场效应晶体管继电器电路、控制电路及轨道车辆

技术领域

本发明涉及电路技术，尤其涉及一种场效应晶体管继电器电路、控制电路及轨道车辆。

背景技术

随着轨道交通技术的发展，城市轻轨、地铁以及铁路等各种轨道车辆的使用越来越广泛。

在各种轨道车辆中，微控制单元(Micro Controller Unit,MCU)通过输出信号对车辆中的各种器件进行控制，例如MCU通过输出的数字量输出信号控制继电器的通断来进行控制各种器件的通断。

现有技术中通常采用固态、机械式继电器来控制各种器件，这种固态、机械式继电器占用印制电路板(Printed Circuit Board，PCB)面积大、成本也较高，不适用于多路数字量输出信号的轨道车辆中。

发明内容

本发明提供一种场效应晶体管继电器电路、控制电路及轨道车辆，以减小继电器电路占用的PCB板面积，降低成本。

第一方面，本发明提供一种场效应晶体管继电器电路，包括：电流放大电路、驱动电路和场效应晶体管；

所述电流放大电路、所述驱动电路连接和所述场效应晶体管依次连接；所述电流放大电路还与微控制单元MCU的数字量输出端连接；

所述电流放大电路用于将所述MCU的数字量输出信号的电流进行放大；

所述驱动电路用于根据放大后的所述数字量输出信号控制所述场效应晶体管开通或关断。

该场效应晶体管继电器电路采用集成电路的方式占用PCB空间小、成本低，从而可以适用于多路数字量输出的系统中，且该场效应晶体管继电器电路中没有触点，在场效应晶体管通断的瞬间不会出现电火花，抑制了对外电磁辐射的发生，且使用寿命也比固态、机械式继电器更长。

可选的，该继电器电路还包括：与门电路；

所述与门电路的两个输入端分别与所述MCU的数字量输出端连接；所述与门电路的输出端与所述电流放大电路连接。

该继电器电路通过与门电路对MCU DO端的数字量输出信号的噪音干扰等进行过滤，避免了场效应晶体管的误开通，提高了场效应晶体管继电器电路的可靠性。

可选的，该继电器电路还包括：隔离电路；

所述隔离电路分别与所述电流放大电路和所述驱动电路连接；

所述隔离电路用于对所述电流放大电路、所述驱动电路以及所述场效应晶体管进行电气隔离。

该继电器电路通过隔离电路对其两侧所连接的电路进行电气隔离，避免隔离电路一侧过高的电压进入另一侧而导致另一侧的器件损坏。

可选的，该继电器电路还包括：防反电路；

所述防反电路与所述隔离电路和所述驱动电路连接；

所述防反电路用于防止所述隔离电路的输出电流反向。

可选的，该继电器电路还包括：稳压电路；所述稳压电路与所述隔离电路和所述驱动电路连接。

该继电器电路中通过防反电路和稳压电路对电路中的器件进行保护，提高继电器电路的可靠性。

可选的，所述隔离电路为隔离变压器。

可选的，所述电流放大电路为推挽电路。

可选的，所述驱动电路包括场效应晶体管驱动芯片。

第二方面，本发明提供一种控制电路，包括：微控制单元MCU和场效应晶体管继电器电路；所述微控制单元MCU的数字量输出端和场效应晶体管继电器电路连接；

所述场效应晶体管继电器电路为第一方面中任一项所述的场效应晶体管继电器电路。

第三发明，本发明提供一种轨道车辆，包括如上述第二方面中所述的控制电路。

本发明提供一种场效应晶体管继电器电路、控制电路和轨道车辆，该场效应晶体管继电器电路包括：电流放大电路、驱动电路和场效应晶体管；该电流放大电路、该驱动电路连接和该场效应晶体管依次连接；该电流放大电路还与微控制单元MCU的数字量输出端连接；该电流放大电路用于将该MCU的数字量输出信号的电流进行放大；该驱动电路用于根据放大后的该数字量输出信号控制该场效应晶体管开通或关断。该继电器电路采用电流放大电路和驱动电路来控制场效应晶体管的开通或关断，使得该继电器电路中的场效应晶体管的开通或关断可以替代传统的机械式继电器的开通或关断，以在轨道车辆中进行器件的控制。该场效应晶体管继电器电路采用集成电路的方式占用PCB空间小、成本低，从而可以适用于多路数字量输出的系统中，且该场效应晶体管继电器电路中没有触点，在场效应晶体管通断的瞬间不会出现电火花，抑制了对外电磁辐射的发生，且使用寿命也比固态、机械式继电器更长。

附图说明

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做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种场效应晶体管继电器电路的结构示意图一；

图2为本发明提供的一种场效应晶体管继电器电路的结构示意图二；

图3为本发明提供的一种场效应晶体管继电器电路的结构示意图三；

图4为本发明提供的一种场效应晶体管继电器电路的结构示意图四；

图5为本发明提供的一种场效应晶体管继电器电路的电路图；

图6为本发明提供的一种控制电路的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

随着轨道交通技术的发展，城市轻轨、地铁以及铁路等各种轨道车辆的使用越来越广泛。在各种轨道车辆中，微控制单元MCU通过输出信号对车辆中的各种器件进行控制，例如MCU通过输出的数字量输出信号控制继电器的通断来进行控制各种器件的通断。现有技术中通常采用固态、机械式继电器来控制各种器件，这种继电器占用PCB面积大、成本也较高，不适用于多路数字量输出的轨道车辆中。此外，由于机械式继电器的触点在通断的瞬间容易出现电火花，安全性较低，使用寿命也较短。

为了解决采用固态、机械式继电器进行控制时的上述缺陷，本发明提供一种场效应晶体管继电器电路，采用该场效应晶体管继电器电路替换传统的固态、机械式继电器，减小继电器电路占用的PCB面积，降低成本。

以下结合具体实施例对本发明提供的场效应晶体管继电器电路进行说明。

图1为本发明提供的一种场效应晶体管继电器电路的结构示意图一。如图1所示，该场效应晶体管继电器电路包括：电流放大电路100、驱动电路200和场效应晶体管300。

电流放大电路100、驱动电路200连接和场效应晶体管300依次连接；电流放大电路还与微控制单元MCU的数字量输出端(Digital Output,DO)连接。

该电流放大电路100用于将该MCU的数字量输出信号的电流进行放大。

该驱动电路200用于根据放大后的该数字量输出信号控制该场效应晶体管300开通或关断。

在本实施例中，轨道车辆中的MCU通过DO端将数字量输出信号传输至电流放大电路100，电流放大电路100对该数字量输出信号的电流进行放大后，传输至驱动电路200，从而使得驱动电路200根据该放大后的数字量输出信号控制场效应晶体管300开通或关断。本实施例中场效应晶体管300开通时的开通电流较大，进而可以直接驱动轨道车辆中各种器件的开通。例如，场效应管晶体管300为金属-氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)，MOSFET的源极和漏极之间的电压为DC110V时，该MOSFET开通电流可以达到2A。MOSFET的源极和漏极之间的电压为DC210V时，该MOSFET开通电流可以达到5A，解决了传统的机械式继电器输出电流小的问题。

例如，MCU DO端的数字量输出信号为1，即DO端输出的数字量输出信号为高电平信号，该数字量输出信号经过电流放大电路100进行电流放大后传输至驱动电路200，使驱动电路200控制场效应晶体管300开通。或者，MCU DO端的数字量输出信号为1，即DO端输出高电平信号，该数字量输出信号经过电流放大电路100以及驱动电路200，使驱动电路200控制场效应晶体管300关断。

本实施例提供的场效应晶体管继电器电路包括：电流放大电路、驱动电路和场效应晶体管；该电流放大电路、该驱动电路连接和该场效应晶体管依次连接；该电流放大电路还与微控制单元MCU的数字量输出端连接；该电流放大电路用于将该MCU的数字量输出信号的电流进行放大；该驱动电路用于根据放大后的该数字量输出信号控制该场效应晶体管开通或关断。该继电器电路采用电流放大电路和驱动电路来控制场效应晶体管的开通或关断，使得该继电器电路中的场效应晶体管的开通或关断可以替代传统的机械式继电器的开通或关断，以在轨道车辆中进行器件的控制。该场效应晶体管继电器电路采用集成电路的方式占用PCB空间小、成本低，对于相同大小的PCB，可以采用更多路的场效应晶体管继电器电路以连接更多路的DO端，从而可以适用于多路数字量输出的系统中。并且该场效应晶体管继电器电路中没有触点，在场效应晶体管通断的瞬间不会出现电火花，抑制了对外电磁辐射的发生，使用寿命也比固态、机械式继电器更长。

在上述实施例的基础上，本发明还可以提供一种场效应晶体管继电器电路。图2为本发明提供的一种场效应晶体管继电器电路的结构示意图二。如图2所示，该场效应晶体管继电器电路包括：电流放大电路100、驱动电路200、场效应晶体管300和与门电路400。

与门电路400的两个输入端分别与MCU的数字量输出端DO连接；与门电路400的输出端与电流放大电路100连接。电流放大电路100、驱动电路200连接和场效应晶体管300依次连接。

该电流放大电路100用于将该MCU的数字量输出信号的电流进行放大。

该驱动电路200用于根据放大后的该数字量输出信号控制该场效应晶体管300开通或关断。

本实施例中，电流放大电路100、驱动电路200连接和场效应晶体管300与图1所示实施例中相同。与门电路400的两个输入端分别为输入端1和输入端2，输入端1和输入端2均与MCU的DO端连接。与门电路400的输入端1和输入端2接收到的DO端数字量输出信号均为1，即高电平信号时，与门电路400的输出才为1，即高电平信号，此时，电流放大电路100、驱动电路200控制场效应晶体管300开通，从而防止由于MCU的DO端信号存在干扰，例如存在毛刺噪音信号而导致场效应晶体管300误开通。

例如，MCU DO端数字量输出信号为0，即数字量输出信号为低电平信号，来控制场效应晶体管300关断。在该过程中，由于DO端数字量输出信号可能存在干扰，例如数字量输出信号存在毛刺，使得接收端接收到的数字量输出信号为1。采用上述与门电路400后，即便DO端数字量输出信号存在干扰，例如数字量输出信号存在毛刺，与门电路400的输入端1和输入端2在这种情况下同时为1的概率极低，从而可以避免由于干扰信号导致场效应晶体管300误开通。

本实施例提供的场效应晶体管继电器电路包括：电流放大电路、驱动电路、场效应晶体管和与门电路。与门电路的两个输入端分别与MCU的数字量输出端DO连接；与门电路的输出端与电流放大电路连接。电流放大电路、驱动电路连接和场效应晶体管依次连接。该电流放大电路用于将该MCU的数字量输出信号的电流进行放大。该驱动电路用于根据放大后的该数字量输出信号控制该场效应晶体管开通或关断。该继电器电路通过与门电路对MCUDO端的数字量输出信号的噪音干扰等进行过滤，避免了场效应晶体管的误开通，提高了场效应晶体管继电器电路的可靠性。

在图1或图2所示实施例的基础上，本发明还可提供一种场效应晶体管继电器电路。图3为本发明提供的一种场效应晶体管继电器电路的结构示意图三。如图3所示，该场效应晶体管继电器电路包括：电流放大电路100、驱动电路200、场效应晶体管300、与门电路400和隔离电路500。

与门电路400的两个输入端分别与MCU的数字量输出端DO连接；与门电路400的输出端与电流放大电路100连接。电流放大电路100、隔离电路500、驱动电路200连接和场效应晶体管300依次连接。

电流放大电路100用于将MCU的数字量输出信号的电流进行放大。

该驱动电路200用于根据放大后的该数字量输出信号控制该场效应晶体管300开通或关断。

隔离电路500用于对该电流放大电路100、驱动电路200以及场效应晶体管300进行电气隔离。

本实施例中，与门电路400、电流放大电路100、驱动电路200和场效应晶体管300与图2所示实施例中相同，此处不再赘述。由于在场效应晶体管300的源极和漏极之间的电压较高，例如110V或220V，为了防止该大电压进入电流放大电路100、与门电路400以及MCU，本实施例中在电流放大电路和驱动电路200之间增加隔离电路500以对隔离电路500两侧所连接的电路进行电气隔离，避免过高的电压造成器件损坏。

本实施例提供的场效应晶体管继电器电路包括依次连接的与门电路、电流放大电路、隔离电路、驱动电路连接和场效应晶体管，通过隔离电路对其两侧所连接的电路进行电气隔离，避免隔离电路一侧过高的电压进入另一侧而导致另一侧的器件损坏。

在图1至图3任一实施例的基础上，本发明还可提供一种场效应晶体管继电器电路。图4为本发明提供的一种场效应晶体管继电器电路的结构示意图四。如图4所示，该场效应晶体管继电器电路包括：电流放大电路100、驱动电路200、场效应晶体管300、与门电路400、隔离电路500、防反电路600和稳压电路700。

与门电路400的两个输入端分别与MCU的数字量输出端DO连接；与门电路400的输出端与电流放大电路100连接。电流放大电路100、隔离电路500、防反电路600、稳压电路700、驱动电路200、场效应晶体管300依次连接。

防反电路600用于防止隔离电路500的输出电流反向。

本实施例中，与门电路400、电流放大电路100、隔离电路500、驱动电路200和场效应晶体管300与图2或图3所示实施例中相同，此处不再赘述。防反电路600用于防止电流反向而造成器件损坏，稳压电路700用于使得驱动芯片的输入电压稳定，例如使驱动芯片的输入电压稳定在5V。

本实施例提供的场效应晶体管继电器电路包括依次连接的与门电路、电流放大电路、隔离电路、防反电路、稳压电路、驱动电路连接和场效应晶体管。该继电器电路中通过防反电路和稳压电路对电路中的器件进行保护，提高继电器电路的可靠性。

以下结合电路图对本实施提供的场效应管继电器电路进行说明。图5为本发明提供的一种场效应晶体管继电器电路的电路图。如图5所示，该场效应晶体管继电器电路包括依次连接的与门电路400、电流放大电路100、隔离电路500、防反电路600、稳压电路700、驱动电路200和场效应晶体管300，与门电路400的两个输入端分别与MCU的数字量输出端DO连接。

与门电路400包括抗干扰能力强的与门。电流放大电路100为推挽电路，推挽电路中包括两个MOSFET。隔离电路500为隔离变压器。防反电路600中包括防反二极管。稳压电路700中包括稳压二极管。驱动电路200包括场效应晶体管驱动芯片。场效应晶体管300为MOSFET。

本实施例中，与门电路400的两个输入端分别连接MCU的DO端，当DO端的数字量输出信号为1，即高电平信号，使得与门电路400的两个输入端均为1时，与门电路400的输出为1,即输出高电平信号至推挽电路，推挽电路将信号电流进行放大后输出至隔离变压器，再进一步经过场效应晶体管驱动芯片中的HO引脚控制场效应晶体管Q5开通。

场效应晶体管驱动芯片通过CS引脚检测电流以确定场效应晶体管的开通或关断，并进行过压过流保护。当CS引脚检测到电压或电压大于相应的预设值时，场效应晶体管驱动芯片停止工作，以避免过压或过流造成器件损坏。由于场效应晶体管在开通过程中会产生噪音毛刺，因此场效应晶体管驱动芯片在场效应晶体管开通后等待一段间隙时间后才进行电流检测，例如间隙时间为750纳秒。采用该驱动场效应晶体管继电器电路可以很好的完成MCU的DO输出控制功能，响应时间快，且该电路具有更高的抗干扰能力。

本实施例提供的场效应晶体管继电器电路，通过与门电路来防止MCU的数字量输出信号中的干扰信号造成场效应晶体管的误开通，通过推挽电路对数字量输出信号的电流进行放大，并采用隔离变压对两侧电路进行电气隔离，进而通过场效应晶体管驱动芯片根据该放大后的数字量输出信号控制场效应晶体管的开通或关断。通过场效应晶体管的CS引脚对电压和电流进行检测，对电路中的器件进行过压和过流保护，并通过防反电路和稳压电路对电路中的器件进行保护，提高继电器电路的可靠性。

图6为本发明提供的一种控制电路的结构示意图。如图6所示，该控制电路包括：微控制单元MCU 601和场效应晶体管继电器电路602；该微控制单元MCU 601的数字量输出端和场效应晶体管继电器电路602连接。

场效应晶体管继电器电路602为上述任一实施例中的场效应晶体管继电器电路，其实现原理与技术效果类似，此处不再赘述。

本发明还提供的一种轨道车辆，该轨道车辆包括如上述实施例中的控制电路。轨道车辆通过该控制电路控制轨道车辆中各种器件的开通或关断。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个单元中。上述模块成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。