本發(fā)明屬于固態(tài)繼電器控制領(lǐng)域，具體涉及一種適用多源直流固態(tài)繼電器。

背景技術(shù)：

隨著汽車技術(shù)的電子化和智能化，現(xiàn)代車用繼電器采用大功率 MOS管取代傳統(tǒng)觸點(diǎn)式的繼電器已經(jīng)成為一種趨勢(shì)，而對(duì)于如何驅(qū)動(dòng)MOS功率管的柵極是一個(gè)非常重要的問題。

中國(guó)專利【CN2011104291820一種用于避免短路失效的預(yù)熱繼電器】采用磁隔離技術(shù)來驅(qū)動(dòng)大功率MOS管，其缺點(diǎn)是適應(yīng)電壓范圍較窄，尤其不能短時(shí)中斷供電，否則繼電器不能正常開啟和關(guān)閉。另外需要用到隔離變壓器和振蕩電路，不僅復(fù)雜而且成本較高。

中國(guó)專利【CN201420754598啟動(dòng)機(jī)用電子啟動(dòng)繼電器】采用成品自舉專用IC來驅(qū)動(dòng)MOS管。其缺點(diǎn)也是不能適應(yīng)短時(shí)的電源中斷情況。其次成本也較高。

而傳統(tǒng)的觸點(diǎn)式電磁繼電器就沒有這種缺點(diǎn)，這種問題如果得不到很好的解決，用戶體驗(yàn)不好，無觸點(diǎn)繼電器就很難推廣開來。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種適用多源直流固態(tài)繼電器，保證外部電源供電不穩(wěn)時(shí)，其內(nèi)部仍能夠正常工作。

本發(fā)明提供了一種適用多源直流固態(tài)繼電器，其特征在于：它包括用于連接外部開關(guān)的控制端、用于連接外部電源正極的電源端、用于連接外部負(fù)載的繼電器輸出端、用于接地和連接外部電源負(fù)極的接地端，延時(shí)IC的輸入端經(jīng)電阻R1與控制端連接，延時(shí)IC 的接地端接地，延時(shí)IC的輸入端分別經(jīng)電容C1和穩(wěn)壓管D1接地，其中穩(wěn)壓管D1陰極與延時(shí)IC的輸入端連接；延時(shí)IC的輸出端連接功率開關(guān)電路的輸入端，功率開關(guān)電路的輸出端連接MOS管單元的柵極，MOS管單元的漏極連接于電源端，MOS管單元的源極連接于輸出端；控制端依次經(jīng)二極管D2、電阻R2和電容C2與繼電器輸出端連接；電容C2經(jīng)功率開關(guān)電路與MOS管單元的柵極連接。

所述功率開關(guān)電路包括三極管Q2、Q3、Q4、PMOS管Q1； MOS管單元包括NMOS管Q5；延時(shí)IC的輸出端分別經(jīng)第一分壓電阻和第二分壓電阻接地；三極管Q2的基極與第一分壓電阻連接，三極管Q2的發(fā)射極接地，三極管Q2的集電極與PMOS管Q1的柵極連接；三極管Q3的基極與第二分壓電阻連接；三極管Q3的發(fā)射極接地，三極管Q3的集電極分別與NMOS管Q5的漏極和三極管 Q4的基極連接；三極管Q4的發(fā)射極接地；三極管Q4的集電極與 NMOS管Q5的柵極連接；電源端與NMOS管Q5的漏極連接，輸出端與NMOS管Q5的源極連接，NMOS管Q5的柵極與PMOS管 Q1的漏極連接，NMOS管Q5的源極和柵極通過穩(wěn)壓管D4連接； PMOS管Q1的源極連接于電阻R2和電容C2之間；PMOS管Q1 的柵極經(jīng)穩(wěn)壓管D3與其源極連接；PMOS管Q1的柵極與電源端連接所述電阻R1和電容C1的時(shí)間常數(shù)大于電阻R2和電容C2的時(shí)間常數(shù)，即延時(shí)IC正常工作時(shí)間晚于C2充滿電的時(shí)間。

所述第一分壓電阻包括電阻R4和電阻R5，延時(shí)IC經(jīng)電阻R4 和電阻R5接地，三極管Q2的基極連接于R4和電阻R5之間。

所述第二分壓電阻包括電阻R7和電阻R8，延時(shí)IC經(jīng)電阻R7 和電阻R8接地，三極管Q3的基極連接于R7和電阻R8之間。

本發(fā)明提供了一種適用多源直流固態(tài)繼電器的驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于包括以下步驟：

a.外部開關(guān)閉合后，外部電源分別為電容C1和電容C2充電；

b.電容C1充滿電后，延時(shí)IC正常工作，其輸出端輸出高電位，功率開關(guān)單元為導(dǎo)通狀態(tài)，電容C2放電導(dǎo)通MOS管單元，即固態(tài)繼電器受控導(dǎo)通外部負(fù)載得電工作；

c.在繼電器導(dǎo)通過程中，當(dāng)電源電壓低于電容C2充滿電時(shí)的電壓時(shí)，由電容C2為功率開關(guān)單元供電保證其電壓穩(wěn)定；

d.當(dāng)外部電源出現(xiàn)瞬間過零時(shí)段，電容C1放電維持延時(shí)IC 的輸出端輸出高電位，保持步驟b中固態(tài)繼電器受控導(dǎo)通狀態(tài)。

上述技術(shù)方案還包括以下步驟：

e.當(dāng)外部開關(guān)由通轉(zhuǎn)為斷開時(shí)，延時(shí)IC停止供電，延時(shí)IC的輸出端輸出低電位，功率開關(guān)單元變?yōu)殛P(guān)閉狀態(tài)，則MOS管單元變成截止?fàn)顟B(tài)；即固態(tài)繼電器受控關(guān)閉，外部負(fù)載失電退出工作；

f.當(dāng)外部開關(guān)閉合時(shí)間超過延時(shí)IC的設(shè)定時(shí)間時(shí)，延時(shí)IC的輸出端自動(dòng)由高電位轉(zhuǎn)為低電位，功率開關(guān)單元變?yōu)殛P(guān)閉狀態(tài)，則 MOS管單元變成截止?fàn)顟B(tài)；即固態(tài)繼電器受延時(shí)時(shí)間控制而關(guān)閉，外部負(fù)載退出工作。

上述技術(shù)方案還包括以下步驟

g.外部開關(guān)一端連接外部電源正極，另一端連接控制端；外部電源正極連接與電源端，負(fù)極連接接地端；外部負(fù)載一端連接輸出端，另一端連接接地端；

h.在外部開關(guān)未閉合前，延時(shí)IC未供電，延時(shí)IC的輸出端為低電位，功率開關(guān)單元為關(guān)閉狀態(tài)，則MOS管單元呈截止?fàn)顟B(tài)。。

車用電器的供電一般都是蓄電池，但有時(shí)會(huì)用到臨時(shí)啟動(dòng)電源，例如車輛出廠前的調(diào)試，或者低溫啟動(dòng)不了時(shí)會(huì)用到啟動(dòng)用整流柜等等情況，其電源特性與蓄電池相去甚遠(yuǎn)，主要表現(xiàn)在其中的紋波非常大，尤其是單相啟動(dòng)電源，其電流和電壓短時(shí)會(huì)降至接近 0V。在繼電器導(dǎo)通過程中，由于二極管D2的阻斷作用，當(dāng)電源電壓低于起始瞬間電容C2充滿電時(shí)的電壓時(shí)，就與外界隔離，由電容C2為電路內(nèi)的三極管供電，為三極管提供穩(wěn)定的電壓，保證繼電器內(nèi)部能照常工作。當(dāng)單相電源有瞬間的過零時(shí)段，由于電容C1 的儲(chǔ)能作用，使得延時(shí)IC可維持輸出高電位，整個(gè)電路能照常工作。因R1C1的時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)大于R2C2的時(shí)間常數(shù)，也就是說延時(shí) IC開始正常工作時(shí)間遠(yuǎn)晚于C2充滿電的時(shí)間，即當(dāng)延時(shí)IC工作時(shí)，電容C2必定為充滿電的狀態(tài)，以保證電源電壓不穩(wěn)時(shí)，電路的正常運(yùn)作，從而達(dá)到適用多源應(yīng)用的目的。當(dāng)開關(guān)K閉合時(shí)間超過延時(shí)IC的時(shí)間時(shí)，延時(shí)IC的輸出端將自動(dòng)由高電位轉(zhuǎn)為低電位，使得NMOS管Q5截止斷電，該功能的作用在于當(dāng)開關(guān)K出現(xiàn)意外粘連脫不開時(shí)，限制了繼電器的輸出，使得負(fù)載不會(huì)因此而燒毀。

附圖說明

圖1是本發(fā)明示意圖；

圖2是本發(fā)明使用示意圖；

圖3是單相啟動(dòng)電源啟動(dòng)時(shí)的電壓電流曲線

圖4是正常的蓄電池電源啟動(dòng)時(shí)的電壓電流曲線

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，便于清楚地了解本發(fā)明，但它們不對(duì)本發(fā)明構(gòu)成限定。

如圖1所示，本發(fā)明提供了一種適用多源直流固態(tài)繼電器，連接有外部電源B、外部開關(guān)K、外部負(fù)載L，外部電源正極連接電源端，負(fù)極連接接地端；外部開關(guān)一端連接外部電源正極，另一端連接控制端；外部負(fù)載一端連接于輸出端，另一端連接接地端；其中延時(shí)IC的輸入端經(jīng)電阻R1與連接有外部開關(guān)的控制端P3連接，電源端P4端與外部電源B正極連接，外部負(fù)載L的一端、延時(shí)IC 的接地端、電源B負(fù)極與接地端P1連接，延時(shí)IC的輸入端分別經(jīng)電容C1和穩(wěn)壓管D1與接地端P1連接，其中穩(wěn)壓管D1陰極與延時(shí)IC的輸入端連接；延時(shí)IC的輸出端分別經(jīng)第一分壓電阻和第二分壓電阻接地；三極管Q2的基極與第一分壓電阻連接，三極管Q2 的發(fā)射極接地，三極管Q2的集電極經(jīng)電阻R6與PMOS管Q1的柵極連接；三極管Q3的基極與第二分壓電阻連接；三極管Q3的發(fā)射極接地，三極管Q3的集電極分別與三極管Q4的基極連接和經(jīng)電阻 R9與NMOS管Q5的漏極連接；三極管Q4的發(fā)射極連接接地端 P1；三極管Q4的集電極經(jīng)電阻R11與NMOS管Q5的柵極連接；控制端P3依次經(jīng)二極管D2、電阻R2和電容C2與輸出端P2連接；開關(guān)的P4端與NMOS管Q5的漏極連接，負(fù)載的P2端與NMOS 管Q5的源極連接，NMOS管Q5的柵極經(jīng)電阻R11、R10與PMOS 管Q1的漏極連接，NMOS管Q5的源極和柵極通過穩(wěn)壓管D4連接；PMOS管Q1的源極連接于電阻R2和電容C2之間；PMOS管 Q1的柵極經(jīng)穩(wěn)壓管D3與其源極連接；PMOS管Q1的柵極經(jīng)電阻 R3與電源端P4連接。

所述電阻R1和電容C1的時(shí)間常數(shù)大于電阻R2和電容C2的時(shí)間常數(shù)，即延時(shí)IC正常工作時(shí)間晚于C2充滿電的時(shí)間。優(yōu)選的參數(shù)是R2＝470Ω，C2＝10u，而R1＝4.7kΩ，C1＝22u。

所述第一分壓電阻包括電阻R4和電阻R5，延時(shí)IC經(jīng)電阻R4 和電阻R5接地，三極管Q2的基極連接于R4和電阻R5之間。

所述第二分壓電阻包括電阻R7和電阻R8，延時(shí)IC經(jīng)電阻R7 和電阻R8接地，三極管Q3的基極連接于R7和電阻R8之間。

本發(fā)明提供了一種適用多源直流固態(tài)繼電器的驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于包括以下步驟：

a.在外部開關(guān)未閉合前，延時(shí)IC未供電，延時(shí)IC的輸出端為低電位，三極管Q2、Q3呈截止?fàn)顟B(tài)，即PMOS管Q1也為截止?fàn)顟B(tài)，三極管Q4為導(dǎo)通狀態(tài)，則NMOS管Q5呈截止?fàn)顟B(tài)；上述狀態(tài)為繼電器的初始狀態(tài)；

b.外部開關(guān)閉合后，電源B正極端同時(shí)給2路充電，一路是通過電阻R1給電容C1充電，一路通過二極管D2經(jīng)電阻R2和負(fù)載 L給C2充電，但因電阻R1和電容C1的時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)大于電阻R2 和電容C2的時(shí)間常數(shù)，也就是說延時(shí)IC開始正常工作時(shí)間遠(yuǎn)晚于 C2充滿電的時(shí)間，即當(dāng)延時(shí)IC工作時(shí)，電容C2必定為充滿電的狀態(tài)，以保證電源電壓不穩(wěn)時(shí)，電路的正常運(yùn)作；

c.電容C1充滿電后，延時(shí)IC正常工作，其輸出端3輸出高電位，三極管Q2、Q3同時(shí)導(dǎo)通，然后PMOS管Q1立刻導(dǎo)通，同時(shí)三極管Q4轉(zhuǎn)為截止，電容C2放電導(dǎo)通NMOS管Q5，即固態(tài)繼電器受控導(dǎo)通，外部負(fù)載得電工作；

d.在繼電器導(dǎo)通過程中，由于二極管D2的阻斷作用，當(dāng)外部電源電壓低于電容C2充滿電時(shí)的電壓時(shí)，由電容C2為三極管Q2、 Q3等功率開關(guān)電路供電保證其獲得穩(wěn)定電壓；

e.當(dāng)外部電源出現(xiàn)5ms過零時(shí)段，由于C1的儲(chǔ)能作用，電容 C1可放電維持延時(shí)IC的輸出端輸出高電位，保持步驟c中固態(tài)繼電器受控導(dǎo)通外部負(fù)載得電工作狀態(tài)；

f.當(dāng)外部開關(guān)K由通轉(zhuǎn)為斷開時(shí)，延時(shí)IC停止供電，延時(shí)IC 的輸出端輸出低電位，三極管Q2、Q3變成截止?fàn)顟B(tài)，即PMOS管 Q1變成截止?fàn)顟B(tài)，三極管Q4變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，則NMOS管Q5變成截止?fàn)顟B(tài)；固態(tài)繼電器受控關(guān)閉即外部負(fù)載L失電退出工作；

g.當(dāng)外部開關(guān)K閉合時(shí)間超過延時(shí)IC的設(shè)定時(shí)間時(shí)，延時(shí)IC 的輸出端自動(dòng)由高電位轉(zhuǎn)為低電位，三極管Q2、Q3即變成截止?fàn)顟B(tài)，PMOS管Q1變成截止?fàn)顟B(tài)，三極管Q4變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，則NMOS 管Q5變成截止?fàn)顟B(tài)；固態(tài)繼電器受控關(guān)閉外部負(fù)載失電退出工作。此情況與主動(dòng)斷開外部開關(guān)K的效果一樣，最終NMOS管Q5截止斷電，該功能的作用在于當(dāng)開關(guān)K出現(xiàn)意外粘連脫不開時(shí)，限制了繼電器的輸出，使得負(fù)載不會(huì)因此而燒毀。

本說明書未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。