CN206932209U - 光磁结合隔离型负载开关 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种光磁结合隔离型负载开关，包括单路或多路负载开关单元，每个控制单元，包括功率开关器件、光电耦合器、驱动电路和变压器；所述的变压器通过变压器驱动电路连接供电电源，用于将供电电能变换为脉冲波通过变压器进行隔离能量传输；变压器还通过整流滤波电路连接光电耦合器和驱动电路，用于对隔离的脉冲波进行整流滤波成直流电供给光电耦合器和驱动电路；所述的光电耦合器及驱动电路与功率开关器件连接，用于接收驱动信号并通过将驱动信号隔离驱动功率开关器件进行通断。该负载开关，导通阻抗小、通流大、隔离电压高、开关速度快，可应用于电池管理领域、电源等领域。
Description
技术领域
本实用新型涉及电子电路及元器件领域，尤其涉及一种光磁结合隔离型负载开关。
背景技术
工业领域及电池管理领域有隔离型的开关需求。如电池管理***(BMS) 俗称之为电池保姆或电池管家，主要就是为了智能化管理及维护各个电池单元，防止电池出现过充电和过放电，延长电池的使用寿命，监控电池的状态。在电动汽车中，通常每个电池单元由若干节锂电池串联组成；每个电池单元配1个或多个BMS板。每节锂电池需要用隔离开关与均衡电路及电压检测电路连接。该结构每节锂电池到均衡电路及锂电池电压检测电路共用同一连线，用隔离型开关循环切换，通常至少每秒钟所有电池切换一次。有时也将每节电池通过不同的隔离开关分别连到均衡电路和锂电池电压检测电路。
目前业内的隔离开关普遍使用光继电器(也叫光MOS)或普通继电器。光继电器与普通继电器相比：开关速度较快无噪音；但是其通流小，导通阻抗高。普通继电器与光继电器相比：导通阻抗低，通流能力大；但是机械触点动作慢，寿命短。
另外如英飞凌(INFINEON)等公司有光隔离MOSFET驱动芯片，可以外接 MOSFET来组成隔离开关；但是面临开关速度偏慢的缺点。已英飞凌的 PVI5033RPbF为例，其输出驱动200pF的电容最大打开时间要2.5毫秒，最大关断时间要0.5毫秒。
另外如微芯(MICROCHIP)电平转换型MOSFET驱动芯片可以外接MOSFET来组成隔离开关；但是面临关断速度偏慢及隔离电压偏低的缺点。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种光磁结合隔离型负载开关，该负载开关，导通阻抗小、通流大、隔离电压高、开关速度快，可应用于电池管理领域、电源等领域。
为达到上述目的，本实用新型采用的制备技术方案为：
一种光磁结合隔离型负载开关，包括单路或多路负载开关单元，每个负载开关单元包括功率开关器件、驱动电路、整流滤波电路和光电耦合器；变压器输入端通过变压器驱动电路连接供电电源，用于将电能变换为脉冲波通过变压器进行隔离能量传输；变压器输出端通过整流滤波电路连接光电耦合器和驱动电路，用于对隔离的脉冲波进行整流滤波成直流电供给光电耦合器和驱动电路；所述的光电耦合器通过驱动电路与功率开关器件连接，用于接收驱动信号并通过将驱动信号隔离驱动功率开关器件进行通断。
所述的功率开关器件由单个功率器件或多个功率器件连接组合而成，功率器件为MOSFET、二级管或IGBT。
所述的驱动电路采用三极管或MOS管组成的图腾柱电路，图腾柱电路的输入端接光电耦合器的输出信号，输出端的电阻接功率开关器件的驱动正端。
所述的变压器的第一二次绕组到第N二次绕组分别对应连接各负载开关单元整流滤波电路；一次绕组连接变压器驱动电路的功率开关。
多路负载开关单元的整流滤波电路均与变压器连接供电。
相对于现有技术，本实用新型具有以下效益：
本实用新型通过功率开关器件、光电耦合器、变压器、驱动电路组合形成光磁结合隔离型负载开关，可以实现单路或多路开关，光电耦合器接收驱动信号并通过将驱动信号隔离控制驱动电路驱动功率开关器件进行通断，该负载开关，导通阻抗小、通流大、隔离电压高、开关速度快，可应用于电池管理领域、电源等领域。解决了现有技术中存在的问题:光继电器(也叫光MOS)的通流小，导通阻抗高；普通继电器的机械触点动作慢，寿命短；光隔离MOSFET驱动芯片开关速度偏慢；电平转换型MOSFET驱动芯片隔离电压低。
进一步，选择有输出驱动能力的光电耦合器来省略中驱动电路，光电耦合器直接驱动功率开关器件进行通断；或者选择光电耦合器通过驱动电路驱动功率开关器件进行通断。
进一步，驱动电路可以采用三极管或MOS管组成的图腾柱结构，该结构控制准确，反应灵敏。驱动电路可带有过流，过压，过热等保护功能。
附图说明
图1是光磁结合隔离型负载开关的结构框图；
图2是功率开关电路示例图；
图3是功率开关电路示例图；
图4是变压器示例图；
图中，1.功率开关器件，2.驱动电路，3.整流滤波电路，4.光电耦合器，5. 变压器，6.变压器驱动电路；N-1.第N个功率开关器件，N-2.第N个驱动电路， N-3.第N个整流滤波电路，N-4.第N个光电耦合器；11.N-MOSFET， 12.N-MOSFET，13.驱动正端，14.驱动负端；21.NPN三极管，22.PNP三极管， 23.电阻。
具体实施方式
以下结合具体实施例和附图对本实用新型作进一步说明：
本实用新型一种光磁结合隔离型负载开关的结构框图如图1。可以设计成单路或多路负载开关单元，每个负载开关单元功率开关器件(1～N-1)，为电路的通断开关，由于驱动电路(2～N-2)通过变压器供电可以获得足够大的能量，所以对功率开关器件的选择不受驱动能力的限制；而光继电器(也叫光MOS)由于靠光电效应传递驱动其MOSFET的驱动能量，其驱动能量限制了内部 MOSFET的选择，故其导通阻抗较大，通过电流偏小。而本实用新型的功率开关可以选择导通阻抗小，通过电流大的器件。
由于实用新型的光磁结合隔离型负载开关的方案中驱动电路通过变压器供电可以获得足够大的能量，再通过光电耦合器去触发驱动电路，所以开关速度较现有的光继电器(也叫光MOS)等器件快。
由于实用新型光磁结合隔离型负载开关的方案中驱动能量采用变压器隔离，驱动信号通过光电耦合器隔离，可以得到1500V以上的直流隔离电压。
本实用新型光磁结合隔离型负载开关原理为：
图1中，变压器驱动电路6将供电电能变换为脉冲波通过变压器5进行隔离能量传输，整流滤波电路(3～N-3)对隔离的脉冲波进行整流滤波成直流电供给驱动电路(2～N-2)，使图驱动电路(2～N-2)有足够的能量驱动功率开关器件(1～N-1)；光电耦合器(4～N-4)将驱动信号隔离分别控制驱动电路(2～ N-2)驱动功率开关器件(1～N-1)进行通断。
功率开关器件(1～N-1)可以采用图2的方式实现，两只N-MOSFET(11、 12)串联，两只N-MOSFET(11、12)的漏极相连或两只N-MOSFET(11、12) 的源极相连。或采用其它功率开关器件如可控硅、二极管、IGBT等；连接方式可以是单器件或多器件组合(串、并联)连接。
驱动电路(2～N-2)可以采用三极管或MOS管组成的图腾柱结构，如图3，输入端“入”接光电耦合器4的输出信号；“入”为高电平时，NPN三极管21导通，PNP三极管22截止，电阻23的“+”为高电平；“入”为低电平时，NPN三极管 21截止，PNP三极管22导通，电阻23的“+”为低电平。也可以采用专用的驱动芯片或其晶圆，如TC442X，MIC442X等，还可以在选择有输出驱动能力的光电耦合器来省略图1中驱动电路(2～N-2)，如ACNU-3410，ACPL-352J等。驱动电路(2～N-2)中“+”和“-”分别接图2中“3”和“4”。
变压器5的实现如图4，第一绕组N2-1到第二绕组N2-N分别对应连接整流滤波电路1到整流滤波电路N；绕组N1连接图1中变压器驱动电路6的功率开关；如果变压器驱动电路采用绕组反馈方式工作，绕组Np连接反馈电路；如果变压器驱动电路采用原边反馈方式工作或不用绕组反馈方式工作，则不需要绕组Np。可根据反馈方式和整流滤波方式增加或减少变压器绕组。
变压器6驱动电路可以采用分离器件实现，也可采用采用专用的驱动芯片或其晶圆，如MIC2296,LT3748等。
以上，仅为本实用新型的较佳实施例，并非仅限于本实用新型的实施范围，凡依本实用新型专利范围的内容所做的等效变化和修饰，都应为本实用新型的技术范畴。
Claims (5)
1.一种光磁结合隔离型负载开关，其特征在于，包括单路或多路负载开关单元，每个负载开关单元包括功率开关器件(1)、驱动电路(2)、整流滤波电路(3)和光电耦合器(4)；变压器(5)输入端通过变压器驱动电路(6)连接供电电源，用于将电能变换为脉冲波通过变压器(5)进行隔离能量传输；变压器(5)输出端通过整流滤波电路(3)连接光电耦合器(4)和驱动电路(2)，用于对隔离的脉冲波进行整流滤波成直流电供给光电耦合器(4)和驱动电路(2)；所述的光电耦合器(4)通过驱动电路(2)与功率开关器件(1)连接，用于接收驱动信号并通过将驱动信号隔离驱动功率开关器件(1)进行通断。
2.根据权利要求1所述的光磁结合隔离型负载开关，其特征在于，所述的功率开关器件(1)由单个功率器件或多个功率器件连接组合而成，功率器件为MOSFET、二级管或IGBT。
3.根据权利要求1所述的光磁结合隔离型负载开关，其特征在于，所述的驱动电路(2)采用三极管或MOS管组成的图腾柱电路，图腾柱电路的输入端接光电耦合器(4)的输出信号，输出端的电阻(23)接功率开关器件(1)的驱动正端。
4.根据权利要求1所述的光磁结合隔离型负载开关，其特征在于，所述的变压器(5)的第一二次绕组(N2-1)到第N二次绕组(N2-N)分别对应连接各负载开关单元整流滤波电路(3)；一次绕组(N1)连接变压器驱动电路(6)的功率开关。
5.根据权利要求1所述的光磁结合隔离型负载开关，其特征在于，多路负载开关单元的整流滤波电路(3)均与变压器(5)连接供电。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201720713297.5U CN206932209U (zh) | 2017-06-19 | 2017-06-19 | 光磁结合隔离型负载开关 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN201720713297.5U CN206932209U (zh) | 2017-06-19 | 2017-06-19 | 光磁结合隔离型负载开关 |
Publications (1)
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| CN206932209U true CN206932209U (zh) | 2018-01-26 |
Family
ID=61345160
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| CN201720713297.5U Active CN206932209U (zh) | 2017-06-19 | 2017-06-19 | 光磁结合隔离型负载开关 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN206932209U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110518900A (zh) * | 2019-09-19 | 2019-11-29 | 绵阳市维博电子有限责任公司 | 一种超大电流电子开关电路 |
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2017
- 2017-06-19 CN CN201720713297.5U patent/CN206932209U/zh active Active
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| CN110518900A (zh) * | 2019-09-19 | 2019-11-29 | 绵阳市维博电子有限责任公司 | 一种超大电流电子开关电路 |
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