[實用新型]一種防浪涌直流保護(hù)電路

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201320037689.6
• 申請日: 2013-01-22
• 公開（公告）號: CN203166497U
• 公開（公告）日: 2013-08-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馬海軍;汪禮
• 申請（專利權(quán)）人: 廣州金升陽科技有限公司
• 主分類號: H02H9/04
• 分類號: H02H9/04
• 代理公司: 廣州知友專利商標(biāo)代理有限公司 44104
• 代理人: 宣國華

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種防浪涌直流保護(hù)電路，特別涉及一種更寬電壓輸入的適用于雷擊浪涌等級的防浪涌直流保護(hù)電路。

背景技術(shù)

目前各種工業(yè)設(shè)備應(yīng)用的DC-DC電源在其工作的環(huán)境中很容易受到不同程度的瞬間浪涌信號的沖擊。這一浪涌沖擊不僅僅源于其系統(tǒng)本身，更多的是由于電網(wǎng)傳輸帶來的浪涌沖擊。當(dāng)電源供電傳輸線受到雷擊閃電的沖擊，傳輸線就會將感應(yīng)到的雷擊浪涌信號輸入到電源設(shè)備。浪涌沖擊可導(dǎo)致電源產(chǎn)品內(nèi)部半導(dǎo)體器件損傷、電源短時掉電等現(xiàn)象，也會造成電源負(fù)載的通信設(shè)備通信中斷、CPU復(fù)位，時間稍長的浪涌信號可能直接損壞電源設(shè)備，導(dǎo)致依賴電源供電的工業(yè)設(shè)備癱瘓。為此現(xiàn)在某些工業(yè)應(yīng)用中提出了DC-DC電源需要滿足電磁兼容浪涌（沖擊）抗擾度試驗的要求。但是DC-DC電源多為低壓輸入，為減小體積和成本，其內(nèi)部功率管器件的耐壓值不可能做到很高。同時高耐壓值的功率半導(dǎo)體器件其導(dǎo)通內(nèi)阻也比較大，影響電源整機(jī)的效率。所以需要設(shè)計專門的浪涌保護(hù)電路來保證DC-DC電源通過浪涌（沖擊）抗擾度的實驗，關(guān)于需要通過的浪涌測試的等級要求，應(yīng)該根據(jù)具體的應(yīng)用實際情況進(jìn)行選擇。

現(xiàn)有技術(shù)中比較常用的抗雷擊浪涌保護(hù)電路如圖1所示，包括第一級、第二級、第三級浪涌防護(hù)電路，第一級防護(hù)電路由三個壓敏電阻MOV1、MOV2、MOV3組成，MOV2和MOV3串聯(lián)后與MOV1并聯(lián)連接在信號輸入端Vin+和Vin-之間。第二級防護(hù)電路由共模電感L1和電容C1組成，L1兩個繞組的同名端1和4分別連接信號輸入端Vin+和Vin-，C1并聯(lián)在L1兩繞組異名端2和3。第三級浪涌防護(hù)電路由瞬變抑制二極管TVS1組成，與電容C1并聯(lián)。當(dāng)有較低的浪涌信號進(jìn)入電子設(shè)備時或在1KV左右的浪涌（沖擊）抗擾度實驗中，浪涌信號經(jīng)過第一級防護(hù)電路的抑制和泄放，并在第二級防護(hù)電路的共模電感L1對浪涌電流的延時性和電容C1對浪涌電壓的平滑作用下，被第三級浪涌防護(hù)電路的瞬變抑制二極管TVS1嵌至在一定的電壓值內(nèi)，從而更好地保護(hù)DC-DC開關(guān)電源或其它電子設(shè)備。

壓敏電阻MOV1-MOV3的瞬時峰值電流的通流量高達(dá)幾千安培，是作為雷擊浪涌前級保護(hù)電路最理想的器件，但是其電壓抑制精度低，殘壓非常的高，響應(yīng)時間為nS級。而瞬變抑制二極管瞬態(tài)峰值電流的承受能力從幾十安培到幾百安培，其響應(yīng)時間為pS級、殘壓低、鉗位電壓值選取靈活，一般作為雷擊浪涌防護(hù)器件的后級保護(hù)電路。而連接在第一級防護(hù)電路與第三級防護(hù)電路之間的電感和電容可以限制電流突變，防止瞬變抑制二極管先于壓敏電阻導(dǎo)通而過流損壞。但是電感受到體積和成本的限制不可能做到很大，當(dāng)浪涌沖擊比較大時，如2KV或4KV浪涌信號，電感承受浪涌電流瞬間會出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，此時浪涌電流會直接流入后級的瞬變抑制二極管器件中，瞬變抑制二極管必然會因為過流而損壞。為了避免電感的飽和問題，也可在第二級防護(hù)電路中串接功率電阻，但是會帶來功率損耗，影響整個保護(hù)電路的工作效率。

另外，業(yè)內(nèi)一些人士還利用線性電源的基本結(jié)構(gòu)組建了另外一種防電壓瞬變和浪涌的保護(hù)電路，如圖2所示，也包括三級防護(hù)電路，第三級防護(hù)電路包括驅(qū)動電路、功率MOS管Q1、穩(wěn)壓二極管Z1、Z2和Z3、電容C1和C2，限流電阻R1、分壓電阻R3和R4、精密穩(wěn)壓芯片TL431、二極管D1和D2，第一、二級防護(hù)電路與圖1中兩級防護(hù)電路的連接方式和工作原理一樣。功率MOS管Q1的漏極連接第二級防護(hù)電路的共模電感L1繞組的第2端，源級一路經(jīng)過D1、D2和限流電阻R1連接Q1的柵極，另一路通過分壓電阻R3和R4連接電感L繞組的第3端，Q1的源級連接穩(wěn)壓二極管Z3的陰極，柵極連接Z3的陽極，TL431的陰極連接R1和D2的連接點，陽極連接電感L繞組的第3端，取樣端連接R3和R4的連接點，電容C2和穩(wěn)壓二極管Z1并聯(lián)在TL431兩端，電容C3和穩(wěn)壓二極管Z2與R4并聯(lián)，D1和D2的連接點通過驅(qū)動電路連接Q1的漏極。

在電路正常工作時，驅(qū)動電路提供功率MOS管Q1柵源偏置電壓，Q1處于完全導(dǎo)通狀態(tài)，電路正常輸出。當(dāng)有浪涌信號進(jìn)入電子保護(hù)電路時，信號經(jīng)過第一、二級防護(hù)電路后流經(jīng)功率MOS管Q1，Q1的源級電壓超過一定幅值，利用電阻R2和R3和精密電壓基準(zhǔn)芯片TL431組成負(fù)反饋穩(wěn)壓電路拉低Q1的柵極電壓，將DC-DC電源的輸入端電壓穩(wěn)定在設(shè)定的電壓值，從而嵌定了浪涌電壓。但是該電路只是簡單的將線性穩(wěn)壓電源的基本電路運用到DC-DC開關(guān)電源或者其它電子設(shè)備的前端作為浪涌保護(hù)電路，在實際的浪涌測試中該電路存在不足之處。