CN204190374U - 一种直流电源防浪涌保护电路 - Google Patents

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刘学
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Abstract

本实用新型公开了一种直流电源防浪涌保护电路，包括与输出端口并联的滤波电容C1、MOS管Q1、三极管Q2和三极管Q3，MOS管Q1的源极与三极管Q2的发射极电连接，栅极与三极管Q2的集电极电连接，漏极与输出端口的正极电连接，源极与栅极之间并联有电阻R2；三极管Q2的发射极与基极之间还并联有电阻R3；输出端口上还连接有调压电路，调压电路包括可变电阻R5和可变电阻R6，三极管Q3的基极与可变电阻R5和可变电阻R6的连接节点电连接，集电极串联限压电阻R4之后与三极管Q2的基极电连接，发射极与输入端口的负极电连接。本实用新型能够把直流浪涌电压钳位到负载能够承受的电压范围内。

Description

一种直流电源防浪涌保护电路
技术领域
本实用新型涉及一种保护电路，特别涉及一种直流电源防浪涌保护电路，属于电学技术领域。 
背景技术
浪涌也叫电涌、突波，就是超出正常工作电压的瞬间过电压。本质上讲，浪涌是发生在仅仅几百万分之一秒时间内的一种剧烈脉冲。主要指的是电源刚开通的那一瞬息产生的强力脉冲,由于电路本身的非线性有可能有高于电源本身的脉冲；或者由于电源或电路中其它部分受到本身或外来尖脉冲干扰。 
在航空直流电源中伴随80V/50ms的浪涌电压。浪涌电压发生于大发电机开关、发动引擎、瞬变负载等，如突卸或突加负载会引起发电机汇流条电压短时升高，从而产生浪涌电压，这些浪涌电压通常出现在配电总线处。浪涌电压大大地超过稳态电源电压，可能使整个系统停顿、通信中止，当它袭击到用电设备上时，往往造成误操作和设备的损坏。 
针对航空直流电源中的浪涌电压，需设计有效的抗浪涌电路。由于80V/50ms过压浪涌的伏秒积很大而不能用传统的储能方式来抑制，否则电感和电容元件将会太大。有的电路能快速有效地抑制过压浪涌，但电路结构复杂，损耗较大，工业界的浪涌抑制产品大都将浪涌电压的能量转化为热能消耗掉，电路的损耗较大。有些TVS管虽然能够抑制浪涌电压并把浪涌电压能量转换热能消耗掉，但是也把供电端的输入电源拉到地短路，导致供电端前级的设备也无法工作。 
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种直流电源防浪涌保护电路，能够把直流浪涌电压钳位到负载能够承受的电压范围内，即便该负载部分出现故障也不影响到前级供电设备的正常工作。 
为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案如下:一种直流电源防浪涌保护电路，包括与直流电源电连接的输入端口、与负载电连接的输出端口、与所述输出端口并联的滤波电容C1、MOS管Q1、三极管Q2和三极管Q3；所述输入端口的负极与输出端口的负极等电位连接；所述MOS管Q1的源极与三极管Q2的发射极电连接，栅极与三极管Q2的集电极电连接，漏极与输出端口的正极电连接，源极与栅极之间并联有控制MOS管Q1导通的电阻R2；三极管Q2的发射极与输入端口的正极电连接，发射极与基极之间还并联有控制三极管Q2导通的电阻R3；输出端口上还连接有调压电路，所述调压电路包括可变电阻R5和可变电阻R6，可变电阻R5的一端与输出端口的正极电连接，另一端与可变电阻R6的一端电连接，可变电阻R6的另一端与输出端口的负极电连接；所述三极管Q3的基极与可变电阻R5和可变电阻R6的连接节点电连接，集电极串联限压电阻R4之后与三极管Q2的基极电连接，发射极与输入端口的负极电连接。 
所述MOS管Q1的源极和栅极之间还连接有稳压二极管ZD1，所述稳压二极管ZD1与直流电源的负极之间连接有限流电阻R1。稳压二极管ZD1的设置防止MOS管Q1的源极和栅极电压差过大导致MOS管Q1被击穿，与稳压二极管ZD1串联连接的限流电阻R1则能避免稳压二极管ZD1被烧毁。 
所述三极管Q3的基极与发射极之间连接有补偿电容C2。 
所述滤波电容C1的电容值为10～100uF。 
所述补偿电容C2的电容值为1～10uF。 
所述MOS管Q1为P型MOS管，所述三极管Q2为PNP型三极管，所述三极管Q3为NPN型三极管。 
与现有技术相比，本实用新型所达到的有益效果是：1、正常工作时MOS管Q1导通，MOS管Q1源极与栅极之间的电阻很小，因此直流电源输出电压即等于负载输入电压，在直流电源不变的情况下，提高了带载能力，显著减少了保护电路的功耗；2、通过调节可变电阻R5和可变电阻R6的阻值即可将浪涌电压限制到负载能够承受的电压范围内，操作简单、方便快捷，减少了误操作率，同时，提高了保护电路的灵活性和适应性，便于推广使用；3、利用MOS管和三极管的导通、截止特性，使本实用新型具备了自失效保护及防反接自动保护功能。本实用新型适用于航空、航天直流供电的电子设备中，具有电路结构简单、体积小、成本低、可靠性高的优点。 
附图说明
图1是本实用新型的电路原理图。 
图中：1、输入端口；2、输出端口；3、调压电路。 
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。 
如图1所示，直流电源防浪涌保护电路，包括与直流电源电连接的输入端口、与负载电连接的输出端口，输入端口的负极与输出端口的负极等电位连接。 
滤波电容C1并联于输出端口的两端，滤波电容C1的正极与输出端口的正极电连接，负极与输出端口的负极电连接，滤波电容C1的电容值为10～100uF。 
MOS管Q1的源极与三极管Q2的发射极电连接，栅极与三极管Q2的集电极电连接，漏极与输出端口的正极电连接，源极与栅极之间并联有控制MOS管Q1导通的电阻R2。为防止MOS管Q1的源极和栅极电压差过大导致MOS管Q1被击穿，MOS管Q1的源极和栅极之间还连接有稳压二极管ZD1，稳压二极管ZD1与直流电源的负极之间连接有限流电阻R1，限流电阻R1的阻值范围可以为10k～100kΩ，限流电阻R1的设置则能避免稳压二极管ZD1被烧毁。MOS管Q1选用P型MOS管，相应的，三极管Q2选用PNP型三极管，三极管Q3选用NPN型三极管。选用时，MOS管Q1击穿电压VDSS可以不大于-100V，MOS管Q1导通时的漏源电阻RDS要尽可能小，因为一旦阻值偏大，就会使MOS管Q1功耗变大、温升加速，温升过大则需使用散热装置，导致能源和布板出现不必要的浪费。 
调压电路包括可变电阻R5和可变电阻R6，可变电阻R5的一端与输出端口的正极电连接，另一端与可变电阻R6的一端电连接，可变电阻R6的另一端与输出端口的负极电连接。可变电阻R5的阻值范围为100k～1000kΩ，可变电阻R6的阻值范围为1k～10kΩ。可变电阻R5和可变电阻R6的具体阻值根据实际需要调节。三极管Q3的基极与可变电阻R5和可变电阻R6的连接节点电连接，集电极串联限压电阻R4之后与三极管Q2的基极电连接，发射极与输入端口的负极电连接。三极管Q3的基极与发射极之间连接有补偿电容C2，补偿电容C2的电容值选用1～10uF。三极管Q2的发射极与输入端口的正极电连接，发射极与基极之间还并联有控制三极管Q2导通的电阻R3。 
现对本实用新型的工作过程描述如下： 
电路正常工作时，由于电阻R2的分压作用，MOS管Q1的源极电压大于栅极 电压且大于MOS管Q1的开启电压VGS(th)，MOS管Q1导通，MOS管Q1的漏源电阻RDS很小，通常只有几十毫欧，所以输出端口的电压近似等于输入端口的电压，等于滤波电容C1两端的电压。由于可变电阻R6的分压小于三极管Q3的导通电压Vbe，三极管Q3处于截止状态。相同的，由于电阻R3的分压作用，导致三极管Q2的基极与发射极之间的电压Ube＜0，所以三极管Q2也处于截止状态。 
当直流电源出现浪涌电压时，由于浪涌电压大于正常工作电压，因此，浪涌电压首先要对滤波电容C1进行充电，随着滤波电容C1两端电压增大，可变电阻R6的分压逐渐增大，当可变电阻R6的分压大于三极管Q3的导通电压Vbe，三极管Q3导通，然后电阻R3和电阻R4的分压大于三极管Q2的导通电压Ube，三极管Q2也导通，MOS管Q1关断，滤波电容C1开始给负载供电。输出电压 Vbe为三极管Q3的基极和发射极导通电压，通过改变第五电阻R5和第六电阻R6的比值来改变浪涌保护电压值。 
当供电电源恢复正常时，可变电阻R5和可变电阻R6的分压小于三极管Q3的导通电压Vbe时，三极管Q3工作在截止状态，MOS管Q1正常开通，恢复正常供电。 
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。 

Claims (6)

1.一种直流电源防浪涌保护电路，其特征在于，包括与直流电源电连接的输入端口、与负载电连接的输出端口、与所述输出端口并联的滤波电容C1、MOS管Q1、三极管Q2和三极管Q3；所述输入端口的负极与输出端口的负极等电位连接；所述MOS管Q1的源极与三极管Q2的发射极电连接，栅极与三极管Q2的集电极电连接，漏极与输出端口的正极电连接，源极与栅极之间并联有控制MOS管Q1导通的电阻R2；三极管Q2的发射极与输入端口的正极电连接，发射极与基极之间还并联有控制三极管Q2导通的电阻R3；输出端口上还连接有调压电路，所述调压电路包括可变电阻R5和可变电阻R6，可变电阻R5的一端与输出端口的正极电连接，另一端与可变电阻R6的一端电连接，可变电阻R6的另一端与输出端口的负极电连接；所述三极管Q3的基极与可变电阻R5和可变电阻R6的连接节点电连接，集电极串联限压电阻R4之后与三极管Q2的基极电连接，发射极与输入端口的负极电连接。
2.根据权利要求1所述的直流电源防浪涌保护电路，其特征在于，所述MOS管Q1的源极和栅极之间还连接有稳压二极管 ZD1，所述稳压二极管ZD1与直流电源的负极之间连接有限流电阻R1。
3.根据权利要求1所述的直流电源防浪涌保护电路，其特征在于，所述三极管Q3的基极与发射极之间连接有补偿电容C2。
4.根据权利要求1所述的直流电源防浪涌保护电路，其特征在于，所述滤波电容C1的电容值为10~100uF。
5.根据权利要求3所述的直流电源防浪涌保护电路，其特征在于，所述补偿电容C2的电容值为1~10uF。
6.根据权利要求1所述的直流电源防浪涌保护电路，其特征在于，所述MOS管Q1为P型MOS管，所述三极管Q2为PNP型三极管，所述三极管Q3为NPN型三极管。
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