CN102136724A - 直流电源输入防反接和缓启动保护方法及装置 - Google Patents

直流电源输入防反接和缓启动保护方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种直流电源输入防反接和缓启动保护方法及装置，所述方法包括：在上电过程中，当直流电源的输入电压高于第二输入电压时，所述直流电源的输入电压开始向防反接和缓启动电路中防反接MOSFET的栅极供电，并控制所述防反接和缓启动电路开始工作；在下电过程中，当直流电源的输入电压低于第一输入电压时，所述直流电源的输入电压停止向所述防反接MOSFET的栅极供电，并控制所述防反接和缓启动电路停止工作；其中，所述第一输入电压低于所述第二输入电压。本发明适用于直流电源的输入防反接和缓启动保护。

Description

直流电源输入防反接和缓启动保护方法及装置
技术领域
本发明涉及电子技术领域，特别涉及一种直流电源输入防反接和缓启动保护方法及装置。
背景技术
通常，电子设备的直流电源在输入端口处会使用容量不等的电解电容，在开机的时候会产生很大的冲击电流，给前端供电设备、该电子设备输入端熔丝的选型及器件的可靠性造成了一定的影响。为了克服这种影响，需要为电子设备的直流电源配备输入防反接和缓启动保护电路。
目前，在现有的直流电源输入防反接和缓启动保护电路中，通常采用两个MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属-氧化层-半导体-场效晶体管)Q1和Q2实现防反接和缓启动功能。如图1所示，其中，Q1起到防反接的作用，刚开机的时候靠其体内二极管作用，正常工作以后管子打开，减小其体内二极管的正向压降；Q2起到缓启动的作用，相当于一个可变电阻，对输入电流有限制的作用。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：
在现有的直流电源输入防反接和缓启动保护电路中，当反复上下电的时候，Q2容易损坏；在生产安装过程中，对输入端先正接再反接会损坏Q1，并且冲击电流负向的时候会损坏Q1，电路可靠性较低。
发明内容
本发明的实施例提供一种直流电源输入防反接和缓启动保护方法及装置，能够在保证防反接和缓启动功能的前提下提高器件的可靠性。
本发明实施例采用的技术方案为：
一种直流电源输入防反接和缓启动保护方法，包括：
在上电过程中，当直流电源的输入电压高于第二输入电压时，所述直流电源的输入电压开始向防反接和缓启动电路中防反接MOSFET的栅极供电，并控制所述防反接和缓启动电路开始工作；
在下电过程中，当直流电源的输入电压低于第一输入电压时，所述直流电源的输入电压停止向所述防反接MOSFET的栅极供电，并控制所述防反接和缓启动电路停止工作；
其中，所述第一输入电压低于所述第二输入电压。
一种直流电源输入防反接和缓启动保护装置，所述装置包括防反接和缓启动电路以及开关控制器；
所述开关控制器，用于接收直流电源的输入电压，并耦合至所述防反接和缓启动电路中防反接MOSFET的栅极，在上电过程中，当直流电源的输入电压高于第二输入电压时，开始利用所述直流电源的输入电压向所述防反接MOSFET的栅极供电，并控制所述防反接和缓启动电路开始工作，在下电过程中，当直流电源的输入电压低于第一输入电压时，停止利用所述直流电源的输入电压向所述防反接MOSFET的栅极供电，并控制所述防反接和缓启动电路停止工作；
所述防反接和缓启动电路包括：所述防反接MOSFET以及缓启动单元，所述防反接MOSFET用于防止反接，所述缓启动单元用于在所述上电过程中实现缓启动；
其中，所述第一输入电压低于所述第二输入电压。
本发明实施例提供的直流电源输入防反接和缓启动保护方法及装置，在上电过程中，当直流电源的输入电压高于第二输入电压时，所述直流电源的输入电压开始向防反接和缓启动电路中防反接MOSFET的栅极供电，并控制所述防反接和缓启动电路开始工作；在下电过程中，当直流电源的输入电压低于第一输入电压时，所述直流电源的输入电压停止向所述防反接MOSFET的栅极供电，并控制所述防反接和缓启动电路停止工作；其中，所述第一输入电压低于所述第二输入电压。与现有技术相比，本发明实施例能够控制防反接和缓启动电路开启和关断的回滞，避免直流电源在低压输入重载的条件下防反接和缓启动电路反复重启的情况发生，从而在保证防反接和缓启动功能的前提下提高器件的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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它的附图。
图1为现有技术中提供的直流电源输入防反接和缓启动保护电路图；
图2为MOSFET的转移特性示意图；
图3为本发明实施例一提供的直流电源输入防反接和缓启动保护方法流程图；
图4为本发明实施例二提供的直流电源输入防反接和缓启动保护方法流程图；
图5为本发明实施例三提供的直流电源输入防反接和缓启动保护装置结构示意图；
图6为本发明实施例三提供的直流电源输入防反接和缓启动保护装置开启和关断过程示意图。
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做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明实施例技术方案的优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明实施例作详细说明。
如图2所示，为MOSFET在不同温度时的转移特性曲线图，其中，横轴为栅极与源极之间的电压降VGS，纵轴为漏极电流ID，曲线1(虚线所示)为MOSFET在温度为25℃时的转移特性曲线图，曲线2(实线所示)为MOSFET在温度为150℃时的转移特性曲线图，曲线1和曲线2相交于点A，即零温度系数工作点。
在点A的左侧，即VGS小于一定值时，ID随着温度升高而增大，此时为正温度特性；在点A的右侧，即VGS大于一定值时，ID随着温度升高而减小，此时为负温度特性；
漏极电流ID随温度的变化受迁移率和阈值电压两个因素支配，受迁移率影响是负温度系数：当温度升高时，迁移率减小，导通电阻变大，漏极电流ID变小；受阈值电压影响正温度系数：当温度升高时，阈值电压减小，导通电阻变小，漏极电流ID变大；
当VGS小于一定值时，阈值电压影响占主导地位，ID随温度升高而增加；当VGS大于一定值时，迁移率影响占主导地位，ID随温度升高而减小。
由于每个MOSFET的内部是由很多小MOSFET单元并联组成的，MOSFET在反复上下电的过程中，漏极电流ID很大，当MOSFET的栅极与源极之间的电压降VGS处于负温度特性区间，其中的某个小MOSFETID单元偏大，从而导致该小MOSFET单元的温度升高，最终可能导致该小MOSFET单元因过热而烧毁，即处于负温度特性区间工作会出现因内部多个小MOSFET单元不均流导致单个小MOSFET单元过功率而烧毁的情况。
针对MOSFET中存在的上述问题，本发明实施例提供的技术方案能够避免防反接和缓启动MOSFET在漏极电路ID很大，同时MOSFET处于负温度特性区间工作，由于MOSFET内小MOSFET单元的不均流而烧毁MOSFET的情况出现，从而提高器件的可靠性。
实施例一
本发明实施例提供一种直流电源输入防反接和缓启动保护方法，如图3所示，所述方法包括：
301、在上电过程中，当直流电源的输入电压高于第二输入电压时，所述直流电源的输入电压开始向防反接和缓启动电路中防反接MOSFET的栅极供电，并控制所述防反接和缓启动电路开始工作。
302、在下电过程中，当直流电源的输入电压低于第一输入电压时，所述直流电源的输入电压停止向所述防反接MOSFET的栅极供电，并控制所述防反接和缓启动电路停止工作，其中，所述第一输入电压低于所述第二输入电压。
本发明实施例提供的直流电源输入防反接和缓启动保护方法，在上电过程中，当直流电源的输入电压高于第二输入电压时，所述直流电源的输入电压开始向防反接和缓启动电路中防反接MOSFET的栅极供电，并控制所述防反接和缓启动电路开始工作；在下电过程中，当直流电源的输入电压低于第一输入电压时，所述直流电源的输入电压停止向所述防反接MOSFET的栅极供电，并控制所述防反接和缓启动电路停止工作，其中，所述第一输入电压低于所述第二输入电压。与现有技术相比，本发明实施例能够控制防反接和缓启动电路开启和关断的回滞，避免直流电源在低压输入重载的条件下防反接和缓启动电路反复重启的情况发生，从而在保证防反接和缓启动功能的前提下提高器件的可靠性。
实施例二
本发明实施例提供一种直流电源输入防反接和缓启动保护方法，如图4所示，所述方法包括：
401、在上电过程中，当直流电源的输入电压高于第二输入电压时，所述直流电源的输入电压开始向防反接和缓启动电路中防反接MOSFET的栅极供电，并控制所述防反接和缓启动电路开始工作。
402、当所述直流电源的输入电压开始向所述防反接MOSFET的栅极供电时，所述防反接MOSFET的栅极电压在所述防反接和缓启动电路中缓启动单元控制下缓慢上升，促使所述防反接MOSFET导通。
403、当所述防反接MOSFET的栅极电压上升到第二设定电压时，所述防反接和缓启动电路完成缓启动功能并开始正常工作。
404、在下电过程中，当直流电源的输入电压低于第一输入电压时，所述直流电源的输入电压停止向所述防反接MOSFET的栅极供电，并控制所述防反接和缓启动电路停止工作，其中，所述第一输入电压低于所述第二输入电压。
405、当所述直流电源的输入电压停止向所述防反接MOSFET的栅极供电时，所述防反接MOSFET的栅极电压在所述缓启动单元控制下下降到第一设定电压，并开始迅速下降促使所述防反接MOSFET关闭，其中，所述第一设定电压低于所述第二设定电压。
本发明实施例提供的直流电源输入防反接和缓启动保护方法，在上电过程中，能够控制所述防反接和缓启动电路开始工作；在下电过程中，能够控制所述防反接和缓启动电路停止工作；此外，防反接MOSFET的栅极电压在防反接和缓启动电路中缓启动单元控制下缓慢上升，促使所述防反接MOSFET导通；当防反接MOSFET的栅极电压上升到第二设定电压时，所述防反接和缓启动电路完成缓启动功能并开始正常工作；防反接MOSFET的栅极电压在缓启动单元控制下下降到第一设定电压，并开始迅速下降促使所述防反接MOSFET关闭，其中，所述第一设定电压低于所述第二设定电压。与现有技术相比，本发明实施例能够控制防反接和缓启动电路开启和关断的回滞，避免直流电源在低压输入重载的条件下防反接和缓启动电路反复重启的情况发生，从而在保证防反接和缓启动功能的前提下提高器件的可靠性。
实施例三
本发明实施例提供一种直流电源输入防反接和缓启动保护装置，如图5所示，所述装置包括防反接和缓启动电路52以及开关控制器51；
所述开关控制器51，用于接收直流电源的输入电压，并耦合至所述防反接和缓启动电路52中防反接MOSFET的栅极，在上电过程中，当直流电源的输入电压高于第二输入电压时，开始利用所述直流电源的输入电压向所述防反接MOSFET的栅极供电，并控制所述防反接和缓启动电路52开始工作，在下电过程中，当直流电源的输入电压低于第一输入电压时，停止利用所述直流电源的输入电压向所述防反接MOSFET的栅极供电，并控制所述防反接和缓启动电路52停止工作；
所述防反接和缓启动电路52包括：所述防反接MOSFET以及缓启动单元，所述防反接MOSFET用于防止反接，所述缓启动单元用于在所述上电过程中实现缓启动；
其中，所述第一输入电压低于所述第二输入电压。
进一步的，所述缓启动单元，用于当所述开关控制器开始利用直流电源的输入电压向所述防反接MOSFET的栅极供电时，控制所述防反接MOSFET的栅极电压缓慢上升，促使所述防反接MOSFET导通。
进一步的，所述缓启动单元，还用于当所述开关控制器停止利用直流电源的输入电压向所述防反接MOSFET的栅极供电时，控制所述防反接MOSFET的栅极电压下降到第一设定电压，并开始迅速下降促使所述防反接MOSFET关闭。
进一步的，所述防反接和缓启动电路52，还用于在所述防反接MOSFET的栅极电压上升到第二设定电压时，完成缓启动功能并正常工作。
其中，所述第一设定电压低于所述第二设定电压。
如图5所示，Q1为防反接MOSFET，Q2为缓启动MOSFET；晶体管Q2、电容C1和C2、二极管D1等共同构成所述缓启动单元。对于缓启动单元其它可能的结构本实施例不做限制，只要其能在电源上电中实现缓启动功能即可。
所述开关控制器51的一端与地连接，所述开关控制器51的另一端与Q1的栅极连接。开关控制器51可以用一普通的迟滞开关来实现。所述迟滞开关在输入电压大于第一阈值时导通，小于第二阈值时关闭，且第一阈值大于第二阈值。迟滞开关可以由晶体管或逻辑门组成，本实施例对其结构不做限制。
其中，第一输入电压Vin_L1、第二输入电压Vin_L2、第一设定电压Vset1、第二设定电压Vset2的电压值可以根据电路中各器件的参数进行设置，以控制防反接和缓启动电路开启和关断的回滞，避免直流电源在低压输入重载的条件下防反接和缓启动电路反复重启的情况发生。在图5中，供电电源为负，因此Vin连接地，而Q1连接负电源-48v。但在实际应用中，Vin可以连接正电源，而Q1可连接地，但这都不影响本实施例的实现，只要电路按照本实施例所述工作原理根据电源两端电压变化而执行带有迟滞的缓启动和防反接功能，则可以有效保护电路的上电和下电，并减少反复重启，提高器件的可靠性。
如图6所示，所述直流电源输入防反接和缓启动保护装置的工作过程为：
当直流电源的输入上电以后，直流电源的输入电压Vin开始上升，当直流电源的输入电压Vin高于第二输入电压Vin_L2时，防反接和缓启动电路开始工作，直到Q1的栅极电压Vg达到第二设定电压Vset 2时，防反接和缓启动电路完成缓启动功能并正常工作；
当直流电源的输入下电以后，直流电源的输入电压Vin开始下降，当直流电源的输入电压Vin下降到第一输入电压Vin_L1时，Q1的栅极电压Vg开始缓慢下降，当Q1的栅极电压降到第一设定电压Vset1时，Q1的栅极电压Vg迅速降到0V，防反接和缓启动电路关断，停止工作；
从而，当出现雷击或浪涌负向的时候，防反接和缓启动电路仍然保持打开状态，不会因为雷击或浪涌负向而造成电源复位；同时也能避免防反接和缓启动MOSFET在漏极电流ID很大且处于ID负温度特性区间工作时造成管子烧毁的情况出现。
本发明实施例提供的直流电源输入防反接和缓启动保护装置，在上电过程中，能够控制所述防反接和缓启动电路开始工作；在下电过程中，能够控制所述防反接和缓启动电路停止工作；此外，防反接MOSFET的栅极电压在防反接和缓启动电路中缓启动单元控制下缓慢上升，促使所述防反接MOSFET导通；当防反接MOSFET的栅极电压上升到第二设定电压时，所述防反接和缓启动电路完成缓启动功能并开始正常工作；防反接MOSFET的栅极电压在缓启动单元控制下下降到第一设定电压，并开始迅速下降促使所述防反接MOSFET关闭，其中，所述第一设定电压低于所述第二设定电压。与现有技术相比，本发明实施例能够控制防反接和缓启动电路开启和关断的回滞，避免直流电源在低压输入重载的条件下防反接和缓启动电路反复重启的情况发生，从而在保证防反接和缓启动功能的前提下，提高防反接和缓启动电路在生产、安装和使用过程中防反接MOSFET和缓启动MOSFET的可靠性。
本发明实施例提供的直流电源输入防反接和缓启动保护装置可以实现上述提供的方法实施例，具体功能实现请参见方法实施例中的说明，在此不再赘述。本发明实施例提供的直流电源输入防反接和缓启动保护方法及装置可以适用于直流电源的输入防反接和缓启动保护，但不仅限于此。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。
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，可轻易想到的变化或替换，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该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种直流电源输入防反接和缓启动保护方法，其特征在于，包括：
在上电过程中，当直流电源的输入电压高于第二输入电压时，所述直流电源的输入电压开始向防反接和缓启动电路中防反接MOSFET的栅极供电，并控制所述防反接和缓启动电路开始工作；
在下电过程中，当直流电源的输入电压低于第一输入电压时，所述直流电源的输入电压停止向所述防反接MOSFET的栅极供电，并控制所述防反接和缓启动电路停止工作；
其中，所述第一输入电压低于所述第二输入电压。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
当所述直流电源的输入电压开始向所述防反接MOSFET的栅极供电时，所述防反接MOSFET的栅极电压在所述防反接和缓启动电路中缓启动单元控制下缓慢上升，促使所述防反接MOSFET导通。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
当所述直流电源的输入电压停止向所述防反接MOSFET的栅极供电时，所述防反接MOSFET的栅极电压在所述缓启动单元控制下下降到第一设定电压，并开始迅速下降促使所述防反接MOSFET关闭。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，当所述防反接MOSFET的栅极电压上升到第二设定电压时，所述防反接和缓启动电路完成缓启动功能并开始正常工作。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一设定电压低于所述第二设定电压。
6.一种直流电源输入防反接和缓启动保护装置，其特征在于，所述装置包括防反接和缓启动电路以及开关控制器；
所述开关控制器，用于接收直流电源的输入电压，并耦合至所述防反接和缓启动电路中防反接MOSFET的栅极，在上电过程中，当直流电源的输入电压高于第二输入电压时，开始利用所述直流电源的输入电压向所述防反接MOSFET的栅极供电，并控制所述防反接和缓启动电路开始工作，在下电过程中，当直流电源的输入电压低于第一输入电压时，停止利用所述直流电源的输入电压向所述防反接MOSFET的栅极供电，并控制所述防反接和缓启动电路停止工作；
所述防反接和缓启动电路包括：所述防反接MOSFET以及缓启动单元，所述防反接MOSFET用于防止反接，所述缓启动单元用于在所述上电过程中实现缓启动；
其中，所述第一输入电压低于所述第二输入电压。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述缓启动单元，用于当所述开关控制器开始利用直流电源的输入电压向所述防反接MOSFET的栅极供电时，控制所述防反接MOSFET的栅极电压缓慢上升，促使所述防反接MOSFET导通。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述缓启动单元，还用于当所述开关控制器停止利用直流电源的输入电压向所述防反接MOSFET的栅极供电时，控制所述防反接MOSFET的栅极电压下降到第一设定电压，并开始迅速下降促使所述防反接MOSFET关闭。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述防反接和缓启动电路，还用于在所述防反接MOSFET的栅极电压上升到第二设定电压时，完成缓启动功能并正常工作。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第一设定电压低于所述第二设定电压。
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