CN214956636U - 用于直流大电流场合的开关电路及电池充放电控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种用于直流大电流场合的开关电路及电池充放电控制电路。开关电路包括继电器、控制继电器的线圈通电或断电的线圈控制电路、电子开关管、第一栅压供电电路；继电器的常开触点串接在待接通或切断的直流回路中，电子开关管的源极和漏极分别与常开触点的两端连接，第一栅压供电电路的输入端外接第一控制信号，第一栅压供电电路的输出端与电子开关管的栅极连接；线圈控制电路的输入端外接第二控制信号。使得开关电路的总体电阻相比单个的电子开关管减小，降低发热量；并接电子开关，继电器常开触点开关时不会产生电弧让触点损坏，达到灭弧的效果；电路结构简单，无需复杂的模拟控制电路，第一栅压供电电路确保电子开关管可靠工作。

Description

用于直流大电流场合的开关电路及电池充放电控制电路

技术领域

本实用新型涉及开关技术领域，具体涉及一种用于直流大电流场合的开关电路及电池充放电控制电路。

背景技术

在直流大电流场合(直流电压超过30V，如电力***中的直流供电***电压为110V/220V)中。若使用电子开关(如MOSFET、I GBT等)开关直流大电流，由于电子开关的内阻较大，通入直流大电流时会产生大量的热量，能量损耗和发热较为严重；若使用继电器开关直流大电流，在额定负载电流下，常用的功率继电器只能切断30V以内的直流电，切断高于30V的直流电，继电器的触点会因出现拉弧而被烧坏。因此，如何设计出一种可应用于直流大电流场合的内阻较小且开关动作时不产生电弧的开关电路十分重要。

实用新型内容

为了克服上述现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的是提供一种用于直流大电流场合的开关电路及电池充放电控制电路。

为了实现本实用新型的上述目的，根据本实用新型的第一个方面，本实用新型提供了一种用于直流大电流场合的开关电路，包括继电器、控制所述继电器的线圈通电或断电的线圈控制电路、电子开关管、以及第一栅压供电电路；所述继电器的常开触点串接在待接通或切断的直流回路中，所述电子开关管的源极和漏极分别与所述常开触点的两端连接，所述第一栅压供电电路的输入端外接第一控制信号，第一栅压供电电路的输出端与电子开关管的栅极连接；所述线圈控制电路的输入端外接第二控制信号。

上述技术方案：一方面通过继电器的常开触点与电子开关管并接，使得开关电路的总体电阻相比单个的电子开关管减小，进而降低发热量；另一方面，当需要将本实用新型的开关电路从断开状态变为闭合状态时，先输入第一控制信号使电子开关管导通，再输入第二控制信号使继电器线圈通电，进而吸合继电器常开触点闭合，开关电路进入闭合状态，当需要将本实用新型的开关电路从闭合状态变为断开状态时，先关闭第二控制信号使继电器线圈断电，继电器常开触点断开，再关闭第一控制信号使电子开关管断开，开关电路进入断开状态，由于并接有电子开关，继电器常开触点开或关时不会产生电弧让触点损坏，达到灭弧的效果。本申请的开关电路虽然需要两个外部控制信号，但是结构简单，无需复杂的模拟控制电路，就能实现减少发热和灭弧的效果，同时通过第一栅压供电电路为电子开关管的栅极设置偏置电压，确保电子开关管在第一控制信号作用下可靠工作。

在本实用新型的一种优选实施方式中，所述第一栅压供电电路包括第一电阻和第二电阻，所述第二电阻的第一端与所述电子开关管的源极连接，所述第二电阻的第二端分别与所述电子开关管的栅极和第一电阻的第一端连接，第一电阻的第二端外接第一控制信号。

上述技术方案：通过电阻分压方式为电子开关管的栅极和源极设置偏压，结构简单可靠。

在本实用新型的一种优选实施方式中，所述线圈控制电路包括三极管、第三电阻和第四电阻，所述第三电阻的第一端外接第二控制信号，第三电阻的第二端分别与三极管的基极和第四电阻的第一端连接，第四电阻的第二端与三极管的发射极连接，三极管的集电极和发射极串接在所述继电器的线圈供电回路中。

上述技术方案：当第二控制信号为高电平时，三极管的集电极和发射极导通，继电器的线圈供电回路导通线圈通电，当第二控制信号为低电平时，三极管的集电极和发射极截止，继电器的线圈供电回路断开线圈断电。利用三极管可通大电流特性，在三极管的基极和发射极之间设置第三电阻和第四电阻构成的偏置电路，使得该线圈控制电路具有稳定可靠地进行继电器的线圈供电回路通断控制的作用。

在本实用新型的一种优选实施方式中，还包括第一二极管，所述第一二极管的阴极与继电器线圈通电后的高电位端连接，第一二极管的阳极与继电器线圈通电后的低电位端连接。

上述技术方案：继电器线圈断电时，线圈上存储的电能可通过第一二极管进行泄放，提高了电路安全可靠性。

为了实现本实用新型的上述目的，根据本实用新型的第二个方面，本实用新型提供了一种用于直流大电流场合的开关电路，包括继电器、控制所述继电器的线圈通电或断电的线圈控制电路、第一电子开关管和第二电子开关管；所述继电器的常开触点串接在待接通或切断的直流回路中，所述第二电子开关管的源极与常开触点的第一端连接，第二电子开关管的漏极与第一电子开关管的漏极连接，第一电子开关管的源极与常开触点的第二端连接，所述第一电子开关管的栅极外接第一控制信号，所述第二电子开关管的栅极外接第三控制信号。

上述技术方案：现有技术中电子开关管的寄生二极管(如NMOS开关管的寄生二极管的阳极与源极连接，阴极与漏极连接)具有单向性，在电子开关管截止断开后，因为寄生二极管的作用不能实现反向(二极管导通方向)电流关断，该开关电路通过两个背靠背连接的电子开关管与继电器的常开触点并接，可独立控制电流方向，可实现电流双向流动控制，实现电流双向关断，还可实现双向保护，同时通过控制两个电子开关管外接控制信号(第一控制信号和第三控制信号)与线圈控制电路的控制信号的先后顺序，能够实现灭弧。在本实用新型的一种优选实施方式中，还包括第二栅压供电电路和/或第三栅压供电电路；所述第二栅压供电电路包括第五电阻和第六电阻，所述第五电阻的第一端外接第一控制信号，第五电阻的第二端分别与第六电阻的第一端和第一电子开关管的栅极连接，第六电阻的第二端分别与第一电子开关管的源极连接；所述第三栅压供电电路包括第七电阻和第八电阻；所述第八电阻的第一端外接第三控制信号，第八电阻的第二端分别与第七电阻的第一端和第二电子开关管的栅极连接，第七电阻的第二端分别与第二电子开关管的源极连接。

上述技术方案：通过第二栅压供电电路和第三栅压供电电路分别为第一电子开关管和第二电子开关管的栅极设置偏置电压，确保电子开关管可靠工作。

为了实现本实用新型的上述目的，根据本实用新型的第三个方面，本实用新型提供了一种电池充放电控制电路，包括本实用新型所述的用于直流大电流场合的开关电路，所述常开触点的第一端与电池的负极连接，所述常开触点的第二端与地连接。

上述技术方案：当充电时，第一电子开关管和第二电子开关管先闭合，再闭合继电器，充电结束后，继电器断开后，再断开第一电子开关管，进入预放电状态，预放电状态下，闭合的第二电子开关管和第一电子开关管的寄生二极管一起构成预放电回路，在停电瞬间不会导致负载(如基站负载)断电，预放电回路会为负载提供电能，停电确认使用电池供电后，再依次闭合第一电子开关管和继电器进入放电状态。电池放完电后，先断开继电器，再断开第二电子开关管，闭合的第一电子开关管和第二电子开关管的寄生二极管一起构成预充电回路，预充电回路使得来电后能够直接进行电池充电，当来电后，对电池进行充电时，依次闭合第二电子开关和继电器进入充电状态。综上，预充电回路和预放电回路分别针对电池放电截止和充电饱和后的两个状态，使得电池放电完预充充电回路处于闭合的，来电后可充电，电池充电完预放电回路处于闭合的，停电后不会导致负载断电。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本实用新型一种优选实施方式中用于直流大电流场合的开关电路结构示意图；

图2是本实用新型一种优选实施方式中用于直流大电流场合的开关电路应用于电池充放电控制电路中的结构示意图；

图3是图2中电子开关管的寄生二极管示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

本实用新型公开了一种用于直流大电流场合的开关电路，在一种优选实施方式中，如图1所示，该开关电路包括继电器、控制继电器的线圈通电或断电的线圈控制电路、电子开关管、以及第一栅压供电电路；继电器的常开触点K1串接在待接通或切断的直流回路中，电子开关管的源极和漏极分别与常开触点的两端连接，第一栅压供电电路的输入端外接第一控制信号，第一栅压供电电路的输出端与电子开关管的栅极连接；线圈控制电路的输入端外接第二控制信号。

在本实施方式中，电子开关管优选但不限于为NMOS管。线圈控制电路可为常用的三极管开关电路或PMOS管开关电路或继电器开关电路等。

在本实施方式中，外部的第一控制信号和第二控制信号可通过外部微处理器的I/O接口输出，也可通过分别配置一个手动开关电路获得。优选的，手动开关电路包括一个手动开关和下拉电阻，手动开关一端连接电源端，手动开关另一端分别下拉电阻的第一端和被控端(如线圈控制电路的输入端或电子开关管的栅极)，下拉电阻的第二端接地，当手动开关闭合时，被控端获得高电平，当手动开关断开时，被控端获得低电平。

在本实施方式中，优选的，如图1所示，第一栅压供电电路包括第一电阻R1和第二电阻R2，第二电阻R2的第一端与电子开关管的源极连接，第二电阻R2的第二端分别与电子开关管的栅极和第一电阻R1的第一端连接，第一电阻R1的第二端外接第一控制信号。

在本实施方式中，本申请的开关电路可串接在待接通或切断的直流回路中的任意位置。优选的，本申请的开关电路串接在负载RL供电回路的接地段，如图1所示，常开触点K1的第一端连接负载RL的低电位端，常开触点K1的第二端连接地，这样就不会抬高第一控制信号电平，便于配置控制信号电平。

在一种优选实施方式中，如图1所示，线圈控制电路包括三极管、第三电阻R3和第四电阻R4，第三电阻R3的第一端外接第二控制信号，第三电阻R3的第二端分别与三极管的基极和第四电阻R4的第一端连接，第四电阻R4的第二端与三极管的发射极连接，三极管的集电极和发射极串接在继电器的线圈供电回路中。

在本实施方式中，优选的，继电器线圈的第一端与线圈供电电源连接，继电器线圈的第二端与三极管的集电极连接，第四电阻R4的第二端与三极管的发射极均接地，这样就不会抬高第二控制信号电平，便于配置。

在一种优选实施方式中，如图1和图2所示，还包括第一二极管D1，第一二极管D1的阴极与继电器线圈通电后的高电位端连接，第一二极管D1的阳极与继电器线圈通电后的低电位端连接。

在本实施方式中，第一二极管D1的导通方向与继电器线圈导通工作时的电流方向相反。

本实用新型还公开了一种用于直流大电流场合的开关电路，在一种优选实施方式中，如图2所示，开关电路包括继电器、控制继电器的线圈通电或断电的线圈控制电路、第一电子开关管Q1和第二电子开关管Q2；继电器的常开触点K1串接在待接通或切断的直流回路中，第二电子开关管Q2的源极与常开触点K1的第一端连接，第二电子开关管Q2的漏极与第一电子开关管Q1的漏极连接，第一电子开关管Q1的源极与常开触点K1的第二端连接，第一电子开关管Q1的栅极外接第一控制信号，第二电子开关管Q2的栅极外接第三控制信号。

在本实施方式中，当需要将本实用新型的开关电路从断开状态变为闭合状态时，先输入第一控制信号和第三控制信号分别使电子开关管Q1和Q2导通，再输入第二控制信号使继电器线圈通电，线圈通电后吸合继电器常开触点闭合，开关电路进入闭合状态，当需要将本实用新型的开关电路从闭合状态变为断开状态时，先关闭第二控制信号使继电器线圈断电，进而继电器常开触点断开，再关闭第一控制信号和第三控制信号使电子开关管Q1和Q2断开，开关电路进入断开状态，由于并接有电子开关，继电器常开触点开或关时不会产生电弧让触点损坏，达到灭弧的效果。

在本实施方式中，电子开关管Q1和Q2优选但不限于为NMOS管，此时，电子开关管Q1和Q2的寄生二极管结构示意图如图3所示。通过开关电路的电流的方向可以是从电子开关管Q1到Q2，也可以是从电子开关管Q2到Q1。当电流方向是电子开关管Q1到Q2时，电子开关管Q1的寄生二极管(为NMOS)的导通方向与电流方向相同，电子开关管Q2的寄生二极管(为NMOS)的导通方向与电流方向相反对电路可进行过压保护；当电流方向是电子开关管Q2到Q1时，电子开关管Q1的寄生二极管(为NMOS)的导通方向与电流方向相反可对电路进行过压保护。在一种优选实施方式中，如图2所示，还包括第二栅压供电电路和/或第三栅压供电电路；第二栅压供电电路包括第五电阻R5和第六电阻R6，第五电阻R5的第一端外接第一控制信号，第五电阻R5的第二端分别与第六电阻R6的第一端和第一电子开关管Q1的栅极连接，第六电阻R6的第二端分别与第一电子开关管Q1的源极连接；第三栅压供电电路包括第七电阻R7和第八电阻R8；第八电阻R8的第一端外接第三控制信号，第八电阻R8的第二端分别与第七电阻R7的第一端和第二电子开关管Q2的栅极连接，第七电阻R7的第二端分别与第二电子开关管Q2的源极连接。

在本实施方式中，优选的，第一电子开关管Q1的源极接地。

在一种优选实施方式中，如图2所示，线圈控制电路包括三极管、第三电阻R3和第四电阻R4，第三电阻R3的第一端外接第二控制信号，第三电阻R3的第二端分别与三极管的基极和第四电阻R4的第一端连接，第四电阻R4的第二端与三极管的发射极连接，三极管的集电极和发射极串接在继电器的线圈供电回路中。

在一种优选实施方式中，如图2所示，还包括第一二极管D1，第一二极管D1的阴极与继电器线圈通电后的高电位端连接，第一二极管D1的阳极与继电器线圈通电后的低电位端连接。

本实用新型还公开了一种电池充放电控制电路，在一种优选实施方式中，如图2所示，电池充放电控制电路包括上述用于直流大电流场合的开关电路，常开触点的第一端与电池的负极连接，常开触点的第二端与地连接。

在本实施方式中，电池的正极接负载或者向电池充电的充电模块。电池充放电控制电路进行充放电控制的过程包括：默认继电器、Q1和Q2初始为断开状态。当充电时，分别输入第一控制信号和第三控制信号至第一电子开关管Q1和第二电子开关管Q2使Q1和Q2先闭合，再输入第二控制信号闭合继电器的常开触点，充电结束后，断开第二控制信号使继电器的常开触点断开后，再断开第一控制信号使第一电子开关管Q1断开，进入预放电状态，预放电状态下，如图3所示，闭合的第二电子开关管Q2和第一电子开关管Q1的寄生二极管一起构成预放电回路，在停电瞬间不会导致负载(如基站负载)断电，预放电回路会为负载提供电能，停电确认使用电池供电后，再依次分别输入第一控制信号和第二控制信号至第一电子开关管Q1和继电器的线圈控制电路使Q1和继电器常开触点K1依次闭合进入放电状态，放电状态时电流方向为Q1到Q2。电池放完电后，先断开第二控制信号使继电器的常开触点K1断开，再断开第三控制信号使第二电子开关管Q2断开，闭合的第一电子开关管Q1和第二电子开关管Q2的寄生二极管一起构成预充电回路，预充电回路使得来电后能够直接进行电池充电，当来电后，对电池进行充电时，再依次分别输入第三控制信号和第二控制信号至第二电子开关Q2和继电器的线圈控制电路，使Q2和继电器的常开触点K1依次闭合进入充电状态。综上，预充电回路和预放电回路分别针对电池放电截止和充电饱和后的两个状态，使得电池放电完预充充电回路处于闭合的，来电后可充电，电池充电完预放电回路处于闭合的，停电后不会导致负载断电。

在本实施方式中，外部输入的第一控制信号、第二控制信号和第三控制信号均可通过外部微处理器的I/O接口输出，也可通过分别配置一个手动开关电路获得。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种用于直流大电流场合的开关电路，其特征在于，包括继电器、控制所述继电器的线圈通电或断电的线圈控制电路、电子开关管、以及第一栅压供电电路；

所述继电器的常开触点串接在待接通或切断的直流回路中，所述电子开关管的源极和漏极分别与所述常开触点的两端连接，所述第一栅压供电电路的输入端外接第一控制信号，第一栅压供电电路的输出端与电子开关管的栅极连接；

所述线圈控制电路的输入端外接第二控制信号。

2.如权利要求1所述的用于直流大电流场合的开关电路，其特征在于，所述第一栅压供电电路包括第一电阻和第二电阻，所述第二电阻的第一端与所述电子开关管的源极连接，所述第二电阻的第二端分别与所述电子开关管的栅极和第一电阻的第一端连接，第一电阻的第二端外接第一控制信号。

3.如权利要求1所述的用于直流大电流场合的开关电路，其特征在于，所述线圈控制电路包括三极管、第三电阻和第四电阻，所述第三电阻的第一端外接第二控制信号，第三电阻的第二端分别与三极管的基极和第四电阻的第一端连接，第四电阻的第二端与三极管的发射极连接，三极管的集电极和发射极串接在所述继电器的线圈供电回路中。

4.如权利要求1所述的用于直流大电流场合的开关电路，其特征在于，还包括第一二极管，所述第一二极管的阴极与继电器线圈通电后的高电位端连接，第一二极管的阳极与继电器线圈通电后的低电位端连接。

5.一种用于直流大电流场合的开关电路，其特征在于，包括继电器、控制所述继电器的线圈通电或断电的线圈控制电路、第一电子开关管和第二电子开关管；

所述继电器的常开触点串接在待接通或切断的直流回路中，所述第二电子开关管的源极与常开触点的第一端连接，第二电子开关管的漏极与第一电子开关管的漏极连接，第一电子开关管的源极与常开触点的第二端连接，所述第一电子开关管的栅极外接第一控制信号，所述第二电子开关管的栅极外接第三控制信号。

6.如权利要求5所述的用于直流大电流场合的开关电路，其特征在于，还包括第二栅压供电电路和/或第三栅压供电电路；

所述第二栅压供电电路包括第五电阻和第六电阻，所述第五电阻的第一端外接第一控制信号，第五电阻的第二端分别与第六电阻的第一端和第一电子开关管的栅极连接，第六电阻的第二端分别与第一电子开关管的源极连接；

所述第三栅压供电电路包括第七电阻和第八电阻；所述第八电阻的第一端外接第三控制信号，第八电阻的第二端分别与第七电阻的第一端和第二电子开关管的栅极连接，第七电阻的第二端分别与第二电子开关管的源极连接。

7.如权利要求5所述的用于直流大电流场合的开关电路，其特征在于，所述线圈控制电路包括三极管、第三电阻和第四电阻，所述第三电阻的第一端外接第二控制信号，第三电阻的第二端分别与三极管的基极和第四电阻的第一端连接，第四电阻的第二端与三极管的发射极连接，三极管的集电极和发射极串接在所述继电器的线圈供电回路中。

8.如权利要求5所述的用于直流大电流场合的开关电路，其特征在于，还包括第一二极管，所述第一二极管的阴极与继电器线圈通电后的高电位端连接，第一二极管的阳极与继电器线圈通电后的低电位端连接。

9.一种电池充放电控制电路，其特征在于，包括权利要求1-7之一所述的用于直流大电流场合的开关电路，所述常开触点的第一端与电池的负极连接，所述常开触点的第二端与地连接。

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