CN109462219B - 一种电气系统浪涌电压抑制电路及其浪涌电压抑制方法 - Google Patents
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Abstract
发明公开了一种电气系统浪涌电压抑制电路，包括：用于抑制±250V尖峰脉冲电压的尖峰脉冲抑制电路和用于抑制100V/50ms浪涌电压的浪涌电压抑制电路；所述尖峰脉冲抑制电路的输入端和电器系统的电源连接，所述尖峰脉冲抑制电路的输出端和浪涌电压抑制电路的输入端连接，所述浪涌电压抑制电路的输出端和用电设备的电源模块连接。本方案主要是通过多级串联、2级并联的电路结构，分别为军用车辆28V的稳态电压和浪涌电压提供不同电压回路。在实现1000W功率输出的同时，最大程度减小线损，减轻N沟道场效应管应力和温升。
Description
技术领域
本发明涉及电子电路技术领域，具体涉及一种电气系统浪涌电压抑制电路及其浪涌电压抑制方法。
背景技术
军用车辆28V直流电气系统浪涌电压抑制电路，应用于军用车辆用电设备电源模块的输入前端，主要作用是将《GJB298-87军用车辆28伏直流电气系统特性》标准中规定的100V/50ms的浪涌电压及±250V尖峰脉冲电压，抑制在正常工作电压范围内，实现了军用车辆设备1000W电源功率的防反接保护、浪涌电压抑制、尖峰脉冲电压抑制功能，防止因军用车辆28V电气系统工作不正常或误动作造成电源模块故障而损坏用电设备。其中，《GJB298-87军用车辆28伏直流电气系统特性》所规定的100V/50ms的浪涌电压是指偏离受控稳态电压特性的一种电压，在军用车辆发电机和蓄电池并联工作或发电机单独工作时，由电源系统固有的规律和调节器补偿作用产生的；在蓄电池单独工作条件下，只有负载切换才会产生浪涌电压。《GJB298-87军用车辆28伏直流电气系统特性》所规定的±250V尖峰脉冲电压，是指偏离受控稳态电压特性的高频振荡电压，它是在切换感性负载时，由复杂的高频电流波产生。
军用车辆28V直流电气系统浪涌电压抑制电路相对于常规的TVS瞬态二极管或压敏电阻等无源器件来说，它一种有源的浪涌抑制电路。常规的有源浪涌抑制电路，一般采用1级或2级N沟道场效应管组成，此种方案缺点是仅适用于不大于300W的功率输出，电源线损大，N沟道场效应管承受的应力和温升也大，无法实现更大的功率输出。也就是常规的TVS瞬态二极管或压敏电阻等无源器件因功率容量问题无法抑制的100V/50ms的浪涌电压。
因此，行业内急需一种既能减轻N沟道场效应管应力和温升，又能实现更大的功率输出的浪涌电压抑制电路。
发明内容
发明的目的是为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种电气系统浪涌电压抑制电路。
发明的另一目的是为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种电气系统浪涌电压抑制电路的浪涌电压抑制方法。
发明的目的通过以下的技术方案实现：
一种电气系统浪涌电压抑制电路，包括：用于抑制±250V尖峰脉冲电压的尖峰脉冲抑制电路和用于抑制100V/50ms浪涌电压的浪涌电压抑制电路；所述尖峰脉冲抑制电路的输入端和电器系统的电源连接，所述尖峰脉冲抑制电路的输出端和浪涌电压抑制电路的输入端连接，所述浪涌电压抑制电路的输出端和用电设备的电源模块连接。
优选地，所述尖峰脉冲抑制电路包括保险丝F1、瞬态二极管TVS1和第一电容C1；所述保险丝F1的一端和电源连接，所述保险丝F1的另一端和瞬态二极管TVS1的一端、第一电容C1的一端、浪涌电压抑制电路的输入端均连接，所述瞬态二极管TVS1的另一端、第一电容C1的另一端均连接至地。
优选地，所述浪涌电压抑制电路包括第一浪涌控制器K1、第二浪涌控制器K2、第三浪涌控制器K3、第一N沟道场效应管V1、第二N沟道场效应管V2、第三N沟道场效应管V3、第四N沟道场效应管V4、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6和第二电容C2；所述第一N沟道场效应管V1的源极S和保险丝F1的另一端连接，所述第一N沟道场效应管V1的栅极G和第一浪涌控制器K1的VGS1端连接，所述第一N沟道场效应管V1的漏极D和第二N沟道场效应管V2的源极S、第四N沟道场效应管V4的漏极D均连接，所述第二N沟道场效应管V2的栅极G和第一浪涌控制器K1的VGS2端连接，所述第二N沟道场效应管V2的漏极D和第三N沟道场效应管V3的漏极D、第一电阻R1的一端均连接，第一电阻R1的另一端和第一浪涌控制器K1的VFB1、第二电阻R2的一端均连接，所述第二电阻R2的另一端连接至地，所述第三N沟道场效应管V3的栅极G和第二浪涌控制器K2的VGS3端连接，所述第二浪涌控制器K2的VFB2端和第三电阻R3的另一端、第四电阻R4的一端均连接，所述第四电阻R4的另一端连接至地，所述第四N沟道场效应管V4的栅极G和第三浪涌控制器K3的VGS4端连接，所述第三浪涌控制器K3的VFB3端和第五电阻R5的另一端、第六电阻R6的一端连接，所述第六电阻R6的另一端连接至地，所述第四N沟道场效应管V4的源极S和第五电阻R5的一端、第三电阻R3的一端、第三N沟道场效应管V3的源极S、第二电容C2的一端、用电设备的电源模块均连接，所述第二电容C2的另一端连接至地。
优选地，所述第一浪涌控制器K1、第二浪涌控制器K2、第三浪涌控制器K3均为由分离器件组成的等效线性稳压器。
优选地，所述电源为军用车辆电气系统的28V电源，所述用电设备电源模块为军用车辆用电设备电源模块。
发明的另一目的通过以下的技术方案实现：
一种电气系统浪涌电压抑制电路的浪涌电压抑制方法，包括：
第一浪涌控制器K1控制第一N沟道场效应管V1的栅极电压VGS1，使第一N沟道场效应管V1保持处于导通状态；
第三浪涌控制器K3通过第五电阻R5、第六电阻R6分压得到反馈电压VFB3，控制第四N沟道场效应管V4的栅极电压VGS4，瞬间将第四N沟道场效应管V4关断，使其处于关断状态；
第一浪涌控制器K1通过第一电阻R1、第二电阻R2分压得到反馈电压VFB1，控制第二N沟道场效应管V2处于可变电阻状态，将第二N沟道场效应管V2漏极D的电压抑制在68V；
第一浪涌控制器K1通过第一电阻R1、第二电阻R2分压得到反馈电压VFB1，控制第二N沟道场效应管V2处于可变电阻状态，将第二N沟道场效应管V2漏极D的电压抑制在68V。
发明相对于现有技术具有如下的优点：
本方案主要是通过多级串联、2级并联的电路结构，分别为军用车辆28V的稳态电压和浪涌电压提供不同电压回路。其中第一N沟道场效应管V1、第四N沟道场效应管V4是稳态电压回路，优点是串联较小的N沟道场效应管导通内阻，以减小稳态电压回路中的线损。第一N沟道场效应管V1、第二N沟道场效应管V2、第三N沟道场效应管V3是浪涌抑制电压回路，能够将100V/50ms浪涌电压平均在第二N沟道场效应管V2、第三N沟道场效应管V3上抑制吸收，在实现1000W功率输出的同时，最大程度减小线损，减轻N沟道场效应管应力和温升。
附图说明
图1是本发明的电气系统的结构框图。
图2是本发明的电气系统浪涌电压抑制电路的电路图。
图3是本发明的电气系统浪涌电压抑制电路的浪涌电压抑制方法的示意性流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对发明作进一步说明。
参见图1-2、一种电气系统浪涌电压抑制电路，包括：用于抑制±250V尖峰脉冲电压的尖峰脉冲抑制电路和用于抑制100V/50ms浪涌电压的浪涌电压抑制电路；所述尖峰脉冲抑制电路的输入端和电器系统的电源连接，所述尖峰脉冲抑制电路的输出端和浪涌电压抑制电路的输入端连接，所述浪涌电压抑制电路的输出端和用电设备的电源模块连接。
在本实施例，所述尖峰脉冲抑制电路包括保险丝F1、瞬态二极管TVS1和第一电容C1；所述保险丝F1的一端和电源连接，所述保险丝F1的另一端和瞬态二极管TVS1的一端、第一电容C1的一端、浪涌电压抑制电路的输入端均连接，所述瞬态二极管TVS1的另一端、第一电容C1的另一端均连接至地。
在本实施例，所述浪涌电压抑制电路包括第一浪涌控制器K1、第二浪涌控制器K2、第三浪涌控制器K3、第一N沟道场效应管V1、第二N沟道场效应管V2、第三N沟道场效应管V3、第四N沟道场效应管V4、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6和第二电容C2；所述第一N沟道场效应管V1的源极S和保险丝F1的另一端连接，所述第一N沟道场效应管V1的栅极G和第一浪涌控制器K1的VGS1端连接，所述第一N沟道场效应管V1的漏极D和第二N沟道场效应管V2的源极S、第四N沟道场效应管V4的漏极D均连接，所述第二N沟道场效应管V2的栅极G和第一浪涌控制器K1的VGS2端连接，所述第二N沟道场效应管V2的漏极D和第三N沟道场效应管V3的漏极D、第一电阻R1的一端均连接，第一电阻R1的另一端和第一浪涌控制器K1的VFB1、第二电阻R2的一端均连接，所述第二电阻R2的另一端连接至地，所述第三N沟道场效应管V3的栅极G和第二浪涌控制器K2的VGS3端连接，所述第二浪涌控制器K2的VFB2端和第三电阻R3的另一端、第四电阻R4的一端均连接，所述第四电阻R4的另一端连接至地，所述第四N沟道场效应管V4的栅极G和第三浪涌控制器K3的VGS4端连接，所述第三浪涌控制器K3的VFB3端和第五电阻R5的另一端、第六电阻R6的一端连接，所述第六电阻R6的另一端连接至地，所述第四N沟道场效应管V4的源极S和第五电阻R5的一端、第三电阻R3的一端、第三N沟道场效应管V3的源极S、第二电容C2的一端、用电设备的电源模块均连接，所述第二电容C2的另一端连接至地。
在本实施例，所述第一浪涌控制器K1、第二浪涌控制器K2、第三浪涌控制器K3均为由分离器件组成的等效线性稳压器。
在本实施例，所述电源为军用车辆电气系统的28V电源，所述用电设备电源模块为军用车辆用电设备电源模块。
上述的电气系统浪涌电压抑制电路的工作原理如下：
1、反接保护：当军用车辆28V电源处于稳态电压时，第一浪涌控制器K1控制第一N沟道场效应管V1的栅极电压VGS1，使第一N沟道场效应管V1保持处于导通状态；当军用车辆28V电源处于输入正极与GND反接时，第一浪涌控制器K1通过第一电阻R1、第二电阻R2分压得到反馈电压VFB1，控制第一N沟道场效应管V1的栅极电压VGS1，瞬间将第一N沟道场效应管V1关断，使第一N沟道场效应管V1处于断路状态，输入正极与输出正极断路，使得军用车辆用电设备电源模块得到方向保护。
2、±250V尖峰脉冲抑制：当军用车辆28V电源处于稳态电压时，尖峰脉冲抑制电路无动作。当军用车辆28V电源产生±250V尖峰脉冲电压时，经过输入正极进入尖峰脉冲抑制电路，由保险丝F1、110V/1500W瞬态二极管TVS1、第一电容C1将±250V尖峰脉冲电压抑制在110V，供浪涌电压抑制电路使用。
3、100V/50ms浪涌电压抑制：
当军用车辆28V电源处于稳态电压时，输入正极经过保险丝F1、第一N沟道场效应管V1、第四N沟道场效应管V4进入输出正极。工作步骤为：第一浪涌控制器K1控制第一N沟道场效应管V1的栅极电压VGS1、第二N沟道场效应管V2的栅极电压VGS2使第一N沟道场效应管V1、第二N沟道场效应管V2处于导通状态；第二浪涌控制器K2控制第三N沟道场效应管V3的栅极电压VGS3，使第三N沟道场效应管V3处于关断状态；第三浪涌控制器K3控制第四N沟道场效应管V4的栅极电压VGS4，使第四N沟道场效应管V4处于导通状态。
当军用车辆产生28V电源产生100V/50ms浪涌电压时，输入正极经过保险丝F1、第一N沟道场效应管V1、第三N沟道场效应管V3、第四N沟道场效应管V4进入输出正极，高于36V的输入正极电压全部由第二N沟道场效应管V2、第三N沟道场效应管V3抑制吸收。参见图3，上述的电气系统浪涌电压抑制电路的浪涌电压抑制方法为：
S1，第一浪涌控制器K1控制第一N沟道场效应管V1的栅极电压VGS1，使第一N沟道场效应管V1保持处于导通状态；
S2，第三浪涌控制器K3通过第五电阻R5、第六电阻R6分压得到反馈电压VFB3，控制第四N沟道场效应管V4的栅极电压VGS4，瞬间将第四N沟道场效应管V4关断，使其处于关断状态。
S3，第一浪涌控制器K1通过第一电阻R1、第二电阻R2分压得到反馈电压VFB1，控制第二N沟道场效应管V2处于可变电阻状态，将第二N沟道场效应管V2漏极D的电压抑制在68V。
S4，第二浪涌控制器K2通过第三电阻R3、第四电阻R4分压得到反馈电压VFB2，控制第三N沟道场效应管V3处于可变电阻状态，将第三N沟道场效应管V3的源极S的电压抑制在36V，即输出正极抑制在36V。
因此，军用车辆28V直流电气系统浪涌电压抑制电路，主要是通过多级串联、2级并联的电路结构，分别为军用车辆28V的稳态电压和浪涌电压提供不同电压回路。
其中第一N沟道场效应管V1、第四N沟道场效应管V4是稳态电压回路，优点是串联较小的N沟道场效应管导通内阻，以减小稳态电压回路中的线损。
第一N沟道场效应管V1、第二N沟道场效应管V2、第三N沟道场效应管V3是浪涌抑制电压回路，优点是将100V/50ms浪涌电压平均在第二N沟道场效应管V2、第三N沟道场效应管V3上抑制吸收。当输出功率是1000W时，可以计算出浪涌电压时输出正极中的电流Iin＝P/Vo＝1000W/36V＝27.8A。浪涌100V时，第二N沟道场效应管V2、第三N沟道场效应管V3流过的电流也为27.8A，此时第二N沟道场效应管V2承受的压差为100V-68V＝32V，承受的功率即为32V×27.8A＝889.6W；第三N沟道场效应管V3承受的压差为68V-36V＝32V，承受的功率即为32V×27.8A＝889.6W。即第二N沟道场效应管V2、第三N沟道场效应管V3平均抑制吸收了高于36V的输入正极电压，极大的减轻N沟道场效应管开关应力和瞬时温升。
本方案相对于现有技术的有益效果为：
本方案的电气系统浪涌电压抑制电路通过采用多级串联、2级并联的电路结构，在实现1000W功率输出的同时，最大程度减小线损，减轻N沟道场效应管应力和温升。
上述具体实施方式为发明的优选实施例，并不能对发明进行限定，其他的任何未背离发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种电气系统浪涌电压抑制电路，其特征在于，包括：用于抑制±250V尖峰脉冲电压的尖峰脉冲抑制电路和用于抑制100V/50ms浪涌电压的浪涌电压抑制电路；
所述尖峰脉冲抑制电路的输入端和电器系统的电源连接，所述尖峰脉冲抑制电路的输出端和浪涌电压抑制电路的输入端连接，所述浪涌电压抑制电路的输出端和用电设备的电源模块连接；
所述尖峰脉冲抑制电路包括保险丝(F1)、瞬态二极管(TVS1)和第一电容(C1)；
所述保险丝(F1)的一端和电源连接，所述保险丝(F1)的另一端和瞬态二极管(TVS1)的一端、第一电容(C1)的一端、浪涌电压抑制电路的输入端均连接，所述瞬态二极管(TVS1)的另一端、第一电容(C1)的另一端均连接至地；
所述浪涌电压抑制电路包括第一浪涌控制器(K1)、第二浪涌控制器(K2)、第三浪涌控制器(K3)、第一N沟道场效应管(V1)、第二N沟道场效应管(V2)、第三N沟道场效应管(V3)、第四N沟道场效应管(V4)、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第五电阻(R5)、第六电阻(R6)和第二电容(C2)；
所述第一N沟道场效应管(V1)的源极S和保险丝(F1)的另一端连接，所述第一N沟道场效应管(V1)的栅极G和第一浪涌控制器(K1)的VGS1端连接，所述第一N沟道场效应管(V1)的漏极D和第二N沟道场效应管(V2)的源极S、第四N沟道场效应管(V4)的漏极D均连接，所述第二N沟道场效应管(V2)的栅极G和第一浪涌控制器(K1)的VGS2端连接，所述第二N沟道场效应管(V2)的漏极D和第三N沟道场效应管(V3)的漏极D、第一电阻(R1)的一端均连接，第一电阻(R1)的另一端和第一浪涌控制器(K1)的VFB1、第二电阻(R2)的一端均连接，所述第二电阻(R2)的另一端连接至地，所述第三N沟道场效应管(V3)的栅极G和第二浪涌控制器(K2)的VGS3端连接，所述第二浪涌控制器(K2)的VFB2端和第三电阻(R3)的另一端、第四电阻(R4)的一端均连接，所述第四电阻(R4)的另一端连接至地，所述第四N沟道场效应管(V4)的栅极G和第三浪涌控制器(K3)的VGS4端连接，所述第三浪涌控制器(K3)的VFB3端和第五电阻(R5)的另一端、第六电阻(R6)的一端连接，所述第六电阻(R6)的另一端连接至地，所述第四N沟道场效应管(V4)的源极S和第五电阻(R5)的一端、第三电阻(R3)的一端、第三N沟道场效应管(V3)的源极S、第二电容(C2)的一端、用电设备的电源模块均连接，所述第二电容(C2)的另一端连接至地。
2.根据权利要求1所述的电气系统浪涌电压抑制电路，其特征在于，所述第一浪涌控制器(K1)、第二浪涌控制器(K2)、第三浪涌控制器(K3)均为由分离器件组成的等效线性稳压器。
3.根据权利要求1所述的电气系统浪涌电压抑制电路，其特征在于，所述电源为军用车辆电气系统的28V电源，所述用电设备电源模块为军用车辆用电设备电源模块。
4.一种电气系统浪涌电压抑制电路的浪涌电压抑制方法，其特征在于，包括：
第一浪涌控制器K1控制第一N沟道场效应管V1的栅极电压VGS1，使第一N沟道场效应管V1保持处于导通状态；
第三浪涌控制器K3通过第五电阻R5、第六电阻R6分压得到反馈电压VFB3，控制第四N沟道场效应管V4的栅极电压VGS4，瞬间将第四N沟道场效应管V4关断，使其处于关断状态；
第一浪涌控制器K1通过第一电阻R1、第二电阻R2分压得到反馈电压VFB1，控制第二N沟道场效应管V2处于可变电阻状态，将第二N沟道场效应管V2漏极D的电压抑制在68V；
第二浪涌控制器K2通过第三电阻R3、第四电阻R4分压得到反馈电压VFB2，控制第三N沟道场效应管V3处于可变电阻状态，将第三N沟道场效应管V3的源极S的电压抑制在36V。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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