CN108462163B - 满足负向浪涌要求的直流防反接电路 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种满足负向浪涌要求的直流防反接电路。该电路包括：MOSFET、第一电阻、第二电阻、三极管、第一二极管；第一电阻的一端与MOSFET的漏极电连接；第一电阻的另一端与三极管的基极电连接；三极管的发射极与MOSFET的源极电连接；三极管的集电极与第一二极管的负极电连接；MOSFET的栅极通过第二电阻与三极管的集电极电连接；MOSFET的漏极和第一二极管的正极分别连接电源的两端。本发明实施例通过MOSFET的源极和栅极之间的电容可通过放电回路进行放电，从而使得MOSFET从导通状态转换为截止状态，防止电路中出现反向电流导致直流母线电容回抽变零，从而可以避免控制电路和系统输出掉电。
Description
技术领域
本发明实施例涉及电路技术领域，尤其涉及一种满足负向浪涌要求的直流防反接电路。
背景技术
金属-氧化物半导体场效应晶体管，简称金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管(field-effect transistor)。MOSFET依照其“通道”(工作载流子)的极性不同，可分为“N型”与“P型”的两种类型。
基于MOSFET的固有特性，栅极和源极之间存在寄生电容Cgs，MOSFET正常导通时，Cgs两端电压为MOSFET的驱动电压，当MOSFET瞬间关断时，电容Cgs无法即时放电，Cgs两端电压缓慢下降即栅源电压缓慢下降，MOSFET关断需要一定时间。当MOSFET所在电路的电源输入端出现8/20uS的快速负向浪涌电压时，电源输入端极性反转，MOSFET不能关断导致电路中出现负向电流，直流母线电容被快速放电进而导致系统掉电。
发明内容
本发明实施例提供一种满足负向浪涌要求的直流防反接电路，以防止直流母线电容被快速放电进而导致系统掉电。
本发明实施例的一个方面是提供一种满足负向浪涌要求的直流防反接电路，包括：金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET、第一电阻、第二电阻、三极管、第一二极管；其中，
所述第一电阻的一端与所述MOSFET的漏极电连接；
所述第一电阻的另一端与所述三极管的基极电连接；
所述三极管的发射极与所述MOSFET的源极电连接；
所述三极管的集电极与所述第一二极管的负极电连接；
所述MOSFET的栅极通过所述第二电阻与所述三极管的集电极电连接；
所述MOSFET的漏极和所述第一二极管的正极分别连接电源的两端。
可选地，当所述MOSFET的漏极连接所述电源的正极时，所述MOSFET的源极和栅极之间出现负压偏置，所述MOSFET的源极为高电压，所述MOSFET的栅极为低电压。
可选地，当所述电源出现负向浪涌电压时，所述三极管导通，所述MOSFET、所述第一电阻、所述三极管和所述第二电阻形成回路。
可选地，所述MOSFET的栅极和源极形成的第一结电容通过所述回路放电，以使所述MOSFET从导通状态转换为截止状态。
可选地，所述第一电阻用于控制所述三极管的基极电流，以使所述三极管工作在饱和区。
可选地，所述电路还包括：第二二极管；
所述第二二极管的负极与所述MOSFET的源极电连接，所述第二二极管的正极与所述三极管的集电极电连接；
所述第一二极管用于在所述MOSFET从导通状态转换为截止状态的过程中，通过所述第二二极管给所述MOSFET的源极和漏极形成的第二结电容反向充电。
可选地，所述电路还包括：第三电阻；
所述第三电阻的一端与所述MOSFET的源极电连接，所述三电阻的另一端与所述三极管的集电极电连接。
可选地，所述MOSFET为P型MOSFET。
可选地，所述三极管为PNP型三极管。
可选地，所述第一二极管为肖特基二极管。
本发明实施例提供的满足负向浪涌要求的直流防反接电路，通过电阻R2702、三极管Q2704和二极管D2702构成的放电回路，使得电路中出现反向浪涌时，MOSFET Q2701的源极和栅极之间的电容可通过该放电回路进行放电，从而使得MOSFET Q2701从导通状态转换为截止状态，防止电路中出现反向电流导致直流母线电容回抽变零，从而可以避免控制电路和系统输出掉电。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种满足负向浪涌要求的直流防反接电路的结构图；
图2为本发明实施例提供的另一种满足负向浪涌要求的直流防反接电路的结构图。
具体实施方式
在直流供电系统中，正负电压接反往往会给系统带来灾难性的故障，轻则导致系统不能正常工作，严重的对导致用电设备烧毁。而在实际的直流系统应用过程中，连接器出错、线缆做错或者工人误操作导致正负电压接反的现象非常普遍，因此设计一套自动防反接电路变得非常有意义。
直流防反接设计，传统的解决方法主要有以下几种：
串联二极管：在正或者负回路中串联一个二极管，利用二极管单项导通的特性防止电路反接带来用电设备损坏。该设计的优点是设计简单，但由于二极管的导通压降太大，在大功率用电设备上因电流太大，二极管本身功率损耗增加，导致电路效率太低、热设计困难等问题，一般只适用于小功率设备。串联整流桥：与单独的二极管设计不同，整流桥的加入使得输入电压没有了极性的要求，正接或者反接的情况下整流桥后端的输出均为正向电压，设备都能正常工作。相同的问题是，整流桥的设计同样存在效率和热设计的问题。
MOS管型防反接保护电路：MOS管通过S管脚和D管脚串接于电源和负载之间，电阻Rg为MOS管提供电压偏置，利用MOS管的开关特性控制电路的导通和断开，从而防止电源反接给负载带来损坏。解决了现有采用二极管电源防反接方案存在的压降和功耗过大的问题。该电路的缺点是对于IEC标准61000-4-5标准规定的8/20uS负向浪涌电压没有防护作用，由于MOSFET的GS极间电容的电压没有放电路径，当输入电压突然反向时，MOSFET不能从导通状态瞬间转变为关断状态，电路中出现反向电流导致直流母线电容回抽变零，控制电路和系统输出掉电。
针对上述问题，本发明实施例提供了一种满足负向浪涌要求的直流防反接电路。图1为本发明实施例提供的一种满足负向浪涌要求的直流防反接电路的结构图。图2为本发明实施例提供的另一种满足负向浪涌要求的直流防反接电路的结构图。如图1所示，该满足负向浪涌要求的直流防反接电路包括金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET Q2701、电阻R2702、电阻R2709、三极管Q2704、二极管D2702。其中，电阻R2702的一端与MOSFET Q2701的漏极D电连接；电阻R2702的另一端与三极管Q2704的基极b电连接；三极管Q2704的发射极e与MOSFET Q2701的源极S电连接；三极管Q2704的集电极c与二极管D2702的负极电连接；MOSFET Q2701的栅极G通过电阻R2709与三极管Q2704的集电极c电连接；MOSFET Q2701的漏极D和二极管D2702的正极分别连接电源VIN的两端。
如图1所示，当电源即输入端口VIN正常加24V电压时，PWR-24V-IN为高电压，GND为低电压，MOSFET Q2701的漏极D连接电源的正极，由于MOSFET Q2701的漏极D和源极S之间的二极管的存在，以及电阻R2701和电阻R2708的分压，使得MOSFET Q2701的源极S和栅极G之间出现负压偏置，MOSFET Q2701的源极S为高电压，MOSFET Q2701的栅极G为低电压。在本实施例中，MOSFET Q2701是P型的MOSFET，则MOSFET Q2701的源极S和栅极G之间出现负压偏置时，MOSFET Q2701导通，此时，如图1所示的电路正常工作，此时，P型MOSFET的结电容Cgs即MOSFET Q2701的源极S和栅极G之间的电压为12V，S为高电压，G为低电压。
如图2所示，电源VIN的两端还并联有瞬态抑制二极管(Transient VoltageSuppressor，TVS)DI001，DI001起到电压钳位的作用，如图2所示，假设电源VIN出现负向浪涌电压，例如电源VIN的电压变为-100V，假设DI001钳位电压为40V，在DI001的钳位作用下，PWR-24V-IN处的电压为-40V，三极管Q2704满足饱和导通条件开始导通，三极管Q2704的导通使得MOSFET Q2701的源极和栅极之间的电容出现放电回路，该放电回路由MOSFETQ2701、电阻R2702、三极管Q2704、电阻R2709形成，具体的，当VIN出现负向浪涌时，MOSFETQ2701内的电流是从源极到漏极，流经电阻R2702流向三极管Q2704的基极，从三极管Q2704的集电极流出流向电阻R2708和二极管D2702之间的连线，再从该连线流向电阻R2709，MOSFET Q2701的源极和栅极之间的电容通过该放电回路进行放电，从而使得MOSFET Q2701可以从图1所示的导通状态转换为截止状态。从而避免图2所示的电路中出现反向电流，防止电路中出现反向电流导致直流母线电容回抽变零，从而可以避免控制电路和系统输出掉电。
本实施例，通过电阻R2702、三极管Q2704和二极管D2702构成的放电回路，使得电路中出现反向浪涌时，MOSFET Q2701的源极和栅极之间的电容可通过该放电回路进行放电，从而使得MOSFET Q2701从导通状态转换为截止状态，防止电路中出现反向电流导致直流母线电容回抽变零，从而可以避免控制电路和系统输出掉电。
在上述实施例的基础上，如果输入电压VIN没有出现反向浪涌，由于三极管Q2704是截止的，所以由MOSFET Q2701、电阻R2702、三极管Q2704、电阻R2709形成放电回路是不工作的。当输入电压VIN出现反向浪涌时，三极管Q2704才导通，放电回路才工作。
可选地，二极管D2702是肖特基二极管。电阻R2702可用于控制三极管Q2704的基极电流，以使三极管Q2704工作在饱和区。
另外，如图2所示，电路中还包括一个稳压二极管D2701，稳压二极管D2701的负极和MOSFET Q2701的源极电连接，稳压二极管D2701的正极和三极管Q2704的集电极电连接；在MOSFET Q2701从导通状态转换为截止状态的过程中，二极管D2702可通过稳压二极管D2701给MOSFET Q2701的源极S和漏极D形成的结电容反向充电，使得从MOSFET Q2701的源极S到漏极D的电流变大，从MOSFET Q2701的源极S到漏极D的电流越大，可使三极管Q2704导通的速度越快，从而加快了MOSFET Q2701的源极和栅极之间电容的放电速度，即加快了MOSFET Q2701关断的速度。
可选地，三极管Q2704是PNP型的三极管。
本实施例，二极管D2702可通过稳压二极管D2701给MOSFET Q2701的源极S和漏极D形成的结电容反向充电，使得从MOSFET Q2701的源极S到漏极D的电流变大，从MOSFETQ2701的源极S到漏极D的电流越大，可使三极管Q2704导通的速度越快，从而加快了MOSFETQ2701的源极和栅极之间电容的放电速度，即加快了MOSFET Q2701关断的速度。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元可以采用硬件的形式实现。
本领域技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。上述描述的装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种满足负向浪涌要求的直流防反接电路，包括MOSFET、第一电阻和三极管，其特征在于，还包括：第二电阻和第一二极管；其中，
所述第一电阻的一端与所述MOSFET的漏极电连接；
所述第一电阻的另一端与所述三极管的基极电连接；
所述三极管的发射极与所述MOSFET的源极电连接；
所述三极管的集电极与所述第一二极管的负极电连接；
所述MOSFET的栅极通过所述第二电阻与所述三极管的集电极电连接；
所述MOSFET的漏极和所述第一二极管的正极分别连接电源的两端。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，当所述MOSFET的漏极连接所述电源的正极时，所述MOSFET的源极和栅极之间出现负压偏置，所述MOSFET的源极为高电压，所述MOSFET的栅极为低电压。
3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，当所述电源出现负向浪涌电压时，所述三极管导通，所述MOSFET、所述第一电阻、所述三极管和所述第二电阻形成回路。
4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述MOSFET的栅极和源极形成的第一结电容通过所述回路放电，以使所述MOSFET从导通状态转换为截止状态。
5.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述第一电阻用于控制所述三极管的基极电流，以使所述三极管工作在饱和区。
6.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，还包括：第二二极管；
所述第二二极管的负极与所述MOSFET的源极电连接，所述第二二极管的正极与所述三极管的集电极电连接；
所述第一二极管用于在所述MOSFET从导通状态转换为截止状态的过程中，通过所述第二二极管给所述MOSFET的源极和漏极形成的第二结电容反向充电。
7.根据权利要求6所述的电路，其特征在于，还包括：第三电阻；
所述第三电阻的一端与所述MOSFET的源极电连接，所述三电阻的另一端与所述三极管的集电极电连接。
8.根据权利要求1-7任一项所述的电路，其特征在于，所述MOSFET为P型MOSFET。
9.根据权利要求8所述的电路，其特征在于，所述三极管为PNP型三极管。
10.根据权利要求9所述的电路，其特征在于，所述第一二极管为肖特基二极管。
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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