CN111541224A - 一种适用于瞬态频繁开关机的防浪涌电路 - Google Patents

一种适用于瞬态频繁开关机的防浪涌电路 Download PDF

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    • H02H7/10—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers
    • H02H7/12—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers
    • H02H7/1213—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers for DC-DC converters

Abstract

本发明公开了一种适用于瞬态频繁开关机的防浪涌电路，针对机载雷达开关电源在瞬态频繁开关机情况下，常规输入防浪涌电路失效率高的问题，提出一种适用于瞬态频繁开关机的新型防浪涌电路，将功率管栅源驱动电路和主功率充放电回路进行分离，分别对两个充放电时间常数进行独立设计，解决了输入瞬态频繁开关机情况下机载雷达开关电源极易损坏的问题，同时实现输入防反接功能，提高电源可靠性。

Description

一种适用于瞬态频繁开关机的防浪涌电路
技术领域
本发明属于开关电源技术领域，具体涉及一种防浪涌电路技术。
背景技术
在雷达电源系统中，开关电源因其高效率、高密度、小体积、轻量化等显著优点而得到广泛应用。开关电源的输入电路通常为交流整流电容滤波或高压直流加滤波电容的形式，在电源输入开机瞬间,滤波电容的初始电压为零，瞬间相当于短路,会形成极大冲击电流,。特别是对功率较大的开关电源,其输入滤波电容量较大，多采用多个并联,其等效电阻更小，冲击电流更大，会造成功率器件的损坏。
对于机载用电设备，供电特性有详细规定。功率大于200W的用电设备，在突然施加额定电压时，产生的冲击电流峰值不应大于额定电流的5倍，并应在0.1s内回到额定电流。为满足要求，几乎所有的机载用电设备在输入电路中均设计有防止电流冲击的防浪涌电路, 以保证载机电源系统正常可靠地运行。
发明内容
本发明为了解决现有技术存在的问题，提出了一种适用于瞬态频繁开关机的防浪涌电路，为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案。
电路的功能结构包括栅源驱动和主功率充放电，由电阻R1至R6、滤波电容C1和C2、稳压二极管V1、整流二极管V2、MOSFET功率管Q1组成。
电阻R1、R2、R3、R4依次串联，输入电压VDC正极连接R1和整流二极管V2的阳极，整流二极管V2的阴极连接DC/DC变换器正极和滤波电容C2的正极，滤波电容C2的负极连接MOSFET功率管Q1的漏极D，MOSFET功率管Q1的漏极D和源极S连接电阻R6的两端， MOSFET功率管Q1的源极S连接滤波电容C1的负极并接地，滤波电容C1的负极连接稳压管二极管V1的阳极，滤波电容C1的正极连接稳压管二极管V1的阴极和电阻R4，电阻R4连接MOSFET功率管Q1的栅极G，电阻R5和滤波电容C1并联。
进一步的，R1为150kΩ，R2为150kΩ，R3为150kΩ，R4为150kΩ，R5为5.1kΩ， R6为50Ω，C1为1μF，C2为200μF，C3为150pF，V1为13V，V2为600V，Q1为 IRFM460，DC/DC变换器的等效阻抗为200Ω。
栅源驱动在电源瞬态开关机时，按RC时间常数充放电，使MOSFET功率管开通和关闭，主功率充放电按功率电阻和滤波电容组成的时间常数充放电，两个回路的充放电时间常数独立设计，相互不受影响。
栅源充电时间常数较小，能够在电源关机时快速复位，可以跟随瞬态频繁开关机的动作而进行相应动作，保证MOSFET功率管在每次瞬态开机时都处于关闭状态，实现主功率充放电回路正常。
整流二极管可使电源在输入反接时，主功率回路不承受反向电压，输入电流可通过稳压管、功率管栅源驱动回路的电阻网络运行，驱动回路电阻网络的阻抗较大，能够限流。
本发明解决了常规输入防浪涌电路由于功率管栅源驱动回路取样点与主功率充放电回路为同一点，其放电时间与主功率放电时间具有极大相关性，无法实现在关机时快速复位，电源在频繁开关机状态下，防浪涌电路无法起到应有的效果，致使电源模块损坏，无法适应瞬态频繁开关机的问题；通过输入串联一个整流二极管，将功率管栅源驱动回路取样点前移，与主功率充放电回路进行分离，利用二极管单向导电特性，切断功率管栅源驱动回路与主功率充放电回路的相关性，分别对两个回路的时间参数进行独立设计，使功率管驱动回路根据设定的放电参数快速复位，为电源的二次开机做好准备，确保防浪涌电路有效，降低电源模块故障率；增加了电源输入防反接保护功能，整流二极管串联在主功率正端，当输入正负反接时，整流二极管可进行隔离，输入的滤波电容及后端的DC/DC变换部分均不承受反压，输入电流可通过稳压管、功率管栅源驱动回路的电阻网络运行，驱动回路电阻网络的阻抗较大，能够限流，从而保护了电源模块，提高了电源模块的可靠性。
附图说明
图1是电路原理图，图2是常规保护电路的仿真波形，图3是防浪涌电路的仿真波形。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案做具体的说明。
以采用本发明的某机载雷达电源模块为例，电源模块输入为270V直流，后端DC/DC变换部分的输入功率为360W，电路如图1所示，电阻R1、R2、R3、R4依次串联，输入电压 VDC正极连接R1和整流二极管V2的阳极，整流二极管V2的阴极连接DC/DC变换器正极和滤波电容C2的正极，滤波电容C2的负极连接MOSFET功率管Q1的漏极D，MOSFET 功率管Q1的漏极D和源极S连接电阻R6的两端，MOSFET功率管Q1的源极S连接滤波电容C1的负极并接地，滤波电容C1的负极连接稳压管二极管V1的阳极，滤波电容C1的正极连接稳压管二极管V1的阴极和电阻R4，电阻R4连接MOSFET功率管Q1的栅极G，电阻R5和滤波电容C1并联。
其中R1为150kΩ，R2为150kΩ，R3为150kΩ，R4为150kΩ，R5为5.1kΩ，R6为 50Ω，C1为1μF，C2为200μF，C3为150pF，V1为13V，V2为600V，Q1为IRFM460， DC/DC变换器的等效阻抗为200Ω。
栅源驱动在电源瞬态开关机时，按RC时间常数充放电，使MOSFET功率管开通和关闭，主功率充放电按功率电阻和滤波电容组成的时间常数充放电，两个回路的充放电时间常数独立设计，相互不受影响。
栅源充电时间常数较小，能够在电源关机时快速复位，可以跟随瞬态频繁开关机的动作而进行相应动作，保证MOSFET功率管在每次瞬态开机时都处于关闭状态，实现主功率充放电回路正常，确保防浪涌冲击电路功能正常。
整流二极管可使电源在输入反接时，主功率回路不承受反向电压，输入电流可通过稳压管、功率管栅源驱动回路的电阻网络运行，驱动回路电阻网络的阻抗较大，能够限流，从而保护了电源模块，提高了电源模块的可靠性。
常规保护电路的仿真波形如图2所示，电源输入关机后又瞬间开机，设置开机周期为 100ms，功率管栅源电压为4.32V，依然处于开通态，在二次开机瞬间，承受的最大冲击电流为344.4A，容易损坏。
防浪涌电路的仿真波形如图3所示，电源输入关机后又瞬间开机，功率管栅源电压为 0.473V，处于关闭态，在二次开机瞬间，功率管承受的最大冲击电流为7.52A，下降45.8倍，下降至MOSFET管最大通态电流的40％，不会损坏。
上述作为本发明的实施例，并不限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种适用于瞬态频繁开关机的防浪涌电路，输入端连接输入电压VDC，输出端连接DC/DC变换器，其特征在于，包括：电阻R1至R6、滤波电容C1和C2、稳压二极管V1、整流二极管V2、MOSFET功率管Q1；电阻R1、R2、R3、R4依次串联，输入电压VDC正极连接R1和整流二极管V2的阳极，整流二极管V2的阴极连接DC/DC变换器正极和滤波电容C2的正极，滤波电容C2的负极连接MOSFET功率管Q1的漏极D，MOSFET功率管Q1的漏极D和源极S连接电阻R6的两端，MOSFET功率管Q1的源极S连接滤波电容C1的负极并接地，滤波电容C1的负极连接稳压管二极管V1的阳极，滤波电容C1的正极连接稳压管二极管V1的阴极和电阻R4，电阻R4连接MOSFET功率管Q1的栅极G，电阻R5和滤波电容C1并联。
2.根据权利要求1所述的适用于瞬态频繁开关机的防浪涌电路，其特征在于，所述R1为150kΩ，R2为150kΩ，R3为150kΩ，R4为150kΩ，R5为5.1kΩ，R6为50Ω，C1为1μF，C2为200μF，C3为150pF，V1为13V，V2为600V，Q1为IRFM460，DC/DC变换器的等效阻抗为200Ω。
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