开关电路及电动装置的制作方法

1.本技术涉及电路领域，尤其涉及一种开关电路及电动装置。


背景技术：

2.电子器件的电路设计中，一般会在供电端和负载端之间设置一个开关元件，并通过开关元件的通断来实现供电端和负载端之间的电性连接。
3.常见的开关元件主要有晶体管，例如mos管等，但是，由于受到带载电流的瞬间冲击而使晶体管在通断状态之间切换的时间变长，从而会使晶体管工作在线性区或被烧坏，进而降低整个电子器件的可靠性。


技术实现要素：

4.为解决前述问题，本技术一实施例提供一种开关电路，包括控制单元、驱动单元、电压突变单元以及连接单元，其中，所述连接单元电性连接于供电装置与负载装置之间，用于导通或断开供电装置与负载装置之间的电性连接；所述控制单元与所述驱动单元电性连接，所述驱动单元还与所述连接单元电性连接，所述控制单元用于输出使能信号至所述驱动单元，以控制所述驱动单元输出或停止输出驱动信号至所述连接单元，其中，所述驱动信号用于导通所述连接单元；所述电压突变单元电性连接于所述驱动单元与所述连接单元之间的驱动节点，所述控制单元还与所述电压突变单元电性连接，所述控制单元还用于输出所述使能信号至所述电压突变单元，以控制所述电压突变单元产生并输出电压突变信号至所述驱动节点，所述电压突变信号用于在所述驱动单元停止输出所述驱动信号时控制所述驱动节点的电位发生突变，使所述连接单元在未接收到驱动信号时从导通状态快速切换至截止状态。
5.本技术一实施例提供一种电动装置，包括供电装置、负载装置以及前述开关电路。其中，所述供电装置经所述开关电路与所述负载装置电性连接，用于在所述开关电路处于导通状态时输出电源信号至所述负载装置。所述负载装置用于在所述开关电路处于导通状态时接收所述电源信号，并根据所述电源信号执行工作。
6.与现有技术相比，本技术实施例公开的开关电路所使用的电压突变单元在驱动单元停止输出能够导通连接单元的驱动信号时能够产生电压突变信号来控制驱动节点的电位发生突变，使连接单元使用的功率mos管中的寄生电容迅速放电归零而使功率mos管快速切换为截止状态，避免功率mos管落入线性工作区而被烧坏，从而提升开关电路在工作过程中的可靠性。
附图说明
7.为了更清楚地说明本技术实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
8.图1为本技术实施例公开的一种电动装置的结构示意图；
9.图2为图1所示电动装置中一种开关电路的结构示意图；
10.图3为图2所示开关电路的具体电路的结构示意图。
具体实施方式
11.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
12.以下各实施例的说明是参考附加的图示，用以例示本发明可用以实施的特定实施例。本发明中所提到的方向用语，例如，“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”、“侧面”等，仅是参考附加图式的方向，因此，使用的方向用语是为了更好、更清楚地说明及理解本发明，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸地连接，或者一体地连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
13.本技术中“的(英文：of)”，“相应的(英文corresponding，relevant)”和“对应的(英文：corresponding)”有时可以混用，应当指出的是，在不强调其区别时，其所要表达的含义是一致的。另外，为了便于清楚描述本技术实施例的技术方案，在本技术的实施例中，采用了“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”等字样并不对数量和执行次序进行限定，并且“第一”、“第二”等字样也并不限定一定不同。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
14.请参阅图1，其为本技术实施例公开的一种电动装置10的结构示意图。如图1所示，电动装置10包括供电装置100、开关电路200以及负载装置300。
15.其中，供电装置100通过开关电路200与负载装置300电性连接，用于在开关电路200处于导通状态时将电源信号传输至负载装置300。
16.本技术实施例中，供电装置100可以由蓄电池构成，所述蓄电池为镍镉电池或锂聚合物电池或其他能够为负载装置300提供电源信号的电池类型，本技术实施例对此不做具体限定。
17.本技术实施例中，供电装置100也可以由发电机构成，所述发电机由可燃能源支持，所述可燃能源包括氢气、汽油、天然气等天然或人造燃料，本技术实施例对此不做具体限定。
18.本技术实施例中，供电装置100还可以由蓄电池和发电机同时构成，由蓄电池和发电机混合供电为负载装置300提供电源信号。
19.负载装置300用于接收供电装置输出的电源信号，以根据电源信号驱动内部元件执行工作。
20.本技术实施例中，负载装置300为能够在电信号的作用下执行工作的设备，可以为电打火设备或驱动电机或其他电力驱动设备，本技术实施例对此不做具体限定。
21.开关电路200电性连接于供电装置100与负载装置300之间，用于在处于导通状态时将供电装置100输出的电源信号传输至负载装置300，还用于在处于截止状态时停止将供电装置100输出的电源信号传输至负载装置300。
22.本技术实施例中，电动装置10通过供电装置100为负载装置300提供电源信号，负载装置300则根据电源信号驱动其内部的电子元器件工作。同时，在供电装置100和负载装置300之间设置的开关电路200能够对供电装置100输出的电源信号的传输进行控制，以实现对负载装置300的供电或断电。
23.请参阅图2，其为图1所示电动装置中一种开关电路的结构示意图。如图2所示，开关电路200包括控制单元201、驱动单元202、电压突变单元203以及连接单元204。
24.其中，连接单元204电性连接于供电装置100与负载装置300之间，用于导通或断开供电装置100与负载装置300之间的电性连接。
25.控制单元201与驱动单元202电性连接，驱动单元202还与连接单元204电性连接，控制单元201用于输出使能信号至驱动单元202，以控制驱动单元202输出或停止输出驱动信号至连接单元204。其中，所述驱动信号用于导通连接单元204，连接单元204在接收到驱动信号时处于导通状态，以及在未接收到驱动信号时处于截止状态。
26.所述驱动单元202与连接单元204之间形成驱动节点b，电压突变单元203与驱动节点b电性连接。
27.控制单元201还与电压突变单元203电性连接，用于输出所述使能信号至电压突变单元203，以控制电压突变单元203产生并输出电压突变信号至驱动节点b，所述电压突变信号用于在驱动单元202停止输出驱动信号时控制驱动节点b的电位发生突变，使连接单元204在未接收到驱动信号时从导通状态快速切换至截止状态。
28.在现有技术中，连接单元204在接收到驱动信号时处于导通状态，以及在未接收到驱动信号时处于截止状态。然而，连接单元204使用的功率mos管中通常存在寄生电容，在功率mos管未接收到驱动信号时，其寄生电容中的残留电荷使得功率mos管仍处于导通状态，直到这些残留电荷被放电至无法使功率mos管导通为止，从而在驱动单元202停止输出驱动信号时，由于寄生电容的缓慢放电，导致功率mos管工作在线性区，使功率mos管有烧坏的风险，使连接单元204无法切换至截止状态，进而使开关电路200不安全、不可靠。
29.本技术的开关电路200使用的电压突变单元203在驱动单元202停止输出驱动信号时能够产生电压突变信号来控制驱动节点b的电位发生突变，使连接单元204使用的功率mos管中的寄生电容迅速放电归零而使功率mos管快速切换为截止状态，避免功率mos管落入线性工作区而被烧坏，从而提升开关电路200在工作过程中的可靠性。
30.本技术实施例中，控制单元201可以为微控制单元(microcontroller unit，mcu)或现场可编程逻辑门阵列(field programmable gate array，fpga)或其它能够对后续单元进行控制的集成电路，本技术实施例对此不做具体限定。
31.本技术实施例中，控制单元201输出的使能信号包括第一电压信号和第二电压信号，其中，第一电压信号用于控制驱动单元202输出驱动信号，以使连接单元204进入导通状态，此时的开关电路200处于导通状态，供电装置100和负载装置300能够经开关电路200实
现电性连接。
32.第二电压信号用于控制驱动单元202停止输出驱动信号，以使连接单元204进入截止状态，同时还控制电压突变单元203产生并输出所述电压突变信号，以在驱动单元202停止输出驱动信号时控制驱动节点b的电位发生突变，使连接单元204从导通状态快速切换至截止状态，此时的开关电路200处于截止状态，供电装置100和负载装置300也就无法经开关电路实现电性连接。
33.可以理解的是，在驱动单元202停止输出驱动信号前，驱动节点b由于接收到驱动信号而使其电位处于高电平状态。本技术实施例中所述的控制驱动节点b的电位发生突变指的是在驱动单元202停止输出驱动信号时，电压突变单元203将驱动节点b的电位迅速拉低，即从高电平突变为低电平，使连接单元204中的功率mos管中的寄生电容迅速放电归零而使功率mos管快速切换为截止状态，从而使连接单元204能够快速进入到截止状态。
34.请参阅图3，其为图2所示开关电路的具体电路的结构示意图。如图3所示，控制单元201与控制节点a电性连接，用于向控制节点a输出使能信号，再由控制节点a将使能信号传输至驱动单元202和电压突变单元203。
35.具体地，在该实施例中，驱动单元202包括第一输入端in1、第一晶体管q1以及第二晶体管q2。
36.其中，第一晶体管q1为p型mos管，第二晶体管q2为npn三极管。
37.第一输入端in1用于接收输入的驱动信号，第一晶体管q1的源极电性连接于第一输入端in1，第一晶体管q1的漏极电性连接于驱动节点b。第一晶体管q1的栅极通过第一电阻r1电性连接于第一晶体管q1的源极，以及通过第二电阻r2电性连接于第二晶体管q2的集电极。
38.第二晶体管q2的发射极电性连接于接地端gnd，第二晶体管q2的基极电性连接于控制节点a。
39.本技术实施例中，驱动单元202中的第二晶体管q2接收由控制节点a传输的使能信号以实现导通或截止。具体地，若控制节点a处的使能信号为高电平，第二晶体管q2受使能信号的作用而导通，此时，第一晶体管q1的栅极通过第二电阻r2和导通的第二晶体管q2电连接至接地端gnd，使第一晶体管q1的栅极电平被拉低，从而使第一晶体管q1导通，第一输入端in1接收到的驱动信号能够传输至驱动节点b，进而使连接单元204处于导通状态；若控制节点a处的使能信号为低电平，第二晶体管q2受使能信号的作用而截止，此时，第一晶体管q1的栅极通过第一电阻r1连接到第一输入端in1，使第一晶体管q1的栅极电平被拉高，从而使第一晶体管q1截止，使得驱动信号无法继续经第二晶体管q2传输至驱动节点b，进而使连接单元204处于断开状态。
40.电压突变单元203包括第二输入端in2、第三晶体管q3、第一电容c1、第一稳压二极管d1以及第四晶体管q4。
41.其中，第三晶体管q3为npn型三极管，第四晶体管q4为n型mos管。
42.第二输入端in2通过第三电阻r3电性连接于第三晶体管q3的集电极以及第一电容c1的第一电容节点c。所述第二输入端in2用于接收输入的充电电压。
43.第一电容c1的第二电容节点d通过第四电阻r4电性连接于接地端gnd。
44.第三晶体管q3的基极电性连接于控制节点a，第三晶体管q3的发射极电性连接于
接地端gnd，第三晶体管q3的集电极电性连接于第一电容c1的第一电容节点c。
45.第一二极管d1的阳极电性连接于驱动节点b，第一二极管d1的阴极通过第五电阻r5电性连接于第四晶体管q4的漏极。
46.第四晶体管q4的栅极电性连接于第二电容节点d，第四晶体管q4的源极电性连接于接地端gnd。第四晶体管q4的栅极还通过第四电阻r4与第四晶体管q4的源极电性连接。
47.本技术实施例中，电压突变单元203中的第三晶体管q3接收由控制节点a传输的使能信号以实现导通或截止。第四晶体管q4受第二电容节点d的电位的作用而在导通和截止两种状态之间切换。
48.使用时，在初始状态时，控制单元201输出低电平的使能信号，第三晶体管q3受使能信号的作用而截止，第二输入端in2、第三电阻r3、第一电容c1、第四电阻r4以及接地端gnd形成电流回路，使得第一电容c1接收第二输入端in2的充电电压而充电，此时，第一电容节点c通过第三电阻r3连接到第二输入端in2而使第一电容节点c处的电位受第二输入端in2输入的高电平信号和第一电容c1的维持作用而处于高电平状态，而第二电容节点d通过第四电阻r4电性连接至接地端gnd，使第二电容节点d处于低电平状态，第四晶体管q4截止。可以理解的是，在充电之后，第一电容c1两端的电压差较高。
49.开始工作时，当控制单元201输出高电平的使能信号时，如上所述，第一输入端in1输入的驱动信号能够传输至驱动节点b，即驱动节点b处于高电平状态，连接单元204处于导通状态。第三晶体管q3受使能信号的作用而导通，第一电容节点c经导通的第三晶体管q3电性连接至接地端gnd，从而使第一电容节点c的电位由高电平状态突变为低电平状态。此时，由于第一电容c1两端的电压差较高，且第一电容c1的电容特性不允许其两端的电压差发生突变，从而使得第二电容节点d处的电位由低电平突变为高电平状态，以保持第一电容c1两端的电压差不变，第四晶体管q4导通。由于第一电容c1通过第四电阻r4电性连接至接地端gnd而逐渐放电，使第二电容节点d处的电位逐渐降低，当第一电容c1放电至第二电容节点d处的电压低于第四晶体管q4的导通电压vgs(th)时，第四晶体管q4截止。
50.可以理解的是，在放电之后，第一电容c1两端的电压差较低。
51.可以理解的是，在第四晶体管q4导通以及截止期间，驱动节点b由于接收到驱动电压，连接单元204保持在导通状态。
52.当控制单元201输出低电平的使能信号时，如上所述，第一输入端in1输入的驱动信号无法传输至驱动节点b。第三晶体管q3受使能信号的作用而截止，第一电容节点c与接地端gnd断开连接，第一电容节点c通过第三电阻r3与第二输入端in2电连接而使第一电容节点c处的电位由低电平突变为高电平状态。此时，由于第一电容c1两端的电压差较低，且第一电容c1的电容特性不允许其两端的电压差发生突变，从而使得第二电容节点d处的电位由低电平突变为高电平状态，以保持第一电容c1两端的电压差不变，第四晶体管q4导通。连接单元204中的mos管中的寄生电容中残留的电荷通过驱动节点b、第一二极管d1、第五电阻r5、第四晶体管q4以及接地端gnd构成的回路迅速放电，使得连接单元204中的mos管的残留电荷迅速归零，从而使连接单元204中的的mos管迅速截止，连接单元204由导通状态快速切换为截止状态。
53.可以理解的是，由于第一电容c1通过第四电阻r4电性连接至接地端gnd而逐渐放电，使第二电容节点d处的电位逐渐降低，当第一电容c1放电至第二电容节点d处的电压低
于第四晶体管q4的导通电压vgs(th)时，第四晶体管q4截止。在第四晶体管q4截止之后，驱动节点b由于未接收到驱动电压，连接单元204保持在断开状态。
54.连接单元204包括第一连接端j1、第二连接端j2、第二二极管d2、第三二极管d3以及多个连接子单元。
55.其中，第二二极管d2的阳极电性连接于驱动节点b，第二二极管d2的阴极通过第六电阻r6电性连接于第一连接端j1，所述第一连接端j1用于连接供电装置100和负载装置300中的其中一个装置。
56.第三二极管d3的阳极电性连接于驱动节点b，第三二极管d3的阴极通过第七电阻r7电性连接于第二连接端j2，所述第二连接端j2用于连接负载装置300和供电装置100中的另一个装置。
57.所述多个连接子单元的结构相似，本技术中以其中一个连接子单元为例，对各个连接子单元的结构进行详细介绍。
58.所述连接子单元包括第五晶体管q5和第六晶体管q6。其中，第五晶体管q5和第六晶体管q6均为n型晶体管。
59.第五晶体管q5的栅极通过第八电阻r8电性连接于驱动节点b，第五晶体管q5的源极电性连接于第一连接端j1，第五晶体管q5的漏极电性连接于传输节点e，所述传输节点e用于传输第一连接端j1和第二连接端j2之间的电信号。
60.第六晶体管q6的栅极通过第九电阻r9电性连接于驱动节点b，第六晶体管q6的源极电性连接于第二连接端j2，第六晶体管q6的漏极电性连接于传输节点e。
61.本技术实施例中，连接单元204包括四个连接子单元，这四个连接子单元并联工作，即在其中一个连接子单元损坏后，其他连接子单元能够继续工作，也能够提升连接单元204的电流传输能力。可以理解的是，连接单元204中的连接子单元的数量可以根据实际需要进行增加或减少，本技术实施例对此不做具体限定。
62.本技术实施例中，连接单元204中的mos管受驱动节点b处的电位信号的作用而在导通状态和截止状态中进行切换。也即是，在初始状态时，控制单元201输出低电平的使能信号，第一晶体管q1受使能信号的作用而截止，由第一输入端in1输入的驱动信号就无法经第一晶体管q1输出至连接单元204中的mos管，连接单元204中的mos管也因此处于截止状态。开始工作时，控制单元201输出高电平的使能信号，第一输入端in1输入的驱动信号能够传输至驱动节点b以使驱动节点b处于高电平状态，连接单元204中的mos管处于导通状态，电性连接于第一连接端j1和第二连接端j2的供电装置100和负载装置300实现电性连接。结束工作时，控制单元输出低电平的使能信号，第一输入端in1输入的驱动信号无法传输至驱动节点b，连接单元204中的mos管中的寄生电容中残留的电荷通过与驱动节点b电性连接的电压突变单元203放电归零，从而使则会输出连接单元204中的mos管迅速截止，连接单元204由导通状态快速切换为截止状态，供电装置100与负载装置300断开电性连接。
63.与现有技术相比，本技术实施例公开的开关电路200所使用的电压突变单元203在驱动单元202停止输出能够导通连接单元204的驱动信号时能够产生电压突变信号来控制驱动节点b的电位发生突变，使连接单元204使用的功率mos管中的寄生电容迅速放电归零而使功率mos管快速切换为截止状态，避免功率mos管落入线性工作区而被烧坏，从而提升开关电路200在工作过程中的可靠性。
64.以上对本技术实施例公开的一种开关电路及电动装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本技术的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。