專利名稱：一種微功耗單向?qū)娐返闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種微功耗單向?qū)娐?，特別涉及一種適用于大電流、超高可靠性的單向?qū)☉?yīng)用電路結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
目前單向?qū)娐贩椒ǘ际峭ㄟ^二極管的方式來實(shí)現(xiàn)，在大電流或者大功率的應(yīng)用中采用多個二極管并聯(lián)的方式來實(shí)現(xiàn)，但這種方式仍然存在如下幾個問題無法解決(I)由于二極管的正向?qū)▔航惦S著其反向截止電壓的不同而不同，對于高壓二極管，很多高壓二極管的正向?qū)妷焊哌_(dá)1. 3V或者更高，如果通過較大的電流，在二極管上將會產(chǎn)生較大的功耗；(2)高壓二極管的成本較高，如果通過并聯(lián)的方式來降低每個二極管上的功耗將會帶來成本的升高；(3)當(dāng)流過較大電流時，即便是有多個二極管并聯(lián)，其二極管的發(fā)熱問題仍然嚴(yán)重，依然需要增加散熱器為二極管散熱，這將會導(dǎo)致成本的上升?；诖耍景l(fā)明人對現(xiàn)有采用二極管方式實(shí)現(xiàn)的單向?qū)娐愤M(jìn)行改進(jìn)，本案由此產(chǎn)生。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的，在于提供一種微功耗單向?qū)娐?，其可大幅降低由于二極管的正向壓降而導(dǎo)致的較大功率問題。為了達(dá)成上述目的，本實(shí)用新型的解決方案是一種微功耗單向?qū)娐?，包括單向?qū)ǘO管、開關(guān)、控制器和采樣電路，其中，開關(guān)的功率端子與單向?qū)ǘO管并聯(lián)，而開關(guān)的控制極連接控制器；采樣電路采樣單向?qū)ǘO管的導(dǎo)通電流方向，并將結(jié)果送入控制器；控制器根據(jù)單向?qū)ǘO管的導(dǎo)通電流方向，通過控制極對開關(guān)進(jìn)行開通與否及占空比的控制，當(dāng)單向?qū)ǘO管正向?qū)〞r，控制器為開關(guān)提供開通信號，開關(guān)導(dǎo)通；當(dāng)單向?qū)ǘO管反向?qū)〞r，控制器為開關(guān)提供關(guān)斷指令，開關(guān)斷開，從而使單向?qū)ǘO管反向截止。上述開關(guān)為機(jī)械開關(guān)、單獨(dú)的半導(dǎo)體器件或由半導(dǎo)體器件組成的電子開關(guān)電路。上述半導(dǎo)體器件包括三極管、JFET、M0SFET、IGBT或可控硅。上述單向?qū)ǘO管是與半導(dǎo)體器件并聯(lián)的獨(dú)立二極管或半導(dǎo)體器件體內(nèi)寄生
二極管。上述采樣電路采用采樣電阻、電流互感器、霍爾元件或半導(dǎo)體采樣元件。上述與單向?qū)ǘO管并聯(lián)的開關(guān)工作在如下三種工作狀態(tài)開關(guān)狀態(tài)、閉環(huán)調(diào)節(jié)特定占空比狀態(tài)或線性調(diào)節(jié)狀態(tài)。采用上述方案后，本實(shí)用新型徹底改變了傳統(tǒng)單向?qū)娐分胁捎枚O管方式對二極管本身的正向壓降的依賴，使本應(yīng)流過二極管的電流通過開關(guān)給負(fù)載供電，從根本上解決了當(dāng)流過二極管電流過大時造成的二極管功耗過大而損壞的頑疾，開關(guān)導(dǎo)通時正向阻抗非常小，使每個單向?qū)娐饭ぷ髟谖⒐臓顟B(tài)，從而可以大幅降低由于二極管的正向壓降而導(dǎo)致的較大功耗問題，提高了系統(tǒng)可靠性和利用效率的提升。

圖1是本實(shí)用新型第一實(shí)施例的示意圖；圖2是本實(shí)用新型第二實(shí)施例的示意圖；圖3是本實(shí)用新型第三實(shí)施例的示意圖；圖4是本實(shí)用新型第四實(shí)施例的示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型提供一種微功耗單向?qū)娐?，包括單向?qū)ǘO管、開關(guān)、控制器和采樣電路，其中，開關(guān)的功率端子與單向?qū)ǘO管并聯(lián)，而開關(guān)的控制極連接控制器；采樣電路采樣單向?qū)ǘO管的導(dǎo)通電流方向，并將結(jié)果送入控制器；控制器根據(jù)單向?qū)ǘO管的導(dǎo)通電流方向，通過控制極對開關(guān)進(jìn)行開通與否及占空比的控制，具體來說，當(dāng)單向?qū)ǘO管正向?qū)〞r，控制器為開關(guān)提供開通信號，開關(guān)導(dǎo)通；當(dāng)單向?qū)ǘO管反向?qū)〞r，控制器為開關(guān)提供關(guān)斷指令，開關(guān)斷開，從而使單向?qū)ǘO管反向截止。在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中，由于二極管的正向?qū)▔航递^高，當(dāng)較大電流通過二極管時，二極管因功率較大而發(fā)熱，導(dǎo)致系統(tǒng)的效率和可靠性較低，前述電路結(jié)構(gòu)則可很好地解決這個問題，從而提高系統(tǒng)的效率和工作壽命。需要補(bǔ)充說明的是，在前述結(jié)構(gòu)中，開關(guān)可以采用機(jī)械開關(guān)，也可以采用由三極管、JFET、MOSFET、IGBT、可控硅或由前述半導(dǎo)體器件混合組成的電子開關(guān)電路，所述開關(guān)既可以工作在直接導(dǎo)通狀態(tài)，也可以工作在由控制器進(jìn)行控制的閉環(huán)調(diào)整占空比狀態(tài)；單向?qū)ǘO管可以是單獨(dú)的二極管，當(dāng)開關(guān)采用電子開關(guān)電路時，也可以將開關(guān)中半導(dǎo)體器件自身的體內(nèi)寄生二極管作為本實(shí)用新型中的單向?qū)ǘO管；采樣電路可以利用采樣電阻、電流互感器、霍爾元件或半導(dǎo)體采樣元件進(jìn)行電流采樣?；诒緦?shí)用新型提供的技術(shù)方案，以下將給出幾種不同的實(shí)現(xiàn)電路，其中的單向?qū)ǘO管均采用單獨(dú)的二極管。如圖1所示，是本實(shí)用新型的第一實(shí)施例，其中，D4為單向?qū)ǘO管，SI為開關(guān)，Ul為控制器，采樣電路由兩個三極管Ql、Q2、三個二極管Dl、D2、D3和兩個電阻Rl、R2組成；二極管D4的陽極、陰極分別連接系統(tǒng)的陽極端子(Anode)和陰極端子(Cathode)，所述開關(guān)SI與二極管D4并聯(lián)，且開關(guān)SI的負(fù)極端子連接二極管D4的陽極端子，SI的正極端子連接D4的陰極端子，開關(guān)SI的控制極負(fù)極與其負(fù)極端子短接；采樣電路為對稱形式，三極管Ql的基極與集電極短接，集電極還經(jīng)由電阻Rl連接電源VCC，發(fā)射極連接二極管D2的陽極，二極管D2的陰極連接二極管D4的陽極；三極管Q2的基極連接三極管Ql的基極，三極管Q2的集電極經(jīng)由電阻R2連接電源VCC，發(fā)射極連接二極管D3的陽極，二極管D3的陰極連接二極管D4的陰極；二極管Dl的陽極連接三極管Q2的基極，也即同時連接三極管Ql的基極和集電極，二極管Dl的陰極連接三極管Q2的集電極；控制器Ul的輸入端連接二極管Dl的陰極，也即三極管Q2的集電極，而控制器Ul的輸出端連接開關(guān)SI的控制極正極。[0024]當(dāng)二極管D4正向?qū)〞r，三極管Q2導(dǎo)通，控制器Ul的輸入端為低電平，同控制器Ul的反向輸入，給開關(guān)SI提供一個開通信號，開關(guān)SI導(dǎo)通，流經(jīng)二極管D4的電流通過開關(guān)SI從陽極到陰極，從而可以規(guī)避由于二極管D4正向?qū)▔航祮栴}而產(chǎn)生的功耗；當(dāng)二極管D4的陰極電壓高于陽極電壓時，流經(jīng)開關(guān)SI的電流反向，三極管Ql導(dǎo)通，控制器Ul的輸入端為高電平，從而控制器Ul向開關(guān)SI輸出關(guān)斷信號，開關(guān)SI截止，二極管D4呈現(xiàn)電壓反向截止?fàn)顟B(tài)。如圖2所示，是本實(shí)用新型的第二實(shí)施例，在本實(shí)施例中，采樣電路采用電流采樣器H1，其為半導(dǎo)體采樣元件，該元件能夠根據(jù)流過被采樣對象的電流大小輸出特定的驅(qū)動電壓，結(jié)合三極管Q6、電阻R8共同實(shí)現(xiàn)對開關(guān)S2的控制；當(dāng)電流采樣器Hl采樣的電流是從陽極流向陰極時，其輸出信號為低，開關(guān)S2開通，從而使流過二極管D7的電流通過開關(guān)S2 ;當(dāng)陰極電壓高于陽極電壓時，電流從陰極通過開關(guān)S2流向陽極，電流采樣器Hl檢測到反向電流信號，將輸出高電壓信號驅(qū)動三極管Q6，從而開關(guān)S2關(guān)斷，二極管D7反向截止。如圖3所示，是本實(shí)用新型的第三實(shí)施例，在本實(shí)施例中，采樣電路主要采用電流互感器Tl，電流互感器Tl的原邊繞組一端連接系統(tǒng)的陽極端子，另一端連接二極管D8的陽極；采樣電阻R11、R13并聯(lián)在電流互感器Tl的副邊引線端子，當(dāng)陽極電壓高于陰極電壓時，米樣電阻Rll上的電壓信號為瞬間的高脈沖，電壓信號通過二極管D5給電容Cl充電，當(dāng)電壓超過三極管Q4的基極電壓門檻，三極管Q4導(dǎo)通，三極管Q3的基極電壓為低信號，三極管Q3導(dǎo)通，從而鎖定三極管Q4 —直在導(dǎo)通狀態(tài)，從而三極管Q7關(guān)斷，開關(guān)S3 —直工作在導(dǎo)通狀態(tài)；當(dāng)陰極的電壓高于陽極電壓時，電流通過電流互感器TI，采樣電阻R13上的電壓信號為瞬間的高脈沖，電壓信號通過二極管D6給電容C2充電，三極管Q5導(dǎo)通，三極管Q4的基極一直為低電壓信號，從而三極管Q7導(dǎo)通，為開關(guān)S3輸出關(guān)斷信號，開關(guān)S3 —直工作在關(guān)斷狀態(tài)。如圖4所示，是本實(shí)用新型的第四實(shí)施例，在本實(shí)施例中，采用采樣電阻的形式進(jìn)行電流方向采樣，通過放大器R9把采樣出來的電流信號進(jìn)行放大，然后與基準(zhǔn)電壓比較，當(dāng)二極管D9的正向電流高于基準(zhǔn)電壓的設(shè)定值時，控制器Xl輸出低電平信號，三極管Q8關(guān)斷，開關(guān)S4導(dǎo)通，從而流過二極管D9的電流通過開關(guān)S4從陽極到陰極；當(dāng)陰極電壓高于陽極電壓時，電流通過開關(guān)S4瞬間反向，在采樣電阻上的電壓為負(fù)，三極管Q8導(dǎo)通，從而開關(guān)S4的控制極給出關(guān)斷信號，開關(guān)S4關(guān)斷，二極管D9處于反向關(guān)斷狀態(tài)。以上實(shí)施例僅為說明本實(shí)用新型的技術(shù)思想，不能以此限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍，凡是按照本實(shí)用新型提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動，均落入本實(shí)用新型保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種微功耗單向?qū)娐?，其特征在于包括單向?qū)ǘO管、開關(guān)、控制器和采樣電路，其中，開關(guān)的功率端子與單向?qū)ǘO管并聯(lián)，而開關(guān)的控制極連接控制器；采樣電路采樣單向?qū)ǘO管的導(dǎo)通電流方向，并將結(jié)果送入控制器；控制器根據(jù)單向?qū)ǘO管的導(dǎo)通電流方向，通過控制極對開關(guān)進(jìn)行開通與否及占空比的控制，當(dāng)單向?qū)ǘO管正向?qū)〞r，控制器為開關(guān)提供開通信號，開關(guān)導(dǎo)通；當(dāng)單向?qū)ǘO管反向?qū)〞r，控制器為開關(guān)提供關(guān)斷指令，開關(guān)斷開，從而使單向?qū)ǘO管反向截止。
2.如權(quán)利要求1所述的一種微功耗單向?qū)娐?，其特征在于所述開關(guān)為機(jī)械開關(guān)、單獨(dú)的半導(dǎo)體器件或由半導(dǎo)體器件組成的電子開關(guān)電路。
3.如權(quán)利要求2所述的一種微功耗單向?qū)娐?，其特征在于所述半?dǎo)體器件為三極管、JFET、MOSFET、IGBT或可控硅。
4.如權(quán)利要求3所述的一種微功耗單向?qū)娐?，其特征在于所述單向?qū)ǘO管是與半導(dǎo)體器件并聯(lián)的獨(dú)立二極管或半導(dǎo)體器件體內(nèi)寄生二極管。
5.如權(quán)利要求1所述的一種微功耗單向?qū)娐?，其特征在于所述采樣電路采用采樣電阻、電流互感器、霍爾元件或半?dǎo)體采樣元件。
6.如權(quán)利要求1所述的一種微功耗單向?qū)娐罚涮卣髟谟谒雠c單向?qū)ǘO管并聯(lián)的開關(guān)工作在如下三種工作狀態(tài)開關(guān)狀態(tài)、閉環(huán)調(diào)節(jié)特定占空比狀態(tài)或線性調(diào)節(jié)狀態(tài)。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種微功耗單向?qū)娐?，包括單向?qū)ǘO管、開關(guān)、控制器和采樣電路，其中，開關(guān)的功率端子與單向?qū)ǘO管并聯(lián)，而開關(guān)的控制極連接控制器；采樣電路采樣單向?qū)ǘO管的導(dǎo)通電流方向，并將結(jié)果送入控制器；控制器根據(jù)單向?qū)ǘO管的導(dǎo)通電流方向，通過控制極對開關(guān)進(jìn)行開通與否及占空比的控制，當(dāng)單向?qū)ǘO管正向?qū)〞r，控制器為開關(guān)提供開通信號，開關(guān)導(dǎo)通；當(dāng)單向?qū)ǘO管反向?qū)〞r，控制器為開關(guān)提供關(guān)斷指令，開關(guān)斷開，從而使單向?qū)ǘO管反向截止。此種電路結(jié)構(gòu)可大幅降低由于二極管的正向壓降而導(dǎo)致的較大功率問題。
文檔編號G05B19/04GK202837881SQ20122052633
公開日2013年3月27日 申請日期2012年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月15日
發(fā)明者張從峰 申請人:張從峰