CN107947557B - 一种抗过压、欠压浪涌的软启动电路 - Google Patents

一种抗过压、欠压浪涌的软启动电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抗过压、欠压浪涌的软启动电路，其特征在于，包括：输入端Vin、第一二极管D1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一MOS管M1、第四电阻R4、第一电容C1、第二二极管D2、第二电容C2、第五电阻R5、第二MOS管M2、第八电阻R8、电源；通过电阻R1、电阻R3、MOS管M1的作用实现抗过压浪涌；通过二极管D1、电阻R2、电容C1的作用实现抗欠压浪涌；通过二极管D2、第二电容C2、电阻R5、MOS管M2、电阻R8实现电源软启动；本发明的优点在于：本发明只使用了MOS管M2一只大功率开关器件，保证了该软启动电路的功耗降低40％及以上，效率提高0.5％～2.9％，体积减少40％及以上，从而实现效率高、体积小的优势。

Description

一种抗过压、欠压浪涌的软启动电路
技术领域
本发明涉及电路技术领域，更具体涉及一种抗过压、欠压浪涌的软启动电路。
背景技术
电源的输入端常需要并联较大容量的电容，故在电源供电合闸的瞬间，因输入端的大容量电容，在线路上会产生非常大的浪涌电流。为抑制供电瞬间输入线路上的大浪涌电流，会在电源模块的输入端增加一软启动电路，如图1(a)、图1(b)所示。在图1(a)中，电源端加一负温度系数的热敏电阻RT，这个方法比较简单，适合于小功率的电源；图1(b)为软启动电阻R并联一开关K，开关K可以是继电器、半导体器件开关管(三极管、MOS管、晶闸管等)、固体继电器等，该电路可以适用于各种功率等级的电源。
在一些特定的使用场合，电源供电端Vi会叠加短脉冲的过压浪涌和欠压浪涌，对电源提出如下要求：
(1)当电源供电端Vi叠加短脉冲的过压浪涌时，电源可以不工作，但不能损坏；过压浪涌过后，电源应立即工作；
(2)当电源供电端Vi叠加短脉冲的欠压浪涌时，电源应不中断工作。
为满足电源的软启动、抗短脉冲过压、欠压浪涌等各项要求，体积、重量等限制的条件下，传统方法的是需要对电源的输入前端进行处理，如图2(a)、图2(b)所示。在图2(a)中，采用2个大功率开关器件K1、K2。器件K2是输入软启动使用的，器件K1是阻断电源供应端的短脉冲过压浪涌的。当电源供应端Vi有短脉冲过压浪涌时，K1截止、K2导通；当电源供应端有短脉冲欠压浪涌时，K1、K2一直保持导通。在图2(b)中，采用了专用的模块，专用模块内部复杂的电路，可以保证软启动、抗过、欠压浪涌的功能。无论是过压浪涌还是欠压浪涌，专用模块都可以输出稳定的电压值，保证电源输入端有良好的电压品质。
综上，从图2的两个方案可以看出，无论采用哪种电路，所使用的器件功耗高，故图2中的两种方案都会造成效率较低、占用空间较多。
发明内容
本发明实施例的目的是为了解决现有技术中电源输入端的抗过压、欠压浪涌的软启动电路会消耗功率，从而造成效率低、多占用空间的问题，本发明提供一种抗过压、欠压浪涌的软启动电路。
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，具体技术方案如下：
提供一种抗过压、欠压浪涌的软启动电路，包括：输入端Vin、第一二极管D1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一MOS管M1、第四电阻R4、第一电容C1、第二二极管D2、第二电容C2、第五电阻R5、第二MOS管M2、第八电阻R8、电源；所述输入端Vin的一端与所述第一电阻R1的一端、所述第一二极管D1的正极和所述电源的一端进行连接；所述输入端Vin的另一端与所述第三电阻R3的一端、所述第一MOS管M1的源极、所述第一电容C1的一端和所述第二电容C2的负极、所述第二MOS管M2的源极进行连接；所述第一电阻R1的另一端与所述第三电阻R3的另一端、所述第一MOS管M1的栅极进行连接；所述第一二极管D1的负极与所述第二电阻R2的一端相连；所述第二电阻R2的另一端与所述第一MOS管M1的漏极、所述第一电容C1的另一端、所述第二二极管D2的正极、所述第二MOS管M2的栅极进行连接；所述第二二极管D2的负极与所述第二电容C2的正极相连；所述第四电阻R4并联到所述第一MOS管M1的漏极和源极两端；所述第五电阻R5并联到所述第二电容C2的两端；所述第八电阻R8并联到所述第二MOS管M2的源极和漏极两端，并与所述第二电容C2的负极相连；所述第二MOS管M2的漏极与所述电源的另一端相连。
优选的，所述第一电阻R1、所述第三电阻R3和所述第一MOS管M1组成抗过压浪涌电路；所述第一电阻R1端串联分压器件D4，所述第三电阻R3并联分压器件D5，所述第一MOS管M1两端并联分压器件D6。
优选的，还包括：第三二极管D3、第三MOS管M3、第六电阻R6、第七电阻R7；所述第八电阻R8与第三MOS管M3的漏极和所述电源相连；所述第三二极管D3的正极与所述第二电阻R2、所述第四电阻R4相连，所述第三二极管D3的负极和所述第三MOS管M3的栅极、所述第一MOS管M1的漏极、所述第六电阻R6的一端相连，所述第三MOS管M3的源极与所述第一MOS管M1的源极和所述电源Vin的另一输入端相连，所述第三MOS管M3的栅极与所述第六电阻R6的一端相连，所述第六电阻R6另一端与电源的一端相连，所述第七电阻R7并联到所述第三MOS管M3的栅极和漏极两端。
优选的，所述第一二极管D1、所述第二电阻所述R2和所述电容C1组成抗欠压浪涌电路。
优选的，所述电源两端并联第三电容C3。
优选的，所述第一MOS管M1和所述第三MOS管M3所选用的是低功耗的MOS管，所述第二MOS管M2选用的是大功率器件。
优选的，所述第二电容C2是容量较大的电容。
优选的，所述软启动的工作方法，包括：
经过所述第一二极管D1、所述第二电阻R2和所述第二二极管D2后，所述第一电容C1和所述第二电容C2进行充电，所述第一MOS管M1和所述第二MOS管M2截止，软启动电阻R8接通；
经过所述第二电容C2电压升高，所述第二MOS管M2导通，所述软启动过程结束。
优选的，所述抗过压浪涌的方法，包括：
经过所述第一电阻R1的分压后，所述第一MOS管M1导通，所述第一MOS管M2与所述第二MOS管M3的门电压迅速降为低电平。
优选的，所述抗欠压浪涌的方法，包括：
经过所述第一二极管D1和所述第二电阻R2后，所述第一电容C1进行充电，当出现欠压浪涌时，所述第一电容C1所存储的能量为保持MOS管M2的导通，满足所述电源的工作不中断。
本发明公开了一种抗过压、欠压浪涌的软启动电路，其特征在于，包括：输入端Vin、第一二极管D1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一MOS管M1、第四电阻R4、第一电容C1、第二二极管D2、第二电容C2、第五电阻R5、第二MOS管M2、第八电阻R8、电源；通过电阻R1、电阻R3、MOS管M1的作用实现抗过压浪涌；通过二极管D1、电阻R2、电容C1的作用实现抗欠压浪涌；通过二极管D2、第二电容C2、电阻R5、MOS管M2、电阻R8实现电源软启动。
基于本方案，本发明优点在于：在整个电路中，所使用的器件中只有第二MOS管M2是大功率器件，其它都是低功耗的器件，从而效率高。其中，现有技术中的电路中所使用的器件体积相对比较大，成本高，在发明的电路中所使用的器件体积小，成本低。
附图说明
图1(a)是带软启动电阻的软启动电路；
图1(b)是带软启动电阻并联一开关的软启动电路；
图2(a)是两个大功率器件的抗欠压、过压浪涌的启动电路；
图2(b)是专用模块的抗欠压、过压浪涌的启动电路；
图3是本发明实施例抗过压、欠压浪涌的软启动电路的电路图；
图4是本发明实施例抗过压、欠压浪涌的软启动电路的电路图；
图5是本发明实施例抗过压、欠压浪涌的软启动电路的电路图；
图6是本发明实施例抗过压、欠压浪涌的软启动电路的电路图；
图7是本发明实施例抗过压、欠压浪涌的软启动电路的电路图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图3所示，输入端Vin的一端与电阻R1的一端、二极管D1的正极和电源的一端进行连接；输入端Vin的另一端与电阻R3的一端、MOS管M1的源极、电容C1的一端和电容C2的负极、MOS管M2的源极进行连接；电阻R1的另一端与电阻R3的另一端、MOS管M1的栅极进行连接；二极管D1的负极与电阻R2的一端相连；电阻R2的另一端与MOS管M1的漏极、电容C1的另一端、二极管D2的正极、MOS管M2的栅极进行连接；二极管D2的负极与电容C2的正极相连；电阻R4并联到MOS管M1的漏极和源极两端；电阻R5并联到电容C2的两端；电阻R8并联到MOS管M2的源极和漏极两端，并与电容C2的负极相连；MOS管M2的漏极与电源的另一端相连。
具体的，电源输入端Vin开始供电后，电流经过二极管D1、电阻R2、二极管D2后，给电容C1、C2进行充电，其中，电容C2的容量较大，根据软启动时间的需求，通常为47uF～220uF之间，电容C2的电压增长缓慢，使得大功率MOS管M2的门电压无法达到阈值，故MOS管M2不能导通，处于截止状态。同时电阻R1、R2的钳位作用使得MOS管M1不能导通，也处于截止状态。此时，软启动电阻R8接通，电流经过电阻R8，实现电路中的软启动。
具体的，当电源Vin供电端有短脉冲过压浪涌时，由于二极管D2的隔离以及电阻R5的阻值较大，使得电容C2端的电压值在过压浪涌期间减少的很小，所以过压浪涌一结束，MOS管M2很快恢复导通状态，从而正常工作，避免了重新进行软启动的过程。
具体的，当电源Vin供电端有短脉冲欠压浪涌时，由于二极管D1的隔离、小电容C1的储能、R4的阻值高、MOS管M2的门极电阻高的缘故，MOS管M2依然保持导通。选择合理的参数，可保证MOS管M2保持导通在几百ms左右。短脉冲欠压浪涌结束后，电源恢复到正常工作状态。
具体的，例如，在MOS管M3的漏极和源极之间并联一个小功率的电阻(0.25W)、或瓷介电容(4700pF20V)、或稳压管，可选用的4A、20V的小功率开关器件，MOS管M1可选用的100mA、20V小功率的开关器，MOS管M1和M3满足的损耗在100mW～1W的低功耗的MOS管，其中，MOS管M2选用的是大功率器件，依电源要求不同，实际工作损耗为几W～几十W不等。
具体的，所述第二电容C2是容量较大的电容，根据软启动时间的需求，容值为47uF～220uF之间。
如图4所示，输入端Vin的一端与电阻R1的一端、二极管D1的正极和电源的一端进行连接；输入端Vin的另一端与电阻R3的一端、MOS管M1的源极、电容C1的一端和电容C2的负极、MOS管M2的源极进行连接；电阻R1的另一端串联稳压二极管D4，稳压二极管D4与电阻R3的另一端、MOS管M1的栅极进行连接；稳压二极管D5并联到第三电阻R3的两端；二极管D1的负极与电阻R2的一端相连；电阻R2的另一端与MOS管M1的漏极、电容C1的另一端、二极管D2的正极、MOS管M2的栅极进行连接；二极管D2的负极与电容C2的正极相连；电阻R4并联到MOS管M1的漏极和源极两端；稳压二极管D6并联到MOS管M1两端。电阻R5并联到电容C2的两端；电阻R8并联到MOS管M2的源极和漏极两端，并与电容C2的负极相连；MOS管M2的漏极与电源的另一端相连。
具体的，只需满足电路的需求，可根据计算，电路中稳压二极管D4、D5、D6用于将电压钳位在一定的值，保证电路中的MOS管M1不被损坏。在该电路中，只要能实现连接的器件能分担电压和电流，保护MOS管M1不被烧坏，可以将稳压二极管换成电阻，或者电阻的参数值选择的合适，可以不使用这些稳压二极管。
如图5所示，输入端Vin的一端与电阻R1的一端、二极管D1的正极和电源的一端进行连接；输入端Vin的另一端与电阻R3的一端、MOS管M1的源极、电容C1的一端、电容C2的负极、电阻R4的一端和MOS管M2的源极进行连接；电阻R1的另一端与电阻R3的另一端、MOS管M1的栅极进行连接；二极管D1的负极与电阻R2的一端相连；电阻R2的另一端与二极管D3的正极、电阻R4的另一端、电容C1的另一端、二极管D2的正极、MOS管M2的栅极进行连接；二极管D2的负极与电容C2的正极相连；电阻R5并联到电容C2的两端；MOS管M2的漏极与电源的另一端相连；二极管D3的负极与MOS管M3的栅极、MOS管M1的漏极、电阻R6的一端相连；MOS管M3的源极与MOS管M1的源极和电源Vin的另一输入端相连；MOS管M3的漏极与电阻R8的一端相连；MOS管M3的栅极与电阻R6的一端相连；电阻R6另一端与电源的一端相连；电阻R7并联到MOS管M3的栅极和漏极两端；电阻R8的另一端与电源的另一端相连。
具体的，经过一段时间后，电容C2两端的电压逐渐升高，当MOS管M2的门电压达到阈值时，MOS管M2导通，软启动过程结束，电源进入正常的工作状态。此时MOS管M1依然处于截止状态。其中，MOS管M3虽然处于导通状态，但是由于MOS管M2处于导通状态，使得MOS管M3的漏极和源极两端的电压接近为零，则MOS管M3几乎没有损耗。
具体的，当电源Vin供电端出现短脉冲过压浪涌时，经电阻R1分压后，MOS管M1导通，使得MOS管M2、M3的门电压迅速将为低电平从而处于截止状态，故短脉冲过压浪涌无法到达电源输入端，从而保护电源。其中，二极管D3、电阻R6、电阻R7和MOS管M3用于保护电源，保证电源不会因过压造成损坏。若经过计算选择的电阻R8的阻值能保证在短路过压浪涌期间，可保证电源的输入端不会因过压而造成损坏，因此可将二极管D3、电阻R6、电阻R7和MOS管M3去除掉，不使用这些元件。
如图6所示，输入端Vin的一端与电阻R1的一端、二极管D1的正极和电源的一端进行连接；输入端Vin的另一端与电阻R3的一端、MOS管M1的源极、电容C1的一端和电容C2的负极、MOS管M2的源极进行连接；电阻R1的另一端与电阻R3的另一端、MOS管M1的栅极进行连接；二极管D1的负极与电阻R2的一端相连；电阻R2的另一端与MOS管M1的漏极、电容C1的另一端、二极管D2的正极、MOS管M2的栅极进行连接；二极管D2的负极与电容C2的正极相连；电阻R4并联到MOS管M1的漏极和源极两端；电阻R5并联到电容C2的两端；电阻R8并联到MOS管M2的源极和漏极两端，并与电容C2的负极相连；MOS管M2的漏极与电源的另一端相连；电容C3并联到电源的两端。
具体的，由于电源输入端一般都有欠压保护，当电容C3端的电压降到一定值后，电源停止工作，电容C3上的电压被维持，电容C3具有储能和滤波作用。
如图7所示，输入端Vin的一端与电阻R1的一端、二极管D1的正极和电源的一端进行连接；输入端Vin的另一端与电阻R3的一端、MOS管M1的源极、电容C1的一端、电容C2的负极、电阻R4的一端和MOS管M2的源极进行连接；电阻R1的另一端与稳压二极管D4串联，稳压二极管D4与电阻R3的另一端、MOS管M1的栅极进行连接；稳压二极管D5并联到电阻R3两端；二极管D1的负极与电阻R2的一端相连；电阻R2的另一端与二极管D3的正极、电阻R4的另一端、电容C1的另一端、二极管D2的正极、MOS管M2的栅极进行连接；二极管D2的负极与电容C2的正极相连；稳压二极管D6并联到MOS管M1的漏极和源极两端；电阻R5并联到电容C2的两端；MOS管M2的漏极与电源的另一端相连；二极管D3的负极与MOS管M3的栅极、MOS管M1的漏极、电阻R6的一端相连；MOS管M3的源极与MOS管M1的源极和电源Vin的另一输入端相连；MOS管M3的漏极与电阻R8的一端相连；MOS管M3的栅极与电阻R6的一端相连；电阻R6另一端与电源的一端相连；电阻R7并联到MOS管M3的栅极和漏极两端；电阻R8的另一端与电源的另一端相连；电容C3并联到电源的两端。
例如，一个输入直流28V，输出500W的软启动电路，短时间尖峰脉冲电压为80V，需要选用40A/100V，内阻10mΩ的大功率MOS管。选用本发明电路，总功耗约为4.07W；若采用传统电路，多使用一只大功率MOS管，总功耗约为4.07-0.3+3.19＝6.96W。故新发明电路比传统电路，效率η提高了0.593％。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种抗过压、欠压浪涌的软启动电路，其特征在于，包括：输入端Vin、第一二极管D1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一MOS管M1、第四电阻R4、第一电容C1、第二二极管D2、第二电容C2、第五电阻R5、第二MOS管M2、第八电阻R8、电源；所述输入端Vin的一端与所述第一电阻R1的一端、所述第一二极管D1的正极和所述电源的一端进行连接；所述输入端Vin的另一端与所述第三电阻R3的一端、所述第一MOS管M1的源极、所述第一电容C1的一端、所述第二电容C2的负极、所述第二MOS管M2的源极进行连接；所述第一电阻R1的另一端与所述第三电阻R3的另一端、所述第一MOS管M1的栅极进行连接；所述第一二极管D1的负极与所述第二电阻R2的一端相连；所述第二电阻R2的另一端与所述第一MOS管M1的漏极、所述第一电容C1的另一端、所述第二二极管D2的正极、所述第二MOS管M2的栅极进行连接；所述第二二极管D2的负极与所述第二电容C2的正极相连；所述第四电阻R4并联到所述第一MOS管M1的漏极和源极两端；所述第五电阻R5并联到所述第二电容C2的两端；所述第八电阻R8并联到所述第二MOS管M2的源极和漏极两端，并与所述第二电容C2的负极相连；所述第二MOS管M2的漏极与所述电源的另一端相连；
还包括：第三二极管D3、第三MOS管M3、第六电阻R6、第七电阻R7；所述第八电阻R8与第三MOS管M3的漏极和所述电源相连；所述第三二极管D3的正极与所述第二电阻R2、所述第四电阻R4相连，所述第三二极管D3的负极和所述第三MOS管M3的栅极、所述第一MOS管M1的漏极、所述第六电阻R6的一端相连，所述第三MOS管M3的源极与所述第一MOS管M1的源极和所述电源的另一输入端相连，所述第三MOS管M3的栅极与所述第六电阻R6的一端相连，所述第六电阻R6另一端与电源的一端相连，所述第七电阻R7并联到所述第三MOS管M3的栅极和漏极两端。
2.根据权利要求1所述的一种抗过压、欠压浪涌的软启动电路，其特征在于，所述第一电阻R1、所述第三电阻R3和所述第一MOS管M1组成抗过压浪涌电路；所述第一电阻R1端串联分压器件D4，所述第三电阻R3并联分压器件D5，所述第一MOS管M1两端并联分压器件D6。
3.根据权利要求1所述的一种抗过压、欠压浪涌的软启动电路，其特征在于，所述第一二极管D1、所述第二电阻R2和所述电容C1组成抗欠压浪涌电路。
4.根据权利要求1所述的一种抗过压、欠压浪涌的软启动电路，其特征在于，所述电源两端并联第三电容C3。
5.根据权利要求1所述的一种抗过压、欠压浪涌的软启动电路，其特征在于，所述第一MOS管M1和所述第三MOS管M3所选用的是低功耗的MOS管，所述第二MOS管M2选用的是大功率器件。
6.根据权利要求1所述的一种抗过压、欠压浪涌的软启动电路，其特征在于，所述第二电容C2是容量较大的电容。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的一种抗过压、欠压浪涌的软启动电路，其特征在于，所述软启动的工作方法，包括：
经过所述第一二极管D1、所述第二电阻R2和所述第二二极管D2后，所述第一电容C1和所述第二电容C2进行充电，所述第一MOS管M1和所述第二MOS管M2截止，软启动电阻R8接通；
经过所述第二电容C2的电压升高，所述第二MOS管M2导通，所述软启动过程结束。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的一种抗过压、欠压浪涌的软启动电路，其特征在于，所述抗过压浪涌的工作方法，包括：
经过所述第一电阻R1的分压后，所述第一MOS管M1导通，所述第二MOS管M2与所述第三MOS管M3的门电压迅速降为低电平。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的一种抗过压、欠压浪涌的软启动电路，其特征在于，所述抗欠压浪涌的工作方法，包括：
经过所述第一二极管D1和所述第二电阻R2后，所述第一电容C1进行充电，当出现欠压浪涌时，所述第一电容C1所存储的能量保持MOS管M2导通，满足所述电源的工作不中断。
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