CN220492642U - 开关控制电路与电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种开关控制电路与电子设备。开关控制电路用于与感性负载连接。开关控制电路包括开关管、导流支路、钳位支路与控制器。开关管分别与钳位支路及控制器连接，开关管分别与导流支路及感性负载连接，导流支路与钳位支路连接。开关管响应于控制器输出的控制信号而关断。在开关管关断时感性负载产生感应电流与感应电压。导流支路用于为感应电流提供电流回路，以使感应电流流经钳位支路。钳位支路用于在流经感应电流时基于感应电压输出第一电压至开关管。开关管还用于响应于第一电压而导通，并为感应电压提供泄放回路，以将感应电压泄放。通过上述方式，能够对感性负载产生感应电压进行泄放，以降低开关管被击穿的风险。

Description

开关控制电路与电子设备

技术领域

本申请涉及电子电路技术领域，特别是涉及一种开关控制电路与电子设备。

背景技术

目前，在电动工具、吸尘器、电风扇等电子设备中设有电机等感性负载。并且，通常通过MOS管等开关管控制感性负载的得电与失电。

然而，在采用开关管控制感性负载失电时，感性负载所产生的电压作用于开关管，可能导致开关管上的电压超过其能够承受的电压范围，进而导致开关管被击穿而损坏。

实用新型内容

本申请旨在提供一种开关控制电路与电子设备，本申请能够对感性负载产生感应电压进行泄放，以降低开关管被击穿的风险。

为实现上述目的，第一方面，本申请提供一种开关控制电路，所述开关控制电路用于与感性负载连接，所述开关控制电路包括：

开关管、导流支路、钳位支路与控制器；

所述开关管的第一端分别与所述钳位支路的第一端及所述控制器连接，所述开关管的第二端分别与所述导流支路的第一端及所述感性负载连接，所述导流支路的第二端与所述钳位支路的第二端连接；

所述开关管用于响应于所述控制器输出的控制信号而关断，其中，在所述开关管关断时所述感性负载产生感应电流与感应电压；

所述导流支路用于为所述感应电流提供电流回路，以使所述感应电流流经所述钳位支路；

所述钳位支路用于在流经所述感应电流时基于所述感应电压输出第一电压至所述开关管；

所述开关管还用于响应于所述第一电压而导通，并为所述感应电压提供泄放回路，以将所述感应电压泄放。

在一种可选的方式中，所述导流支路包括第一二极管；

所述第一二极管的阳极分别与所述感性负载及所述开关管的第二端连接，所述第一二极管的阴极与所述钳位支路的第二端连接。

在一种可选的方式中，所述钳位支路包括稳压二极管；

所述稳压二极管的阳极与所述开关管的第一端连接，所述稳压二极管的阴极与所述导流支路的第二端连接。

在一种可选的方式中，所述开关管包括MOS管、IGBT开关管与三极管中的一种。

在一种可选的方式中，当所述开关管为MOS管时，所述MOS管的栅极为所述开关管的第一端，所述MOS管的漏极为所述开关管的第二端，所述MOS管的源极为所述开关管的第三端。

在一种可选的方式中，所述开关控制电路还包括用于限流的第一电阻、第二电阻与第三电阻；

所述第一电阻连接于所述控制器及所述开关管的第一端之间，所述第二电阻连接于所述导流支路及所述钳位支路之间，所述第三电阻连接于所述开关管的第三端与地之间。

在一种可选的方式中，所述开关控制电路还包括被配置为上拉电阻的第四电阻；

所述第四电阻的第一端与所述开关管的第一端连接，所述第四电阻的第二端接地。

在一种可选的方式中，所述开关控制电路还包括用于防止电流倒灌的第二二极管；

所述第二二极管的阳极与所述控制器连接，所述第二二极管的阴极与所述开关管的第一端连接。

第二方面，本申请提供一种电子设备，包括感性负载以及如上所述的开关控制电路；

所述开关控制电路与所述感性负载的第一端连接，所述感性负载的第二端与第一电源连接。

在一种可选的方式中，所述感性负载包括电机与第三二极管；

所述第三二极管的阳极分别与所述电机的第一端及所述开关控制电路中开关管的第二端连接，所述第三二极管的阴极分别与所述电机的第二端及所述第一电源连接。

本申请的有益效果是：本申请提供的开关控制电路与感性负载连接。开关控制电路包括开关管、导流支路、钳位支路与控制器。开关管用于响应于控制器输出的控制信号而关断。其中，在开关管关断时感性负载产生感应电流与感应电压。之后，导流支路为感应电流提供电流回路，以使感应电流流经钳位支路。继而，钳位支路基于感应电压输出第一电压至开关管，以使开关管导通。开关管导通后能够为感应电压提供泄放回路，以将感应电压泄放。从而，通过上述过程能够实现对感性负载所产生的感应电压进行泄放，有利于降低开关管被击穿的风险。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1为本申请实施例一提供的开关控制电路的结构示意图；

图2为本申请实施例一提供的开关控制电路的电路结构示意图；

图3为本申请实施例一提供的电子设备的电路结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参照图1，图1为本申请实施例提供的开关控制电路10的结构示意图。如图1所示，开关控制电路10用于与感性负载20连接。其中，感性负载20是指在电路中具有电感元件(如线圈、电机等)的负载。感性负载能够在电流变化时会产生自感电动势，导致电压和电流之间存在相位差，具体会导致电流相对电压滞后90度，即电流落后于电压。

开关控制电路10包括开关管Q1、导流支路11、钳位支路12与控制器13。其中，开关管Q1的第一端分别与钳位支路12的第一端及控制器13连接，开关管Q1的第二端分别与导流支路11的第一端及感性负载20连接，导流支路11的第二端与钳位支路12的第二端连接。

具体地，开关管Q1用于响应于控制器13输出的控制信号而关断。其中，在开关管Q1关断时感性负载20产生感应电流与感应电压。导流支路11用于为感应电流提供电流回路，以使感应电流流经钳位支路12。钳位支路12用于在流经感应电流时基于感应电压输出第一电压至开关管Q1。开关管Q1还用于响应于第一电压而导通，并为感应电压提供泄放回路，以将感应电压泄放。

在实际应用中，当需要控制感性负载20失电时，控制器13输出控制信号至开关管Q1，以使开关管Q1关断。感性负载20失电，但同时感性负载20会产生自感电动势，以输出感应电压与感应电流。继而，感应电流被导流支路11引导至流向钳位支路12。钳位支路12基于感应电压输出第一电压作用于开关管Q1的第一端。此时，即使控制器13仍在输出控制信号，开关管Q1也会被驱动导通。开关管Q1导通后能够为感应电压提供泄放回路，以将感应电压泄放。

在相关技术中，在开关管Q1关断后，感性负载20所产生的感应电压会一直作用于开关管Q1，可能导致开关管上的电压超过其能够承受的电压范围，进而导致开关管被击穿而损坏。

而在本申请的实际例中，则巧妙地利用感性负载20所产生的感应电压驱动开关管Q1导通，以将感应电压进行泄放，从而可降低开关管Q1被击穿的风险。

请参照图2，图2中示例性示出了开关控制电路10的一种电路结构。

在一实施例中，如图2所示，导流支路11包括第一二极管D1。

其中，第一二极管D1的阳极分别与感性负载20及开关管Q1的第二端连接，第一二极管D1的阴极与钳位支路12的第二端连接。

具体地，当开关管Q1关断而导致感性负载20输出感应电压时，第一二极管D1正向导通。感性负载20输出的感应电流通过第一二极管D1流入钳位支路12。

在一实施例中，钳位支路12包括稳压二极管DW1。

其中，稳压二极管DW1的阳极与开关管Q1的第一端连接，稳压二极管DW1的阴极与导流支路11的第二端连接。

具体地，感性负载20输出的感应电压经过第一二极管D1的降压后作用于稳压二极管DW1，以使稳压二极管DW1被反向击穿。继而，稳压二极管DW1两端的电压保持为一恒定的电压。并且，由于第一二极管D1的正向导通压降较小，可忽略。可得，感性负载20输出的感应电压与稳压二极管DW1被反向击穿的电压之差，作用于第一节点N1。换言之，通过设置稳压二极管DW1，能够将第一节点N1的电压钳位为感性负载20输出的感应电压与稳压二极管DW1被反向击穿的电压之差。接着，第一节点N1的电压作用于开关管Q1的第一端，以使开关管Q1导通。

在一实施例中，开关管Q1包括MOS、IGBT开关管与三极管中的一种。

除此之外，开关管Q1还可以是任何可控开关，比如，集成门极换流晶闸管(IGCT)器件、门极关断晶闸管(GTO)器件、可控硅整流器(SCR)器件、结栅场效应晶体管(JFET)器件、MOS控制晶闸管(MCT)器件等。

在一些实施方式中，当开关管Q1为MOS管时，MOS管的栅极为开关管Q1的第一端，MOS管的漏极为开关管Q1的第二端，MOS管Q1的源极为开关管的第三端。

在一实施例中，开关控制电路10还包括用于限流的第一电阻R1、第二电阻R2与第三电阻R3。

其中，第一电阻R1连接于控制器13及开关管Q1的第一端之间。即第一电阻R1的第一端与控制器13连接，第一电阻R1的第二端与开关管Q1的第一端连接。

第二电阻R2连接于导流支路11及钳位支路12之间。即第二电阻R2的第一端与第一二极管D1的阴极连接，第二电阻R2的第二端与稳压二极管DW1的阴极连接。

第三电阻R3连接于开关管Q1的第三端与地GND之间。即第三电阻R3的第一端与开关管Q1的第三端连接，第三电阻R3的第二端接地GND。

在一实施例中，开关控制电路10还包括被配置为上拉电阻的第四电阻R4。

其中，第四电阻R4的第一端与开关管Q1的第一端连接，第四电阻R2的第二端接地GND。

在另一实施例中，开关控制电路10还包括用于防止电流倒灌的第二二极管D2。

其中，第二二极管D2的阳极与控制器13连接，第二二极管D2的阴极与开关管Q1的第一端连接。第二二极管D2能够防止感性负载20所产生的感应电流通过第一二极管D1、第二电阻R2、稳压二极管DW1与第一电阻R1后倒灌至控制器13，以对控制器13起到保护作用。

以下对图2所示的电路结果的原理进行说明。并以开关管Q1为MOS管为例。

在需要控制感性负载20失电时，控制器13输出控制信号至MOS管Q1。MOS管Q1关断，感性负载20失电并产生感应电压与感应电流。感应电压使第一二极管D1正向导通，以使感应电流流入第一二极管D1所在回路。继而，稳压二极管DW1被感应电压反向击穿。稳压二极管DW1两端的电压恒定。感应电压经过第一二极管D1、第二电阻R2与稳压二极管DW1的降压后作用于MOS管Q1的栅极，以使MOS管Q1导通。感应电压通过MOS管Q1向地GND泄放。

在相关技术中，由于未设置导通支路11与钳位支路12，感性负载20所产生的感应电压一直作用于MOS管Q1的漏极，可能导致开关管Q1的漏源电压(即漏极与源极之间的电压)大于MOS管Q1能够承受的电压范围，进而导致MOS管Q1被击穿而损坏。

而在本申请的实施例中，在感性负载20失电并产生感应电压时，能够利用该感应电压使MOS管Q1导通，以将感性电压通过地GND泄放。从而，MOS管Q1被击穿而损坏的风险较低。

此外，在实际应用中，可根据所选择的MOS管类型以及感性负载20产生的感应电压大小，选用相应的稳压二极管DW1，以进一步降低MOS管Q1被击穿而损坏的风险，从而提高该开关控制电路10的可靠性与稳定性。

例如，假设我们选择的MOS管Q1的漏源之间的耐压值为40V，且MOS管Q1的栅源之间的耐压值为20V，且感性负载20失电时产生的感应电压的尖峰为75V。

在该种情况下，由于MOS管Q1的漏源之间的耐压值为40V，远小于75V，则感性负载20失电时产生的感应电压能够击穿MOS管Q1而使MOS管Q1损坏。基于此，为了保护MOS管Q1不会被感性负载20失电时产生的感应电压击穿或击伤，则75V与40V之间的差值35V需要由其他地方承担。

与此同时，MOS管Q1的栅源之间的耐压值为20V，而35V与20V之间还差15V，则这个15V需要稳压二极管DW1承担。并且，为了MOS管Q1的栅源电压不超过20V，可以将稳压二极管DW1被反向击穿时的电压设置大于15V，例如18V。

以稳压二极管DW1被反向击穿时其两端的电压为18V为例，在感性负载20失电时，作用于MOS管Q1的栅源电压为35-17＝18V。而驱动MOS管Q1导通的最小栅源电压通常为4.5V＜18V。所以此时MOS管Q1能够被驱动导通，以将感性负载20失电时产生的感应电压通过MOS管Q1泄放至地GND，从而降低MOS管Q1被击穿的风险。

本申请实施例还提供一种电子设备。如图3所示，该电子设备100包括感性负载20以及本申请任一实施例中的开关控制电路10。

其中，开关控制电路10与感性负载20的第一端连接，感性负载20的第二端与第一电源V1连接。开关控制电路10用于控制第一电源V1为感性负载20供电，或停止为感性负载20供电。

在一实施例中，感性负载20包括电机M1与第三二极管D3。

其中，第三二极管D3的阳极分别与电机M1的第一端及开关控制电路10中开关管Q1的第二端连接，第三二极管D3的阴极分别与电机M1的第二端及第一电源V1连接。

其中，第三二极管D3为续流二极管。并且，在该实施例中，当电机M1出现电感被损坏等异常而导致电机M1处于短路状态时，在第一电源V1上电时，第一电源的电压V1也会通过第一二极管D1、第二电阻R2与稳压二极管DW1后作用于开关管Q1的第一端，以使开关管Q1导通，继而能够将第一电源的电压V1所产生的能量通过开关管Q1泄放至地GND，同样降低了MOS管Q1被击穿的风险。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；在本申请的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本申请的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种开关控制电路，其特征在于，所述开关控制电路用于与感性负载连接，所述开关控制电路包括：

开关管、导流支路、钳位支路与控制器；

所述开关管的第一端分别与所述钳位支路的第一端及所述控制器连接，所述开关管的第二端分别与所述导流支路的第一端及所述感性负载连接，所述导流支路的第二端与所述钳位支路的第二端连接；

所述开关管用于响应于所述控制器输出的控制信号而关断，其中，在所述开关管关断时所述感性负载产生感应电流与感应电压；

所述导流支路用于为所述感应电流提供电流回路，以使所述感应电流流经所述钳位支路；

所述钳位支路用于在流经所述感应电流时基于所述感应电压输出第一电压至所述开关管；

所述开关管还用于响应于所述第一电压而导通，并为所述感应电压提供泄放回路，以将所述感应电压泄放。

2.根据权利要求1所述的开关控制电路，其特征在于，所述导流支路包括第一二极管；

所述第一二极管的阳极分别与所述感性负载及所述开关管的第二端连接，所述第一二极管的阴极与所述钳位支路的第二端连接。

3.根据权利要求1所述的开关控制电路，其特征在于，所述钳位支路包括稳压二极管；

所述稳压二极管的阳极与所述开关管的第一端连接，所述稳压二极管的阴极与所述导流支路的第二端连接。

4.根据权利要求1所述的开关控制电路，其特征在于，所述开关管包括MOS管、IGBT开关管与三极管中的一种。

5.根据权利要求4所述的开关控制电路，其特征在于，当所述开关管为MOS管时，所述MOS管的栅极为所述开关管的第一端，所述MOS管的漏极为所述开关管的第二端，所述MOS管的源极为所述开关管的第三端。

6.根据权利要求1所述的开关控制电路，其特征在于，所述开关控制电路还包括用于限流的第一电阻、第二电阻与第三电阻；

所述第一电阻连接于所述控制器及所述开关管的第一端之间，所述第二电阻连接于所述导流支路及所述钳位支路之间，所述第三电阻连接于所述开关管的第三端与地之间。

7.根据权利要求1所述的开关控制电路，其特征在于，所述开关控制电路还包括被配置为上拉电阻的第四电阻；

所述第四电阻的第一端与所述开关管的第一端连接，所述第四电阻的第二端接地。

8.根据权利要求1所述的开关控制电路，其特征在于，所述开关控制电路还包括用于防止电流倒灌的第二二极管；

所述第二二极管的阳极与所述控制器连接，所述第二二极管的阴极与所述开关管的第一端连接。

9.一种电子设备，其特征在于，包括感性负载以及如权利要求1-8任意一项所述的开关控制电路；

所述开关控制电路与所述感性负载的第一端连接，所述感性负载的第二端与第一电源连接。

10.根据权利要求9所述的电子设备，其特征在于，所述感性负载包括电机与第三二极管；

所述第三二极管的阳极分别与所述电机的第一端及所述开关控制电路中开关管的第二端连接，所述第三二极管的阴极分别与所述电机的第二端及所述第一电源连接。