CN108448557A - 一种大功率机载直流过压浪涌抑制电路 - Google Patents

一种大功率机载直流过压浪涌抑制电路 Download PDF

Info

Publication number
CN108448557A
CN108448557A CN201810188166.9A CN201810188166A CN108448557A CN 108448557 A CN108448557 A CN 108448557A CN 201810188166 A CN201810188166 A CN 201810188166A CN 108448557 A CN108448557 A CN 108448557A
Authority
CN
China
Prior art keywords
effect transistor
field
airborne
tvs diode
over
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201810188166.9A
Other languages
English (en)
Inventor
高彧博
苏雨
管旭军
杨亮
谢章贵
李群
王星宇
程立
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NO 723 RESEARCH INSTITUTE OF CHINA SHIPBUILDING INDUSTRY Corp
Original Assignee
NO 723 RESEARCH INSTITUTE OF CHINA SHIPBUILDING INDUSTRY Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NO 723 RESEARCH INSTITUTE OF CHINA SHIPBUILDING INDUSTRY Corp filed Critical NO 723 RESEARCH INSTITUTE OF CHINA SHIPBUILDING INDUSTRY Corp
Priority to CN201810188166.9A priority Critical patent/CN108448557A/zh
Publication of CN108448557A publication Critical patent/CN108448557A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/04—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage
    • H02H9/042—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage comprising means to limit the absorbed power or indicate damaged over-voltage protection device
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/20—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess voltage
    • H02H3/202—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess voltage for dc systems

Landscapes

  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

本发明提出一种大功率机载直流过压浪涌抑制电路。包括限流电阻、TVS二极管一、高速光耦、去耦电容、TVS二极管二、场效应晶体管、滤波储能电容和上拉电阻，所述高速光耦内部初级的发光二极管与限流电阻、TVS二极管一串联后并入机载供电端，高速光耦内部次级的光敏三极管与去耦电容、TVS二极管二并联后，与上拉电阻串联后并入机载供电端，并联的光敏三极管、去耦电容、TVS二极管二接在场效应晶体管的栅源两端，TVS二极管二的阴极接场效应晶体管的栅极，TVS二极管二的阳极接场效应晶体管的源极，负载端的滤波储能电容并联在供电正端与场效应晶体管的漏极给后级电源模块供电。发明承受后级负载功率大、体积小、响应速度快、可靠性高、成本低。

Description

一种大功率机载直流过压浪涌抑制电路
技术领域
本发明属于电源技术领域，特别是一种大功率机载直流过压浪涌抑制电路。
背景技术
飞机供电有直流供电系统和交流供电系统两类，由于电气负载变化或发动机转速变化等原因引起的正常扰动会造成电压或频率瞬态变化，即电压浪涌与频率偏移，因而用电设备必须具备抗这种瞬态浪涌的能力。
GJB181-86《飞机供电特性及对用点设备的要求》对直流28V用电设备做了如下要求:“用电设备应经受五次过压浪涌，两次过压浪涌之间的时间间隔为1分钟。每次过压浪涌的方法为:首先用电设备在正常稳态电压下供电，然后使用电设备输入电压增加到80V，持续时间50毫秒，最后输入电压恢复到正常稳态电压，过压浪涌后，用电设备不应发生故障。”即要求用电设备能够承受80V,50毫秒的浪涌电压。
GJB181A-2003《飞机供电特性》对直流28V用电设备做了如下要求:“在供电系统非正常工作期间，关键飞行设备和重要任务设备的输出性能应符合其专用规范的要求。只要重要任务设备和一般任务设备的专用规范对供电系统非正常工作状态没有规定要求，则对其不作性能要求，但不影响在随后正常供电条件下的工作性能。在供电系统恢复正常工作时，各类用电设备应自动恢复规定的性能。”直流28V供电系统非正常工作时其过压极限为50V,50毫秒。即要求用电设备能够承受50V,50毫秒的浪涌电压。
目前针对机载28V直流过压浪涌的抑制电路主要有以下几种备选电路：1、在直流输入端使用气体放电管、瞬态电压抑制二极管和压敏电阻等完成对浪涌能量的吸收；2、在直流输入和后级负载之间串联线性稳压器进行稳压调节；3、通过输入电压检测电路、电压比较电路去控制电流开关完成的阻断型浪涌抑制。
上述备选电路1存在体积较大、重量较大、散热要求高等缺点，较难适用于机载高品质要求平台；上述备选电路2通过线性稳压的方式将浪涌能量吸收，仅适用于后级负载功率量级较小的应用平台，后级负载功率较大时，线性稳压的瞬态功耗过大，使得线性稳压电路难以设计，不能满足中大功率负载的抗过压浪涌需求；上述备选电路3检测电路、电压比较电路、电流开关电路，其电路构成复杂，系统响应速度较慢、体积较大、成本较高、可靠性较低。
总之，现有的机载直流过压浪涌抑制电路存在有体积大、笨重难以满足机载高品质平台需求，浪涌抑制负载功率较小，响应速度慢、成本高、可靠性较低等缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大功率机载直流过压浪涌抑制电路，承受后级负载功率大、体积小、响应速度快、可靠性高、成本低。
实现本发明目的的技术解决方案是：一种大功率机载直流过压浪涌抑制电路，包括：限流电阻、TVS二极管、高速光耦、去耦电容、TVS二极管、场效应晶体管、滤波储能电容和上拉电阻，所述高速光耦内部初级的发光二极管与限流电阻、TVS二极管串联后并入机载供电端，高速光耦内部次级的光敏三极管与去耦电容、TVS二极管并联后，与上拉电阻串联后并入机载供电端，并联的光敏三极管、去耦电容、TVS二极管接在场效应晶体管的栅源两端，TVS二极管的阴极接场效应晶体管的栅极，TVS二极管的阳极接场效应晶体管的源极，负载端的滤波储能电容并联在供电正端与场效应晶体管的漏极给后级电源模块供电。
所述大功率机载直流过压浪涌抑制电路在正常工作时，并联在场效应晶体管栅源两端的TVS二极管与上拉电阻产生可以维持场效应晶体管饱和导通的高电平，后级电路通过饱和导通的场效应晶体管完成电流回路，对后级的直流输出保持正常；在过压浪涌发生时，与高速光耦内部初级的发光二极管、限流电阻串联的TVS二极管稳压导通，发光二极管发光，高速光耦次级光敏三极管饱和导通，将场效应晶体管的栅源高电平钳位，场效应晶体管截止，后级电路的电流回路不能通过截止的场效应晶体管，过压浪涌被阻断。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于，
1、可承受后级负载功率大：可以通过选择不同饱和导通电阻的场效应晶体管实现不同功率量级的浪涌抑制，低饱和导通电阻可以减小正常工作时场效应晶体管的导通损耗，使用毫欧级导通电阻的场效应晶体管可实现数千瓦功耗量级负载的过压浪涌抑制；
2、过压浪涌响应速度快：无电压取样和比较等检测电路，过压瞬间TVS二极管稳压导通即使得高速光耦次级光敏三极管将场效应晶体管栅源钳位，从而完成过压浪涌的阻断，可在微秒级完成保护；
3、体积小、可靠性高、成本低：本发明的大功率机载直流过压浪涌抑制电路共由两个电阻、一个电容、一个高速光耦、两个TVS二极管、一个场效应晶体管组成，电路简单，其占用体积小、可靠性高、成本低。
附图说明
图1是本发明的大功率机载直流过压浪涌抑制电路原理图。
图2是本发明的大功率机载直流过压浪涌抑制电路在具体机载直流供电系统工程实例中的功能框图。
图3是本发明的过压浪涌保护时序图。
图4是本发明的高速光耦(以TLP281为例)次级饱和导通压降与次级电流、初级电流关系图
具体实施方式
容易理解，依据本发明的技术方案，在不变更本发明的实质精神的情况下，本领域的一般技术人员可以想象出本发明大功率机载直流过压浪涌抑制电路的多种实施方式。因此，以下具体实施方式和附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限制或限定。
本发明针对飞机直流供电系统中的28V直流供电的瞬态过压浪涌进行抑制。如图1所示，本发明大功率机载直流过压浪涌抑制电路，包括：
限流电阻1、TVS二极管一2、高速光耦3、去耦电容4、TVS二极管二5、场效应晶体管6、滤波储能电容一7、滤波储能电容二8和上拉电阻9，所述高速光耦3内部初级的发光二极管与限流电阻1、TVS二极管一2串联后并入机载供电的直流28V，高速光耦3内部次级的光敏三极管与去耦电容4、TVS二极管二5并联后，与上拉电阻9串联后并入机载供电的直流28V，并联的光敏三极管、去耦电容4、TVS二极管二5接在场效应晶体管6的栅极和源极之间，TVS二极管二5的阴极接场效应晶体管6的栅极，TVS二极管二5的阳极接场效应晶体管6的源极，负载端的滤波储能电容一7、滤波储能电容二8并联在直流28V的正端与场效应晶体管6的漏极之间并给后级电源模块供电。
在正常工作时，TVS二极管二5反向导通并维持其两端电压为其钳位电压Vc，该钳位电压Vc即可维持场效应晶体管6饱和导通，为效应晶体管6的Vthon，如式1，
Vthon＝Vc 式1
过饱和导通的场效应晶体管6完成电流回路，对后级的直流输出保持正常，场效应晶体管6的导通损坏Ponloss如式2
Ponloss＝Rdson×Iload 2 式2
场效应晶体管6漏极源极耐压要求要大于80V，可选用100V漏源耐压的晶体管，目前在该漏源耐压量级采用超级结工艺的硅基功率晶体管或者氮化镓基的功率晶体管Rdson可小至1毫欧左右，
典型的，以Rdson为1mΩ、负载电流50A为例，
根据式2可得Ponloss约2.5W，可通过传导或者辅助散热方式完成散热，当所需负载电流更大时，可使用两只或更多场效应晶体管并联以获得更低的Rdson。
在过压浪涌发生时，与高速光耦3内部初级的发光二极管、限流电阻1串联的TVS二极管一2稳压导通，发光二极管发光，高速光耦3次级光敏三极管饱和导通，将场效应晶体管6的栅源高电平钳位，场效应晶体管截止，后级电路的电流回路不能通过截止的场效应晶体管6，过压浪涌被阻断。
典型的，以过压浪涌电压为80V为例，TVS二极管一2选择BSYA33CA型号的二极管，钳位电压Vc为33V，限流电阻1的阻值R1取2kΩ，高速光耦3选择TLP281，上拉电阻9的阻值R2取20kΩ，TVS二极管二5选择SMBJ15A，钳位电压Vc1为15V，去耦电容4可省略，
该电路参数下光耦初级导通电流IF为
根据式3得IF为23.5mA。
光耦次级光敏三极管饱和导通时其电流Ice为
根据式4得Ice为4mA。
由图4知，当IF为23.5mA，Ice为4mA时，Vce约为0.2V
场效应晶体管6的栅源阈值电压Vth为2-4V，当Vce将场效应晶体管6的栅源电压钳位为0.2V时，场效应晶体管6处于截止状态，过压浪涌被阻断。
如图2所示为本发明在具体工程实例中的应用功能框图，机载直流28V电源输入EMI滤波器21，产生与输入机载直流28V电源具有EMI滤波隔离的28V直流电源输入给尖峰抑制电路22，产生将不带尖峰电压的28V直流电源送给过压浪涌抑制电路23，过压浪涌抑制电路23即本发明的大功率机载直流过压浪涌抑制电路，对28V直流电源进行浪涌阻断操作后分别送给大功耗负载电路26和级联的掉电保持电路24、核心电路25。
正常工作时，过压浪涌抑制电路23内部正常通过28V直流电源，掉电保持电路24内部储能电容储存能量并向后级核心电路25供电，过压浪涌时，过压浪涌抑制电路23将28V直流电源阻断，大功耗负载电路26中止供电，核心电路在过压浪涌期间由掉电保持电路24维持供电。
如图3所示，Vin-t为输入电压过压浪涌时序，Vce-t为高速光耦3次级光敏三极管CE之间的电压时序，因为高速光耦3次级光敏三极管CE与场效应晶体管6的栅源并联，所以该Vce-t也是场效应晶体管6的栅源驱动电压时序。
在t1时刻，出现瞬态过压浪涌，TVS二极管二2在出现瞬态过压浪涌时导通时间为纳秒级，该导通时间可忽略不计，光耦初级瞬间导通，认为IF与Vin同步变换，t1时刻IF阶跃瞬变，典型的，可以上述计算中的具体数值进行描述，为23.5mA，经过Tfall到t2时刻，Vce由Vthon变换为Vthoff，典型的，以上述计算中的TLP281及相关具体电路参数进行描述，Tfall为2uS，Vce由15V变换为0.2V。t2时刻场效应晶体管6处于截止状态，漏源开路，过压浪涌被阻断。经过50ms的持续过浪涌后，t3时刻TVS二极管2在过压浪涌结束后不再导通，IF变为零，高速光耦3的初级发光二极管截止发光，经过Trise到t4时刻高速光耦3次级光敏三极管CE电压Vce由Vthoff上升为Vthon，典型的，以上述计算中的TLP281及相关具体电路参数进行描述，Trise为2uS，Vce由0.2V变换为15V，t4时刻场效应晶体管6处于饱和导通状态，漏源导通，恢复对后级负载的供电。
经上述电路形式连接，使用场效应晶体管作为阻断浪涌的开关，通过TVS二极管的击穿导通特性完成对过压浪涌的检测，使用高速光耦控制场效应晶体管的关断完成对过压浪涌的阻断型抑制，避免了使用复杂的检测电路和开关控制电路进行浪涌抑制，通过简单的元器件构成了一种承受后级负载功率大、体积小、响应速度快、可靠性高、成本低的机载直流过压浪涌抑制电路。
本发明提出的大功率机载直流过压浪涌抑制电路，使用场效应晶体管作为阻断浪涌的开关，通过TVS二极管的击穿导通特性完成对过压浪涌的检测，使用高速光耦控制场效应晶体管的关断完成对过压浪涌的阻断型抑制。本发明的机载直流过压浪涌抑制电路，具有承受后级负载功率大、体积小、响应速度快、可靠性高、成本低等特点。

Claims (5)

1.一种大功率机载直流过压浪涌抑制电路，其特征在于，包括：限流电阻(1)、TVS二极管一(2)、高速光耦(3)、去耦电容(4)、TVS二极管二(5)、场效应晶体管(6)、滤波储能电容(7、8)和上拉电阻(9)；
所述高速光耦(3)内部初级的发光二极管与限流电阻(1)、TVS二极管一(2)串联后并入机载供电端正负极之间；
高速光耦(3)内部次级的光敏三极管与去耦电容(4)、TVS二极管二(5)并联后，与上拉电阻(9)再串联，串联后并入机载供电端正负极之间，并联的光敏三极管、去耦电容(4)以及TVS二极管二(5)接在场效应晶体管(6)的栅极和源极之间，TVS二极管二(5)的阴极接场效应晶体管(6)的栅极，TVS二极管(5)的阳极接场效应晶体管(6)的源极；负载端的滤波储能电容(7、8)并联在机载供电端的正极与场效应晶体管(6)的漏极之间，并给后级电源模块供电。
2.根据权利要求1所述的大功率机载直流过压浪涌抑制电路，其特征在于：所述大功率机载直流过压浪涌抑制电路在正常工作时，并联在场效应晶体管(6)栅极和源极之间的TVS二极管二(5)与上拉电阻(9)产生维持场效应晶体管(6)饱和导通的高电平，后级电路通过饱和导通的场效应晶体管(6)完成电流回路，对后级的直流输出保持正常。
3.根据权利要求1所述的大功率机载直流过压浪涌抑制电路，其特征在于：所述大功率机载直流过压浪涌抑制电路在过压浪涌发生时，与所述高速光耦(3)内部初级的发光二极管、限流电阻(1)串联的TVS二极管一(2)稳压导通，发光二极管发光，高速光耦(3)次级光敏三极管饱和导通，将场效应晶体管(6)的栅极和源及高电平钳位，场效应晶体管截止，后级电路的电流回路不能通过截止的场效应晶体管(6)，过压浪涌被阻断。
4.根据权利要求1所述的大功率机载直流过压浪涌抑制电路，其特征在于：所述大功率机载直流过压浪涌抑制电路的过压浪涌保护电压阈值通过TVS二极管一(2)的稳压导通电压阈值调节。
5.根据权利要求1所述的大功率机载直流过压浪涌抑制电路，其特征在于：所述大功率机载直流过压浪涌抑制电路通过选择不同饱和导通电阻的场效应晶体管(6)实现不同功率量级的浪涌抑制。
CN201810188166.9A 2018-03-07 2018-03-07 一种大功率机载直流过压浪涌抑制电路 Pending CN108448557A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810188166.9A CN108448557A (zh) 2018-03-07 2018-03-07 一种大功率机载直流过压浪涌抑制电路

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810188166.9A CN108448557A (zh) 2018-03-07 2018-03-07 一种大功率机载直流过压浪涌抑制电路

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108448557A true CN108448557A (zh) 2018-08-24

Family

ID=63193691

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810188166.9A Pending CN108448557A (zh) 2018-03-07 2018-03-07 一种大功率机载直流过压浪涌抑制电路

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108448557A (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109494700A (zh) * 2018-11-23 2019-03-19 珠海格力电器股份有限公司 一种浪涌防护电路、数据采集装置及其浪涌防护方法
CN109980600A (zh) * 2018-12-28 2019-07-05 中国船舶重工集团公司第七二三研究所 一种tr组件供电的负偏压保护电路
CN111181211A (zh) * 2020-01-14 2020-05-19 达闼科技（北京）有限公司 一种机器人的电源管理系统及机器人
CN112202155A (zh) * 2020-10-19 2021-01-08 天津津航计算技术研究所 一种输入电压浪涌抑制电路
CN113067320A (zh) * 2021-03-30 2021-07-02 维沃移动通信有限公司 浪涌保护电路和浪涌保护电路的电压调整方法
CN115347545A (zh) * 2022-10-18 2022-11-15 杭州奥创光子技术有限公司 一种基于级联升压保护的供电系统保护电路

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102082430A (zh) * 2011-01-27 2011-06-01 广州金升阳科技有限公司 一种浪涌抑制电路
CN204732869U (zh) * 2015-07-22 2015-10-28 航天长峰朝阳电源有限公司 一种高可靠性过压浪涌保护电路
CN206640293U (zh) * 2017-03-10 2017-11-14 深圳市三诺声智联股份有限公司 一种过压及浪涌保护电路

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102082430A (zh) * 2011-01-27 2011-06-01 广州金升阳科技有限公司 一种浪涌抑制电路
CN204732869U (zh) * 2015-07-22 2015-10-28 航天长峰朝阳电源有限公司 一种高可靠性过压浪涌保护电路
CN206640293U (zh) * 2017-03-10 2017-11-14 深圳市三诺声智联股份有限公司 一种过压及浪涌保护电路

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109494700A (zh) * 2018-11-23 2019-03-19 珠海格力电器股份有限公司 一种浪涌防护电路、数据采集装置及其浪涌防护方法
CN109980600A (zh) * 2018-12-28 2019-07-05 中国船舶重工集团公司第七二三研究所 一种tr组件供电的负偏压保护电路
CN109980600B (zh) * 2018-12-28 2021-03-02 中国船舶重工集团公司第七二三研究所 一种tr组件供电的负偏压保护电路
CN111181211A (zh) * 2020-01-14 2020-05-19 达闼科技（北京）有限公司 一种机器人的电源管理系统及机器人
CN112202155A (zh) * 2020-10-19 2021-01-08 天津津航计算技术研究所 一种输入电压浪涌抑制电路
CN113067320A (zh) * 2021-03-30 2021-07-02 维沃移动通信有限公司 浪涌保护电路和浪涌保护电路的电压调整方法
CN115347545A (zh) * 2022-10-18 2022-11-15 杭州奥创光子技术有限公司 一种基于级联升压保护的供电系统保护电路
CN115347545B (zh) * 2022-10-18 2023-03-24 杭州奥创光子技术有限公司 一种基于级联升压保护的供电系统保护电路

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108448557A (zh) 一种大功率机载直流过压浪涌抑制电路
CN205453114U (zh) 一种具有防反接功能的电源浪涌抑制器
CN203166497U (zh) 一种防浪涌直流保护电路
CN106972769A (zh) 一种弱电电力负载过压保护电路
CN102315632A (zh) 抑制igbt过电流的驱动电路
CN103280765A (zh) 过压保护电路
CN112736877B (zh) 一种基于模块化SiC JFET主动钳位控制串联技术的直流固态开关及其控制方法
CN110581541A (zh) 一种隔离控制的浪涌电流抑制电路
CN105514929A (zh) 一种基于常通型SiC器件的自供电直流固态断路器
CN113964863A (zh) 一种可自动实现组件级关断的串联型光伏系统
WO2019062262A1 (zh) 一种直流固态继电器
CN108847835A (zh) 一种功率器件驱动保护电路及其控制方法
CN107947557A (zh) 一种抗过压、欠压浪涌的软启动电路
CN105552828A (zh) 一种自供电双向直流固态断路器
CN202333786U (zh) 抑制igbt过电流的驱动电路
CN109347466A (zh) 一种开关电路及电子设备
CN203398768U (zh) 低成本交流输入过压保护电路及开关电源
CN109980600B (zh) 一种tr组件供电的负偏压保护电路
CN204206316U (zh) 一种开机冲击电流的抑制装置和电视机
CN214480273U (zh) 超低压过流过压保护电路
CN214154009U (zh) 一种基于模块化SiC JFET主动钳位控制串联技术的直流固态开关
CN212751784U (zh) 一种电子系统
CN203289075U (zh) 过压保护电路
CN202094845U (zh) 一种电源管理装置
CN214045464U (zh) 开关电路、供电设备和电器设备

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20180824