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一种大功率直流固态电子开关           
一种大功率直流固态电子开关
作者:佚名 文章来源:不详 点击数: 更新时间:2008-9-24 9:27:41

                                                  薛红兵
                        信息产业部电子第二十研究所,陕西西安710068 

   本电子开关采用N沟道功率MOS管作 为开关器件,当对控制端子施加高电平(≥2V) 时,由SE555MJG(简称555)定时集成电路构成的悬 浮升压电路工作,产生悬浮于MOS管S极电平的正 驱动电压Ugs大约为15V左右,MOS管导通;当控制 端子电压为0电平时,则555构成的控制电路停止 工作,MOS管关闭。
2控制电路的构成
   控制电路主要由作为方波脉 冲发生器的555定时器电路构成,以下对555定时 器电路进行简介。
   1)555电路结构框图及引脚功能
   图2给出了555定时器内部电路结构框 图及引脚功能,其内部包括两个电压比较器, 一个分压器,一个RS触发器,一个放电晶体管 和一个功率输出级。
   2)555定时器电路构成的方波脉冲发 生器


   在555定时器外只须加两个电阻,一 个电容就可构成方波脉冲发生器。实际电路如 图3所示。现将原理简述如下:当脉冲发生器刚 接通电源时,由于电容CT上尚无电荷累积 ,脚2、脚6处于0电平,导致内部比较器A1的输出 ,即RS触发器R端的输入为1;比较器A2的输 出,即RS触发器S端的输入为0,从而使RS触 发器的Q端置1,输出脚3为高电平。此后,电源VCC经 电阻RA、RB向电容CT充电,直到电容CT上 的电压uC升高到时 ,555定时器的脚2及脚6处于高电平,RS触 发器的R端变为0,S端为1,从而使RS触发器 Q端置0,脚3由高电平变为低电平。放电晶体管 VT导通,电容CT经RB和放电管放电, 电容电压uC下降,当时 ,输出脚3由低到高,电容CT再次充电。 此过程周而复始,形成振荡。通过计算可知, 其振荡频率

3控制电路的功能分析
   电子开关原理图如图4所示。 其中控制电路的供电电源是由R1、D1、 R3、C3和V1组成的线性稳压降 压电路组成。R1、D1、C1为V1提 供基准电压,R3用于降低V1管上的 功耗,起分压和限流作用,V1管E极输出+15V左 右电压。555定时器电路接成方波脉冲发生器电 路,当控制信号为高电平时,该高电平信号经 R9、R10分压后加在V2管的基极上,V2导 通,使定时器555电路脚1接地,脉冲发生器开始 工作,使脚3输出幅度为15V的方波脉冲信号,该 脉冲发生器频率按图4中参数计算为38kHz左右。

   C6、C5、C4、V5、 V6构成“电荷泵电路”。C6起到“ 电荷泵”及隔直流作用。脚3输出为正脉冲时, 通过C6隔直后经V5给C5、C4串 联充电,脚3为零电平时,C4通过V6给 C6充电,下一个正脉冲到来时脚3电压与C6上 电压串联给C5、C4充电,这样重复 操作,C5、C4逐渐充电,达到稳定 时uc5=uc4=Vcc。最终在C5上 得到15V左右悬浮于MOS管G、S极之间的直流电压, 经过R6驱动功率MOS管导通,最终实现小信 号对大功率直流信号的控制。V4为齐纳二 极管,用于MOS管D、S极之间过压保护。功率MOS管 用IXYS公司IXFM75N10,参数为100V,75A,0.02Ω。TO-204AA封 装。
4结语
   该功率电子开关已成功用于 某军用设备直流配电系统中,并已进行了小批 量生产,实践证明其质量稳定、性能可靠。本 电路可进行适当改进,以适应不同电压、电流 场合,可广泛用于仪器、自动测量等设备当中 作为直流电子开关或作为直流固态继电器(DC- SSR),具有一定的推广价值。

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