專利名稱：直流電源開關及其實現方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電源開關技術，具體涉及一種直流電源開關及其實現方法。
背景技術：
在人們的日常生活、工業(yè)生產及各行各業(yè)中，電源無處不在，無處不有， 而電源開關的性能將直接影響到電源的使用壽命和被供電設備的可靠運行。 目前，廣泛運用在直流電源設備上的開關為傳統(tǒng)的機械式開關和電磁式開 關。
機械式電源開關，依賴于機械力平衡原理實現開關的閉合或斷開，機械
式電源開關包括鈕子開關及旋轉開關等。機械式電源開關具有以下缺點
(1) 由于依靠機械力量接通或斷開觸點，觸點在閉合瞬間會產生電弧 現象，久而久之，觸點氧化，其接觸電阻將逐漸增大，導致開關的可靠性降 低、開關壽命受到影響；機械式電源開關不能實現電源過欠檢測及自動關斷 輸出電壓的功能。也就是，機械式電源開關的性能低。
(2) 機械式電源開關的觸點常采用鍍金或鍍銀工藝制造，成本較高、 工藝復雜。
(3) 由于受到機械式結構的局限和機械力的限制，開關的尺寸較大， 不宜作為大功率的電源開關。
電磁式電源開關，依賴于電磁鐵力平衡原理實現開關的閉合或斷開。電 》茲式電源開關具有以下缺點
(1)由于依靠電磁力來接通或斷開觸點，觸點在閉合瞬間會產生電弧 現象，久而久之，觸電接觸電阻將逐漸增大，導致開關的可靠性降低、開關 壽命受到影響；電磁式電源開關不能實現電源過欠檢測及自動關斷輸出電壓
的功能。也就是，電磁式電源開關的性能低。
(
2) 電磁式電源開關的觸點常采用鍍金或鍍銀工藝制造，成本校高、 工藝復雜。
(3) 由于受到電磁式結構的影響，開關的尺寸較大，不宜作為大功率
的電源開關。
由以上分析可見，現有的機械式開關和電磁式開關都具有性能低，以及 成本高、工藝復雜和尺寸大等缺點。

發(fā)明內容
本發(fā)明實施例提供一種直流電源開關，該直流電源開關能夠提高直流電 源開關性能。
本發(fā)明實施例提供 一 種直流電源開關的實現方法，該方法能夠提高直流 電源開關性能。
一種直流電源開關，包括電壓異常控制模塊、延時及斜坡控制模塊和功
率開關模塊；
所述電壓異?？刂颇K，用于檢測出輸入直流電源開關的電壓為正常 時，傳送導通功率開關模塊的信號給延時及斜坡控制模塊；檢測出輸入直流 電源開關的電壓為異常時，傳送斷開功率開關模塊的信號給延時及斜坡控制 模塊；
所述延時及斜坡控制模塊，用于接收所述導通功率開關模塊的信號，延 時所述功率開關模塊的導通，通過所述功率開關模塊控制輸出直流電源開關 的電壓斜坡上升或下降到正常電壓；接收所迷斷開功率開關模塊的信號，控 制功率開關模塊斷開；
所述功率開關模塊，用于在所述延時及斜坡控制模塊控制下，提供輸入
直流電源開關的電壓給供電設備，或者，斷開提供給供電設備的輸入直流電 源開關的電壓。
一種直流電源開關的實現方法，該方法包括
檢測出輸入直流電源開關的電壓為正常時，將提供給供電設備的輸入直流
電源開關的電壓延時，且斜坡上升或下降到正常電壓；檢測出輸入直流電源開
關的電壓異常時，斷開提供給供電設備的輸入直流電源開關的電壓。
從上述方案可以看出，本發(fā)明實施例對輸入直流電源開關的電壓進行檢 測并控制，在輸入直流電源開關的電壓正常時才對供電設備供電，并且對從 直流電源開關輸出給供電設備的電壓進行延時和斜坡處理，實現恒流及斜坡 輸出電壓給供電設備，這樣，不會像現有技術那樣產生電弧現象。從而，本 發(fā)明實施例的直流電源開關提高了電子開關的性能。


圖1為本發(fā)明實施例直流電源開關的結構示意圖例；
圖2為本發(fā)明實施例直流電源開關的電路圖一；
圖3為圖2中過欠壓檢測模塊111的電路圖4為圖2中電壓異常關閉輸出控制模塊112和手動控制開關模塊130 的電路圖5為圖2中延時及斜坡控制模塊120及功率開關模塊140的電路圖6為圖2中輸出電壓正常顯示模塊150的電路圖7為本發(fā)明實施例直流電源開關的電路圖二。
具體實施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，下面結合實施例和 附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。
參見圖1，為本發(fā)明實施例直流電源開關的結構示意圖，該直流電源開 關包括電壓異?？刂颇K110、延時及斜坡控制模塊120、手動控制開關模 塊130和功率開關模塊140。
電壓異常控制模塊11O，用于檢測出輸入直流電源開關的電壓為正常時， 傳送導通功率開關模塊的信號給延時及斜坡控制模塊120，檢測出輸入直流
電源開關的電壓為異常時，傳送斷開功率開關模塊的信號給延時及斜坡控制 模塊120。電壓異?？刂颇K110包括過欠壓檢測模塊111和電壓異常關閉
輸出控制模塊112。
過欠壓檢測模塊111,用于對輸入直流電源開關的電壓進行過欠壓檢測， 檢測出電壓正常時向電壓異常關閉輸出控制模塊112發(fā)送電壓正常的指示
壓異常的指示信號。
電壓異常關閉輸出控制模塊112，用于根據接收到的由過欠壓檢測模塊 111傳送的電壓正常的指示信號，傳送導通功率開關模塊的信號給延時及斜 坡控制模塊120;根據接收到的由過欠壓檢測模塊111傳送的電壓異常的指 示信號，傳送斷開功率開關模塊的信號給延時及斜坡控制模塊120。直流電 源開關的直流電源輸入還可以作為電壓異常關閉輸出控制模塊112的輸入， 為電壓異常關閉輸出控制模塊112提供供電。
電壓異?？刂颇KIIO對輸入直流電源開關的電壓進行過欠壓檢測，避 免了因輸入電壓異常(過高或過低)，導致供電系統(tǒng)異常工作，甚至導致直 流電源開關或供電設備損壞、出現安全事故或隱患。
延時及斜坡控制模塊120,置于電壓異常關閉輸出控制模塊112和功率 開關模塊140之間，用于當接收電壓異常關閉輸出控制模塊112傳送的導通 功率開關模塊的信號時，延時功率開關模塊140的導通，通過功率開關模塊 140控制輸出直流電源開關的電壓斜坡上升或下降到正常電壓；當接收電壓 異常關閉輸出控制模塊112傳送的斷開功率開關模塊的信號時，控制功率開 關模塊140斷開。直流電源開關的直流電源輸入還可以作為延時及斜坡控制 模塊120的輸入，為延時及斜坡控制模塊120提供供電。
延時及斜坡控制模塊120可以延時功率開關模塊140的導通，并且通過 對功率開關模塊140的控制，使由功率開關模塊141提供給供電設備的電壓 斜坡上升或下降。提供給供電設備的電壓斜坡上升或下降的過程，也就是功 率開關模塊140從開始導通至完全導通的過程。這樣，實現了恒定的電源輸
出啟動電流或限流啟動的功能，避免了在較大容性負載條件下，產生大浪涌 啟動電流現象，不會產生電弧現象，從而提高了開關器件的壽命。
手動控制開關模塊130，與電壓異?？刂颇KUO相連接，具體地，與 電壓異常關閉輸出控制模塊112相連接，用于在電壓異常控制模塊IIO檢測 出輸入直流電源開關的電壓為異常時，控制電壓異?？刂颇KIIO處于自鎖 狀態(tài)，使其輸出保持為斷開功率開關模塊的信號，通過延時及斜坡控制模塊 120傳送給功率開關模塊40,直到通過手動地控制手動控制開關模塊130 來解除電壓異?？刂颇K112的自鎖狀態(tài)。
手動控制開關模塊130可選，其實現的具體電路圖可結合圖4。圖4中， 手動控制開關模塊130的觸點2與觸點3相接時，若電壓異?？刂颇K110 檢測出輸入直流電源開關的電壓為異常，則電壓異?？刂颇KUO與手動控 制開關模塊130形成自鎖回路，使電壓異?？刂颇KIIO處于自鎖狀態(tài)，輸 出斷開功率開關模塊的信號。之后，即使電壓異?？刂颇KUO檢測出輸入 直流電源開關的電壓為正常，電壓異常控制模塊110的輸出保持為斷開功率 開關模塊的信號，要解除自鎖狀態(tài)，將圖4中的手動控制開關模塊130從觸 點3切換至觸點1即可。待輸入直流電源開關的電壓正常后，可再將手動控 制開關模塊130從觸點1切換到觸點3?？梢?，手動控制開關模塊130可防 止輸入直流電源開關的電壓在欠壓點或過壓點連續(xù)波動時使功率開關模塊 反復導通、斷開，而造成對直流電源開關或供電設備的損壞。
功率開關模塊140，用于在延時及斜坡控制模塊120的控制下，提供輸 入直流電源開關的電壓給供電設備，或者，斷開提供給供電設備的輸入直流電 源開關的電壓。功率開關模塊140可以采用MOS開關或三極管等實現。
輸出電壓正常顯示模塊150,與功率開關模塊140相連，用于實現直流 電源開關對供電設備正常供電時的狀態(tài)顯示。輸出電壓正常顯示模塊150可 選。
根據實際設計情況，本發(fā)明實施例直流電源開關結構的實現方式多種多 樣，這里，以圖2所示的電路為例對圖1所示的結構進行具體說明。其中功率開關模塊140采用MOS開關實現。
參見圖2，為本發(fā)明實施例直流電源開關的電路圖一。圖2為對應圖1 的一具體實現電路，其中的各部分電路具體參見圖3至圖6。
參見圖3，為圖2中過欠壓檢測模塊111的電路圖，圖3中，過欠壓檢 測模塊的電路采用2片TL431 (Ul、 U2)和外圍電阻實現，所述外圍電阻 包括R1、 R2、 R3、 R4和R5。 TL431是具有基準電壓的電壓比較器，其基 準電壓V「ef為2.5V或1.25V。由Rl、 R2和Ul實現過壓檢測，由R3、 R4 和U2實現欠壓檢測。輸入過欠壓檢測模塊電路的過壓檢測點為(1+R1/R2) xVref;輸入過欠壓檢測模塊電路的欠壓檢測點為(l+R3/R4) x vref。當輸 入欠壓檢測模塊電路的電壓在欠壓檢測點和過欠壓檢測點之間時，欠壓檢測 模塊電路輸出為低電平電壓，否則，輸出為高電平電壓。
參見圖4，為圖2中電壓異常關閉輸出控制模塊112和手動控制開關模 塊130的電路圖，該電路輸入為過欠壓檢測模塊111的電路的輸出。當電壓 異常關閉控制模塊112的輸入為高電平電壓，也就是輸入直流電源開關的電 源電壓異常，即低于欠壓檢測點或高于過壓檢測點時，NM0S管Q1導通， NPN三極管Q2截至，NPN三極管Q3導通，電壓異常關閉輸出控制模塊112 的輸出為低電平電壓；當電壓異常關閉輸出控制模塊112的輸入為低電平電 壓，也就是輸入直流電源開關的電源電壓為正常值，即輸入直流電源開關的 電源電壓在欠壓檢測點和過壓檢測點之間，電壓異常關閉輸出控制模塊112 的輸出為高電平電壓。
若將手動控制開關模塊SW中2連接至觸點3,如果此時直流電源開關 的輸入為異常電壓，則電壓異常關閉輸出控制模塊112處于自鎖狀態(tài)，電壓 異常關閉輸出控制模塊112輸出為低電平電壓。如果之后直流電源開關的輸 入變?yōu)檎ｋ妷?，則電壓異常關閉輸出控制模塊112仍然處于自鎖狀態(tài)，電 壓異常關閉輸出控制模塊112輸出保持低電平。這種情況下，將手動控制開 關模塊SW從觸點3切換至觸點1，再轉換到觸點2，便可解除自鎖。
圖4中，電壓異常關閉輸出控制模塊112的輸入信號與輸出信號通過二
極管D1、 D2實現與邏輯關系，電容C1為防抖動電容，用于保證輸入直流 電源開關的電源電壓瞬時變化時電壓異常關閉輸出控制模塊112的輸出不 變
參見圖5,為圖2中延時及斜坡控制模塊120及MOS開關的電路圖。 下面對MOS開關關斷工作狀況和閉合工作狀況分別進行說明。
1 ) MOS開關關斷工作狀況。延時及斜坡控制模塊120的輸入為電壓異 常關閉輸出控制模塊112的輸出，當延時及斜坡控制模塊120的輸入為低電 平，即直流電源開關的輸入電壓異常時，圖5中PNP三極管Q4導通，電容 C2的電壓通過Q4和R14泄放，MOS開關的一冊-源極電壓VGS低于閾值電 壓，MOS開關截至，直流電源開關的輸出電壓為0。
2) MOS開關閉合工作狀況。當延時及斜坡控制模塊120的輸入為高電 平，即直流電源開關的輸入電壓正常時，此圖5中PNP三極管Q4截至，直 流電源的輸入電壓通過C2、 D3、 C3、 R19和輸出負載電容構成瞬時電流通 路，R19為限流電阻，通常反饋電容C3遠小于其它電容，其兩端電壓迅速 達到直流電源開關的輸入電壓。
然后，R15、 R16對電容C2進行充電，當C2兩端電壓充電達到某一確 定電壓值[Vgh (th)十Vd]時，MOS開關柵極達到導通閾值電壓Vgh (th )， MOS開關開始導通，導通時間的長短由電阻R15、 R16和電容C2共同確定。 從R15、 R16對電容C2進行充電，至C2兩端電壓充電達到某一確定電壓值 [Vgh (th)十Vd]的過程，也就是延時MOS管導通的過程。
MOS開關開始導通后，對C2繼續(xù)充電使MOS開關柵源達到平臺電壓 (Vplt)，這時反饋電容C3、 MOS開關源/漏極、延時及斜坡控制模塊120 輸出電壓以相同電壓變化率改變；延時及斜坡控制模塊120的輸出電壓以恒 定電壓變化速率從OV到直流電源開關的輸入電壓值；延時及斜坡控制模塊 120的輸出電壓達到直流電源開關的輸入電壓值后，R15、 R16對電容C2繼 續(xù)充電達到直流電源開關的輸入電壓值，MOS開關的導通電阻RDS最小， 導通電壓VDS也達到最低值，直流電源開關輸出正常電壓。從MOS開關開始導通至直流電源開關輸出正常電壓的過程，為MOS開關控制輸出電壓斜
坡上升，直至MOS開關輸出正常電壓的過程。
反饋電容C3大小由流過反饋電容C3的電流、延時斜坡控制模塊120 的電源輸出允許的浪涌電流和輸出負載電容確定。延時及斜坡控制模塊120 的電源輸出電壓變化速率為延時及斜坡控制模塊120的電源輸出允許的浪 涌電流與延時及斜坡控制模塊120的輸出負載電容的比值。
參見圖6,為圖2中輸出電壓正常顯示模塊150的電路示意圖，電源輸 出電壓正常顯示電路采用發(fā)光二極管LED串接限流電阻R20實現。當直流 電源開關的輸入電壓在欠壓^r測點與過壓4全測點之間時，電源輸出電壓正 常，發(fā)光二極管LED點亮。在直流電源開關的不同電源電壓輸入情況下， 通過選擇串接限流電阻R20，使發(fā)光二極管LED的工作電流在5 ~ 10mA范 圍內。
圖2以直流正電源輸入直流電源開關為例對圖1的直流電源開關進行了 說明，下面以圖7的電路對直流負電源輸入直流電源開關的情況進行具體的 舉例說明。參見圖7,為本發(fā)明實施例直流電源開關的電路示意圖例二，與 圖2的電路相比，過欠壓檢測模塊、電壓異常關閉輸出控制模塊、手動控制 開關模塊和輸出電壓正常顯示模塊分別類似。因為此時直流電源開關的輸入 為負電源，所以延時及斜坡控制模塊和MOS開關的具體實現電路有些差異， 圖2中MOS開關為P型MOS開關，圖7中MOS開關為N型MOS開關。 當所述延時及斜坡控制模塊接收電壓異常關閉輸出控制模塊傳送的導通功 率開關模塊的信號時，延時功率開關模塊的導通，通過功率開關模塊控制輸 出直流電源開關的電壓斜坡下降到正常電壓；當接收電壓異常關閉輸出控制 模塊傳送的斷開功率開關模塊的信號時，控制功率開關模塊斷開。
當然，采用本發(fā)明實施例的思路能實現的直流電源開關不僅限上面所舉 的電路，這里不——列舉。
本發(fā)明實施例還提供一種直流電源開關的實現方法，該方法包括
檢測出輸入直流電源開關的電壓為正常時，將提供給供電設備的輸入直流
電源開關的電壓延時，且斜坡上升或下降到正常電壓；檢測出輸入直流電源開
關的電壓異常時，斷開提供給供電設備的輸入直流電源開關的電壓。
可選地，在提供給供電設備的輸入直流電源開關的電壓延時，且斜坡上升
或下降到正常電壓之后，該方法包括顯示直流電源開關給供電設備正常供電 時的狀態(tài)。
本發(fā)明實施例的直流電源開關實現了對輸入直流電源開關的電壓進行 檢測并控制，在輸入直流電源開關的電壓正常時才對供電設備供電，并且對 從直流電源開關輸出給供電設備的電壓進行延時和斜坡處理，實現恒流及斜 坡輸出電壓給供電設備，這樣，不會像現有技術那樣產生電弧現象。從而， 本發(fā)明實施例的直流電源開關提高了電子開關的性能。
并且，本發(fā)明實施例方案可采用常規(guī)、通用器件設計，其實現筒便。
需要說明的是，本發(fā)明實施例直流電源開關可以模塊電路的形態(tài)出現在 相關功能需求的電路設計中，與相關設備融合在一起使用；也可以小模塊部 件的以獨立的形態(tài)出現在相關需求的設備中。
不僅如此，直流電源開關的功率開關模塊采用MOS開關時，本發(fā)明實 施例的直流電源開關還包括以下效果
1 )直流電源開關成本主要體現為2片通用器件TL431和功率MOS管 的成本，而2片通用器件TL431和功率MOS管的成本低，這樣，降低了成 本。
2)直流電源開關的調整方便，針對不同功率、電壓需求，僅需要選擇 不同規(guī)格的MOS開關，即可滿足設計要求。
3 )直流電源開關的功率開關模塊為MOS開關時，本發(fā)明實施例直流電 源開關的主回路中僅串接了 MOS開關，是直流電源開關中唯一耗能元件， 因而本發(fā)明實施例直流電源開關的體積主要體現在MOS開關上，而開關閉 合時功率MOS開關管的內阻很小，因而直流電源開關的體積較小。這樣， 減小了直流電源開關的體積，也便于安裝，可制作成大功率的電源開關。
以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已， 并不用于限定本發(fā)明的保護范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所做的任 何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1、一種直流電源開關，其特征在于，包括電壓異常控制模塊、延時及斜坡控制模塊和功率開關模塊；所述電壓異?？刂颇K，用于檢測出輸入直流電源開關的電壓為正常時，傳送導通功率開關模塊的信號給延時及斜坡控制模塊；檢測出輸入直流電源開關的電壓為異常時，傳送斷開功率開關模塊的信號給延時及斜坡控制模塊；所述延時及斜坡控制模塊，用于接收所述導通功率開關模塊的信號，延時所述功率開關模塊的導通，通過所述功率開關模塊控制輸出直流電源開關的電壓斜坡上升或下降到正常電壓；接收所述斷開功率開關模塊的信號，控制所述功率開關模塊斷開；所述功率開關模塊，用于在所述延時及斜坡控制模塊控制下，提供所述輸入直流電源開關的電壓給供電設備，或者，斷開提供給供電設備的所述輸入直流電源開關的電壓。
2、 如權利要求1所述的直流電源開關，其特征在于，所述直流電源開關進 一步包括手動控制開關模塊，用于在所述電壓異?？刂颇K檢測出輸入直流電 源開關的電壓為異常時，控制所述電壓異?？刂颇K處于自鎖狀態(tài)，使其輸出 保持為斷開功率開關模塊的信號給所述功率開關模塊，直到通過手動地控制手 動控制開關模塊來解除所述電壓異?？刂颇K的自鎖狀態(tài)。
3、 如權利要求1所述的直流電源開關，其特征在于，所述電壓異?？刂颇?塊包括過欠壓檢測模塊和電壓異常關閉輸出控制模塊；所述過欠壓檢測模塊，用于對輸入直流電源開關的電壓進行過欠壓檢測， 檢測出電壓正常時向所述電壓異常關閉輸出控制模塊發(fā)送電壓正常的指示信 號，檢測出電壓為過壓或欠壓時向所述電壓異常關閉輸出控制模塊發(fā)送電壓異 常的指示信號；所述電壓異常關閉輸出控制模塊，用于根據接收到的由所述過欠壓檢測模 塊傳送的電壓正常的指示信號，傳送導通功率開關模塊的信號給所述延時及斜坡控制模塊；根據接收到的由所述過欠壓檢測模塊傳送的電壓異常的指示信號，傳送斷開功率開關模塊的信號給所述延時及斜坡控制模塊。
4、 如權利要求1所述的直流電源開關，其特征在于，所述直流電源開關還包括輸出電壓正常顯示模塊，與所述功率開關模塊相連，用于實現直流電源開 關對供電設備正常供電時的狀態(tài)顯示。
5、 如權利要求1所述的直流電源開關，其特征在于，所述功率開關模塊為 MOS開關或三極管。
6、 一種直流電源開關的實現方法，其特征在于，該方法包括檢測出輸入直流電源開關的電壓為正常時，將提供給供電設備的輸入直流 電源開關的電壓延時，且斜坡上升或下降到正常電壓；檢測出輸入直流電源開 關的電壓異常時，斷開提供給供電設備的輸入直流電源開關的電壓。
7、 如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述將提供給供電設備的輸入 直流電源開關的電壓延時，且斜坡上升或下降到正常電壓之后，該方法包括 顯示直流電源開關給供電設備正常供電時的狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明實施例公開了一種直流電源開關，包括電壓異?？刂颇K、延時及斜坡控制模塊和功率開關模塊；所述電壓異?？刂颇K，用于傳送導通功率開關模塊的信號給延時及斜坡控制模塊，傳送斷開功率開關模塊的信號給延時及斜坡控制模塊；所述延時及斜坡控制模塊，用于延時所述功率開關模塊的導通，通過所述功率開關模塊控制輸出直流電源開關的電壓斜坡上升或下降到正常電壓；所述功率開關模塊，用于在所述延時及斜坡控制模塊控制下，提供輸入直流電源開關的電壓給供電設備，或者，斷開提供給供電設備的輸入直流電源開關的電壓。本發(fā)明實施例還公開了一種直流電源開關的實現方法。本發(fā)明實施例的直流電源開關方案提高了直流電源開關的性能。
文檔編號H02M3/02GK101202500SQ200710165108
公開日2008年6月18日 申請日期2007年10月29日 優(yōu)先權日2007年10月29日
發(fā)明者李華福, 陳繼高, 馬立賓 申請人:華為技術有限公司