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CN102593810B - 浪涌保护电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种浪涌保护电路，涉及电力电子领域，可以降低负向浪涌的钳位电压，从而方便器件选型，避免负向浪涌导致器件损坏。该浪涌保护电路包括：用于提供直流电源的输入端、用于连接后级电路的输出端以及与输出端相连的关断电路，该浪涌保护电路还包括：连接于输入端和关断电路之间的泄放电路；泄放电路包括：一个二极管和一个场效应管；二极管的阴极连接于输入端的正极，二极管的阳极连接于场效应管的源极；场效应管的栅极连接于输入端的正极，场效应管的漏极连接于输入端的负极，场效应管的寄生二极管与二极管的方向相反。

Description

浪涌保护电路
技术领域
本发明涉及电力电子领域，尤其涉及一种浪涌保护电路。
背景技术
目前，在直流电源输入或相关电力系统中，为了防止负向浪涌导致后级电路和设备的损坏，通常会在直流输入端与后级电路之间设置浪涌保护电路，在发生负向浪涌时及时关断后级电路的电源供给，通过压敏电阻(VR)或瞬态电压抑制器(TVS)将浪涌电流泄放，实现对后级电路的浪涌保护。
具体的，如图1(a)所示，浪涌保护电路包括关断电路和泄放电路。其中关断电路具体为：在直流输入端的正极和负极分别设置有一个二极管D1和D2，其中D1的阳极与直流输入的正极相连，D2的阴极与直流输入的负极相连，在二极管D1和D2与后级电路之间还设置有一个电容C，电容C的两端分别连接D1的阴极和D2的阳极。当然，如图1(b)所示，关断电路的二级管D1和D2也可以替换为场效应管M1和M2。其中，泄放电路为连接于直流输入的正极与负极之间的VR或TVS。
现有浪涌保护电路的工作原理为：在正常工作时，关断电路的二极管(或场效应管)都是处于正向导通状态，电流从直流输入的正极流经后级电路流向直流输入的负极。当发生负向浪涌时，电流出现短暂的从负极流向正极，此时D1和D2(或M1和M2)是反向截止的，实现关断功能，保护后级电路。VR可以根据电压调节电阻，泄放浪涌电流；TVS可以将浪涌电流转换为热量耗散，起到泄放作用。
但是，以图1(a)为例，二极管D1和D2关断后会承受很高的反向电压(反向电压等于压敏电阻钳位电压与电容C的电压之和)。例如对于38.4～72V直流输入，由于压敏电阻钳位电压高达130V左右，导致D1和D2承受的反向电压通常在170V以上。因此关断电路的二极管或场效应管只能选择规格较高的型号，较高的钳位电压严重限制电子器件的选型，并且由于钳位电压较高容易造成负向浪涌时二极管D1和D2(或场效应管M1和M2)失效、损坏的问题。
发明内容
本发明的实施例提供一种浪涌保护电路，可以降低负向浪涌的钳位电压，从而方便器件选型，避免负向浪涌导致器件损坏。
为解决上述技术问题，本发明的实施例采用如下技术方案：
一种浪涌保护电路，包括：用于提供直流电源的输入端、用于连接后级电路的输出端以及与所述输出端相连的关断电路，所述浪涌保护电路还包括：连接于所述输入端和所述关断电路之间的泄放电路；
所述泄放电路包括：一个二极管和一个场效应管；
所述二极管的阴极连接于所述输入端的正极，所述二极管的阳极连接于所述场效应管的源极；所述场效应管的栅极连接于所述输入端的正极，所述场效应管的漏极连接于所述输入端的负极，所述场效应管的寄生二极管与所述二极管的方向相反。
本发明实施例提供的浪涌保护电路，通过一个二极管和一个场效应管实现负向浪涌电流的泄放，与现有技术中通过压敏电阻或瞬态电压抑制器泄放浪涌电流的技术相比，由于二极管和场效应管的导通压降很低，能够有效压低负向浪涌的钳位电压，从而方便关断电路的器件选型，避免负向浪涌导致器件损坏。
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附图。
图1为现有技术中一种浪涌保护电路示意图；
图2为本发明实施例中一种浪涌保护电路的示意图；
图3为本发明实施例中另一种浪涌保护电路的示意图；
图4为本发明实施例中另一种浪涌保护电路的示意图；
图5为本发明实施例中另一种浪涌保护电路的示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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作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。
本发明实施例提供了一种浪涌保护电路，如图2所示，包括：用于提供直流电源的输入端、用于连接后级电路13的输出端、与所述输出端相连的关断电路11，以及连接于所述输入端和所述关断电路之间的泄放电路12。
其中，所述泄放电路12包括：一个二极管D和一个场效应管Q。
所述二极管D的阴极连接于所述输入端的正极，所述二极管D的阳极连接于所述场效应管Q的源极；所述场效应管Q的栅极连接于所述输入端的正极，所述场效应管Q的漏极连接于所述输入端的负极，所述场效应管Q的寄生二极管与所述二极管D的方向相反。
其中，浪涌保护电路的输入端包括输入端正极和输入端负极两侧，是后级电路13的电源来源，例如输入端正极与电源正极相连，输入端负极与电源负极相连。对应的，浪涌保护电路的输出端也包括正极和负极两侧，用于连接后级电路13，为后级电路13提供电源。
其中，在泄放电路12与后级电路13之间设置有关断电路11，所述关断电路11的具体组成可以参考现有技术。例如，在泄放电路12与后级电路13之间，在直流输入端的正极和负极分别设置有一个二极管D1和D2，其中D1的阳极与直流输入的正极相连，D1的阴极与输出端正极相连，D2的阳极与输出端负极相连，D2的阴极与直流输入的负极相连。在二极管D1和D2与后级电路之间还可以设置有一个电容C，电容C的两端分别连接D1的阴极和D2的阳极。当然，上述关断电路13中的二级管D1和D2也可以替换为场效应管M1和M2，场效应管M1和M2的寄生二极管的连接方向与D1和D2的连接方向相同。
具体的，泄放电路12中的场效应管Q可以为N型金属氧化物半导体(N-Metal-Oxide-Semiconductor，NMOS)，场效应管Q的寄生二极管的连接方向与二极管D的连接方向相反。在初始状态下场效应管Q未充电，场效应管Q可以起到防反接的作用，若发生输入端正负极反接的状况，场效应管Q的寄生二极管将处于截止状态，不会有电流流过防止输入端电源反接导致较大的反向电流流入泄放电路12，损坏泄放电路12中的电子器件。
当正常工作时，关断电路11中的二极管正向导通，关断电路11处于开启状态，可以为后级电路13正常提供电源。场效应管Q的寄生二极管反向截止，泄放电路12中没有电流。加在场效应管Q的栅极和漏极之间的正向电压使得场效应管Q的栅极和源极之间形成电势，完成场效应管Q的充电。当发生负向浪涌时，浪涌保护电路中出现瞬间的反向电压，关断电路11中的二极管D1和D2反向截止，关断电路11实现关断功能，防止负向浪涌电流进入后级电路13。此时，由于场效应管Q已被充电，发生反向浪涌时可以释放之前已存储的电势，场效应管Q形成导通状态，使得负向浪涌电流由场效应管Q的漏极流入，并由源极流出，并流经二极管D完成负向浪涌的泄放。
在本实施例中，场效应管Q可以尽量采用大电流低电压场的效应管，从而既能提供较大的泄放电流，迅速有效的为负向浪涌提供泄放路径，又能保证较低的压降，将负向浪涌时的电压钳位到很低。
进一步的可选的，如图3所示，该浪涌保护电路的泄放电路12还包括：一个电阻R。所述电阻R连接于所述场效应管Q的栅极与所述输入端的正极之间。
其中，为了防止场效应管Q的栅极和漏极之间的电压发生剧烈振荡，可以在场效应管Q的栅极与输入端正极之间添加一个电阻R，在浪涌或电压不稳定时分担部分电压，减小场效应管Q承受的电压，起到保护场效应管Q的作用。
进一步的可选的，如图4所示，该浪涌保护电路的泄放电路12还包括：一个稳压管Z1。所述稳压管Z1，连接于所述场效应管Q的源极和栅极之间。
其中，在场效应管Q的栅极和漏极之间添加一个稳压管Z1，该稳压管Z1的阳极与场效应管Q的源极相连，稳压管Z1的阴极与场效应管Q的栅极相连，将场效应管Q的栅极和漏极之间的电压钳位到Z1的工作电压。由于稳压管Z1可以将场效应管Q的栅极和漏极之间的电压钳位到一个较低的电压值，例如栅极和漏极之间的电压e＝60v，因此输入端接入的电压值就可以有更大的调整空间，例如输入端正负极之间的电压E可以增加到220v。
进一步的可选的，如图5所示，该浪涌保护电路的泄放电路12还包括：一个电容C1。所述电容C1，与所述稳压管Z1并联，连接于所述场效应管Q的源极和栅极之间。
其中，在场效应管Q的源极和栅极之间连接一个电容C1，可以暂时存储场效应管Q释放的在正常工作时所存储的电势，减缓场效应管Q栅源极之间电势的流失，可以维持场效应管Q的导通状态，延长泄放电路12承受负向浪涌的时间，从而充分泄放负向浪涌，保护后级电路13。
综上，通过二极管和场效应管的巧妙连接，在负向浪涌时，关断电路承受的电压(钳位电压)为场效应管Q的导通压降与二极管D的正向导通压降之和，例如在220v输入电压的前提下，若发生负向浪涌场效应管Q的导通压降约60v左右，而二极管D的正向导通压降仅为0.1v，因此钳位电压可以被控制到60.1v左右的低压状态。从而既为负向浪涌提供了可靠的泄放路径，又能在负向浪涌时将钳位到很低，降低关断电路中二极管、场效应管的电压规格，降低浪涌保护电路的成本。
本发明实施例提供的浪涌保护电路，通过一个二极管和一个场效应管实现负向浪涌电流的泄放，与现有技术中通过压敏电阻或瞬态电压抑制器泄放浪涌电流的技术相比，由于二极管和场效应管的导通压降很低，能够有效压低负向浪涌的钳位电压，从而方便关断电路的器件选型，避免负向浪涌导致器件损坏。
通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在可读取的存储介质中，如计算机的软盘，硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (1)

1.一种浪涌保护电路，包括：用于提供直流电源的输入端、用于连接后级电路的输出端以及与所述输出端相连的关断电路，其特征在于，所述浪涌保护电路还包括：连接于所述输入端和所述关断电路之间的泄放电路；
所述泄放电路包括：一个二极管和一个场效应管；
所述二极管的阴极连接于所述输入端的正极，所述二极管的阳极连接于所述场效应管的源极；所述场效应管的栅极连接于所述输入端的正极，所述场效应管的漏极连接于所述输入端的负极，所述场效应管的寄生二极管与所述二极管的方向相反；
所述泄放电路还包括：一个电阻，连接于所述场效应管的栅极与所述输入端的正极之间；
所述泄放电路还包括：一个稳压管，连接于所述场效应管的源极和栅极之间；
所述泄放电路还包括：一个电容，与所述稳压管并联，连接于所述场效应管的源极和栅极之间。
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