[实用新型]一种低损耗低压降开关

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种电子开关，特别是一种低损耗低压降开关。

背景技术

开关是接插元件中的一大类产品，是构成整机电路系统电气连接必不可少的基础元件之一。开关的品种众多，目前已广泛应用于航天航空、军事装备、通讯、计算机、汽车、工业自动化控制设备、家用电器等领域，成为先进制造业中的亮点。

在直流大功率大电流的电路中，开关一般使用直流接触器，直流接触器中的接触器线圈通电后，线圈电流产生磁场，是静铁心产生电磁吸力吸引动铁心，并带动触点动作，但如果直流电滤波不干净或负载工作不稳定会导致直流接触器线圈的电磁铁受到不同频率的振幅的交流成分影响，电磁铁产生了剩磁，形成一个大的阻力，影响了铁芯的运动，造成设备烧坏和影响电网优质可靠供电。

实用新型内容

本实用新型的发明目的在于：采用场效应晶体管和新型电子器件电荷泵设计成新型的开关型器件，取代传统直流大功率大电流电路中用作开关的直流接触器，新开关型器件工作时，两端电压低，无用功率小，降低产生的热功耗，简化了电源设备的热设计，而且采用模块化设计，电路简单，使用方便可靠。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

电压比较模块：包括有两个用于电压比较器的集成运放芯片U2A和U3A，两个芯片的正输入端都连接输出端OUT，负输入端都连接输入端IN，U2A的输入端连接场效应晶体管Q2的栅极，U3A的输入端连接场效应晶体管Q3的栅极；负反馈运放电路：包括一个用于负反馈放大的集成运放芯片U1A，其负输入端通过电阻R1与输入端IN相连，芯片U1A输出端连接场效应晶体管Q2的栅极，芯片U1A的负输入端还连接有场效应晶体管Q2的源极；开关电路：包括场效应晶体管Q1、场效应晶体管Q2和场效应晶体管Q3，场效应晶体管Q1的栅极通过控制开关与输入端IN连接，其源极连接芯片U1A的负输入端，其漏极连接芯片U3A的输出端，场效应晶体管Q2的漏极连接芯片U3A的输出端，场效应晶体管Q3的源极通过电阻R1与输入端IN连接，其漏极连接输出端OUT。在开关由断开转为闭合时，场效应晶体管Q1的栅极电压V_1G为输入电压V_in，而输入电压经过电阻R1分压后到场效应晶体管Q1的源极电压V_1S小于其栅极电压V_1G，使场效应晶体管Q1导通。场效应晶体管Q1导通使得场效应晶体管Q3的栅极存在导通电压，场效应晶体管Q3也导通，使输出端OUT存在电压V_OUT，整个开关处于工作状态。在开关闭合后，以负反馈方式连接的集成运放芯片U1A使场效应晶体管Q2导通，场效应晶体管Q2的漏极与场效应晶体管Q1的漏极相连，场效应晶体管Q2的源极与场效应晶体管Q1的源极相连，减少了场效应晶体管Q3的源极和栅极间的导通电阻，使电压在开关电路的压降减小。作为电压比较器使用的集成运放芯片U2A和U3A，在V_OUT受到干扰发生变化时，由运放输出电压控制场效应晶体管Q2和场效应晶体管Q3的的栅极电压，由场效应晶体管Q2和场效应晶体管Q3的开关状态控制V_OUT使V_OUT输出稳定。在开关由闭合转断开后，电路中的所有场效应晶体管截止，由于电阻R1的存在，使V_OUT下降速度加快，开关迅速关断。

进一步的，场效应晶体管Q3的漏极和源极间正向连接有二极管D1，开关电路导通时工作电流很大，为防止场效应晶体管Q3的源漏被击穿，源极漏极间反向连接二极管可以在场效应晶体管被击穿前使二极管先反向击穿，将大电流直接通过二极管，从而避免场效应晶体管被烧坏。同时在开关关断后，由于场效应晶体管的寄生二极管，电路中存在反向续流，通过二极管D1和寄生二极管形成的回来使反向电流尽快释放，加快了开关的响应速度。

进一步的，运放芯片U2A和U3A的正电源输入使用电荷泵输入，电荷泵以较低的电压输入提供集成运放芯片所需的高工作电压，功率消耗小，而且可消除寄生电感所带有的磁场和电磁干扰。

进一步的，使用的场效应晶体管均使用N型场效应晶体管，N型场效应晶体管导通电阻小，导通时场效应晶体管压降小，使场效应管的导通损耗低，从而使整体开关电路低损耗低压降。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：