CN201256290Y - 一种抑制浪涌电流和防输入电压反接的保护电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种抑制浪涌电流和防输入电压反接的保护电路，其包括串联在输入与输出电压负极之间的第一开关器件和第二开关器件、连接在输入电压正负极之间用于控制所述第一开关器件和第二开关器件工作状态所经历时间的充电回路，其中所述充电回路的输出端与所述第一开关器件和第二开关器件的控制端相连。现有的输入电压保护电路在防反接的同时不具备对输入浪涌电流的抑制作用，本实用新型不仅能实现输入防反接功能，也能很好地抑制输入浪涌电流，存在功耗低的优点，再配合TVS管抗输入浪涌电压技术，就组成了输入端完善的保护功能。
Description
技术领域
本实用新型涉及电路保护，更具体地说，涉及一种抑制浪涌电流和防输入电压反接的保护电路。
背景技术
在使用外接电源的电子系统中，其输入端必须采取完善的保护措施，现有的输入端保护技术如下：
1、最常用的是，利用二极管的单向导通特性对电源进行防反接保护，如图1a和1b所示，其存在以下缺点：二极管存在固定的电压降0.3-0.7V，也即降低了输入电压，对于一些本身工作电压就很低的电子系统，这些降低的电压能造成较大的负面影响；二极管大电流下功率损耗大，散热困难；另外，众所周知，负载端在有电容存在时，在开机瞬间会产生很大的输入浪涌电流，这种输入端保护技术便不具有对输入浪涌电流的抑制作用，从而输入浪涌电流易损坏防反接器件，即二极管。
2、比较先进的是，利用MOS管的整流及压降低的特性对电源进行防反接保护，如申请号为200520063734.0的专利，如图2a和2b所示，其用MOS管M1和M2去代替上述方法中的二极管，而使功率损耗得到了降低，但仍有以下缺点：①输入电压不能高于MOS管的GS电压，使用应用场合有所限制；②同样不能抑制输入浪涌电流，从而过大的浪涌电流会把M1或M2损坏。
综上所述，现有的输入电压保护电路主要存在防反接的同时不具备对输入浪涌电流的抑制作用。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述存在防反接的同时不具备对输入浪涌电流的抑制作用的缺陷，提供一种抑制浪涌电流和防输入电压反接的保护电路。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种抑制浪涌电流和防输入电压反接的保护电路，其包括串联在输入与输出电压负极之间的第一开关器件和第二开关器件、连接在输入电压正负极之间用于控制所述第一开关器件和第二开关器件工作状态所经历时间的充电回路，其中所述充电回路的输出端与所述第一开关器件和第二开关器件的控制端相连。
在本实用新型所述的保护电路中，所述第一开关器件和第二开关器件分别为MOS管Q1和Q2，MOS管Q1和Q2的栅极与所述充电回路的输出端相连，源极相互连接，MOS管Q1的漏极接输入电压负极，MOS管Q2的漏极接输出电压负极。
在本实用新型所述的保护电路中，所述充电回路包括电阻R1、R2、R4、电容C1、C2、二极管D2，电阻R1、R4和电容C2依次连接在输出电压正负极之间，电阻R2和电容C1连接在输出电压正极与MOS管Q1、Q2的源极之间，二极管D2的正极连接在电阻R1和R4之间，负极连接在电阻R2和电容C1之间，其中二极管D2的正极为所述充电回路的输出端。
在本实用新型所述的保护电路中，所述充电回路的输出端与MOS管Q1、Q2的源极之间还连接有一稳压管D3。
在本实用新型所述的保护电路中，所述充电回路的输出端与MOS管Q1、Q2的栅极之间还连接有一栅极驱动电阻R3。
在本实用新型所述的保护电路中，输入电压的正负极之间还连接有一抑制输入浪涌电压的二极管D1。
在本实用新型所述的保护电路中，所述第一开关器件和第二开关器件的工作状态包括截止、放大、饱和三种状态。
实施本实用新型的抑制浪涌电流和防输入电压反接的保护电路，具有以下有益效果：不仅能实现输入防反接功能，也能很好地抑制输入浪涌电流，再配合TVS管抗输入浪涌电压技术，就组成了输入端完善的保护功能，提高了系统的稳定性，本实用新型低成本实现了防输入电压反接和抑制输入浪涌电流，存在功耗低的优点，使得DC-DC后级电路的可靠性得到了提高，非常适合车载和通信等场合使用。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：
图1a和图1b是现有技术的保护电路的原理图；
图2a和图2b是现有技术的另一种保护电路的原理图；
图3是本实用新型的保护电路的一个实施例的原理图。
具体实施方式
为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
功率半导体器件，如MOS管、IGBT等元件，存在截止区、放大区和饱和区。工作在截止区时，电阻相当于无穷大；工作在放大区时，相当于一个可调电阻；工作在饱和区时，相当于短路。本实用新型实现防浪涌电流的原理就是让功率器件经历截止-放大-饱和三种状态，通过调节功率器件在放大状态的时间，就调节了防浪涌电流的大小，而这个时间可以通过一个充电回路来进行调节。
如图3所示，本实用新型的抑制浪涌电流和防输入电压反接的保护电路包括串联在输入与输出电压负极之间的第一开关器件和第二开关器件，以及连接在输入电压正负极之间的充电回路1，充电回路1用于控制第一开关器件和第二开关器件工作状态所经历时间，即第一开关器件从截止到放大到饱和所经历的时间，其中充电回路1的输出端与第一开关器件和第二开关器件的控制端相连。
当输入电压反接时，第一开关器件和第二开关器件都处于关断状态。当输入电压突然接入时，也就是开机瞬间，第一开关器件和第二开关器件都截止，随着充电回路1的输出端电压上升，当高于第一开关器件和第二开关器件的门限开启电压后，第一开关器件和第二开关器件进入放大状态，放大状态的第一开关器件和第二器件内阻比较大，相当于在输入电压的负极上串入了一个限流电阻，使得回路电流得到抑制，从而起到抑制输入浪涌电流的作用。随着充电回路1输出端的电压继续上升，当上升到第一开关器件和第二开关器件的饱和导通门限后，它们处于完全饱和导通的状态，而此时第一开关器件和第二开关器件存在低导通电阻，所以此时的功耗相当低。
在图中所示的实施例中，第一开关器件和第二开关器件分别为MOS管Q1和Q2，MOS管Q1和Q2的栅极与充电回路1的输出端相连，源极相互连接，MOS管Q1的漏极接输入电压负极，MOS管Q2的漏极接输出电压负极。充电回路1包括电阻R1、R2、R4、电容C1、C2、二极管D2，电阻R1、R4和电容C2依次连接在输出电压正负极之间，电阻R2和电容C1连接在输出电压正极与MOS管Q1、Q2的源极之间，二极管D2的正极连接在电阻R1和R4之间，负极连接在电阻R2和电容C1之间，其中二极管D2的正极为充电回路1的输出端。充电回路1的输出端与MOS管Q1、Q2的源极之间还连接有一稳压管D3，其可以很好地保护MOS管Q1和Q2。此外，充电回路1的输出端与MOS管Q1、Q2的栅极之间还连接有一栅极驱动电阻R3，输入电压的正负极之间还连接有一抑制输入浪涌电压的二极管D1。
以下对本实用新型的抑制浪涌电流和防输入电压反接的保护电路的工作原理进行说明。
防反接的实现原理：当输入电压反接时，MOS管Q1和Q2不能导通，并且体二极管反向串联，起到了防反接的效果，此时防反接耐压可以达到MOS管Q1和Q2的DS电压之和，如果输入电压高于Q1和Q2的GS电压，通过稳压二极管D3可以很好地保护Q1和Q2，克服了输入电压不能太高的缺点。
抑制输入浪涌电流的实现原理：当输入电压突然接入时，即开机瞬间，MOS管Q1和Q2是截止的，输入电压通过电阻R1和R2对电容C1进行充电，A点(即充电回路1的输出端)电压被钳位到C1与D2的电压之和。随着A点电压的上升，当A点的电压高于Q1和Q2的门限开启电压后，Q1和Q2由截止状态进入导通放大状态，此时进入放大状态的MOS管，DS之间的内阻还是比较大的，相当于在输入电压与输出电压的负极之间串入了一个限流电阻，使得回路电流得到了抑制，从而起到防输入浪涌电流的作用。
与此同时，因为MOS管Q1与Q2的开通，A点电压通过电阻R4对电容C2进行充电，使得MOS管Q1与Q2在导通放大状态的时间加长。因此通过改变充电时间就可以改变回路电流的大小，即时间越长，回路电流越小，时间越短，回路电流越大。
功耗低的实现原理：随着A点的电压继续上升，当A点的电压上升到MOS管Q1和Q2的饱和导通门限后，Q1和Q2完全饱和导通，回路只存在Q1和Q2的导通电阻Rds(on)，此时的内阻是非常低的，现在能低至0.005Ω，所以在正常工作时，功耗是极低的。
抑制输入电压浪涌的实现原理：如图3中连接在输入电压正负极之间的二极管D1，当输入电压接入正确时，突然有一个较高的浪涌电压进来，D1会瞬间导通，把较高的电压旁路掉，防止过高的电压损坏后级电路。
另外，在图3所示的电路基础上，还可以对本实用新型进行改进，例如给MOS管进行外部供电，即将MOS管的栅极接入到外部电源，如此使得该保护电路增加了能实现远程控制开关机功能。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡是本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1、一种抑制浪涌电流和防输入电压反接的保护电路，其特征在于，包括串联在输入与输出电压负极之间的第一开关器件和第二开关器件、连接在输入电压正负极之间用于控制所述第一开关器件和第二开关器件工作状态所经历时间的充电回路，其中所述充电回路的输出端与所述第一开关器件和第二开关器件的控制端相连。
2、根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述第一开关器件和第二开关器件分别为MOS管Q1和Q2，MOS管Q1和Q2的栅极与所述充电回路的输出端相连，源极相互连接，MOS管Q1的漏极接输入电压负极，MOS管Q2的漏极接输出电压负极。
3、根据权利要求2所述的保护电路，其特征在于，所述充电回路包括电阻R1、R2、R4、电容C1、C2、二极管D2，电阻R1、R4和电容C2依次连接在输出电压正负极之间，电阻R2和电容C1连接在输出电压正极与MOS管Q1、Q2的源极之间，二极管D2的正极连接在电阻R1和R4之间，负极连接在电阻R2和电容C1之间，其中二极管D2的正极为所述充电回路的输出端。
4、根据权利要求3所述的保护电路，其特征在于，所述充电回路的输出端与MOS管Q1、Q2的源极之间还连接有一稳压管D3。
5、根据权利要求4所述的保护电路，其特征在于，所述充电回路的输出端与MOS管Q1、Q2的栅极之间还连接有一栅极驱动电阻R3。
6、根据权利要求5所述的保护电路，其特征在于，输入电压的正负极之间还连接有一抑制输入浪涌电压的二极管D1。
7、根据权利要求1至6任一项所述的保护电路，其特征在于，所述第一开关器件和第二开关器件的工作状态包括截止、放大、饱和三种状态。
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