CN202372918U - 一种故障隔离电路 - Google Patents

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孟颖悟
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Abstract

本实用新型提供一种故障隔离电路，以解决现有技术高功耗、高温升等技术问题。本实用新型的故障隔离电路由有源功率场效应管(V1、V2)和控制电路(U1)组成。隔离电路是巧妙利用功率场效应管(MOSFET)的体二极管作为隔离二极管，在正常工作时，电流流过MOSFET的沟道电阻，将体二极管短路，降低功耗。当供电电源故障时，控制电路能以0.5μS的关断速度快速关断MOSFET，由体二极管进行故障隔离。与传统的二极管故障隔离技术相比较，解决了高功耗、高温升等关键问题，从而提高了机载电子产品的可靠性。

Description

一种故障隔离电路
技术领域
本实用新型涉及机载计算机电源供电技术，具体涉及一种故障隔离电路。
背景技术
在机载计算机电源余度供电时，为了隔离参与余度供电单元的故障，传统的设计是采用大电流二极管进行隔离。在早期的隔离技术中，常常采用快恢复二极管隔离，其导通压降通常在1.2V左右。随着半导体技术的发展，肖特基二极管的压降明显降低，大约在0.7V～0.9V左右。对于几百瓦甚至上千瓦的电源供电，其电流容量高达50A。显然，采用快恢复二极管隔离时，功耗高达60W；采用肖特基二极管隔离时，功耗达到45W。对于如此大的功耗，首先，在采用风冷散热的条件下，大约需要130cm2以上的散热面积。这样不仅增加了体积重量，而且增加了产品成本；其二，导致供电系统的效率降低、增加了温升、降低了供电的可靠性。
实用新型内容
本实用新型提供一种故障隔离电路，以解决现有技术高功耗、高温升等技术问题。
本实用新型的技术方案如下：
一种故障隔离电路，由多路供电控制电路组成，输入电源的负极(Vin-)和负载的电源负极共同接地；每一路供电控制电路包括均包括功率场效应管、控制芯片和RC电路，其中，RC电路与负载并联；功率场效应管内部是并联的MOS管(V1)和体二极管(V2)，其中体二极管(V2)作为隔离二极管，MOS管(V1)的源极和体二极管(V2)的正端与输入电源的正极(Vin+)连接，MOS管(V1)的漏极连接至负载的电源正极；控制芯片的输入端(Vin)连接至MOS管(V1)的源极，控制芯片的输出端(VOUT)连接至MOS管(V1)的漏极，控制芯片的驱动端(GATE)与MOS管(V1)的栅极连接，控制芯片的电源端(VDD)与连接至RC电路的中点。
上述功率场效应管优选增强型MOS场效应管。
本实用新型的低功耗故障隔离电路，与传统的二极管故障隔离技术相比较，解决了高功耗、高温升等关键问题，从而提高了机载电子产品的可靠性。此外，还减小了体积、简化了电路设计、节约了成本。
附图说明
图1为应用于余度供电(两路电源)时本实用新型的基本框图。
图2为对应于图1中一路电源的结构示意图。
具体实施方式
低功耗故障隔离电路由有源功率场效应管(V1、V2)和控制电路(U1)组成。隔离电路的原理是巧妙利用功率场效应管(MOSFET)的体二极管作为隔离二极管，在正常工作时，电流流过MOSFET的沟道电阻，将体二极管短路，降低功耗。当供电电源故障时，控制电路能以0.5μS的关断速度快速关断MOSFET，由体二极管进行故障隔离。
附图1为多路电源供电时的故障隔离电路原理框图。附图2是详细的电路设计图，在附图2中，V1、V2构成增强型MOS场效应管，V1，V2并联作为开关使用。图中显示的二极管为增强型MOS场效应管的体二极管。V1的源极(s)连接到输入电源(Vin+)，V1的漏极(d)连接到用电设备(负载)，V1的栅极(g)连接到控制芯片的输出驱动端(GATE)。控制芯片(U1)通过检测输入电压来控制V1的导通或截止，它的输入端(Vin)端连接到V1的s极，它的输出端(VOUT)端连接到V1的d极，它的驱动端(GATE)端连接到V1的g极，它的电源(VDD)连接到RC滤波器的中点，它的GND接地。外围的RC电路起到滤波作用，电阻R的一端连接到V1的漏极(d)，电容的一端接地，RC的中点连接到U1的VDD端。输出滤波电容C2起到滤波作用，两端分别连接到VOUT+和VOUT-。
加电初，输入电压还未上升到U1能正常工作电压时，V1开关关断，体二极管导通给负载供电。当输入电压上升到U1正常工作时，驱动V1导通，由于V1的沟道电阻Rds(on)非常小(几个毫欧姆)，电流流过V1，体二极管截止。当输入电源故障或短路时，即：Vin＝0V，U1不会驱动V1导通。在附图1中，V1、V2的体二极管反偏截止，不影响正常供电的一路(V3、V4)工作，起到故障隔离的作用。
电路参数以及器件型号如下：
R1＝100Ω，C1＝0.1UF，50V，C2＝10UF，50V，U1：TLC4357，V1，V2：IPB011N04L。
本实用新型基于低沟道电阻的MOSFET和控制电路设计，具有以下优点：(1)电路设计简单(仅需5个元器件)、易行；(2)与传统的肖特基二极管隔离方法比较，对于10A工作电流，功耗由9W减小到0.055W～0.11W，功耗减小98.8％。对于50A工作电流，功耗由45W减小到1.38W，功耗减小96.9％；(3)对于50A工作电流，低功耗隔离电路的温升只有12℃左右，无需附加体积较大的散热器。(4)由于功耗、温升大大降低，所以，大大提高了电源故障隔离电路以及计算机系统的可靠性。

Claims (2)

1.一种故障隔离电路，由多路供电控制电路组成，输入电源的负极(Vin-)和负载的电源负极共同接地；
其特征在于：每一路供电控制电路包括均包括功率场效应管、控制芯片和RC电路，其中，RC电路与负载并联；功率场效应管内部是并联的MOS管(V1)和体二极管(V2)，其中体二极管(V2)作为隔离二极管，MOS管(V1)的源极和体二极管(V2)的正端与输入电源的正极(Vin+)连接，MOS管(V1)的漏极连接至负载的电源正极；控制芯片的输入端(Vin)连接至MOS管(V1)的源极，控制芯片的输出端(VOUT)连接至MOS管(V1)的漏极，控制芯片的驱动端(GATE)与MOS管(V1)的栅极连接，控制芯片的电源端(VDD)与连接至RC电路的中点。
2.根据权利要求1所述的故障隔离电路，其特征在于：所述功率场效应管为增强型MOS场效应管。
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