一种隔离式电子开关的制作方法

一种隔离式电子开关的制作方法
【专利摘要】一种隔离式电子开关，至少包括C1、D1、D2，电阻R1和光耦U1，以及电阻R2和场效应管T1，电阻R1和电容C1、C2组成类似倍压整流电路，但C1取值较小，用于限流，当J1出现PWM信号时，U1内的发光管有电流流过，T1的栅极为低电平而关断，当把U1内的光电三极管的R2串联时，就可实现：当J1出现PWM信号时，T1的栅极为高电平而闭合。具有静态功耗在3mW以下，可以用PWM信号驱动，同时可以被的高、低电平控制，且成本低。
【专利说明】
一种隔离式电子开关
技术领域
[0001] 本发明涉及开关电源中的电子开关，特别涉及开关电源中受PWM信号控制的隔离 式电子开关。
【背景技术】
[0002] 广义地说，凡用半导体功率器件作为开关，将一种电源形态转变为另一种形态的 主电路都叫做开关变换器电路，简称变换器。开关电源的主要组成部分是DC-DC变换器。
[0003] 大部份变换器的能量是单向流动的，如手机充电器，多为反激变换器，把市电的能 量整流为直流，再变换为通常为5V的低压向手机供电或充电。某些能量转换场合，希望能量 可以双向流动，如储能系统，当市电供电充沛时，通过变换器把市电的能量变换为低压，储 存在电池中，当市电供电不足时，变换器把电池的能量变换为市电，补充市电的供电不足。
[0004] 双向变换器的提出，源于人类对交流变压器的功能追随，交流变压器是一种双向 的交流电压隔离器，它可以实现能量的双向流动，但是它无法直接对直流(DC)进行传输。
[0005] 申请号为201610355438.0、以及201610355599.X，名称均为《一种双向变换器》中， 均提到了 ：所述的第一侧的第一功率管处于PWM工作状态时，即能量从所述的第一侧向所述 的第二侧转移时，所述的第三功率管的栅极至源极处于高电平状态，所述的第三功率管处 于饱和导通状态，同时，所述的第四功率管的栅极至源极处于低电平状态，所述的第四功率 管处于关断状态。
[0006] 目前，包括双向变换器的开关电源，都在追求高效率，这符合整个社会的节能减排 的发展方向，上述的第三、第四功率管都要在特定的条件下开通或关断，事实上，这就是一 种电子开关，对于变换器来说，各方面要一种隔离式的电子开关，且该开关在工作时静态功 耗越低越好，开关电源的静态功耗目前已要求低于l〇〇mW，甚至是30mW，所以要求用于开关 电源的隔离式的电子开关的静态功耗能低于上述限值的十分之一以下，这样减小对主功率 变换器的设计难度。
[0007] 即希望隔离式的电子开关的静态功耗能在10mW以下，甚至是3mW以下，且可以用 P丽信号驱动，同时可以被两侧的高低电平控制，且成本低。现有的隔离式的电子开关均不 能满足这些要求。

【发明内容】

[0008] 有鉴于此，本发明要解决现有的隔离式的电子开关均不能满足目前对低功耗等上 述要求，提供一种隔离式的电子开关，静态功耗在3mW以下，可以用PWM信号驱动，同时可以 被两侧的高低电平控制，成本低。
[0009] 本发明的目的是这样实现的，一种隔离式电子开关，至少包括第一电阻、第二电 阻，第一电容、第二电容，第一二极管、第二二极管，光耦、第一三极管，第一三极管为N沟道 场效应管，还包括五个端子，第一端子、第二端子、第三端子、第四端子、第五端子，其连接关 系为:第一端子连接第一电容一端，第一电容另一端连接第一二极管的阴极和第二二极管 的阳极，第二二极管的阴极连接第二电容的一端并形成第一连接点，第二电容的另一端连 接第一二极管的阳极和第二端子，第一电阻和光耦内的发光管串联，通常，串联的方式有两 种，同时也形成两种连接方式，这两种是等效的：
[0010] (1)第一连接点连接第一电阻的一端，第一电阻的另一端连接光耦的阳极，光耦的 阴极连接第二端子；
[0011] (2)第一连接点连接光耦的阳极，光耦的阴极连接第一电阻的一端，第一电阻的另 一端连接第二端子；
[0012] 第三端子连接第二电阻的一端，第二电阻的另一端连接光耦的集电极和第一三极 管的栅极，光耦的发射极连接第一三极管的源极和第五端子，第一三极管的漏极连接第四 端子；
[0013] 其特征是:流过第一电阻的电流在〇.68mA以下，第二电阻在18ΚΩ以上。
[0014] 上述的第一技术方案实现了 pmi信号出现时，第一三极管的漏、源极之间实现关 断，下述的第二技术方案实现当PWM信号出现时，第一三极管的漏、源极之间实现导通：
[0015] 本发明的目的是这样实现的，一种隔离式电子开关，至少包括第一电阻、第二电 阻，第一电容、第二电容，第一二极管、第二二极管，光耦、第一三极管，第一三极管为N沟道 场效应管，还包括五个端子，第一端子、第二端子、第三端子、第四端子、第五端子，其连接关 系为:第一端子连接第一电容一端，第一电容另一端连接第一二极管的阴极和第二二极管 的阳极，第二二极管的阴极连接第二电容的一端并形成第一连接点，第二电容的另一端连 接第一二极管的阳极和第二端子，第一电阻和光耦内的发光管串联，通常，串联的方式有两 种，同时也形成两种连接方式，这两种是等效的：
[0016] (1)第一连接点连接第一电阻的一端，第一电阻的另一端连接光耦的阳极，光耦的 阴极连接第二端子；
[0017] (2)第一连接点连接光耦的阳极，光耦的阴极连接第一电阻的一端，第一电阻的另 一端连接第二端子；
[0018] 还包括第三电阻，第二电阻和光耦内的光电三极管串联，通常，串联的方式有两 种，同时也形成两种连接方式，这两种是等效的：
[0019] (a)第三端子连接第二电阻的一端，第二电阻的另一端连接光耦的集电极，光耦的 发射极连接第三电阻的一端和第一三极管的栅极；
[0020] (b)第三端子连接光耦的集电极，光耦的发射极连接第二电阻的一端，第二电阻的 另一端连接第三电阻的一端和第一三极管的栅极；
[0021] 第一三极管的源极连接第三电阻的另一端和第五端子，第一三极管的漏极连接第 四端子；
[0022] 其特征是:流过第一电阻的电流在0.68mA以下，第三电阻的阻值远大于第二电阻 的阻值。
[0023] 更优地，上述第一技术方案和第二技术方案中的（1)方案，还包括第四电阻、第二 三极管、第六端子，第二三极管为NPN型三极管，其连接关系为：第六端子连接第四电阻一 端，第四电阻另一端连接第二三极管的基极，第二三极管的集电极连接光耦的阳极，第二三 极管的发射极连接光耦的阴极。
[0024]更优地，上述第一技术方案和第二技术方案中的（1)方案，还包括第五电阻、第三 二极管、第七端子，其连接关系为:第七端子连接第三二极管的阳极，第三二极管的阴极连 接第五电阻一端，第五电阻另一端连接光耦的阳极。
[0025] 更优地，上述第一技术方案和第二技术方案中的（1)方案，还包括第四电阻、第五 电阻、第三二极管、第六端子、第七端子、第二三极管，第二三极管为NPN型三极管，其连接关 系为:第六端子连接第四电阻一端，第四电阻另一端连接第二三极管的基极，第二三极管的 集电极连接光耦的阳极，第二三极管的发射极连接光耦的阴极，第七端子连接第三二极管 的阳极，第三二极管的阴极连接第五电阻一端，第五电阻另一端连接光耦的阳极。
[0026] 本发明的详细工作原理会在实施例中结合应用详细说明，本发明的一种隔离式电 子开关的有益效果为：
[0027] (1)静态功耗低至3mW，轻松实现lmW，甚至是0.5mW以下；
[0028] (2)可以用PWM信号驱动；
[0029] (3)可以被两侧的高低电平控制，且成本低。
【附图说明】
[0030]图1为第一技术方案对应的第一实施例的第一种电路原理图；
[0031 ]图2为第一技术方案对应的第一实施例的第二种电路原理图；
[0032]图3为第二技术方案对应的第二实施例的第一种电路原理图；
[0033]图4为第二技术方案对应的第二实施例的第二种电路原理图；
[0034] 图5为第一实施例加入高低电平控制电路后的原理图；
[0035] 图6为第二实施例加入高低电平控制电路后的原理图。
【具体实施方式】 [0036] 第一实施例
[0037]参见图1、图2,为本发明第一实施例，也是第一技术方案对应的原理图，该实施例 的一种隔离式电子开关，至少包括第一电阻R1、第二电阻R2,第一电容C1、第二电容C2,第一 二极管D1、第二二极管D2,光耦U1、第一三极管T1，第一三极管T1为N沟道场效应管，还包括 五个端子，第一端子J1、第二端子J2、第三端子J3、第四端子J4、第五端子J5,其连接关系为： 第一端子J1连接第一电容C1 一端，第一电容C1另一端连接第一二极管D1的阴极和第二二极 管D2的阳极，第二二极管D2的阴极连接第二电容C2的一端并形成第一连接点，第二电容C2 的另一端连接第一二极管D1的阳极和第二端子J2,第一电阻R1和光耦U1内的发光管串联， 通常，串联的方式有两种，同时也形成两种连接方式，这两种是等效的：
[0038] (1)第一连接点连接第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端连接光耦U1的阳极， 光耦U1的阴极连接第二端子J2;图1示出了第一种连接方式；
[0039] (2)第一连接点连接光耦U1的阳极，光耦U1的阴极连接第一电阻R1的一端，第一电 阻R1的另一端连接第二端子J2;图2示出了第二种连接方式；
[0040] 以上的连接均用于PWM端的控制，简称为控制侧电路；
[0041] 第三端子J3连接第二电阻R2的一端，第二电阻R2的另一端连接光耦U1的集电极和 第一三极管T1的栅极，光耦U1的发射极连接第一三极管T1的源极和第五端子J5,第一三极 管T1的漏极连接第四端子J4;
[0042]这一部分是实现电子开关功能的，简称为开关侧电路;所述的这一部分不包括控 制侧电路。
[0043]端子定义及功能如下：
[0045]原理描述:为了方便，在以下相关原理描述中，第一电阻R1简称为电阻R1，甚至像 已故电子学科学家童诗白为清华大学主编的《模拟电子技术基础》那样，直接以"R1"表示第 一电阻R1或电阻R1，其它电容、二极管、三极管相似。
[0046] 电阻R1和电容C1和C2组成类似倍压整流电路，端子J1连接PWM信号所在的电路中 PWM信号输出，J2连接P丽信号所在的电路中P丽信号地，P丽电压一般为10V左右的电压，也 有驱动低Vgs的场效应管的，其HVM电压的高电压为5V，当J1出现正电平时，经过C1、二极管 D2对C2充电，C2两端可以建立起电压，C1两端也会因充电而建立电压，当J1出现低电平时， 即和地相同的电平，这时，J1和J2相当于短路，C1上电压经过J1、J2以及二极管D1放电，以便 下一个周期再充电。也可以等效为J1和J2之间存在一个PWM高电平的一半电压的直流电压， 叠加一个方波，其峰峰值等于PWM的峰峰值，该方波也是交流信号，通过C1、二极管D1、D2对 C2整流。对C1的充电电流与放电电流必需达到平衡，其有效值相等的，叫安秒平衡。
[0047] 光耦U1中的发光二极管，存在阳极与阴极，需要注意的是，光耦的阳极，按业界标 准，就是特指光耦中的发光二极管的阳极;光耦的阴极，就是特指光耦中的发光二极管的阴 极;光耦的集电极，就是特指光耦中的光电三极管的集电极;光耦的发射极，就是特指光耦 中的光电三极管的发射极;光親中的光电三极管的基极没有引脚，也没有电极，是按收光而 发生放大作用的，即光耦中的光电三极管的基极并没有真实的引脚存在。
[0048] 光耦U1中的发光二极管，其正向压降为1. IV左右，为了获得3mW的低功耗，控制侧 和开关侧均不能超过1.5mW，那么控制侧的损耗来源于D1的压降、D2的压降、R1的压降、以及 U1中的发光二极管的压降。由于这么低的功耗，就算是1. IV的电压，其电流也只有（1.5mW/ 1. IV) = 1.36mA，对于这么小的电流，D1、D2的压降很容易达到0.35V以下，电阻R1的压降也 不能太低，起码达到光耦U1中的发光二极管压降的三分之一以上，即0.33V以上，这里取 0.4V，这样的限流作用才比较好，那么，由于存在安秒平衡，控制侧产生损耗的总压降为：
[0049] (0.35V+0.35V+0.4V+1.IV)= 2.2V
[0050] 那么流过R1的电流应该在(P/U) = (1.5mW/2.2V) =0.682mA以下，这里取近似值 0.68mA。事实上，D1和D2若采用1N4148这样的开关管，其压降还会大一点，约为0.45V，R1的 端电压若取光耦U1中的发光二极管压降的一半，为0.55V，那么，最终要求流过R1的电流要 在（1.5mW/2.55V)=0.588mA&T。
[0051 ] 前文有述，电阻R1和电容Cl和C2组成类似倍压整流电路，把电容Cl的容量取小，这 样，在PWM的固定频率下及谐波下，其容抗起限流作用，这样实现C2的端电压不会太高，而引 起损耗变大。即在设计时，可以用PWM的频率，对Cl的取值进行预估，调节其容量，实现流过 第一电阻R1的电流在设计值以下。
[0052] 第一实施例的控制侧数据:PWM工作频率为330KHz，Dl和D2型号均为RB160，C1容值 为330pF，C2容值为6800pF，Rl阻值为620Ω，光耦型号为EL817,电流传输比为最低一档， 80%至 160%的；
[0053]这样C1的取值较小，对原PWM驱动电路的影响可以忽略不计。
[0054] 再看开关侧电路，也要实现1.5mW的低功耗，那么当R1中有0.68mA以上电流流过 时，要确保光耦中的光电三极管处于饱和导通状态，其输出电流在(〇. 68 X 0.8)mA和(0.68 X 1.6)mA之间，为0.544~1.088mA之间，为了确保饱和，这里取最小值，即电阻R2提供的电 流要小于〇. 544mA。本发明的电路的用法包括，J3和J5之间，要接入一个直流电压，如工业中 常见的5V或12V电压，如采用12V电压，这样，当U1中发光二极管没有电流流过时，U1中的集 电极到发射极处于开路状态，T1的栅极得到12V的直流电压，T1这只场效应管处于开通状 态，其源极到漏极处于饱和导通，即J4至J5闭合，闭合内阻等于该管的Rdsw)加上电路板走 线的内阻等，J4至J5相当于一个开关，处于闭合状态。当然，若采用5V接在J3和J5之间，那么 场效应管T1也要选取低驱动电压的型号。
[0055]当U1中发光二极管有电流流过时，U1的集电极至发射极饱和，T1的栅极至源极的 电压为U1内光电三极管的饱和电压，仅为0.15V以下，T1完全关断，即J4至J5关断，J4至J5相 当于一个开关，处于断开状态;那么5V的电压全部加到R2两端，R2的发热要小于1.5mW，SPR2 为：
[0056] R = U2/P = 25/1.5 = 16.67KQ
[0057] 由于在国标的常见的E24系列电阻中，没有16.6K的电阻，这时按最为接近的18K Ω 来取值，按我国绘图及电学标准，ΧΧΚ Ω -律称为XXK，即电阻R2的取值要在18K以上。
[0058] 第一实施例的开关侧数据：电阻R2为18K，T1型号为XP151A11B0MR，为30V 1A的M0S 管，RDS(ON)为0.17 Ω，封装为S0T-23，实测耐压为55V;
[0059] 完全实现发明目的，用于图1或图2,实测静态功耗为2.58mW，小于3mW。
[0060] 事实上，上述为两个实施例合并为一个来描述。
[0061 ]采用以下的数据的第一实施例，可以很轻松实现静态功耗在0.5mW以下：
[0062] PWM工作频率为330KHz，Dl和D2型号均为1N4148，C1容值为270pF，C2容值为 2200pF，Rl阻值为11K，光耦型号为EL817,电流传输比仍为最低一档，80%至160%的；电阻 R2阻值为1M，T1型号为SIR422,为40V 40A的M0S管，RDS(ON)为6ι?Ω，封装为S0-8;在J3和J5 之间接入的为12V的外接电压。实测流过第一电阻R1的电流在100.4uA，即0.1mA，全部静态 功耗为0.482mW，小于0.5mW。
[0063] 上述的取值中，Cl的容值均比滤波电容C2的容量要小，C2的主要作用是滤波，其容 量可以这样计算:R1和U1的发光管内阻之和等效一个总负载电阻，该负载电阻和C2的乘积 为一个时间常数，该时间常数应该在PWM工作频率所对应的周期的5倍以上，这样滤波效果 较好，时间常数是被滤波周期的5倍以上，来源于已故电子学科学家童诗白的《模拟电子技 术基础》第二版第十一章，第649页，该书编号：ISBN7-04-000868-8/TN · 53，结合中国已授 权的、申请号为201210303821.3《一种滤波电路》的【背景技术】中的分析。
[0064] U1的发光管内阻，用压降除以工作电流来近似。本发明的电路没有电容C2,电路也 可以正常工作，只是EMI的性能差一些，由于光耦内的发光二极管是发红光线，具有0.5uS的 热惰性，且当光耦内三极管饱和导通后，T1存在输入电容，这时，该输入电容的电压被R2充 电，需要时间，在没有明显上升时，光耦内三极管再次饱和导通，T1的栅极电压维持在0.3V 左右，T1仍处于截止状态。
[0065]当流过第一电阻R1的电流在0.1mA以下，第二电阻在1M以上，本发明很轻松实现静 态功耗在〇.5mW以下。
[0066] 当流过第一电阻R1的电流在0.68mA以下，第二电阻在18K以上，本发明很轻松实现 静态功耗在3mW以下。
[0067]图1和图2分别示出了的第一实施例的第一种和第二种实施方式，它们都是:实现 了ΠΜ信号出现时，第一三极管T1的漏、源极之间实现关断，当控制侧没有ΠΜ信号时，J4和 J5这个开关处于闭合状态。下述的第二技术方案实现当PWM信号出现时，第一三极管的漏、 源极之间实现导通，第二实施例示出的正是第二技术方案。
[0068] 第二实施例
[0069]参见图3、4,为本发明第二实施例，也是第二技术方案对应的原理图，可以看出，控 制侧和第一实施例完全相同的，图3和图1的控制侧相同，图4和图2的控制侧相同，所以控制 侧的连接关系也完全相同。该实施例的一种隔离式电子开关，至少包括第一电阻R1、第二电 阻R2，第一电容C1、第二电容C2，第一二极管D1、第二二极管D2，光耦U1、第一三极管T1，第一 三极管T1为N沟道场效应管，还包括五个端子，第一端子J1、第二端子J2、第三端子J3、第四 端子J4、第五端子J5,其连接关系为:第一端子J1连接第一电容C1 一端，第一电容C1另一端 连接第一二极管D1的阴极和第二二极管D2的阳极，第二二极管D2的阴极连接第二电容C2的 一端并形成第一连接点，第二电容C2的另一端连接第一二极管D1的阳极和第二端子J2,第 一电阻R1和光耦U1内的发光管串联，通常，串联的方式有两种，同时也形成两种连接方式， 这两种是等效的：
[0070] (1)第一连接点连接第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端连接光耦U1的阳极， 光耦U1的阴极连接第二端子J2;图3示出了第一种连接方式；
[0071] (2)第一连接点连接光耦U1的阳极，光耦U1的阴极连接第一电阻R1的一端，第一电 阻R1的另一端连接第二端子J2;图4示出了第二种连接方式；
[0072] 以上的连接均用于P丽端的控制，同样简称为控制侧电路；
[0073]还包括第三电阻R3,第二电阻R2和光耦U1内的光电三极管串联，通常，串联的方式 有两种，同时也形成两种连接方式，以（a)、（b)区分，这是为了区别上述的（1)和(2)，这两种 是等效的：
[0074] (a)第三端子J3连接第二电阻R2的一端，第二电阻R2的另一端连接光耦U1的集电 极，光耦U1的发射极连接第三电阻R3的一端和第一三极管T1的栅极；图3示出了第一种连接 方式；
[0075] (b)第三端子J3连接光耦U1的集电极，光耦U1的发射极连接第二电阻R2的一端，第 二电阻R2的另一端连接第三电阻R3的一端和第一三极管T1的栅极；图4示出了第二种连接 方式；
[0076]第一三极管T1的源极连接第三电阻R3的另一端和第五端子J5,第一三极管T1的漏 极连接第四端子J4。
[0077]这一部分是实现电子开关功能的，简称为开关侧电路;所述的这一部分不包括控 制侧电路。
[0078]端子定义及功能同第一实施例。
[0079]原理描述:控制侧的原理同第一实施例，这里不再赘述。同样为了获得3mW的低功 耗，控制侧和开关侧之和不超过3mW，那么控制侧的损耗分析同样同第一实施例，这里不再 赘述。
[0080] 第二实施例的控制侧数据:PWM工作频率为65KHZ，峰值为15V，D1和D2为一只，型号 为BAT721S，BAT721S内部集成了两只二极管，C1容值为240pF，C2容值为103，R1阻值为5.1K， 光耦型号为EL357A，电流传输比为最低一档，50%至100%;
[0081 ]这样C1的取值较小，对原PWM驱动电路的影响可以忽略不计。
[0082]再看开关侧电路，先看看损耗都在什么地方？由于光耦内的光电三极管也存在漏 电流。大约都在〇.8uA以下，这里为了安全，取luA，即luA的漏电流在R3上形成的压降要足够 低，确保T1不至于开启导通，目前低驱动电压的场效应管，其开启电压Vgs可以低至1.6V，这 时其漏极电流达到250uA，这是其技术手册上规定的，那么，对于这种开启电压的Tl，luA的 漏电流在R3上形成的压降要低至1.6V的一半，为0.8V，即R3为(U/I)=800K，可以取820K或 750K，若对于那种开启电压较高的场效应管，R3的取值可以按这个原理取大，这样，电阻R2 才可以同步取大，以降低损耗。
[0083]本发明的电路的用法包括，J3和J5之间，要接入一个直流电压，如工业中常见的5V 或12V电压，这样，当U1中发光二极管没有电流流过时，U1中的集电极到发射极处于开路状 态，T1的栅极因 R3接源极而得到0V的直流电压，T1这只场效应管完全关断，即J4至J5关断， J4至J5相当于一个开关，处于断开状态；
[0084]当U1中发光二极管有电流流过时，U1的集电极至发射极处于开通状态，无论是图 3、还是图4，J3的电压经过R2加到T1的栅极，所以R2要远小于R3，即R3要远大于R2,这时T1处 于开通状态，即相当于J4至J5闭合，闭合内阻等于该管的Rdsw)加上电路板走线的内阻等， J4至J5相当于一个开关，处于闭合状态。当然，若采用5V接在J3和J5之间，那么场效应管T1 也要选取低驱动电压的型号。远大于在电学一般指10倍，比如，R2取值为75K，那么，R3能得 到的最尚电压分别为：
[0085] J3至J5电压为5V，R3能得到的最高电压为(5 X 750)/(750+75) =4.54V [0086] J3至J5电压为12V，R3能得到的最高电压为（12 X 750)/(750+75) = 10.9V [0087] 实际驱动电压低于外加的电压，比值等于R3/(R2+R3)，这里约为原电压的91%。 [0088]由于T1为场效应管，为电压控制型器件，其栅极不消耗电流，所以，当出现PWM信号 时，J4与J5实现闭合，这时，开关侧的损耗就是J3至J5的电压，施加在R2和R3串联总电阻产 生的热量，由于R3已取为750K，若R2为0欧，这是在第二实施例中允许的，因为当负载较轻 时，即负载的电阻阻值较小，光耦U1的输出恒流特性，U1当U1中发光二极管有电流流过时， U1的集电极至发射极实现恒流输出，这个电流直接对T1的输入电容充电，直到栅极电压升 到最尚。
[0089]对于J3至J5施加的电压过高，这时需要R2的存在并合理取值，确保R3分得的电压 不至于损坏T1，或R2用来配合T1栅极至源极外接的稳压管，确保不至于损坏T1，同时静态功 耗不超标。
[0090] 当U1中发光二极管没有电流流过时，U1的集电极至发射极处于不导通状态，只有 漏电流通过，而漏电流很小，在R3两端形成的电压不高于0.8V，T1不导通，即J4至J5关断，J4 至J5相当于一个开关，处于断开状态；
[0091] 第二实施例的开关侧数据：电阻R2阻值为100Ω，R3阻值为1.2M，T1型号为 A0N6298，100V 46A的M0S管，Vgs为2.4V;
[0092] 完全实现发明目的，用于图3或图4,实测静态功耗为2.74mW，小于3mW。
[0093] 事实上，上述为两个实施例合并为一个来描述。
[0094] 采用以下的数据的第一实施例，可以很轻松实现静态功耗在0.5mW以下：
[0095] PWM工作频率为65KHz，峰值为15V，D1和D2为一只，型号为BAT721S，BAT721S内部集 成了两只二极管，C1容值为180pF，C2容值为4700pF，Rl阻值为16K，光耦型号为EL357A，电流 传输比为最低一档，50%至100%的；在J3和J5之间接入12V的外接电压，电阻R2阻值为20K， R3阻值为1M，T1型号为SIR422,为40V 40A的M0S管，RDS(ON)为6ι?Ω，实测流过第一电阻R1的 电流在119.7uA，即0.03611^，全部静态功耗为0.671111，略大于0.51111。(：1调整为150??，全部静 态功耗为0.50mW，达到设计要求。
[0096] 在本发明用于申请号为201610355438.0、以及201610355599.X等类似的双向变换 器中，第一侧的M0S管工作时，有可能是第一侧充当了同步整流，这时，我们需要图3中，当J1 也出现同步整流的驱动pmi信号时，这时τι没有被关断或闭合。第三实施例示出了这一应 用。
[0097] 第三实施例
[0098]参见图5及图6,请暂时将J7、R5视为不存在。在第一实施例、第二实施例的第一种 电路的基础上，还包括第四电阻R4、第二三极管T2、第六端子J6,第二三极管为NPN型三极 管，其连接关系为:第六端子J6连接第四电阻R4-端，第四电阻R4另一端连接第二三极管T2 的基极，第二三极管T2的集电极连接光耦的阳极，第二三极管T2的发射极连接光耦的阴极。 [0099]端子定义及功能如下：
[0101] 显然，T2的集电极最大工作电流就是0.68mA及以下，若T2选用常见的2N5551或 9014。其放大倍数在100以上，其基极电流仅需6.8uA，那么J6端子的电压若为常见单片机的 3.3V，R4选取390K即可提供6.9uA的基极电流，这时，引入的损耗0.03mW，可以忽略不计。
[0102] 对于图5示出的电路，当J1出现PWM信号时，J6若为低电平，J4至J5断开;此时，J6若 出现高电平，T2导通，U1的发光二极管无电流流过，U1内的三极管截止，T1栅极通过R2得电 而呈高电平，T2导通，J4至J5闭合。
[0103] 对于图6示出的电路，当J1出现PWM信号时，J6若为低电平，J4至J5闭合;此时，J6若 出现高电平，T2导通，U1的发光二极管无电流流过，U1内的三极管截止，T1栅极无法通过R2 得电，同时因 R3接地而呈低电平，T2关断，J4至J5断开。
[0104] 事实上，这是两个不同的实施例，得到的开关状态是相反的，但控制部分的工作原 理相同，故放到一起陈述。
[0105] 第四实施例
[0106] 仍参见图5及图6,请暂时将J6、R4、T2视为不存在。在第一实施例、第二实施例的第 一种电路的基础上，还包括第五电阻R5、第三二极管D3、第七端子J7,其连接关系为:第七端 子J7连接第三二极管D3的阳极，第三二极管D3的阴极连接第五电阻R5-端，第五电阻R5另 一端连接光耦的阳极。
[0107] 端子定义及功能如下：
[0109] 这样实现了，当没有pmi信号时，通过J7加入高电平，仍可让光耦U1工作，从而实 现：
[0110] 对于图5示出的电路，当J1无 PWM信号：
[0111] J7若为低电平，U1的发光二极管无电流流过，U1内的三极管截止，T1栅极通过R2得 电而呈高电平，T2导通，J4至J5闭合；
[0112] J7若为高电平，U1的发光二极管有电流流过，U1内的三极管导通，T1栅极为低电 平，T2关断，J4至J5断开；
[0113] 对于图6示出的电路，当J1无 P丽信号：
[0114] J7若为低电平，U1的发光二极管无电流流过，U1内的三极管截止，T1栅极无法通过 R2得电而呈低电平，T2关断，J4至J5断开。
[0115] J7若为高电平，U1的发光二极管有电流流过，U1内的三极管导通，T1栅极通过R2得 电而呈高电平，T2导通，J4至J5闭合；
[0116] 显然与第三实施例的"高电平控制端"在同一个电路中，得到的开关状态是相反 的。
[0117] 事实上，这是两个不同的实施例，得到的开关状态是相反的，但控制部分的工作原 理相同，故放到一起陈述。
[0118] 第五实施例
[0119] 把第三实施例、第四实施例结合到一起来，仍参见图5及图6,全图参与分析，本实 施例的一种隔离式电子开关，还包括第四电阻R4、第五电阻R5、第三二极管D3、第六端子J6、 第七端子J7、第二三极管T2、第二三极管为NPN型，其连接关系为:第六端子J6连接第四电阻 R4-端，第四电阻R4另一端连接第二三极管T2的基极，第二三极管T2的集电极连接光耦U1 的阳极，第二三极管T2的发射极连接光耦U1的阴极，第七端子J7连接第三二极管D3的阳极， 第三二极管D3的阴极连接第五电阻R5-端，第五电阻R5另一端连接光耦的阳极。
[0120] 可以得到更为复杂的控制关系，结合上述的第一实施例、第二实施例、第三实施 例、第四实施例容易弄懂其工作原理，这里不再赘述。
[0121] 开关侧的高低电平控制很简单，直接对T1的栅极进行控制即可，这里也不再赘述。
[0122] 以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对 本发明的限制。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还 可以做出若干改进和润饰，如再加一路相同的第三实施例的控制电路、再加一路第四实施 例的控制电路，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围，这里不再用实施例赘述，本发 明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
【主权项】
1. 一种隔离式电子开关，包括第一电阻、第二电阻，第一电容、第二电容，第一二极管、 第二二极管，光耦、第一三极管，第一三极管为N沟道场效应管，还包括五个端子，第一端子、 第二端子、第三端子、第四端子、第五端子，其连接关系为:第一端子连接第一电容一端，第 一电容另一端连接第一二极管的阴极和第二二极管的阳极，第二二极管的阴极连接第二电 容的一端并形成第一连接点，第二电容的另一端连接第一二极管的阳极和第二端子，第一 电阻和光耦内的发光管串联，串联方式为以下两者之一： (1) 第一连接点连接第一电阻的一端，第一电阻的另一端连接光耦的阳极，光耦的阴极 连接第二端子； (2) 第一连接点连接光耦的阳极，光耦的阴极连接第一电阻的一端，第一电阻的另一端 连接第二端子； 第三端子连接第二电阻的一端，第二电阻的另一端连接光耦的集电极和第一三极管的 栅极，光耦的发射极连接第一三极管的源极和第五端子，第一三极管的漏极连接第四端子； 其特征是:流过第一电阻的电流在0.68mA以下，第二电阻在18K Ω以上。2. 根据权利要求1所述的隔离式电子开关，对于第一电阻和光耦内的发光管为第（1)种 串联方式，其特征在于:还包括第四电阻、第二三极管、第六端子，第二三极管为NPN型三极 管，其连接关系为:第六端子连接第四电阻一端，第四电阻另一端连接第二三极管的基极， 第二三极管的集电极连接光耦的阳极，第二三极管的发射极连接光耦的阴极。3. 根据权利要求1所述的隔离式电子开关，对于第一电阻和光耦内的发光管为第（1)种 串联方式，其特征在于:还包括第五电阻、第三二极管、第七端子，其连接关系为:第七端子 连接第三二极管的阳极，第三二极管的阴极连接第五电阻一端，第五电阻另一端连接光耦 的阳极。4. 根据权利要求1所述的隔离式电子开关，对于第一电阻和光耦内的发光管为第（1)种 串联方式，其特征在于:还包括第四电阻、第五电阻、第三二极管、第六端子、第七端子、第二 三极管，第二三极管为NPN型三极管，其连接关系为:第六端子连接第四电阻一端，第四电阻 另一端连接第二三极管的基极，第二三极管的集电极连接光耦的阳极，第二三极管的发射 极连接光耦的阴极，第七端子连接第三二极管的阳极，第三二极管的阴极连接第五电阻一 端，第五电阻另一端连接光耦的阳极。5. -种隔离式电子开关，至少包括第一电阻、第二电阻，第一电容、第二电容，第一二极 管、第二二极管，光耦、第一三极管，第一三极管为N沟道场效应管，还包括五个端子，第一端 子、第二端子、第三端子、第四端子、第五端子，其连接关系为:第一端子连接第一电容一端， 第一电容另一端连接第一二极管的阴极和第二二极管的阳极，第二二极管的阴极连接第二 电容的一端并形成第一连接点，第二电容的另一端连接第一二极管的阳极和第二端子，第 一电阻和光親内的发光管串联，串联方式为以下两者之一： (1) 第一连接点连接第一电阻的一端，第一电阻的另一端连接光耦的阳极，光耦的阴极 连接第二端子； (2) 第一连接点连接光耦的阳极，光耦的阴极连接第一电阻的一端，第一电阻的另一端 连接第二端子； 还包括第三电阻，第二电阻和光耦内的光电三极管串联，串联方式为以下两者之一： (a)第三端子连接第二电阻的一端，第二电阻的另一端连接光耦的集电极，光耦的发射 极连接第三电阻的一端和第一三极管的栅极； (b)第三端子连接光耦的集电极，光耦的发射极连接第二电阻的一端，第二电阻的另一 端连接第三电阻的一端和第一三极管的栅极； 第一三极管的源极连接第三电阻的另一端和第五端子，第一三极管的漏极连接第四端 子； 其特征是：流过第一电阻的电流在0.68mA以下，第三电阻的阻值远大于第二电阻的阻 值。6. 根据权利要求5所述的隔离式电子开关，对于第一电阻和光親内的发光管为第（1)种 串联方式，其特征在于:还包括第四电阻、第二三极管、第六端子，第二三极管为NPN型三极 管，其连接关系为:第六端子连接第四电阻一端，第四电阻另一端连接第二三极管的基极， 第二三极管的集电极连接光耦的阳极，第二三极管的发射极连接光耦的阴极。7. 根据权利要求5所述的隔离式电子开关，对于第一电阻和光耦内的发光管为第（1)种 串联方式，其特征在于:还包括第五电阻、第三二极管、第七端子，其连接关系为:第七端子 连接第三二极管的阳极，第三二极管的阴极连接第五电阻一端，第五电阻另一端连接光耦 的阳极。8. 根据权利要求5所述的隔离式电子开关，对于第一电阻和光耦内的发光管为第（1)种 串联方式，其特征在于:还包括第四电阻、第五电阻、第三二极管、第六端子、第七端子、第二 三极管，第二三极管为NPN型三极管，其连接关系为:第六端子连接第四电阻一端，第四电阻 另一端连接第二三极管的基极，第二三极管的集电极连接光耦的阳极，第二三极管的发射 极连接光耦的阴极，第七端子连接第三二极管的阳极，第三二极管的阴极连接第五电阻一 端，第五电阻另一端连接光耦的阳极。
【文档编号】H02M3/156GK106026623SQ201610479907
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月23日
【发明人】王保均
【申请人】广州金升阳科技有限公司