CN115776103A - 一种低功耗输入防反接功能控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低功耗输入防反接功能控制电路，包括浪涌抑制电路、MOS管驱动电路、输入防反接电路和隔离辅助电源；浪涌抑制电路的输入端与输入电源连接、输出端与MOS管驱动电路的输入端连接，MOS管驱动电路的输出端连接到电源模块的输入端，输入防反接电路的输入端与输入电源连接、输出端连接到隔离辅助电源的输入正极端，隔离辅助电源的输入负极端连接到输入电源上、输出端连接到MOS管驱动电路的控制端上；该防反接功能控制电路通过提高组合式电源的整体效率，降低功耗，对后级用电负载电源模块起到保护的作用。

Description

一种低功耗输入防反接功能控制电路

技术领域

本发明涉及电源保护技术领域，尤其涉及一种低功耗输入防反接功能控制电路。

背景技术

目前国内外在弹载机载领域电源供配电技术发展中，由于负载多样化的供电要求，一般采用模块化式的组合电源方案应用在各种电子系统中。由于电子系统内部工作原理的复杂性，整机要求对电源模块输入端的极性进行监测，防止电源反接对系统造成不可恢复性的破坏。弹载及机载领域中，并联在一次母线上的DC/DC变换器自身不具备防反接的功能。为了提高组合电源的可靠性和用电设备的安全性，需要对组合电源的输入端极性进行监测保护。

目前常规的方式是在电源母线上串联二极管，利用二极管的单向导通性来实现输入防反接功能，但对于多个电源模块使用，电源母线电流较大的情况下，现有的防反接保护电路功耗偏大，组合电源整体效率偏低，无法满足整机效率要求。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种低功耗输入防反接功能控制电路，通过提高组合式电源的整体效率，降低功耗，对后级用电负载电源模块起到保护的作用。

本发明提出的一种低功耗输入防反接功能控制电路，包括浪涌抑制电路、MOS管驱动电路、输入防反接电路和隔离辅助电源；浪涌抑制电路的输入端与输入电源连接、输出端与MOS管驱动电路的输入端连接，MOS管驱动电路的输出端连接到电源模块的输入端，输入防反接电路的输入端与输入电源连接、输出端连接到隔离辅助电源的输入正极端，隔离辅助电源的输入负极端连接到输入电源上、输出端连接到MOS管驱动电路的控制端上。

进一步地，所述浪涌抑制电路包括电容C1、二极管D2和PMOS管VM1，电容C1的一端连接到输入电源的正极端，电容C1的另一端一路连接到二极管D2的正极端、一路连接到PMOS管VM1的栅极，二极管D2的负极端一路连接到输入电源的负极端、一路连接到电源模块的输入负极端，PMOS管VM1的源极连接到输入电源的正极端、漏极连接到MOS管驱动电路的输入端。

进一步地，所述浪涌抑制电路还包括稳压管V1、电阻R1、电阻R2和电阻R3，稳压管V1、电阻R1、电容C并联后的一端连接到PMOS管VM1的源极，并联后的另一端一路与电阻R3的一端连接、另一路与电阻R2的一端连接，电阻R3的另一端连接到PMOS管VM1的栅极，电阻R2的另一端连接到二极管D2的正极端。

进一步地，所述MOS管驱动电路包括NMOS管VM2和肖特基二极管D3，NMOS管VM2的源极与PMOS管VM1的漏极连接、漏极连接到电源模块的输入正极上，肖特基二极管D3的正极端连接到NMOS管VM2的源极上、负极端连接到隔离辅助电源的输出负极上，隔离辅助电源的输出正极连接到NMOS管VM2的栅极上。

进一步地，所述MOS管驱动电路包括电阻R4和稳压管V2，电阻R4的两端分别连接到隔离辅助电源的输出正极、NMOS管VM2的栅极，稳压管V2的正极端连接到NMOS管VM2的源极端、负极端连接到NMOS管VM2与电阻R4之间的连接节点上。

进一步地，PMOS管VM1中的体二极管方向为漏极指向源极，NMOS管VM2中的体二极管方向为源极指向漏极，MOS管VM1和NMOS管VM2串联在电源母线上。

进一步地，所述隔离辅助电源包括辅助电源模块M1，辅助电源模块M1可以选用厂家上海军陶科技股份的微功率模块，型号为ZA18C120P005。

进一步地，所述输入防反接电路包括二极管D1，二极管D1的正极端连接到输入电压的正极端、负极端连接到隔离辅助电源的输入正极。

本发明提供的一种低功耗输入防反接功能控制电路的优点在于：本发明结构中提供的一种低功耗输入防反接功能控制电路，当输入电源极性加载正确时，随着电压继续增大，PMOS管VM1的导通电阻逐渐减小，对电路开机瞬间的浪涌电流进行了抑制，防止开机瞬间浪涌电流通过NMOS管VM2的体二极管对NMOS管VM2造成破坏；当输入电源极性加反时，PMOS管VM1和NMOS管VM2的沟道未建立，同时PMOS管VM1的体二极管导通，NMOS管VM2体二极管不导通，由于两者是串联模式，因此输入电源正极是不导通的，后级用电设备无法正常供电，起到了防反接的效果；通过将输入防反接电路替换到隔离辅助电源的输入电源母线端，用隔离辅助电源4的输出电压驱动MOS管驱动电路，进而实现低功耗目的。可以通过提高组合式电源的整体效率，降低功耗，对后级用电负载电源模块起到保护的作用，该电路设计简洁，结构简单灵活，成本低廉，工作可靠，具有显著的经济效应。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的具体电路图；

图3为该防反接功能控制电路与传统的防反接电路的功耗对比图；

其中，1-浪涌抑制电路，2-MOS管驱动电路，3-输入防反接电路，4-隔离辅助电源，5-电源模块。

具体实施方式

下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明，在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

如图1至3所示，本发明提出的一种低功耗输入防反接功能控制电路，用于对电源模块5进行防反接保护，其特征在于，包括浪涌抑制电路1、MOS管驱动电路2、输入防反接电路3和隔离辅助电源4；浪涌抑制电路1的输入端与输入电源连接、输出端与MOS管驱动电路2的输入端连接，MOS管驱动电路2的输出端连接到电源模块5的输入端，输入防反接电路3的输入端与输入电源连接、输出端连接到隔离辅助电源4的输入正极端，隔离辅助电源4的输入负极端连接到输入电源上、输出端连接到MOS管驱动电路2的控制端上。

其中浪涌抑制电路1中PMOS管VM1、MOS管驱动电路2中NMOS管VM2内部的体二极管方向的流通方向相反，因而在正向加电瞬间浪涌抑制电路1和MOS管驱动电路2电路是不工作的，隔离辅助电源4正常工作，通过隔离辅助电源4对MOS管驱动电路2进行供电，使得MOS管驱动电路2导通，随着时间推移，当电压达到浪涌抑制电路1的接通阈值时，浪涌抑制电路1导通，此时输入电源、浪涌抑制电路1、MOS管驱动电路2、电源模块5形成通路，以对电源模块5进行供电。当加载在输入电源的电源极性异常时，辅助隔离电源模块4无法正常工作，因此MOS管驱动电路2无法驱动，继而输入电源、浪涌抑制电路1、MOS管驱动电路2、电源模块5不导通，起到输入防反接的目的。

另外与传统的输入防反接电路在输入电源母线端串联二极管相比，通过将输入防反接电路3替换到隔离辅助电源4的输入电源母线端，用隔离辅助电源4的输出电压驱动MOS管驱动电路2，进而实现低功耗目的。可以通过提高组合式电源的整体效率，降低功耗，对后级用电负载电源模块起到保护的作用，该电路设计简洁，结构简单灵活，成本低廉，工作可靠，具有显著的经济效应。

在本实施例中，浪涌抑制电路1包括电容C1、二极管D2和PMOS管VM1，电容C1的一端连接到输入电源的正极端，电容C1的另一端一路连接到二极管D2的正极端、一路连接到PMOS管VM1的栅极，二极管D2的负极端一路连接到输入电源的负极端、一路连接到电源模块5的输入负极端，PMOS管VM1的源极连接到输入电源的正极端、漏极连接到MOS管驱动电路2的输入端。浪涌抑制电路1还包括稳压管V1、电阻R1、电阻R2和电阻R3，稳压管V1、电阻R1、电容C并联后的一端连接到PMOS管VM1的源极，并联后的另一端一路与电阻R3的一端连接、另一路与电阻R2的一端连接，电阻R3的另一端连接到PMOS管VM1的栅极，电阻R2的另一端连接到二极管D2的正极端。

MOS管驱动电路2包括NMOS管VM2和肖特基二极管D3，NMOS管VM2的源极与PMOS管VM1的漏极连接、漏极连接到电源模块5的输入正极上，肖特基二极管D3的正极端连接到NMOS管VM2的源极上、负极端连接到隔离辅助电源4的输出负极上，隔离辅助电源4的输出正极连接到NMOS管VM2的栅极上；MOS管驱动电路2包括电阻R4和稳压管V2，电阻R4的两端分别连接到隔离辅助电源4的输出正极、NMOS管VM2的栅极，稳压管V2的正极端连接到NMOS管VM2的源极端、负极端连接到NMOS管VM2与电阻R4之间的连接节点上。

其中，电阻R1、电阻R2的作用是分压，给PMOS管VM1提供驱动电压，电阻R3的作用是限流，稳压管V1的作用是防止电阻R1两端的电压过大击穿PMOS管VM1，电阻R4的作用同电阻R3，起到限流的作用；稳压管V2的作用同稳压管V1，防止NMOS管VM2的G-S端电压过大，击穿NMOS管VM2。

本发明的一种低功耗输入防反接功能控制电路的工作原理为：

首先，场效应管自身特性存在体二极管，PMOS管VM1中的体二极管方向为漏极D指向源极S，NMOS管VM2中的体二极管方向为源极S指向漏极D，由于PMOS管VM1和NMOS管VM2串联在电源母线上，因此电路无法导通。

当输入电源极性加载正确时，电流应该从Vin+流向Vin-，电路刚工作瞬间，由于电容C1两端电压不能突变，电压值从零开始缓慢增加，PMOS管VM1源极和栅极电压逐渐抬高；电容C1两端电压在达到PMOS管VM1源极和栅极的阈值电压之前，PMOS管VM1的源极和漏极之间的沟道未建立，电路无法导通；隔离辅助电源4输入端极性正确，正常输出，由于隔离辅助电源4的输出负极连接到NMOS管VM2的源极S端，输出正极通过电阻R4连接到NMOS管VM2的栅极G端，进而NMOS管VM2导通，继而驱动NMOS管VM2的源极S与漏极D之间形成沟道供电流通过。随着时间的推移，电容C1两端的电压逐渐升高，当电容C1两端电压达到PMOS管VM1的源极S与漏极G的阈值电压后，PMOS管VM1导通，继而给后级负载电源模块供电，随着电压继续增大，PMOS管VM1的导通电阻逐渐减小，对电路开机瞬间的浪涌电流进行了抑制，防止开机瞬间浪涌电流通过NMOS管VM2的体二极管进而对NMOS管VM2造成破坏。具体浪涌抑制理解：PMOS管VM1和NMOS管VM2的内部均存在体二极管，在正常情况下，如果源极和栅极之间没有驱动电压，对于PMOS管VM1，电流可以通过其体二极管从PMOS管VM1的漏极D流向源极S；对于NMOS管VM2而言，电流可以通过体二极管从NMOS管VM2的源极S流向漏极D；因此，如果没有浪涌抑制电路的存在，开机的瞬间会有很大的浪涌电流存在，在NMOS管VM2的N沟道未建立前，所有的浪涌电流是从NMOS管VM2的体二极管通过，大电流通过体二极管可能会烧毁NMOS管VM2。

当输入电源极性加反时，电流应该从Vin-流向Vin+，电路刚工作的瞬间，由于二极管D2单向导电性，无法通过二极管D2给电容C1两端进行充电，PMOS管VM1内部P沟道未建立，PMOS管VM1不导通；此时由于隔离辅助电源4的输入正极串联二极管D1，隔离辅助电源4输入端供电异常，无法正常输出电压，继而无法驱动NMOS管VM2导通，NMOS管VM2的N沟道未被建立，PMOS管VM1也无法驱动，P沟道也未被建立，因此电流无法通过PMOS管VM1和NMOS管VM2的沟道，只能从MOS管的体二极管通过，因此电流只能从PMOS管VM1和NMOS管VM2的体二极管通过；此时PMOS管VM1的体二极管导通，NMOS管VM2的体二极管不导通，由于两者是串联模式，因此输入电源正极是不导通的，后级用电设备无法正常供电，起到了防反接的效果。

由于场效应管是电压驱动型的元器件，隔离辅助电源4的输出电压驱动NMOS管VM2，电流可以忽略不计，因此驱动NMOS管VM2的隔离辅助电源4的这部分功耗可以忽略不计。该防反接功能控制电路的功耗主要集中在NMOS管VM2的导通电阻R_ds上，NMOS管VM2的导通电阻通常R_ds≤20mΩ，输入电源母线电流I，因此如图3所示，功耗P1为：

P1＝(I×I)×R_ds

传统的防反接电路通过在输入电源正极串联二极管，导通压降为U_FM，因此如图3所示，功耗P2为：

P2＝U_FM×I

其中，二极管的正向导通压降U_FM最低为0.2V，随着正向通过的电流逐渐增大，肖二极管正向导通压降U_FM也逐渐升高。因此通过如图3所示，可以直观得出本实施例的一种低功耗输入防反接功能控制电路起到了降低功耗的效果。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种低功耗输入防反接功能控制电路，用于对电源模块(5)进行防反接保护，其特征在于，包括浪涌抑制电路(1)、MOS管驱动电路(2)、输入防反接电路(3)和隔离辅助电源(4)；

浪涌抑制电路(1)的输入端与输入电源连接、输出端与MOS管驱动电路(2)的输入端连接，MOS管驱动电路(2)的输出端连接到电源模块(5)的输入端，输入防反接电路(3)的输入端与输入电源连接、输出端连接到隔离辅助电源(4)的输入正极端，隔离辅助电源(4)的输入负极端连接到输入电源上、输出端连接到MOS管驱动电路(2)的控制端上。

2.根据权利要求1所述的一种低功耗输入防反接功能控制电路，其特征在于，所述浪涌抑制电路(1)包括电容C1、二极管D2和PMOS管VM1，电容C1的一端连接到输入电源的正极端，电容C1的另一端一路连接到二极管D2的正极端、一路连接到PMOS管VM1的栅极，二极管D2的负极端一路连接到输入电源的负极端、一路连接到电源模块(5)的输入负极端，PMOS管VM1的源极连接到输入电源的正极端、漏极连接到MOS管驱动电路(2)的输入端。

3.根据权利要求2所述的一种低功耗输入防反接功能控制电路，其特征在于，所述浪涌抑制电路(1)还包括稳压管V1、电阻R1、电阻R2和电阻R3，稳压管V1、电阻R1、电容C并联后的一端连接到PMOS管VM1的源极，并联后的另一端一路与电阻R3的一端连接、另一路与电阻R2的一端连接，电阻R3的另一端连接到PMOS管VM1的栅极，电阻R2的另一端连接到二极管D2的正极端。

4.根据权利要求3所述的一种低功耗输入防反接功能控制电路，其特征在于，所述MOS管驱动电路(2)包括NMOS管VM2和肖特基二极管D3，NMOS管VM2的源极与PMOS管VM1的漏极连接、漏极连接到电源模块(5)的输入正极上，肖特基二极管D3的正极端连接到NMOS管VM2的源极上、负极端连接到隔离辅助电源(4)的输出负极上，隔离辅助电源(4)的输出正极连接到NMOS管VM2的栅极上。

5.根据权利要求4所述的一种低功耗输入防反接功能控制电路，其特征在于，所述MOS管驱动电路(2)包括电阻R4和稳压管V2，电阻R4的两端分别连接到隔离辅助电源(4)的输出正极、NMOS管VM2的栅极，稳压管V2的正极端连接到NMOS管VM2的源极端、负极端连接到NMOS管VM2与电阻R4之间的连接节点上。

6.根据权利要求1所述的一种低功耗输入防反接功能控制电路，其特征在于，PMOS管VM1中的体二极管方向为漏极指向源极，NMOS管VM2中的体二极管方向为源极指向漏极，MOS管VM1和NMOS管VM2串联在电源母线上。

7.根据权利要求1-6任一所述的一种低功耗输入防反接功能控制电路，其特征在于，所述隔离辅助电源(4)包括辅助电源模块M1。

8.根据权利要求1-6任一所述的一种低功耗输入防反接功能控制电路，其特征在于，所述输入防反接电路(3)包括二极管D1，二极管D1的正极端连接到输入电压的正极端、负极端连接到隔离辅助电源(4)的输入正极。

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