负载反馈控制型继电器电路的制作方法

本实用新型涉及电子电路技术领域，特别是涉及一种负载反馈控制型继电器电路。

背景技术：

负载反馈控制型继电器电路，是指根据负载电路的电流电压调整控制继电器的输入，以达到调整负载电路稳定的反馈调整型电路。目前，固态继电器为控制类开关（以下简称普通继电器），在汽车上使用是一种普遍的现象，普通固态继电器同电磁继电器功能一致，实现开通和关断的开关功能。智能型固态继电器采用了霍尔式器件，运算放大器等分立器件组成的监测、反馈及保护电路，具备了过流保护，短路保护，过温保护的功能。

然而，普通固态继电器其开关功能单一，负载体积比小，应用中仅因为其具有高可靠性，寿命长，较电磁式继电器具有一定优势，但功能单一，成本高，难以实现更大规模的市场推广应用。智能型固态继电器具备了过流、短路、过温等保护的功能，但是其应用电路中大多采用霍尔器件，运放等分立器件组成监测，反馈及保护电路，电路结构设计复杂，精度低，集成度不高，体积大，成本高等缺点无法适应固态继电器市场范围的推广及应用。

技术实现要素：

基于此，有必要针对普通固态继电器开关功能单一、负载体积比小，而智能型固态继电器的电路结构设计复杂，精度低，集成度不高，体积大，成本高的技术问题，提供一种负载反馈控制型继电器电路。

一种固态继电器电路，该固态继电器电路包括：输入信号端、输入及保护模块、驱动电路模块、mosfet功率控制及反馈模块、输出保护模块、输出控制端以及负载反馈控制模块。所述输入及保护模块的输入端与所述输入信号端连接，所述输入信号端用于向所述输入及保护模块输入数字或者模拟的第一控制信号，所述输入及保护模块用于根据所述控制信号生成第二控制信号；所述驱动电路模块的输入端与所述输入及保护模块的输出端连接，所述驱动电路模块用于接收并根据所述第二控制信号产生驱动信号；所述mosfet功率控制及反馈模块的输入端与所述驱动电路模块的输出端连接，所述mosfet功率控制及反馈模块用于接收并根据所述驱动信号生成第三控制信号；所述输出保护模块的输入端与所述mosfet功率控制及反馈模块的输出端连接，所述输出保护模块用于当负载电路产生噪音脉冲信号时控制所述mosfet功率控制及反馈模块的电流及电压至预设稳定值；所述输出控制端与所述mosfet功率控制及反馈模块的输出端连接，所述输出控制端用于接入负载电路的控制端；所述负载反馈控制模块的输入端与所述mosfet功率控制及反馈模块的电流传感器控制端连接，所述负载反馈控制模块的输入端与所述输入及保护模块的输入端连接，所述负载反馈控制模块用于接收所述mosfet功率控制及反馈模块的电流信号并根据所述电流信号向所述输入及保护模块输出输出功率动态调整信号。

在其中一个实施例中，所述输入及保护模块包括整流桥，所述整流桥的交流输入端与所述输入信号端连接，所述整流桥的交流输出端接地，所述整流桥的第一直流输出端及所述整流桥的第二直流输出端分别与所述驱动电路模块连接。

在其中一个实施例中，所述负载反馈控制模块包括电源管理微控制单元mcu、模/数转换器、电阻rprot以及电阻rsen，所述电源管理微控制单元mcu通过所述模/数转换器及所述电阻rprot接入所述mosfet功率控制及反馈模块的电流传感器控制端，所述电源管理微控制单元mcu的input_ctr端接入所述输入及保护模块的输入端；所述电阻rsen的一端与所述输入及保护模块的输入端连接，所述电阻rsen的另一端接地。

在其中一个实施例中，所述输入及保护模块包括光耦隔离电路，所述光耦隔离电路中发光二极管的阳极与所述电源管理微控制单元mcu的input_ctr端连接，所述光耦隔离电路中光敏三极管的集电极接入电源vcc，所述光耦隔离电路中光敏三极管的发射极接入的阳极与所述整流桥的第一直流输出端连接。

在其中一个实施例中，所述光耦隔离电路中发光二极管的阴极接地。

在其中一个实施例中，所述输入及保护模块包括整流桥、滤波电路以及稳压电路，所述整流桥的交流输入端与所述输入信号端连接，所述整流桥的交流输出端接地，所述整流桥的第一直流输出端及所述整流桥的第二直流输出端分别与所述驱动电路模块连接；所述滤波电路串联于所述整流桥的第一直流输出端及所述整流桥的第二直流输出端之间；所述稳压电路串联于所述整流桥的第一直流输出端及所述整流桥的第二直流输出端之间，且所述稳压电路与所述滤波电路并联。

在其中一个实施例中，所述驱动电路模块包括开关电路，所述开关电路的输入端与所述整流桥的第一直流输出端连接，所述开关电路的输出端与所述mosfet功率控制及反馈模块的输入端连接。

在其中一个实施例中，所述开关电路包括npn型三极管及pnp型三极管，所述npn型三极管的基极与所述整流桥的第一直流输出端连接，所述npn型三极管的发射极与所述整流桥的第二直流输出端连接，所述npn型三极管的集电极与所述pnp型三极管的基极连接，所述pnp型三极管的集电极接入电源vcc，所述pnp型三极管的发射极与所述mosfet功率控制及反馈模块的输入端连接。

在其中一个实施例中，所述驱动电路模块包括分压电路，所述分压电路的输入端与所述整流桥的第一直流输出端连接，所述分压电路的输出端与所述mosfet功率控制及反馈模块的输入端连接。

在其中一个实施例中，所述mosfet功率控制及反馈模块包括mosfet场效管。

上述负载反馈控制型继电器电路，通过mosfet功率控制及反馈模块，其内部电路选用的是一种具有先进的诊断及保护功能的小体积，大功率的车规级的功率输出器件，可实现过热，过载，负荷突降，反极性，短路等保护功能。当其作为继电器输出电路的组成部分，能够替代采用霍尔式或其他分立式器件组成的监测、反馈、保护等电路，具有高度短路可靠性，出色的电流监测，优异的温度保护，设计过程中减少电路设计的复杂性，最大限度的提高设计灵活度，设计出的产品监测精度极高，体积小，成本低，可以有效降低产品生产及开发成本。

附图说明

图1为一个实施例中固态继电器电路的原理框图；

图2为图1所示实施例中固态继电器电路的应用原理框图；

图3为一个实施例中固态继电器电路的电路图；

图4为另一个实施例中固态继电器电路的电路图；

图5为一个实施例中负载反馈控制型继电器电路的原理框图；

图6为图5所示实施例中负载反馈控制型继电器电路的应用原理框图；

图7为一个实施例中负载反馈控制型继电器电路的部分电路图；

图8为另一个实施例负载反馈控制型继电器电路的部分电路图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

请一并参阅图1至图4，本实用新型提供了一种固态继电器电路，该固态继电器电路包括：输入信号端100、输入及保护模块200、驱动电路模块300、mosfet功率控制及反馈模块400、输出保护模块500以及输出控制端600。输入及保护模块200的输入端与输入信号端100连接，输入信号端100用于向输入及保护模块200输入数字或者模拟的第一控制信号，输入及保护模块200用于根据控制信号生成第二控制信号；驱动电路模块300的输入端与输入及保护模块200的输出端连接，驱动电路模块300用于接收并根据第二控制信号产生驱动信号；mosfet功率控制及反馈模块400的输入端与驱动电路模块300的输出端连接，mosfet功率控制及反馈模块400用于接收并根据驱动信号生成第三控制信号；输出保护模块500的输入端与mosfet功率控制及反馈模块400的输出端连接，输出保护模块500用于当负载电路产生噪音脉冲信号时控制mosfet功率控制及反馈模块400的电流及电压至预设稳定值；输出控制端600与mosfet功率控制及反馈模块400的输出端连接，输出控制端600用于接入负载电路的控制端。

上述固态继电器电路，通过mosfet功率控制及反馈模块400，其内部电路选用的是一种具有先进的诊断及保护功能的小体积，大功率的车规级的功率输出器件，可实现过热，过载，负荷突降，反极性，短路等保护功能。当其作为继电器输出电路的组成部分，能够替代采用霍尔式或其他分立式器件组成的监测、反馈、保护等电路，具有高度短路可靠性，出色的电流监测，优异的温度保护，设计过程中减少电路设计的复杂性，最大限度的提高设计灵活度，设计出的产品监测精度极高，体积小，成本低，可以有效降低产品生产及开发成本。

当输入信号端100发出“开通”或“关断的”数字或者模拟的控制信号，输入及保护模块200将该输入信号转化为驱动电路模块300所需要的有效的，可靠的控制信号，输入及保护模块200提供了整流，稳压以及滤波等保护功能。组成本模块的电子元器件有限流电阻，整流桥，稳压二极管，滤波电容等器件，整流、稳压及滤波等部分可通过其他方式实现。当输入端vcc电源或控制信号稳定时，此模块中整流或稳压或滤波模块均可以去除。

在其中一个实施例中，输入及保护模块200包括整流桥，整流桥的交流输入端与输入信号端100连接，整流桥的交流输出端接地，整流桥的第一直流输出端及整流桥的第二直流输出端分别与驱动电路模块300连接。

在其中一个实施例中，输入及保护模块200还包括滤波电路，滤波电路串联于整流桥的第一直流输出端及整流桥的第二直流输出端之间。

在其中一个实施例中，输入及保护模块200还包括稳压电路，稳压电路串联于整流桥的第一直流输出端及整流桥的第二直流输出端之间，且稳压电路与滤波电路并联。

可以理解，将输入及保护模块200输出的有效的，可靠控制信号转化为驱动mosfet功率控制及反馈模块400的驱动信号。根据电路组成方式，如图3所示，mosfet功率控制及反馈模块400可以采用间接驱动，或者如图4所示，输入端直接驱动，即通过电阻分压，直接驱动mosfet功率控制及反馈模块400。图3中：间接驱动即输入及保护模块200输出信号驱动三极管的基极，pnp及npn三极管的发射级驱动mosfet功率控制及反馈模块400。图4中，输入及保护模块200输出信号经过电阻分压，直接驱动mosfet功率控制及反馈模块400。组成本模块的电子元器件有pnp型及npn型三极管，限流电阻，及续流二极管，此部分可通过其他方式实现，例如光耦等隔离器件。图2中驱动电路模块上的虚线所示当输入控制信号供电不足以驱动后续电路时，可以采用偏置电源或者输出电源为驱动电路供电，此时应该增加一定的隔离电路，特别是单片机输出信号作为继电器输入信号时，其i/o口负载能力弱。实例分析：如图3电路中所示，三极管q1端集电极输出信号作为高端驱动器的控制信号，其发射级信号主要来自于继电器的输出端。图4中mosfet功率控制及反馈模块400的电阻r2端控制信号驱动高端驱动器in端，继电器输入端vcc的信号提供该驱动信号。

在其中一个实施例中，驱动电路模块300包括开关电路，开关电路的输入端与整流桥的第一直流输出端连接，开关电路的输出端与mosfet功率控制及反馈模块400的输入端连接。

在其中一个实施例中，开关电路包括npn型三极管及pnp型三极管，npn型三极管的基极与整流桥的第一直流输出端连接，npn型三极管的发射极与整流桥的第二直流输出端连接，npn型三极管的集电极与pnp型三极管的基极连接，pnp型三极管的集电极接入电源vcc，pnp型三极管的发射极与mosfet功率控制及反馈模块400的输入端连接。

在其中一个实施例中，驱动电路模块300包括分压电路，分压电路的输入端与整流桥的第一直流输出端连接，分压电路的输出端与mosfet功率控制及反馈模块400的输入端连接。

在其中一个实施例中，分压电路包括电阻r1、电阻r2以及电阻r3，电阻r1的一端与整流桥的第一直流输出端连接，电阻r1的另一端接入mosfet功率控制及反馈模块400的输入端；电阻r2的一端与整流桥的第二直流输出端连接，电阻r2的另一端接入mosfet功率控制及反馈模块400的输入端；电阻r3的一端与整流桥的第二直流输出端连接，电阻r3的另一端接地。

当驱动电路模块300输出的驱动信号为高或低电平时，施加在高端驱动器mosfet的in端，高端驱动器mosfet输出端实现开通或关断，实现负载线路开通与关断的切换，实现继电器的功能。本电路中mosfet功率控制及反馈模块400的反馈使能端为悬空，即电流监测反馈功能无效。此模块中高端驱动器是一种集负载电流限制、限功率，有功管理、过温关断等先进保护功能于一体功率性mosfet。在mosfet的沟道被驱动控制信号控制打开的状态下，其内部集成的电压监测/电流监测/温度监测电路开始工作。过温模块工作原理：当负载电流超过某阈值后，场效应管沟道温度持续上升，当超过规定的温度阈值后，场效应管沟道自动关闭，实现切断负载电路，此过程间接实现了电路的过流保护及短路保护功能。当mosfet功率控制及反馈模块400的反馈使能端为高电平有效时，电流传感器实时对负载电流并进行比列运算，将运算后的信号通过输出端口输出，例如本电路中使能端为悬空，电流监测及负载管理功能并未开启；组成本模块的电子元器件有高端驱动的mosfet，接地电阻以及限流电阻等。

在其中一个实施例中，mosfet功率控制及反馈模块400包括mosfet场效管。本实用新型所述的此类继电器的中的高端驱动的mosfet，采用英飞凌公司系列高端驱动mosfet，作为其核心的输出及监测器件：系列有，automotivesmarthigh-sideswitch/profettm，powerprofettm，profettm+12v，profettm+24v，classicprofettm，profettm+2等系列的器件，此类型的装置集负载电流限制、限功率过载有功管理、过温关断等先进保护功能于一体，能够有效提高设备的平均无故障时间，可应用于高安全性系统要求的汽车电源控制系统。

在其中一个实施例中，输出保护模块500包括串联于输出控制端600及负载电路的接入端之间的tvs管电路和/或阻容电路。当负载电路中出现浪涌等噪音脉冲信号时，输出保护模块500可提供保护mosfet功率控制及反馈模块400中的mosfet的功能。组成本模块的电子元器件有tvs管和电容。此部分可通过其他方式实现，例如阻容电路。

值得一提的是，高端驱动mosfet也存在多组输入级多组输出系列，其每一路均具有上述的过流保护，过温度保护等功能。

请一并参阅图1至图8，本实用新型还提供了一种负载反馈控制型继电器电路，该负载反馈控制型继电器电路相对上述各个实施例中还包括负载反馈控制模块700。负载反馈控制模块的输入端与mosfet功率控制及反馈模块的电流传感器控制端连接，负载反馈控制模块的输入端与输入及保护模块的输入端连接，负载反馈控制模块用于接收mosfet功率控制及反馈模块的电流信号并根据电流信号向输入及保护模块输出输出功率动态调整信号。该负载反馈控制型继电器电路，通过mosfet功率控制及反馈模块，其内部电路选用的是一种具有先进的诊断及保护功能的小体积，大功率的车规级的功率输出器件，可实现过热，过载，负荷突降，反极性，短路等保护功能。当其作为继电器输出电路的组成部分，能够替代采用霍尔式或其他分立式器件组成的监测、反馈、保护等电路，具有高度短路可靠性，出色的电流监测，优异的温度保护，设计过程中减少电路设计的复杂性，最大限度的提高设计灵活度，设计出的产品监测精度极高，体积小，成本低，可以有效降低产品生产及开发成本。

在其中一个实施例中，所述负载反馈控制模块包括电源管理微控制单元mcu、模/数转换器、电阻rprot以及电阻rsen，所述电源管理微控制单元mcu通过所述模/数转换器及所述电阻rprot接入所述mosfet功率控制及反馈模块的电流传感器控制端，所述电源管理微控制单元mcu的input_ctr端接入所述输入及保护模块的输入端；所述电阻rsen的一端与所述输入及保护模块的输入端连接，所述电阻rsen的另一端接地。

在其中一个实施例中，所述输入及保护模块包括光耦隔离电路，所述光耦隔离电路中发光二极管的阳极与所述电源管理微控制单元mcu的input_ctr端连接，所述光耦隔离电路中光敏三极管的集电极接入电源vcc，所述光耦隔离电路中光敏三极管的发射极接入的阳极与所述整流桥的第一直流输出端连接。

在其中一个实施例中，所述光耦隔离电路中发光二极管的阴极接地。

可以理解，当input_ctr端为“低电平”或“高电平”的数字的控制信号，实现输入及保护模块将vcc转换为驱动电路模块所需要的有效的可靠地控制信号，输入及保护模块提供了整流以及稳压，滤波等保护功能。组成本模块的电子元器件有限流电阻，直流光耦，电阻，整流桥，稳压二极管，滤波电容；整流、稳压及滤波等部分可通过其他方式实现，直流光耦起隔离作用，保护上位机mcu的io口，当输入端vcc电源或控制信号稳定时，此模块中整流或稳压或滤波模块均可以去除（见图7及图8中）。可以如图6中虚线所示，采用输出电源作为控制器供电部分，继电器的输入端仅输入控制信号，此类方式中输入与输出为非隔离方式。

进一步的，将输入及保护模块输出的有效的可靠控制信号转化为mosfet功率控制及反馈模块的控制信号。根据电路组成方式，mosfet功率控制及反馈模块可以采用间接控制（如图6），或者输入端直接控制（图7）。图6中：间接控制即输入及保护模块输出信号控制pnp及npn三极管组成的电路。图7中，输入及保护模块输出信号经过电阻分压，直接驱动控制mosfet功率控制及反馈模块。组成本模块的电子元器件有p型及n型三极管，限流电阻，及续流二极管，此部分可通过其他方式实现。

进一步的，当驱动电路模块输出的控制信号为高或低电平时，高端驱动器mosfet对应实现开通或关断，实现负载线路开通与关断。mosfet功率控制及反馈模块的电流反馈使能端为同控制信号相同，当“高电平”下反馈功能有效。此模块中，高端驱动器模块工作原理如下：

此模块中高端驱动器是一种集负载电流限制、限功率，有功管理、过温关断等先进保护功能于一体功率性mosfet。在mosfet的沟道被驱动控制信号控制打开的状态下，其内部集成的电压检测/电流检测/温度检测电路开始工作。

1.负载反馈及可编程应用原理：该期间内集成的电流传感器实时监测负载电流并进行比列运算，将运算后的信号通过isen端口输出，isen=iout/k,其中iout为输出负载电流，k为比例系数，范围为10000-18000（随负载变化）；如图6中所示isen端口输出电流经rsen及rprot（保护mcu的io口）及adc等器件，转换为mcu可以识别的数字型号，通过mcu的软件编程可以实现负载电流的实时监测及管理，并可在input_ctr端口实时输出一定脉宽及频率的高，低电平(pwm)，实现输出功率的动态调整及负载管理功能。

2.温度监测电路工作原理：当负载电流超过某阈值后，场效应管沟道温度持续上升，当超过规定的温度阈值后，内部逻辑电路控制场效应管沟道关闭，实现切断负载短路电路，此过程间接实现了电路的过流保护及短路保护功能。组成本模块的电子元器件有高端驱动的mosfet，接地电阻以及限流电阻。

需要说明的是，此类继电器的中的高端驱动的mosfet，采用英飞凌公司系列高端mosfet,作为其输出：automotivesmarthigh-sideswitch/profettm,powerprofettm,profettm+12v,profettm+24v,classicprofettm,profettm+2系列器件，此类型的装置集负载电流限制、限功率过载有功管理、过温关断等先进保护功能于一体，能够有效提高设备的平均无故障时间，可应用于高安全性系统要求的汽车电源控制系统。

进一步的，当负载电路中出现浪涌等噪音脉冲信号时，可提供保护mosfet功率控制及反馈模块中的mosfet的功能。组成本模块的电子元器件有tvs管和电容。此部分可通过其他方式实现。

值得一提的是，负载反馈控制型继电器电路应包含感应一信号转换电路，即电阻与adc组成的，模拟信号转化为单片机识别的数字信号，由于该部分并非本实用新型要求保护的范围，且因上位机型号不同，因此此部分未集成至此。但本领域技术人员熟悉该技术，在上述公开的各个实施例的基础上可在实际生产过程中根据产品要求进行应用。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。