一种大功率直流固态电子开关(图)
发布时间:2008/5/29 0:00:00 访问次数:514
1主要技术指标
1)电子直流开关最高输入电压65v;
2)最大输出电流≤25a;
3)输入输出压降≤0.5v;
4)控制信号高电平(≥2v)时,电子开关导通,无信号时,关断;
5)工作温度-40℃~+55℃。
此电子开关的基本原理框图如图1所示。
本电子开关采用n沟道功率mos管作为开关器件,当对控制端子施加高电平(≥2v)时,由se555mjg(简称555)定时集成电路构成的悬浮升压电路工作,产生悬浮于mos管s极电平的正驱动电压ugs大约为15v左右,mos管导通;当控制端子电压为0电平时,则555构成的控制电路停止工作,mos管关闭。
2控制电路的构成
控制电路主要由作为方波脉冲发生器的555定时器电路构成,以下对555定时器电路进行简介。
1)555电路结构框图及引脚功能
图2给出了555定时器内部电路结构框图及引脚功能,其内部包括两个电压比较器,一个分压器,一个rs触发器,一个放电晶体管和一个功率输出级。
2)555定时器电路构成的方波脉冲发生器
在555定时器外只须加两个电阻,一个电容就可构成方波脉冲发生器。实际电路如图3所示。现将原理简述如下:当脉冲发生器刚接通电源时,由于电容ct上尚无电荷累积,脚2、脚6处于0电平,导致内部比较器a1的输出,即rs触发器r端的输入为1;比较器a2的输出,即rs触发器s端的输入为0,从而使rs触发器的q端置1,输出脚3为高电平。此后,电源vcc经电阻ra、rb向电容ct充电,直到电容ct上的电压uc升高到时,555定时器的脚2及脚6处于高电平,rs触发器的r端变为0,s端为1,从而使rs触发器q端置0,脚3由高电平变为低电平。放电晶体管vt导通,电容ct经rb和放电管放电,电容电压uc下降,当 时,输出脚3由低到高,电容ct再次充电。此过程周而复始,形成振荡。通过计算可知,其振荡频率
3控制电路的功能分析
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r1、d1、r3、c3和v1组成的线性稳压降压电路组成。r1、d1、c1为v1提供基准电压,r3用于降低v1管上的功耗,起分压和限流作用,v1管e极输出+15v左右电压。555定时器电路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r9、r10分压后加在v2管的基极上,v2导通,使定时器555电路脚1接地,脉冲发生器开始工作,使脚3输出幅度为15v的方波脉冲信号,该脉冲发生器频率按图4中参数计算为38khz左右。
c6、c5、c4、v5、v6构成“电荷泵电路”。c6起到“电荷泵”及隔直流作用。脚3输出为正脉冲时,通过c6隔直后经v5给c5、c4串联充电,脚3为零电平时,c4通过v6给c6充电,下一个正脉冲到来时脚3电压与c6上电压串联给c5、c4充电,这样重复操作,c5、c4逐渐充电,达到稳定时uc5=uc4=vcc。最终在c5上得到15v左右悬浮于mos管g、s极之间的直流电压,经过r6驱动功率mos管导通,最终实现小信号对大功率直流信号的控制。v4为齐纳二极管,用于mos管d、s极之间过压保护。功率mos管用ixys公司ixfm75n10,参数为100v,75a,0.02ω。to-204aa封装。
4结语
该功率电子开关已成功用于某军用设备直流配电系统中,并已进行了小批量生产,实践证明其质量稳定、性能可靠。本电路可进行适当改进,以适应不同电压、电流场合
1主要技术指标
1)电子直流开关最高输入电压65v;
2)最大输出电流≤25a;
3)输入输出压降≤0.5v;
4)控制信号高电平(≥2v)时,电子开关导通,无信号时,关断;
5)工作温度-40℃~+55℃。
此电子开关的基本原理框图如图1所示。
本电子开关采用n沟道功率mos管作为开关器件,当对控制端子施加高电平(≥2v)时,由se555mjg(简称555)定时集成电路构成的悬浮升压电路工作,产生悬浮于mos管s极电平的正驱动电压ugs大约为15v左右,mos管导通;当控制端子电压为0电平时,则555构成的控制电路停止工作,mos管关闭。
2控制电路的构成
控制电路主要由作为方波脉冲发生器的555定时器电路构成,以下对555定时器电路进行简介。
1)555电路结构框图及引脚功能
图2给出了555定时器内部电路结构框图及引脚功能,其内部包括两个电压比较器,一个分压器,一个rs触发器,一个放电晶体管和一个功率输出级。
2)555定时器电路构成的方波脉冲发生器
在555定时器外只须加两个电阻,一个电容就可构成方波脉冲发生器。实际电路如图3所示。现将原理简述如下:当脉冲发生器刚接通电源时,由于电容ct上尚无电荷累积,脚2、脚6处于0电平,导致内部比较器a1的输出,即rs触发器r端的输入为1;比较器a2的输出,即rs触发器s端的输入为0,从而使rs触发器的q端置1,输出脚3为高电平。此后,电源vcc经电阻ra、rb向电容ct充电,直到电容ct上的电压uc升高到时,555定时器的脚2及脚6处于高电平,rs触发器的r端变为0,s端为1,从而使rs触发器q端置0,脚3由高电平变为低电平。放电晶体管vt导通,电容ct经rb和放电管放电,电容电压uc下降,当 时,输出脚3由低到高,电容ct再次充电。此过程周而复始,形成振荡。通过计算可知,其振荡频率
3控制电路的功能分析
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r1、d1、r3、c3和v1组成的线性稳压降压电路组成。r1、d1、c1为v1提供基准电压,r3用于降低v1管上的功耗,起分压和限流作用,v1管e极输出+15v左右电压。555定时器电路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r9、r10分压后加在v2管的基极上,v2导通,使定时器555电路脚1接地,脉冲发生器开始工作,使脚3输出幅度为15v的方波脉冲信号,该脉冲发生器频率按图4中参数计算为38khz左右。
c6、c5、c4、v5、v6构成“电荷泵电路”。c6起到“电荷泵”及隔直流作用。脚3输出为正脉冲时,通过c6隔直后经v5给c5、c4串联充电,脚3为零电平时,c4通过v6给c6充电,下一个正脉冲到来时脚3电压与c6上电压串联给c5、c4充电,这样重复操作,c5、c4逐渐充电,达到稳定时uc5=uc4=vcc。最终在c5上得到15v左右悬浮于mos管g、s极之间的直流电压,经过r6驱动功率mos管导通,最终实现小信号对大功率直流信号的控制。v4为齐纳二极管,用于mos管d、s极之间过压保护。功率mos管用ixys公司ixfm75n10,参数为100v,75a,0.02ω。to-204aa封装。
4结语
该功率电子开关已成功用于某军用设备直流配电系统中,并已进行了小批量生产,实践证明其质量稳定、性能可靠。本电路可进行适当改进,以适应不同电压、电流场合