CN114785104A - 一种高压电能泄放电路、pcb电路板及压电驱动器 - Google Patents

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孙浩
王纯配
陈科纶
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Abstract

本发明提供了一种高压电能泄放电路包括：泄放电路和高压电源的输出电解电容，所述泄放电路包括分立式开关和多个泄电电阻，所述分立式开关包括多个电阻、N沟道MOS管和单向晶闸管，当所述分立式开关未接收到控制信号时，所述N沟道MOS管关断，通过上拉电阻将所述单向晶闸管的门极拉高，使得所述单向晶闸管导通，利用所述多个泄电电阻将所述高压电源的输出电解电容存储的电荷释放。本发明设计了分立式开关替换现有技术中的常闭继电器开关，该分立式开关可以在断电后自动控制开关闭合，从而控制泄放电路工作，所述分立式开关中包含的N沟道MOS管和单向晶闸管体积较小，可应用在紧凑型PCB电路板上，大大减小了高压电能泄放电路的占用面积。

Description

一种高压电能泄放电路、PCB电路板及压电驱动器
技术领域
本发明涉及精密定位技术领域，尤其是指一种高压电能泄放电路、PCB电路板及压电驱动器。
背景技术
在精密定位领域，驱动定位用压电器件需要提供高压驱动电压波形(一般大于100V)，这就需要压电驱动器内部能够产生直流高压电源为驱动电路供电。对于使用电源适配器供电的压电驱动器(以12V为例，但不局限于12V)，需要通过Boost电路来产生所需的高压电源，Boost电路的原理决定其输出端要并联数个大容量的电解电容器，当电容容量一定时，施加在电容器两端的电压越高，电容器中储存的电荷越多，因此在压电驱动器工作时，高压电源输出端的电解电容器中会储存大量的电荷，当压电驱动器断电后，这些电容器中储存的电荷无法迅速释放干净，导致压电驱动器的输出端带有高电压，这会对使用压电驱动器的用户造成安全隐患，因此必须通过泄电电路将这些电解电容器中的残留电荷快速泄放掉。
传统的电荷泄放方法是直接将大功率泄电电阻并联在带电器件的两端，但在压电驱动器电路中，泄放电路的设计存在以下难点：1.泄电电阻只能在***断电后工作，否则就会产生不必要的能量损耗，不仅会增加电源的负担，还会增加压电驱动器内部的温度，进而增加设计难度和成本；2.泄电电阻不可以通过机械开关连接到高压电源输出电容器的两端，因为高压会导致机械开关闭合时产生电弧；3.我司开发的压电驱动器是手持型产品，只有巴掌大小，PCB面积有限，泄放电路属于辅助电路，不可占用过大的PCB面积。
现有技术中，将泄电电阻与常闭继电器串联后，并联到高压电容器的两端。通过常闭继电器来控制泄电电阻在***正常运行时不工作，在***断电后被动接入电路。从而解决了上述第一点和第二点中的问题，但是高压继电器的体积大，会导致泄放电路占用较大的PCB面积，不符合压电驱动器的紧凑型PCB需求，本发明用分立元器件取代常闭继电器作为开关，巧妙地解决了泄放电路占用PCB面积过大的问题。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中泄放电路占用PCB面积过大的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种高压电能泄放电路，包括：
泄放电路和高压电源的输出电解电容；
所述泄放电路包括分立式开关和多个泄电电阻；
所述分立式开关包括多个电阻、N沟道MOS管和单向晶闸管；
当所述分立式开关未接收到控制信号时，所述N沟道MOS管关断，通过上拉电阻将所述单向晶闸管的门极拉高，使得所述单向晶闸管导通，利用所述多个泄电电阻将所述高压电源的输出电解电容存储的电荷释放。
优选地，所述N沟道MOS管的栅极和源极之间接有电阻，所述N沟道MOS管的栅极接控制信号，所述N沟道MOS管的源极接地；
所述N沟道MOS管的漏极一端通过上拉电阻接到所述高压电源的输出电解电容的正极，另一端接到所述单向晶闸管的门极；
所述单向晶闸管的阳极通过所述多个泄电电阻接到所述高压电源的输出电解电容的正极；
所述单向晶闸管的阴极接地。
优选地，所述泄放电路与所述高压电源的输出电解电容并联。
优选地，所述多个泄电电阻并联后，与所述分立式开关串联。
优选地，所述控制信号为高电平。
优选地，所述当所述分立式开关接收到控制信号时，将所述控制信号输入所述N沟道MOS管的栅极，所述N沟道MOS管导通，利用所述N沟道MOS管将所述单向晶闸管的门极下拉至接地，使得所述单向晶闸管无法导通，使得所述多个泄电电阻不工作。
优选地，所述单向晶闸管的阴极通过串联发光二极管接地。
优选地，所述当所述分立式开关未接收到控制信号时，开关闭合，利用所述多个泄电电阻将所述高压电源的输出电解电容存储的电荷释放，利用释放的电荷将所述发光二极管导通发光，当电荷泄放完毕，使得所述发光二极管熄灭。
本发明还提供了一种PCB电路，包括：所述高压电能泄放电路。
本发明还提供了一种压点驱动器，包括：所述PCB电路。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
本发明提供了一种高压电能泄放电路包括：泄放电路和高压电源的输出电解电容，所述泄放电路包括分立式开关和多个泄电电阻，所述分立式开关包括多个电阻、N沟道MOS管和单向晶闸管，当所述分立式开关未接收到控制信号时，所述N沟道MOS管关断，通过上拉电阻将所述单向晶闸管的门极拉高，使得所述单向晶闸管导通，利用所述多个泄电电阻将所述高压电源的输出电解电容存储的电荷释放。继电器主要由电磁铁、弹簧、衔铁和触点组成，通过电磁铁去控制开关的通断，而本发明设计了分立式开关替换现有技术中的常闭继电器开关，该分立式开关可以在断电后自动控制开关闭合，从而控制泄放电路工作，所述分立式开关中包含的N沟道MOS管和单向晶闸管体积较小，可应用在紧凑型PCB电路板上，大大减小了该作为辅助电路的高压电能泄放电路的占用面积，符合本手持压电驱动器的需求。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：
图1是高压电能泄放电路结构示意图；
图2是高压电能泄放电路硬件原理图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种高压电能泄放电路、PCB电路板及压电驱动器，解决了泄放电路占用面积大的问题。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考图1，图1为本发明所提供的高压电能泄放电路结构示意图；其具体结构如下：
所述高压电能泄放电路包括泄放电路和高压电源的输出电解电容C1；
所述泄放电路包括分立式开关K1和多个泄电电阻R，图1中仅画出一个泄电电阻R1，图2中同理；
所述泄放电路与所述高压电源的输出电解电容C1并联；
所述多个泄电电阻R并联后，与所述分立式开关K1串联。
本发明采用多个泄电电阻R并联的方式，可以提高电路对高压电能的泄放能力。
基于以上实施例，本发明对分立式开关具体结构和原理描述如下：
请参考图2，图2是高压电能泄放电路硬件原理图；
所述分立式开关K1包括电阻R2、电阻R3、N沟道MOS管U1和单向晶闸管U2；
所述N沟道MOS管U1的栅极和源极之间接有电阻R3，所述N沟道MOS管U1的栅极接控制信号，所述N沟道MOS管U1的源极接地GND；
所述N沟道MOS管U1的漏极一端通过上拉电阻R2接到所述高压电源的输出电解电容C1的正极，另一端接到所述单向晶闸管U2的门极；
所述单向晶闸管U2的阳极通过所述多个泄电电阻R接到所述高压电源的输出电解电容C1的正极；
所述单向晶闸管U2的阴极接地；
当所述分立式开关K1接收到控制信号时，将所述控制信号输入所述N沟道MOS管U1的栅极，所述N沟道MOS管U1导通，利用所述N沟道MOS管U1将所述单向晶闸管U2的门极下拉至接地GND，使得所述单向晶闸管U2无法导通，使得所述多个泄电电阻R不工作；
当所述分立式开关K1未接收到控制信号时，由于电阻R3的存在，所述N沟道MOS管U1栅极为低电平，所述N沟道MOS管U1关断，通过上拉电阻R2将所述单向晶闸管U2的门极拉高，使得所述单向晶闸管U2导通，利用所述多个泄电电阻R将所述高压电源的输出电解电容C1存储的电荷释放；
所述控制信号为高电平。
本发明提供了一种高压电能泄放电路包括：泄放电路和高压电源的输出电解电容，所述泄放电路包括分立式开关和多个泄电电阻，所述分立式开关包括多个电阻、N沟道MOS管和单向晶闸管，当所述分立式开关未接收到控制信号时，所述N沟道MOS管关断，通过上拉电阻将所述单向晶闸管的门极拉高，使得所述单向晶闸管导通，利用所述多个泄电电阻将所述高压电源的输出电解电容存储的电荷释放。继电器主要由电磁铁、弹簧、衔铁和触点组成，通过电磁铁去控制开关的通断，而本发明设计了分立式开关替换现有技术中的常闭继电器开关，该分立式开关可以在断电后自动控制开关闭合，从而控制泄放电路工作，N沟道MOS管和单向晶闸管构成的开关，可以轻松应对高压大电流的情况，并且耐高压的分立元器件种类繁多，易于选型，其次，电路结构简单，且分立元器件的体积远小于耐高压的继电器，能够大大减小PCB的面积，符合本手持压电驱动器的需求，同时，分立元器件不存在继电器的开关寿命问题，能够大大提高电路的使用寿命。
基于以上实施例，本实施例将所述单向晶闸管的阴极通过串联发光二极管接地，具体如下:
当所述分立式开关K1未接收到控制信号时，利用所述多个泄电电阻R将所述高压电源的输出电解电容C1存储的电荷释放，利用释放的电荷将所述发光二极管D1导通发光，当电荷泄放完毕，使得所述发光二极管D1熄灭。
有发光二极管充当指示灯，能够显示高压电能的泄放情况，大大提高安全性能。
基于以上实施例，本实施例描述压电驱动器具体实施过程，如下：
压电驱动器运行时，驱动器内部电路会给U1的栅极输入一个控制信号(高电平)，使得U1导通，此时晶闸管U2的门极被U1下拉到GND，使晶闸管U2无法导通，泄电电阻R1不工作；
压电驱动器停止运行时，U1栅极的驱动信号消失，由于R3的存在，此时U1栅极为低电平，导致U1关断。上拉电阻R2将U2的门极电平拉高，U2导通，C1通过R1放电，D1导通发光，用来显示余电泄放结果，当C1中电荷泄放完毕后，D1熄灭。
本发明的关键点是利用N沟道MOS管与单向晶闸管作为高压开关，控制泄放电阻在压电驱动器正运行时不工作，在压电驱动器断电后自动连接到高压电源输出电容两端，实现电容余电泄放。
本发明保护点在于使用N沟道MOS管与单向晶闸管作为高压电能泄放电路的开关，不局限于电路组成元器件的型号、参数和个数，也不局限于使用场合，凡是在电能泄放电路中，使用MOS管与晶闸管作为泄放电路的开关，均属于本发明保护范围之内。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种高压电能泄放电路，其特征在于，包括：
泄放电路和高压电源的输出电解电容；
所述泄放电路包括分立式开关和多个泄电电阻；
所述分立式开关包括多个电阻、N沟道MOS管和单向晶闸管；
当所述分立式开关未接收到控制信号时，所述N沟道MOS管关断，通过上拉电阻将所述单向晶闸管的门极拉高，使得所述单向晶闸管导通，利用所述多个泄电电阻将所述高压电源的输出电解电容存储的电荷释放。
2.根据权利要求1所述的高压电能泄放电路，其特征在于，所述N沟道MOS管的栅极和源极之间接有电阻，所述N沟道MOS管的栅极接控制信号，所述N沟道MOS管的源极接地；
所述N沟道MOS管的漏极一端通过上拉电阻接到所述高压电源的输出电解电容的正极，另一端接到所述单向晶闸管的门极；
所述单向晶闸管的阳极通过所述多个泄电电阻接到所述高压电源的输出电解电容的正极；
所述单向晶闸管的阴极接地。
3.根据权利要求1所述的高压电能泄放电路，其特征在于，所述泄放电路与所述高压电源的输出电解电容并联。
4.根据权利要求1所述的高压电能泄放电路，其特征在于，所述多个泄电电阻并联后，与所述分立式开关串联。
5.根据权利要求1所述的高压电能泄放电路，其特征在于，所述控制信号为高电平。
6.根据权利要求1所述高压电能泄放电路，其特征在于，所述当所述分立式开关接收到控制信号时，将所述控制信号输入所述N沟道MOS管的栅极，所述N沟道MOS管导通，利用所述N沟道MOS管将所述单向晶闸管的门极下拉至接地，使得所述单向晶闸管无法导通，使得所述多个泄电电阻不工作。
7.根据权利要求1所述的高压电能泄放电路，其特征在于，所述单向晶闸管的阴极通过串联发光二极管接地。
8.根据权利要求7所述的高压电能泄放电路，其特征在于，所述当所述分立式开关未接收到控制信号时，开关闭合，利用所述多个泄电电阻将所述高压电源的输出电解电容存储的电荷释放，利用释放的电荷将所述发光二极管导通发光，当电荷泄放完毕，使得所述发光二极管熄灭。
9.一种PCB电路板，其特征在于，包括：根据权利要求1至8中任一项权利要求所述的高压电能泄放电路。
10.一种压电驱动器，其特征在于，包括：根据权利要求9所述的PCB电路板。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117375178A (zh) * 2023-11-08 2024-01-09 瀚昕微电子(无锡)有限公司 用于pd芯片的放电装置及其放电方法

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