CN2735663Y - 可程式型电子开关 - Google Patents

Abstract

一种可程式型电子开关，主要是利用低漏电电容的分压特性，用以提供N型金属氧化硅场效电晶体(N－MOSFET，电子栅)的栅源启始电压，将电源电流泄漏至后端的电源转换电路；当此供应电力控制系统的电源转换电路达到启动电压时，再通过由寄生电源转换电路的高压产生电路，提供高于电源10V以开启电压，以将N－MOSFET完全开启；并透过微处理器的导入，以供使用者自行设定关闭条件，在关闭阶段，是由微处理器提供一关闭讯号，将横跨于N－MOSFET栅源两端的低漏电电容短路，以将电子开关关闭；而开关的开启及关闭时间，均可在十毫秒(10mS)中完成，且开启阻抗低至五毫欧姆(5mΩ)，关闭漏电流在零点二毫安培(200uA)以下。

Description

可程式型电子开关

技术领域

本实用新型涉及电子开关，尤其是指一种可程式型电子开关。

背景技术

在一般的电力或电子的设备中，因考虑能源的使用效率，或是考虑可携式电子产品的电池使用时间，往往会在电源输入端建入电源的开关，以在必要时完全切断电力的供应。而在传统的电力或电子设备中，最常使用机械式电流开关或继电器截断所有电流回路，亦或是以微处理器关闭其他电路的电力供应的睡眠模式。以下针对现行系统的缺点作一说明：

(1)在机械式的解决方式中，机械式接点的寿命及跳火问题及机械式开关的价格，常常限制可以使用的条件；而电子式的睡眠模式，虽然解决了跳火问题及寿命的问题，但是微处理器本身的最少静态电流，却又成为无法避免的最少电力消耗。

(2)金属氧化硅场效电晶体(MOSFET)所建构的电子开关，提供设计者可能的取代方案，但是由于N型金属氧化硅场效电晶体(N-MOSFET)必需使用高于汲极电压，亦即电源电压10V的开启电压，而必需建置额外的升压电路，不但提高了使用成本，此一额外升压电路也使得在关闭总电力时产生开关时序的问题。

(3)若使用P型金属氧化硅场效电晶体(P-MOSFET)，则又必需接受P-MOSFET过高的价格，较慢的开关速度，以及导通性较差的问题。

由此可见，上述公知物品仍有诸多缺点，实非一良善的设计，而亟待加以改良。

实用新型内容

本实用新型的目的即在于提供一种透过N型金属氧化硅场效电晶体(N-MOSFET)的使用，以大幅降低大电流开关的成本，且在N-MOSFET的开关中，并没有类似机械式电流开关或继电器可能产生的跳火问题，以更快速的关闭保护区的电流，进而提升电子产品的可靠性的可程式型电子开关。

本实用新型的次一目的是在于提供一种透过微处理器及耦合开关的设置，使其于使用中可任意设定开关关闭的条件的可程式型电子开关。

本实用新型的另一目的是在于提供一种透过单刀开关或触控开关作为启动讯号，并搭接两串接的电容器于电源正端，以利用电容快速充电的特性，于N-MOSFET的栅极上形成一高于源极4V以上的短暂电压，而在微处理器的电源转换器上形成高于转换器的启动电压，产生高于电源10V以上的N-MOSFET开启电源，以开启全部电源的可程式型电子开关。

本实用新型的又一目的是在于提供一种通过由低漏电电容、泄漏电阻及快速耦合开关的使用，以达成快速开关良好特性的可程式型电子开关。

本实用新型的再一目的是在于提供一种低成本、高寿命的可程式型电子开关。

为实现上述目的，本实用新型提供的一种可程式型电子开关，其特征在于，包括：一微处理器、一供应微处理器或其他低压电路所需的电压控制型转换器、一N型金属氧化硅场效电晶体(N-MOSFET)、两低漏电电容C1及C2、一泄漏电阻R1、一低电流耦合开关、一触控开关及高压寄生电路；其中

该微处理器连接电压控制型转换器、触控开关和低电流耦合开关的正极；

该触控开关一端搭接至电源正端，另一端的一支通过电容瓤连接到连接N型金属氧化硅场效电晶体的栅极，另一支连接到微处理器；

N型金属氧化硅场效电晶体的源极搭接至电源正端；

低漏电电容C2的两端分别连接N型金属氧化硅场效电晶体的栅极和源极；

泄漏电阻R1的两端分别连接低漏电电容C1的两端；

高压寄生电路第一端接地，第二端连接在低漏电电容C1和触控开关之间；第三端连接N型金属氧化硅场效电晶体的漏极；第四端经电压控制型转换器连接到N型金属氧化硅场效电晶体的漏极；

低电流耦合开关的集电极连接N型金属氧化硅场效电晶体的栅极，发射极连接N型金属氧化硅场效电晶体的漏极。

启动时，是通过由触控开关搭接至电源正端，使其可在低漏电电容C1、C2的回路中形成一瞬间电流，并在低漏电电容C2，亦即N-MOSFET的栅、源极间形成一电压差，使N-MOSFET对电压控制型转换器充电，待电压控制型转换器的输入电压达到启动电压时，该首次的切换电流同步带动高压寄生电路动作，以在低漏电电容C2上形成一基础导通电压，致使N-MOSFET的栅、源极间的电压进入MOSFET全导通区，而将电力系统全部开启；在关闭阶段，是由微处理器发出关闭讯号，以将耦合开关导通，以快速降低低漏电电容C2，使得N-MOSFET的栅、源极间电压至0V，致使N-MOSFE进入截止区，以将所有电源关闭。

所述的可程式型电子开关，其中该低电流耦合开关可为一光耦合器，该光耦合器是跨接于低漏电电容C2上的讯号开关。

所述的可程式型电子开关，其中该高压寄生电路可为一感应变压器。

换句话说，实现上述实用新型目的的可程式型电子开关，是以低价大量生产的N型金属氧化硅场效电晶体(N-MOSFET)做为电力开关，并将N-MOSFET开启所需的高压电路，寄生于降压型转换器中，再以一微处理器用以处理电子开关的关闭命令，透过微处理器及耦合开关的设置，使得使用者可任意设定开关关闭条件，并可使该电子开关操作于高于微处理器工作的电压条件下，巧妙安排电压下降时间，使电子开关于微处理器停止运作的前关闭，致使该电子开关在自动关闭时没有任何静态电流的消耗，即使手动开关处于开启状态，该电子开关仍不受影响；而电子开关的启动讯号，是由单刀开关或触控开关搭接两串接的电容器于电源正端，并利用电容快速充电的特性，于N-MOSFET的栅极上形成一高于源极4V以上的短暂电压，并在微处理器的电源转换器上形成高于转换器的启动电压，以产生高于电源IOV以上的N-MOSFET开启电源，进而开启全部电源；另外，N-MOSFET开启所需的12V升压电路，是寄生在微处理器的电压转换电路上，并由微处理器所需的静态电流带出稳定的12V高压，使其可大幅降低N-MOSFET使用所附加的成本，并确保微处理器关闭后没有任何电力的损失。

附图说明

请参阅以下有关本实用新型一较佳实施例的详细说明及其附图，将可进一步了解本实用新型的技术内容及其目的功效；有关该实施例的附图为：

图1为本实用新型可程式型电子开关的电路架构图。

具体实施方式

请参阅图1所示，是本实用新型所提供的可程式型电子开关的电路架构图，主要包括有：一微处理器1(MCU)、一供应微处理器1或其他低压电路所需的电压控制型转换器2(Buk/BoosterConverter)、一N型金属氧化硅场效电晶体3(N-MOSFET)、一低漏电电容髓及C2、一泄漏电阻R1、一低电流耦合开关及高压寄生电路；其中，该低电流耦合开关可为一光耦合器4，是将该光耦合器4(Photo-coupler)跨接于低漏电电容C2上的讯号开关，并以一感应变压器5作为高压寄生电路，再以电源电压做为低压关机条件，而原有的触控开关在此应用电路中是一低电流型的单刀开关6；启动顺序，是由单刀开关6导入一瞬间电流，以在低漏电电容C.2上形成一基础导通电压(Cutting-in/Threshold Voltage)于栅、源极间(VGS＞4V)，待电压控制型转换器2(Buk/BooSter Converter)输入端电压达到转换器启动电压时，首次的切换电流将同步带动感应变压器5，以快速提升低漏电电容C2，致使N-MOSFET3的栅、源极间的电压进入MOSFET全导通区(VGS＞12V)，进而开启全部电源；当电源电压低于设定电压时，即经由微处理器1发出关机要求，并驱使光耦合器4导通，以快速降低低漏电电容C2，使得N-MOSFET3的栅、源极间电压至0V，致使N-MOSFE3进入截止区，以将所有电源关闭，而电容器C4的使用，是可确保低漏电电容C2在完全放电的前，该微处理器1可持续执行光耦合器4导通的命令。而在实际测试中，该电子开关的关机速度在10mS以内，并以最大导通电流为80A的MOSFET实践N-MOSFET3的情况下，该漏电流约在0.20mA。

即使单刀开关6处于开启状态，仍不会改变电子开关的关机速度及低漏电流特性；另外该电阻R2及R3与电容器C3是线电流侦测，其仅为可能使用的电路，此处静态电流约0.2mA，一般而言，低漏电电容C2上仅会并接一只高电阻，以避免杂讯的干扰。

本实用新型所提供的可程式型电子开关，与其他公知技术相互比较时，更具有下列的优点：

1、本实用新型是透过N型金属氧化硅场效电晶体3(N-MOSFET)的使用，以大幅降低大电流开关的成本，且N-MOSFET3的开关中，并机械式开关跳火的问题，使其更可快速关闭保护区的电流，以提升电子产品的可靠性。

2、本实用新型是采用微处理器1及耦合开关作为关机的控制，使得使用者于使用中可任意设定关闭的条件，并可使该电子开关在自动关闭时没有任何静态电流的消耗。

3、本实用新型的电子开关的启动讯号是由一单刀开关6或触控开关搭接两串接的电容器C2于电源正端，以利用电容C2快速充电的特性，于N-MOSFET3的栅极上形成一高于源极4V以上的短暂电压，并于微处理器的电源转换器上形成高于转换器的启动电压，进而产生高于电源12V以上的N-MOSFET开启电源，以将电源全部开启。

4、本实用新型的N-MOSFET3开启所需的12V升压电路，是寄生在微处理器1的电压转换电路2上，并由微处理器1所需的静态电流带出稳定的12V高压，除可达到降低N-MOSFET的使用成本外，并可确保微处理器1于关闭后无任何电力损失。

5、本实用新型通过由低漏电电容C1及C2、泄漏电阻R1及快速耦合开关的使用，使其可达成快速开关的良好特性。

上列详细说明是针对本实用新型的一可行实施例的具体说明，但该实施例并非用以限制本实用新型的专利范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (3)

1、一种可程式型电子开关，其特征在于，包括：一微处理器、一供应微处理器或其他低压电路所需的电压控制型转换器、一N型金属氧化硅场效电晶体、两低漏电电容C1及C2、一泄漏电阻R1、一低电流耦合开关、一触控开关及高压寄生电路；其中该微处理器连接电压控制型转换器、触控开关和低电流耦合开关的正极；

该触控开关一端搭接至电源正端，另一端的一支通过电容C1连接到连接N型金属氧化硅场效电晶体的栅极，另一支连接到微处理器；

N型金属氧化硅场效电晶体的源极搭接至电源正端；

低漏电电容C2的两端分别连接N型金属氧化硅场效电晶体的栅极和漏极；

泄漏电阻R1的两端分别连接低漏电电容C1的两端；

高压寄生电路第一端接地，第二端连接在低漏电电容C1和触控开关之间；第三端连接N型金属氧化硅场效电晶体的漏极；第四端经电压控制型转换器连接到N型金属氧化硅场效电晶体的漏极；

低电流耦合开关的集电极连接N型金属氧化硅场效电晶体的栅极，发射极连接N型金属氧化硅场效电晶体的漏极。

2、根据权利要求1所述的可程式型电子开关，其特征在于，其中该低电流耦合开关可为一光耦合器，该光耦合器是跨接于低漏电电容C2上的讯号开关。

3、根据权利要求1所述的可程式型电子开关，其特征在于，其中该高压寄生电路可为一感应变压器。