本實用新型屬于開關(guān)控制的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種直流可控瞬時響應(yīng)隔離開關(guān)。

背景技術(shù)：

目前，開關(guān)控制領(lǐng)域，常用的主要為光耦、繼電器、接觸器、負載開關(guān)等幾個類型。其中光耦開關(guān)適用于信號電路，它是以光為媒介來傳輸電信號的器件，當輸入端加電信號時發(fā)光器發(fā)出光線，受光器接受光線之后就產(chǎn)生光電流，從輸出端流出，從而實現(xiàn)了“電-光-電”轉(zhuǎn)換，以光為媒介把輸入端信號耦合到輸出端的光電耦合器，由于它具有開斷時間短，可達到微秒級，體積小、壽命長、無觸點，抗干擾能力強，輸出和輸入之間絕緣，單向傳輸信號等優(yōu)點，在數(shù)字電路上獲得廣泛的應(yīng)用。繼電器型開關(guān)適用于220V交流電開關(guān)電路中，它是一種常見的電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)(又稱輸入回路)和被控制系統(tǒng)(又稱輸出回路)，通常應(yīng)用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關(guān)”，故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉(zhuǎn)換電路等作用；廣泛應(yīng)用于遙控、遙測、通訊、自動控制、機電一體化及電力電子設(shè)備中，是最重要的控制元件之一。接觸器適用于大功率交直流電路，可快速切斷交流與直流主回路和可頻繁地接通與大電流控制電路的裝置，所以經(jīng)常運用于電動機作為控制對象﹐也可用作控制工廠設(shè)備﹑電熱器﹑工作母機和各樣電力機組等電力負載，接觸器不僅能接通和切斷電路，而且還具有低電壓釋放保護作用；接觸器控制容量大，適用于頻繁操作和遠距離控制，是自動控制系統(tǒng)中重要的元件之一。負載開關(guān)結(jié)構(gòu)簡單，具有簡單的滅弧裝置，能切斷額定負荷電流和一定的過載電流，但不能切斷短路電流；一般與熔斷器一起使用，代替斷路器。目前市面上負載開關(guān)芯片都是取電于電路主回路，單向控制開斷。

但是光耦合器響應(yīng)時間雖然短，能達微秒級，但是其電流傳輸能力不強，數(shù)量級基本在毫安級，并且只能單向?qū)щ?，一般輸出有壓降；繼電器是采用硬件接線實現(xiàn)，連線多且復(fù)雜，體積大，功耗大，靈活性和可擴展性小，開關(guān)時間長，其數(shù)量級在十毫秒級，通電流能力可以達幾安培，甚至十幾安培，但是通常是針對220V交流電應(yīng)用，對直流電而言，最大也就兩三安培，而且耐壓不超過30V；接觸器的通流能力可以達到幾百安培，耐直流電壓也可以達到幾百伏，但是價格昂貴，體積龐大，通道時間長，數(shù)量級達到了十毫秒級別；負載開關(guān)雖然結(jié)構(gòu)簡單，但是其缺少過熱保護，不能關(guān)斷短路電流，當短路情況時不僅負載、負載開關(guān)損壞，并且由于電源過載關(guān)斷會使整個裝置、系統(tǒng)不能正常工作。上述幾種開關(guān)對應(yīng)用范圍及場合都有所限制，有的不能用于幾十伏電壓的場合，而有的不適用與上百伏直流電或者電流很低為幾安培的情況，而且大都需要驅(qū)動功率開關(guān)才能運行使用。

因此，傳統(tǒng)的幾種開關(guān)都有較大的局限性，不僅功能單一，而且應(yīng)用范圍有限，成本也高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是為了解決上述問題，提供一種實用性更強的直流可控瞬時響應(yīng)隔離開關(guān)。

為了達到上述實用新型目的，本實用新型采用以下技術(shù)方案：

直流可控瞬時響應(yīng)隔離開關(guān)，包括光耦、隔離電源模塊和雙向控制MOS管，所述光耦輸入端設(shè)有用來接收電平信號的第一引腳，光耦輸入端的第二引腳接地，隔離電源模塊與光耦輸出端的第四引腳連接為光耦供電；雙向控制MOS管包括MOS管1和MOS管2，MOS管1的源極和MOS管2的源極連接，光耦輸出端的第三引腳與MOS管1的柵極、MOS管2的柵極連接，MOS管1的漏極、MOS管2的漏極分別與外接電路的兩端連接，隔離電源模塊通過供電引腳外接直流電源。I/O信號引腳(即第一引腳)用來接收單片機或其他高低電平信號，開關(guān)部分由雙向?qū)∕OS管組成，雙向?qū)↙+，L-接外接電路，通過I/O接收到的電平信號來執(zhí)行開通或關(guān)斷的指令，從而達到電路中電壓電流隔離的目的。

進一步，所述MOS管1和MOS管2為增強型NMOS管。

進一步，所述隔離開關(guān)還包括封裝外殼，所述光耦、隔離電源模塊和雙向控制MOS管設(shè)于封裝外殼內(nèi)。

進一步，所述直流電源為3.3V-24V。

更進一步，所述隔離電源模塊將外接的直流電源轉(zhuǎn)換為9V電源供給光耦。

進一步，所述單片機或其他高低電平信號為2V以上。

進一步，所述光耦輸出端的第三引腳與隔離電源模塊的輸出地線引腳之間接負載電阻。

本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果是：

1.響應(yīng)速度快，達微秒級，根據(jù)要求，可選擇相應(yīng)速度的光耦，可移植性強；

2.能實現(xiàn)雙向關(guān)斷，無反彈；

3.幾乎不需要驅(qū)動功耗，無漏電流；

4.開關(guān)的適用范圍涵蓋幾十伏到幾百伏，幾安倍到幾十安倍的市場產(chǎn)品空缺；

5.開關(guān)的體積小，制造及使用成本低；

6.導(dǎo)通電阻小；

7.能靈活配置MOS管來適用不同使用需求；

8.本隔離開關(guān)能同時適用于交流或直流電路中。

附圖說明

圖1是本實用新型的隔離開關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實用新型的隔離開關(guān)工作狀態(tài)示意圖；

圖3是本實用新型的隔離開關(guān)開通時間波形圖；

圖4是本實用新型的隔離開關(guān)關(guān)斷時間波形圖。

具體實施方式

下面通過具體實施例對本實用新型的技術(shù)方案作進一步描述說明。

如圖1所示，隔離開關(guān)主要由一個隔離電源模塊、雙向控制MOS管、光耦組成。其中，供電引腳通過外接直流電源，通過隔離開關(guān)電源模塊給光耦供電；I/O信號引腳用來接收單片機或其他高低電平信號，光耦通過電源模塊供電，并接收I/O電平信號來進行通斷來控制雙向?qū)∕OS管開通關(guān)斷；開關(guān)部分由雙向?qū)∕OS管組成，雙向?qū)∕OS管的兩端L+，L-接外接電路，通過I/O接收到的信號來執(zhí)行開通或關(guān)斷的指令，從而達到電路中電壓電流隔離的目的。

隔離開關(guān)的光耦輸入端設(shè)有用來接收電平信號(I/O信號)的第一引腳，光耦輸入端的第二引腳接地，隔離電源模塊與光耦輸出端的第四引腳連接為光耦供電；雙向控制MOS管包括MOS管1和MOS管2，MOS管1的源極和MOS管2的源極連接，光耦輸出端的第三引腳與MOS管1的柵極、MOS管2的柵極連接，MOS管1的漏極、MOS管2的漏極分別與外接電路的兩端連接。

隔離電源模塊具有安全隔離及電壓變換的作用，電壓變換包括升壓變換、降壓變換、交直流轉(zhuǎn)換(AC/DC、DC/AC)、極性變換(正負極性轉(zhuǎn)換、單電源與正負電源轉(zhuǎn)換、單電源與多電源轉(zhuǎn)換)。I/O信號引腳、供電引腳相對控制引腳控制的外接電路處，隔離的電壓值能達到1kV。

如圖2是隔離開關(guān)工作示意圖。其中隔離開關(guān)電源模塊由外界直流電源或者其他直流電源模塊3.3V～24V電壓供電，通過電源模塊轉(zhuǎn)換為9V電壓輸出給光耦供電，9V電壓輸出適應(yīng)MOS管驅(qū)動電壓范圍要求。選9V的原因：

1:5V不合適，5V電壓輸出使MOS管開通時間慢，并且比在9V電壓輸出MOS管開通內(nèi)阻要大；

2:7V不合適，7V電壓輸出的電源模塊在市面上比較稀少，很難找到；

3:12V以上不合適，12V電壓輸出使MOS管關(guān)斷時間變慢，這樣會影響控制性能；

綜上所述選用9V電壓輸出可以控制MOS管開通、關(guān)斷時間最短，提升隔離開關(guān)性能。直流電源模塊3.3V～24V電壓給電源模塊供電，隔離電源模塊輸出電壓9V到光耦，使光耦一端保持高電平9V。I/O信號通過單片機給電平信號或人工手動給電平信號2V以上到隔離開關(guān)I/O信號引腳(適用于目前市面上所有的單片機)，光耦通過接收I/O輸入電平信號控制光耦通斷，光耦導(dǎo)通時雙向?qū)∕OS管的柵極為高電平9V，從而控制雙向?qū)∕OS管通斷。L+，L-引腳接外接電路，并且L+，L-可外接雙向正負電壓，通過以上電路設(shè)計可以實現(xiàn)雙向控制。采用了隔離電源模塊，使得隔離開關(guān)不從主電路回路取電，這在測試系統(tǒng)應(yīng)用電路中很重要。

隔離開關(guān)模塊通過控制電路控制隔離電源模塊雙向?qū)∕OS管導(dǎo)通或關(guān)斷，無漏電，從而實現(xiàn)控制外部電路開通或關(guān)斷的功能。本隔離開關(guān)的輸入回路與輸出回路之間沒有電氣聯(lián)系，也沒有共地，之間的分布電容極小，而絕緣電阻很大，因此回路之間干擾基本沒有，避免了共阻抗耦合的干擾信號的產(chǎn)生。隔離電源模塊給光耦的第四引腳持續(xù)供電，I/O電平信號通過外部信號電平拉高拉低來控制光耦開通關(guān)斷，光耦開關(guān)引腳開通關(guān)斷控制雙向?qū)∕OS管Gate引腳(也就是柵極)電平拉高拉低，從而控制雙向?qū)∕OS管開通關(guān)斷。I/O信號引腳和供電引腳外接控制電路來達到控制外接電路的目的。

圖3是隔離開關(guān)給I/O信號開通時間波形圖，圖4是關(guān)斷時間波形圖。由圖可知當單片機給隔離開關(guān)I/O信號時，隔離開關(guān)開通和關(guān)斷響應(yīng)時間都是微秒級。開通時間只有10個微秒左右，關(guān)斷時間也只有200個微秒左右，并且開通、關(guān)斷的時間可以根據(jù)使用場所的需要，選擇不同的光耦來適應(yīng)開關(guān)速度需求，可以提高到幾個微秒，完全實現(xiàn)了瞬時響應(yīng)的功能。

本隔離開關(guān)的具體操作步驟如下：電源電壓輸入，3.3V～24V直流電壓輸入供電；給隔離開關(guān)I/O接口發(fā)送控制信號高電平2V以上，控制隔離開關(guān)通斷。目前市場上所有的單片機都適配。

本隔離開關(guān)能的電壓和電流范圍可以通過里面光耦和MOS選型來設(shè)置，適用的量級區(qū)間涵蓋幾十伏到幾百伏，幾安倍到幾十安倍的市場產(chǎn)品空缺。隔離開關(guān)進行開通關(guān)斷時無延時，無滯后，瞬時響應(yīng)，實現(xiàn)了開斷無反彈。隔離電源模塊供電，I/O信號控制光耦開斷，光耦控制雙向?qū)∕OS管開通關(guān)斷來實現(xiàn)。直流指輸入電源為直流電源，可控指I/O電平信號控制，因此整個隔離開關(guān)直流可控。

如無特殊說明，本實用新型的實施例中所采用的元件均為本領(lǐng)域常用的元件。以上為本實用新型的優(yōu)選實施方式，并不限定本實用新型的保護范圍，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本實用新型的設(shè)計思路做出的變形及改進，都應(yīng)當視為本實用新型的保護范圍之內(nèi)。