CN108092251A - 一种电源开机防反接浪涌抑制开关电路 - Google Patents

一种电源开机防反接浪涌抑制开关电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电源开机防反接浪涌抑制开关电路，包括电阻R1、可调电阻R2，电容C1、C2，增强型MOS管Q1、Q2，压敏电阻R3、R4，熔断器F1，开关S1；电路采用表贴电阻进行分压，表贴电阻电容进行电压积分，仅通过调整电阻阻值和电容容值实现浪涌电流的抑制，同时根据上电时间调节可调电阻R2的阻值，利用电源反接时增强型MOS管等于断路来预防反接，根据实际情况选择增强型MOS管来选择接入电源正极或负极，通过控制增强型MOS管通断来控制电路的通断，实现了对任意供电电路的防止电源正负反接、浪涌电流抑制、上电时间控制，可安装在电路正回路或负回路、设计灵活，可靠性高，适用范围广，在保证开机速度的同时减小了开关损耗，节约了电路体积与成本。

Description

一种电源开机防反接浪涌抑制开关电路
技术领域
本发明涉及电源供电领域，尤其涉及一种电源开机防反接浪涌抑制开关电路。
背景技术
电源是现代工业运转的基石，在大部分电源的设计中，输入滤波器的设计是电感和电容的组合，为降低EMI以及必要的降额设计，设计者通常使用很大的滤波电容。随着制造工艺的快速发展，电容的等效串联电阻越来越低，使得电容在加电瞬间近似短路，由于容性负载的存在，在一次电源加电瞬间将引入很大的瞬时电流，可能会远超一些器件的额定值，从而使器件受损甚至失效，还会对挂接在同一供电母线上的其他用电设备产生较大的瞬时干扰。因此，对一次电源开机的浪涌电流加以抑制，是十分必要的。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种电源开机防反接浪涌抑制开关电路，解决各种供电电压的开机浪涌电流抑制问题，同时预防电源反接，控制上电时间，且此电路可接在电源正线上，也可接在电源负线上，可根据实际结构情况选择，亦减小元器件体积、功耗。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
提供了一种电源开机防反接浪涌抑制开关电路，包括：电阻R1、可调电阻R2、电容C1、增强型MOS管Q1、增强型MOS管Q2、开关S1；所述开关S1的一端与电源的一端相连，另一端与电阻R1的一端、负载的一端相连；所述电阻R1的另一端分别与可调电阻R2的一端、电容C1的一端、增强型MOS管Q1的栅极、增强型MOS管Q2的栅极相连；所述可调电阻R2的另一端与电容C1的另一端、增强型MOS管Q1的源极、增强型MOS管Q2的源极相连；所述增强型MOS管Q1的漏极与电源另一端相连；所述增强型MOS管Q2的漏极与负载的另一端相连。
进一步的，可调电阻R2的阻值由电阻控制电路调节，所述电阻控制电路包括n个电阻串联；所述n个电阻的阻值为X到2n-1X，X为第一个电阻的阻值；串联连接的第一个电阻的一端作为可调电阻R2的一端，最后一个电阻的一端作为可调电阻R2的另一端；所述n个电阻分别并联有一个开关，所述n个开关由微处理器控制通断。
进一步的，微处理器控制开关通断包括，所述微处理器接收上电时间信号，根据一阶电路的零状态响应R2＝τ/C1，控制所述n个开关的通断，得到所需可调电阻R2的阻值，其中US为电容C1分压后电压,t为上电时间，τ为时间常数，UC为MOS管Q1、Q2的导通电压。
进一步的，还包括压敏电阻R3、压敏电阻R4；所述压敏电阻R3的一端与电阻R1的一端相连，另一端与电源负极相连，所述压敏电阻R4与压敏电阻R3并联。
进一步的，还包括电容C2，所述电容C2与压敏电阻R3并联，用于吸收开关S1闭合时的峰值电流。
进一步的，还包括熔断器F1，所述熔断器F1的一端与输入电源的一端相连，另一端与压敏电阻R3的一端相连。
进一步的，所述电容C1、C2为表贴电容；所述熔断器F1为贴片熔断器；所述电阻R1、可调电阻R2为表贴电阻，所述压敏电阻R3、R4为表贴压敏电阻。
进一步的，所述电容C1、C2的构成材料为陶瓷材料。
进一步的，所述电阻R1、可调电阻R2为不带封装的薄膜电阻，所述薄膜的材料包括氮化钽。
进一步的，所述增强型MOS管为N沟道增强型MOS管。
有益效果：
本发明提供了一种电源开机防反接浪涌抑制开关电路。电路采用表贴电阻进行分压，表贴电阻电容进行电压积分，仅通过调整电阻阻值电容容值就可以实现浪涌电流的抑制；通过电阻调节电流调节可调电阻的阻值，简单方便，调节范围广，精度高；利用电源反接时增强型MOS管等于断路来预防反接，根据实际情况选择增强型MOS管来选择接入电源正极或负极，通过控制增强型MOS管通断来控制电路的通断，实现了对任意供电电路的防止电源正负反接、浪涌电流抑制，可安装在电路正回路或负回路、设计灵活，可靠性高，适用范围广，在保证开机速度的同时减小了开关损耗，节约了电路体积与成本。
本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1示出了本发明实施例中含有N沟道增强型MOS管的电源开机防反接浪涌抑制开关电路图；
图2示出了本发明实施例中含有P沟道增强型MOS管的电源开机防反接浪涌抑制开关电路图；
图3示出了本发明实施例中电阻控制电路图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
本发明的第一个具体实施例，公开了一种电源开机防反接浪涌抑制开关电路，如图1所示，包括：开关S1、可调电阻R1、可调电阻R2、电容C1、N沟道增强型MOS管Q1、N沟道增强型MOS管Q2。所述开关S1的一端与电源正极相连，另一端与电阻R1的一端、负载的一端相连，所述电阻R1的另一端与可调电阻R2的一端、电容C1的一端、N沟道增强型MOS管Q1的栅极、N沟道增强型MOS管Q2的栅极相连；所述可调电阻R2的另一端与电容C1的另一端、N沟道增强型MOS管Q1的源极、N沟道增强型MOS管Q2的源极相连；所述N沟道增强型MOS管Q1的漏极与电压负极相连；所述N沟道增强型MOS管Q2的漏极与负载的另一端相连。
所述电路还包括熔断器F1,用于输入电流异常时对开关电路进行保护，所述熔断器F1的一端与电源正极相连，另一端与电阻R1相连。
所述电路还包括压敏电阻R3、压敏电阻R4，用于输入瞬变浪涌电压的抑制吸收，所述压敏电阻R3的一端与电阻R1的一端相连，另一端与电源负极相连，所述压敏电阻R4与压敏电阻R3并联，选用两个压敏电阻进行并联用于增强吸收能力。
所述电路还包括吸收电容C2，所述电容C2并联在所述压敏电阻R3的两端，用于吸收开关S1闭合时的峰值电流。
所述电阻R1、可调电阻R2对输入电压进行分压，通过可调电阻R2、电容C1对电路的开机浪涌电流进行高精度控制。采用兼容设计，可以将输入电压值转换成符合需求的电压值，满足不同的供电平台都能控制抑制电路。
所述可调电阻通过电阻控制电路进行调节，如图3所示，所述电阻控制电路包括n个电阻串联(本实施例中，在电阻控制电路中选择5个电阻串联)；所述n个电阻的阻值从X到2n-1X(本实施例中X取30KΩ)；串联连接的第一个电阻的一端作为可调电阻R2的一端，最后一个电阻的一端作为可调电阻R2的另一端；所述n个电阻分别并联有一个开关，所述n个开关由微处理器根据阻值需要控制通断，所述微处理器接收设定的上电时间信号，根据一阶电路的零状态响应R2＝τ/C1，控制开关得到所需可调电阻R2的阻值，其中t为上电时间，US为电容C1分压后电压,时间常数τ＝R2*C1，UC为MOS管Q1、Q2的导通电压。
电阻R1、可调R2进行分压的计算公式为U2＝((R2/(R1+R2))*U1，其中U1为系统供电电压，U2为MOS管Q1、Q2栅极与源极之间的电压。
通过微处理控制开关的通断，使可调电阻R2的阻值从0到2n-1X之间以X为精度进行调节，提高了可调电阻R2的调节范围和调节精度，从而对控制开关电路的上电时间进行精确控制。
所述N沟道增强型MOS管Q1、Q2，用于预防电源输入正负接反，以及控制回路开闭。
所述电阻R1、可调电阻R2、压敏电阻R3、压敏电阻R4包含但不仅限于表贴电阻；所述电阻R1、可调电阻R2、压敏电阻R3、压敏电阻R4可为带封装的电阻，其封装形式包括但不局限于表贴封装；所述电阻R1、可调电阻R2、压敏电阻R3、压敏电阻R4也可以是不带封装的薄膜电阻，所使用的薄膜材料包括但不局限于氮化钽(TaN)材料。所述电容C1可为带封装的电容，其封装形式包括但不局限于表贴封装；所述电容C1也可以是钽电容，所使用的材料包括但不局限于陶瓷材料。
本实施例中所述电源开机防反接浪涌抑制开关电路的主要工作原理为：当输入电压正常接入时，电流从输入正极流入，流经电阻R1、可调电阻R2，经过N沟道增强型MOS管Q2的体二极管回到输入端，电阻R2上的分压即为N沟道增强型MOS管Q1、Q2的栅极与源极间的电压，由于电容C1的积分作用，所述N沟道增强型MOS管栅极与源极之间的电压从零开始逐渐升高，N沟道增强型MOS管Q1、Q2缓慢地进入饱和区，起到浪涌抑制的作用；当输入电压反接时，由于N沟道增强型MOS管Q2的体二极管反向截止，无偏置电流回路，电路不工作，起到防反接保护的作用。所述开关电路中的吸收电容C2用于吸收开关S1闭合时的峰值电流，压敏电阻R3、压敏电阻R4会对过高的输入电压进行吸收抑制，保护电路中的元器件正常工作，当输入电压异常大时，熔断器将切断电路，从而保护整个开关电路及负载；通过三层浪涌抑制，提高了所述开关电路的适用范围。
本发明的第二个实施例，公开了一种采用增强型PMOS管的电源开机防反接浪涌抑制开关电路，如图2所示，电路构成及原理与上述实施例相似，这里不再赘述。
本发明的第三个实施例，公开了第一个实施例中所述电路的具体使用工作过程：
根据供电平台的电压，选取合适的分压电阻阻值R1、电容C1、C2及压敏电阻阻值；并根据设定的上电时间，MOS管的导通电压，微处理器控制电阻调节电路中的开关，得到相应的可调电阻R2的阻值。供电平台电压分压后的电压达到MOS管的导通电压时，电路导通，两端产生的压降不影响连接在该电源的电路正常工作。若供电平台供电端正负接反，则MOS管不满足导通条件，电路断开，起到预防反接作用。
优选的，根据电阻R1的阻值，可选择体积、功耗较小的压敏电阻和熔断器，达到减少电路体积、功耗的作用。
本实施例中，假定供电电压28V要求启动电流限制在其稳态电流的1.5倍以内(稳态电流为2.6A)；浪涌持续时间不大于10ms，电流上升斜率不大于106A/s。
MOS管Q1、Q2均选用的增强型N沟道MOS管IRHNA67260，其导通电压为2～4V，RDS(ON)为0.028Ω，电路中电阻R1取330KΩ、电阻控制电路中第一个电阻的阻值为30KΩ，控制第1、2、4电阻的开关闭合，使可调电阻R2取330KΩ，C1取0.1μF，C2取1F，压敏电阻R3、压敏电阻R4均选用MYG-32D391K，熔断器F1选用SMD0805。
MOS管Q1、Q2的漏极电压线性下降的斜率由时间常数确定，所述斜率决定浪涌电流的最大幅值，经浪涌抑制电路后浪涌电流最高为3.72A，小于1.5倍稳态电流，浪涌持续时间为8.06ms，电流上升斜率远小于106A/s，满足指标要求，该电路具备抑制浪涌电流的能力，经实践证明是有效的，由于开机浪涌抑制电路需要利用电容充电，提高开关支路的开关管的栅极电压，以达到使开关管导通的电压值，因此会造成开机速度的变慢，延长开机时间，而大多数时候，对于电路的响应速度有严格的时间要求，本实施例根据电源实际使用情况，合理的对电阻R1、可调电阻R2、电容C1取值，达到在实现开机浪涌电流抑制的同时，控制上电时间，减小了对开机速度延缓的目的。
综上所述，本发明实施例提供了一种电源开机防反接浪涌抑制开关电路。电路采用表贴电阻进行分压，表贴电阻电容进行电压积分，仅通过调整电阻阻值和电容容值就可以实现浪涌电流的抑制；可根据需要的上电时间，通过电阻控制电路调节可调电阻的阻值，调节范围广，精度高，实现了对上电时间的精确控制；同时具有三层电路保护，对浪涌抑制的同时，保护开关电路自身，扩大了开关电路的适用范围；利用电源反接时增强型MOS管等于断路来预防反接，根据实际情况选择增强型MOS管来选择接入电源正极或负极，通过控制增强型MOS管通断来控制电路的通断，实现了对任意供电电路的防止电源正负反接、浪涌电流抑制、上电时间控制，可安装在电路正回路或负回路、设计灵活，适用范围广，同时节约了电路体积与成本。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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。

Claims (10)

1.一种电源开机防反接浪涌抑制开关电路，其特征在于，包括：电阻R1、可调电阻R2、电容C1、增强型MOS管Q1、增强型MOS管Q2、开关S1；所述开关S1的一端与电源的一端相连，另一端与电阻R1的一端、负载的一端相连；所述电阻R1的另一端分别与可调电阻R2的一端、电容C1的一端、增强型MOS管Q1的栅极、增强型MOS管Q2的栅极相连；所述可调电阻R2的另一端与电容C1的另一端、增强型MOS管Q1的源极、增强型MOS管Q2的源极相连；所述增强型MOS管Q1的漏极与电源另一端相连；所述增强型MOS管Q2的漏极与负载的另一端相连。
2.根据权利要求1所述的电源开机防反接浪涌抑制开关电路，其特征在于，可调电阻R2的阻值由电阻控制电路调节，所述电阻控制电路包括n个电阻串联；所述n个电阻的阻值为X到2n-1X，X为第一个电阻的阻值；串联连接的第一个电阻的一端作为可调电阻R2的一端，最后一个电阻的一端作为可调电阻R2的另一端；所述n个电阻分别并联有一个开关，所述n个开关由微处理器控制通断。
3.根据权利要求2所述的电源开机防反接浪涌抑制开关电路，其特征在于，微处理器控制开关通断包括，所述微处理器接收上电时间信号，根据一阶电路的零状态响应R2＝τ/C1，控制所述n个开关的通断，得到所需可调电阻R2的阻值，其中US为电容C1分压后电压,t为上电时间，τ为时间常数，UC为MOS管Q1、Q2的导通电压。
4.根据权利要求3所述的电源开机防反接浪涌抑制开关电路，其特征在于，还包括压敏电阻R3、压敏电阻R4；所述压敏电阻R3的一端与电阻R1的一端相连，另一端与电源负极相连，所述压敏电阻R4与压敏电阻R3并联。
5.根据权利要求4所述的电源开机防反接浪涌抑制开关电路，其特征在于，还包括电容C2，所述电容C2与压敏电阻R3并联，用于吸收开关S1闭合时的峰值电流。
6.根据权利要求5所述的电源开机防反接浪涌抑制开关电路，其特征在于，还包括熔断器F1，所述熔断器F1的一端与输入电源的一端相连，另一端与压敏电阻R3的一端相连。
7.根据权利要求6所述的电源开机防反接浪涌抑制开关电路，其特征在于，所述电容C1、C2为表贴电容；所述熔断器F1为贴片熔断器；所述电阻R1、可调电阻R2为表贴电阻，所述压敏电阻R3、R4为表贴压敏电阻。
8.根据权利要求7所述的电源开机防反接浪涌抑制开关电路，其特征在于，所述电容C1、C2的构成材料为陶瓷材料。
9.根据权利要求8所述的电源开机防反接浪涌抑制开关电路，其特征在于，所述电阻R1、可调电阻R2为不带封装的薄膜电阻，所述薄膜的材料包括氮化钽。
10.根据权利要求1～9之一所述的电源开机防反接浪涌抑制开关电路，其特征在于，所述增强型MOS管为N沟道增强型MOS管。
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