電源開關切換電路制造技術

本發明專利技術公開了一種電源開關切換電路，包括：場效應晶體管，用于在分級控制電壓的控制下開啟或關斷，場效應晶體管包括柵極、源極和漏極，柵極連接分級控制電壓，漏極連接電源輸入端，源極連接負載輸出端；控制電路，用于通過邏輯控制信號的控制，將該控制電路輸入端輸入的兩路控制電壓合成所述分級控制電壓輸出，控制電路與場效應晶體管的柵極連接。本發明專利技術的電源開關切換電路通過采用分級控制電壓對場效應晶體管的柵極進行充電，通過該分級控制電壓的控制可以達到抑制場效應晶體管導通時產生的浪涌電流，使得電源開關控制下的電路工作穩定，器件不易損壞，并且由于該電路僅采用一個場效應晶體管，因此成本低、體積小。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及電源開關控制技術，特別涉及一種電源開關切換電路，屬于 電學

技術介紹
開關電路，簡而言之，就是一種控制線路通斷的電路，通常用于控制電 源通路的通斷，由控制信號的高低電平來決定開關的通斷。開關電路上的開 關的閉合速度通常由開關控制電路決定。另外，圖1為現有技術開關切換電 路的結構示意圖，如圖1所示的開關切換電路，為了保證輸出電路的供電穩定性，在電源輸出一側通常有大量的儲能電容。圖中CL為負載電路的等效電 容，通常在大功率應用中為幾千微法，RL為負載電路的等效電阻；該電路連 接負載后的工作電流應為U/RL;該電3各開關開啟的瞬間，電流為 U/(Resr+Rs),其中Resr是負載電路的等效電容的串聯等效電阻，通常不超 過1歐，Rs是開關開啟導通后的電阻，通常不超過1歐，由于RL〉> (Resr+Rs)， 所以開啟瞬間電流遠遠大于電路正常的工作電流。將該開啟瞬間的電流稱為 浪涌電流。在實際應用中，開關切換電路通常使用半導體開關器件，其中絕緣柵型 金屬氧化物半導體場效應管(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor,以下簡稱MOSFET )是一種常見的半導體開關器件。圖2為現有 技術MOSFET開關切換電路的原理示意圖，MOSFET有三個引腳分別為柵極G， 源極S，漏極D。當在GS之間不加電壓時，DS之間的電阻無窮大，相當于把 電源通路斷開；當GS之間的電壓大于MOSFET開啟電壓^時，DS之間的電阻的阻值快速減少到幾十毫歐，相當于開關閉合。開關控制電路就是根據控制信號來控制G腳的電壓，以達到控制電路通斷的作用。開啟電壓^為MOSFET 器件固有的參數。圖3為現有技術MOSFET開關切換電路的結構示意圖，如圖3所示，電路 采用控制電壓Ul通過電阻Rl接到MOSFET的柵極，當邏輯控制信號為低電平 時，三極管Q2飽和導通，Q4的柵極電壓為零，當邏輯控制信號為高電平時， 三極管Q2截止，控制電壓Ul接通到MOSFET的棚-極。圖4為現有技術MOSFET的柵極電壓^與源極/漏極間電流的變化關系示 意圖，如圖4所示，表示了 MOSFET的柵極電壓P^、源極D/漏極S之間的電 流/。及MOSFET的的源漏極電壓^的變化關系，/。為MOSFET的D極到S極流 過的電流。密勒電壓已,^為MOSFET的柵極電壓波形中階梯形電平的電壓，如 圖4中的第③階段的平坦區域所示。4^是采用恒定電流對柵極充電時由 MOSFET自身參數形成的固有恒定電平，其大小與MOSFET自身參數有關。結合圖3和圖4， MOSFET的開啟過程可分為4個階段① 驅動電壓^從0上升到^ (2~4V) ， ^5和/。保持不變；② 驅動電壓f^從^上升到F^， f;保持不變，^迅速升高，產生浪 涌電流^一；③ 驅動電壓f^保持^^不變，/。逐漸減小到額定值，^從^鵬降低到o;④ 驅動電壓^s繼續上升到額定值，^,和/。不變。由于電路參數一般按照額定工作電流來設計。瞬間的浪涌電流將會沖擊 到所有串聯在此通路上的器件，并對附近的信號造成影響，例如對自身的柵 極控制信號造成干擾，導致開關控制信號不斷振蕩。如果這個開關浪涌電流 太大，也可能造成該電源的地平面波動，導致電路板上的邏輯器件永久性損 壞。由此限制該浪涌電流就成為保證電路和設備可靠性的關鍵指標之一。分析上述傳統的M0SFET開關切換電路的驅動電路，浪涌電流的最大值與 ②階段的時間有關，而由控制電壓Ul進行驅動的電路中，②階段的時間很短。 通過調整電阻R1的大小可以調整整個f^電壓波形上升的時間，增大電阻R1 會增大②階段時間，減少最大浪涌電流的沖擊。但這樣做，浪涌電流的抑制 效果不明顯。并且，在大電容的負載電路的應用中，浪涌電流依然很大。所 以，從對電路和電源本身造成的影響來考慮，該方法的應用很受限制。另夕卜， 由于該方法抑制浪涌電流付出的代價是使整個電路開關的速度大大的延遲， 不能在例如雙電源冗余供電等快速開關應用中滿足應用要求。圖5為現有技術改進的M0SFET開關切換電路的結構示意圖，如圖5所示， 將兩個MOSFET并Jf關，具體實現方法如下首先控制開啟電壓Sa導通內阻較大的MOSFET Ql,對后級電路的電容進 行充電，利用M0SFET Ql的較大的導通電阻來抑制浪涌電流；在一段時間以 后，控制開啟電壓Sb打開內阻較小的M0SFETQ2提供正常工作的電流。可以 看出，這種方法需要2組大功率的M0SFET器件，電路成本比較昂貴，并且需 要2個控制信號，浪費控制器的1/0端口資源，另外，2組大功率M0SFET的 器件體積也較大，不易小型化。
技術實現思路
本專利技術的目的是為了解決上述現有技術中的缺陷，提供一種電源開關切 換電路，以控制浪涌電流的產生，使得電路工作穩定，器件不易損壞，并且 電路成本低、體積小。為實現上述目的，本專利技術提供了一種電源開關切換電路，包括場效應晶體管，用于在分級控制電壓的控制下開啟或關斷，所述場效應 晶體管包括柵極、源極和漏極，所述柵極連接所述分級控制電壓，所述漏極 連接電源輸入端，所述源極連接負載輸出端；控制電路，用于通過邏輯控制信號的控制，將該控制電路輸入端輸入的兩路控制電壓合成所述分級控制電壓輸出，所述控制電路的輸出端與所迷場 效應晶體管的柵極連接。由上述技術方案可知，本專利技術的電源開關切換電路通過采用控制電路將 輸入的兩路控制電壓合成分級控制電壓，并利用合成的分級控制電壓對場效 應晶體管的柵極進行分級充電，通過該分級控制電壓的控制可以達到抑制場 效應晶體管導通時產生的浪涌電流，使得電源開關控制下的電路工作穩定， 器件不易損壞，并且由于該電路僅采用一個場效應晶體管，因此成本低、體 積小。附圖說明圖1為現有技術開關切換電路的結構示意圖2為現有技術MOSFET開關切換電路的原理示意圖3為現有技術M0SFET開關切換電路的結構示意圖4為現有技術MOSFET的柵極電壓l^與源極/漏極間電流的變化關系示意圖5為現有技術改進的MOSFET開關切換電路的結構示意圖； 圖6為本專利技術電源開關切換電路第一實施例的結構示意圖； 圖7為本專利技術電源開關切換電路第一實施例的MOSFET的柵極電壓波形和 源/漏極電流波形示意圖8為本專利技術電源開關切換電路第二實施例的結構示意圖9為本專利技術電源開關切換電路第二實施例的另一結構示意圖。具體實施例方式下面通過附圖和實施例，對本專利技術的技術方案做進一步的詳細描述。 本專利技術為了解決使用場效應晶體管(MOSFET)作為電源開關時的浪涌電 流問題，在原有的控制電源開關切換的控制電路上，增加了一路控制電壓，使得M0SFET開啟時的柵極電壓波形可以受到新增加的控制電壓的控制，從而 抑制浪涌電流。抑制浪涌電流將會減少電源通路上的器件損傷，減少浪涌電 流對電源造成的沖擊；減少浪涌電流對周圍電路的干擾，防止周圍電路的串擾，并減少周圍芯片受感應電壓或電流的沖擊的強度；抑制浪涌電流可加快 大功率熱插拔電源的切換速度，滿足大功率熱插拔電源快速響應時間。圖6為本專利技術電源開關切換電路實施例一的結構示意圖，圖7為本專利技術 電源開關切換電路第一實施例的M0SFET的柵極電壓波形和源/漏極電流波形 示意圖。如圖6所示，本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種電源開關切換電路，其特征在于，包括：　場效應晶體管，用于在分級控制電壓的控制下開啟或關斷，所述場效應晶體管包括柵極、源極和漏極，所述柵極連接所述分級控制電壓，所述漏極連接電源輸入端，所述源極連接負載輸出端；　控制電路，用于通過邏輯控制信號的控制，將該控制電路輸入端輸入的兩路控制電壓合成所述分級控制電壓輸出，所述控制電路的輸出端與所述場效應晶體管的柵極連接。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：任謙，單寶燈，
申請(專利權)人：北京星網銳捷網絡技術有限公司，
類型：發明
國別省市：11[中國|北京]