一種用于低壓電壓測量電路的抗高壓保護電路的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于電子電路技術領域，具體涉及一種用于低壓檢測系統(tǒng)中的低壓電壓測 量電路的抗高壓保護電路。
【背景技術】
[0002] 抗高壓保護電路經(jīng)常用在低壓電子設備、測量儀表等低壓檢測系統(tǒng)中，以保護低 壓電壓測量電路部分不受可能出現(xiàn)的恒定高壓或瞬時高壓的侵害。特別是高精度的測量儀 表對抗高壓保護電路提出了更高的要求，由于該電路常用于測量電路的輸入部分，因而希 望該電路有小阻抗、低噪聲和快響應以及無泄漏電流、無直流誤差等特性。
[0003] 目前抗高壓保護電路通常由圖3所示，其由二極管CR5、負鉗位電壓單元與二極管 CR6、正鉗位電壓單元組成的限壓電路和耐壓電阻構成，輸出端0UT2接低壓電路，耐壓電阻 Rl-般為固定電阻，當輸入電壓超過鉗位電壓，會有電流流過耐壓電阻Rl，從而將超過鉗位 電壓的電壓降落在耐壓電阻上，保證高壓不會傷害低壓電路。該電路雖然簡單，但該電路具 有輸入阻抗高，響應慢，有較大的熱噪聲以及起保護作用時功耗大、會發(fā)熱的缺點。
[0004] 如圖4所示，授權公告號為CN 203813406 U的實用新型公開一種過流過壓保護電 路，包括三個耗盡型MOSFET管Q5、Q6和Q7以及兩級采樣電路，其中，第一級采樣電路由穩(wěn)壓 二極管Dl構成，第二級電壓采樣電路由電阻R2構成，MOSFET管Q5的源極與MOSFET管Q6的源 極相連，MOSFET管Q5的漏極接高電平，MOSFET管Q6的漏極接低電平，MOSFET管Q5的柵極與 MOSFET管Q6的漏極電性相連，MOSFET管Q7的漏極與MOSFET管Q5的漏極相連，MOSFET管Q6的 柵極連接在第二級電壓采樣電路的高電平端，MOSFET管Q7的柵極連接在第一級電壓采樣電 路的高電平端，Q6的柵極電壓高于Q7的柵極電壓;該電路結構簡單，采用MOSFET管代替固定 電阻作為耐壓器件，克服了圖3所示的常用抗高壓保護電路的缺陷，并通過選擇不同的柵極 電壓采樣點可以適應不同的電壓范圍。然而，其仍然存在以下不足：（1)該電路在保護初期 會有一個mA級甚至更大的電流脈沖，功耗大，容易造成電路損壞；（2)該電路需要兩個耐壓 器件作為一組實現(xiàn)耐壓功能，空間和成本都會提高;耐壓范圍有限，也不易擴展。

【發(fā)明內容】

[0005] 為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種用于低壓電路的抗高壓保護電路，該電路適 用于各種范圍的電壓測量電路中，起保護作用時功耗小，并且便于擴展耐壓范圍，配置靈 活。
[0006] 本發(fā)明的上述目的是由以下技術方案來實現(xiàn)的：
[0007] -種用于低壓電壓測量電路的抗高壓保護電路，包括電壓輸入端和電壓輸出端， 以及串聯(lián)在所述電壓輸入端與電壓輸出端之間的耐壓電路，和連接到所述電壓輸出端的限 壓電路，所述電壓輸出端連接到低壓電壓測量電路，所述耐壓電路包括具有第一輸入端和 第一輸出端的第一耐壓單元和/或具有第二輸入端和第二輸出端的第二耐壓單元，其中：
[0008] 第一耐壓單元還包括在第一輸入端和第一輸出端之間依次連接的作為耐壓器件 的N溝道耗盡型FET管和作為限流器件的N溝道JFET管，N溝道耗盡型FET管的漏極連接到第 一輸入端，N溝道耗盡型FET管的源極與N溝道JFET管的漏極連接，N溝道耗盡型FET管的柵極 與N溝道JFET管的柵極連接，N溝道耗盡型FET管的柵極與N溝道JFET管的柵極的交接處再連 接到N溝道JFET管的源極，N溝道JFET管的源極連接到第一輸出端；
[0009]第二耐壓單元還包括在第二輸入端和第二輸出端之間依次連接的作為限流器件 的N溝道JFET管和作為耐壓器件的N溝道耗盡型FET管，N溝道JFET管的源極連接第二輸入 端，N溝道JFET管的漏極與N溝道耗盡型FET管的源極連接，N溝道JFET管的柵極與N溝道耗盡 型FET管的柵極連接，N溝道JFET管的柵極和N溝道耗盡型FET管的柵極的交接處再連接到N 溝道JFET管的源極，N溝道耗盡型FET管的漏極連接到第二輸出端；
[0010]在所述耐壓電路中，一個或多個第一耐壓單元和/或一個或多個第二耐壓單元可 任意串聯(lián)連接在所述電壓輸入端和電壓輸出端之間。
[0011] 在上述的用于低壓電壓測量電路的抗高壓保護電路中，在所述耐壓電路中，一個 第一耐壓單元和一個第二耐壓單元串聯(lián)組成耐壓單元組，一個或多個耐壓單元組串聯(lián)連接 在所述電壓輸入端和電壓輸出端之間。
[0012] 在上述的用于低壓電壓測量電路的抗高壓保護電路中，所述第一耐壓單元和第二 耐壓單元還包括由穩(wěn)壓管組成的保護電路，穩(wěn)壓管的陽極與N溝道JFET管的源極和柵極的 交接處相連，穩(wěn)壓管的陰極與N溝道耗盡型FET管的源極和N溝道JFET管的漏極的交接處相 連，所述穩(wěn)壓電路保護N溝道JFET管不受瞬時高壓的損害。
[0013] 在上述的用于低壓電壓測量電路的抗高壓保護電路中，所述限壓電路包括由正鉗 位電壓單元與第一二極管的陰極相連而形成的正限壓電路以及負鉗位電壓單元與第二二 極管的陽極相連而形成的負限壓電路，其中，所述第一二極管的陽極與第二二極管的陰極 連接在一起，第一二極管的陽極與第二二極管的陰極的交接處連接到所述電壓輸出端。
[0014] 本發(fā)明的技術效果是：（1)選用具有很小的飽和漏源極電流Idss的N溝道JFET管來 產生起保護作用時的柵極電壓，如MMBF4117,其I dss典型值只有30μΑ，最大值小于90μΑ，不需 要像授權公告號為CN 203813406 U的實用新型那樣需要另外增加一路耐壓電路來產生起 保護時的柵極電壓信號，從而降低成本和功耗，易于實現(xiàn)小型化；（2)該電路的起保護作用 時保護電流?。?lt;90μΑ)，所以起保護作用時功耗不大，因此耐壓管可以選用較小封裝，有利 于減小熱電動勢（Thermal EMF)的影響，適用于高精度電壓測量尤其是小信號電壓測量電 路中；（3)本發(fā)明的耐壓電路可通過任意串聯(lián)耐壓單元，滿足更高的耐壓要求，便于擴展其 耐壓范圍，配置靈活。
【附圖說明】
[0015] 圖1是本發(fā)明的實施例1的電路圖；
[0016] 圖2是本發(fā)明的實施例2的電路圖；
[0017] 圖3是現(xiàn)有技術的一種抗高壓保護電路圖；
[0018] 圖4是現(xiàn)有技術中的過流過壓保護電路的實施例的原理圖；
[0019] 圖5是實施例1的測試電路圖；
[0020] 圖6是測試1的測量結果圖；
[0021] 圖7是測試2的測量結果圖；
[0022]圖8是測試3的測量結果圖；
[0023]圖9是測試4的測量結果圖。
[0024]圖中附圖標記表示為：
[0025] VHl:本發(fā)明的電壓輸入端，VLl:接地端，OUT 1:本發(fā)明的電壓輸出端;CRl、CR2:穩(wěn) 壓管，A1、A2:穩(wěn)壓管陽極，C1、C2:穩(wěn)壓管陰極;U1、U3:負鉗位電壓單元，U2、U4:正鉗位電壓 單元，CR3、CR4、CR5、CR6:二極管;Ql、Q2: N溝道JFET管，Q3、Q4: N溝道耗盡型FET管，Gl、G2: N 溝道JFET管的柵極，G3、G4:N溝道耗盡型FET管的柵極，S1、S2:N溝道JFET管的源極，S3、S4:N 溝道耗盡型FET管的源極，Dl、D2 :N溝道JFET管的漏極，D31、D32、D41、D42 :N溝道耗盡型FET 管的漏極;Rl:電阻，0UT2:現(xiàn)有技術電路中的輸出端；
[0026] Q5、Q6、Q7:耗盡型MOSFET管，R2:電阻，CR7:穩(wěn)壓二極管；
[0027] K:萬用表，VIN:示波器的通道1，V0UT:示波器的通道2。
【具體實施方式】
[0028] 以下結合附圖和具體實施例，對本發(fā)明用于低壓電壓測量電路的抗高壓保護電路 進行詳細說明。
[0029] 圖1為本發(fā)明實施例1的電路圖，同時示出了本發(fā)明的原理。如圖1所示，本發(fā)明的 抗高壓保護電路包括電壓輸入端VHl和電壓輸出端OUTl，以及串聯(lián)在電壓輸入端和電壓輸 出端之間、包括第一耐壓單元和第二耐壓單元的耐壓電路，和連接到電壓輸出端的限壓電 路，電壓輸出端連接低壓電壓測量電路。下面通過具體的實施例對本發(fā)明的技術方案進行 詳細介紹。
[0030] 實施例1:
[0031] 如圖1所示，耐壓電路包括具有第一輸入端和第一輸出端的第一耐壓單元和具有 第二輸入端和第二輸出端的第二耐壓單元，其中：
[0032] 第一耐壓單元還包括在第一輸入端和第一輸出端之間依次連接的作為耐壓器件 的N溝道耗盡型FET管Q3和作為限流器件的N溝道JFET管Ql，N溝道耗盡型FET管Q3的漏極 D31、D32連接到第一輸入端，N溝道耗盡型FET管Q3的源極S3與N溝道JFET管Ql的漏極Dl連 接，N溝道耗盡