CN107070440A - 一种光耦隔离型脉冲指令功率电子开关电路 - Google Patents

一种光耦隔离型脉冲指令功率电子开关电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光耦隔离型脉冲指令功率电子开关电路，采用光耦电路、运放电路和浪涌电流抑制电路构成。光耦电路A的输入端连接开机、关机脉冲指令，采用光耦器件作为隔离。光耦电路A的输出端连接运放电路B；由于本发明所接收的指令是脉冲指令，如果单独采用光耦，则不能锁定开关机状态，因此本发明采用连接成正反馈的运放器维持状态。运放电路B的输出端连接浪涌电流抑制电路C，浪涌电流抑制电路C是基于N沟道增强型MOSFET晶体管的开关电路，作用为抑制浪涌电流和开通关断的执行电路。它采用基于光耦的电子线路实现隔离型脉冲指令控制下的开通关断，力学性能较好，对外界磁场不敏感，开关次数几乎不受限制。

Description

一种光耦隔离型脉冲指令功率电子开关电路
技术领域
本发明属于电力电子学领域，具体涉及一种光耦隔离型脉冲指令功率电子开关电路。
背景技术
电子设备的智能化要求其具备开机关机的功能，通常是通过开机关机指令切换电子设备的开关电源来实现开机和关机。为了设备的抗干扰性能，通常要求开机关机指令与被控制电子设备的电子线路实现隔离。为了节省能量，开机关机指令通常是脉冲形式，而不是电平形式。
开关电源的隔离型脉冲指令开机和关机可以通过电磁继电器来实现。大功率电磁继电器体积、重量大；电磁继电器是机电器件，其力学性能较差，在大量级的力学环境中，继电器的状态可能发生改变；电磁继电器对外界磁场敏感；电磁继电器为磨损性元件，开关寿命为104～107。此外，采用磁保持电磁继电器的开关方式，倘若在设备下电前没有发关机指令，设备下次上电时，不发开机指令，仍然为开通状态，可能造成非正常开机。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种光耦隔离型脉冲指令功率电子开关电路，它摒弃了电磁继电器，采用光耦结合连接成正反馈的运放器锁定脉冲指令，从而实现锁定开关机状态；与现有电磁继电器实现的开关电路相比，本发明力学性能较好，在大量级的力学环境中，状态不会改变；对外界磁场不敏感；只要输入电源端下电，无论是否发关机指令，在下次输入电源端上电时，设备一定是关断状态。
为解决上述技术问题，本发明具体方法如下：
一种光耦隔离型脉冲指令功率电子开关电路，由光耦电路、运放电路和浪涌电流抑制电路构成；
光耦电路由开机光电耦合器和关机光电耦合器组成，开机光电耦合器的两输入端分别连接开机指令正线On+和开机指令回线On-，关机光电耦合器的两输入端分别连接关机指令正线Off+和关机指令回线Off-；
运放电路包括连接成正反馈的运放器N1，正反馈回路上依次连接二极管D1和电阻R6；开机光电耦合器中三极管的集电极连接运放器N1的反相输入端，关机光电耦合器中三极管的集电极连接运放器N1的同相输入端；运放器N1反相输入端进一步通过电阻R4接输入电压回线Vin-，且通过电阻R2接稳压二极管DZ1的阴极；运放器N1同相输入端进一步通过电阻R5接输入电压回线Vin-，且通过电阻R3接稳压二极管DZ1的阴极；稳压二极管DZ1的阴极通过电阻R1接输入电压正线Vin+，还接入运放器N1的电源端Vcc，稳压二极管DZ1的阳极接输入电压回线Vin-；
浪涌电流抑制电路为基于N沟道增强型的MOSFET晶体管Q1的开关电路，MOSFET晶体管Q1的栅极通过电阻R7连接运放器N1的输出端，并通过电容C1连接输入电压回线Vin-；MOSFET晶体管Q1的源级连接输入电压回线Vin-，漏极作为本开关电路的输出。
本发明的工作原理如下：
1.初始状态：设备上电，没有发开机指令和关机指令，运放电路的反相输入端和同相输入端电压分别为初始值V1a、V2a，V1a＞V2a，运放电路的输出端V3≈0，浪涌电流抑制电路(C)的开关管Q1截止，设备处于关断状态；
2.关断状态转向开通状态：通过光耦电路施加脉冲开机指令，运放电路的反相输入端V1降低至V1b，V1b≈0，运放电路的输出端V3约为电源电压Vcc，浪涌电流抑制电路的开关管导通，设备的供电开通，设备开机；运放电路的同相输入端V2由于二极管D1和电阻R6的正反馈作用，运放电路(B)的同相输入端V2变化为V2b，V2b＞V2a；开机脉冲指令结束，运放电路(B)的反相输入端V1回到初始值V1a，此时运放电路(B)的同相输入端V2为V2b，V2b＞V1a，浪涌电流抑制电路(C)的开关管锁定导通状态，设备锁定开通状态；
3.开通状态转向关断状态：通过光耦电路施加脉冲关机指令，运放电路的同相输入端V2降低至V2c，V2c≈0，运放电路的反相输入端V1＝V1a，运放电路的输出端V3≈0，浪涌电流抑制电路的开关管关断，设备的供电关断；关机脉冲结束，二极管D1和电阻R6的正反馈作用结束，运放电路的同相输入端V2变化为初始值V2a，此时运放电路(B)的反相输入端V1＝V1a,V1a＞V2a，运放电路的输出端V3≈0，MOSFET管Q1维持截止状态，设备锁定关断状态。输入电源端Vin下电后，再次上电时，本发明处于初始状态，运放电路的反相输入端和同相输入端电压分别为初始值V1a、V2a，V1a＞V2a，运放电路的输出端V3≈0，浪涌电流抑制电路(C)的开关管Q1截止，设备仍然处于关断状态。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)由于采用的是基于电子电路的开关，而非基于机电器件，如继电器的开关，本发明力学性能较好，在大量级的力学环境中，状态不会改变；对外界磁场不敏感，开关次数几乎不受限制；
(2)由于电子电路开关断电后不再“记忆”以前的状态，只要输入电源端下电，无论是否发关机指令，在下次输入电源端上电时，本发明的开关一定处于初始状态的关断状态，设备一定是关断状态。
附图说明
图1为本发明的组成示意图。
具体实施方式
下面将参照附图来说明本发明的实施例。
本发明提供了一种光耦隔离型脉冲指令功率电子开关电路。如图1所示，该开关电路由光耦电路A、运放电路B和浪涌电流抑制电路C构成。光耦电路A的输入端连接开机、关机脉冲指令，采用光耦器件作为隔离。光耦电路A的输出端连接运放电路B；由于本发明所接收的指令是脉冲指令，如果单独采用光耦，则不能锁定开关机状态，因此本发明采用连接成正反馈的运放器维持状态。运放电路B的输出端连接浪涌电流抑制电路C，浪涌电流抑制电路C是基于N沟道增强型MOSFET晶体管的开关电路，作用为抑制浪涌电流和开通关断的执行电路。
可见，本发明摒弃了电磁继电器，避免了使用电磁继电器的一系列问题。
本发明的具体实现电路参阅图1，输入电压正线Vin+连接电阻R1的一端；电阻R1的另外一端连接稳压二极管DZ1的阴极、电阻R2的一端、电阻R3的一端和运放N1的供电电源引脚Vcc；稳压二极管DZ1的阳极连接输入电压回线Vin-；电阻R2的另外一端连接电阻R4的一端、运放N1的反相输入端和光电耦合器U1的三极管的集电极；电阻R4的另外一端接输入电压回线Vin-；电阻R3的另外一端连接电阻R5的一端、运放N1的同相输入端和光电耦合器U2的三极管的集电极、电阻R6的一端；电阻R5的另外一端接输入电压回线Vin-；电阻R6的另一端连接二极管D1的阴极；二极管D1的阳极连接运放N1的输出端、电阻R7的一端；电阻R7的另一端连接电容C1的一端、浪涌电流抑制MOSFET管Q1的栅极；浪涌电流抑制MOSFET管Q1的源极接输入电压回线Vin-；MOSFET管Q1的漏极连接外部的设备电源电路；输入电压回线Vin-连接光电耦合器U1的三极管的射极、光电耦合器U2的三极管的射极和运放N1的供电回线引脚Gnd；开机指令正线On+连接光电耦合器U1的二极管的阳极端；开机指令回线On-连接光电耦合器U1的二极管的阴极端；关机指令正线Off+连接光电耦合器U2的二极管的阳极端；关机指令回线Off-连接光电耦合器U2的二极管的阴极端。
设备是这样实现开通关断工作的：
1.初始状态：V1为初始值V1a，V2为初始值V2a，V1a＞V2a，V3≈0，MOSFET管Q1截止，设备处于关断状态；
2.关断状态转向开通状态：施加脉冲开机指令，V1降低至V1b，V1b≈0，V3≈Vcc，MOSFET管Q1导通，电源开机；V2由于二极管D1和电阻R6的正反馈作用，V2变化为V2b，V2b＞V2a；开机脉冲指令结束，V1回到初始值V1a，此时V2为V2b，V2b＞V1a，MOSFET管Q1维持开通状态，设备维持开通状态；
3.开通状态转向关断状态：施加脉冲关机指令，V2降低至V2c，V2c≈0，V1＝V1a，V3≈0，MOSFET管Q1关断，输入电压关断，设备关机；关机脉冲结束，二极管D1和电阻R6的正反馈作用结束，V2变化为初始值V2a，此时V1＝V1a,V1a＞V2a，V3≈0，MOSFET管Q1维持截止状态，设备维持关断状态。
总之，本发明关断状态依靠运放电路的比较，输出低电平，关闭浪涌电流抑制电路的开关管。开通状态在开机指令的作用下，输出高电平，开通浪涌电流抑制电路的开关管，脉冲指令结束后，依靠运放的正反馈锁定开通状态。关断状态依靠关机指令激发运放电路，关闭浪涌电流抑制电路的开关管，回到关断状态并锁定关断状态。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种光耦隔离型脉冲指令功率电子开关电路，其特征在于，由光耦电路(A)、运放电路(B)和浪涌电流抑制电路(C)构成；
光耦电路(A)由开机光电耦合器和关机光电耦合器组成，开机光电耦合器的两输入端分别连接开机指令正线On+和开机指令回线On-，关机光电耦合器的两输入端分别连接关机指令正线Off+和关机指令回线Off-；开机指令和关机指令均为脉冲指令；
运放电路(B)包括连接成正反馈的运放器N1，正反馈回路上依次连接二极管D1和电阻R6；开机光电耦合器中三极管的集电极连接运放器N1的反相输入端，关机光电耦合器中三极管的集电极连接运放器N1的同相输入端；运放器N1反相输入端进一步通过电阻R4接输入电压回线Vin-，且通过电阻R2接稳压二极管DZ1的阴极；运放器N1同相输入端进一步通过电阻R5接输入电压回线Vin-，且通过电阻R3接稳压二极管DZ1的阴极；稳压二极管DZ1的阴极通过电阻R1接输入电压正线Vin+还接入运放器N1的电源端Vcc，稳压二极管DZ1的阳极接输入电压回线Vin-；
浪涌电流抑制电路(C)为基于N沟道增强型的MOSFET晶体管Q1的开关电路，MOSFET晶体管Q1的栅极通过电阻R7连接运放器N1的输出端，并通过电容C1连接输入电压回线Vin-；MOSFET晶体管Q1的源极连接输入电压回线Vin-，漏极作为本开关电路的输出。
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