CN111030071A - 浪涌抑制电源保护电路 - Google Patents

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Abstract

公开了一种浪涌抑制电源保护电路，包括防电源反接电路、低压关断电路和高压抑制电路。防电源反接电路能防止输入电压反接，在输入电压浪涌超过设定的输出电压时，输出电压仍能维持设定的输出电压，保护后级电路。通过低压关断电路和高压抑制电路设定一个电源电压通过的窗口电压范围值，在设定的窗口范围内的电压可以通过，低于下限值时电路输出为0，高于上限值时输出电压为设定的上限电压。相对现有电源保护集成电路无需从输入电源获取电路的工作电压，对输入电源影响小，电路属于微功耗电路，后级DC/DC停止工作后，整个电路对输入电源分流效应很小，当应用在汽车上时，可以保护车载电池。

Description

浪涌抑制电源保护电路
技术领域
本发明涉及浪涌抑制电源保护电路。
背景技术
汽车由于点火系统、发电机及整流器系统的运行时产生大量电磁干扰，这些干扰的频带很宽，通过传导、耦合或者辐射的方式，传播到电源系统内，进而影响到电子设备的正常工作，这种电气应力威胁主要归纳为ISO 7637-2和ISO 10605标准所定义的内容，针对电路上产生的种种威胁，如何做到有效的保护而又不影响行车供电，需要在电路的电源侧做一些保护措施。常用的方法为二种，第一种为直接关断，第二种为电压抑制。直接关断是保护后端设备最有效而且最直接的办法，直接关断方法由于会影响设备工作，缺点明显，用的较少。电压抑制方法能保证供电端的电压存在而常用，电压抑制方法又有多种实现方法，可以分为无源器件吸收，有源电路抑制。
无源器件吸收通常都是采用压敏电阻、TVS管、气体放电管等泄流型器件进行单独或组合设计，这种方式，每受一次浪涌冲击，其使用寿命就会减短，满足ISO7637标准TVS大功率管价格贵，且体积大。
有源电路抑制一般采用特定电源保护集成电路，通过检测输入电源的变化，控制电源输入通道的电源开关管的压控实现后级电压的稳定。这种方案保护机制强，但电路复杂，成本高，对于低成本的运用难以承受，如GPS定位，行车记录仪等，同时该模式下的电路需从输入电源获取能量，产生集成电路工作所需的工作电压，对输入电源有能量损耗。
发明内容
本发明提供一种浪涌抑制电源保护电路，该保护电路可以设定一个电源电压通过的窗口电压范围值，在设定的窗口范围内的电压可以通过，低于下限值时电路输出为0，高于上限值时输出电压为设定的上限电压。
根据本发明实施例的一方面，提供一种浪涌抑制电源保护电路，包括低压关断电路和高压抑制电路；所述低压关断电路包括齐纳二极管DW1，电阻R1、R2，功率三极管Q3和三级管Q4；电源输入端的正极、齐纳二极管DW1、电阻R1、R2、电源0V依次连接，三级管Q4的基极连接在电阻R1、R2之间，三级管Q4的发射极接电源0V，三级管Q4的集电极经电阻R8与功率三极管Q3的G级连接，功率三极管Q3的D级、S级串联在电源输入端与电源输出端之间；
所述高压抑制电路包括齐纳二极管DW2、DW3，三级管Q1、Q2，电阻R3、R4、R5、R6；电源输出端、齐纳二极管DW3、电阻R5、三级管Q2的基极依次连接，三级管Q2的基极连接有下拉电阻R7，三级管Q2的集电极经电阻R3与电源输入端的正极连接，三级管Q2发射极经电阻R6连接电源0V；三极管Q1的发射极连接电源输入端的正极，三极管Q1的基极经电阻R4连接在电阻R3和三级管Q2的集电极之间，三极管Q1的集电极与功率三极管Q3的G级连接；齐纳二极管DW2负极与电源输入端的正极连接，正极与功率三极管Q3的G级连接。
在上述的浪涌抑制电源保护电路，还包括防电源反接电路。
在上述的浪涌抑制电源保护电路，所述防电源反接电路包括并联于电源输入端的二极管D1。
在上述的浪涌抑制电源保护电路，所述防电源反接电路包括串联于电源输入端的二极管D1。
在上述的浪涌抑制电源保护电路，多个功率三极管Q3并联在一起。
在上述的浪涌抑制电源保护电路，用光耦器件替换齐纳二极管DW3。
本发明的有益效果如下：
1、本发明能防止输入电压反接，在输入电压浪涌超过设定的输出电压时，输出电压仍能维持设定的输出电压，保护后级电路，在电路的适用范围内能满足iso7637-2要求。
2、本发明电路相对现有电源保护集成电路无需从输入电源获取电路的工作电压，对输入电源影响小，电路属于微功耗电路，后级DC/DC停止工作后，整个电路对输入电源分流效应很小，可以忽略不计，当应用在汽车上时，可以保护车载电池。
3、本发明电路简单清晰、元器件体积小，成本低，调测维修简单。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1示出了根据本发明的一个实施例的汽车浪涌抑制电源保护电路拓扑。
具体实施方式
本发明的浪涌抑制电源保护电路可以应用在汽车、航空器、轮船、生产加工设备、家用电器等需要抑制电源浪涌的场合。参考图1，示出的浪涌抑制电源保护电路包括防电源反接电路、低压关断电路和高压抑制电路。
所述防电源反接电路包括并联于电源输入端的二极管D1。二极管D1采用大电流，反向耐压高的整流二极管。电源正接时，二极管D1截止，对电路无影响，电源反接时，二极管D1导通，汽车接入电源保险断开，保护后级电路。D1采用大电流，反向耐压高的整流二极管。此外，防输入电源反接二极管D1在设备整机功耗不大运用中可以直接串接在电源输入端，形成单向通路。
所述低压关断电路包括齐纳二极管DW1，电阻R1，R2，功率三极管Q3(电压调节管)和三级管Q4，功率三极管Q3可采用高耐压、导通电阻小的功率PMOS管，三级管Q4可采用NPN型三极管。电源输入端的正极、齐纳二极管DW1、电阻R1，R2、电源0V依次连接。三级管Q4的基极连接在电阻R1，R2之间，三级管Q4的发射极接电源0V，三级管Q4的集电极经电阻R8与功率三极管Q3的G级连接，电阻R8为功率三极管Q3的G级提供浮动驱动电压，功率三极管Q3的D级、S级串联在电源输入端与电源输出端之间。
齐纳二极管DW1的击穿电压即为设定低压门限值，电阻R1为三级管Q4的限流电阻，电阻R2为三级管Q4的下拉电阻，三级管Q4为功率三极管Q3的开关管。输入电源电压高于齐纳二极管DW1击穿电压时，电源电流通过电阻R1，使三级管Q4饱和导通，功率三极管Q3进入开启模式；输入电源电压低于齐纳二极管DW1击穿电压时，无电源电流通过电阻R1，电阻R2下拉使Q4截止，使功率三极管Q3进入关断模式，输出电压为0，隔断输入电源，保护放空汽车电瓶。
所述高压抑制电路包括齐纳二极管DW2、DW3，三级管Q1、Q2，电阻R3、R4、R5、R6。三级管Q1可采用PNP型三极管，三级管Q2可采用NPN型三极管。电源输出端、齐纳二极管DW3、电阻R5、三级管Q2的基极依次连接，三级管Q2的基极连接有下拉电阻R7，三级管Q2的集电极经电阻R3与电源输入端的正极连接，三级管Q2发射极经电阻R6连接电源0V；三极管Q1的发射极连接电源输入端的正极，三极管Q1的基极经电阻R4连接在电阻R3和三级管Q2的集电极之间，三极管Q1的集电极与功率三极管Q3的G级连接；齐纳二极管DW2负极与电源输入端的正极连接，正极与功率三极管Q3的G级连接。
齐纳二极管DW3的击穿电压即为设定高压门限值。齐纳二极管DW2击穿电压为功率三极管Q3 Vgs最大电压，保护在浪涌时，功率三极管Q3的Vgs不超过安全值，防止功率三极管Q3损害。三极管Q1，Q2，功率三极管Q3，电阻R3，R4，R5组成输出电压调节控制反馈环路。当输出电压击穿齐纳二极管DW3时，电流通过电阻R5使三极管Q2工作，三极管Q2的集电极电流使电阻R3两端产生压降，三极管Q1导通，功率三极管Q3的G端电压上升，Vgs减小，使功率三极管Q3退出开关导通状态进入线性调节状态，稳定输出电压为设定的电压值。当输出电压没有击穿齐纳二极管DW3时，三极管Q1，Q2，电阻R3，R4，R5没有电流流过，电阻R7下拉三极管Q2基极，保持截止状态，反馈环路不起作用，功率三极管Q3处于开关导通状态，输入电压通过Q3直通输出端。
此外，齐纳二极管DW3从电源输出端引入的负反馈，也可以采用光耦器件在电源输出端和Q2间实现负反馈，这种方式在AC/DC反激式电源变换器常用。
此外，功率三极管Q3根据负载功率的大小，可以是一只PMOS管，也可以是多只同型号的PMOS管并联，提高在高浪涌电压下功率三极管Q3承受的耗散功率。
本发明的保护电路通过低压关断电路和高压抑制电路可设定一个电源电压通过的窗口电压范围值，在设定的窗口范围内的电压可以通过，低于下限值时电路输出为0，高于上限值时输出电压为设定的上限电压。电路采用分立元器件，实现了电源反接、电池低压保护、浪涌后级电路保护，满足iso7637-2的标准，相对于同类的电路具有电路简单，成本低廉，不用繁琐的电路参数调整，简单易用。

Claims (6)

1.一种电源保护电路，其特征在于，包括低压关断电路和高压抑制电路；所述低压关断电路包括齐纳二极管DW1，电阻R1、R2，功率三极管Q3和三级管Q4；电源输入端的正极、齐纳二极管DW1、电阻R1、R2、电源0V依次连接，三级管Q4的基极连接在电阻R1、R2之间，三级管Q4的发射极接电源0V，三级管Q4的集电极经电阻R8与功率三极管Q3的G级连接，功率三极管Q3的D级、S级串联在电源输入端与电源输出端之间；
所述高压抑制电路包括齐纳二极管DW2、DW3，三级管Q1、Q2，电阻R3、R4、R5、R6；电源输出端、齐纳二极管DW3、电阻R5、三级管Q2的基极依次连接，三级管Q2的基极连接有下拉电阻R7，三级管Q2的集电极经电阻R3与电源输入端的正极连接，三级管Q2发射极经电阻R6连接电源0V；三极管Q1的发射极连接电源输入端的正极，三极管Q1的基极经电阻R4连接在电阻R3和三级管Q2的集电极之间，三极管Q1的集电极与功率三极管Q3的G级连接；齐纳二极管DW2负极与电源输入端的正极连接，正极与功率三极管Q3的G级连接。
2.根据权利要求1所述的电源保护电路，其特征在于，还包括防电源反接电路。
3.根据权利要求2所述的电源保护电路，其特征在于，所述防电源反接电路包括并联于电源输入端的二极管D1。
4.根据权利要求2所述的电源保护电路，其特征在于，所述防电源反接电路包括串联于电源输入端的二极管D1。
5.根据权利要求1所述的电源保护电路，其特征在于，多个功率三极管Q3并联在一起。
6.根据权利要求1-5任一项所述的电源保护电路，其特征在于，用光耦器件替换齐纳二极管DW3。
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