专利名称：基于nmos管的大功率电子开关的制作方法
技术领域：
本发明属于电子开关领域，涉及一种以NMOS管作为开关器件，能与逻辑电路兼容、稳定可靠的大功率直流固态电子开关。
背景技术：
电子开关是利用电力电子器件实现电路通断的运行单元，它至少包括一个可控的电子阀器件，按照使用范围的不同，可以分为直流电子开关和交流电子开关。
电子开关一般由脉冲宽度调制(PWM)控制IC和MOSFET构成。电子开关和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上，反而高于电子开关，这一点称为成本反转点。随着电力电子技术的发展和创新，使得电子开关技术也在不断地创新，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了广阔的发展空间。
电子开关高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。另外电子开关的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。
好的电子开关需要有如下三个条件
1、开关电力电子器件工作在开关状态而不是线性状态；
2、高频电力电子器件工作在高频而不是接近工频的低频；
3、直流电子开关输出的是直流而不是交流。
电子开关一般有如下的结构
1.接地。电子开关比线性电源会产生更多的干扰，对共模干扰敏感的用电设备，应采取接地和屏蔽措施，按ICE1000、EN61000、FCC等EMC限制，电子开关均采取EMC电磁兼容措施，因此电子开关一般应带有EMC电磁兼容滤波器。
2.保护电路。电子开关在设计中必须具有过流、过热、短路等保护功能，故在设计时应首选保护功能齐备的电子开关模块，并且其保护电路的技术参数应与用电设备的工作特性相匹配，以避免损坏用电设备或电子开关。
在当前电子开关的设计中，经常会出现成本高，响应慢，损耗高等缺点，而且由于设计上的限制，许多电子开关的负载功率比较低，不能满足一些大功率器件的需求。另外， 如果做出可靠性高、能与逻辑电路兼容的具有高度集成性能的电子开关，也是当前电子开关领域的所有设计人员面临的一个相当大的问题。
发明内容
为了解决现有电子开关的诸多不足，本发明提供了一种大功率直流电子开关，它具有成本低、响应快、损耗少、能与逻辑电路兼容、工作可靠等优点。
一个电子开关，至少有输入端、输出端、控制端、接地端、开关器件和控制电路6个部分，，本发明使用N沟道功率MOS管作为开关器件，而控制电路分为线性稳压降压电路、方波脉冲发生器电路和电荷泵电路三个单元。所述线性稳压降压电路，为整个控制电路提供电源，由2个电阻、1个二极管、1个电容和1个NPN型三极管组成，其中1个电阻、1个二极管和一个电容以一定方式接于三极管的基极，为三极管提供基准电压，而另一个电阻接于三极管的集电极，起到降低三极管的功耗、分压及限流的作用，在三极管的发射极，稳定输出较低的电压供整个控制电路使用。所述方波脉冲发生器电路，由2个电阻、1个电容和一个集成式定时器组成，其中定时器的接地端与整个电子开关的控制端连接，当控制端输人为高电平时，定时器的接地端导通，该方波发生器电路开始工作。
图1是本发明的基本原理框图；图2是本发明的一个实施例的电路原理图。图中1.输入端，2.输出端，3.控制端，4.接地端，5. NMOS管，6.线性稳压降压电路，7.方波脉冲发生器，8.电荷泵电路，附、1 3、1 4、1 5、1 6、1 7、1 8、1 9、1 10为固定电阻，Cl、 C2、C3、C4、C5、C6 为电容，Dl、D2、D3、D4 为二极管，VI、V2 为三极管，J 1、J2、J3、J4、J5、 J6、J7、J8为集成式定时器的接口。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进一步的说明。如图1所示，本发明所述电子开关包括输入端(1)，输出端0)，控制端(3)，接地端 (4), NMOS管(5)，线性稳压降压电路(6)，方波脉冲发生器(7)，电荷泵电路(8)。当控制端 (3)输入为高电平(》2V)时，控制电路产生悬浮于NMOS管(5)的S极电平的正驱动电压大约为15V左右，NMOS管(5)导通；当控制端(3)电压为0电平时，则控制电路停止工作， NMOS管(5)关闭。如图2所示，电子开关原理图如图4所示。其中控制电路的供电电源是由电阻R1、 二极管D1、电阻R3、电容Cl和三极管Vl组成的线性稳压降压电路组成。电阻R1、二极管 D1、电容Cl为三极管Vl提供基极电压，电阻R3连接于三极管Vl的集电极，用于降低三极管Vl上的功耗，起分压和限流作用，三极管Vl的发射极输出+15V左右电压。集成式定时器接成方波脉冲发生器电路，当控制信号为高电平时，该高电平信号经电阻R9、电阻RlO分压后加在三极管V2的基极上，三极管V2导通，使集成式定时器电路脚J5接地，脉冲发生器开始工作，使脚J4输出幅度为15V的方波脉冲信号，该脉冲发生器频率为38kHz左右。电容C6、电容C5、电容C4、二极管D2、二极管D3构成“电荷泵电路”。C6起到“电荷泵”及隔直流作用。脚J4输出为正脉冲时，通过电容C6隔直后经二极管D3给电容C5、电容C4串联充电，脚J4为零电平时，电容C4通过二极管D2给电容C6充电，下一个正脉冲到来时脚J4 电压与电容C6上电压串联给电容C5、电容C4充电，这样重复操作，电容C5、电容C4逐渐充电，达到稳定时电容C5和电容C4上的电压均在15V左右。最终在电容C5上得到15V左右悬浮于NM0S(5)管G、S极之间的直流电压，经过电阻R6驱动功率NMOS管(5)导通，最终实现小信号对大功率直流信号的控制。D4为齐纳二极管，用于NMOS管(5)D、S极之间过压保护。NMOS管(5)的一个较优选择是用IXYS公司的IXFM75N10，参数为100V，75A，0. 02 Ω。
以上是对本发明的说明而非限定，基于本发明思想的其他实施方式，均在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种基于NMOS管的大功率电子开关，由输入端、输出端、控制端、接地端、开关器件、 控制电路组成，其特征是，所述开关器件为NMOS管，所述控制电路由线性稳压降压电路、方波脉冲发生器电路、电荷泵电路组成，其中线性稳压降压电路为整个控制电路提供电源，方波脉中发生器提供电路所需要的信号，电荷泵电路则将小信号所传输的能量累积以达到控制大功率电路的目的。
2.根据权利要求1所述基于NMOS管的大功率电子开关，其特征是，所述线性稳压降压电路由电阻Rl，电阻R3，电容Cl，二极管Dl，三极管Vl组成；其中Rl —端与输入端连接，另一端与三极管Vl的基极相连；其中电容Cl 一端接地，另一端与三极管Vl的基极相连；二极管Dl的正极接地，负极与三极管Vl的基极相连；电阻R3—端与输入端连接，另一端与三极管Vl的集电极相连。
3.根据权利要求1所述基于NMOS管的大功率电子开关，其特征是，所述方波脉冲发生器由电阻R7，R8，R9，R10,电容C2，C3，三极管V2和集成式定时器组成；其中集成式定时器的Jl、J2接口与线性稳压降压电阻相连，J3接口通过电容C2接地，J4接口为输出口，J5接口与三极管V2的集电极相连，J6接口与电阻R7，R8相连，J7，J8接口通过电容C3接地；电阻R9与控制端相连，另一端接于三极管V2的基极；电阻RlO —端接地，另一端接于三极管 V2的基极；三极管V2的发射极接地。
4.根据权利要求1所述基于NMOS管的大功率电子开关，其特征是，所述NMOS管并联有一个齐纳二极管。
5.根据权利要求3所述基于NMOS管的大功率电子开关，其特征是，所述集成式定时器为SE555MJG集成式定时器。
6.根据权利要求1所述基于NMOS管的大功率电子开关，其特征是，所述NMOS管IXYS 公司的IXFM75mO型。
全文摘要
本发明提供一种大功率直流固态电子开关，该电子开关以N沟道功率MOS管为开关器件，控制电路由线性稳压降压电路、方波脉中发生器和电荷泵电路组成，其中线性稳压降压电路为整个控制电路提供电源，方波脉中发生器提供小功率信号，而电荷泵电路则将能量储存起来以达到小信号控制大功率电路的目的。本发明具有成本低、响应快、损耗少、能与逻辑电路兼容、工作可靠等优点。
文档编号H03K17/567GK102480284SQ201010559488
公开日2012年5月30日 申请日期2010年11月24日 优先权日2010年11月24日
发明者何兵, 徐小科 申请人:上海复莱信息技术有限公司