專利名稱：一種開關電路的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及半導體應用技術領域，尤其是涉及一種能夠實現(xiàn)電源的可靠通斷、結構簡單的開關電路。
背景技術：
開關電路是絕大多數(shù)系統(tǒng)必須用到的一部分，用于接通或者關斷總電源與系統(tǒng)之間的供電，或者控制系統(tǒng)電源與子系統(tǒng)之間的供電關系?，F(xiàn)有的開關電路中，主要有如下兩種方案第一種方案直接采用機械限位開關， 通過機械運動，使電路在物理上處于導通或斷開狀態(tài)；第二種方案是采用復雜的芯片做成專門的控制開關電路，實現(xiàn)輸入輸出(IO)之間的導通或斷開，或者采用微程序控制器 (Microprogrammed Control Unit，MCU)與觸發(fā)按鈕組合，用觸發(fā)按鈕控制MCU的狀態(tài)進而實現(xiàn)輸入輸出之間的連通或斷開。然而，現(xiàn)有的開關電路存在諸多不足之處，例如，對第一種方案，機械限位開關一般體積相對較大，結構上不容易實現(xiàn)，操作相對比較復雜，且連通和斷開的瞬間存在電磁干擾(Electro-Magnetic Interference, EMI)的問題，使用壽命相對較短，其結構設計對空間要求較高，影響了整體開關電路結構設計的靈活性；相比于第一種方案，第二種方案能夠減少開關電路所占空間，但第二種方案的開關電路需要專門的控制芯片或者MCU，所需硬件成本相對較高，電路復雜度大，還需要額外的代碼編寫的工作。并且，由于觸發(fā)按鈕的輸入或者MCU的10本身對電壓很敏感，導致出現(xiàn)靜電感應現(xiàn)象的幾率較高，很難實現(xiàn)靜電放電(Electro-Static discharge, ESD)，使產品面臨電磁兼容性(Electro Magnetic Compatibility, EMC)較差的問題。

實用新型內容本實用新型實施例提供了一種開關電路，能夠降低產品對空間的要求，提高產品設計的靈活性及使用壽命，且提高產品的抗干擾性能。為達到上述目的，本實用新型實施例的技術方案是這樣實現(xiàn)的本實用新型實施例提供了一種開關電路，該開關電路包括觸發(fā)按鈕、半導體控制器件和開關管，其中，上述開關管的輸入端與直流電源相連接，上述開關管的控制端通過第一電阻與直流電源相連接，上述開關管的輸出端與負載相連接，上述觸發(fā)按鈕、半導體控制器件分別連接在上述開關管的控制端；在開關電路處于斷開狀態(tài)下，上述觸發(fā)按鈕受到觸發(fā)時，上述開關管導通，上述開關電路從斷開狀態(tài)切換為開啟狀態(tài)，且上述半導體控制器件導通；導通后的半導體控制器件保持開關電路的上述開啟狀態(tài)；在開關電路處于開啟狀態(tài)下，上述觸發(fā)按鈕受到觸發(fā)時，上述半導體控制器件關斷，并在上述開關管斷開時，上述開關電路從開啟狀態(tài)切換為斷開狀態(tài)。[0013]進一步的，上述半導體控制器件為可控硅整流元件，或者，上述半導體控制器件為兩個三極管的組合，上述兩個三極管的組合包括第一 NPN型三極管和第二 PNP型三極管。進一步的，上述開關電路還包括第四電阻，在上述半導體控制器件為三極管組合時，上述第二 PNP型三極管的集電極和第一 NPN型三極管的基極連接后通過上述第四電阻接地。進一步的，上述開關電路還包括第三電阻，在上述半導體控制器件為三極管組合時，上述第一 NPN型三極管的發(fā)射極通過上述第三電阻接地。進一步的，上述開關電路還包括第二電容，上述第二電容并聯(lián)在上述第四電阻兩端，且上述第二電容的正極與上述第一 NPN型三極管的基極相連，上述第二電容的負極接地。進一步的，上述開關電路還包括第一電容和第七電阻，上述第一電容和第七電阻并聯(lián)連接在上述觸發(fā)按鈕和上述開關管的控制端之間，其中，上述第一電容的正極與上述控制端相連，上述第一電容的負極與上述觸發(fā)按鈕相連。進一步的，上述第一電容的容值大于上述第二電容的容值。進一步的，上述開關電路還包括第四電容和第五電阻，上述第五電阻的一端連接至上述開關管的輸出端，上述第五電阻的另一端連接至上述第四電容的正極，上述第四電容的負極接地。進一步的，上述開關電路還包括第三NPN型三極管，上述第三NPN型三極管的集電極與上述觸發(fā)按鈕相連接，上述第三NPN型三極管的發(fā)射極接地，上述第三NPN型三極管的基極通過上述第四電容接地。進一步的，上述開關電路還包括第八電阻，在上述半導體控制器件為兩個三極管的組合時，上述觸發(fā)按鈕通過上述第八電阻與第一 NPN型三極管的基極相連接。由上述可見，本實用新型實施例利用觸發(fā)按鈕搭配半導體控制器件以及開關管， 提供了一種新型的開關電路，能夠實現(xiàn)電源的可靠通斷。本技術方案采用觸發(fā)按鈕，從而相對機械限位開關具有較小的體積和靈活的外形，降低了產品對空間的要求，提高了產品設計的靈活性，操作更加簡便省力，且避免了機械限位開關在連通和斷開的瞬間所造成的EMI問題，提高了產品的使用壽命。并且，本技術方案無需復雜的控制芯片或者MCU，避免了額外的代碼編寫的工作， 所采用器件均為最普通常用的半導體器件，結構簡單，顯著降低了硬件成本和開發(fā)成本，具有較高的可行性；進一步的，本技術方案提供的開關電路中各器件對靜電不敏感，抗干擾性能相當高，性能可靠，在實踐中，本方案能夠得到理想的ESD測試結果，且在長按和快速按動觸發(fā)按鈕的情況下也能夠實現(xiàn)無誤操作。

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。[0027]圖1為本實用新型實施例一提供的一種開關電路的結構示意圖；圖2為本實用新型實施例二提供的一種開關電路結構的示意圖；圖3為本實用新型實施例二提供的三極管組合與可控硅的等效替換原理圖；圖4為本實用新型實施例三提供的開關電路開機操作模式下的工作原理示意圖；圖5為本實用新型實施例三提供的開關電路關斷操作模式下的工作原理示意圖。
具體實施方式
下面將結合本實用新型的附圖，對本實用新型的技術方案進行清楚、完整地描述， 顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。本實用新型實施例一提供了一種開關電路，參見圖1，所述開關電路包括觸發(fā)按鈕 Si、半導體控制器件和開關管Q4，所述開關管包括輸入端11、輸出端12和控制端13，當輸入端11和控制端13之間的電壓差滿足開啟條件時，所述開關管的輸入端11和輸出端12之間導通，即所述開關管導通；所述輸入端11與直流電源相連接，所述控制端13通過第一電阻Rl (簡稱為電阻 Rl)與直流電源相連接，所述輸出端12與負載相連接，所述觸發(fā)按鈕、半導體控制器件分別連接在所述控制端13 ；在開關電路處于斷開狀態(tài)下，所述觸發(fā)按鈕受到觸發(fā)時，所述控制端13的電壓發(fā)生變化，當所述輸入端11和控制端13之間的電壓差滿足開啟條件，所述開關管導通，所述開關電路從斷開狀態(tài)切換為開啟狀態(tài)，且所述半導體控制器件導通；導通后的半導體控制器件能夠保持所述開關管的開啟條件，即導通后的半導體控制器件保持開關電路的所述開啟狀態(tài)；在開關電路處于開啟狀態(tài)下，所述觸發(fā)按鈕受到觸發(fā)時，所述控制端13的電壓發(fā)生變化，流過半導體控制器件的電流被旁路，所述半導體控制器件關斷，所述輸入端11和控制端13之間的電壓差不滿足開啟條件，所述開關管斷開，在所述開關管斷開時，所述開關電路從開啟狀態(tài)切換為斷開狀態(tài)。進一步的，上述半導體控制器件可以為可控硅整流元件，或者，可以由兩個三極管的組合實現(xiàn)，該三極管組合包括一個PNP型三極管和一個NPN型三極管，如第一 NPN型三極管Ql和第二 PNP型三極管Q2。進一步的，上述開關管Q4可以為P型的MOS管，或者，上述開關管Q4可以為PNP
型三極管。為了便于清楚描述本實用新型實施例的技術方案，在實用新型的各實施例中，采用了“第一”、“第二”等字樣對功能和作用基本相同的相同項或相似項進行區(qū)分，本領域技術人員可以理解“第一”、“第二”等字樣并不對數(shù)量和執(zhí)行次序進行限定。下面對本實用新型實施例二提供的開關電路進行說明。本實施例提供了一種具有較低成本、高性能的開關電路，其克服了現(xiàn)有方案的不足，相對現(xiàn)有方案，本開關電路在空間占用、電路復雜度、價格成本、可靠性等各個方均有很高優(yōu)越性。參見圖2，本實用新型實施例二提供的開關電路結構的一個示例中包括輸入部分、開關電路部分和輸出部分。
5[0042]如圖2所示，虛線框1為輸入部分(或稱為電源部分)，即本示例電路的輸入端，本示例中電源以電池為例說明，電池正極接開關電路部分的輸入端，電池負極為本示例電路的地電平，簡稱地。虛線框3為輸出部分，輸出部分接入負載，本示例以第六電阻R6(簡稱電阻R6)和發(fā)光二極管Dl串聯(lián)作為負載，電阻R6作為發(fā)光二極管Dl的限流電阻與Dl陽極相連，Dl陰極接地?？梢岳斫猓鲜鲐撦d中所包含的器件，可以選取任意其他所需供電的器件，只要輸入部分所提供的電源能夠滿足這些器件的供電需求即可。虛線框2為開關電路部分，用于控制輸入部分與輸出部分之間電路的導通和斷開。開關電路部分為本方案的核心部分，構成開關電路部分的開關電路包含觸發(fā)按鈕，三極管組合或者可控硅，開關管，電阻和電容，由這些器件共同實現(xiàn)開關通斷的雙重功能。下面主要對開關電路中的各器件及其工作原理進行說明。開關管上述開關管，用于受控連通或者斷開輸入部分與輸出部分之間的操作，即通過控制開關管連通輸入部分與輸出部分，使電源向負載供電，或者，通過控制開關管斷開輸入部分與輸出部分，使電源不再向負載供電。上述開關管為一個三端的半導體器件，該開關管的三端包括輸入端、輸出端和控制端，當輸入端和控制端之間的電壓差滿足開啟條件時，所述開關管的輸入端和輸出端之間導通。優(yōu)選的，本實施例中采用一個P型MOS管作為開關管，標號為Q4。MOS管Q4的源極⑶即為開關管(或開關電路)的輸入端，與電源直接連接，MOS管Q4的漏極⑶即為開關管(或開關電路)輸出端接負載。MOS管Q4的柵極(G)作為開關管的控制端，通過電阻Rl與電源相連。即MOS管Q4的源極為開關管的輸入端，MOS管Q4的漏極為開關管的輸出端，MOS管Q4的柵極為開關管的控制端。圖2中控制端還連接有第二電阻R2 (簡稱電阻R2)，以起到限流作用，可選的，該電阻R2可省略，用導線替代，在此將電阻R2兩端均稱為MOS管Q4的柵極(G)?？蛇x的，本實施例中還可以采用一個PNP型三極管作為上述開關管，該PNP型三極管的發(fā)射極作為開關管的輸入端，該PNP型三極管的集電極作為開關管的輸出端，該PNP型三極管的基極作為開關管的控制端。半導體控制器件上述半導體控制器件可以由可控硅整流元件(簡稱為可控硅)實現(xiàn)。在可控硅的工作原理中，其導通條件為陽極(A)加足夠的正電壓并且控制極(G)加一正電壓，兩者同時存在時，可控硅導通。當可控硅導通后，控制極上有無電壓不影響其持續(xù)導通狀態(tài)。其斷路的條件為陽極電壓消失或者流過可控硅的電流小于其持續(xù)導通電流，所以關斷陽極電壓的供應或者將可控硅陽極電流旁路到地兩者任意一個操作都能改變可控硅的狀態(tài)。上述半導體控制器件也可以由能夠替代可控硅的三極管組合實現(xiàn)，該三極管組合包括一個PNP型三極管和一個NPN型三極管，如第一 NPN型三極管Ql (簡稱NPN型三極管 Ql)和第二 PNP型三極管Q2(簡稱PNP型三極管Q2)。半導體控制器件用于控制并維持開關狀態(tài)，可控硅的陽極或三極管組合中PNP型三極管Q2的發(fā)射極與開關管的控制端相連。參見圖3，顯示了三極管組合與可控硅的等效替換原理圖。圖3中標號(a)所對應的器件為可控硅；將可控硅沿虛線所示方向剖開后可看成由兩個三極管組成，參見標號(b)所對應部分，轉換后得到兩個三極管，如標號(C)的部分所示。三極管組合中PNP型三極管Q2的發(fā)射極等效于可控硅的陽極，PNP型三極管Q2的基極與NPN型三極管Ql的集電極鏈接，PNP型三極管Q2集電極與NPN型三極管Ql的基極鏈接并等效于可控硅的控制極，NPN型三極管Ql的發(fā)射極等效于可控硅的陰極。在圖2采用三極管組合的等效方案中，利用三極管Ql與Q2組合來維持開關狀態(tài)。 三極管Q2為一 PNP型三極管，三極管Ql為一 NPN型三極管，三極管Q2發(fā)射極(E)與Q4柵極(G)相連，三極管Q2的基極⑶與三極管Ql的集電極(C)相連，三極管Q2的集電極(C) 與三極管Ql的基極(B)相連，三極管Ql的發(fā)射極(E)通過第三電阻R3(簡稱電阻R3)接到地。三極管Ql的基極通過電阻R4接到地，三極管Ql基極接第二電容C2(簡稱電容C2) 正極，C2負極接地。在電容C2兩端還可以并聯(lián)電容C3，以對電路進行進一步調整，如進行濾波等，該電容C3不是必須的，可以省略。觸發(fā)按鈕觸發(fā)按鈕用于觸發(fā)輸入部分與輸出部分之間的導通和關斷的雙重操作。觸發(fā)按鈕在受到外力被按下后，可以自動彈起。除了上述三個關鍵器件之外，本開關電路中還設置了其他器件及其連接關系，以保證開關電路開啟或斷開的成功實現(xiàn)，例如第一電容Cl (簡稱電容Cl)與第七電阻R7(簡稱電阻R7)并聯(lián)，電容Cl正極與開關管Q4的柵極(G)以及PNP型三極管Q2的發(fā)射極(E)連接在一起，電容Cl負極與觸發(fā)按鈕Sl的第2端相連。觸發(fā)按鈕Sl的第1端接第八電阻R8(簡稱電阻R8) —端，且通過電阻R8的另一端與NPN型三極管Ql的基極相連。同時，觸發(fā)按鈕Sl與電阻R8相連的這一端 (即第1端)還與第三NPN型三極管Q3 (簡稱NPN型三極管Q3)的集電極(C)相連。NPN型三極管Q3的發(fā)射極(E)直接接地，NPN型三極管Q3的基極⑶接電容C4的正極，電容C4 的負極接地。同時，NPN型三極管Q3的基極(B)還通過第五電阻R5(簡稱電阻R5)上拉到本開關電路的輸出端，即開關管Q4的漏極⑶，二極管D2作為加速放電的器件，與電阻R5 并聯(lián)，其陽極接于電容C4正極，陰極接于輸出端，二極管D2視調試情況也可以省略。上述在描述連接關系時，為了使連接關系更加清楚，結合圖2中的標記，利用觸發(fā)按鈕的第1端和第2端描述觸發(fā)按鈕與其他器件之間的連接關系，可以理解，對于觸發(fā)按鈕可以不明確區(qū)分第1端和第2端，只需通過觸發(fā)按鈕的按下或彈起，使相關元件之間形成電流通路或斷路即可。參見圖2，本電路結構的開關電路中包含三組電阻和電容的組合，具體如下組合1 電阻和電容器件組合1 (電容Cl、電阻R7)，電阻R7和電容Cl并聯(lián)后接在開關管控制端柵極(G)與觸發(fā)按鈕的第2端之間，隔離觸發(fā)按鍵對電源的影響，通過對其電容Cl的充放電操作，防止長按誤動作，創(chuàng)建電流通道，保證開關電路的可靠操作。組合2 電阻和電容器件組合2 (電容C2、電阻R4)，第四電阻R4 (簡稱電阻R4)和電容C2并聯(lián)，然后接在可控硅的控制極與地之間，或者接在用于替代可控硅的三極管組合中NPN型三極管Ql的基極與地之間。通過其對此電容C2的充放電操作，用于調節(jié)開關機時間，防止外部干擾造成開機誤動作，保證開關電路的可靠操作。組合3 電阻和電容器件組合3(電容C4、電阻R5)，第四電容C4(簡稱電容C4)接在NPN型三極管Q3的基極與地之間，且電容C4正極通過電阻R5接到輸出端，其中NPN型三極管Q3用于控制輸入端和輸出端的連通或者關斷。通過對此電容器件C4的充電操作， 用于調節(jié)NPN型三極管Q3導通所需時間，保證開關電路可靠操作。下面結合上述具體器件對本開關電路的工作方式進行說明，具體包括下述開機操作模式和關斷操作模式開機操作模式若開關電路當前處于斷開狀態(tài)，而根據(jù)需求需要切換至開啟狀態(tài)時，即開關電路在開機操作模式中，通過如下操作實現(xiàn)導通開關管輸入端和輸出端(即導通開關電路輸入端和輸出端)的操作在輸入端與輸出端處于斷開狀態(tài)的情況下，按下觸發(fā)按鈕Si，由于電阻和電容器件組合1和電阻和電容器件組合2的存在，電阻和電容器件組合1將電流快速加到電阻和電容器件組合2上，進而將電壓加到可控硅的控制端或者替代可控硅的三極管組合中NPN 型三極管Ql的基極，觸發(fā)所述可控硅或者三極管組合的導通，同時打開開關管讓輸入端和輸出端導通，電源開始向負載供電，且由于此時可控硅已經導通或者三極管組合進入互相鎖定飽和導通狀態(tài)，開關管控制極持續(xù)處于較低電位，即使觸發(fā)按鈕Sl斷開，可控硅或三極管組合能夠保持開關管的開啟條件，開關管仍然繼續(xù)導通，完成開機操作。關斷操作模式若開關電路當前處于開啟狀態(tài)，而根據(jù)需求需要切換至斷開狀態(tài)時，即開關電路在關斷操作模式中，通過如下操作實現(xiàn)斷開輸入端和輸出端的操作在開關管輸入端與輸出端處于導通狀態(tài)的情況下，輸出部分的電源使NPN型三極管Q3處于飽和導通狀態(tài)。此時按下觸發(fā)按鈕Si，由于上述電阻和電容器件組合1中的電容的瞬時特性，將開關管控制端電流通過觸發(fā)按鈕Sl和NPN型三極管Q3導入到地，即流過半導體控制器件的電流被旁路，從而使可控硅或者替代可控硅的三極管組合關斷，觸發(fā)按鈕 Sl自動彈起后，開關管輸入端與輸出端斷開，開關電路從開啟狀態(tài)切換為斷開狀態(tài)。下面結合一個具體的場景進一步對本實用新型實施例三提供的開關電路的工作原理進行說明。在本實施例的開關電路中，選取直流電源(電池)的輸入電壓VIN為5V，輸入電壓 VIN的具體數(shù)值可以根據(jù)需要進行調整。參見圖4，在本實施例中主要以采用三極管組合作為半導體控制器件的場景為例進行說明。若開關電路的初始狀態(tài)為斷開狀態(tài)，下面結合圖4，分析本實用新型電路的開關工作原理開機操作模式在使用的初始階段，觸發(fā)按鈕Sl沒有被按下，輸入電壓VIN為5V，NPN型三極管Ql 和PNP型三極管Q2處于截止狀態(tài)，開關管Q4的柵極G和源極S之間電位相等，開關管Q4 處于斷開狀態(tài)，輸出端VOUT無輸出。當輸入端與輸出端處于斷開狀態(tài)時，整個電路基本上沒有電流消耗，最小靜態(tài)電流能到luA，可以看成電池的自放電。如圖4所示，初始狀態(tài)下，假設開關電路處于關斷狀態(tài)，此時電路中幾個關鍵點的電位如下[0080]A點為電池電壓5V。B點為電池電壓5V，開關管Q4的源極⑶和柵極(G)等電位。開關管Q4未導通，三極管Ql和Q2此時也為截止狀態(tài)。C點由于觸發(fā)按鈕Sl為斷開狀態(tài)，因電阻R7的存在，此時電容Cl兩端電壓相等， 為電源電壓5V。D點由于開關管Q4為斷開狀態(tài)，所以此時D點電壓為0V。E點由于三極管Ql和Q2截止，此時E點電壓為0V。F 點0V。G點與輸出端電壓相等，為0V。如圖4所示，為了打開開關電路，使電源從輸入端輸出到輸出端的負載，只需按下觸發(fā)按鈕Si，使觸發(fā)按鈕Sl的第1端和第2端短接上，此時，電容Cl上的電流通過通路1 所示的線路。電阻R7和電容Cl相當于一個輔助電源，當觸發(fā)按鈕Sl按下后，通過觸發(fā)按鈕Sl和電阻R8向電容C2充電。由于電阻R7的存在，在觸發(fā)按鈕Sl按下之前，電容Cl兩端電壓為電源電壓5V，由于電容兩端電壓不能突變，在觸發(fā)按鈕Si按下瞬間，電容Cl兩端電壓不變，而流過觸發(fā)按鈕Sl的電流為I = 5/R8，應此B點電壓變化不大，隨著電容Cl的放電和電容C2的充電，B 點和C點電壓逐漸降低，而E點電位逐漸升高，最后，如果不考慮三極管Ql和Q2、Q3的導通情況，B 點電壓穩(wěn)定在UB = 5* (R7+R8+R4) / (R1+R7+R8+R4)，C 點電壓穩(wěn)定在Uc = 5* (R8+R4) / (R1+R7+R8+R4)。E點電位到一定值之后，NPN型三極管Ql開始導通，NPN型三極管Ql的導通導致 PNP型三極管Q2的基極被拉低，于是PNP型三極管Q2導通，PNP型三極管Q2的導通又會通過其集電極(C)將電壓加到NPN型三極管Ql的基極⑶上，于是三極管組合Ql和Q2進入互鎖定飽和導通狀態(tài)，B點電流按通道2所示通過PNP型三極管Q2和NPN型三極管Ql、電阻R3到地，此時即便觸發(fā)按鈕Sl斷開，電流通路1上沒有電源過來供給NPN型三極管Ql 基極，但是NPN型三極管Ql和PNP型三極管Q2仍然處于飽和導通狀態(tài)。由于NPN型三極管Ql和PNP型三極管Q2的飽和導通，電流通道2的出現(xiàn)，B點電壓下降到IV以下，于是開關管Q4的源極⑶電壓高于柵極(G)，開關管Q4導通，電源電壓從輸入端加到輸出端的負載上，開關電路從斷開狀態(tài)切換為開啟狀態(tài)，開機完成。在開關管Q4導通過程中，開關管Q4作為電流通路的開關，觸發(fā)按鈕Sl用來觸發(fā)開關管Q4的導通，三極管組合Ql、Q2用來維持Q4的導通狀態(tài)。電容Cl與電阻R7相當于輔助電源，用來隔離B點和觸發(fā)按鈕Si，利用電容的充放電原理，在觸發(fā)按鈕Sl導通瞬間讓電流通路1有較大的電流為電容C2充電，加快開機速度，為了提供足夠的能量，電容Cl的容值需大于電容C2，電阻R7的作用是靜態(tài)時使電容Cl
兩端電壓一致。電阻R3用來限流，且能提高NPN型三極管Ql的導通電壓，防止NPN型三極管Ql 受干擾時的誤動作。電阻R4用來給NPN型三極管Ql基極一個穩(wěn)定的初始狀態(tài)(開關電路處于斷開狀態(tài)NPN型三極管Ql基極的狀態(tài))，防止三極管Ql誤動作，且電阻R4為電容C2提供一個放電電路，R4的阻值選擇需要滿足讓E點，即電阻R4上的壓降大于Ql導通所需的電壓要求。電容C2容值的大小可以控制開機速度，容值越大開機速度越慢，電容C2在觸發(fā)按鈕Sl按下時開始被充電，直到電壓足夠后讓三極管Ql導通。它作為儲能電容，還能防止E 點被干擾而造成誤動作，對ESD有很大的作用，要求電容C2容值小于電容Cl的容值。電阻R8在觸發(fā)按鈕Sl按下時作為電容C2的充電通路，幫助電容C2充電。在觸發(fā)按鈕Sl斷開后，為NPN型三極管Q3提供集電極電壓，維持Q3的導通且隔離Q3對Ql基極(E點)的影響。電阻R5為電容C4提供充電通道，一般電阻R5阻值與電容C4的容值取的稍大，以使充電時間較長，如果沒有電容C4或者G點電位上升過快，則造成在E點電壓未升到符合三極管Ql導通條件電壓前，因為開關管Q4的導通，F(xiàn)點被開關管Q4接到地上，造成電容C2 無法充電，三極管Ql無法導通，造成開機失敗。在開機完成后，輸出電壓經過電阻R5給電容C4充電，三極管Q3進入飽和導通狀態(tài)，輸入電壓通過開關管Q4加載到輸出端的負載，此時開關電路處于導通穩(wěn)定狀態(tài)，此時圖4中各點的電壓為A點為電源電壓5V。B點具體數(shù)值與電阻R3大小有關，例如，可以為0.8V左右。C點與B點電壓一樣。D點約為電源電壓，受所選開關管Q4導通壓降的影響。E點具體數(shù)值與電阻R3大小有關，例如，可以為0.8V左右。此時三極管組合Ql 和Q2處于互鎖飽和導通狀態(tài)。F點小于0. IV，此時Q3處于飽和導通狀態(tài)。G點可與電阻R5大小有關，例如，可以為0. 6V。關斷操作模式開關電路導通正常工作狀態(tài)下，由于電阻R5和電容C4的存在，此時NPN型三極管 Q3為飽和導通狀態(tài)，當再次按下觸發(fā)按鈕Sl時，即觸發(fā)按鈕Sl受到觸發(fā)時。電容Cl的負極連接到NPN型三極管Q3的集電極(C)，由電容的特性可知，電容Cl 瞬間相當于短路，如5圖中所示，電流通路1較電流通路2來說是低阻抗通道，B點的電流通過電流通路1流到地上，即流過半導體控制器件的電流被旁路，流過三極管組合Ql和Q2 的電流減小，維持三極管組合Ql和Q2導通的電流消失，三極管組合Ql和Q2的互鎖導通被打破，由可控硅關斷條件可知，電流通路2消失。電容C2開始通過電阻R8和R4放電，E點電壓也將降到三極管Ql基極導通電壓之下。如果觸發(fā)按鈕Sl 一直被按下，則B點一直為低電平，開關管Q4 —直導通，輸出端電源不斷，三極管Q3繼續(xù)導通。只有當觸發(fā)按鈕Sl彈起后，電流通路1也消失，由于三極管組合Ql和Q2已經截止，則B點電壓變?yōu)殡娫措妷?V，開關管Q4的源極⑶和柵極(G)電壓相等，開關管Q4截止，輸入端與輸出端被切斷，從而完成關機操作。由上所述，在導通和關斷過程中，開關管Q4作為電流通路的開關，觸發(fā)按鈕Sl用來觸發(fā)開關管Q4的導通或關斷。電容Cl在關機操作中至關重要，無電容Cl的話會造成無法關機的狀況，電容Cl 與NPN型三極管Q3 —起創(chuàng)建在關機操作中的低阻抗電流通路1。[0113]由于低阻抗電流通路1的出現(xiàn)，電流通路2的電流減小，不足以維持三極管組合Ql 和Q2的導通，三極管Q1、Q2相繼截止，Ql和Q2的截止使之前的維持導通狀態(tài)消失，在觸發(fā)按鈕Sl斷開后，B點電位上升至電源電壓，不再滿足開關管的開啟條件，開關電路從開啟狀態(tài)切換為斷開狀態(tài)。電容C2的容值大小也會影響關機操作，由于流過電容Cl的電流只在觸發(fā)按鈕Sl 閉合瞬間最大，此時電流通路2電流最小，然后電流通路1的電流逐漸減小，且B點電壓逐漸升高。在這個階段有一個時間段里，如果E點電位已經降低到三極管Ql導通條件電壓以下，則Ql和Q2進入截止態(tài)。然而，如果所選取C2容值過大，則E點電位下降過慢，在B點電壓升到一定值后E點電位還處于Ql導通條件電壓之上，于是三極管組合Ql和Q2再次進入互相鎖定導通狀態(tài)，電路通路2仍存在，造成關機操作失敗。NPN型三極管Q3在關機操作中要與電容Cl 一起構造低阻抗的電流通路1，所以 NPN型三極管Q3的狀態(tài)也非常重要，要求三極管Q3的狀態(tài)處于飽和導通狀態(tài)，電阻R5的阻值、電容C4的容值、三極管Q3的基極飽和電流三者在數(shù)值選取上需要一個平衡，由于容值較大的電容在價格更貴，且體積大，可以選擇基極飽和電流小的三極管以減少電容C4的容值。本實施例中三極管Q3選取為NPN型三極管，開關管Q4選取為PMOS管或者PNP型三極管，可以理解，本領域技術人員在本實用新型的技術構思下可以選取其他類型的器件來實現(xiàn)三極管Q3和開關管Q4等，并適應性地修改相應電路結構，以達到相同的技術效果。由上述可見，本實用新型上述實施例利用觸發(fā)按鈕搭配半導體控制器件以及開關管，提供了一種新型的開關電路，能夠實現(xiàn)電源的可靠通斷。本技術方案采用觸發(fā)按鈕，從而相對機械限位開關具有較小的體積和靈活的外形，降低了產品對空間的要求，提高了產品設計的靈活性，操作更加簡便省力，且避免了機械限位開關在連通和斷開的瞬間所造成的EMI問題，提高了產品的使用壽命。并且，本技術方案無需復雜的控制芯片或者MCU，避免了額外的代碼編寫的工作， 所采用器件均為最普通常用的半導體器件，結構簡單，顯著降低了硬件成本和開發(fā)成本，具有較高的可行性；進一步的，本技術方案提供的開關電路中各器件對靜電不敏感，抗干擾性能相當高，性能可靠，在實踐中，本方案能夠得到理想的ESD測試結果，且在長按和快速按動觸發(fā)按鈕的情況下也能夠實現(xiàn)無誤操作。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型保護的范圍之內。
權利要求1.一種開關電路，其特征在于，所述開關電路包括觸發(fā)按鈕、半導體控制器件和開關管，其中，所述開關管的輸入端與直流電源相連接，所述開關管的控制端通過第一電阻(Rl) 與直流電源相連接，所述開關管的輸出端與負載相連接，所述觸發(fā)按鈕、半導體控制器件分別連接在所述開關管的控制端；在開關電路處于斷開狀態(tài)下，所述觸發(fā)按鈕受到觸發(fā)時，所述開關管導通，所述開關電路從斷開狀態(tài)切換為開啟狀態(tài)，且所述半導體控制器件導通；導通后的半導體控制器件保持開關電路的所述開啟狀態(tài)；在開關電路處于開啟狀態(tài)下，所述觸發(fā)按鈕受到觸發(fā)時，所述半導體控制器件關斷，并在所述開關管斷開時，所述開關電路從開啟狀態(tài)切換為斷開狀態(tài)。
2.根據(jù)權利要求1所述的開關電路，其特征在于，所述半導體控制器件為可控硅整流元件，或者，所述半導體控制器件為兩個三極管的組合，所述兩個三極管的組合包括第一 NPN型三極管(Ql)和第二 PNP型三極管(Q2)。
3.根據(jù)權利要求2所述的開關電路，其特征在于，還包括第四電阻(R4)，在所述半導體控制器件為三極管組合時，所述第二 PNP型三極管的集電極和第一 NPN型三極管Oil) 的基極連接后通過所述第四電阻(R4)接地。
4.根據(jù)權利要求2所述的開關電路，其特征在于，還包括第三電阻(R3)，在所述半導體控制器件為三極管組合時，所述第一 NPN型三極管Oil)的發(fā)射極通過所述第三電阻(R3) 接地。
5.根據(jù)權利要求3所述的開關電路，其特征在于，還包括第二電容(C2)，所述第二電容 (C2)并聯(lián)在所述第四電阻(R4)兩端，且所述第二電容(C2)的正極與所述第一 NPN型三極管Oil)的基極相連，所述第二電容(以)的負極接地。
6.根據(jù)權利要求5所述的開關電路，其特征在于，還包括第一電容(Cl)和第七電阻 (R7)，所述第一電容(Cl)和第七電阻(R7)并聯(lián)連接在所述觸發(fā)按鈕和所述開關管的控制端之間，其中，所述第一電容(Cl)的正極與所述控制端相連，所述第一電容(Cl)的負極與所述觸發(fā)按鈕相連。
7.根據(jù)權利要求6所述的開關電路，其特征在于，所述第一電容(Cl)的容值大于所述第二電容((^)的容值。
8.根據(jù)權利要求2所述的開關電路，其特征在于，還包括第四電容(C4)和第五電阻 (R5)，所述第五電阻(R5)的一端連接至所述開關管的輸出端，所述第五電阻(R5)的另一端連接至所述第四電容(C4)的正極，所述第四電容(C4)的負極接地。
9.根據(jù)權利要求8所述的開關電路，其特征在于，還包括第三NPN型三極管(Q3)，所述第三NPN型三極管O )的集電極與所述觸發(fā)按鈕相連接，所述第三NPN型三極管0^3)的發(fā)射極接地，所述第三NPN型三極管O )的基極通過所述第四電容(C4)接地。
10.根據(jù)權利要求2所述的開關電路，其特征在于，還包括第八電阻(R8)，在所述半導體控制器件為兩個三極管的組合時，所述觸發(fā)按鈕通過所述第八電阻(R8)與所述第一 NPN 型三極管Oil)的基極相連接。
專利摘要本實用新型公開了一種開關電路，能夠降低產品對空間的要求，提高產品設計的靈活性及使用壽命，且抗干擾性能高，性能可靠。本實用新型實施例提供的開關電路包括觸發(fā)按鈕、半導體控制器件和開關管，在開關電路處于斷開狀態(tài)下，觸發(fā)按鈕受到觸發(fā)時，開關管導通，開關電路從斷開狀態(tài)切換為開啟狀態(tài)，且半導體控制器件導通；導通后的半導體控制器件保持開關電路的所述開啟狀態(tài)；在開關電路處于開啟狀態(tài)下，觸發(fā)按鈕受到觸發(fā)時，流過半導體控制器件的電流被旁路，半導體控制器件關斷，觸發(fā)按鈕彈起后，開關管斷開，并在開關管斷開時，開關電路從開啟狀態(tài)切換為斷開狀態(tài)。
文檔編號H03K17/722GK202268861SQ20112040596
公開日2012年6月6日 申請日期2011年10月21日 優(yōu)先權日2011年10月21日
發(fā)明者劉忠遠, 周靖, 姜斌斌, 徐小龍, 陳立國 申請人:歌爾聲學股份有限公司