[发明专利]基于NMOS管的大功率电子开关

说明书

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。

附图说明：

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，R1、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10为固定电阻，C1、C2、C3、C4、C5、C6为电容，D1、D2、D3、D4为二极管，V1、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(2)，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。