控制电源高压侧与负载开闭关系的电路的制作方法

1.本实用新型属于电源控制技术领域，具体涉及一种控制电源高压侧与负载开闭关系的电路。


背景技术：

2.随着电池技术的进步，使用电池等直流电源供电的设备越来越多，如电钻、电扳手和角磨机等各种手持式的电动工具、割草机和打草机等园林工具、家庭用的吹风机以及理发店用的理发器等等，这些工具的出现和创新极大地丰富和方便了人民群众的生产和生活。在这些使用直流电源供电的设备中，为了确保安全，一般都会在电源的正极电源线（高压侧）中串接一个机械开关，一旦设备发生故障，就可以通过断开这个机械开关的方式来断开设备电源，确保设备能够停机以保证用户的安全。但是机械开关存在以下缺点：
3.1. 机械开关的导通是通过其内部的两个机械触点闭合实现的。当机械开关导通时，其两个触点之间的接触电阻很大，即使是新的机械开关，其接触电阻一般也都在10毫欧左右，尤其是机械开关在长期使用后由于触点多次地断开负载大电流，导致其接触电阻变得越来越大，可能会达到100毫欧以上，当负载大电流流过此接触电阻时，会在此电阻上消耗掉很大的功率，这些功率最终全部转化为热能损失了，不但降低了电源的使用效率，同时还会导致机械开关持续的发热，而且开关使用时间越久，发热就越严重，可能会导致开关触点因为过热而烧毁，甚至起火造成严重的后果和极大的经济损失。
4.2. 机械开关的体积一般很大，在某些空间有限的场合下根本无法使用，导致产品开发失败。
5.3. 机械开关的寿命有限，尤其是长时间使用后，由于其接触电阻会变得越来越大，进一步加速其寿命终结。
6.4. 机械开关在接通和断开负载电流时会产生火花放电，产生严重的emc噪声，会干扰其它电子设备的正常工作，在某些场合下是严禁使用的，如在煤矿井下巷道会存在可燃性瓦斯气体、在采煤工作面会存在大量可燃气体和粉尘等，这些气体和粉尘遇到火花都有发生爆炸的危险。
7.5. 大功率的机械开关由含银触点，弹力结构，塑料，固定胶水，组装工时等成本非常很贵。
8.6．不可远程操作。


技术实现要素：

9.本实用新型要解决的技术问题是：提供一种控制电源高压侧与负载开闭关系的电路，该控制电路成本低廉、工作稳定、安全可靠、使用寿命长、占用空间小。
10.为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：控制电源高压侧与负载开闭关系的电路，包括主电源、负载，主电源的正极与负载之间串联有一个nmosfit管，该nmosfit管的d端与主电源正极连接、s端与负载连接、g端与一个自举升压电路的输出端连
接，该自举升压电路的基础电压端连接主电源的正极，自举升压电路的信号输入端连接一个pwm信号发生模块。
11.作为一种优选方案，所述自举升压电路包括升压电源、串联在升压电源正极与nmosfit管g端的二极管d1、二极管d2，二极管d1的两端并联有一个二极管q7a，q7a的集电极连接二极管d1的负极、基极连接二极管d1的正极、发射极接地，q7a的集电极与二极管d1的负极之间串联有一个电容c1，二极管d2的负极与nmosfit管的g端之间并联有一个电容c2，电容c2的另一端接地，三极管q7a的基极与发射极之间并联有一个三极管q7b，该三极管q7b的集电极连接三极管q7a的基极、发射极接地、基极作为信号输入端与pwm信号发生模块连接，所述电容c1与三极管q7a之间并联有一个三极管q3b，该三极管q3b的集电极与三极管q7a的集电极并接、发射极连接主电源正极、基极连接一个三极管q3a的集电极，三极管q3a的发射极接地、基极与三极管q7b的基极并接，共同作为信号输入端，其中，三极管q3b是pnp型三级管，其他各三极管均为npn型三极管。
12.作为一种优选方案，所述pwm信号发生模块为振荡器电路或能够输出pwm信号的mcu。
13.作为一种优选方案，所述自举升压电路与nmosfit管的g端之间还串联有一个使能控制电路。
14.本实用新型的有益效果是：本实用新型通过pwm信号发生模块与自举升压电路，将主电源提供的电压升高以驱动nmosfit管持续导通，从而实现nmosfit管取代传动机械开关在电源高压侧作为开关控制电源与负载开闭关系的功能，大大降低了传动机械开关对使用空间的要求，为进一步缩小控制电路提供技术基础，同时，本实用新型所述的控制电路与传统机械开关构成的控制电路相比，成本更低、工作更稳定、更安全可靠、使用寿命更长。
附图说明
15.下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细说明，其中：
16.图1是本实用新型的电路原理图；
17.图2是本实用新型所述自举升压电路的具体电路示意图；
18.图3是本实用新型使用使能控制电路的电路原理图；
19.图4是本实用新型所述使能控制电路的电路示意图；
20.图1~图4中：1、主电源，2、负载，3、nmosfit管，4、自举升压电路，401、升压电源，5、pwm信号发生模块，6、使能控制电路。
具体实施方式
21.下面结合附图，详细描述本实用新型的具体实施方案。
22.如图1所示，控制电源高压侧与负载开闭关系的电路，包括电压为60v的主电源1、负载2，主电源1的正极与负载2之间串联有一个nmosfit管3，该nmosfit管3的d端与主电源1正极连接、s端与负载2连接、g端与一个自举升压电路4的输出端连接，该自举升压电路4的基础电压端连接主电源1的正极，自举升压电路4的信号输入端连接一个pwm信号发生模块5。通过pwm信号发生模块5与自举升压电路4将主电源1提供的电压升高至75v以驱动nmosfit管3持续导通，从而实现nmosfit管3取代传动机械开关在电源高压侧作为开关控制
电源与负载开闭关系的功能，大大降低了传动机械开关对使用空间的要求，为进一步缩小控制电路提供技术基础，同时，本实用新型所述的控制电路与传统机械开关构成的控制电路相比，成本更低、工作更稳定、更安全可靠、使用寿命更长。
23.如图2所示，本实施例所述的自举升压电路4包括电压为15v的升压电源401、串联在升压电源401正极与nmosfit管3g端的二极管d1、二极管d2，二极管d1位于升压电源401与二极管d2之间，二极管d1的两端并联有一个二极管q7a，q7a的集电极连接二极管d1的负极、基极连接二极管d1的正极、发射极接地，q7a的集电极与二极管d1的负极之间串联有一个电容c1，二极管d2的负极与nmosfit管3的g端之间并联有一个电容c2，电容c2的另一端接地，三极管q7a的基极与发射极之间并联有一个三极管q7b，该三极管q7b的集电极连接三极管q7a的基极、发射极接地、基极作为信号输入端与pwm信号发生模块5连接，所述电容c1与三极管q7a之间并联有一个三极管q3b，该三极管q3b的集电极与三极管q7a的集电极并接、发射极连接主电源正极、基极连接一个三极管q3a的集电极，三极管q3a的发射极接地、基极与三极管q7b的基极并接，共同作为信号输入端，其中，三极管q3b是pnp型三级管，其他各三极管均为npn型三极管。
24.所述pwm信号发生模块5为振荡器电路或能够输出pwm信号的mcu（单片机），本实用新型优选采用mcu。
25.如图3所示，所述自举升压电路4与nmosfit管3的g端之间还串联有一个使能控制电路6，如图4所示，该使能控制电路6包括集电极连接二极管d2负极的三极管q1b，集电极连接三极管q1b基极的三极管q1a，三极管q1a和q1b的发射极并联后与nmosfit管3的g端连接，三极管q1a的基极与三极管q5的集电极连接，三极管q5的发射极接地、基极连接使能信号源，该使能信号源是mcu。
26.本实用新型工作过程是：如图1和图2所示，当pwm信号发生模块5输出为低电平时，三极管q3a截止，三极管q3b截止，三极管q7b截止，三极管q7a导通，此时15v的升压电源401经过二极管d1、电容c1、电阻r6、三级挂q7a到地给电容c1充电，因为电阻r6和c1组成的充电时间常数很小，所以c1充满电用时非常短，若忽略二极管d1正向导通压降和三极管q7a的饱和导通压降，当c1电容充满电会达到15v；同时15v电源经过二极管d1、电阻r7、二极管d2向电容c2充电，若忽略二极管d1和d2的正向导通压降，在极短的时间内电容c2将充满电达到15v。当pwm信号发生模块5输出高电平时，三极管q7b导通，三极管q7a截止，三极管q3a导通，三极管q3b导通，所以电容c1下端电压为60v，由于电容两端电压不能突变，所以电容c1上端电压为“60v 15v”，此时二极管d1截止、二极管d2导通，电容c1通过电阻r7、二极管d2向电容c2充电，将电容c1中的电荷全部转移给电容c2，电容 c2的电压达到30v。之后的过程基本上都是一样，当pwm信号发生模块5输出低电平时，三级管q3b截止，三级管q7a导通，此时二极管d1导通向电容c1充电，使电容c1两端的电压达到15v，但因为此时电容c2的电压高于电容c1的电压，所以二极管d2就截止了；当pwm信号发生模块5输出高电平时，三极管q3b导通，三极管q7a截止，电容c1的下极板电压跳变为60v，上极板电压跳变为75v，所以二极管d1截止，二极管d2导通，电容c1的能量再次全部转移到电容c2中，此时电容c2的电压为45v
……
。随着pwm信号发生模块5交替输出低电平和高电平，电容c1中的能量不断地被泵送到电容c2中，使得电容c2的电压不断升高，最终电容c2上的电压最高可以达到75v。纯理论分析的话，只需要最多4个pwm脉冲就可以将电容c2的电压升高到75v，但是考虑到实际电路中的损耗，
还需要再多几个pwm脉冲之后才可以将电容c2的电压升高到75v。需要注意的是，我们需要一个叠加在60v电压上的15v电压，最简单、成本最低的办法就是60v通过一个限流电阻和一个15v的稳压管来获得；或者使用buck降压电路从60v获得一个15v的电压；另外系统中很可能本来就存在15v的电压，这样的话，直接把现有的15v电压拿来用就可以了。
27.当我们使用振荡器电路作为pwm信号发生模块5时，可以如图3所示，在所述自举升压电路4与nmosfit管3的g端之间还串联有一个使能控制电路6，如图4所示，该使能控制电路6包括集电极连接二极管d2负极的三极管q1b，集电极连接三极管q1b基极的三极管q1a，三极管q1a和q1b的发射极并联后与nmosfit管3的g端连接，三极管q1a的基极与三极管q5的集电极连接，三极管q5的发射极接地、基极连接使能信号源，该使能信号源是mcu。
28.通过控制mcu发出使能信号，能够控制自举升压电路4与nmosfit管3的g端之间的通断关系，当mcu向三极管q5的基极输出高电平时，三极管q5导通，三极管q1a导通，三极管q1b导通，自举升压电路4与nmosfit管3的g端连接，电容c2的电压施加到nmosfit管3的g端，使得nmosfit管3导通，负载得电。反之，当mcu向三极管q5的基极输出低电平时，三极管q5断开，三极管q1a断开，三极管q1b断开，自举升压电路4与nmosfit管3的g端断开，nmosfit管3断开，负载失电。
29.上述实施例仅例示性说明本发明创造的原理及其功效，以及部分运用的实施例，而非用于限制本发明；应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。