一种具有击穿保护功能的高载流电子开关的制作方法

1.本实用新型涉及电子开关的技术领域，尤其是涉及一种具有击穿保护功能的高载流电子开关。


背景技术：

2.机械开关、电磁式继电器等开关元件广泛应用于各工业生产领域中。但是由于机械结构的存在，机械开关的使用寿命短、开关速度慢。除此之外，机械动作过程中容易产生的电弧、电浪涌等情况，不仅会损害开关自身，也会导致负载设备的损坏。而且，机械开关一般不具备过流、过负载等保护功能，尤其当机械开关发生失效时，将导致负载设备持续工作进而损坏。
3.电子开关是一种采用半导体器件实现开关功能的装置，因其开关速度快、使用寿命长、无电弧、无放电，在众多场合逐渐取代了一般的机械开关。但是受半导体器件自身电流容量限制，传统电子开关载流量小，很难满足高载流的电路应用场合。
4.另外，传统电子开关中的半导体器件常采用nmos管，因此导致驱动电路复杂、成本高昂。同时，传统电子开关不具备过流保护、击穿保护等功能，当半导体器件发生击穿失效时，难以将负载设备从工作电路中脱离出来。


技术实现要素：

5.本实用新型要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种具有击穿保护功能的高载流电子开关，其具有载流量高、寿命长、驱动电路简单、成本低的优点，并具备过流保护、击穿保护功能，相比机械开关或传统电子开关工作时更为可靠。
6.为实现上述目的，本实用新型的具有击穿保护功能的高载流电子开关的具体技术方案如下：
7.一种具有击穿保护功能的高载流电子开关，包括电子开关，所述电子开关包括pmos管阵列、三端保险阵列及驱动电路、pmos管驱动电路、差分电流采样电路以及mcu控制器，所述电子开关具有四个引脚，四个引脚分别为vin引脚、gnd引脚、vo引脚、sgin引脚；
8.其中，vin引脚连接至蓄电池bat的正极，gnd引脚连接至蓄电池bat的负极，vo引脚连接至负载load的一端，负载load的另一端连接至蓄电池bat的负极，sgin引脚连接至外部控制信号。
9.进一步，所述pmos管阵列包括pmos管s1、pmos管s2、pmos管s3；pmos管s1、pmos管s2以及pmos管s3的源极短接在一起并连接至vin引脚；pmos管s1、pmos管s2以及pmos管s3的漏极短接在一起并连接至三端保险阵列及驱动电路的输入端；pmos管s1、pmos管s2以及pmos管s3的栅极短接在一起并连接至pmos管驱动电路的输出端。
10.进一步，所述三端保险阵列及驱动电路包括三端保险fuse1、三端保险fuse2、三端保险fuse3、nmos管q1、驱动电阻r1；三端保险fuse1、三端保险fuse2以及三端保险fuse3的第一保险端短接在一起作为三端保险阵列及驱动电路的输入端；三端保险fuse1、三端保险
fuse2以及三端保险fuse3的第二保险端短接在一起，作为三端保险阵列及驱动电路的输出端，连接至vo引脚；三端保险fuse1、三端保险fuse2以及三端保险fuse3的加热端短接在一起，并连接至nmos管q1的漏极；nmos管q1的栅极经驱动电阻r1连接至mcu控制器的3管脚；nmos管q1的源极连接至gnd引脚。
11.进一步，所述pmos管驱动电路包括稳压管z1、nmos管q2、限流电阻r2、限流电阻r3，驱动电阻r4；稳压管z1的阴极与限流电阻r2的一端相连，并连接至vin；稳压管z1的阳极与限流电阻r2的另一端相连，并与限流电阻r3的一端相连，作为pmos管驱动电路的输出端，与pmos管阵列的栅极相连；限流电阻r3的另一端与nmos管q2的漏极相连；nmos管q2的栅极经驱动电阻r4连接至mcu控制器的2管脚；nmos管q2的源极连接至gnd引脚。
12.进一步，所述差分电流采样电路包括分压电阻r5、分压电阻r6、分压电阻r7、分压电阻r8、比例放大电阻r9、比例放大电阻r10、比例放大电阻r11、比例放大电阻r12、运放op1；分压电阻r5的一端连接至vo引脚，分压电阻r5的另一端经分压电阻r6连接至gnd引脚；分压电阻r7的一端连接至vo引脚，另一端经分压电阻r8连接至gnd引脚；比例放大电阻r9的一端连接至分压电阻r5和分压电阻r6的公共端；比例放大电阻r9的另一端连接至运放op1的负输入端，并同时经比例放大电阻r10连接至运放op1的输出端；比例放大电阻r10的一端连接至分压电阻r7和分压电阻r8的公共端；比例放大电阻r10的另一端连接至运放op1正输入端，并同时经比例放大电阻r12连接至gnd引脚；运放op1的输出端连接至mcu控制器的4管脚。
13.进一步，所述分压电阻r5与分压电阻r7的阻值相同。
14.进一步，所述分压电阻r6与分压电阻r8的阻值相同。
15.进一步，所述比例放大电阻r9与比例放大电阻r11的阻值相同。
16.进一步，所述比例放大电阻r10与比例放大电阻r12的阻值相同。
17.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
18.本实用新型的一种具有击穿保护功能的高载流电子开关，采用pmos管阵列的形式可提供比传统电子开关更高的载流量，以及结构简单、成本低的驱动电路；三端保险阵列可提供传统电子开关不具备的击穿保护功能，同时比传统保险熔断更迅速，判断更精准；差分电流采样电路则提供了传统电子开关不具备的过流保护功能，通过检测导通压降判断是否出现过流情况，从而实现对电子开关的保护功能。
附图说明
19.图1为本实用新型一种具有击穿保护功能的高载流电子开关的电路图；
20.图中标记说明：1、电子开关；2、pmos管阵列；3、三端保险阵列及驱动电路；4、pmos管驱动电路；5、差分电流采样电路。
具体实施方式
21.为了更好地了解本实用新型的目的、结构及功能，下面结合附图和具体较佳实施方式，对本实用新型一种具有击穿保护功能的高载流电子开关做进一步详细的描述。
22.实施例1：
23.请参阅图1，本实用新型提供一种技术方案：一种具有击穿保护功能的高载流电子
开关，包括电子开关1，所述电子开关1包括pmos管阵列2、三端保险阵列及驱动电路3、pmos管驱动电路4、差分电流采样电路5以及mcu控制器，所述电子开关1具有四个引脚，四个引脚分别为vin引脚、gnd引脚、vo引脚、sgin引脚；
24.其中，vin引脚连接至蓄电池bat的正极，gnd引脚连接至蓄电池bat的负极，vo引脚连接至负载load的一端，负载load的另一端连接至蓄电池bat的负极，sgin引脚连接至外部控制信号；电子开关(1)在外部控制信号控制下，进行导通与关断，在vo引脚处实现输出与停止，从而实现控制负载load是否接入工作回路的功能。
25.进一步，所述pmos管阵列2包括pmos管s1、pmos管s2、pmos管s3；pmos管s1、pmos管s2以及pmos管s3的源极短接在一起并连接至vin引脚；pmos管s1、pmos管s2以及pmos管s3的漏极短接在一起并连接至三端保险阵列及驱动电路3的输入端；pmos管s1、pmos管s2以及pmos管s3的栅极短接在一起并连接至pmos管驱动电路4的输出端；当pmos管栅极电压上拉至vin引脚时，pmos管阵列2关断；当pmos管源极与栅极压差大于阈值电压时，pmos管阵列2开通；pmos管阵列2在提供高载流电子开关功能同时，降低了对驱动电路复杂程度的要求。
26.进一步，所述三端保险阵列及驱动电路3包括三端保险fuse1、三端保险fuse2、三端保险fuse3、nmos管q1、驱动电阻r1；三端保险fuse1、三端保险fuse2以及三端保险fuse3的第一保险端短接在一起作为三端保险阵列及驱动电路(3)的输入端；三端保险fuse1、三端保险fuse2以及三端保险fuse3的第二保险端短接在一起，作为三端保险阵列及驱动电路3的输出端，连接至vo引脚；三端保险fuse1、三端保险fuse2以及三端保险fuse3的加热端短接在一起，并连接至nmos管q1的漏极；nmos管q1的栅极经驱动电阻r1连接至mcu控制器的3管脚；nmos管q1的源极连接至gnd引脚；当mcu控制器检测到pmos管阵列2存在击穿情况时，在mcu控制器的3管脚输出高电平驱动nmos管q1导通；三端保险fuse1、三端保险fuse2、三端保险fuse3的内部加热器开始工作，直至熔断其内部保险，将负载load从工作回路中脱出，从而实现击穿保护。
27.进一步，所述pmos管驱动电路4包括稳压管z1、nmos管q2、限流电阻r2、限流电阻r3，驱动电阻r4；稳压管z1的阴极与限流电阻r2的一端相连，并连接至vin；稳压管z1的阳极与限流电阻r2的另一端相连，并与限流电阻r3的一端相连，作为pmos管驱动电路4的输出端，与pmos管阵列2的栅极相连；限流电阻r3的另一端与nmos管q2的漏极相连；nmos管q2的栅极经驱动电阻r4连接至mcu控制器的2管脚；nmos管q2的源极连接至gnd引脚；当mcu控制器sgin接收到开启信号时，在2管脚输出高电平驱动nmos管q2导通；vin经限流电阻r2、r3及nmos管的漏源极产生回路，在pmos管阵列(2)源极与栅极产生大于阈值电压的压差，并被限制为稳压管z1的稳压电压，在使pmos管阵列2导通的同时，保护其不被栅极过电压击穿；当mcu控制器sgin接收到关闭信号时，在2管脚输出低电平使nmos管q2关断；限流电阻r2将pmos管阵列2栅极电压上拉至vin，pmos管阵列2关断；pmos管驱动电路4无需升压单元，结构简单、成本低。
28.进一步，所述差分电流采样电路5包括分压电阻r5、分压电阻r6、分压电阻r7、分压电阻r8、比例放大电阻r9、比例放大电阻r10、比例放大电阻r11、比例放大电阻r12、运放op1；分压电阻r5的一端连接至vo引脚，分压电阻r5的另一端经分压电阻r6连接至gnd引脚；分压电阻r7的一端连接至vo引脚，另一端经分压电阻r8连接至gnd引脚；比例放大电阻r9的一端连接至分压电阻r5和分压电阻r6的公共端；比例放大电阻r9的另一端连接至运放op1
的负输入端，并同时经比例放大电阻r10连接至运放op1的输出端；比例放大电阻r10的一端连接至分压电阻r7和分压电阻r8的公共端；比例放大电阻r10的另一端连接至运放op1正输入端，并同时经比例放大电阻r12连接至gnd引脚；运放op1的输出端连接至mcu控制器的4管脚；当pmos管阵列2导通时，运放op1输出电压与vin至vo导通压降呈线性关系，当mcu控制器的4管脚检测到电压过高，则说明电子开关出现了过流现象，通过在2管脚输出电平关断电子开关，实现过流保护；当pmos管阵列2关断时，当mcu控制器的4管脚检测到电压过低，则说明电子开关pmos管出现了击穿现象，通过在3管脚输出高电平熔断三端保险阵列，实现击穿保护。
29.进一步，所述分压电阻r5与分压电阻r7的阻值相同。
30.进一步，所述分压电阻r6与分压电阻r8的阻值相同。
31.进一步，所述比例放大电阻r9与比例放大电阻r11的阻值相同。
32.进一步，所述比例放大电阻r10与比例放大电阻r12的阻值相同。
33.工作原理：
34.本实用新型提供了一种具有击穿保护功能的高载流电子开关，包括：pmos管阵列2，三端保险阵列及驱动电路3，pmos管驱动电路4，差分电流采样电路5，mcu控制器。
35.所述pmos管阵列2包括并不限于：pmos管s1、s2、s3；通过控制pmos管阵列的导通与关断，实现电子开关的通断功能；采用3个pmos管形成pmos管阵列可有效提高电子开关的载流量；pmos管阵列的使用，可解决传统电子开关中采用nmos管所导致的驱动电路复杂问题，从而降低电子开关整体成本。
36.所述三端保险阵列及驱动电路3包括并不限于：三端保险fuse1、fuse2、fuse3、nmos管q1、驱动电阻r1；三端保险阵列为电子开关提供了击穿保护功能，当pmos管阵列中任意一只出现击穿现象，驱动开启三端保险，使其加热内部保险丝至熔断，从而使负载迅速脱离工作回路，实现击穿保护功能；采用三端保险的击穿保护迅速，熔断条件可自由控制，避免了因传统保险丝仅能过载熔断导致的击穿判断失效情况。
37.所述pmos管驱动电路4包括并不限于：稳压管z1、nmos管q2、限流电阻r2、r3，驱动电阻r4；由于开关半导体器件采用了pmos管，因此驱动电路与pmos管为共阳结构，通过控制nmos管q1是否短接至地，即可实现pmos管阵列的导通与关断控制；驱动电路无需升压单元以及进行浮地驱动，整体结构简单、成本低。
38.所述差分电流采样电路5包括并不限于：分压电阻r5、r6、r7、r8，比例放大电阻r9、r10、r11、r12，运放op1；通过检测pmos管阵列及三端保险阵列总导通压降，经差分放大电路输入至mcu控制器，可实现电子开关的过流保护功能；当检测到导通压降过高时，即说明出现了过流情况，mcu控制器控制关断pmos管阵列，实现过流保护；当pmos管阵列关断时，如果检测到有电流通过，则表明pmos管出现击穿现象，从而为击穿保护功能提供了判断条件。
39.可以理解，本实用新型是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本实用新型的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本实用新型的精神和范围。因此，本实用新型不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本技术的权利要求范围内的实施例都属于本实用新型所保护的范围内。