CN103023004A - 一种浪涌抑制电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种浪涌抑制电路，包括电压输入端、电压输出端、第一场效应管、第二场效应管、电阻、PWM输入端，所述的第一场效应管的源极与所述的电压输入端连接，所述的第二场效应管的源极与所述的电压输入端连接，所述的电阻一端与所述的电压输入端连接，所述第一场效应管的漏极与所述的电阻另一端及所述的电压输出端连接，所述的第二场效应管的漏极与所述的电阻另一端连接，所述的第一场效应管的栅极与所述的PWM输入端连接，所述的第二场效应管与所述的PWM输入端连接。本发明可以有效抑制电源开关时的浪涌电压，并在电源稳定工作时不影响电压输出，减少不必要的功率损耗，可用于高功率电路、能承受连续脉冲冲击。

Description

一种浪涌抑制电路

技术领域

本发明涉及电源保护电路，特别涉及电容滤波电路的浪涌抑制。

背景技术

目前的各种电器中，大量存在整流电路，如市电经整流、电容滤波，再给开关电源的变换电路供电；再如传统电源，市电经变压器降压后，经整流、电容滤波后给其他电路供电，这类电器在电源开关接通瞬间，由于滤波电容的存在，滤波电容两端电压瞬间从0V充电至额定工作电压，会产生很大的浪涌电压以及浪涌电流，浪涌电流不仅缩短了滤波电容的寿命，同时也对整流电路中的二极管、保险丝、电源中布线、走线都有较大冲击。

传统的抑制浪涌电流的方法是在整流电路的回路中，串入合适的负温度系数的热敏电阻(NTC)，热敏电阻在常态下其阻值较大，电源开关接通瞬间，热敏电阻阻值较大，限制了对电容的充电电流，从而抑制了浪涌电流，热敏电阻由于发热，其阻值因发热而减少，以减少电阻自身功耗和降低对电路效率的影响。这种方法简单可行，但若短时断电，由于热敏电阻冷却时间较长，在热敏电阻未冷却时，若电源开关再次接通或电路重新上电，这时产生的浪涌会很大，热敏电阻的保护作用会下降，甚至完全失去作用。电路正常工作时热敏电阻串入电路回路会产生很大损耗，减低电源效率，而且不适用于抑制连续脉冲。

在现有技术中，比较有效的一种解决方法，参见图1，该电路包括电压输入端Vin-、电压输出端Vout-、MOS管Q1、三极管Q2、电容C、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3，电压输入端Vin-分别与MOS管Q1的源极及三极管Q2的发射极连接，上述的电压输入端还通过第一电阻R1与MOS管Q1的漏极相连，三极管Q2的集电极连接MOS管Q1的栅极并通过第三电阻R3接地，三极管Q2的基极通过第二电阻R2与MOS管Q1的漏极相连，MOS管Q1的漏极通过电容C接地，MOS管Q1的漏极还与电压输出端Vout-连接。

上述电路还有另外一种等同变换，即将和外部电源连接的关系进行更改：把电源的输入端改为外部电源地线接入，原地线改为外部电源正输入；输出地线改为输出正，输出端口更改为输出地线；输出地线和外部电源地线是两个不同的网络。

上述方案的工作原理是，当Vin接外部电源时，该电源为负压，若电源开关闭合，由于电容两端电压初始为0V或较低的电压值，外部电源通过地线，经过电容C分两路回到Vin-。一路经过电阻R1回到Vin-，另一路经过电阻R2以及三极管Q2的基极、发射极回到Vin-，这时三极管Q2由于基极到发射极有电流流过，三极管Q2工作，由于Q1为MOS管，其栅极偏执电阻R3取值较大，一般在兆欧姆级左右，三极管Q2的集电极负载R3由于取值大，三极管Q2直接进入饱和工作状态，使得N沟道MOS管Q1的栅极到源极的电压很低，为三极管Q2的饱和压降，一般在0.7V至0.1V之间，这个电压达不到N沟道MOS管Q1的开启电压，MOS管Q1处于关断状态。这时，该电路从外部电源吸收的最大电流发生在电容C两端电压为0的瞬间，该电流最大值为：

$\mathrm{Ip}\max =\frac{\left|\mathrm{Vin}\right|}{R1}+\frac{\left|\mathrm{Vin}\right|-0.7V}{R2}$

从上述公式可以看出，该电路在外部电源闭合式，不对外部电源产生难以控制的充电电流，该电流仅与电阻R1和R2的取值有关，对电容C充电的电流，随着电容C两端的电压升高而逐步下降，电容C两端的电压升高而Vout的数值进一步下降，即输出电压Vout的绝对值增加，当满足：

Vout-Vin＜＝0.7V

当满足上述公式时，即三极管Q2的基极、发射极之间的电压也会低于0.7V，三极管Q2截止，这时外部电源通过R3把电压加到Q1的栅极上，相对而言，栅极电压高于源极电压，MOS管Q1开启，处于导通状态，由于MOS管的内阻很低，这时Vin和Vout电压差极低，电阻R1和R2两端电压极低，发热功率很小；而电阻R3由于取值较大，发热量也极低；实现了电路进入稳态时，降低了该电路的功率损耗。

这个电路在实际试验中发现对R1的要求很高，特别是使用在高压场合，如220VAC的市电经整流后出现峰值近310V的脉动高压，在加电瞬间，该电压就直接通过电容C加到R1的两端，R1的功率余量要较大才行，综合来看，该电路也存在下述不足：

1.开机浪涌电流为：

$\mathrm{Ip}\max =\frac{\left|\mathrm{Vin}\right|}{R1}$

想进一步降低开机时的浪涌电流R1要取大。

2.R1的取值经常出现两难：取小了，开机时冲击电流(浪涌电流)较大；取大了，对C的充电慢，电路启动时间长，由于后续电路的耗电，Q1迟迟不能导通，RC回路的充电电流，随时间的推移，当C两端电压升高，流过R1的充电电流是越来越小来的。

3.R1的功率余量要足够，由于体积限制，很多对体积要求严格的场合不好兼容。

4.且电路为纯硬件电路，控制复杂，稳定性较差，不便于集成。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中的不足而提供一种可靠、高效的浪涌抑制电路。创新点在于利用软件技术，智能控制，可以有效克服现有技术中纯硬件电路缺点，控制方法简单，便于修改，集成度高，稳定性好，可以有效抑制电源开关时的浪涌电压，并在电源稳定工作时不影响电压输出，减少不必要的功率损耗，可用于高功率电路、能承受连续脉冲冲击。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种浪涌抑制电路，包括电压输入端、电压输出端、第一场效应管、第二场效应管、电阻、PWM输入端，所述的第一场效应管的源极与所述的电压输入端连接，所述的第二场效应管的源极与所述的电压输入端连接，所述的电阻一端与所述的电压输入端连接，所述第一场效应管的漏极与所述的电阻另一端及所述的电压输出端连接，所述的第二场效应管的漏极与所述的电阻另一端连接，所述的第一场效应管的栅极与所述的PWM输入端连接，所述的第二场效应管与所述的PWM输入端连接。

具体说所述的第一场效应管为N沟道功率MOS管，所述的第二场效应管为P沟道功率。

所述的第一场效应管为P沟道功率MOS管，所述的第二场效应管为N沟道功率MOS管。

所述的PWM由外部电路提供。

启动时，电流流经所述的第一电阻，这个电阻可以有效抑制浪涌电流。电路正常工作后，由所述的PWM输入端输入的PWM信号控制所述的第一场效应管和所述的第二场效应管轮流导通，将所述的第一电阻旁路掉。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.正常工作时第一场效应管或第二场效应管中流过的电

流有效值小，减少了导通损耗，提高了电源效率。

2.无需电流检测就可以实现浪涌抑制，降低成本。

3.由软件控制，电路修改容易。

4.由PWM信号控制场效应管通断，控制电路简单，易于集成。

附图说明

图1是现有浪涌保护电路的电路原理图；

图2是本发明的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

参照附图2，本发明浪涌抑制电路图。

如图2所述的一种浪涌抑制电路，用于抑制电源开机时产生的浪涌电流，电路由电压输入端Vin、电压输出端Vout、第一电阻R、第一场效应管Q1、第二场效应管Q2和PWM信号输入端组成。第一场效应管Q1源极与所述的电压输入端Vin连接，所述的第二场效应管Q2的源极与所述的电压输入端Vin连接，所述的电阻R一端与所述的电压输入端Vin连接，所述第一场效应管Q1的漏极与所述的电阻R另一端及所述的电压输出端Vout连接，所述的第二场效应管Q2的漏极与所述的电阻R另一端连接，所述的第一场效应管Q1的栅极与所述的PWM输入端连接，所述的第二场效应管Q2与所述的PWM输入端连接。

启动时，电流流经所述的第一电阻R，这个电阻R可以有效抑制浪涌电流。电路正常工作后，由所述的PWM输入端输入的PWM信号控制所述的第一场效应管Q1和所述的第二场效应管Q2轮流导通，将所述的第一电阻R旁路掉。

所述的第一场效应管Q1和第二场效应管Q2的栅极驱动电压PWM由外部电路提供。

应该理解到的是：上述实施例只是对本发明的说明，而不是对本发明的限制，任何不超出本发明实质精神范围内的发明创造，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种浪涌抑制电路，其特征在于，包括：电压输入端、电压输出端、第一场效应管、第二场效应管、电阻、PWM输入端，所述的第一场效应管的源极与所述的电压输入端连接，所述的第二场效应管的源极与所述的电压输入端连接，所述的电阻一端与所述的电压输入端连接，所述第一场效应管的漏极与所述的电阻另一端及所述的电压输出端连接，所述的第二场效应管的漏极与所述的电阻另一端连接，所述的第一场效应管的栅极与所述的PWM输入端连接，所述的第二场效应管与所述的PWM输入端连接。

2.如权利要求1所述的浪涌抑制电路，其特征在于，所述的第一场效应管为N沟道功率MOS管，所述的第二场效应管为P沟道功率MOS管。

3.如权利要求1所述的浪涌抑制电路，其特征在于，所述的第一场效应管为P沟道功率MOS管，所述的第二场效应管为N沟道功率MOS管。

4.如权利要求2或3所述的浪涌抑制电路，其特征在于，所述的PWM由外部电路提供。

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