CN109698686A - 一种简易的大电流光耦开关电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种简易的大电流光耦开关电路，其特征在于，包括供电输入单元、MCU控制单元、光耦IC单元、供电输出单元，其中：所述供电输入单元的输入端连接电源，输出端连接供电输出单元；所述供电输出单元用于输出该电源；所述MCU控制单元用于通过输出开关信号来控制所述光耦IC单元的开启或关闭；所述光耦IC单元用于通过本身的开启或关闭来控制所述电源的通断。
Description
技术领域
本发明涉及大电流光耦开关电路，具体涉及一种简易的大电流光耦开关电路。
背景技术
在实际应用中，弱电控制强电是我国自动化控制发展中的关键技术，不能缺少，它是社会生产、人民生活能够方便、顺利进行的关键，同时也关系着电路的安全，环境接触者的安全。
在弱电控制强电中，比较常见的是单片机主导的控制***。单片机具有体积小、重量轻、抗干扰能力强等特点，综合性价比高。其主要工作原理如下：通过传感器对温度、湿度、电压、电流、转速等参数进行测量，然后将信号传输至单片机，单片机对该信号进行判断处理，主要是将测量值与设定值进行比较，得出结果，并让执行机构控制相关设备达到控制目的。
在实际应用中，电磁继电器是相对来说应用较多的元器件，电磁继电器使用电磁隔离，实现了控制端与负载端的隔离，输入端用微小的控制信号，达到直接驱动大电流负载，可以配合单片机实现高达上千伏特的隔离控制。
现有技术在安全电压(即36V)以上的强电控制上已经相当成熟，但是在12V-36V的电压范围的控制上，几乎没有专门的控制电路设计。
然而在实际的物联网技术应用场景下，会经常遇到3.3V-5V的单片机与12V-36V的传感器通信的应用场景，在现如今倡导节能环保的环境下，低功耗成为了大多数电子设备的重要指标，如果让一个***中12V以上的传感器一直通电工作，将会产生大量不必要的消耗，这时，一个适合此电压范围的控制开关就显得必不可少。
在这些***中，还会要求电路简单、占用体积小、对电路要多保护等等，这些是传统的强电控制开关无法实现的。
发明内容
本发明为了解决现有技术中传统继电器的体积太大、不易安装等问题，提供一种简易的大电流光耦开关电路，实现使用小电压、小电流的信号控制大电压、大电流信号的通断、开关功能，达到传感器工作开关可控、低功耗的目的。
本发明通过下述技术方案实现：
一种简易的大电流光耦开关电路，其特征在于，包括供电输入单元、MCU控制单元、光耦IC单元、供电输出单元，其中：
所述供电输入单元的输入端连接电源，输出端连接供电输出单元；
所述供电输出单元用于输出该电源；
所述MCU控制单元用于通过输出开关信号来控制所述光耦IC单元的开启或关闭；
所述光耦IC单元用于通过本身的开启或关闭来控制所述电源的通断。
本发明的设计原理：通过光耦IC单元实现小电压、小电流的信号控制大电压、大电流信号的通断、开关功能，达到传感器工作开关可控、低功耗的目的，提高后级电路保护能力；光耦隔离的优点在于：占空比任意可调；隔离耐压高；抗干扰能力强，目前带静电屏蔽的光耦很容易买到，强弱电之间的隔离性能很好，另外，光耦属电流型器件，对电压性噪声能有效地抑制；传输信号范围从DC到数MHz,其中线性光耦尤其适用于信号反馈该款IC可承受输入电压高达30V，电流输出能力高达3.5A，在大多数物联网传感器的应用场景下已经完全足够。
进一步的，所述供电输入单元还设置有瞬态电压二极管D1，所述瞬态电压二极管D1的正极接地，负极与供电输入单元的输入端连接。
进一步的，所述供电输入单元还设置有电容C1，所述电容C1的正极与供电输入单元的输入端连接，负极接地。
进一步的，所述光耦IC单元包括控制端引脚1、2，其中控制端引脚2经过电阻后一端连接至MCU输出端，另一端连接MOS绝缘栅场效应管的栅极；输出端引脚5、输入端引脚4、6以及NC(No Connected既空接)引脚，所述输入端引脚4、6接电源，所述输出端引脚5连接供电输出单元。
进一步的，所述供电输出单元的正极接输出端引脚5，负极接地。
进一步的，还包括肖特基二极管，所述肖特基二极管的正极连接所述输出端引脚5，负极连接供电输出单元。
进一步的，所述MCU控制单元的输出端设置有MOS绝缘栅场效应管，所述MOS绝缘栅场效应管的栅极与所述MCU控制单元的输出端连接，源极连接所述供电输入单元的输出端，漏极连接所述光耦IC单元的控制端引脚1。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明能够实现使用3.3V-5V的弱电平信号控制12V-30V强电压的开关与通断，并在开启时提供最大3.5A的载流能力。在物联网传感器***中，可实现对无用功耗的控制，达到节能环保的目的；并且本发明体积小巧、装配方便、省事。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明电路原理示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例
如图1所示，
所述供电输入单元还设置有瞬态电压二极管D1，所述瞬态电压二极管D1的正极接地，负极与供电输入单元的输入端连接，本电路在输入端采用了SMAJ28CA防雷TVS管，其中TVS(Transient Voltage Suppresser瞬态电压抑制器)是普遍使用的一种新型高效电路保护器件，它具有极快的响应时间(亚纳秒级)和相当高的浪涌吸收能力。当它的两端经受瞬间的高能量冲击时，TVS能以极高的速度把两端间的阻抗值由高阻抗变为低阻抗，以吸收一个瞬间大电流，从而把它的两端电压钳制在一个预定的数值上，从而保护后面的电路元件不受瞬态高压尖峰脉冲的冲击。正因为如此，TVS可用于保护设备或电路免受静电、电感性负载切换时产生的瞬变电压，以及感应雷所产生的过电压，所以本发明使用该TVS管让整个电路具备了抗雷击的能力，提高了设备野外运行稳定性，达到了输入防雷目的，在野外恶劣环境下能够有效防止雷击对后级电路的损坏；采用330uF 50V的大铝电解电容，提高了电路对瞬时功率的响应能力。
所述光耦IC单元包括控制端引脚1、2，输出端引脚5、输入端引脚4、6以及NC引脚，所述输入端引脚4、6接电源，所述输出端引脚5连接供电输出单元，光耦IC单元采用AQV251G光MOS继电器，作为开关电路的核心器件。实现光耦隔离，光耦隔离就是采用光耦合器进行隔离，该IC的大致工作过程如下：如某传感器需24V电压供电，则供电的24V先接入本发明的VCC网络，即是图中引脚6、4的VCC，当MCU端的开关信号输入到1、2引脚时，VCC电压将被对应的开、关输出到5引脚，从而实现了对隔离电压的控制。
所述MCU控制单元的输出端设置有MOS绝缘栅场效应管，所述MOS绝缘栅场效应管的栅极与所述MCU控制单元的输出端连接，源极连接所述供电输入单元的输出端，漏极连接所述光耦IC单元的控制端引脚1，该部分采用A2SHB型号的MOS管，mos管，即在集成电路中绝缘性场效应管。是金属(metal)—氧化物(oxid)—半导体(semiconductor)场效应晶体管。或者称是金属—绝缘体(insulator)—半导体。MOS管的source和drain是可以对调的，都是在P型backgate中形成的N型区，MOS管是由加在输入端栅极的电压来控制输出端漏极的电流。MOS管是压控器件它通过加在栅极上的电压控制器件的特性，不会发生像三极管做开关时的因基极电流引起的电荷存储效应，因此在开关应用中，MOS管的开关速度应该比三极管快。所以本发明使用MOS管形成开关电路，将大电压与MCU部分隔离开来，实现了对MCU电路的保护；该MOS管耐压值达到20V，通过R1与R2点分压设置工作点，本电路的最高输入达到40V，在12V-30V的范围使用已经完全足够；当MCU端输入高电平(3.3V-5V)信号时，MOS管导通，向后级光耦输入“开”信号；当MCU端输入GND信号时，MOS管截止，后级光耦将收到“关”信号。
还包括肖特基二极管，所述肖特基二极管的正极连接所述输出端引脚5，负极连接供电输出单元，输出电压从输出端引脚5输出后，通过一个B540C肖特基二极管，肖特基二极管是以其发明人肖特基博士(Schottky)命名的，SBD是肖特基势垒二极管(SchottkyBarrierDiode,缩写成SBD)的简称。SBD不是利用P型半导体与N型半导体接触形成PN结原理制作的，而是利用金属与半导体接触形成的金属－半导体结原理制作的。因此，SBD也称为金属－半导体(接触)二极管或表面势垒二极管，它是一种热载流子二极管，低功耗、大电流、超高速半导体器件。其反向恢复时间极短(可以小到几纳秒)，正向导通压降仅0.4V左右，而整流电流却可达到几千毫安。这些优良特性是快恢复二极管所无法比拟的，所以本发明将输出电流电压经过肖特基二极管后再输出给外部负载，这样便保护了开关部分，防止外部短路、反接对电路的损害，达到了输出保护的目的。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不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，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种简易的大电流光耦开关电路，其特征在于，包括供电输入单元、MCU控制单元、光耦IC单元、供电输出单元，其中：
所述供电输入单元的输入端连接电源，输出端连接供电输出单元；
所述供电输出单元用于输出该电源；
所述MCU控制单元用于通过输出开关信号来控制所述光耦IC单元的开启或关闭；
所述光耦IC单元用于通过本身的开启或关闭来控制所述电源的通断。
2.根据权利要求1所述的一种简易的大电流光耦开关电路，其特征在于，所述供电输入单元还设置有瞬态电压二极管D1，所述瞬态电压二极管D1的正极接地，负极与供电输入单元的输入端连接。
3.根据权利要求1所述的一种简易的大电流光耦开关电路，其特征在于，所述供电输入单元还设置有电容C1，所述电容C1的正极与供电输入单元的输入端连接，负极接地。
4.根据权利要求1所述的一种简易的大电流光耦开关电路，其特征在于，所述光耦IC单元包括控制端引脚1、2，输出端引脚5、输入端引脚4、6以及NC引脚，所述输入端引脚4、6接电源，所述输出端引脚5连接供电输出单元。
5.根据权利要求4所述的一种简易的大电流光耦开关电路，其特征在于，所述供电输出单元的正极接输出端引脚5，负极接地。
6.根据权利要求4所述的一种简易的大电流光耦开关电路，其特征在于，还包括肖特基二极管，所述肖特基二极管的正极连接所述输出端引脚5，负极连接供电输出单元。
7.根据权利要求4所述的一种简易的大电流光耦开关电路，其特征在于，所述MCU控制单元的输出端设置有MOS绝缘栅场效应管，所述MOS绝缘栅场效应管的栅极与所述MCU控制单元的输出端连接，源极连接所述供电输入单元的输出端，漏极连接所述光耦IC单元的控制端引脚1。
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