CN113872177B - 一种基于场效应管的防反灌电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于场效应管的防反灌电路，在所述电路中，第一场效应管和第二场效应管分别串联在第一正母线和第二正母线上。第一母线比较控制模块在第一采样电压大于或等于第二采样电压，且第一采样电压大于或等于所述输出采样电压时,控制第一场效应管导通，在第一采样电压小于所述第二采样电压或小于输出采样电压时，控制第一场效应管截止；第二母线比较控制模块在第二采样电压大于或等于第一采样电压，且第二采样电压大于或等于所述输出采样电压时，控制第二场效应管导通，在第二采样电压小于所述第一采样电压或小于输出采样电压时，控制第二场效应管截止。通过实施本发明能够在满足现有共地双母线供电方式的三个基本要求的同时降低功耗。

Description

一种基于场效应管的防反灌电路

技术领域

本发明涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种基于场效应管的防反灌电路。

背景技术

现有共地双母线供电方式，基本要求有三点，一是主要由高电压的母线进行供电，低电压的母线不供电或者少供电；二是高电压的母线不能向低电压母线反灌电流；三是两个母线中的任一个或两个发生掉电时，系统的储能电容不能向母线反灌电流。对于上述三点要求，当前常规做法是如图1所示，采用在Vain和Vbin两个母线的正线上各自串联一个二极管。

上述方案存在的主要问题是，高压大电流的功率二极管Da和Db正向导通压降Vfm往往高达2V甚至更高，当母线电流达到10A～30A以上，则功率二极管正向导通功耗会很大。以30A为例，导通功耗高达60W以上。对于更大功率的应用场合，母线电流更大，则功率二极管导通功耗更高。

发明内容

本发明实施例提供一种基于场效应管的防反灌电路，能降低共地双母线供电电路的能耗。

本发明一实施例提供一种基于场效应管的防反灌电路，包括：第一母线开关模块、第一母线电压采样模块、第一母线比较控制模块、第一母线开关驱动模块、第二母线开关模块、第二母线电压采样模块、第二母线比较控制模块、第二母线开关驱动模块、输出电压采样模块以及供电控制模块；

所述第一母线开关模块包括：第一场效应管、第一电阻以及第一稳压二极管；所述第一场效应管的漏极与第一正母线的电压输入端连接，所述第一场效应管的源极与所述第一正母线的电压输出端连接，所述第一场效应管的栅极与所述第一母线开关驱动模块连接；所述第一电阻的第一端与所述第一场效应管的源极连接，所述第一电阻的第二端与所述第一场效应管的栅极连接，所述第一稳压二极管的正极与所述第一场效应管的栅极连接，所述第一稳压二极管的负极与所述第一场效应管的源极连接；

所述第二母线开关模块包括：第二场效应管、第二电阻以及第二稳压二极管；所述第二场效应管的漏极与第二正母线的电压输入端连接，所述第二场效应管的源极与所述第二正母线的电压输出端连接，所述第二场效应管的栅极与所述第二母线开关驱动模块连接；所述第二电阻的第一端与所述第二场效应管的源极连接，所述第二电阻的第二端与所述第二场效应管的栅极连接，所述第二稳压二极管的正极与所述第二场效应管的栅极连接，所述第二稳压二极管的负极与所述第二场效应管的源极连接；

所述第一正母线的电压输出端与所述第二正母线的电压输出端为同一母线电压输出端；所述第一场效应管与第二场效应管的导通电阻相同；

所述供电控制模块，用于对所述第一母线比较控制模块以及所述第二母线比较控制模块进行供电；

所述第一母线电压采样模块，用于采集所述第一正母线的输入电压，获得第一采样电压；所述第二母线电压采样模块，用于采集所述第二正母线的输入电压，获得第二采样电压；

所述输出电压采样模块，用于采集所述母线电压输出端的输出电压，获得输出采样电压；

所述第一母线比较控制模块，用于将所述第一采样电压、第二采样电压以及所述输出采样电压进行比较，继而在所述第一采样电压大于或等于所述第二采样电压，且所述第一采样电压大于或等于所述输出采样电压时，向所述第一母线开关驱动模块输出高电平信号，以使所述第一母线开关驱动模块控制所述第一场效应管导通；在所述第一采样电压小于所述第二采样电压或所述第一采样电压小于所述输出采样电压时，向所述第一母线开关驱动模块输出低电平信号，以使所述第一母线开关驱动模块控制所述第一场效应管截止；

所述第二母线比较控制模块，用于将所述第一采样电压、第二采样电压以及所述输出采样电压进行比较，继而在所述第二采样电压大于或等于所述第一采样电压，且所述第二采样电压大于或等于所述输出采样电压时，向所述第二母线开关驱动模块输出高电平信号，以使所述第二母线开关驱动模块控制所述第二场效应管导通；在所述第二采样电压小于所述第一采样电压或所述第二采样电压小于所述输出采样电压时，向所述第二母线开关驱动模块输出低电平信号，以使所述第二母线开关驱动模块控制所述第二场效应管截止。

进一步的，所述第一母线比较控制模块包括：第三电阻、第四电阻、第一比较器、第第二比较器、第一电容、第二电容、第三电容以及第一二极管；

所述第一比较器的同相输入端与所述第一母线电压采样模块连接，所述第一比较器的反相输入端与所述第二母线电压采样模块连接，所述第一比较器的输出端与所述第一母线开关驱动模块连接，所述第一比较器的电源端与供电控制模块连接，所述第一比较器的接地端接地；

所述第一二极管的负极与所述第一比较器的电源端连接，所述第一二极管的正极与所述第一比较器的同相输入端连接；

所述第一电容的第一端与第一比较器的电源端连接，所述第一电容的第二端接地；

所述第三电阻的第一端与第一比较器的电源端连接，所述第三电阻的第二端与所述第一比较器的输出端连接；

所述第四电阻的第一端与所述第一比较器的输出端连接，所述第四电阻的第二端接地；

所述第二电容的第一端与所述第一比较器的反相输入端连接，所述第二电容的第二端与所述第一比较器的输出端连接；

所述第二比较器的同相输入端与所述第一母线电压采样模块连接，所述第二比较器的反相输入端与所述输出电压采样模块连接，所述第二比较器的输出端与所述第一母线开关驱动模块连接；

所述第三电容的第一端与所述第二比较器的反相输入端连接，所述第三电容的第二端与所述第二比较器的输出端连接。

进一步的，所述第一母线电压采样模块包括：第五电阻和第六电阻；

所述第五电阻的第一端所述第一正母线的电压输入端连接，所述第五电阻的第二端与所述第一比较器的同相输入端以及所述第二比较器的同相输入端连接；

所述第六电阻的第一端与所述第五电阻的第二端连接，所述第六电阻的第二端接地。

进一步的，所述第一母线开关驱动模块包括：第七电阻和第一三极管；

所述第七电阻的第一端与所述第一场效应管的栅极连接，所述第七电阻的第二端与所述第一三极管的集电极连接；

所述第一三极管的基极与第一比较器的输出端以及所述第二比较器的输出端连接，所述第一三极管的发射极接地。

进一步的，所述第二母线比较控制模块包括：第八电阻、第九电阻、第三比较器、第四比较器、第四电容、第五电容以及第二二极管；

所述第三比较器的同相输入端与所述第二母线电压采样模块连接，所述第三比较器的反相输入端与所述第一母线电压采样模块连接，所述第三比较器的输出端与所述第二母线开关驱动模块连接；

所述第二二极管的负极与所述供电控制模块连接，所述第二二极管的正极所述第三比较器的同相输入端连接；

所述第四电容的第一端与所述第三比较器的反相输入端连接，所述第四电容的第二端与所述第三比较器的输出端连接；

所述第八电阻的第一端与第二二极管的负极连接，所述第八电阻的第二端与所述第三比较器的输出端连接；

所述第九电阻的第一端与所述第三比较器的输出端连接，所述第九电阻的第二端接地；

所述第四比较器的同相输入端与所述第二母线电压采样模块连接，所述第四比较器的反相输入端与所述输出电压采样模块连接，所述第四比较器的输出端与所述第二母线开关驱动模块连接；

所述第五电容的第一端与所述第四比较器的反相输入端连接，所述第五电容的第二端与所述第四比较器的输出端连接。

进一步的，所述第二母线电压采样模块包括：第十电阻和第十一电阻；

所述第十电阻的第一端与所述第二正母线的电压输入端连接，所述第十电阻的第二端与所述第三比较器的同相输入端以及所述第四比较器的同相输入端连接；

所述第十一电阻的第一端与所述第十电阻的第二端连接，所述第十一电阻的第二端接地。

进一步的，所述第二母线开关驱动模块包括：第十二电阻以及第二三极管；

所述第十二电阻的第一端与所述第二场效应管的栅极连接，所述第十二电阻的第二端与所述第二三极管的集电极连接；

所述第二三极管的基极与所述第三比较器的输出端以及所述第四比较器的输出端连接，所述第二三极管的发射极接地。

进一步的，所述输出电压采样模块包括：第十三电阻、第十四电阻以及第三二极管；

所述第十三电阻的第一端与所述母线电压输出端连接，所述第十三电阻的第二端与所述第三二极管的正极连接；

所述第十四电阻的第一端与所述第十三电阻的第二端连接，所述第十四电阻的第二端接地；

所述第三二极管的负极与所述供电控制模块连接，所述第三二极管的正极还分别与所述第二比较器的反相输入端以及所述第四比较器的反相输入端连接。

进一步的，所述供电控制模块包括：第十五电阻、第四二极管、第三稳压二极管以及储能电容；

所述第十五电阻的第一端与所述母线电压输出端连接，所述第十五电阻的第二端与所述第四二极管的正极连接，所述第四二极管的负极与所述储能电容的正极连接；

所述储能电容的正极还分别与所述第一比较器的电源端、所述第三比较器的电源端、所述第一二极管的负极、第二二极管的负极以及所述第三二极管负极连接，所述储能电容的负极接地；

所述第三稳压二极管的正极接地，所述第三稳压二极管的负极与所述第十五电阻的第二端连接。

通过实施本发明实施例具有如下有益效果：

本发明实施例提供了一种基于场效应管的防反灌电路，在所述电路中，第一场效应管和第二场效应管分别串联在第一正母线和第二正母线上，利用场效应管导通电阻小（可到十几毫欧甚至更小）的优势，大幅度降低母线大电流流过该管的压降，从而大幅度降低大电流在该管上产生的功耗。以30A、导通电阻10mΩ为例，导通压降0.3V，功耗仅有9W。即使管子高温下导通电阻增大一倍到20mΩ，导通压降0.6V，功耗也仅为18W，大大低于常规采用功率二极管时的功耗。同时，第一母线比较控制模块在第一采样电压大于或等于所述第二采样电压且所述第一电压大于或等于所述输出采样电压时，通过第一母线开关驱动模块控制第一场效应管导通；在第一采样电压小于所述第二采样电压或小于输出采样电压时，通过第一母线开关驱动模块控制第一场效应管截止。第二母线比较控制模块在第二采样电压大于或等于所述第一采样电压且第二采样电压大于或等于所述输出采样电压时，通过第二母线开关驱动模块控制第二场效应管导通；在第二采样电压小于所述第一采样电压或小于所述输出采样电压时，通过第二母线开关驱动模块控制第二场效应管截止。由此使得本发明所公开的技术方案能够满足现有共地双母线供电方式的三个基本要求。

附图说明

图1是现有技术的双母线正线防反灌电路的结构示意图。

图2是本发明一实施例提供的一种基于场效应管的防反灌电路的结构示意图。

附图说明：基于场效应管的防反灌电路1、第一母线开关模块11、第二母线开关模块12、供电控制模块13、输出电压采样模块14、第二母线开关驱动模块15、第二母线比较控制模块16、第一母线开关驱动模块17、第一母线比较控制模块18、第二母线电压采样模块19以及第一母线电压采样模块20。

具体实施方式

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。

如图2所示，本发明一实施例提供了一种基于场效应管的防反灌电路1，包括：第一母线开关模块11、第一母线电压采样模块20、第一母线比较控制模块18、第一母线开关驱动模块17、第二母线开关模块12、第二母线电压采样模块19、第二母线比较控制模块16、第二母线开关驱动模块15、输出电压采样模块14以及供电控制模块13；

所述第一母线开关模块11包括：第一场效应管PMa、第一电阻R1以及第一稳压二极管Za；所述第一场效应管PMa的漏极与所述第一正母线的电压输入端连接，所述第一场效应的源极与所述第一正母线的电压输出端连接，所述第一场效应管PMa的栅极与所述第一母线开关驱动模块17连接；所述第一电阻R1的第一端与所述第一场效应管PMa的源极连接，所述第一电阻R1的第二端与所述第一场效应管PMa的栅极连接，所述第一稳压二极管Za的正极与所述第一场效应管PMa的栅极连接，所述第一稳压二极管Za的负极与所述第一场效应管PMa的源极连接；

所述第二母线开关模块12包括：第二场效应管PMb、第二电阻R2以及第二稳压二极管Zb；所述第二场效应管PMb的漏极与所述第二正母线的电压输入端连接，所述第二场效应管的源极与所述第二正母线的电压输出端连接，所述第二场效应管PMb的栅极与所述第二母线开关驱动模块15连接；所述第二电阻R2的第一端与所述第二场效应管PMb的源极连接，所述第二电阻R2的第二端与所述第二场效应管PMb的栅极连接，所述第二稳压二极管Zb的正极与所述第二场效应管PMb的栅极连接，所述第二稳压二极管Zb的负极与所述第二场效应管PMb的源极连接；

所述第一正母线的电压输出端与所述第二正母线的电压输出端为同一母线电压输出端；所述第一场效应管PMa与第二场效应管PMb的导通电阻相同；

所述供电控制模块13，用于对所述第一母线比较控制模块18以及所述第二母线比较控制模块16进行供电；

所述第一母线电压采样模块20，用于采集所述第一正母线的输入电压，获得第一采样电压；所述第二母线电压采样模块19，用于采集所述第二正母线输入电压，获得第二采样电压；所述输出电压采样模块14，用于采集所述母线电压输出端的输出电压，获得输出采样电压；所述第一母线比较控制模块18，用于将所述第一采样电压、第二采样电压以及所述输出采样电压进行比较，继而在第一采样电压大于或等于所述第二采样电压，且所述第一电压大于或等于所述输出采样电压时，向所述第一母线开关驱动模块17输出高电平信号，以使所述第一母线开关驱动模块17控制所述第一场效应管PMa导通，在所述第一采样电压小于所述第二采样电压或所述第一采样电压小于所述输出采样电压时，向所述第一母线开关驱动模块17输出低电平信号，以使所述第一母线开关驱动模块17控制所述第一场效应管PMa截止；

所述第二母线比较控制模块16，用于将所述第一采样电压、第二采样电压以及所述输出电压进行比较，继而在所述第二采样电压大于或等于所述第一采样电压，且所述第二电压大于或等于所述输出采样电压时，向所述第二母线开关驱动模块15输出高电平信号，以使所述第二母线开关驱动模块15控制所述第二场效应管PMb导通，在所述第二采样电压小于所述第一采样电压或所述第二采样电压小于所述输出采样电压时，向所述第二母线开关驱动模块15输出低电平信号，以使所述第二母线开关驱动模块15控制所述第二场效应管PMb截止。

在一个优选的实施例中，所述第一母线比较控制模块18包括：第三电阻R3、第四电阻R4、第一比较器U1A、第二比较器U1B、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3以及第一二极管D1；

所述第一比较器U1A的同相输入端与所述第一母线电压采样模块20连接（如图，连接在第一母线电压采样模块20的a点处），所述第一比较器U1A的反相输入端与所述第二母线电压采样模块19连接（如图，连接在第二母线电压采样模块19的b处），所述第一比较器U1A的输出端与所述第一母线开关驱动模块17连接，所述第一比较器U1A的电源端与供电控制模块13连接，所述第一比较器U1A的接地端接地；

所述第一二极管D1的负极与所述第一比较器U1A的电源端连接，所述第一二极管D1的正极与所述第一比较器U1A的同相输入端连接；

所述第一电容C1的第一端与第一比较器U1A的电源端连接，所述第一电容C1的第二端接地；

所述第三电阻R3的第一端与第一比较器U1A的电源端连接，所述第三电阻R3的第二端与所述第一比较器U1A的输出端连接；

所述第四电阻R4的第一端与所述第一比较器U1A的输出端连接，所述第四电阻R4的第二端接地；

所述第二电容C2的第一端与所述第一比较器U1A的反相输入端连接，所述第二电容C2的第二端与所述第一比较器U1A的输出端连接；

所述第二比较器U1B的同相输入端与所述第一母线电压采样模块20连接（如图，连接在第一母线电压采样模块20的a点处），所述第二比较器U1B的反相输入端与所述输出电压采样模块14连接（如图，连接在输出电压采样模块14的Vo处），所述第二比较器U1B的输出端与所述第一母线开关驱动模块17连接；

所述第三电容C3的第一端与所述第二比较器U1B的反相输入端连接，所述第三电容C3的第二端与所述第二比较器U1B的输出端连接。

在一个优选的实施例中，所述第一母线电压采样模块20包括：第五电阻R5和第六电阻R6；

所述第五电阻R5的第一端所述第一正母线的电压输入端连接，所述第五电阻R5的第二端与所述第一比较器U1A的同相输入端连接以及所述第二比较器U1B的同相输入端连接；

所述第六电阻R6的第一端与所述第五电阻R5的第二端连接，所述第六电阻R6的第二端接地。

在一个优选的实施例中，所述第一母线开关驱动模块17包括：第七电阻R7和第一三极管Na；

所述第七电阻R7的第一端与所述第一场效应管PMa的栅极连接，所述第七电阻R7的第二端与所述第一三极管Na的集电极连接；

所述第一三极管Na的基极与第一比较器U1A的输出端以及所述第二比较器U1B的输出端连接，所述第一三极管Na的发射极接地。

在一个优选的实施例中，所述第二母线比较控制模块16包括：第八电阻R8、第九电阻R9、第三比较器U1C、第四比较器U1D、第四电容C4、第五电容C5以及第二二极管D2；

所述第三比较器U1C的同相输入端与所述第二母线电压采样模块19连接(如图，连接在第二母线电压采样模块19的b点处)，所述第三比较器U1C的反相输入端与所述第一母线电压采样模块20连接(如图，连接在第一母线电压采样模块20的a处)，所述第三比较器U1C的输出端与所述第二母线开关驱动模块15连接；

所述第二二极管D2的负极与所述供电控制模块13连接，所述第二二极管D2的正极与所述第三比较器U1C的同相输入端连接；

所述第四电容C4的第一端与所述第三比较器U1C的反相输入端连接，所述第四电容C4的第二端与所述第三比较器U1C的输出端连接；

所述第八电阻R8的第一端与第二二极管D2的负极连接，所述第八电阻R8的第二端与所述第三比较器U1C的输出端连接；

所述第九电阻R9的第一端与所述第三比较器U1C的输出端连接，所述第九电阻R9的第二端接地;

所述第四比较器U1D的同相输入端与所述第二母线电压采样模块19连接，所述第四比较器U1D的反相输入端与所述输出电压采样模块14连接，所述第四比较器U1D的输出端与所述第二母线开关驱动模块15连接；

所述第五电容C5的第一端与所述第四比较器U1D的反相输入端连接，所述第五电容C5的第二端与所述第四比较器U1D的输出端连接。

在一个优选的实施例中，所述第二母线电压采样模块19包括：第十电阻R10和第十一电阻R11；

所述第十电阻R10的第一端与所述第二正母线的电压输入端连接，所述第十电阻R10的第二端与所述第三比较器U1C的同相输入端以及所述第四比较器U1D的同相输入端连接；

所述第十一电阻R11的第一端与所述第十电阻R10的第二端连接，所述第十一电阻R11的第二端接地。

在一个优选的实施例中所述第二母线开关驱动模块包括：第十二电阻R12以及第二三极管Nb；

所述第十二电阻R12的第一端与所述第二场效应管PMb的栅极连接，所述第十二电阻R12的第二端与所述第二三极管Nb的集电极连接；

所述第二三极管Nb的基极与所述第三比较器U1C的输出端以及所述第四比较器U1D的输出端连接，所述第二三极管Nb的发射极接地。

在一个优选的实施例中，所述输出电压采样模块14包括：第十三电阻R13、第十四电阻R14以及第三二极管D3；

所述第十三电阻R13的第一端与所述母线电压输出端连接，所述第十三电阻R13的第二端与所述第三二极管D3的正极连接；

所述第十四电阻R14的第一端与所述第十三电阻R13的第二端连接，所述第十四电阻R14的第二端接地；

所述第三二极管D3的负极与所述供电控制模块13连接，所述第三二极管D3的正极还分别与第二比较器U1B的反相输入端以及所述第四比较器U1D的反相输入端连接。

在一个优选的实施例中，所述供电控制模块包括：第十五电阻R15、第四二极管D4、第三稳压二极管Zc以及储能电容C6；

所述第十五电阻R15的第一端与所述母线电压输出端连接，所述第十五电阻R15的第二端与所述第四二极管D4的正极连接，所述第四二极管D4的负极与所述储能电容C6的正极连接；

所述储能电容C6的正极还分别与所述第一比较器U1A的电源端、所述第三比较器U1C的电源端、所述第一二极管D1的负极、第二二极管D2的负极以及所述第三二极管D3负极连接，所述储能电容C6的负极接地；

所述第三稳压二极管Zc的正极接地，所述第三稳压二极管Zc的负极与所述第十五电阻R15的第二端连接。

上述基于场效应管的防反灌电路1的具体工作原理如下：假设第一正母线的输入电压为Vain（由第一母线电压采样模块20采集）,第二正母线的输入电压为Vbin（由第二母线电压采样模块19采集）,两条母线共同的母线电压输出端的输出电压为Vout（由输出电压采样模块14采集），供电控制模块13的输出电压为Vcc；

初始上电时，若Vain=Vbin；在Vain=Vbin从0V上升过程中，Vcc也从0V逐渐上升，第一比较器U1A、第二比较器U1B、第三比较器U1C、第四比较器U1D由不工作到能工作，在本发明中各比较器单元最初的内部OC输出对地都是关断的，输出都为“高”。虽然Vout和Vcc电压太低时比较器输出的“高”电平没有能力驱动第一三极管和第二三极管令第一场效应管PMa和第二场效应管PMb导通，但是第一场效应管PMa和第二场效应管PMb的体二极管导通会产生Vout。只要Vain=Vbin升高并大于第一场效应管PMa和第二场效应管PMb的正向开启电压时，就可以驱动第一场效应管PMa和第二场效应管PMb会导通。第一场效应管PMa和第二场效应管PMb导通后会代替体二极管的导通产生Vout。由于第一场效应管PMa和第二场效应管PMb的压降的存在，所以Vout小于Vain和Vbin，所以在上电后，第一比较器U1A、第二比较器U1B、第三比较器U1C、第四比较器U1D内部OC输出对地都继续处于关断状态，即第一母线比较控制模块18和第二母线比较控制模块16持续输出高电平。第一母线比较控制模块18输出高电平，驱动第一三级管Na由Vcc经过第三电阻R3提供基极电流而饱和导通，第一母线开关模块11中的第一电阻R1和第一稳压二极管Za并联网络与第一母线开关驱动模块17中的第七电阻R7对Vout进行串联分压，使得第一场效应管PMa中栅极相对于源极的电压Vgs1=-ΔVr1≤-ΔVza，ΔVr1为第一电阻R1两端的电压，ΔVza为第一稳压二极管Za两端的电压，第一场效应管PMa饱和导通；同理，第二母线比较控制模块16输出高电平，驱动第二三级管Nb由Vcc经过第八电阻R8提供基极电流而饱和导通，第二母线开关模块12中的第二电阻R2和第二稳压二极管Zb并联网络与第二母线开关驱动模块15中的第十二电阻R12对Vout进行串联分压，使得第二场效应管PMb中栅极相对于源极的电压Vgs2=-ΔVr2≤-ΔVzb，ΔVr2为第二电阻R2两端的电压，ΔVzb为第二稳压二极管Zb两端的电压，第二场效应管PMb饱和导通。

因此，若初始上电时Vain=Vbin，本发明所提供的基于场效应管的双母线正线反灌电路中第一正母线和第二正母线会同时进行供电，不论两个场效应管的个体参数是否存在差异；而若采用图1所示的现有技术的方案，若初始上电时Vain=Vbin那么两个二极管可能同时导通，也可能由于个体之间导通压降存在明显差异而导致导通压降小的导通且导通压降大的不导通，即可能是第一正母线进行供电也可能是第二正母线进行供电。相对来说，在初始上电时Vain=Vbin条件下，本发明的工作状态确定，更可靠。

初始上电时，若Vain＞Vbin，此时Vout由Vain产生，由于第一场效应管PMa的压降的存在此时Vout小于Vain, 此时第一比较器U1A和第二比较器U1B一同输出高电平，因此第一母线比较控制模块18在上电后持续输出高电平。第一母线比较控制模块18输出高电平，驱动第一三级管Na由Vcc经过第三电阻R3提供基极电流而饱和导通，第一母线开关模块11中的第一电阻R1和第一稳压二极管Za并联网络与第一母线开关驱动模块17中的第七电阻R7对Vout进行串联分压，使得第一场效应管PMa中栅极相对于源极的电压Vgs1=-ΔVr1≤-ΔVza，ΔVr1为第一电阻R1两端的电压，ΔVza为第一稳压二极管Za两端的电压，所以第一场效应管PMa饱和导通，即上电后第一场效应管PMa持续导通持续进行供电，此时正向流过第一场效应管PMa的电流（即从第一场效应管PMa的漏极流向源极的电流）等于第一场效应管PMa的漏源极电压差除以第一场效应管PMa的饱和导通电阻；而对于第二场效应管PMb，由于Vain＞Vbin，第三比较器U1C输出低电平，此时无论第四比较器U1D输出高电平还是低电平，最终第二母线比较控制模块16都会输出低电平，从而控制第二场效应管PMb截止，由第一正母线持续进行供电，第二正母线不供电。即，在初始上电时，若Vain＞Vbin，则系统主要由第一正母线持续供电，第二正母线不供电。

初始上电时，若Vain＜Vbin，此时Vout由Vbin产生，由于第二场效应管PMb的压降的存在此时Vout小于Vbin, 此时第三比较器U1C和第四比较器U1D均输出高电平，因此第二母线比较控制模块16持续输出高电平控制第二场效应管PMb持续导通（具体导通原理与上述相同，在此不再赘述），向母线电压输出端供电，此时正向流过第二场效应管PMb的电流等于第二场效应管PMb的漏源极电压差除以第二场效应管PMb的饱和导通电阻；而对于第一场效应管PMa，由于Vain＜Vbin，第一比较器U1A输出低电平，此时无论第二比较器U1B输出高电平还是低电平，第一母线比较控制模块18都输出低电平，从而控制第一场效应管PMa截止，由第二正母线进行供电，第一正母线不供电。即，在初始上电时，若Vain＜Vbin，则系统主要由第二正母线持续供电，第一正母线不供电。

此外，在电路稳态工作中，第一场效应管PMa和第一场效应管PMa的导通或关断，完全受4个比较器为核心的控制逻辑控制，对于一定的负载电流，第一场效应管PMa和第二场效应管PMb导通或关断具体工作原理和工作过程如下：

1、Vout＜Vain=Vbin，第一场效应管PMa饱和导通流过大电流，第二场效应管PMb饱和导通流过大电流，第一正母线和第二正母线同时进行供电。

2、Vout＜Vain＜Vbin，第一场效应管PMa截止，第二场效应管PMb饱和导通流过大电流，由第二正母线进行供电，第一正母线不供电。

3、Vout＜Vbin＜Vain，第一效应管饱和导通流过大电流，第二场效应管PMb截止，由第一正母线进行供电，第二正母线不供电。

4、Vout＞Vain=Vbin，第一场效应管PMa和第二场效应管PMb截止，第一正母线和第二正母线均不供电。

5、Vout＞Vain＞Vbin，第一场效应管PMa和第二场效应管PMb截止，第一正母线和第二正母线均不供电。

6、Vout＞Vbin＞Vain，第一场效应管PMa和第二场效应管PMb截止，第一正母线和第二正母线均不供电。

7、Vout=Vain=Vbin，第一场效应管PMa和第二场效应管PMb均导通但是无电流流过，第一正母线和第二正母线均不供电。

8、Vout=Vain＜Vbin，第一场效应管PMa截止，第二场效应管PMb饱和导通流过大电流，第一正母线不供电，第二正母线供电。

9、Vout=Vbin＜Vain，第一场效应管PMa饱和导通流过大电流，第二场效应管PMb截止，第一正母线进行供电，第二正母线不供电。

10、Vout=Vain＞Vbin，第一场效应管PMa导通但无电流流过，第二场效应管PMb截止，第一正母线和第二正母线均不供电。

11、Vout=Vbin＞Vain，第一场效应管PMa截止，第二场效应管PMb导通但无电流流过，第一正母线和第二正母线均不供电。

12、Vbin＜Vout＜Vain，第一场效应管PMa饱和导通流过大电流，第二场效应管PMb截止，第一正母线进行供电，第二正母线不供电。

13、Vain＜Vout＜Vbin，第一场效应管PMa截止，第二场效应管PMb饱和导通流过大电流，第一正母线不供电，第二正母线进行供电。

通过上述原理可知，本发明所公开的技术方案能够满足现有共地双母线供电方式由高电压的母线进行供电，低电压的母线不供电，也不会出现高电压母线向低电压母线反灌电流的以及储能电容向母线反灌电流的问题，此外，在所述电路中，第一场效应管和第二场效应管分别串联在第一正母线和第二正母线上，利用场效应管导通电阻小（可到十几毫欧甚至更小）的优势，大幅度降低母线大电流流过该管的压降，从而大幅度降低大电流在该管上产生的功耗。以30A、导通电阻10mΩ为例，导通压降0.3V，功耗仅有9W。即使管子高温下导通电阻增大一倍到20mΩ，导通压降0.6V，功耗也仅为18W，大大低于常规采用功率二极管时的功耗。因此本发明所公开的技术方案在降低功耗的同时能够满足共地双母线供电方式的三点基本要求。

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 (1)

1.一种基于场效应管的防反灌电路，其特征在于，包括：第一母线开关模块、第一母线电压采样模块、第一母线比较控制模块、第一母线开关驱动模块、第二母线开关模块、第二母线电压采样模块、第二母线比较控制模块、第二母线开关驱动模块、输出电压采样模块以及供电控制模块；

所述第一母线开关模块包括：第一场效应管、第一电阻以及第一稳压二极管；所述第一场效应管的漏极与第一正母线的电压输入端连接，所述第一场效应管的源极与所述第一正母线的电压输出端连接，所述第一场效应管的栅极与所述第一母线开关驱动模块连接；所述第一电阻的第一端与所述第一场效应管的源极连接，所述第一电阻的第二端与所述第一场效应管的栅极连接，所述第一稳压二极管的正极与所述第一场效应管的栅极连接，所述第一稳压二极管的负极与所述第一场效应管的源极连接；

所述第二母线开关模块包括：第二场效应管、第二电阻以及第二稳压二极管；所述第二场效应管的漏极与第二正母线的电压输入端连接，所述第二场效应管的源极与所述第二正母线的电压输出端连接，所述第二场效应管的栅极与所述第二母线开关驱动模块连接；所述第二电阻的第一端与所述第二场效应管的源极连接，所述第二电阻的第二端与所述第二场效应管的栅极连接，所述第二稳压二极管的正极与所述第二场效应管的栅极连接，所述第二稳压二极管的负极与所述第二场效应管的源极连接；

所述第一正母线的电压输出端与所述第二正母线的电压输出端为同一母线电压输出端；所述第一场效应管与第二场效应管的导通电阻相同；

所述供电控制模块，用于对所述第一母线比较控制模块以及所述第二母线比较控制模块进行供电；

所述第一母线电压采样模块，用于采集所述第一正母线的输入电压，获得第一采样电压；所述第二母线电压采样模块，用于采集所述第二正母线的输入电压，获得第二采样电压；所述输出电压采样模块，用于采集所述母线电压输出端的输出电压，获得输出采样电压；

所述第一母线比较控制模块，用于将所述第一采样电压、第二采样电压以及所述输出采样电压进行比较，继而在所述第一采样电压大于或等于所述第二采样电压，且所述第一采样电压大于或等于所述输出采样电压时，向所述第一母线开关驱动模块输出高电平信号，以使所述第一母线开关驱动模块控制所述第一场效应管导通；在所述第一采样电压小于所述第二采样电压或所述第一采样电压小于所述输出采样电压时，向所述第一母线开关驱动模块输出低电平信号，以使所述第一母线开关驱动模块控制所述第一场效应管截止；

所述第二母线比较控制模块，用于将所述第一采样电压、第二采样电压以及所述输出采样电压进行比较，继而在所述第二采样电压大于或等于所述第一采样电压，且所述第二采样电压大于或等于所述输出采样电压时，向所述第二母线开关驱动模块输出高电平信号，以使所述第二母线开关驱动模块控制所述第二场效应管导通；在所述第二采样电压小于所述第一采样电压或所述第二采样电压小于所述输出采样电压时，向所述第二母线开关驱动模块输出低电平信号，以使所述第二母线开关驱动模块控制所述第二场效应管截止；

其中，所述第一母线比较控制模块包括：第三电阻、第四电阻、第一比较器、第二比较器、第一电容、第二电容、第三电容以及第一二极管；

所述第一比较器的同相输入端与所述第一母线电压采样模块连接，所述第一比较器的反相输入端与所述第二母线电压采样模块连接，所述第一比较器的输出端与所述第一母线开关驱动模块连接，所述第一比较器的电源端与供电控制模块连接，所述第一比较器的接地端接地；所述第一比较器的输出端还与所述第二比较器的输出端连接；

所述第一二极管的负极与所述第一比较器的电源端连接，所述第一二极管的正极与所述第一比较器的同相输入端连接；

所述第一电容的第一端与第一比较器的电源端连接，所述第一电容的第二端接地；

所述第三电阻的第一端与第一比较器的电源端连接，所述第三电阻的第二端与所述第一比较器的输出端连接；

所述第四电阻的第一端与所述第一比较器的输出端连接，所述第四电阻的第二端接地；

所述第二电容的第一端与所述第一比较器的反相输入端连接，所述第二电容的第二端与所述第一比较器的输出端连接；

所述第二比较器的同相输入端与所述第一母线电压采样模块连接，所述第二比较器的反相输入端与所述输出电压采样模块连接，所述第二比较器的输出端与所述第一母线开关驱动模块连接；

所述第三电容的第一端与所述第二比较器的反相输入端连接，所述第三电容的第二端与所述第二比较器的输出端连接；

所述第二母线比较控制模块包括：第八电阻、第九电阻、第三比较器、第四比较器、第四电容、第五电容以及第二二极管；

所述第三比较器的同相输入端与所述第二母线电压采样模块连接，所述第三比较器的反相输入端与所述第一母线电压采样模块连接，所述第三比较器的输出端与所述第二母线开关驱动模块连接；

所述第二二极管的负极与所述供电控制模块连接，所述第二二极管的正极与所述第三比较器的同相输入端连接；

所述第四电容的第一端与所述第三比较器的反相输入端连接，所述第四电容的第二端与所述第三比较器的输出端连接；

所述第八电阻的第一端与第二二极管的负极连接，所述第八电阻的第二端与所述第三比较器的输出端连接；

所述第九电阻的第一端与所述第三比较器的输出端连接，所述第九电阻的第二端接地；

所述第四比较器的同相输入端与所述第二母线电压采样模块连接，所述第四比较器的反相输入端与所述输出电压采样模块连接，所述第四比较器的输出端与所述第二母线开关驱动模块连接；

所述第五电容的第一端与所述第四比较器的反相输入端连接，所述第五电容的第二端与所述第四比较器的输出端连接；

所述第一母线电压采样模块包括：第五电阻和第六电阻；

所述第五电阻的第一端与所述第一正母线的电压输入端连接，所述第五电阻的第二端与所述第一比较器的同相输入端、所述第二比较器的同相输入端以及所述第三比较器的反相输入端连接；

所述第六电阻的第一端与所述第五电阻的第二端连接，所述第六电阻的第二端接地；

所述第一母线开关驱动模块包括：第七电阻和第一三极管；

所述第七电阻的第一端与所述第一场效应管的栅极连接，所述第七电阻的第二端与所述第一三极管的集电极连接；

所述第一三极管的基极与第一比较器的输出端以及所述第二比较器的输出端连接，所述第一三极管的发射极接地；

所述第二母线电压采样模块包括：第十电阻和第十一电阻；

所述第十电阻的第一端与所述第二正母线的电压输入端连接，所述第十电阻的第二端与所述第三比较器的同相输入端、所述第四比较器的同相输入端以及所述第一比较器的反相输入端连接；

所述第十一电阻的第一端与所述第十电阻的第二端连接，所述第十一电阻的第二端接地；

所述第二母线开关驱动模块包括：第十二电阻以及第二三极管；

所述第十二电阻的第一端与所述第二场效应管的栅极连接，所述第十二电阻的第二端与所述第二三极管的集电极连接；

所述第二三极管的基极与所述第三比较器的输出端以及所述第四比较器的输出端连接，所述第二三极管的发射极接地；

所述输出电压采样模块包括：第十三电阻、第十四电阻以及第三二极管；

所述第十三电阻的第一端与所述母线电压输出端连接，所述第十三电阻的第二端与所述第三二极管的正极连接；

所述第十四电阻的第一端与所述第十三电阻的第二端连接，所述第十四电阻的第二端接地；

所述第三二极管的负极与所述供电控制模块连接，所述第三二极管的正极还分别与所述第二比较器的反相输入端以及所述第四比较器的反相输入端连接；

所述供电控制模块包括：第十五电阻、第四二极管、第三稳压二极管以及储能电容；

所述第十五电阻的第一端与所述母线电压输出端连接，所述第十五电阻的第二端与所述第四二极管的正极连接，所述第四二极管的负极与所述储能电容的正极连接；

所述储能电容的正极还分别与所述第一比较器的电源端、所述第三比较器的电源端、所述第一二极管的负极、第二二极管的负极以及所述第三二极管负极连接，所述储能电容的负极接地；

所述第三稳压二极管的正极接地，所述第三稳压二极管的负极与所述第十五电阻的第二端连接。

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