双极性电源同步延时开关电路的制作方法

1.本实用新型涉及一种电源开关，具体涉及一种双极性电源同步延时开关电路。


背景技术：

2.在一些激励或是测试、测量电路中往往需要使用双极性电源供电来获得额外的性能，出于电路安全等方面的考虑需要对上电时序执行控制的时候，对于双极性电源往往忽略了其过冲和上电时序不同步带来的影响。
3.双极性电源的不同步可能损坏用电的电路组件，而过冲则可能损坏电源或造成整机系统的异常。
4.当这些问题被重视时，我们可以选择机电继电器或是固态继电器作为开关器件，控制继电器的开关可以实现上电时序的控制。
5.假如选用机电继电器如果考虑同步上电就必须使用双刀双掷的型号，一旦电路系统的工作电流达到十安培级甚至更高，其造价和体积往往变得难以承受，而且机电继电器的粘连问题难以避免，不适用于高可靠性要求的场合。
6.假如选用ssr则在大电流情况下面临的成本与体积的问题比机电继电器更严重。


技术实现要素：

7.本实用新型的目的在于提供一种双极性电源同步延时开关电路，根据双极性电源的输入电压和电流选用一对nmos和pmos作为开关组件，同时使用一对参数经过调试的延时电路作为电源开关的延时电路组件，通过同一个控制信号对nmos和pmos进行开关控制，以此来达到对双极性电源的同步延时开关的目的。
8.为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：一种双极性电源同步延时开关电路，包括pmos、nmos、第一延时开关电路、第二延时开关电路、同步开关电路，第一延时开关电路包括电容c1、电阻r2，第二延时开关电路包括电容c2、电阻r4，同步开关电路包括电阻r1、r2，限流电阻r5，光耦u1，稳压二极管d1、d2，pmos的源极与c1的一端、r1的一端相连接作为整个双极性电源同步延时开关电路的电源输入端正极，nmos的源极与c2的一端、r3的一端相连接作为整个双极性电源同步延时开关电路的电源输入端负极，pmos的栅极与c1的另一端、r2的一端相连接，nmos的栅极与c2的另一端、r4的一端相连接，pmos的漏极作为整个双极性电源同步延时开关电路的电源输出端正极，nmos的漏极作为整个双极性电源同步延时开关电路的电源输出端负极，r1的另一端、r2的另一端与d1的阴极连接，d1的阳极与光耦的三极管集电极连接，r3的另一端、r4的另一端与d2的阳极连接，d2的阴极与光耦的三极管发射极连接，光耦的二极管阳极与整个双极性电源同步延时开关电路的供电电源正极连接，光耦的二极管阴极经r5与整个双极性电源同步延时开关电路的控制端连接。
9.相较于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：本实用新型根据双极性电源的输入电压和电流选用一对nmos和pmos作为开关组件，同时使用一对参数经过调试的延时电路作为电源开关的延时电路组件，通过同一个控制信号对nmos和pmos进行开关控制，以此
来达到对双极性电源的同步延时开关的目的。
附图说明
10.图1是本实用新型一实例的双极性电源同步延时开关电路原理图。
具体实施方式
11.下面结合附图，对本实用新型的技术方案进行具体说明。
12.本实用新型的一种双极性电源同步延时开关电路，包括pmos、nmos、第一延时开关电路、第二延时开关电路、同步开关电路，第一延时开关电路包括电容c1、电阻r2，第二延时开关电路包括电容c2、电阻r4，同步开关电路包括电阻r1、r2，限流电阻r5，光耦u1，稳压二极管d1、d2，pmos的源极与c1的一端、r1的一端相连接作为整个双极性电源同步延时开关电路的电源输入端正极，nmos的源极与c2的一端、r3的一端相连接作为整个双极性电源同步延时开关电路的电源输入端负极，pmos的栅极与c1的另一端、r2的一端相连接，nmos的栅极与c2的另一端、r4的一端相连接，pmos的漏极作为整个双极性电源同步延时开关电路的电源输出端正极，nmos的漏极作为整个双极性电源同步延时开关电路的电源输出端负极，r1的另一端、r2的另一端与d1的阴极连接，d1的阳极与光耦的三极管集电极连接，r3的另一端、r4的另一端与d2的阳极连接，d2的阴极与光耦的三极管发射极连接，光耦的二极管阳极与整个双极性电源同步延时开关电路的供电电源正极连接，光耦的二极管阴极经r5与整个双极性电源同步延时开关电路的控制端连接。
13.以下为本实用新型一具体实例。
14.如图1所示，本实例双极性电源同步延时开关电路，其电路的输入输出及电路组成阐述如下：
15.vin+、vin-、gnd为电路的电源输入，vout+、vout-、gnd为电路的电源输出，ctrl_sig为电路的控制信号输入，v+为控制电路的电源。
16.其中gnd为参考地，相对参考地vin+和vout+是正极性的电源简称正电源，vin-和vout-是负极性的电源简称负电源；ctrl_sig可以是控制器（mcu或fpga等）输出的逻辑控制信号也可以是v+所供给电路输出的纯粹硬件开关信号。
17.q1选用pmos用于负电源开关，其g极接r2,s极接vin+，d级接vout+；q2选用nmos用于正电源开关，其g极接r4，s极接vin-，d极接vout-。
18.c1、r2和c2、r4分别作为q1和q2的延时开关电路，延时开关电路与vout+、vout-所连接的负载电路共同决定了vout+、vout-的上电延时时间。
19.r1、r3、d1、d2、u1、r5共同构成了同步开关电路，其中r1、r3、d1、d2为u1的ce提供直流偏置，d1、d2为稳压二极管，u1为光耦，r5为ctrl_sig和u1的led(发光二极管)的限流电阻。
20.参附图1，假定vin+、vin-、v+一直存在且其电压幅度满足本实用新型电路的工作需求，即vin+、vin-应能达到使得q1、q2可以开启的电压幅度、v+应能提供使得u1的led（发光二极管）可以控制u1的ce开启的条件，对电路工作过程和原理阐述如下：
21.初始时刻，ctrl_sig悬空或通过一个电阻接v+使得u1的ce截止，则c1、c2两端的电压几乎相等（分别约为v+、v-）即q1、q2均因vgs约为0v远远达不到开启的条件而保持截止。
22.当ctrl_sig被拉低时，由于流过u1的led的电流使得led发光，又因为r1、r3、d1、d2提供了偏置电流通路，u1的ce将维持导通状态。
23.当u1的ce导通时在u1的ce处为vin+、vin-提供了一个公共的虚拟地，并为vin+、vin-之间提供一条电流通路，该电流通路同时使得前述延时开关电路脱离初始状态，即由于虚拟地的存在q1的vg（栅极电压）开始下降，q2的vg（栅极电压）开始上升，即c1、c2开始充电，当c1、c2两端的电压分别达到q1、q2的vgs(th)时q1、q2导通，从c1、c2开始充电到q1、q2导通的时间本实用新型称之为“延时开启时间”。
24.需要特别指出的是正电源和负电源其连接的负载可能不同，为了达到同步开启的目的，则这两组延时电路的参数需要精确匹配各自的负载才能使得其延时开启时间一致。
25.在延时开启的过程中d1、d2除了为u1提供偏置外还限制了u1的vce所获得的电压，同时也保证q1、q2的vgs不超过其上限值。
26.当ctrl_sig被重新拉高时，由于流过u1的led的电流趋近于0使得u1的ce截止，d1的阳极和d2的阴相当于悬空，c1、c2两端的电压将趋于相等，即q1、q2的vgs趋近于0使得q1、q2截止，因此vout+、vout-也趋于0v。
27.综上所述，因为ctrl_sig对u1的开关控制在同一时刻为q1和q2的vgs提供或撤销了一个公共参考地，因此开关的动作是同步的，又因为q1和q2的延时开关针对各自的负载做了精确匹配，所以最终输出的电源也是同步的，以上即实现了本实用新型称之为“双极性电源同步延时开关”的电路功能。
28.下面结合图1，以vin+为+70v，vin-为-70v，负载电容均为100uf，负载电阻均为1k，v+为3.3v，为例说明本实用新型的具体实施过程：
29.步骤1：在满足目标电路的电源时序要求的前提下调整延时开关电路的参数使得参照mos管脉冲电流的输出过冲电流达到较易于选型的数值，暂时选择c1=c2=0.1nf,r2=r4=1mω。
30.步骤2：结合工作电流、过冲电流与输入电压选择q1为fdms86263p、q2为siss94dn。
31.步骤3：又由于q1、q2的vgs的最大值分别为
±
25v、
±
20v，选择d1、d2为1sma5943bt3g其典型击穿电压为56v则vgs被限制在安全工作范围。
32.步骤4：将偏置电阻r1、r3设置为100kω，u1选择tlp127。
33.步骤5：将限流电阻r5设定为1kω。
34.步骤6：将选定的q1、q2的置换进电路重新仿真延时开关电路并调整其参数，以确保vout+和vout-的上电同步。
35.以上是本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本实用新型技术方案的范围时，均属于本实用新型的保护范围。