CN108963999A - 一种浪涌电流抑制器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及机载电子设备功率电子学领域，特别涉及一种浪涌电流抑制器。浪涌电流抑制器串接于输入电源的回路，包括：功率MOS管，串接于直流输入负端的回路中；测流元件，串接于直流输入负端的回路中，用于输入电源回路的电流，并将其转换为电压；反馈电路，分别与测流元件和所述功率MOS管连接，其中，当测流元件检测的电压值大于或等于第一预定值时，让功率MOS管处于限流状态。本发明的浪涌电流抑制器在原理上先进、可靠，可实现开机浪涌抑制功能，相比之传统方式而言，功能实现简单可靠，功耗小，成本低，所占印制板面积小，重量轻。

Description

一种浪涌电流抑制器
技术领域
本发明涉及机载电子设备功率电子学领域，特别涉及一种浪涌电流抑制器。
背景技术
传统抑制电流浪涌的方法一般是在回路中串热敏电阻；或在回路中串联一个限流电阻与一个功率开关并联的组合；或直接利用功率MOS管限制浪涌电流；或利用专用集成电路控制浪涌电流等等。
但是，这些方法会存在着如下一些问题：
不适合工作温度范围宽的场合；功耗大；二次浪涌；无过流关断功能或过流关断后要手动重启；成本高等问题。
发明内容
本发明的目的是提供了一种浪涌电流抑制器，以解决现有抑制电流浪涌方法存在的问题。
本发明的技术方案是：
一种浪涌电流抑制器，串接于输入电源的回路，包括：
功率MOS管，串接于直流输入负端的回路中；
测流元件，串接于直流输入负端的回路中，用于所述输入电源回路的电流，并将其转换为电压；
反馈电路，分别与测流元件和所述功率MOS管连接，其中，当所述测流元件检测的电压值大于或等于第一预定值时，让所述功率MOS管处于限流状态。
可选的，所述的浪涌电流抑制器还包括：
关断恢复电路，与所述功率MOS管连接，当所述功率MOS管进入限流状态，且超过第一预定时间范围时，功率MOS管关断。
可选的，所述关断恢复电路还用于在所述功率MOS管进入正常状态，且超过第二时间范围时，功率MOS管导通。
可选的，所述关断恢复电路中包括比较器，用于判断所述功率MOS管进入限流状态或关断状态的时间。
发明效果：
本发明的浪涌电流抑制器至少存在如下优点。
(1)本发明的浪涌电流抑制器在原理上先进、可靠，可实现开机浪涌抑制功能，相比之传统方式而言，功能实现简单可靠，功耗小，成本低，所占印制板面积小，重量轻。
(2)本发明的浪涌电流抑制器电路由通用的分立元器件搭建而成，器件数量不多，没有特殊要求，易于采购，成本大幅降低。
(3)本发明的浪涌电流抑制器电路的各保护参数可灵活调整，可广泛适用于各类电子设备的直流电源输入端，通用性较强。
附图说明
图1是本发明浪涌抑制器的原理框图；
图2是本发明浪涌抑制器的电路工作流程框图；
图3是本发明浪涌抑制器限中流模式(限流状态)电路具体实施方式原理图；
图4是本发明浪涌抑制器限中关断/重启模式电路具体实施方式原理图。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
下面结合附图1至图4对本发明浪涌电流抑制器做进一步详细说明。
本发明提供了一种浪涌电流抑制器，串接于输入电源的回路，具体地输入电源的回路可以包括图1所示直流输入正端、负载以及与负载端并联的电容、直流输入负端。
具体地，浪涌电流抑制器可以包括功率MOS管、测流元件以及反馈电路。
功率MOS管串接于直流输入负端的回路中。
测流元件可以采用目前已知的精密电阻，串接于直流输入负端的回路中(位置不限定)，用于输入电源回路(整个回路)的电流，并将其转换为电压。
反馈电路分别与测流元件和功率MOS管连接，其中，当测流元件检测的电压值大于或等于第一预定值时，让功率MOS管处于限流状态，主要是控制功率MOS管的栅极。另外，当测流元件检测的电压值小于第一预定值时，反馈电路还可以让功率MOS管处于正常导通状态。
进一步，浪涌电流抑制器可以包括关断恢复电路，相当于图1中关断恢复控制、电压基准、RC定时电路部分；关断恢复电路与功率MOS管连接，当功率MOS管进入限流状态，且超过第一预定时间范围时，功率MOS管关断。
进一步，关断恢复电路还用于在功率MOS管进入正常状态(即过流消失)，且超过第二时间范围时(比如10S～20S)，功率MOS管导通。
另外，本实施例中，优选关断恢复电路中包括比较器，用于判断功率MOS管进入限流状态或关断状态的时间。
本发明浪涌电流抑制器的工作过程如下
1)电源输入开启后，输入电流给后级电容进行充电的同时，该浪涌电流抑制器进入限流状态，测流电阻与反馈电路形成负反馈，将功率回路电流限制在设定值。
2)开启结束即限流状态结束，电路工作于正常工作电流时，有源器件即功率MOS管工作于饱和导通工作区。
3)当其输出发生过流/短路状态，浪涌电流抑制器进入限流状态，测流电阻与反馈电路形成负反馈，将功率回路电流限制在设定值，同时通过充电回路延时(设置时间常数约200ms)，即电路处于恒流模式一段时间后，比较器动作，通过控制有源器件的栅极将有源器件关断，即电路进入关断模式。
4)有源器件关断后，过流消失，放电回路作用(设置时间常数约10S～20S)，比较器动作，有源器件的栅极电压被释放，逐渐导通，若过流原因消失，则进行上述1)、2)过程，若过流原因仍存在，则反复进行上述1)、3)过程，反复重启，实现打嗝模式。
具体地，参见图3所示，限流模式电路具体实施方案如下：
本发明浪涌电流抑制器利用功率MOS管作为动态电阻实现浪涌电流抑制，测流电阻上的电压控制三极管V1导通，拉低功率MOS管V2的栅极电压，从而V2进入线性区，其导通电阻变大，回路中的电流得到了限制。三极管V1、测流电阻、MOS管V2形成了一个负反馈过程，使得回路电流恒定在设置值保持不变。调整测流电阻的值，可以对限流点实现精确设置。
具体地，参见图4所示，关断/重启电路具体实施方案如下：
考虑到图3中MOS管V2的瞬时能量承受总是存在极限的，恒流限制模式必须有一个时间限制，否则MOS管必将损坏。基于此，本电流抑制电路增设了关断/重启模式，当恒流状况持续时间大于设定的几百毫秒，即认为存在输出过流/短路状况，关断MOS管，关断足够时间后自动再重启MOS管。这部分电路由比较器、电阻、电容等分立器件组成，构成简单可靠，可方便的调整定时时间。
图4中，正常工作电流时，比较器N1B输入(-)电压＜基准1电压，输出为低，N1A输出为高，图3中MOS管栅极A点电压15V；限流后，基准2电压给C1充电，C1、R3实现MOS管恒流定时，时间常数约200ms后，N1B的输入(-)电压＞基准1电压，N1B输出翻转为高；继而N1A输出翻转为低，MOS管栅极A点电压被拉低至0V，这时候MOS管将处于关断模式。关断模式的设置，保护了功率MOS管不被限流期间所承受的较大电应力损坏。
当MOS管V2关断后，过流消失，三极管V1也关断。C1、R2形成放电回路，时间常数约2S；同时因为N1A输入(-)电压还未小于N1A输入(+)电压，N1A的输出仍短暂维持为低；随着N1B输入(-)电压＞基准1电压，N1B输出翻转为低，N1A输入(-)电压逐渐下降，通过C2、R5放电，将时间常数设置约10S，实现MOS端关断定时。在10S～20S这段功率MOS管关断保持时间之后，N1A输入(-)电压＜基准3电压，N1A输出重新翻转为高，图3中MOS管栅极A点电压被抬高，重新开通，系统无需经重新上电即可自动重启。
重启后，如过流原因依然存在，反复进行上述过程，200ms恒流模式后进入关断模式，持续关断10s～20s后重新开启，反复重启，工作在打嗝模式；重启后，若过流原因消失，则进入正常工作电流状态。
综上所述，本发明的浪涌电流抑制器至少存在如下优点。
(1)本发明的浪涌电流抑制器在原理上先进、可靠，可实现开机浪涌抑制、过流关断、短路保护自恢复等功能，相比之传统方式而言，功能实现简单可靠，功耗小，成本低，所占印制板面积小，重量轻。
(2)本发明的浪涌电流抑制器可靠性高，有过流关断模式，后级电路故障时不损坏功率元器件。
(3)本发明的浪涌电流抑制器电路由通用的分立元器件搭建而成，器件数量不多，没有特殊要求，易于采购，成本大幅降低。
(4)本发明的浪涌电流抑制器电路的各保护参数可灵活调整，可广泛适用于各类电子设备的直流电源输入端，通用性较强。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种浪涌电流抑制器，串接于输入电源的回路，其特征在于，包括：
功率MOS管，串接于直流输入负端的回路中；
测流元件，串接于直流输入负端的回路中，用于所述输入电源回路的电流，并将其转换为电压；
反馈电路，分别与测流元件和所述功率MOS管连接，其中，当所述测流元件检测的电压值大于或等于第一预定值时，让所述功率MOS管处于限流状态。
2.根据权利要求1所述的浪涌电流抑制器，其特征在于，还包括：
关断恢复电路，与所述功率MOS管连接，当所述功率MOS管进入限流状态，且超过第一预定时间范围时，功率MOS管关断。
3.根据权利要求2所述的浪涌电流抑制器，其特征在于，所述关断恢复电路还用于在所述功率MOS管进入正常状态，且超过第二时间范围时，功率MOS管导通。
4.根据权利要求3所述的浪涌电流抑制器，其特征在于，所述关断恢复电路中包括比较器，用于判断所述功率MOS管进入限流状态或关断状态的时间。
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