个电路的D-S(漏极和源极)电压过低，无法使场效应管Q3和场效应管Q2正常工作，所以在V端口施加电压＝级数×12V。当整个电路的D-S(漏极和源极)施加电压≥级数×12V，该端口悬空，整个电路等效端口与单只场管完全一致。电路中，各元器件型号如下，电阻R5的阻值100Ω；NPN三极管Q4型号是2SC2655；NPN三极管Q5型号是2SA1020A；隔离变压器T1初级绕绕组和次级绕组线圈比例是16:16；电阻R3阻值是100Ω；电阻R4阻值是1KΩ；电容C1型号是1000pF；二极管D2型号是1N4148；复合管Q6型号是FZT705；(PNP型)；场效应管Q1、Q2、Q3型号是IXFK78N50P3；电阻R1、R2、R10、R11阻值是510KΩ；二极管D1型号是1N4001。

图1、2所示，本新型在高压直流电源、PMW控制设备、信号输入电路、转换电路和输出控制电路的共同作用下，能在使用两只或以上的场效应管作为驱动电路控制负荷(比如电动车的电机)，由于将多只场效应管等效为单只场管的控制方式，且驱动工作电压为多只场管耐压之和，达到了保证负荷工作电压的驱动性能指标同时，还实现了电路相对简单、可靠、易控制的优点。克服了现有技术当需要多只场管串联提高工作电压，由于采用的配套控制电路和控制信号过于繁杂，会造成电路成本高、可靠性差、设计难度大，对相关应用场效应管作为驱动的用电设备稳定工作会带来不利影响的弊端。

以上显示和描述了本实用新型的主要特征及本实用新型的优点，对于本领域技术人员而言，显然本实用新型限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，实施例中的以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征及本实用新型的优点，对于本领域技术人员而言，显然本实用新型限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。

Claims (5)

1.一种多只串联场效应管等效单只场效应管的电路，包括高压直流电源、PMW控制设备、稳压直流电源，其特征在于还具有信号输入电路、转换电路和输出控制电路；所述稳压直流电源、高压直流电源、PMW控制设备、信号输入电路、转换电路和输出控制电路安装在元件盒内；所述PMW控制设备的信号输出端和信号输入电路的信号输入端电性连接，信号输入电路的信号输出端和转换电路的信号输入端电性连接，转换电路的信号输出端和输出控制电路的信号输入端电性连接，输出控制电路的电源输出端和负载的电源输入端电性连接，高压直流电源和输出控制电路的电源输入端电性连接；所述信号输入电路的电源输入端和稳压直流电源两极分别电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种多只串联场效应管等效单只场效应管的电路，其特征在于，信号输入电路包括电性连接的NPN三极管和电阻、隔离变压器，第一只NPN三极管基极和第二只NPN三极管基极、第一只电阻一端连接，第一只NPN三极管发射极和第二只NPN三极管集电极、隔离变压器初级绕组一端连接，隔离变压器初级绕组另一端和第二只NPN三极管发射极连接。

3.根据权利要求1所述的一种多只串联场效应管等效单只场效应管的电路，其特征在于，转换电路包括电性连接的电阻、电容、PNP型复合管、二极管，第一只电阻一端和第二只电阻一端、电容一端、二极管正极连接，二极管负极和复合管发射极连接，第二只电阻另一端和电容另一端、复合管的基极连接。

4.根据权利要求1所述的一种多只串联场效应管等效单只场效应管的电路，其特征在于，输出控制电路包括电性连接的二极管和电阻、场效应管，第一只场效应管的漏极和第一只电阻一端连接，第一只电阻另一端和第二只电阻一端、第三只电阻一端、第一只场效应管的栅极连接，第二只电阻另一端和二极管负极连接，第三只电阻另一端和第四只电阻一端、第二只场效应管的栅极连接，第一只场效应管的源极和第二只场效应管的漏极连接，第四只电阻另一端和第三只场效应管的源极连接，第二只场效应管的源极和第三只场效应管1的漏极连接。

5.根据权利要求1所述的一种多只串联场效应管等效单只场效应管的电路，其特征在于，输出控制电路的场效应管能是两只以上的多只，每相邻两只场效应管之间配套一只电阻，其中一只场效应管的漏极和另一只场效应管的源极连接，其中一只场效应管的源极和电阻一端连接，电阻另一端和另一只场效应管的栅极连接。

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