CN106981979A - 一种开关电源浪涌电流抑制电路 - Google Patents

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王其岗
武荣
汪晓文
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Abstract

本发明公开了一种开关电源浪涌电流抑制电路，包括P沟道MOS管Q1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第一稳压二极管D1、第二稳压二极管D2、二极管D3以及N型三极管Q2；P沟道MOS管Q1的源极接电源的输入正线，Q1的漏极连接输出正线，Q1的栅极与电阻R3的一端相连；电阻R3的另一端与电源输入正线之间并联电阻R2、电容C1、稳压二极管D1，与地线之间串联电阻R4、N型三极管Q2、电阻R5；在电源输入正线与地线之间串上电阻R1、二极管D3、稳压二极管D2；电阻R1与二极管D3相连的一端再与三极管Q2的基极相连；电源输入负线和输出负线均连接地线。本发明通过控制P沟MOS管的栅极电压，让MOS管缓慢导通，达到抑制浪涌电流的目的。

Description

一种开关电源浪涌电流抑制电路
技术领域
本发明属于开关电源技术领域，具体涉及一种开关电源浪涌电流抑制电路。
背景技术
在航天领域，作为二次电源变换器的DC/DC模块电源是各航天器最基础的部件产品，在航天器上起着至关重要的作用。航天器能源系统主要由一次电源、配电器及二次电源组成。一次电源主要有太阳能电池阵－蓄电池组联合电源、化学电源、核电源等，二次电源就是DC/DC模块电源。DC/DC模块电源的功能是卫星、飞船等各类航天器在地面测试和在轨运行的各阶段、将航天器的一次母线电压变换成星上各分系统及设备所需电压，提供星上电子设备使用。
在DC/DC模块电源的设计中，输入滤波器是设计的主要部分之一。在绝大部分的设计中，输入滤波器的设计是电感和电容的结合，如图1所示，为了达到降低EMI的目的以及满足因为温度变化所必须达到的降额要求，设计者通常使用很大的滤波电容。随着制造工艺的发展，电容的等效串联电阻(ESR)越来越小，使得电容在加电瞬间近似短路，有很高的dv/dt。由ic＝c×dv/dt可知，当DC/DC变换器和输入母线电压连接时，由于加在滤波电容上的dv/dt很大，将引起很大的瞬时浪涌电流。这些滤波电容(包括外部电容和寄生电容)的作用相当于一根短路线，产生上升斜率很高的瞬时浪涌电流。
瞬时浪涌电流尖峰比稳态电流大很多。如果浪涌电流不加以限制，它可能会烧毁电路中的保险丝，损坏连接器的管脚，引起输入母线电压振荡，产生很高的dv/dt和di/dt，这种高dv/dt和di/dt还引入了多余的EMI噪声，严重会危及到航天器的安全。
传统方法利用大电感或者在输入线上串联电阻来抑制浪涌电流，见图1。大电感带来的问题是电源的体积和重量增加，而串联电阻造成电源转换效率降低。为了克服串联电阻带来的功率损失，许多设计者在电阻两端并联一个开关(半导体器件或者是继电器)。开关的尺寸和重量依赖于工作电流，而且必须设计特定的控制电路来控制开关的通断，增加了电路的复杂度，在一定程度上也降低了电源的可靠性。
目前尚未有一种电路能够抑制DC/DC变换器在开机一瞬间输入母线给滤波电容充电产生的浪涌电流，防止线路中的器件受浪涌电流冲击而损坏，并且线路简单、效率高、体积小、重量轻。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种开关电源浪涌电流抑制电路，能抑制DC/DC变换器在开机一瞬间输入母线给滤波电容充电产生的浪涌电流，防止线路中的器件受浪涌电流冲击而损坏。
为了达到上述目的，本发明的技术方案为：1、一种开关电源浪涌电流抑制电路，其特征在于，包括P沟道MOS管Q1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第一稳压二极管D1、第二稳压二极管D2、二极管D3以及N型三极管Q2；
P沟道MOS管Q1的源极接电源的输入正线，Q1的漏极连接输出正线，Q1的栅极与电阻R3的一端相连；电阻R3的另一端与电源输入正线之间并联电阻R2、电容C1、稳压二极管D1，与地线之间串联电阻R4、N型三极管Q2、电阻R5；在电源输入正线与地线之间串上电阻R1、二极管D3、稳压二极管D2；电阻R1与二极管D3相连的一端再与三极管Q2的基极相连；电源输入负线和输出负线均连接地线。
2、如权利要求1所述的一种开关电源浪涌电流抑制电路，其特征在于，通过调节第二稳压二极管D2的稳压值VZ2和R5的阻值以调节恒定充电电流的大小。
通过调节第一稳压二管D1的稳压值来设定P沟MOS管Q1的最大栅源电压。
有益效果：
1、本发明中在输入正线上加装一个MOS管，该MOS管相当于一个电子开关，通过控制P沟MOS管的栅极电压，让MOS管缓慢导通，达到抑制浪涌电流的目的。
2、本发明中用稳压二管稳压的方式设定P沟MOS管最大栅源电压，保护过压对MOS管的损伤。
3、本发明中用稳压二极管稳压的方式设定恒流电阻的基准电压,Q2的基极电压为稳压二极管D2的电压VZ2加上二极管D3正向导通时的电压VD2,由于三极管Q2导通时VBE电压等同为一个正向导通二极管电压，所以R5上的电压VR5＝VZ2。因此，即使输入电压在宽范围变化时，R5上的电压始终为一恒定值，只要R5的阻值也是恒定，那么充电电流也就是恒定的。也就是调节VZ2和R5就可以调节恒定充电电流的大小。
4、本发明中由恒定的充电电流给延时电容C1进行充电，延时电容的电压不断往上升，直至上升到由稳压二极管控制D1的最大栅源电压为止。在此过程中，P沟MOS管随之缓慢导通，达到抑制浪涌电流的目的。
5、本发明中通过设定电容C1的电容值和电阻R5的电阻值能够实现对C1处充电电流的稳定控制。
附图说明
图1为现有浪涌电流抑制电路；
图2为本发明的浪涌电流抑制电路。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
实施例1、本发明是通过采用一支P沟型MOS管外加少量周边器件构成，其具体电路见附图2所示，P沟MOS管Q1的S极(源极)接输入正线；Q1的栅极与电阻R3的一端相连；电阻R3的另一端与输入正线之间并联电阻R2、电容C1、稳压二极管D1，与输入地线之间串联电阻R4、N型三极管Q2、电阻R5；在输入正线与输入地线之间串上电阻R1、二极管D3、稳压二极管D2；电阻R1与二极管D3相连的一端再与三极管Q2的基极相连；电源输入负线和输出负线均连接地线。
R1、R2、R5为分压作用，将输入电压进行分压。
其中元器件Q1和R3相当于一个电子开关，通过控制P沟MOS管的栅极电压，让MOS管缓慢导通，达到抑制浪涌电流的目的。
元器件D1和R2实现对P沟MOS管最大栅源电压的设定，用稳压二管稳压的方式设定P沟MOS管最大栅源电压，保护过压对MOS管的损伤。元器件R1、D3、D2、Q2、R5以及R4实现恒定充电电流设定，用稳压二极管稳压的方式设定恒流电阻的基准电压,Q2的基极电压为稳压二极管D2的电压VZ2加上二极管D3正向导通时的电压VD2,由于三极管Q2导通时VBE电压等同为一个正向导通二极管电压，所以R5上的电压VR5＝VZ2。因此，即使输入电压在宽范围变化时，R5上的电压始终为一恒定值，只要R5的阻值也是恒定，那么充电电流也就是恒定的。也就是调节VZ2和R5就可以调节恒定充电电流的大小。
元器件C1为延时电容，由恒定的充电电流给延时电容C1进行充电，延时电容的电压不断往上升，直至上升到由稳压二极管控制D1的最大栅源电压为止。在此过程中，P沟MOS管随之缓慢导通，达到抑制浪涌电流的目的。
通过设定电容C1的电容值和电阻R5的电阻值能够实现对C1处充电电流的稳定控制。
本发明是一种适应用于宽范围输入电压的浪涌电流抑制电路，可以应用到任何需要限制浪涌电流的DC/DC变换器中或其它电子设备中。浪涌抑制制效果可以通过调节充电电流及延时电容的大小来进行设定。用本发明研发的厚膜混合集成DC/DC模块电源产品已通过国军标的各项考核要求，可直接应用于神舟飞船、卫星系列、空间电子设备、军用电子装备及通讯与民用电子设备等领域。
综上，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种开关电源浪涌电流抑制电路，其特征在于，包括P沟道MOS管Q1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第一稳压二极管D1、第二稳压二极管D2、二极管D3以及N型三极管Q2；
P沟道MOS管Q1的源极接电源的输入正线，Q1的漏极连接输出正线，Q1的栅极与电阻R3的一端相连；电阻R3的另一端与电源输入正线之间并联电阻R2、电容C1、稳压二极管D1，与地线之间串联电阻R4、N型三极管Q2、电阻R5；在电源输入正线与地线之间串上电阻R1、二极管D3、稳压二极管D2；电阻R1与二极管D3相连的一端再与三极管Q2的基极相连；电源输入负线和输出负线均连接地线。
2.如权利要求1所述的一种开关电源浪涌电流抑制电路，其特征在于，通过调节第二稳压二极管D2的稳压值VZ2和R5的阻值以调节恒定充电电流的大小。
3.如权利要求1所述的一种开关电源浪涌电流抑制电路，其特征在于，通过调节第一稳压二管D1的稳压值来设定P沟MOS管Q1的最大栅源电压。
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