CN204886175U - 抗浪涌模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种抗浪涌模块，它包括尖峰抑制电路、过电压抑制电路、缓慢上电防震荡电路、欠压保护电路、过电流及短路保护电路，所述尖峰抑制电路、过电压抑制电路、缓慢上电防震荡电路、欠压保护电路、过电流及短路保护电路依次连接，所述尖峰抑制电路位于输入端，所述过电流及短路保护电路位于输出端。本实用新型的一种抗浪涌模块，降低了上电时对电源设备输出功率及响应时间的要求，提高了安全性和稳定性，具有更加广泛的应用范围和设备适应性。

Description

抗浪涌模块

技术领域

本实用新型涉及保护装置技术领域，具体涉及一种全功能抗浪涌模块。

背景技术

按照《GJB181-86飞机供电特性及对用电设备的要求》，机载用电设备应满足耐瞬态电压的要求。耐瞬态电压的试验包括耐尖峰电压试验、耐过电压浪涌试验和耐欠电压浪涌试验。

耐尖峰电压试验要求在一分钟内承受正负极性尖峰电压各50次，尖峰电压的幅度为600V。

直流耐过电压浪涌试验要求电源从正常稳态电压+28V突升到+80V，持续时间50ms，然后返回到+28V，在连续5min钟内作5次试验。要求在过电压浪涌后，用电设备应不发生任何故障。

直流耐欠电压浪涌试验要求电源从正常稳态电压+28V突降到+8V，持续时间50ms，然后返回到+28V，在连续5min钟内作5次试验。要求在欠电压浪涌时，用电设备不中断工作。

《GJB181A-2003飞机供电特性要求》，也规定了相应的瞬态电压试验要求。飞机用电设备必须与规定的供电特性兼容。

因此，机载直流电源设备都要求具有耐瞬态电压的特性，满足相应执行标准的要求。

同时，在《GJB298-1987军用车辆28伏直流电气系统特性》中也对车载电源设备作了相关要求。

在GJB298标准中，对车载设备的过电压浪涌及欠压浪涌的要求均高于机载设备的要求，其中，过电压浪涌电压幅值100V，持续时间50ms，每次施加时间1s。而欠压方面的要求“初始啮合浪涌电压”为欠压电压6V，持续时间1s。在整个欠压和过压期间，被试设备应正常工作。

一般机载和车载的仪器、仪表的工作电源为+28V，能承受的最大电压在+40V左右；而从人身安全方面考虑，在欠压期间设备的正常工作同样重要。故此，无论机载还是车载设备，均必须具备耐过电压浪涌抑制和欠压浪涌防护功能，保护后续的设备在过电压浪涌和欠压浪涌期间既不会出现损坏，又能正常工作。

为满足欠电压浪涌试验，一般采用大容量电解电容储能的方法，因机载设备对电解电容的使用有一定的限制，大容量的钽电解电容非常昂贵，且对于后级用电设备功率较大的系统，该方法将很难满足要求。

目前在应用中为满足过电压抑制和欠压工作问题，通常采用独立安装过电压保护模块和钽电容的方式来解决，但该方式依然存在诸多问题，钽电容在系统上电时的充电过程会形成大电流冲击，严重时甚至会导致过电压保护模块损坏，而对电容器进行限流操作又会导致使用时钽电容供能不足，从而增加对电容量的需求。同时利用钽电容进行供能的电路必须增加防倒灌电路，否则将会出现电压倒灌现象，使电容器供能作用失效。该方式大大增加了用户是设计空间利用率，极不利于系统小型化设计，增加了不必要的设计成本。

实用新型内容

本实用新型克服了现有技术的不足，提供一种具有稳定保护功能的抗浪涌模块。

考虑到现有技术的上述问题，根据本实用新型公开的一个方面，本实用新型采用以下技术方案：

一种抗浪涌模块，它包括尖峰抑制电路、过电压抑制电路、缓慢上电防震荡电路、欠压保护电路、过电流及短路保护电路，所述尖峰抑制电路、过电压抑制电路、缓慢上电防震荡电路、欠压保护电路、过电流及短路保护电路依次连接，所述尖峰抑制电路位于输入端，所述过电流及短路保护电路位于输出端。

为了更好地实现本实用新型，进一步的技术方案是：

根据本实用新型的一个实施方案，所述尖峰抑制电路包括设置正电压输入线与负电压输入线之间的至少一个电容C1。

根据本实用新型的另一个实施方案，所述过电压抑制电路包括TVS1、电阻R1、场效应管Q1、过压保护模块、电阻R2和电阻R3，所述TVS1和电阻R1串联，所述TVS1一端与负电压输入端连接，所述电阻R1一端与正电压输入端连接，所述场效应管Q1的漏极与正电压输入端连接，所述电阻R2和电阻R3串联，所述电阻R3一端与负电压输入端连接，所述电阻R2一端与正电压输入线连接，所述过压保护模块分别与场效应管Q1栅极、场效应管Q1的源极、负电压输入端、TVS1与电阻R1之间、电阻R2与电阻R3之间连接。

根据本实用新型的另一个实施方案，所述缓慢上电防震荡电路包括电容C2、电阻R4、电阻R5、电阻R6和稳压二极管D1，所述电容C2一端与负电压输入端连接，所述电容C2另一端与所述电阻R4一端连接，所述电阻R5一端与负电压输入端连接，所述电阻R5另一端与所述电阻R4另一端、电阻R6一端连接，所述电阻R6另一端再与所述稳压二极管D1正极连接。

根据本实用新型的另一个实施方案，所述欠压保护电路包括欠压保护模块、电阻R7、场效应管Q2、场效应管Q3、电感L1、电容C3，所述欠压保护模块分别与电阻R4一端、负电压输入端、稳压二极管D1负极、电阻R7两端、场效应管Q2漏极、场效应管Q2栅极、场效应管Q3源极连接，所述电阻R7一端与场效应管Q1源极连接，所述电阻R7另一端与所述电感L1一端连接，所述电感L1另一端与所述场效应管Q2漏极和场效应管Q3源极连接，所述场效应管Q2源极与所述负电压输入端连接，所述场效应管Q3漏极与所述电容C3一端、稳压二极管D1负极连接。

根据本实用新型的另一个实施方案，所述过电流及短路保护电路包括过电流检测模块、电阻R8，所述过电流检测模块分别与电阻R8两端、过压保护模块、负电压输出端连接，所述电阻R8一端与所述场效应管Q3漏极连接，所述电阻R8另一端与正电压输出端连接。

本实用新型还可以是：

根据本实用新型的另一个实施方案，所述场效应管Q1为NMOS管。

根据本实用新型的另一个实施方案，所述场效应管Q2为NMOS管。

根据本实用新型的另一个实施方案，所述场效应管Q3为NMOS管。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果之一是：

本实用新型的一种抗浪涌模块，提供了更加安全稳定的工作模式，降低了上电时对电源设备输出功率及响应时间的要求；采用分级处理方式，提高了安全性和稳定性；可同时满足机载和车载设备的电源特性试验要求，具有更加广泛的应用范围和设备适应性；采用集成化设计，具有体积小、响应速度快、保护功能合理完善、可靠性高，系统适应性强的特点。

附图说明

为了更清楚的说明本申请文件实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术的描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是对本申请文件中一些实施例的参考，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的情况下，还可以根据这些附图得到其它的附图。

图1示出了根据本实用新型一个实施例的抗浪涌模块结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

本实用新型设计制作一种全功能抗浪涌模块，设置于机载和车载电源与用电设备之间，为用电设备提供过电压浪涌抑制、长时间的欠压浪涌续航、尖峰电压抑制、过电流及短路保护，上电防电压震荡功能，有利于设备通过GJB181、GJB298中的各项电源特性试验。具体地：

参见图1所示，一种抗浪涌模块，它包括尖峰抑制电路1、过电压抑制电路2、缓慢上电防震荡电路3、欠压保护电路4、过电流及短路保护电路5，所述尖峰抑制电路1、过电压抑制电路2、缓慢上电防震荡电路3、欠压保护电路4、过电流及短路保护电路5依次连接，所述尖峰抑制电路1位于输入端，所述过电流及短路保护电路5位于输出端。

以上全功能抗浪涌模块串联于电源和用电设备之间，模块提供电压尖峰抑制吸收功能；稳压型的过电压保护功能、长时间的欠压升压续航功能、平稳上电能力和过电流及短路保护功能。

其采用多个主控IC和外围器件，每个IC及其外围电路组成一个功能单元，各功能单元相互配合以实现本实用新型的各项功能。模块通过并接于线间的由电容器网络构成的尖峰抑制电路1进行第一级压制，然后利用过电压抑制电路2将尖峰电压压制在36V来实现的；过电压抑制电路2采用稳压型过电压防护电路，其输出电压设置为36V(具体数字可根据不同要求进行调节)，可将所有经过过电压抑制电路2的电压幅值限制在36V以下，使后续电路免受过电压浪涌的冲击；欠压保护电路4串接在缓慢上电防震荡电路3之后，可提供6V升22V的升压能力，保证用电设备在欠压期间能够正常工作；欠压保护电路4后接过过电流及短路保护电路5，在检测到输出电流超过预设值时，过电流及短路保护电路5向过电压抑制电路2发送控制信号，关断整个电路输出；缓慢上电防震荡电路3置于欠压保护电路4和输出端之间，当输出电压达到预设值时，开启欠压保护电路4，使欠压保护电路4进入待机状态，只有当欠压保护电路4进入待机状态后，电路才具备欠压升压功能，否则电路将一直处于输出电压跟随状态，通过该种方式解决缓慢上电时电压震荡问题。具体的电路结构如下：

所述尖峰抑制电路1包括设置正电压输入线与负电压输入线之间的至少一个电容C1。

所述过电压抑制电路2包括TVS1、电阻R1、场效应管Q1、过压保护模块、电阻R2和电阻R3，所述TVS1和电阻R1串联，所述TVS1一端与负电压输入端连接，所述电阻R1一端与正电压输入端连接，所述场效应管Q1的漏极与正电压输入端连接，所述电阻R2和电阻R3串联，所述电阻R3一端与负电压输入端连接，所述电阻R2一端与正电压输入线连接，所述过压保护模块分别与场效应管Q1栅极、场效应管Q1的源极、负电压输入端、TVS1与电阻R1之间、电阻R2与电阻R3之间连接。

所述缓慢上电防震荡电路3包括电容C2、电阻R4、电阻R5、电阻R6和稳压二极管D1，所述电容C2一端与负电压输入端连接，所述电容C2另一端与所述电阻R4一端连接，所述电阻R5一端与负电压输入端连接，所述电阻R5另一端与所述电阻R4另一端、电阻R6一端连接，所述电阻R6另一端再与所述稳压二极管D1正极连接。

所述欠压保护电路4包括欠压保护模块、电阻R7、场效应管Q2、场效应管Q3、电感L1、电容C3，所述欠压保护模块分别与电阻R4一端、负电压输入端、稳压二极管D1负极、电阻R7两端、场效应管Q2漏极、场效应管Q2栅极、场效应管Q3源极连接，所述电阻R7一端与场效应管Q1源极连接，所述电阻R7另一端与所述电感L1一端连接，所述电感L1另一端与所述场效应管Q2漏极和场效应管Q3源极连接，所述场效应管Q2源极与所述负电压输入端连接，所述场效应管Q3漏极与所述电容C3一端、稳压二极管D1负极连接。

所述过电流及短路保护电路5包括过电流检测模块、电阻R8，所述过电流检测模块分别与电阻R8两端、过压保护模块、负电压输出端连接，所述电阻R8一端与所述场效应管Q3漏极连接，所述电阻R8另一端与正电压输出端连接。

场效应管Q1、场效应管Q2和场效应管Q3可优先采用NMOS管。

工作原理：

本实用新型全功能抗浪涌模块电原理框图可参见附图1。在附图1中，电容C1是可由多个电容器组成的尖峰吸收的电路，其通过电容器网络对尖峰电压进行第一级压制，使尖峰电压降至100V左右，然后再利用过电压抑制电路将电压限制为36V以下。

过电压抑制电路2中，电阻R1和TVS1组成输入电压限制电路，防止尖峰电压损坏过压浪涌保护模块，电阻R2和电阻R3组成电压取样电路，当场效应管Q1的输出电压超过36V时，过压浪涌模块就对场效应管Q1的导通时间进行控制，使输出电压不超过36V，本实用新型可采用多个NMOS管并接分流的方式，以达到提高输出功率的目的，过压浪涌保护模块在过压时间超过设定时间后彻底关断场效应管Q1，以保护电路本身不受损害。

欠压保护电路4中，电阻R7为电流检测电阻，欠压保护模块根据电阻R7的电压，调节场效应管Q2的导通时间，电感L1为储能电感，电容C3为储能电容，场效应管Q3用于同步整流。当欠压保护模块检测到场效应管Q3源极电压低于22V时，欠压保护电路控制器件工作并将输出电压稳定在22V之间，以保证后续设备正常工作。欠压保护模块使用欠压保护电路4输出电压作为其工作供电，从而保障欠压保护模块在电路过压或欠压期间均能正常稳定工作。

过电流及短路保护电路5中，电阻R8为输出电流检测电阻，当电阻R8上的电压达到设定值时，过电流检测模块立即控制过压保护模块关断场效应管Q1，使整个电路不再输出电压，同时过电流保护模块进入冷却状态，冷却一段时间后，过电流检测模块控制过压保护模块使场效应管Q1导通，使电路输出恢复，并再次检测电阻R8电压值，如电阻R8电压值为达到设定值，整个电路将持续工作，若电阻R8电压值满足设定值，则过电流检测模块再次控制过电压保护模块使场效应管Q1关断，如下循环直至电阻R8的电压值恢复至预设值以下。

缓慢上电防震荡电路3主要由电阻R4、电阻R5、电阻R6、稳压二极管D1、电容C2组成，稳压二极管D1、电阻R5、电阻R6组成电压取样电路，电阻R4、电容C2组成延迟电路，防止瞬时电压引起电路误操作。缓慢上电防震荡电路3采集欠压保护电路输出电压，若输出电压未达到预设值(预设值通常设置为18V，可调节)，该电路将使欠压保护模块处于关机模式，此时电流通过场效应管Q3流通；当输出电压达到预设值时，该电路控制欠压保护模块进入待机模式，并使场效应管Q3导通，整体电路进入正常工作状态。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分相互参见即可。

在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”、等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本实用新型的范围内。

尽管这里参照本实用新型的多个解释性实施例对本实用新型进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (9)

1.一种抗浪涌模块，其特征在于它包括尖峰抑制电路(1)、过电压抑制电路(2)、缓慢上电防震荡电路(3)、欠压保护电路(4)、过电流及短路保护电路(5)，所述尖峰抑制电路(1)、过电压抑制电路(2)、缓慢上电防震荡电路(3)、欠压保护电路(4)、过电流及短路保护电路(5)依次连接，所述尖峰抑制电路(1)位于输入端，所述过电流及短路保护电路(5)位于输出端。

2.根据权利要求1所述的抗浪涌模块，其特征在于所述尖峰抑制电路(1)包括设置正电压输入线与负电压输入线之间的至少一个电容C1。

3.根据权利要求1所述的抗浪涌模块，其特征在于所述过电压抑制电路(2)包括TVS1、电阻R1、场效应管Q1、过压保护模块、电阻R2和电阻R3，所述TVS1和电阻R1串联，所述TVS1一端与负电压输入端连接，所述电阻R1一端与正电压输入端连接，所述场效应管Q1的漏极与正电压输入端连接，所述电阻R2和电阻R3串联，所述电阻R3一端与负电压输入端连接，所述电阻R2一端与正电压输入线连接，所述过压保护模块分别与场效应管Q1栅极、场效应管Q1的源极、负电压输入端、TVS1与电阻R1之间、电阻R2与电阻R3之间连接。

4.根据权利要求3所述的抗浪涌模块，其特征在于所述缓慢上电防震荡电路(3)包括电容C2、电阻R4、电阻R5、电阻R6和稳压二极管D1，所述电容C2一端与负电压输入端连接，所述电容C2另一端与所述电阻R4一端连接，所述电阻R5一端与负电压输入端连接，所述电阻R5另一端与所述电阻R4另一端、电阻R6一端连接，所述电阻R6另一端再与所述稳压二极管D1正极连接。

5.根据权利要求4所述的抗浪涌模块，其特征在于所述欠压保护电路(4)包括欠压保护模块、电阻R7、场效应管Q2、场效应管Q3、电感L1、电容C3，所述欠压保护模块分别与电阻R4一端、负电压输入端、稳压二极管D1负极、电阻R7两端、场效应管Q2漏极、场效应管Q2栅极、场效应管Q3源极连接，所述电阻R7一端与场效应管Q1源极连接，所述电阻R7另一端与所述电感L1一端连接，所述电感L1另一端与所述场效应管Q2漏极和场效应管Q3源极连接，所述场效应管Q2源极与所述负电压输入端连接，所述场效应管Q3漏极与所述电容C3一端、稳压二极管D1负极连接。

6.根据权利要求5所述的抗浪涌模块，其特征在于所述过电流及短路保护电路(5)包括过电流检测模块、电阻R8，所述过电流检测模块分别与电阻R8两端、过压保护模块、负电压输出端连接，所述电阻R8一端与所述场效应管Q3漏极连接，所述电阻R8另一端与正电压输出端连接。

7.根据权利要求3-6任一项所述的抗浪涌模块，其特征在于所述场效应管Q1为NMOS管。

8.根据权利要求4-6任一项所述的抗浪涌模块，其特征在于所述场效应管Q2为NMOS管。

9.根据权利要求5或6所述的抗浪涌模块，其特征在于所述场效应管Q3为NMOS管。