一种大功率直流固态电子开关

2011-05-22 11:15:32来源: 互联网
一种大功率直流固态电子开关

摘要:介绍了一种大功率直流固态电子开关,它已成功用于某通讯电源直流配电单元中,具有成本低、响应快、损耗小、EMI小,能与逻辑电路兼容,工作可靠等优点。

关键词:电子开关;固态;大功率



图1基本原理框图

在自动测量设备、仪器仪表、直流配电设备中经常需要对直流大功率信号进行控制,过去通常采用电磁继电器。随着电子技术的进步,已开始将半导体器件作为固态电子开关来应用,本文介绍了一种实现方法。

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


图4电子开关原理图


图2555电路结构框图及引脚功能


图3方波脉冲发生器

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uC≥VCC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uCf=1.433/(RA+2RB)CT

导通时间为

ton=0.693CT(RA+RB)

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、C1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,可广泛用于仪器、自动测量等设备当中作为直流电子开关或作为直流固态继电器(DC?SSR),具有一定的推广价值。

关键字:直流  固态  电子  电子开关

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2011/0522/article_8967.html
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