CN204031110U - 直流电子开关和电子设备 - Google Patents

Abstract

一种直流电子开关和电子设备，包括一nMOSFET，该nMOSFET的漏极、源极分别作为该直流电子开关的输入端和输出端，还包括：驱动电路，接收开机信号时在输出端输出导通电流的驱动电路，接收关机信号时该输出端停止输出该导通电流；延时电路，接收所述导通电流以充电延时后输出高电平至所述nMOSFET的栅极，使所述nMOSFET导通；放电电路，所述驱动电路的输出端停止输出该导通电流时，该放电电路对所述延时电路进行放电后将所述nMOSFET的栅极电压拉低，使所述nMOSFET关闭。开机时通过驱动电路对延时电路进行充电延时后开通开关，在关机时通过放电电路对延时电路中的电量进行释放，各个电路均是用简单的分立元件构成，以实现开关时序的控制，直流电子开关的成本低。

Description

直流电子开关和电子设备

技术领域

本实用新型涉及电子开关技术，特别是涉及一种直流电子开关和电子设备。

背景技术

目前的直流电子开关电路可采用集成电路来控制、驱动MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金氧半场效晶体管)Q1实现(如图1所示)，亦可以不采用集成电路驱动MOSFET Q1实现(如图2所示)。

MOSFET通常作为开关的执行元件，其控制、驱动、保护电路都要由一套复杂的逻辑、时序集成电路来完成，这样带来成本高，且不易调整时序参数的问题。

参考图3，MOSFET Q1的开关时序图：

时段T1：开启信号到，Q1开始进入导通的时间。

时段T2：Q1开始进入导通到Q1饱和导通的时间(俗称上升沿)。

时段T3：Q1接到关断信号到Q1完全关断的时间(俗称下降沿)。

传统的无集成电路驱动的直流电子开关电路，大多都没有时序控制，也没有短路保护功能。在输出短路时，开关元件MOSFET，将承受巨大的电流而使其损坏，如图4所示，曲线A为输出短路时的输出电流变化曲线。开关元件MOSFET损坏的原因是其在输出短路时，关断不够迅速，致使能量过高，沟道熔毁。

实用新型内容

基于此，有必要提供一种简单的、具有时序控制的直流电子开关。

一种直流电子开关，包括一nMOSFET，该nMOSFET的漏极、源极分别作为该直流电子开关的输入端和输出端，所述直流电子开关还包括：

驱动电路，接收开机信号时在输出端输出导通电流的驱动电路，接收关机信号时该输出端停止输出该导通电流；

延时电路，输入端与所述驱动电路的输出端连接，输出端与所述nMOSFET的栅极连接，接收所述导通电流以充电延时后输出高电平至所述nMOSFET的栅极，使所述nMOSFET导通；

放电电路，所述驱动电路的输出端停止输出该导通电流时，该放电电路对所述延时电路进行放电后将所述nMOSFET的栅极电压拉低，使所述nMOSFET关闭。

在一个实施例中，所述延时电路包括第一二极管、第一电阻、第二电阻、第一电容及第三电阻，其中：

所述第一二极管的阳极与所述驱动电路的输出端连接，阴极接所述第一电阻的第一端，所述第一电阻的第二端接所述第一电容及第二电阻的第一端，所述第一电容的第二端接所述nMOSFET的源极并经所述第三电阻接地，所述第二电阻的第二端接所述nMOSFET的栅极。

在一个实施例中，所述放电电路包括第一三极管、第四电阻、第二二极管、第五电阻及第六电阻，其中：

所述第一三极管为PNP三极管，其发射极与所述驱动电路的输出端、第二二极管的阴极、第四电阻的第一端连接，集电极与所述第四电阻的第二端、所述第一电容的第二端、第五电阻的第一端连接，基极接所述第五电阻的第二端且通过所述第三电阻接地，所述第二二极管的阳极经所述第六电阻接所述nMOSFET的栅极。

在一个实施例中，所述延时电路还包括第三二极管及第七电阻，所述第三二极管的阳极与所述第七电阻的第一端连接，所述第一电阻与所述第三二极管并联，所述第三二极管的阴极接所述第一二极管阴极，所述第七电阻的第二端接所述第一电容的第一端。

在一个实施例中，所述驱动电路包括第八电阻、第九电阻及第二三极管，所述第二三极管为PNP三极管，其基极通过所述第八电阻接所述开机信号、关机信号，发射极接电源并通过所述第九电阻接其基极，集电极作为驱动电路的输出端。

此外，还提供了一种电子设备，包括上述的直流电子开关。

上述电子设备中的直流电子开关在开机时通过驱动电路对延时电路进行充电延时后开通开关，在关机时通过放电电路对延时电路中的电量进行释放，各个电路均是用简单的分立元件构成，便于调整充电、放电时长，即可以实现开关时序的控制，直流电子开关的成本低。

附图说明

图1为传统的采用集成电路的直流电子开关；

图2为传统的无采用集成电路的直流电子开关；

图3为MOSFET的开关时序曲线图；

图4为MOSFET为正常工作和短路工作时的电流曲线图；

图5为本实用新型较佳实施例中直流电子开关的原理图。

具体实施方式

为了使本实用新型要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参阅图5，本实用新型较佳实施例中直流电子开关包括一nMOSFET Q1(N沟道MOSFET)、驱动电路201、延时电路202及放电电路203，该nMOSFETQ1的漏极、源极分别作为该直流电子开关的输入端input和输出端output。驱动电路201接收开机信号on时在输出端输出导通电流的驱动电路201，接收关机信号off时该输出端停止输出该导通电流。延时电路202的输入端与驱动电路201的输出端连接，输出端与nMOSFET Q1的栅极连接接收导通电流以充电延时后输出高电平至nMOSFET Q1的栅极，使nMOSFET Q1导通；接收关机信号off，驱动电路201的输出端停止输出该导通电流时，该放电电路203对延时电路202进行放电后将nMOSFET Q1的栅极电压拉低，使nMOSFET Q1关闭。

在一个实施例中，延时电路202包括第一二极管D1、第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1及第三电阻R3。

第一二极管D1的阳极与驱动电路201的输出端连接，第一二极管D1的阴极接第一电阻R1的第一端，第一电阻R1的第二端接第一电容C1及第二电阻R2的第一端，第一电容C1的第二端接nMOSFET Q1的源极并经第三电阻R3接地，第二电阻R2的第二端接nMOSFET Q1的栅极。

进一步地，延时电路202还包括第三二极管D3及第七电阻R7，第三二极管D3的阳极与第七电阻R7的第一端连接，第一电阻R1与第三二极管D3并联，第三二极管D3的阴极接第一二极管D1阴极，第七电阻R7的第二端接第一电容C1的第一端。

请结合图3，调节第一电阻R1、第一电容C1和第七电阻R7可以调整nMOSFET Q1的上升沿时段T2，输出上升沿的时间由(R₁+R₇)*C₁的时间常数决定，R₁、R₇、C₁分别为第一电阻R1、第七电阻R7、第一电容C1的器件参数。

在一个实施例中，放电电路203包括第一三极管Q2、第四电阻R4、第二二极管D2、第五电阻R5及第六电阻R6。

第一三极管Q2为PNP三极管，第一三极管Q2的发射极与驱动电路201的输出端、第二二极管D2的阴极、第四电阻R4的第一端连接，第一三极管Q2的集电极与第四电阻R4的第二端、第一电容C1的第二端、第五电阻R5的第一端连接，第一三极管Q2的基极接第五电阻R5的第二端且通过第三电阻R3接地，第二二极管D2的阳极经第六电阻R6接nMOSFET Q1的栅极。

在一个实施例中，驱动电路201包括第八电阻R8、第九电阻R9及第二三极管Q3，第二三极管Q3为PNP三极管，第二三极管Q3的基极通过第八电阻R8接开机信号on、关机信号off，第二三极管Q3的发射极接电源VCC2并通过第九电阻R9接其基极，第二三极管Q3的集电极作为驱动电路201的输出端。

结合图3、4、5，说明直流电子开关的电路原理：

当开机信号on出现时，经第八电阻R8使第二三极管Q3开通，导通电流经过第一二极管D1、第一电阻R1、第七电阻R7、第一电容C1延时，再经第二电阻R2驱动开关执行元件nMOSFET Q1，使其饱和导通。

当关机信号off出现时，经第八电阻R8使第二三极管Q3关断，第三电阻R3释放第一电容上的电能后，使第一三极管Q2导通，通过第六电阻R1、第二二极管D1、第一三极管Q2把开关执行元件nMOSFET Q1的栅极电压拉低，使nMOSFET Q1关断。

本实用新型方案实现输出短路保护功能，当输出短路时，会迅速发出关机信号off，使开关执行元件nMOSFET Q1迅速关断，其关断时间T3由第六电阻R6和nMOSFET Q1的结电容决定。关断时间T3时间越短，则nMOSFET Q1承受的短路电流越小，时间越短，可以通过调整第六电阻R6的数值来调整关断时间T3，从而减少nMOSFET Q1的电流应力。如图4所示的B曲线。

此外，还提供了一种电子设备，包括上述的直流电子开关。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种直流电子开关，包括一nMOSFET，该nMOSFET的漏极、源极分别作为该直流电子开关的输入端和输出端，其特征在于，所述直流电子开关还包括：

驱动电路，接收开机信号时在输出端输出导通电流的驱动电路，接收关机信号时该输出端停止输出该导通电流；

延时电路，输入端与所述驱动电路的输出端连接，输出端与所述nMOSFET的栅极连接，接收所述导通电流以充电延时后输出高电平至所述nMOSFET的栅极，使所述nMOSFET导通；

放电电路，所述驱动电路的输出端停止输出该导通电流时，该放电电路对所述延时电路进行放电后将所述nMOSFET的栅极电压拉低，使所述nMOSFET关闭。

2.根据权利要求1所述的直流电子开关，其特征在于，所述延时电路包括第一二极管、第一电阻、第二电阻、第一电容及第三电阻，其中：

所述第一二极管的阳极与所述驱动电路的输出端连接，阴极接所述第一电阻的第一端，所述第一电阻的第二端接所述第一电容及第二电阻的第一端，所述第一电容的第二端接所述nMOSFET的源极并经所述第三电阻接地，所述第二电阻的第二端接所述nMOSFET的栅极。

3.根据权利要求2所述的直流电子开关，其特征在于，所述放电电路包括第一三极管、第四电阻、第二二极管、第五电阻及第六电阻，其中：

所述第一三极管为PNP三极管，其发射极与所述驱动电路的输出端、第二二极管的阴极、第四电阻的第一端连接，集电极与所述第四电阻的第二端、所述第一电容的第二端、第五电阻的第一端连接，基极接所述第五电阻的第二端且通过所述第三电阻接地，所述第二二极管的阳极经所述第六电阻接所述nMOSFET的栅极。

4.根据权利要求2或3所述的直流电子开关，其特征在于，所述延时电路还包括第三二极管及第七电阻，所述第三二极管的阳极与所述第七电阻的第一端连接，所述第一电阻与所述第三二极管并联，所述第三二极管的阴极接所述第一二极管阴极，所述第七电阻的第二端接所述第一电容的第一端。

5.根据权利要求1至3任一项所述的直流电子开关，其特征在于，所述驱动电路包括第八电阻、第九电阻及第二三极管，所述第二三极管为PNP三极管，其基极通过所述第八电阻接所述开机信号、关机信号，发射极接电源并通过所述第九电阻接其基极，集电极作为驱动电路的输出端。

6.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求1至5任一项所述的直流电子开关。