CN100561816C - 突波电流抑制电路及使用其的电源供应装置 - Google Patents
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Abstract
一种突波电流抑制电路，包括晶体管、开关元件以及短路保护电路。其中，晶体管的发射极作为突波电流抑制电路的输入端。开关元件具有输入端、第一输出端及第二输出端，其中，开关元件的输入端连接于晶体管的集电极，第二输出端作为突波电流抑制电路的输出端。短路保护电路具有第一端、第二端、第三端、第一及第二分压电阻，其中，第一端连接于开关元件的第一输出端，其第二端连接于晶体管的基极，其第三端连接于开关元件的第二输出端，第一分压电阻连接于第一端与第二端之间，第二分压电阻连接于第二端与第三端之间。本发明采用的突波电流抑制电路，具有短路保护功能，在抑制突波电流的同时还可对负载提供短路保护，维持负载正常工作。
Description
技术领域
本发明涉及一种突波电流抑制电路，尤其涉及一种具有短路保护的突波电流抑制电路，及使用其的电源供应装置。
背景技术
随着科技的发展，各种网络设备，例如非对称数字用户环路调制解调器(ADSLModem)、缆线调制解调器(Cable Modem)、数字机上盒(Set-top Box)应用越来越广泛。这些网络设备都需要电源供应装置，用于将市电电源交流电压(例如：中国大陆地区为220V，北美地区为110V。)转换为适于网络设备工作的直流电压。然，在电源供应装置最初导通时，电路中的电容效应会产生不可预期的瞬间电流，即突波电流(inrush current)。突波电流瞬间最大值可造成保险丝、开关等元件的损坏，进而降低元件的使用寿命，亦降低网络设备供电的稳定性。
发明内容
有鉴于此，需提供一种突波电流抑制电路，其具有短路保护功能，在抑制突波电流的同时还可对负载提供短路保护，维持负载正常工作。
此外，还需提供一种电源供应装置，其采用具有短路保护的突波电流抑制电路，不仅抑制电源供应装置中所产生的突波电流，还可对负载提供短路保护，提高网络设备供电的稳定性。
一种突波电流抑制电路，包括晶体管、开关元件以及短路保护电路。其中，晶体管的发射极作为突波电流抑制电路的输入端。开关元件具有输入端、第一输出端及第二输出端，其中，所述开关元件的输入端连接于晶体管的集电极，第二输出端作为突波电流抑制电路的输出端。短路保护电路，具有第一端、第二端、第三端、第一分压电阻及第二分压电阻。其中，短路保护电路的第一端连接于开关元件的第一输出端，其第二端连接于晶体管的基极，其第三端连接于开关元件的第二输出端。第一分压电阻连接于第一端与第二端之间。第二分压电阻连接于第二端与第三端之间，并与第一分压电阻构成分压电路，用于加速晶体管的导通。
一种电源供应装置，用于将接收到的信号转换为适于负载工作的直流信号，电源供应装置包括变压电路、整流滤波电路以及突波电流抑制电路。其中，变压电路用于将接收到的信号转换为交流信号。整流滤波电路连接于变压电路，用于将交流信号转换为直流信号。突波电流抑制电路连接于整流滤波电路，用于抑制电源供应装置中所产生的突波电流，并对负载提供短路保护，突波电流抑制电路包括晶体管、开关元件以及短路保护电路。其中，晶体管的发射极作为突波电流抑制电路的输入端。开关元件具有输入端、第一输出端及第二输出端，其中，所述开关元件的输入端连接于晶体管的集电极，第二输出端作为突波电流抑制电路的输出端。短路保护电路，具有第一端、第二端、第三端、第一分压电阻及第二分压电阻。其中，短路保护电路的第一端连接于开关元件的第一输出端，其第二端连接于晶体管的基极，其第三端连接于开关元件的第二输出端。第一分压电阻连接于第一端与第二端之间。第二分压电阻，连接于第二端与第三端之间，并与第一分压电阻构成分压电路，用于加速晶体管的导通。
本发明的电源供应装置采用突波电流抑制电路，抑制电路中产生的突波电流，并对负载提供短路保护。
附图说明
图1为本发明电源供应装置的电路图。
图2为本发明图1中突波电流抑制电路的具体电路图。
具体实施方式
图1所示为本发明电源供应装置1的电路图。电源供应装置1包括变压电路10、整流滤波电路11以及突波电流抑制电路12。
变压电路10用于接收输入信号Vin，并将输入信号Vin转换为交流信号V1。在本实施方式中，输入信号Vin是市电源信号。整流滤波电路11连接于变压电路10，用于将变压电路10输出的交流信号转换为直流信号。突波电流抑制电路12连接于整流滤波电路11，用于抑制电源供应装置1中所产生的突波电流，且输出另一种直流信号Vout至负载(图中未给出)。在本实施方式中，突波电流抑制电路12还具有短路保护功能，其在抑制突波电流的同时，亦可对负载提供短路保护，维持负载正常工作。其中，负载可以是非对称数字用户环路调制解调器、缆线调制解调器、数字机上盒等等。
变压电路10主要包括变压器T，其包括一次侧绕组与二次侧绕组。一次侧绕组作为电源供应装置1的输入端，用于接收市电电源的弦波信号。二次侧绕组连接于整流滤波电路11。在本实施方式中，变压器T的二次侧绕组的线圈匝数小于一次侧绕组的线圈匝数。当一次侧绕组接收市电电源的弦波信号Vin时，流通电流所产生的磁场亦会流过二次侧绕组，产生低压交流信号V1，并输出至整流滤波电路11。
整流滤波电路11包括滤波电容C1与二极管D1、D2、D3及D4。其中，二极管D1的阴极与二极管D2的阳极共同连接至变压器T的二次侧绕组的高压端。二极管D3的阳极与二极管D4的阴极共同连接至变压器T的二次侧绕组的低压端。且，二极管D2的阴极与二极管D3的阴极相连，二极管D1的阳极与二极管D4的阳极相连。滤波电容C1连接于二极管D1的阳极与二极管D2的阴极之间。这样，滤波电容C1、二极管D1、D2、D3及D4构成桥式全波整流滤波电路。在本实施方式中，整流滤波电路11将变压电路10输出的低压交流信号V1整流滤波后输出至突波电流抑制电路12。在本发明其它实施方式中，整流滤波电路11亦可为半波整流滤波电路。
图2所示为本发明突波电流抑制电路12的具体电路图。突波电流抑制电路12包括偏压电阻R1、可调电阻R、PNP晶体管Q及开关元件M。其中，PNP晶体管Q的发射极作为突波电流抑制电路12的输入端。开关元件M是金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor，MOSFET)，其具有输入端、第一输出端及第二输出端。本实施方式中，MOSFET M的输入端为栅极，其第一输出端为源极，其第二输出端为漏极。
MOSFET M的栅极连接于PNP晶体管Q的集电极，其漏极作为突波电流抑制电路12的输出端。可调电阻R连接于PNP晶体管的发射极与MOSFET M的源极之间，用于给PNP晶体管Q的基极与发射极提供偏置电压。偏压电阻R1连接于MOSFET M的栅极与地之间，用于给MOSFET M提供偏置电压。
在本实施方式中，突波电流抑制电路12还包括短路保护电路121，其包括延时电容C2、第一分压电阻R2以及第二分压电阻R3。且，短路保护电路121具有第一端、第二端及第三端。其中，短路保护电路121的第一端连接于MOSFET M的源极，其第二端连接于PNP晶体管的基极，其第三端连接于MOSFET M的漏极。第一分压电阻R2连接于短路保护电路121的第一端与第二端之间，延时电容C2与第一分压电阻R2并行连接。第二分压电阻R3连接于短路保护电路121的第二端与第三端之间，其与第一分压电阻R2构成分压电路，用于加速PNP晶体管Q的导通。同时，第二分压电阻R3与延时电容C2构成延迟电路，用于在负载初接通时阻止PNP晶体管Q导通，维持负载的正常工作。
在本实施方式中，滤波电容C1根据公式i(t)＝V/R′×e-t/R′C(其中，R′为整流滤波电路11的等效电阻)向负载放电。当t＝0时，即滤波电容C1对突波电流抑制电路12进行初供电的瞬间，i(0)＝V/R′。此时，电阻R′为滤波电容C1的等效阻抗，由于等效阻抗很小，可忽略不计。故，电源供应装置产生的电流值i(0)无限大，这个瞬时电流i(0)即为突波电流。
当突波电流流经突波电流抑制电路12时，延时电容C2可看做短路。同时，可调电阻R提供偏置电压至PNP晶体管Q的基极，例如：0.7V时，使得PNP晶体管Q导通。当PNP晶体管Q导通后，加载在可调电阻R上的电压持续增大，PNP晶体管Q导通后工作在饱和状态，使得MOSFET M截止，进而避免电源供应装置1的突波电流通过可调电阻R、MOSFET M流入负载，对负载造成损害。
当瞬时电流转化为稳态电流时，且稳态电流加载于可调电阻R的电压小于PNP晶体管Q的导通电压时，即小于0.7V时，PNP晶体管Q截止，MOSFET M导通。此时，稳态电流经由可调电阻R与MOSFET M对负载进行供电，维持负载正常工作。
此外，当负载内部真正发生短路时，电源供应装置1中流经突波电流抑制电路12的电流增大，使得电流在第一分压电阻R2上形成的分压亦增大，从而增大PNP晶体管Q的基极偏置电压，加速PNP晶体管Q的导通。因此，PNP晶体管Q导通后会迅速工作在饱和区促使MOSFET M截止，限制电流流入负载。本实施方式中，第一分压电阻R2还可用于保护PNP晶体管Q，避免过大电流流入PNP晶体管Q。
当电源供应装置1初接通负载时，与负载并联的储能电容(未标示于图中)可视为短路，电源供应装置1中流经突波电流抑制电路12的电流亦会增大。此时，MOSFET M的源极与漏极之间存在压降，使得突波电流抑制电路12输入电流通过可调电阻R同时对延时电容C2以及储能电容充电。本实施方式中，延时电容C2的充电时间大于储能电容的充电时间，即当储能电容充电完成时，延时电容C2还处于充电状态。由于在延时电容C2充电期间，电流不会流经第一分压电阻R2，使得PNP晶体管Q无法导通。因此，在电源供应装置1初接通负载时对储能电容充电过程中，PNP晶体管Q截止，MOSFET M导通，仍然维持负载的正常工作。
本发明的突波电流抑制电路12利用调节可调电阻R的电阻值，控制PNP晶体管Q与MOSFET M的导通与截止，从而抑制流入负载的突波电流；其次，本发明的突波电流抑制电路12利用第一分压电阻R2与第二分压电阻R3组成的分压电路，在负载短路时，通过加速PNP晶体管Q的导通以达到MOSFET M的迅速截止；再次，利用第二分压电阻R3与延时电容C2构成的延迟电路，用于在负载初接通时阻止PNP晶体管Q导通，维持负载的正常工作。
Claims (9)
1.一种突波电流抑制电路，其特征在于包括：
晶体管，其发射极作为突波电流抑制电路的输入端；
开关元件，具有输入端、第一输出端及第二输出端，其中，所述开关元件的输入端连接于晶体管的集电极，其第二输出端作为突波电流抑制电路的输出端；以及
短路保护电路，具有第一端、第二端、第三端、第一分压电阻及第二分压电阻，其中，短路保护电路的第一端连接于开关元件的第一输出端，其第二端连接于晶体管的基极，其第三端连接于开关元件的第二输出端，第一分压电阻连接于第一端与第二端之间，第二分压电阻连接于第二端与第三端之间，其与第一分压电阻构成分压电路，用于加速晶体管的导通。
2.如权利要求1所述的突波电流抑制电路，其特征在于，所述短路保护电路还包括延时电容，其与第一分压电阻并行连接，且与第二分压电阻构成延迟电路。
3.如权利要求1所述的突波电流抑制电路，其特征在于，还包括可调电阻，连接于晶体管的发射极与开关元件的第一输出端之间，用于给晶体管的基极与发射极提供偏置电压。
4.如权利要求1所述的突波电流抑制电路，其特征在于，还包括偏压电阻，连接于开关元件的输入端与地之间，用于给开关元件提供偏置电压。
5.一种电源供应装置，用于将接收到的信号转换为适于负载工作的直流信号，其特征在于，所述电源供应装置包括：
变压电路，用于将接收到的信号转换为交流信号；
整流滤波电路，连接于变压电路，用于将交流信号转换为直流信号；以及
如权利要求1至4任一项所述的突波电流抑制电路，连接于整流滤波电路，用于抑制电源供应装置中所产生的突波电流，并对负载提供短路保护。
6.如权利要求5所述的电源供应装置，其特征在于，所述变压电路包括变压器，其包括一次侧绕组与二次侧绕组。
7.如权利要求6所述的电源供应装置，其特征在于，所述整流滤波电路包括：
第一二极管；
第二二极管，其阳极与第一二极管的阴极相连，且共同连接至变压器二次侧绕组的高压端；
第三二极管，其阴极与第二二极管的阴极相连；以及
第四二极管，其阴极与第三二极管的阳极相连，且共同连接至变压器二次侧绕组的低压端，其阳极与第一二极管的阳极相连。
8.如权利要求7所述的电源供应装置，其特征在于，所述整流滤波电路还包括滤波电容，连接于第一二极管的阳极与第二二极管的阴极之间。
9.如权利要求5所述的电源供应装置，其特征在于，所述整流滤波电路为全波整流滤波电路或半波整流滤波电路。
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