一种MCU高可靠负载开关的电路和电源的制作方法

一种mcu高可靠负载开关的电路和电源
技术领域
1.本发明涉及负载保护领域，并且更具体地涉及一种mcu高可靠负载开关的电路和电源。


背景技术：

2.采用mcu来控制外部功率开关是常见的需求，比如mcu用adc检测电源电压，当电压出现异常情况的时候，需要快速切断输出进行保护。然而一旦mcu工作异常，导致控制失效，那么可能会造成后端负载烧毁的严重后果。一般情况下，当mcu死机或跑飞的时候，电平是固定的常高或常低，也正因此才造成后端负载开关有可能处于常开不受控的状态。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明实施例的目的在于提出一种mcu高可靠负载开关的电路和电源，通过使用本发明的技术方案，能够对电源故障进行可靠保护，能够防止mcu死机造成的负载无法受保护的状态，在电子电路的各种保护设计中具有很好的通用性。
4.基于上述目的，本发明的实施例的一个方面提供了一种mcu高可靠负载开关的电路，包括：
5.整流电路，整流电路的输入端连接mcu；
6.三极管，三极管的基极连接到整流电路的第一输出端，发射极连接到整流电路的第二输出端并且接地；
7.mos管，mos管的栅极连接到三极管的集电极，源极连接到输入电源，漏极为电路的输出端。
8.根据本发明的一个实施例，整流电路为二倍压整流电路，包括：
9.第一电容，第一电容的第一端连接到mcu；
10.第一二极管，第一二极管的正极连接到第一电容的第二端，负极连接到整流电路的第一输出端；
11.第二二极管，第二二极管的正极接地且连接到整流电路的第二输出端，负极连接到第一二极管的正极；
12.第二电容，第二电容的第一端连接到第一二极管的负极，第二端连接到第二二极管的正极。
13.根据本发明的一个实施例，还包括：
14.电阻，电阻为可调电阻，电阻的第一端连接到整流电路的第一输出端，第二端连接到三极管的基极。
15.根据本发明的一个实施例，三极管为npn型三极管，mos管为p-mos管。
16.根据本发明的一个实施例，还包括：
17.负载电阻，负载电阻的第一端连接到三极管的发射极，第二端连接到mos管的漏极。
18.本发明的实施例的另一个方面，还提供了一种电源，电源包括mcu高可靠负载开关的电路，mcu高可靠负载开关的电路包括：
19.整流电路，整流电路的输入端连接mcu；
20.三极管，三极管的基极连接到整流电路的第一输出端，发射极连接到整流电路的第二输出端并且接地；
21.mos管，mos管的栅极连接到三极管的集电极，源极连接到输入电源，漏极为电路的输出端。
22.根据本发明的一个实施例，整流电路为二倍压整流电路，包括：
23.第一电容，第一电容的第一端连接到mcu；
24.第一二极管，第一二极管的正极连接到第一电容的第二端，负极连接到整流电路的第一输出端；
25.第二二极管，第二二极管的正极接地且连接到整流电路的第二输出端，负极连接到第一二极管的正极；
26.第二电容，第二电容的第一端连接到第一二极管的负极，第二端连接到第二二极管的正极。
27.根据本发明的一个实施例，还包括：
28.电阻，电阻为可调电阻，电阻的第一端连接到整流电路的第一输出端，第二端连接到三极管的基极。
29.根据本发明的一个实施例，三极管为npn型三极管，mos管为p-mos管。
30.根据本发明的一个实施例，还包括：
31.负载电阻，负载电阻的第一端连接到三极管的发射极，第二端连接到mos管的漏极。
32.本发明具有以下有益技术效果：本发明实施例提供的mcu高可靠负载开关的电路，通过设置整流电路，整流电路的输入端连接mcu；三极管，三极管的基极连接到整流电路的第一输出端，发射极连接到整流电路的第二输出端并且接地；mos管，mos管的栅极连接到三极管的集电极，源极连接到输入电源，漏极为电路的输出端的技术方案，能够对电源故障进行可靠保护，能够防止mcu死机造成的负载无法受保护的状态，在电子电路的各种保护设计中具有很好的通用性。
附图说明
33.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施例。
34.图1为根据本发明一个实施例的mcu高可靠负载开关的电路的示意图；
35.图2为根据本发明一个实施例的二倍压整流电路的示意图。
具体实施方式
36.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照
附图，对本发明实施例进一步详细说明。
37.基于上述目的，本发明的实施例的第一个方面，提出了一种mcu高可靠负载开关的电路的一个实施例。图1示出的是该mcu高可靠负载开关的电路的示意图。
38.如图1中所示，该mcu高可靠负载开关的电路可以包括：
39.整流电路，整流电路的输入端连接mcu。整流电路为二倍压整流电路，如图2所示，包括第一电容c1，第一电容c1的第一端连接到mcu，第一二极管d1，第一二极管d1的正极连接到第一电容c1的第二端，负极连接到整流电路的第一输出端，第二二极管d2，第二二极管d2的正极接地且连接到整流电路的第二输出端，负极连接到第一二极管d1的正极，第二电容c2，第二电容c2的第一端连接到第一二极管d1的负极，第二端连接到第二二极管d2的正极。利用电容积分效应，通过方波给电容c1或c2充电，从而将方波转化为电压更高的直流电平。当方波电压为高时，二极管d2截止，d1导通，此时电流回路给电容c2充电，当方波电压为低时，二极管d1截止，d2导通，电流回路给电容c1充电，当方波电压再由低变为高时，此时c1的电压与信号高电压相当于串联工作，d1导通，d2截止，即uc2近似于2倍的ucontrol，方波电压不断在高电平和低电平之间变换，从而也使输出电压近似稳定在2*ucontrol。
40.还包括三极管q1，三极管q1的基极连接到整流电路的第一输出端，发射极连接到整流电路的第二输出端并且接地。在本发明的示例中，三极管q1为npn型三极管。
41.还包括mos管q2，mos管q2的栅极连接到三极管q1的集电极，源极连接到输入电源，漏极为电路的输出端。mos管q2是功率p-mos管，在q1导通时，q2导通以将电源输入电压传输到输出端。
42.还包括电阻r4，电阻r4为可调电阻，电阻r4的第一端连接到整流电路的第一输出端，第二端连接到三极管q1的基极。即电阻r4连接到整流电路和三极管q1之间。
43.mcu不工作状态下均为关闭状态，当方波信号输入时，此负载开关电路工作，将输入电源vin 12v通过q2的漏极输出。当方波信号为固定电平时，此负载开关电路不工作，q2的漏极无输出。通常使用饱和和截止状态作为开关，可以大大减少三极管的温升现象，对于安全应用三极管有重要意义。由于方波的频率越低，c1的容抗越高，q1的基极电流越小，小到一定程度，q1就不能可靠的饱和。简单估算流入三极管的基极电流ib＝vin/x，其中x是回路总阻抗，x＝10kohm+1/(2*3.14*f*c1)，f就是输入频率。如果要使q1饱和，则ib≥vcc/r1/hfe，hfe是三极管直流电流放大系数，故在电路设计时需要根据输出方波信号的频率来调整c1和r4的值，以确保输出的方波信号经过二倍压电路后能使三极管饱和导通，同时使mos管在合理的导通电压控制下完全导通，避免mos管处于半导通状态引起mos管发热烧毁，计算出来理论值后，ib可再留5到10倍的余量就能保证电路的可靠性了。为提高本电路设计的可靠性，设计过程中需要注意mcu输出方波的频率、三极管q1的工作状态区、功率mos管q2的过流能力和发热状态。
44.本发明的电路主要由二倍压整流电路和mos开关电路组成。通过二倍压整流电路将mcu输出的方波信号转化为直流电平，控制三极管的导通与关断，从而控制mos电路的开启与关闭。当mcu发生故障时，二倍压整流电路输出为低电平，三极管不导通，mos管关断进入保护模式。同时通过调整二倍压整流电路中c1的容值，可以调节三极管基极的电流，使三极管导通时处于饱和状态，提高电路的可靠性。
45.通过使用本发明的技术方案，能够对电源故障进行可靠保护，能够防止mcu死机造
成的负载无法受保护的状态，在电子电路的各种保护设计中具有很好的通用性。
46.在本发明的一个优选实施例中，整流电路为二倍压整流电路，包括：
47.第一电容，第一电容的第一端连接到mcu；
48.第一二极管，第一二极管的正极连接到第一电容的第二端，负极连接到整流电路的第一输出端；
49.第二二极管，第二二极管的正极接地且连接到整流电路的第二输出端，负极连接到第一二极管的正极；
50.第二电容，第二电容的第一端连接到第一二极管的负极，第二端连接到第二二极管的正极。利用电容积分效应，通过方波给电容c1或c2充电，从而将方波转化为电压更高的直流电平。当方波电压为高时，二极管d2截止，d1导通，此时电流回路给电容c2充电，当方波电压为低时，二极管d1截止，d2导通，电流回路给电容c1充电，当方波电压再由低变为高时，此时c1的电压与信号高电压相当于串联工作，d1导通，d2截止，即uc2近似于2倍的ucontrol，方波电压不断在高电平和低电平之间变换，从而也使输出电压近似稳定在2*ucontrol。
51.在本发明的一个优选实施例中，还包括：
52.电阻，电阻为可调电阻，电阻的第一端连接到整流电路的第一输出端，第二端连接到三极管的基极。
53.在本发明的一个优选实施例中，三极管为npn型三极管，mos管为p-mos管。
54.在本发明的一个优选实施例中，还包括：
55.负载电阻，负载电阻的第一端连接到三极管的发射极，第二端连接到mos管的漏极。
56.通过使用本发明的技术方案，能够对电源故障进行可靠保护，能够防止mcu死机造成的负载无法受保护的状态，在电子电路的各种保护设计中具有很好的通用性。
57.基于上述目的，本发明的实施例的第二个方面，提出了一种电源，电源包括mcu高可靠负载开关的电路，mcu高可靠负载开关的电路包括：
58.整流电路，整流电路的输入端连接mcu。整流电路为二倍压整流电路，如图2所示，包括第一电容c1，第一电容c1的第一端连接到mcu，第一二极管d1，第一二极管d1的正极连接到第一电容c1的第二端，负极连接到整流电路的第一输出端，第二二极管d2，第二二极管d2的正极接地且连接到整流电路的第二输出端，负极连接到第一二极管d1的正极，第二电容c2，第二电容c2的第一端连接到第一二极管d1的负极，第二端连接到第二二极管d2的正极。利用电容积分效应，通过方波给电容c1或c2充电，从而将方波转化为电压更高的直流电平。当方波电压为高时，二极管d2截止，d1导通，此时电流回路给电容c2充电，当方波电压为低时，二极管d1截止，d2导通，电流回路给电容c1充电，当方波电压再由低变为高时，此时c1的电压与信号高电压相当于串联工作，d1导通，d2截止，即uc2近似于2倍的ucontrol，方波电压不断在高电平和低电平之间变换，从而也使输出电压近似稳定在2*ucontrol。
59.还包括三极管q1，三极管q1的基极连接到整流电路的第一输出端，发射极连接到整流电路的第二输出端并且接地。在本发明的示例中，三极管q1为npn型三极管。
60.还包括mos管q2，mos管q2的栅极连接到三极管q1的集电极，源极连接到输入电源，漏极为电路的输出端。mos管q2是功率p-mos管，在q1导通时，q2导通以将电源输入电压传输
到输出端。
61.还包括电阻r4，电阻r4为可调电阻，电阻r4的第一端连接到整流电路的第一输出端，第二端连接到三极管q1的基极。即电阻r4连接到整流电路和三极管q1之间。
62.mcu不工作状态下均为关闭状态，当方波信号输入时，此负载开关电路工作，将输入电源vin 12v通过q2的漏极输出。当方波信号为固定电平时，此负载开关电路不工作，q2的漏极无输出。通常使用饱和和截止状态作为开关，可以大大减少三极管的温升现象，对于安全应用三极管有重要意义。由于方波的频率越低，c1的容抗越高，q1的基极电流越小，小到一定程度，q1就不能可靠的饱和。简单估算流入三极管的基极电流ib＝vin/x，其中x是回路总阻抗，x＝10kohm+1/(2*3.14*f*c1)，f就是输入频率。如果要使q1饱和，则ib≥vcc/r1/hfe，hfe是三极管直流电流放大系数，故在电路设计时需要根据输出方波信号的频率来调整c1和r4的值，以确保输出的方波信号经过二倍压电路后能使三极管饱和导通，同时使mos管在合理的导通电压控制下完全导通，避免mos管处于半导通状态引起mos管发热烧毁，计算出来理论值后，ib可再留5到10倍的余量就能保证电路的可靠性了。为提高本电路设计的可靠性，设计过程中需要注意mcu输出方波的频率、三极管q1的工作状态区、功率mos管q2的过流能力和发热状态。
63.本发明的电路主要由二倍压整流电路和mos开关电路组成。通过二倍压整流电路将mcu输出的方波信号转化为直流电平，控制三极管的导通与关断，从而控制mos电路的开启与关闭。当mcu发生故障时，二倍压整流电路输出为低电平，三极管不导通，mos管关断进入保护模式。同时通过调整二倍压整流电路中c1的容值，可以调节三极管基极的电流，使三极管导通时处于饱和状态，提高电路的可靠性。
64.通过使用本发明的技术方案，能够对电源故障进行可靠保护，能够防止mcu死机造成的负载无法受保护的状态，在电子电路的各种保护设计中具有很好的通用性。
65.在本发明的一个优选实施例中，还包括：
66.电阻，电阻为可调电阻，电阻的第一端连接到整流电路的第一输出端，第二端连接到三极管的基极。
67.在本发明的一个优选实施例中，三极管为npn型三极管，mos管为p-mos管。
68.在本发明的一个优选实施例中，还包括：
69.负载电阻，负载电阻的第一端连接到三极管的发射极，第二端连接到mos管的漏极。
70.通过使用本发明的技术方案，能够对电源故障进行可靠保护，能够防止mcu死机造成的负载无法受保护的状态，在电子电路的各种保护设计中具有很好的通用性。
71.本领域技术人员还将明白的是，结合这里的公开所描述的各种示例性逻辑块、模块、电路和算法步骤可以被实现为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清楚地说明硬件和软件的这种可互换性，已经就各种示意性组件、方块、模块、电路和步骤的功能对其进行了一般性的描述。这种功能是被实现为软件还是被实现为硬件取决于具体应用以及施加给整个系统的设计约束。本领域技术人员可以针对每种具体应用以各种方式来实现的功能，但是这种实现决定不应被解释为导致脱离本发明实施例公开的范围。
72.以上是本发明公开的示例性实施例，但是应当注意，在不背离权利要求限定的本发明实施例公开的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。根据这里描述的公开实施例
的方法权利要求的功能、步骤和/或动作不需以任何特定顺序执行。此外，尽管本发明实施例公开的元素可以以个体形式描述或要求，但除非明确限制为单数，也可以理解为多个。
73.所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明实施例的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的保护范围之内。

技术特征：
1.一种mcu高可靠负载开关的电路，其特征在于，包括：整流电路，所述整流电路的输入端连接mcu；三极管，所述三极管的基极连接到所述整流电路的第一输出端，发射极连接到所述整流电路的第二输出端并且接地；mos管，所述mos管的栅极连接到所述三极管的集电极，源极连接到输入电源，漏极为电路的输出端。2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述整流电路为二倍压整流电路，包括：第一电容，所述第一电容的第一端连接到mcu；第一二极管，所述第一二极管的正极连接到所述第一电容的第二端，负极连接到整流电路的第一输出端；第二二极管，所述第二二极管的正极接地且连接到整流电路的第二输出端，负极连接到所述第一二极管的正极；第二电容，所述第二电容的第一端连接到所述第一二极管的负极，第二端连接到所述第二二极管的正极。3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，还包括：电阻，所述电阻为可调电阻，所述电阻的第一端连接到所述整流电路的第一输出端，第二端连接到所述三极管的基极。4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述三极管为npn型三极管，所述mos管为p-mos管。5.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，还包括：负载电阻，所述负载电阻的第一端连接到所述三极管的发射极，第二端连接到所述mos管的漏极。6.一种电源，其特征在于，所述电源包括mcu高可靠负载开关的电路，所述mcu高可靠负载开关的电路包括：整流电路，所述整流电路的输入端连接mcu；三极管，所述三极管的基极连接到所述整流电路的第一输出端，发射极连接到所述整流电路的第二输出端并且接地；mos管，所述mos管的栅极连接到所述三极管的集电极，源极连接到输入电源，漏极为电路的输出端。7.根据权利要求6所述的电源，其特征在于，所述整流电路为二倍压整流电路，包括：第一电容，所述第一电容的第一端连接到mcu；第一二极管，所述第一二极管的正极连接到所述第一电容的第二端，负极连接到整流电路的第一输出端；第二二极管，所述第二二极管的正极接地且连接到整流电路的第二输出端，负极连接到所述第一二极管的正极；第二电容，所述第二电容的第一端连接到所述第一二极管的负极，第二端连接到所述第二二极管的正极。8.根据权利要求6所述的电源，其特征在于，还包括：电阻，所述电阻为可调电阻，所述电阻的第一端连接到所述整流电路的第一输出端，第
二端连接到所述三极管的基极。9.根据权利要求6所述的电源，其特征在于，所述三极管为npn型三极管，所述mos管为p-mos管。10.根据权利要求6所述的电源，其特征在于，还包括：负载电阻，所述负载电阻的第一端连接到所述三极管的发射极，第二端连接到所述mos管的漏极。

技术总结
本发明提供了一种MCU高可靠负载开关的电路和电源，电路包括：整流电路，整流电路的输入端连接MCU；三极管，三极管的基极连接到整流电路的第一输出端，发射极连接到整流电路的第二输出端并且接地；MOS管，MOS管的栅极连接到三极管的集电极，源极连接到输入电源，漏极为电路的输出端。通过使用本发明的方案，能够对电源故障进行可靠保护，能够防止MCU死机造成的负载无法受保护的状态，在电子电路的各种保护设计中具有很好的通用性。设计中具有很好的通用性。设计中具有很好的通用性。


技术研发人员：秦东旭 李善荣 翟乐
受保护的技术使用者：西安超越申泰信息科技有限公司
技术研发日：2023.06.19
技术公布日：2023/8/28