一種帶反接保護(hù)的直流浪涌電壓箝位電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種帶反接保護(hù)的直流浪涌電壓箝位電路及工作方法，本電路包括輸入直電源VI、直流輸出VO、第一穩(wěn)壓管、第一至第二MOS管、控制器；控制器通過采樣電阻器壓降檢測輸入電壓、檢測輸入回路電流、檢測輸出電壓，通過第五電阻器和第二電容器驅(qū)動(dòng)第一MOS管，再經(jīng)過控制器直接驅(qū)動(dòng)第二MOS管，第一第二MOS管對(duì)稱串聯(lián)組成理想二極管，由控制器同步控制導(dǎo)通或截止，在經(jīng)過第三電容器濾波后產(chǎn)生受控的直流輸出VO，從而實(shí)現(xiàn)反接保護(hù)、浪涌電壓鉗位、過流保護(hù)、故障后重新啟動(dòng)。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)多項(xiàng)保護(hù)功能，防止意外反接保護(hù)，輸入過流保護(hù)，輸入欠壓保護(hù)，輸入過壓浪涌保護(hù)，在正常工作時(shí)具有低壓差，低損耗，故障可恢復(fù)的功能。
【專利說明】一種帶反接保護(hù)的直流浪涌電壓箝位電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種直流電源領(lǐng)域技術(shù)，特別是一種帶反接保護(hù)的直流浪涌電壓箝位電路。

【背景技術(shù)】
[0002]諸如工業(yè)控制、汽車多數(shù)設(shè)備的直流供電電源系統(tǒng)必須處理短時(shí)間的高電壓浪涌、保持負(fù)載上的電壓調(diào)節(jié)、同時(shí)避免敏感電路遭受危險(xiǎn)瞬變的損壞。
[0003]常用的保護(hù)方案需要使用一個(gè)串聯(lián)的鐵芯電感器和高值電解旁路電容器，并輔之以一個(gè)高功率瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)和熔絲。這種笨拙的方法需要占用大量的電路板面積資源，龐大的電感器和電容器常常是系統(tǒng)中最高的組件。
[0004]即使采用了此類保護(hù)方案也不能提供針對(duì)反向輸入電壓或電源欠壓(這些都是汽車環(huán)境中有可能遭遇的情形)的防護(hù)作用。出于避免遭受這些情況的損壞及保持輸出電壓的考慮，設(shè)計(jì)人員通常增設(shè)了一個(gè)隔離二極管，但這個(gè)二極管導(dǎo)通時(shí)的額外電壓降會(huì)導(dǎo)致功率損耗的增加。
[0005]因此，設(shè)計(jì)這套新型電路正是用于完整解決負(fù)載保護(hù)、輸出保持的控制，并且具有體積小巧、緊湊，極小的功率損耗的優(yōu)點(diǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種帶反接保護(hù)的直流浪涌電壓箝位電路，在直流電源系統(tǒng)非正常工作時(shí)，箝位來自輸入端的浪涌電壓，保護(hù)后端DC/DC轉(zhuǎn)換器或負(fù)載，提高系統(tǒng)的可靠性。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)解決上述技術(shù)問題的目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案:
一種帶反接保護(hù)的直流浪涌電壓箝位電路，包括輸入直流電源VI，直流輸出V0，第一穩(wěn)壓管(5)，第一 MOS管(8)，第五電阻器(9)，第二 MOS管(10)，控制器(16)。
[0008]輸入直流電源VI正端連接第一電阻器(I)的一端、第四電阻器(4)的一端、第一MOS管(8)的漏極，輸入直流電源VI負(fù)端連接輸出直流電源VO負(fù)端、第三電阻器(3)的一端、第一穩(wěn)壓管(5)的陽極、第一電容器(6)的一端、第二電容器(7)的一端、第三電容器
(12)的一端、第八電阻器(14)的一端、第四電容器(15)的一端、控制器(16)的12腳和13腳及14腳，第一電阻器(I)的另一端連接第二電阻器(2)的一端、控制器(16)的2腳，第二電阻器(2)的另一端連接第三電阻器(3)的另一端、控制器(16)的I腳，第四電阻器(4)的另一端連接第一穩(wěn)壓管(5)的陰極、第一電容器(6)的另一端、控制器(16)的3腳和4腳，第一 MOS管(8)的柵極連接第五電阻器(9)的一端，第五電阻器(9)的另一端連接第二電容器(7)的另一端、控制器(16)的5腳，第一 MOS管(8)的源極連接第二 MOS管(10)的源極、控制器(16)的6腳，第二 MOS管(10)的柵極連接控制器(16)的7腳，第二 MOS管(10)的漏極連接控制器(16)的8腳、第六電阻器(11)的一端，輸出直流電源VO正端連接第六電阻器(11)的另一端、第七電阻器(13)的一端、第四電容器(15)的正極、控制器(16)的9腳，第三電容器(12)的另一端連接控制器(16)的11腳，第八電阻器(14)的另一端連接第七電阻器(13)的另一端、控制器(16)的10腳。
[0009]具體的，本專利的控制器(16)，其管腳定義為:引腳I為0V，引腳2為UV，引腳3為SHDN，引腳4為VCC，引腳5為HGATE，引腳6為SOURCE,引腳7為DGATE，引腳8為SENSE，引腳9為0UT，引腳10為FB，引腳11為TMR，引腳12為GND，引腳13為GND，引腳14為GND。
[0010]具體的，本專利的輸入直流電源電壓可以為12VDC或28VDC。
[0011]本發(fā)明的浪涌電流抑制電路，其工作方式為:輸入的直流電源啟動(dòng)時(shí)，
控制器(16)通過第一電阻器(I)、第二電阻器(2)、第三電阻器(3)、第六電阻器(11)、第七電阻器(13)、第八電阻器(14)組成的分壓檢測電路來檢測輸入電壓工作狀況，將輸入電壓控制在正常范圍內(nèi)通過保護(hù)電路，再輸出給后端DC/DC轉(zhuǎn)換器或敏感負(fù)載。
[0012]當(dāng)輸入端電壓正常時(shí)，控制器(16)控制第一 MOS管(8)和第二 MOS管(10)正常導(dǎo)通，輸入電壓經(jīng)過正常導(dǎo)通的第一 MOS管(8)、第二 MOS管(10)和第六電阻器(11)后再輸出。
[0013]當(dāng)輸入端電壓欠壓時(shí)，控制器(16)控制第一 MOS管(8)和第二 MOS管(10)截止，輸入與輸出斷開，輸出且不會(huì)反灌至輸入端。
[0014]當(dāng)輸入端過壓浪涌時(shí)，控制器(16)通過采集第七電阻器(13)和第八電阻器(14)的分壓，控制第一 MOS管(8)進(jìn)行輸入電壓箝位，將多余的電壓降在第一 MOS管(8)上，轉(zhuǎn)換成熱能進(jìn)行耗散，而輸出將會(huì)被箝位在正常范圍內(nèi)。
[0015]當(dāng)輸入回路過流時(shí)，控制器(16)通過采樣正端第六電阻器(11)設(shè)置的壓降，及時(shí)控制第一 MOS管(8)和第二 MOS管(10)截止，從而保護(hù)后端DC/DC轉(zhuǎn)換器和負(fù)載。
[0016]在長時(shí)間的輸入過壓浪涌和過流發(fā)生時(shí)，控制器(16)會(huì)在非常低的啟動(dòng)頻率下嘗試啟動(dòng)，既可以保證第一 MOS管(8)和第二 MOS管(10)在因故障而被關(guān)斷之后有足夠的冷卻時(shí)間而不損壞，又保證可以自動(dòng)重新啟動(dòng)。
[0017]當(dāng)輸入端正負(fù)極反接時(shí)，控制器(16)自身可承受-40V的負(fù)電壓不損壞，且控制第一 MOS管(8)和第二 MOS管(10)截止，輸入與輸出斷開，必須解除故障后才能恢復(fù)正常工作。
[0018]在電路中各個(gè)器件的作用如下:
第一電阻器(I)、第二電阻器(2)、第三電阻器(3)的作用是將輸入電壓按比例分壓給控制器(16)，用來采樣輸入端電壓和內(nèi)部基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行比較和控制；第四電阻器(4)、第一穩(wěn)壓管(5)、第一電容器(6)的作用是，讓輸入電流通過第四電阻器(4)在第一穩(wěn)壓管(5)和第一電容器(6)兩端穩(wěn)壓產(chǎn)生穩(wěn)定的電壓，并供給控制器(16);第一 MOS管(8)、第二 MOS管(10)的作用是串聯(lián)組成理想的二極管；第二電容器(7)、第五電阻器(9)的作用是給第一MOS管(8)的柵極驅(qū)動(dòng)電壓進(jìn)行穩(wěn)壓和限流；第六電阻器(11)的作用是串聯(lián)在正端回路產(chǎn)生壓降作為電流信號(hào)提供給控制器(16);第三電容器(12)的作用是設(shè)定故障關(guān)斷和冷卻恢復(fù)的周期。第七電阻器(13)、第八電阻器(14)的作用是將輸出電壓按比例分壓給控制器
(16)，用來反饋輸出端電壓和內(nèi)部基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行比較和控制；第四電容器(15)的作用是用來消除輸入過壓浪涌帶來的電路諧振；控制器(16)的作用是用來驅(qū)動(dòng)第一 MOS管(8)、第二MOS管(10)實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)控制。
[0019]通過采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下優(yōu)越性: 本發(fā)明對(duì)直流輸入的電源通過加帶防反接功能的浪涌電壓箝位保護(hù)電路來實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)保護(hù)功能，防止意外反接保護(hù)，輸入過流保護(hù)，輸入欠壓保護(hù)，輸入過壓浪涌保護(hù)，在正常工作時(shí)具有低壓差，低損耗，故障可恢復(fù)的功能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是帶防反接功能的浪涌電壓抑制電路原理圖。
[0021]圖2是帶防反接功能的浪涌電壓箝位電路的應(yīng)用原理圖。
[0022]圖1中，V1-直流輸入，VO-直流輸出，直流電源VI，直流輸出V0，1-第一電阻器(1)，2-第二電阻器(2)，3-第三電阻器(3)，4-第四電阻器(4)，5-第一穩(wěn)壓管(5)，6-第一電容器(6)，7-第二電容器(7)，8-第一MOS管(8)，9-第五電阻器(9)，10-第二MOS管(10)，11-第六電阻器(11)，12-第三電容器(12)，13-第七電阻器(13)，14-第八電阻器(14)，15-第四電容器(15)，16-控制器(16)。
[0023]圖2中，1-帶防反接功能的浪涌電壓箝位電路，2-電容器，3-DC/DC轉(zhuǎn)換器，4-電容器，5-電阻器。

【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖對(duì)本專利進(jìn)一步解釋說明。但本專利的保護(hù)范圍不限于具體的實(shí)施方式。
[0025]實(shí)施例1
如圖1所示，本專利的浪涌電流抑制電路，具體結(jié)構(gòu)為:輸入直流電源VI正端連接第一電阻器(I)的一端、第四電阻器(4)的一端、第一 MOS管(8)的漏極，輸入直流電源VI負(fù)端連接輸出直流電源VO負(fù)端、第三電阻器(3)的一端、第一穩(wěn)壓管(5)的陽極、第一電容器(6)的一端、第二電容器(7)的一端、第三電容器(12)的一端、第八電阻器(14)的一端、第四電容器(15)的一端、控制器(16)的12腳和13腳及14腳，第一電阻器(I)的另一端連接第二電阻器(2)的一端、控制器(16)的2腳，第二電阻器(2)的另一端連接第三電阻器(3)的另一端、控制器(16)的I腳，第四電阻器(4)的另一端連接第一穩(wěn)壓管(5)的陰極、第一電容器(6)的另一端、控制器(16)的3腳和4腳，第一 MOS管(8)的柵極連接第五電阻器(9)的一端，第五電阻器(9)的另一端連接第二電容器(7)的另一端、控制器(16)的5腳，第一 MOS管(8)的源極連接第二 MOS管(10)的源極、控制器(16)的6腳，第二 MOS管(10)的柵極連接控制器(16)的7腳，第二 MOS管(10)的漏極連接控制器(16)的8腳、第六電阻器(11)的一端，輸出直流電源VO正端連接第六電阻器(11)的另一端、第七電阻器(13)的一端、第四電容器(15)的正極、控制器(16)的9腳，第三電容器(12)的另一端連接控制器(16)的11腳，第八電阻器(14)的另一端連接第七電阻器(13)的另一端、控制器(16)的10腳。
[0026]控制器(16)，其管腳定義為:引腳I為0V，引腳2為UV，引腳3為SHDN，引腳4為VCC，引腳5為HGATE，引腳6為SOURCE,引腳7為DGATE，引腳8為SENSE，引腳9為0UT，引腳10為FB，引腳11為TMR，引腳12為GND，引腳13為GND，引腳14為GND。
[0027]本發(fā)明的浪涌電流抑制電路，其工作方式為:輸入的直流電源啟動(dòng)時(shí)，控制器
(16)通過第一電阻器(I)、第二電阻器(2)、第三電阻器(3)、第六電阻器(11)、第七電阻器
(13)、第八電阻器(14)組成的分壓檢測電路來檢測輸入電壓工作狀況，將輸入電壓控制在正常范圍內(nèi)通過保護(hù)電路，再輸出給后端DC/DC轉(zhuǎn)換器或敏感負(fù)載。
[0028]當(dāng)輸入端電壓正常時(shí)，控制器(16 )控制第一 MOS管(8 )和第二 MOS管(10 )正常導(dǎo)通，輸入電壓經(jīng)過正常導(dǎo)通的第一 MOS管(8)、第二 MOS管(10)和第六電阻器(11)后再輸出。
[0029]當(dāng)輸入端電壓欠壓時(shí)，控制器(16)控制第一 MOS管(8)和第二 MOS管(10)截止，輸入與輸出斷開，輸出且不會(huì)反灌至輸入端。
[0030]當(dāng)輸入端過壓浪涌時(shí)，控制器(16)通過采集第七電阻器(13)和第八電阻器(14)的分壓，控制第一 MOS管(8)進(jìn)行輸入電壓箝位，將多余的電壓降在第一 MOS管(8)上，轉(zhuǎn)換成熱能進(jìn)行耗散，而輸出將會(huì)被箝位在正常范圍內(nèi)。
[0031]當(dāng)輸入回路過流時(shí)，控制器(16)通過采樣正端第六電阻器(11)設(shè)置的壓降，及時(shí)控制第一 MOS管(8)和第二 MOS管(10)截止，從而保護(hù)后端DC/DC轉(zhuǎn)換器和負(fù)載。
[0032]在長時(shí)間的輸入過壓浪涌和過流發(fā)生時(shí)，控制器(16)會(huì)在非常低的啟動(dòng)頻率下嘗試啟動(dòng)，既可以保證第一 MOS管(8)和第二 MOS管(10)在因故障而被關(guān)斷之后有足夠的冷卻時(shí)間而不損壞，又保證可以自動(dòng)重新啟動(dòng)。
[0033]當(dāng)輸入端正負(fù)極反接時(shí)，控制器(16)自身可承受-40V的負(fù)電壓不損壞，且控制第一 MOS管(8)和第二 MOS管(10)截止，輸入與輸出斷開，必須解除故障后才能恢復(fù)正常工作。
[0034]輸入直流電源VI正常時(shí)，電流通過第四電阻在穩(wěn)壓管和第一電容器兩端產(chǎn)生穩(wěn)定電壓給控制器供電，控制器通過采樣第一至第三電阻器壓降檢測輸入電壓，采樣第六電阻器壓降檢測輸入回路電流，采樣第七至第八電阻器壓降檢測輸出電壓，通過第五電阻器和第二電容器驅(qū)動(dòng)第一 MOS管，再經(jīng)過控制器直接驅(qū)動(dòng)第二 MOS管，第一第二 MOS管對(duì)稱串聯(lián)組成理想二極管，由控制器同步控制導(dǎo)通或截止，在經(jīng)過第三電容器濾波后產(chǎn)生受控的直流輸出V0，從而實(shí)現(xiàn)反接保護(hù)、浪涌電壓鉗位、過流保護(hù)、故障后重新啟動(dòng)。
[0035]本發(fā)明是對(duì)直流輸入的電源通過加帶防反接功能的浪涌電壓箝位保護(hù)電路來實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)保護(hù)功能，防止意外反接保護(hù)，輸入過流保護(hù)，輸入欠壓保護(hù)，輸入過壓浪涌保護(hù)，在正常工作時(shí)具有低壓差，低損耗，故障可恢復(fù)的功能。
【權(quán)利要求】
1.一種帶防反接功能的浪涌電壓抑制電路，其特征是:包括輸入直流電源VI，直流輸出V0，第一穩(wěn)壓管(5)、第一 MOS管(8)、第二 MOS管(10)、控制器(16)； 輸入直流電源VI正端連接第一電阻器(I)的一端、第四電阻器(4)的一端、第一 MOS管(8)的漏極，輸入直流電源VI負(fù)端連接輸出直流電源VO負(fù)端、第三電阻器(3)的一端、第一穩(wěn)壓管(5)的陽極、第一電容器(6)的一端、第二電容器(7)的一端、第三電容器(12)的一端、第八電阻器(14)的一端、第四電容器(15)的一端、控制器(16)的12腳和13腳及14腳，第一電阻器(I)的另一端連接第二電阻器(2)的一端、控制器(16)的2腳，第二電阻器(2)的另一端連接第三電阻器(3)的另一端、控制器(16)的I腳，第四電阻器(4)的另一端連接第一穩(wěn)壓管(5)的陰極、第一電容器(6)的另一端、控制器(16)的3腳和4腳,第一 MOS管(8)的柵極連接第五電阻器(9)的一端，第五電阻器(9)的另一端連接第二電容器(7)的另一端、控制器(16)的5腳，第一 MOS管(8)的源極連接第二 MOS管(10)的源極、控制器(16)的6腳，第二 MOS管(10)的柵極連接控制器(16)的7腳，第二 MOS管(10)的漏極連接控制器(16)的8腳、第六電阻器(11)的一端，輸出直流電源VO正端連接第六電阻器(11)的另一端、第七電阻器(13)的一端、第四電容器(15)的正極、控制器(16)的9腳，第三電容器(12)的另一端連接控制器(16)的11腳，第八電阻器(14)的另一端連接第七電阻器(13)的另一端、控制器(16)的10腳。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶防反接保護(hù)的浪涌電壓箝位電路，其特征是:所述的控制器(16)，其管腳定義為:引腳I為0V，引腳2為UV，引腳3為SHDN，引腳4為VCC，引腳5為HGATE，引腳6為SOURCE，引腳7為DGATE，引腳8為SENSE，引腳9為0UT，引腳10為FB，引腳11為TMR，引腳12為GND，引腳13為GND，引腳14為GND。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述浪涌電流抑制電路，其特征是:所述的直流電源(VI)電壓為12VDC 或 28VDC。
4.如權(quán)利要求1所述浪涌電流抑制電路的工作方法:其特征是: 一、輸入的直流電源啟動(dòng)時(shí)， 控制器(16)通過第一電阻器(I)、第二電阻器(2)、第三電阻器(3)、第六電阻器(11)、第七電阻器(13)、第八電阻器(14)組成的分壓檢測電路來檢測輸入電壓工作狀況，將輸入電壓控制在正常范圍內(nèi)通過保護(hù)電路，再輸出給后端DC/DC轉(zhuǎn)換器或敏感負(fù)載； O當(dāng)輸入端電壓正常時(shí)，控制器(16)控制第一 MOS管(8)和第二 MOS管(10)正常導(dǎo)通，輸入電壓經(jīng)過正常導(dǎo)通的第一 MOS管(8)、第二 MOS管(10)和第六電阻器(11)后再輸出； 2)當(dāng)輸入端電壓欠壓時(shí)，控制器(16)控制第一MOS管(8)和第二 MOS管(10)截止，輸入與輸出斷開，輸出且不會(huì)反灌至輸入端； 3)當(dāng)輸入端過壓浪涌時(shí)，控制器(16)通過采集第七電阻器(13)和第八電阻器(14)的分壓，控制第一 MOS管(8)進(jìn)行輸入電壓箝位，將多余的電壓降在第一 MOS管(8)上，轉(zhuǎn)換成熱能進(jìn)行耗散，而輸出將會(huì)被箝位在正常范圍內(nèi)； 4)當(dāng)輸入回路過流時(shí)，控制器(16)通過采樣正端第六電阻器(11)設(shè)置的壓降，及時(shí)控制第一 MOS管(8)和第二 MOS管(10)截止，從而保護(hù)后端DC/DC轉(zhuǎn)換器和負(fù)載； 二、在長時(shí)間的輸入過壓浪涌和過流發(fā)生時(shí)，控制器(16)會(huì)在非常低的啟動(dòng)頻率下嘗試啟動(dòng)，既可以保證第一 MOS管(8)和第二 MOS管(10)在因故障而被關(guān)斷之后有足夠的冷卻時(shí)間而不損壞，又保證能夠自動(dòng)重新啟動(dòng)； 當(dāng)輸入端正負(fù)極反接時(shí)，控制器(16)自身可承受-40V的負(fù)電壓不損壞，且控制第一MOS管(8)和第二 MOS管(10)截止，輸入與輸出斷開，必須解除故障后才能恢復(fù)正常工作。
5.如權(quán)利要求4所述浪涌電流抑制電路的工作方式:其特征是:所述第一電阻器(I)、第二電阻器(2)、第三電阻器(3)的作用是將輸入電壓按比例分壓給控制器(16)，用來采樣輸入端電壓和內(nèi)部基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行比較和控制。
6.如權(quán)利要求4所述浪涌電流抑制電路的工作方式:其特征是:所述第四電阻器(4)、第一穩(wěn)壓管(5)、第一電容器(6)的作用是，讓輸入電流通過第四電阻器(4)在第一穩(wěn)壓管(5)和第一電容器(6)兩端穩(wěn)壓產(chǎn)生穩(wěn)定的電壓，并供給控制器(16);第一 MOS管(8)、第二MOS管(10)的作用是串聯(lián)組成理想的二極管。
7.如權(quán)利要求4所述浪涌電流抑制電路的工作方式:其特征是:所述第二電容器(7)、第五電阻器(9)的作用是給第一 MOS管(8)的柵極驅(qū)動(dòng)電壓進(jìn)行穩(wěn)壓和限流。
8.如權(quán)利要求4所述浪涌電流抑制電路的工作方式:其特征是:所述第六電阻器(11)的作用是串聯(lián)在正端回路產(chǎn)生壓降作為電流信號(hào)提供給控制器(16);第三電容器(12)的作用是設(shè)定故障關(guān)斷和冷卻恢復(fù)的周期。
9.如權(quán)利要求4所述浪涌電流抑制電路的工作方式:其特征是:所述第七電阻器(13)、第八電阻器(14)的作用是將輸出電壓按比例分壓給控制器(16)，用來反饋輸出端電壓和內(nèi)部基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行比較和控制。
10.如權(quán)利要求4所述浪涌電流抑制電路的工作方式:其特征是:所述第四電容器(15)的作用是用來消除輸入過壓浪涌帶來的電路諧振；控制器(16)的作用是用來驅(qū)動(dòng)第一 MOS管(8)、第二 MOS管(10)實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)控制。
【文檔編號(hào)】H02M1/32GK104319739SQ201410517323
【公開日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月30日
【發(fā)明者】張亮亮, 李躍闖, 張鵬 申請(qǐng)人:洛陽隆盛科技有限責(zé)任公司