CN202524075U - 一种直流浪涌保护模块 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种直流浪涌保护模块，它包括用于提供在功率低阻抗电流通道及浪涌能量吸收的大功率场效应管电路，为电压放大电路提供工作电源基准电源电路，为电压钳位电路及大功率场效应管的栅极提供驱动电源的电压放大电路，在浪涌发生时有效钳位大功率场效应管电路的源极浪涌输出电压电压钳位电路以及用于保护大功率场效应管电路免受高压电动势及反向电动势损伤保护电路。本实用新型提供了一种采用有源器件对过高瞬态浪涌电压进行跟踪并抑制的直流浪涌保护模块，克服了现有技术中浪涌保护电路功耗高、体积大、可靠性低及模块化程度低等不足。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种采用有源器件对过高瞬态浪涌电压进行跟踪并抑制的直流浪涌保护模块，用于飞机、舰船、车辆等直流用电设备的电源输入保护。
背景技术
在飞机、舰船、车辆等领域直流供电系统中，由于发动机起动、开关或者负载接入切换等原因，容易产生过压电涌。特别地，在多电源系统中，由于电源切换原因，也容易产生过压或欠压电涌。如果不有效抑制过高的瞬态浪涌电压，会损伤用电设备电子器件。浪涌保护模块位于用电设备电源输入前端，当过压浪涌发生时能将电压钳位在用电设备允许的输入电压范围内。
通常有五种方法来获得浪涌保护。一是采用串联大功率电阻及并联瞬态电压抑制二极管使直流电压稳定在瞬态电压抑制二极管所钳位的电压上；二是采用过压保护单元及欠压保护单元监测电源输入端电压控制电子开关的通断，从而达到浪涌电压保护的目的；三是通过下游的直流直流转换器的使能引脚对结型场效应晶体管的栅极施加偏压，使源极输出电压约等于栅极电压达到浪涌保护的目的；四是采用多级浪涌钳位电路级联的方式，将大功率应用场合下过高的浪涌电压钳位到所允许的电压范围；五是采用多谐振荡电路及倍压整流电路等保证场效应管栅极电压与输出电压的差值能使场效应管始终处于导通状态，并使场效应管源极电压略低于栅极电压，从而达到抑制浪涌电压的目的。
然而第一种情况串联大功率电阻会额外损耗系统大量的功耗且产生大量的热量，不适合于大功率应用场合；第二种情况在过压时关闭电源输出，使下游设备在过压浪涌产生时产生瞬时掉电，需增加大容量储能电容来保证下游设备的连续工作；第三种情况引入了外部其它设备来提供偏压，不利于产品的独立工作；第四种情况采用级联方式应用于大功率电路中，产品体积较大，增加了器件数量，降低了可靠性；第五种情况采用的振荡电路及通过多二极管及电容组成的倍压整流电路，电路复杂，且使用器件较多，使产品体积较大。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种直流浪涌保护模块，克服了传统技术中的浪涌保护电路功耗高、体积大、可靠性低及模块化程度低等不足，从而实现本实用新型的目的。
本实用新型所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：
一种直流浪涌保护模块，它包括大功率场效应管电路、基准电源电路、电压放大电路、电压钳位电路和保护电路；
所述大功率场效应管电路串联于电源输入主通道上，其漏极接电源输入端VIN+，源极接电源输出端VOUT+，栅极接电压钳位电路的输出端；
所述基准电源电路的一端接电源输入端VIN+，另一端接电压放大电路，第三端接输入电源负端VIN-；
所述电压放大电路的输入端连接基准电源电路输出端，电压放大电路的输出端接电压钳位电路的输入端；
所述电压钳位电路的输入端接电压放大电路，钳位电压电路的输出端接大功率场效应管电路的栅极，第三端接输入电源负端VIN-；
所述保护电路的一端接大功率场效应管电路的栅极及电压钳位电路，另一端接大功率场效应管电路的源极。
在本实用新型的一个实施例中，所述大功率场效应管电路由一个或多个N沟道功率场效应管并联组成，其最大输出电流为20A~40A。
在本实用新型的一个实施例中，所述基准源电路由基准源及若干电容电阻组成。
在本实用新型的一个实施例中，述电压放大电路包括电压增益放大驱动芯片及相关的电阻、电容、电感和二极管。
在本实用新型的一个实施例中，所述电压钳位电路包括电阻和稳压二极管，电阻的一端接电压放大电路的输出点，另一端同时接稳压二极管和大功率场效应管电路，稳压二极管另一端接VOUT-。
在本实用新型的一个实施例中，所述保护电路包括稳压二极管、电阻、电容。
在本实用新型的一个实施例中，所述输入电源采用28V直流电源。
本实用新型的有益效果在于：
1）本实用新型浪涌保护模块，采用大功率场效应管电路，具有导通内阻小，功耗低等优点，2A时产品功耗仅0.5W，20A时产品功耗仅1.7W，导通压降仅3.3mV/A；
2）本实用新型浪涌保护模块，采用基准电源电路及电压放大电路等有源器件，外围器件少，大大缩小了产品体积，额定电流1A时体积仅16mm×16mm×7.5mm，额定电流3A时体积仅21mm×21mm×9mm，额定电流10A时体积仅27.4mm×30mm×13mm，额定电流20A时体积仅40mm×40mm×13mm；
3）本实用新型浪涌保护模块，输入电压范围宽，最低可达到6V，最高输入电压可根据需要调整参数设置。
附图说明
图1是本实用新型的浪涌保护模块的电路原理图；
图2是本实用新型的浪涌保护模块的测试电路图；
图3是本实用新型的浪涌保护模块的过压浪涌输入输出波形图；
图4是本实用新型的浪涌保护模块的欠压浪涌输入输出波形图；
图5是本实用新型的浪涌保护模块的尖峰脉冲输入输出波形图；
图6是本实用新型的浪涌保护模块的典型输出特性波形图；
图7是本实用新型的浪涌保护模块的另一典型输出特性波形图；
图8是本实用新型的浪涌保护模块的输入输出曲线图；
图9是本实用新型的浪涌保护模块的典型应用电路图；
具体实施方式
为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。
如图1 所示，本实用新型所述的浪涌保护模块，采用直流28V电源作为输入电源，一般负载作为下游设备， 包括大功率场效应管电路1，基准电源电路2，电压放大电路3，电压钳位电路4及保护电路5。
所述大功率场效应管电路1由一个或多个N沟道功率场效应管并联组成，串联于输入电源的主通道上，其中漏极接电源输入端VIN+，源极接电源输出端VOUT+，栅极接于电压钳位电路4的输出端，用于提供在功率低阻抗电流通道及浪涌能量吸收。根据浪涌保护模块所需输出电流的大小，可选择多个同类型的N沟道功率场效应管并联，满足大功率的需求，通过场子效应管的并联，最大输出电流可达20A~40A。
所述基准电源电路2的一端接电源输入端VIN+，一端接电压放大电路3，第三端接输入电源负端VIN-，为电压放大电路3提供工作电源；基准源电路2由基准源及多个电容电阻组成，直接采集VIN+上的电压，稳压生成基准电压。
所述电压放大电路3一端接基准电源电路输出端，另一端接电压钳位电路4的输入，为电压钳位电路及大功率场效应管的栅极提供驱动电源；电压放大电路3包括有源电压增益放大驱动芯片及相关的电阻、电容、电感及二极管等，产生下级电路所需的驱动电源。
所述电压钳位电路4一端接电压放大电路3，钳位电压输出端接大功率场效应管电路的栅极，第三端接输入电源负端VIN-，在浪涌发生时有效钳位大功率场效应管电路1的源极浪涌输出电压；电压钳位电路4包括电阻、稳压二极管，其中电阻的一端接电压放大电路3的输出B点，另一端接稳压二极管的一端，同时接大功率场效应管电路1的C点，稳压二极管另一端接VOUT-。
所述保护电路5包括稳压二极管、电阻、电容；其一端接大功率场效应管电路1的栅极及电压钳位电路4的输出端，另一端接大功率场子效应管电路1的源极，用于保护大功率场效应管电路免受高压电动势及反向电动势损伤。
参见图2-图9，图2为本实用新型的浪涌保护模块的测试电路图。图3为本实用新型的浪涌保护模块在图2所示测试条件下的满足GJB181A-2003直流供电特性要求的过压浪涌输入输出波形，图4为本实用新型的浪涌保护模块在图2所示测试条件下的满足GJB181A-2003飞机直流供电特性要求的欠压浪涌输入输出波形，图5为本实用新型的浪涌保护模块在图2所示测试条件下的满足GJB181A-2003飞机直流供电特性要求的电压尖峰浪涌输入输出波形，图6为本实用新型的浪涌保护模块在图2所示测试条件下的满足MIL-STD-704A飞机直流供电特性要求的浪涌输入输出波形，图7为本实用新型的浪涌保护模块在图2所示测试条件下满足DO-160E飞机直流供电特性要求的浪涌输入输出波形，图8为本实用新型的浪涌保护模块的基本输入输出特性曲线。图9为本实用新型的浪涌保护模块的典型应用电路，但是本领域技术人员应当认识到本实用新型的浪涌保护模块不限于此典型应用电路。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.一种直流浪涌保护模块，其特征在于，它包括大功率场效应管电路、基准电源电路、电压放大电路、电压钳位电路和保护电路；
所述大功率场效应管电路串联于输入电源的主通道上，其漏极接输入电源的输入端VIN+，源极接输入电源的输出端VOUT+，栅极接电压钳位电路的输出端；
所述基准电源电路的一端接输入电源输入端VIN+，另一端接电压放大电路，第三端接输入电源负端VIN-；
所述电压放大电路的输入端连接基准电源电路输出端，电压放大电路的输出端接电压钳位电路的输入端；
所述电压钳位电路的输入端接电压放大电路，钳位电压电路的输出端接大功率场效应管电路的栅极，第三端接输入电源负端VIN-；
所述保护电路的一端接大功率场效应管电路的栅极及电压钳位电路，另一端接大功率场效应管电路的源极。
2.根据权利要求1所述的一种直流浪涌保护模块，其特征在于，所述大功率场效应管电路由一个或多个N沟道功率场效应管并联组成，其最大输出电流为20A~40A。
3.根据权利要求1所述的一种直流浪涌保护模块，其特征在于，所述基准源电路由基准源及若干电容电阻组成。
4.根据权利要求1所述的一种直流浪涌保护模块，其特征在于，所述电压放大电路包括电压增益放大驱动芯片及相关的电阻、电容、电感和二极管。
5.根据权利要求1所述的一种直流浪涌保护模块，其特征在于，所述电压钳位电路包括电阻和稳压二极管，所述电阻的一端接电压放大电路的输出点，另一端同时接稳压二极管和大功率场效应管电路，所述稳压二极管另一端接VOUT-。
6.根据权利要求1所述的一种直流浪涌保护模块，其特征在于，所述保护电路包括稳压二极管、电阻和电容。
7.根据权利要求1所述的一种直流浪涌保护模块，其特征在于，所述输入电源采用28V直流电源。
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