电流感应开关常闭型的自导通技术与原理
一般时,我们应用到的开关几乎是常开的,即常态下,开关的触点是断开的。比如家用的控灯开关,白天或不用时要求断开;又如电机控制开关(交流接触器等),也是断开的,
但在实际应用中,我们需要在特殊的情况下输出一个信号,比如没电的时候,要求输出一个报警信号,这时就要用到常闭的开关了。
电流感应开关的输出状态也是有两种的。
一种是常开的,即电流未达到设定的阀值时,开关的状态是断开的,如图-01;当电流达到或超过设定的阀值时,A点便得到一个驱动信号,Q1、Q2导通便输出一个开关量的信号(K1、K2闭合),以供PLC或自动化设备执行相应功能。
一种是常闭的,即电流未达到设定的阀值时,开关的状态是闭合的,如图-02;当电流小于设定的阀值时,A点就没有驱动信号,但也要输出一个开关量的信号,以便告知设备轻载或空载状态。
常开开关的技术处置相对于常闭的来说,相对是容易的,当电流达到设定值时,便会有足够的能量来驱动开关闭合。但对于常闭量的电子开关来说,与常开量的是两种不同的状况,无源电流感应开关毕竟不能采用机械触点的继电器等。
现在来说一说常闭导通的实现。
要在没电驱动的情况下实现电子开关的导通,即Q1、Q2闭合,K1、K2导通,首先想到的是耗尽型的N沟道MOS管,它自身可以在不外加电势的情况下而导通,但是现在阶段的耗尽型MOS管成本高、能流过的电流相对来说很小,一般600V-650V管子的电流也是在150mA以下,电流在500mA左右的耐压普遍不高,约在200V以下,但在实际的应用中,得考滤实际应用时的各种条件,电流取值也是在四分之一左右,很少达到三分之一。
如果不能采用耗尽型的MOS管作为功率开关,那就采用双向晶闸管(双向可控硅)加小功率的耗尽型MOS管以实现常闭的要求,但可控硅只能接交流而不能接直流,若对于要求接直流电的场合,却是不符合要求。
现在,我们讨论一下用普通增强型MOS管来实现常闭的技术要求。如图-03示
图-03便是采用自导通技术的常闭型开关电路图
当A点和B点均没有驱动信号时,Q1、Q2、Q3均是断开状态的,此时L、N接上电源,即电感线圈L1接上电源,则电流是从L→L1电感→K1→D1→C→R1、R2给Q1、Q2的G极加上一个高电势,此时Q1、Q2导通,K1通过Q1和Q2与K2(即N)连在一起。因A点有了高电势,Q1、Q2导通,此时K1、K2间的电势差(可以看作是电压差)变得很低了,大部分电势能加在了电感线圈L1上。此即为自导通。
此时若在A点加一个驱动信号,但此信号不是和经过C点的高电势叠加于Q1和Q2的G极的,而是并在一起,哪个电势高就哪个起主导作用。若在B点加一个驱动信号,则Q3导通,A点(Q1、Q2的G极)对GND短路,Q1、和Q2断开,此时所有的电势能加在了K1、K2上,电感线圈L1是则有电压而没电流,不动作了。
此自导通技术的缺点是K1、K2间的电势差比较大,一般会达到3V或以上,同时也会有一定的泄漏电流,一般为50uA@240Vac左右。也有承受电流小(500mA以内),但是成本相对于耗尽型的低。
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黄帝纪年:四千七百一十九年 八月廿四日
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