CN113595386A - 一种理想二极管电路及电源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种理想二极管电路及电源，该电路包括方波发生器模块和升压Mos管模块；所述方波发生器模块用于产生方波信号，并将所述方波信号传输给所述升压Mos管模块；所述升压Mos管模块包括第一电容、第二电容、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第一电阻、第三电阻和NMOS管，所述升压Mos管模块用于接收所述方波信号，并根据所述方波信号控制所述NMOS管在所述电源电路正常连接时导通，在所述电源电路反接时断开。本发明技术方案实现了当电路导通电流较大时，降低电路的热损耗，提高电路的工作效率。

Description

一种理想二极管电路及电源

技术领域

本发明涉及电路保护技术领域，尤其涉及一种理想二极管电源电路。

背景技术

由于直流输入的电源越来越多需要具有防反接电路保护，传统直流输入的电源采用二极管进行防反接保护，如图1所示。因为二极管具有单向导电性，一般当电流较小时，采用二极管进行防反接保护。但当输入电流增大时，如果继续使用二极管，二极管导通具有正向导通压降(约0.7V)，功耗是电压和电流的乘积，所以电流越大损耗越大，为了散热良好，二极管的体积就越大，从而导致整机效率降低。

采用传统二极管，工作时热功耗较大，需要做好散热工艺安全设置，需要将二极管安装在散热器上散热，故需要占用较大尺寸。其次大功率、大电流的二极管体积较大，成本高。

发明内容

本发明提供一种理想二极管电路及电源，实现当电路导通电流较大时，降低电路的热损耗，提高电路的工作效率。

本发明一实施例提供一种理想二极管电路，包括：方波发生器模块和升压Mos管模块；

所述方波发生器模块用于产生方波信号，并将所述方波信号传输给所述升压Mos管模块；

所述升压Mos管模块包括第一电容、第二电容、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第一电阻、第三电阻和NMOS管；

所述NMOS管的源极分别连接所述电源电路的正极输入端、所述第一电阻的第一端，所述NMOS管的漏极连接所述电源电路的输出端，所述NMOS管的栅极连接所述第一电阻的第二端；

所述第一二极管的正极连接所述第一电阻的第一端，所述第一二极管的负极连接所述第一电阻的第二端；

所述第二电容的第一端连接所述第一二极管的正极，所述第二电容的第二端连接所述第一二极管的负极；

所述第三二极管的负极和第二二极管的正极分别连接所述第三电阻的第二端，所述第三二极管的正极连接所述第二电容的第一端，所述第二二极管的负极连接第二电容的第二端；

所述第三电阻的第一端连接所述第一电容的第二端，所述第一电容的第一端连接所述方波发生器模块；

所述升压Mos管模块用于接收所述方波信号，并根据所述方波信号控制所述NMOS管在所述电源电路正常连接时导通，在所述电源电路反接时断开。

进一步的，方波发生器模块包括多谐振荡器、第四电阻、第五电阻、第三电容和第四电容；

所述第三电容的第一端连接所述多谐振荡器的第二引脚，所述第七电容的第二端连接所述多谐振荡器的第一引脚；

所述第四电容的第一端连接所述多谐振荡器的第五引脚，所述第八电容的第二端连接所述多谐振荡器的第一引脚；

所述第四电阻的第一端连接所述多谐振荡器的第七引脚，所述第四电阻的第二端连接所述多谐振荡器的第二引脚；

所述第五电阻的第一端连接所述多谐振荡器的第四引脚，所述第五电阻的第二端连接所述多谐振荡器的第七引脚；

所述多谐振荡器的第六引脚连接所述多谐振荡器的第二引脚，所述多谐振荡器的第三引脚连接所述第一电容的第一端。

进一步的，所述第一二极管为稳压二极管。

进一步的，所述升压Mos管模块还包括第二电阻，所述第二电阻的第一端连接所述第一二极管的负极，所述第二电阻的第二端连接所述第二电容的第二端。

进一步的，所述方波发生器模块连接辅助电源模块，所述辅助电源模块用于为所述方波发生器模块提供稳定的低压电流。

进一步的，所述辅助电源模块包括三端稳压器和第四二极管、第五电容和第六电容；

所述第四二极管的正极连接所述电源的正极输入端，所述第四二极管的负极连接所述三端稳压器的第一引脚；

所述第六电容的第一端连接所述三端稳压器的第一引脚，所述第六电容的第二端连接所述三端稳压器的第二引脚，所述三端稳压器的第二引脚连接所述电源电路的负极输出端；

所述第五电容的第一端连接所述三端稳压器的第五引脚，所述第五电容的第二端连接所述三端稳压器的第二引脚；

所述三端稳压器的第五引脚连接所述多谐振荡器的第四引脚，所述三端稳压器的第二引脚连接所述多谐振荡器的第一引脚。

本发明另一实施例提供了一种理想二极管电源，包括：外壳、印制板、插针、电子器件和盖板；

其中，所述印制板上设置有本发明上述任意一项实施例所述的理想二极管电路；

所述插针设置在所述印制板上，所述印制板置于所述外壳内部；所述盖板上设置有与所述插针相对应的针孔，所述盖板通过所述针孔穿过所述插针，盖在所述印制板上。

进一步的，所述电源的长为24mm～26mm，所述电源的宽为12mm～14mm，所述电源的高为10mm～12mm。

本发明的实施例，具有如下有益效果：

本发明提供了一种理想二极管电路及电源，该电路在电源正负极正常连接时，通过方波发生器模块产生方波信号，该方波信号为升压Mos管模块提供稳定的交流电信号，该交流信号先通过第三二极管、第三电阻给第一电容充电，使第一电容正极电压达到电源电压和方波峰值电压之和；随后第一电容通过第二二极管给第二电容充电，使第二电容的电压达到第一电容的电压，进而第二电容可以给Nmos管提供开启电压；当电源反接时，所述方波发生器模块无法产生方波信号，进而无法为所述Nmos管提供开启电压，致使所述Nmos管关闭，最终使得反接时的电源电路无法导通，以实现对电源电路反接时的有效保护；同时由于Nmos管的导通电阻小，因而即使当电路电流增大，所述升压Mos管模块依然可以将电路的热损耗保持在一个极低的水平，由于电路的热损耗极低因此也无需进行额外的散热。

附图说明

图1是本发明一实施例提供的传统电流抑制应用框图；

图2是本发明一实施例提供的理想二极管电路图；

图3是本发明一实施例提供的方波发生器模块图；

图4是本发明一实施例提供的升压Mos管模块图；

图5是本发明一实施例提供的理想二极管电源结构图；

图6是本发明一实施例提供的理想二极管电源爆炸图

图7是本发明一实施例提供的理想二极管电源尺寸图

附图标记说明：1、外壳；2、印制板；3、插针；4、盖板。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

如图2所示，本发明一实施例提供的一种理想二极管电路，包括：辅助电源模块、方波发生器模块和升压Mos管模块：

所述辅助电源模块包括：三端稳压器U1和第四二极管D4、第五电容C5和第六电容C6；

所述第四二极管D4的正极连接所述电源的正极，所述第四二极管D4的负极连接所述三端稳压器U1的第一引脚；

所述第六电容C6的第一端连接所述三端稳压器U1的第一引脚，所述第六电容C6的第二端连接所述三端稳压器U1的第二引脚，所述三端稳压器U1的第二引脚连接所述电源电路的负极输出端；

所述第五电容C5的第一端连接所述三端稳压器U1的第五引脚，所述第五电容C5的第二端连接所述三端稳压器U1的第二引脚；

所述三端稳压器U1的第五引脚连接所述多谐振荡器U2的第四引脚，所述三端稳压器U1的第二引脚连接所述多谐振荡器U2的第一引脚。

所述辅助电源模块采用标准降压芯片电路完成将输入的直流电压，经过所述三端稳压器U1，第四二极管D4，第五电容C5，第六电容C6转换为低压，实现降压功能，进而所述辅助电源模块实现为所述方波发生器模块提供稳定的低压供电；优选地，所述低压为5V。

如图3所示，所述方波发生器模块包括：多谐振荡器U2、第四电阻R4、第五电阻R5、第三电容C3和第四电容C4；

所述第三电容C3的第一端连接所述多谐振荡器U2的第二引脚，所述第三电容C3的第二端连接所述多谐振荡器U2的第一引脚；

所述第四电容C4的第一端连接所述多谐振荡器U2的第五引脚，所述第四电容C4的第二端连接所述多谐振荡器U2的第一引脚；所述第四电容C4起到了旁路滤波的作用；

所述第四电阻R4的第一端连接所述多谐振荡器U2的第七引脚，所述第四电阻R4的第二端连接所述多谐振荡器U2的第二引脚，所述多谐振荡器U2的第二引脚连接所述多谐振荡器U2的第六引脚；

所述第五电阻R5的第一端连接所述多谐振荡器U2的第四引脚，所述第五电阻R5的第二端连接所述多谐振荡器U2的第七引脚；

所述辅助电源模块输出的电流从所述多谐振荡器U2的第四引脚流入，从所述多谐振荡器U2的第一引脚流出，所述多谐振荡器U2的第三引脚连接所述升压Mos管模块，并通过所述第三引脚输出方波至所述升压Mos管模块。

所述辅助电源模块用于为所述方波发生器模块提供稳定的低压电流，所述方波发生器模块的所述多谐振荡器U2通过第三引脚所述方波至升压Mos管模块，以控制所述升压Mos管模块的导通。

优选地，所述多谐振荡器U2采用时基芯片555，所述时基芯片555可以产生交流信号，由于所述升压Mos管模块中对电流需求不大，交流信号频率从几十Hz到几百KHz都可以满足控制所述升压Mos管模块中NMos管的开关，因此对产生的所述交流信号的频率无严格要求；同时，所述时基芯片555价格低廉，可以降低成本；所述时基芯片555性能稳定成熟，可以提高所述交流信号的稳定性。；通常电源电路输入电压范围为DC28(12-36V)，所述辅助电源模块将所述电源电路的输入电压降至5V后提供给所述方波发生器模块。

所述方波发生器模块的工作原理如下：

所述方波发生器模块可以产生稳定有规律的方波交流信号，再将所述方波交流信号传输给所述升压Mos管模块，并通过所述升压Mos管模块转化为直流控制信号以开启所述升压Mos管模块中的NMOS管，进而控制NMOS管的开关。

在接通所述辅助电源模块的瞬间，由于第四电阻R4和第五电阻R5的存在，所述第三电容C3来不及充电，所述第三电容的电压为0V，此时所述多谐振荡器U2的第三引脚输出高电平至所述升压Mos管模块；与此同时，所述多谐振荡器U2控制其第七引脚(即集电极输出端)对地断开，使得所述辅助电源模块通过所述第四电阻R4和第五电阻R5对所述第三电容C3进行充电，此时所述方波发生器模块进入第一暂稳态，所述第一暂稳态的持续时间即所述多谐振荡器U2的第三引脚输出方波的正向脉冲宽度T1；优选地，所述T1≈0.7(R4+R5)*C，其中R4是指第四电阻的阻值，R5是指第五电阻的阻值，C是指第三电容C3的电容值；

当所述第三电容C3充电至一定电压后(所述电压优选为2/3VCC)，所述多谐振荡器U2控制其第七引脚反转对地短路，所述三电容C3通过第四电阻R4进行放电，此时所述方波发生器模块进入第二暂稳态，所述多谐振荡器U2的第三引脚输出低电平至所述升压Mos管模块，所述第二暂稳态的持续时间即所述多谐振荡器U2的第三引脚输出方波的负向脉冲宽度T2；优选地，所述T2≈0.7R4*C，其中R4是指第四电阻的阻值，C是指第三电容C3的电容值；所述第一暂稳态和第二暂稳态的持续时间取决于所述方波发生器模块中电阻和电容充、放电回路的参数。

因此，所述方波信号的振荡周期T＝T1+T2＝0.7(R3+2R4)*C(其中R4是指第四电阻的阻值，R5是指第五电阻的阻值，C是指第三电容C3的电容值)，所述方波信号的振荡频率f＝1/T。所述正向脉冲宽度T1与振荡周期T之比即矩形波的占空比D，根据上述条件可得D＝(R5+R4)/(R5+2R4)，其中R4是指第四电阻的阻值，R5是指第五电阻的阻值，当选择的第四电阻的阻值远大于第五电阻的阻值时，即R4>>R5，则占空比D≈1/2，此时输出的电流信号为正负向脉冲宽度相等的矩形波信号即方波信号，此方波信号给所述升压Mos管模块提供电压；所述方波发生器模块将所述辅助电源模块输入的直流电信号转换成交流电信号输入给所述升压Mos管模块。

如图4所示，所述升压Mos管模块包括：第一电容C1、第二电容C2、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第一电阻R1、第三电阻R3和NMOS管；

所述NMOS管的源极分别连接所述电源电路的正极输入端、所述第一电阻R1的第一端，所述NMOS管的漏极连接所述电源电路的输出端，所述NMOS管的栅极连接所述第一电阻R1的第二端；

所述第一二极管D1的正极连接所述第一电阻R1的第一端，所述第一二极管D1的负极连接所述第一电阻R1的第二端；

所述第二电容C2的第一端连接所述第一二极管D1的正极，所述第二电容C2的第二端连接所述第一二极管D1的负极；

所述第三二极管D3的负极和第二二极管D2的正极分别连接所述第三电阻R3的第二端，所述第三二极管D3的正极连接所述第二电容C2的第一端，所述第二二极管D2的负极连接第二电容C2的第二端；

在一个优选的实施例中，所述升压Mos管模块还包括第二电阻R2，所述第二电阻R2的第一端连接所述第一二极管D1的负极，所述第二电阻R2的第二端连接所述第二电容C2的第二端；所述第一二极管D1为稳压二极管，用于保护所述Nmos管Q1的开启电压处在安全电压范围内；

所述第三电阻R3的第一端连接所述第一电容C1的第二端，所述第一电容C1的第一端连接所述多谐振荡器U2的第三引脚；

所述升压Mos管模块用于接收所述方波信号，并根据所述方波信号控制所述NMOS管在电源电路正常连接时导通，在电源电路反接时断开。

所述升压Mos管模块的工作原理如下：

所述升压Mos管模块接受所述方波信号后，经过电阻、电容升压后，当所述电源电路接通时，先通过所述第三二极管D3和第三电阻R3给所述第一电容C1充电至接近所述方波信号的输入电压。当输入的所述方波信号为高电平时，再次给所述第一电容C1充电，使所述第一电容C1正极对地电压达到所述电源电路的电压和所述方波信号的峰值电压之和；随即此电压通过所述第二二极管D20向所述第二电容C2充电，使所述第二电容C2的对地电压达到所述第一电容C1的电压，即此时所述第二电容C2的对地电压为所述电源电压的2倍。

当输入的所述方波信号为低电平时，所述电源电路的正极输入端再次通过第三二极管D3给第一电容C1，使所述第一电容C1正极对地电压达到所述电源电压和所述方波信号的峰值电压之和，随即此电压通过所述第二二极管D20向所述第二电容C2充电，使所述第二电容C2的对地电压达到所述第一电容C1的电压，即此时所述第二电容C2的对地电压为所述电源电压的2倍。

所述第二电容C2上的电压为所述Nmos管Q1提供开启电压；优选地，所述第二电容C2上的电压通过所述第二电阻R2为所述Nmos管Q1提供开启电压，所述第二电阻R2通过降低电流起到保护所述Nmos管Q1的作用；所述第一二极管D1为稳压二极管，用于保护所述Nmos管Q1的开启电压处在安全电压范围内，所述第一电阻R1为所述Nmos管Q1断电时的泄放电阻。

因此电源电路正常导通时，所述辅助电源模块为所述方波发生器模块提供稳定的低压供电，所述方波发生器模块为所述升压Mos管模块提供合适的方波信号以控制所述Nmos管Q1的开通，进而控制所述电源电路的导通；当所述电源电路反接时，所述辅助电源模块和所述方波发生器模块均无法正常工作，进而无法产生合适的方波信，此时所述Nmos管Q1关闭，进而控制所述电源电路断开；因此，本实施例在电源电路正常连接时可保证所述电源电路的导通，同时由于采用Nmos管进行导通，所述Nmos管具有导通电阻小(导通电阻为mΩ级)的优点，因此即使所述电源电路的电流达到3A时，所述电源电路的热损耗依然可以保持在一个较低的水平，从而减少了电路损耗，提高了电路的工作效率。例如，当所述电源电路的电流为3A时，采用传统的二极管防反接时，其电路功耗为：P1＝0.7V(导通压降)*3A(电流)＝2.1W；采用本实施例的电路功耗为：P2＝3A*3A*0.002Ω＝0.018W。可见P1远大于P2，因此，采用本实施例的理想二极管电路，可以极大的减少电路损耗，提高电路的工作效率。

本发明采用的Nmos管导通后无正向压降，并具备单向导电性和较小的直流导通阻值，使得本实施例的理想二极管电路在实现电路保护的同时，降低了电路的热功耗，进而使用无需使用散热器散热，同时解决了传统二极管体积较大的问题；本实施例通过简单的元器件搭建，实现了理想二极管效果。

由于直流输入的电源越来越多需要具有防反接电路保护，传统直流输入防反接的电路，采用二极管，因为二极管具有单向导电性，一般当电流较小时，采用二极管进行防反接保护。但当输入电流增大时，如果继续使用二极管，二极管导通具有正向导通压降(约0.7V)，功耗是电压和电流的乘积，所以电流越大损耗越大，为了散热良好，二极管的体积就越大，从而导致整机效率降低。

虽然市场上也有Mos管防反接电路，但一般将Nmos管放在负线中(直流电分正线，负线)，在负线中时又引起负线浮高可能、并需要主电路输入与输出采用电气隔离等方式，又需要增加隔离变压器、隔离电源模块等的成本和体积。还有一种采用Pmos管，放在正线，但Pmos管又存在成本高、直流阻抗大的缺点。而本发明可以完美的解决以上问题。

在上述发明实施例的基础上，本发明提供了对应的电源项实施例如图5和图6所示；

本发明另一实施例提供了一种理想二极管电源，包括：外壳1、印制板2、插针3、电子器件和盖板4；

其中，所述印制板上设置有本发明上述任意一项实施例所述的理想二极管电路。

所述插针设置在所述印制板上，所述印制板置于所述外壳内部；所述盖板上设置有与所述插针相对应的针孔，所述盖板通过所述针孔穿过所述插针，盖在所述印制板上。

所述理想二极管电源集成了印制板2、电子器件，采用插针3引脚引出，方便组装；该电源内部采用导热硅胶灌封，可以将热量及时导出，便于散热；如图7所示，优选地，该电源的长为24mm～26mm，宽为12mm～14mm，高为10mm～12mm。

优选地，所述理想二极管电源工作条件如下：

需要说明的是，本发明上述电源项实施例，是与本发明电路项实施例相对应的，其能够实现本发明任意一项电路项实施例所述的理想二极管电路。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种理想二极管电路，其特征在于，包括：方波发生器模块和升压Mos管模块；

所述方波发生器模块用于产生方波信号，并将所述方波信号传输给所述升压Mos管模块；

所述升压Mos管模块包括第一电容、第二电容、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第一电阻、第三电阻和NMOS管；

所述NMOS管的源极分别连接所述电源电路的正极输入端、所述第一电阻的第一端，所述NMOS管的漏极连接所述电源电路的输出端，所述NMOS管的栅极连接所述第一电阻的第二端；

所述第一二极管的正极连接所述第一电阻的第一端，所述第一二极管的负极连接所述第一电阻的第二端；

所述第二电容的第一端连接所述第一二极管的正极，所述第二电容的第二端连接所述第一二极管的负极；

所述第三二极管的负极和第二二极管的正极分别连接所述第三电阻的第二端，所述第三二极管的正极连接所述第二电容的第一端，所述第二二极管的负极连接第二电容的第二端；

所述第三电阻的第一端连接所述第一电容的第二端，所述第一电容的第一端连接所述方波发生器模块；

所述升压Mos管模块用于接收所述方波信号，并根据所述方波信号控制所述NMOS管在所述电源电路正常连接时导通，在所述电源电路反接时断开。

2.根据权利要求1所述的理想二极管电路，其特征在于，所述方波发生器模块包括多谐振荡器、第四电阻、第五电阻、第三电容和第四电容；

所述第三电容的第一端连接所述多谐振荡器的第二引脚，所述第三电容的第二端连接所述多谐振荡器的第一引脚；

所述第四电容的第一端连接所述多谐振荡器的第五引脚，所述第四电容的第二端连接所述多谐振荡器的第一引脚；

所述第四电阻的第一端连接所述多谐振荡器的第七引脚，所述第四电阻的第二端连接所述多谐振荡器的第二引脚；

所述第五电阻的第一端连接所述多谐振荡器的第四引脚，所述第五电阻的第二端连接所述多谐振荡器的第七引脚；

所述多谐振荡器的第六引脚连接所述多谐振荡器的第二引脚，所述多谐振荡器的第三引脚连接所述第一电容的第一端。

3.根据权利要求2所述的理想二极管电路，其特征在于，所述第一二极管为稳压二极管。

4.根据权利要求3所述的理想二极管电路，其特征在于，所述升压Mos管模块还包括第二电阻，所述第二电阻的第一端连接所述第一二极管的负极，所述第二电阻的第二端连接所述第二电容的第二端。

5.根据权利要求4所述的理想二极管电路，其特征在于，所述方波发生器模块连接辅助电源模块，所述辅助电源模块用于为所述方波发生器模块提供稳定的低压电流。

6.根据权利要求5所述的理想二极管电路，其特征在于，所述辅助电源模块包括三端稳压器和第四二极管、第五电容和第六电容；

所述第四二极管的正极连接所述电源的正极输入端，所述第四二极管的负极连接所述三端稳压器的第一引脚；

所述第六电容的第一端连接所述三端稳压器的第一引脚，所述第六电容的第二端连接所述三端稳压器的第二引脚，所述三端稳压器的第二引脚连接所述电源电路的负极输出端；

所述第五电容的第一端连接所述三端稳压器的第五引脚，所述第五电容的第二端连接所述三端稳压器的第二引脚；

所述三端稳压器的第五引脚连接所述多谐振荡器的第四引脚，所述三端稳压器的第二引脚连接所述多谐振荡器的第一引脚。

7.一种理想二极管电源，其特征在于，包括：外壳、印制板、插针、电子器件和盖板；

其中，所述印制板上设置有如权利要求1至6任一项所述的理想二极管电路；

所述插针设置在所述印制板上，所述印制板置于所述外壳内部；所述盖板上设置有与所述插针相对应的针孔，所述盖板通过所述针孔穿过所述插针，盖在所述印制板上。

8.一种理想二极管电源，其特征在于，所述电源的长为24mm～26mm，所述电源的宽为12mm～14mm，所述电源的高为10mm～12mm。

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